Edição 249 - Controle & Instrumentação

Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 249 – 2019

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Automação em saneamento
Sabesp destaca-se no cenário internacional com aquisição de dados

A Sabesp – Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo –, na tentativa de mitigar os problemas derivados da situação crítica, vivenciada pelo setor de saneamento básico, desde início dos anos 2000, e que responde por comprometimento das estruturas em operação – buscou parceiros para desenvolver projeto inédito, que, após cinco anos, entrou em operação em novembro de 2018 e, desde então, se está expandindo. A iniciativa também coloca a concessionária entre as 100 empresas mais inovadoras (ranking Whow de Inovação), obtendo a 23ª colocação no total, e o segundo lugar no segmento de Utilities e Energia.

O projeto consiste em “comprar os benefícios da instrumentação, e instigar o mercado a vir para o negócio, ou seja, compra de dados analíticos para a automação de estações de tratamento de água (ETA), e estações de tratamento de esgoto (ETE), acondicionadas em containers, para a Região Metropolitana de São Paulo”, resume o engenheiro de automação Oto Elias Pinto, gestor do Plano de Automação de Sistemas Operacionais, da Superintendência da Gestão de Empreendimentos, da Diretoria Metropolitana da concessionária.
“Modelamos o estudo técnico, de modo que a remuneração dos parceiros ocorre com base na disponibilidade plena dos equipamentos e na performance, com plano de manutenção preventiva, levando em consideração que a manutenção corretiva pune o fornecedor. Essa opção é inédita no mundo todo, e muda completamente a forma de a Sabesp se relacionar com o mercado, pois, a empresa deixa de comprar equipamentos de alta tecnologia e custos elevados de aquisição e manutenção, que fazem a análise de pH, turbidez, cloro residual e flúor, entre outros elementos presentes na água, para contratar o fornecimento desses dados online, transferindo para o fabricante toda a responsabilidade de mantê-los em pelo funcionamento”, explica Oto Pinto.

Para Pedro Mendes, engenheiro de aplicação e vendas da Schweitzer/SEL Brasil, é impossível falar sobre a digitalização de um sistema de saneamento sem tocar na digitalização de um de seus pontos mais críticos: o sistema de proteção da subestação de energia. As subestações de energia são essenciais para o fornecimento da energia elétrica requerida pelos equipamentos envolvidos nos processos de saneamento. Como qualquer subestação elétrica, ela está vulnerável a curtos-circuitos (também chamados de faltas), advindo de várias causas, como: falhas dos equipamentos, chuvas e até erros humanos. Um bom sistema de proteção deve ser capaz de detectar o curto, e extingui-lo o mais rápido possível. Nesse sentido, relés digitais que unam segurança, velocidade de atuação e confiabilidade são essenciais para alcançar esse objetivo.
“Os sistemas de saneamento, no Brasil, vivem momentos diversos quanto a seu sistema de proteção de subestações. Enquanto, em alguns lugares, é possível encontrar relés de proteção digitais, comunicando entre si, através de uma rede Ethernet, e subindo informações para um sistema supervisório, em outros lugares, ainda são uma realidade subestações inteiras com relés eletromecânicos. Para começar um processo de digitalização da proteção, é necessário primeiro analisar e reconhecer em qual etapa do processo a empresa se encontra”, afirma Pedro.
As empresas que ainda utilizam relés eletromecânicos devem buscar a migração para os relés digitais microprocessados, que oferecem tempos de atuação de até 16 ms, além da possibilidade de integração e comunicação com outros equipamentos da subestação. Além da melhoria significativa na velocidade de extinção da falta, a possibilidade de integração com outros relés e equipamentos de automação permite uma maior flexibilidade e possibilidade de automação. Esquemas mais avançados de controle e automação podem ser convertidos em melhorias na eficiência de seus processos. As informações coletadas pelos relés digitais também podem ser enviadas para um sistema de monitoramento, por exemplo, permitindo um controle constante do desempenho de sua subestação. Os relés empregados devem ser robustos, possuindo altos MTBFs (mean time between failures), e ter suas placas de circuito impressos revestidas com conformal coating, uma resina que protege as placas contra as agressões do meio ambiente, como gases, sujeira, insetos e maresia. Esses cuidados permitem que a confiabilidade do sistema de proteção não seja prejudicada com a troca de tecnologia.
Para as empresas que já utilizam relés de proteção digital, uma mudança em sua arquitetura pode trazer grande economia: a colocação de relés no pátio. Relés digitais robustos, que possuam uma ampla faixa de temperatura de operação, imunidade a vibração, e permitam o revestimento de suas placas de circuitos impressos com conformal coating, podem ser instaladas no pátio das subestações, perto dos equipamentos elétricos primários. Essa possibilidade diminui drasticamente os gastos com cabos de cobre e com a mão-de-obra agregada nesse serviço, sem comprometer o desempenho e a confiabilidade do sistema de proteção. A instalação de relés no pátio é um passo simples, mas que traz impactos econômicos positivos aos projetos de subestações elétricas.
“A digitalização do sistema de controle e proteção das subestações de energia são essenciais para o bom funcionamento de sistemas de saneamento, trazendo mais segurança e controle para todo o processo”.

