Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 269 – 2021 |
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Cover Page
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| Sistemas de Dosagem | ||||
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| A injeção de químicos é parte integrante de muitos
processos produtivos, seja para garantir o fluxo de
produção, seja para proteger a integridade dos
ativos. Mas, a precisão dessas dosagens é fundamental,
porque um punhado de partes por milhão, abaixo ou acima do ideal, pode invalidar o produto final, danificar ativos, e mesmo causar acidentes ambientais, dependendo
das misturas. É preciso confiar nos sistemas de medição
e dosagem, também para evitar desperdício de produtos
químicos. Em algumas linhas de produção, a solubilização de compostos apresenta um problema desafiador para a automação, porque os sistemas de pesagem e dosagem automatizados não podem ser otimizados para um material específico, devendo lidar com muitas substâncias diferentes – cada material apresenta desafios próprios. A distribuição e dosagem de produtos químicos desempenha um papel tão importante, que a eficiência e