Confiabilidade e economia

A consequência direta do projeto – reforça o gestor – “é a mitigação para o mercado da etapa mais vulnerável da automação: o risco. Ou seja, quem conhece o equipamento é que vai prestar o serviço. Com isso, ficam garantidos a confiabilidade no processo, e o aumento significativo de produtividade, com redução no consumo de energia e de produtos químicos, assim como de mão-de-obra, que é realocada para outras atividades essenciais da Companhia”.

As entregas, de novembro de 2018 a março de 2019, após licitação, compreendem seis ETAs (duas em Guarulhos, e as demais em Cotia, Embu Guaçu, Mairiporã e Salesópolis), e uma sétima está em fase final de instalação (Rio Grande da Serra). Ainda este ano, serão licitadas outras 15 unidades, para São Paulo (duas), Barueri (duas), Cotia, Biritiba Mirim, Cajamar, Mairiporã, São Bernardo do Campo, Santana de Parnaíba, Pirapora do Bom Jesus, Nazaré Paulista, Pinhalzinho, Socorro e Vargem Grande.

Os ganhos são computados de várias formas, mas se resumem a custos operacionais e de manutenção. “A automação reduz a necessidade de mão-de-obra técnica, de 5,5 funcionários, para 1,5, por estação”, comenta Oto Pinto, citando também o aumento no número de análises da água: “Por este modelo, são realizadas, mensalmente, em média, 100 mil análises, em cada ETA. No formato anterior, não ultrapassavam as 10 mil, por mês, por estação. Se fossemos adquirir esses 100 mil dados da forma tradicional (compra de equipamentos de análises), a operação ficaria 63% mais cara”, comemora.

“As empresas de saneamento e água enfrentam desafios únicos. As válvulas, geralmente, são de movimento lento, críticas, parcialmente submersas, e muitas vezes remotas. A Westlock possui uma solução que atende esta dificuldade: trata-se do transmissor de posição da série Digital EPIC. A versatilidade da série Digital EPIC permite uma plataforma padronizada que pode atender a qualquer aplicação”, afirma Fernando Luquetti, Gerente Regional América Latina da Westlock.
A série Digital Epic D500 apresenta um compartimento de fiação separado, exibição visual da posição e LCD aprimorado, trazendo também a capacidade de fazer uma transição para protocolos sem fio, com o Hart7. Disponível com DD ou DTM, o usuário final pode ainda usar a suíte de análise do software para monitorar a integridade da válvula.

Parceria com resultados

Essa primeira licitação foi vencida pela Hexis, uma empresa do grupo Hach, pertencente à plataforma de qualidade de água da empresa Danaher, com mais de 20 anos de experiência no mercado brasileiro, com foco em controle de qualidade de laboratórios e plantas de estações de tratamento de água e esgoto pelo Brasil.

“O projeto despertou o interesse da empresa, porque a Hexis entende que a metodologia de aquisição de dados, ao invés da compra de instrumentação analítica, é o futuro para o mercado de saneamento de países emergentes, e trará ganhos significativos às companhias de saneamento, vistas as dificuldades destas empresas em instalar, calibrar e manter os equipamentos analíticos funcionando plenamente”, ressalta Marcelo Tranquero, gerente de Mercado Vertical – Saneamento e Meio Ambiente da Hexis, no Brasil.

O ineditismo do projeto também respondeu por intenso intercâmbio com a matriz, inclusive na formatação do modelo comercial e do projeto de risco. Dificuldades também foram equacionadas no mapeamento dos itens necessários, mas, “por ser um projeto inédito, no mundo, para o setor de saneamento, a Hexis não mediu esforços para ser a pioneira no Brasil neste tipo de fornecimento, firmando-se como líder de mercado”, celebra Tranquero, listando entre os ganhos para a empresa “a garantia de que o cliente usará nossa instrumentação por um longo período (fidelização), o fato de estar presente diariamente no cliente, inclusive desenvolvendo novos negócios, e a visibilidade nacional e internacional”.

Soluções diversas

A aplicação de automação em sistemas de saneamento é crescente, e responde por ganhos expressivos, mesmo que ainda distantes daqueles resultantes da inovação da Sabesp.

Fernando Santana, diretor de Utilities e Serviços Públicos da SAP Brasil, lembra que a utilização de soluções de software, por exemplo, contribui na gestão da operação e, se somadas a IoT (Internet das Coisas) e Inteligência Artificial (IA), favorece a gestão de contratos de terceiros, respondendo pela medição do contratado.
“Estamos com um piloto com uma concessionária privada, em que conseguimos fazer a gestão e otimização do sistema de forma remota, otimizando o uso da infraestrutura nas sazonalidades”, exemplifica Santana, falando do que é usual no presente. O olhar do executivo, no entanto, também está voltado para futuro próximo, com infraestrutura utilizando soluções de georreferenciamento, que ajudarão na otimização da linha de esgoto, dando maior efetividade no atendimento ao cidadão.

Sinaliza, também, a possibilidade de utilização de IoT associada à Big Data e machine learning, para análise de fraudes ou integridade dos negócios. Essa possibilidade – garante Santana –, pela análise de padrões de comportamento e distribuição, é passível de identificar pontos de fraude ou de perda, tanto técnica, quanto não técnica.

“Eficiência é desafio, até para reduzir o custo do cidadão, pois, a falta de eficiência do sistema se reverte em aumento da tarifa”, frisa o diretor da SAP, agregando a digitalização das redes de saneamento a essas possibilidades de aplicação de tecnologia.

Essas sugestões, pontuadas por Santana, são corroboradas por Gabriel Dallacqua, consultor de vendas da Novus, que entende a tecnologia como ferramenta para equacionamento de necessidades operacionais, desde a captação até a distribuição, tanto em ETAs, quanto em ETEs.
“Do ponto de vista de processos administrativos, a tendência cada vez maior é a unificação entre a tecnologia de automação e a tecnologia da informação, facilitando procedimentos como, por exemplo, entre fornecedores e o operacional, gerando gatilhos de compra de insumos automáticos, ou, até mesmo, entre clientes e o processo produtivo de tratamento, reduzindo o tempo operacional de uma eventual necessidade de correção no sistema” descreve Dallacqua, que vislumbra como possibilidades a aplicação de inúmeras tecnologias nos campos de Controle e Automação, Tecnologia de Instrumentação, Tecnologia Analítica e Tecnologia de Conectividade.

Seu posicionamento é fundamentado em resultados efetivos da Novus, com um case de monitoramento da vibração e temperatura de bombas de alta potência, de uma elevatória final da ETE, onde “o FieldLogger aplicado no projeto permitiu o prolongamento da vida útil do motor, que, por conseguinte, resultou na redução dos custos de manutenção, e aumento da disponibilidade funcional do processo”. Os ganhos computados por Dallacqua com um sistema totalmente digitalizado envolvem redução de intervenção no sistema, melhoria da produção, assertividade nas correções, agilidade na tomada de decisões, aumento da vida útil dos equipamentos e, por sua vez, redução dos custos operacionais.

Colocando em destaque a tendência de aplicação de tecnologias oriundas dos conceitos de IoT, o consultor de vendas da Novus acredita na digitalização das plantas de saneamento, e alerta: “No segmento de saneamento, os sistemas de supervisão são tipicamente o elo que marca a capacidade de digitalização das plantas de tratamento, podendo atingir assim a próxima camada da digitalização, envolvendo comunicação com banco de dados, podendo estes se estenderem a historiadores e, assim, evoluir para a construção de um BigData. A partir deste ponto é possível atingir o formato mais avançado da digitalização atualmente, que é a capacidade dos sistemas digitalizados de executarem algoritmos de previsibilidade da operação, resultando em conceitos de Analytics, que por sua vez, mudam todo o formato de operação das plantas, que podem antecipar correções operacionais, reduzindo os custos de intervenção nos sistemas produtivos, e melhorando a qualidade do fornecimento”.

Software de dimensionamento de sistema de tratamento de água – de download gratuito –, capaz de combinar tecnologias de troca iônica e osmose reversa da Lanxess, o LewaPlus permite o uso de até três tecnologias em série em um mesmo projeto, informa Ricardo Pinheiro, gerente da unidade de negócios Liquid Purification Technologies da Lanxess, no Brasil.
A plataforma, além de favorecer o planejamento e o desenvolvimento de sistemas de tratamento de água, também prevê o consumo de energia e a necessidade – ou não – de pós-tratamento da água, assim como para diagnóstico de instalações existentes, com a meta de otimizá- las.
“O LewaPlus dá informações sobre potência de bomba a ser aplicada no projeto, número de vasos de osmose reversa, configuração dos vasos, número de estágios, volume de resinas, condições de regeneração da resina, contribuindo com a área de Engenharia”, resume Pinheiro, lembrando que a solução oferece ferramenta para calcular o CAPEX e OPEX dos sistemas projetados.

Norma ISA 112 aplica sistemas SCADA
ao saneamento
Em processo de criação pelo comitê correspondente, a norma ISA 112, é uma norma técnica da The International Society of Automation, que tratará do desenho, implementação, operação e manutenção de sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) – ou sistemas de supervisão e controle – para água e esgoto, energia, óleo e gás e outras indústrias. A meta é apoiar a integridade e a confiabilidade gerais desses sistemas.
Como explica Carlos E. G. Paiola – engenheiro eletricista, mestre em Engenharia de Automação e Controle, diretor da ISA São Paulo Section, e fundador da seção estudantil ISA Poli/USP, entre outras funções – “os textos resultantes deste trabalho, incluindo norma e relatórios técnicos, fornecerão uma série de orientações práticas sobre como projetar, implementar, operar e manter sistemas SCADA, documentando as melhores práticas em uma variedade de atividades e setores”. O comitê da norma, liderado pelos profissionais Graham Nasby e Ian Verhappen, tem como plano desenvolver um ou mais textos, a serem complementados por relatórios técnicos, expandindo os detalhes da implementação e diretrizes específicas de cada setor.
No caso específico do setor de saneamento, “a ISA 112 será bastante útil para diferentes tipos de profissionais, incluindo projetistas, integradores de sistema e usuários finais de tecnologia de concessionárias de água e esgoto”, comenta Paiola, destacando que “as boas práticas e os exemplos registrados no material da norma serão referência para diversas aplicações de sistemas SCADA, muitas vezes chamados de sistemas de telemetria e telecomando em saneamento. São exemplos de aplicações os sistemas de supervisão de estações de tratamento de água e esgoto (ETA e ETE), os sistemas de estações elevatórias de água e esgoto (EEA e EEE), e sistemas de gestão de níveis de reservatórios de água”.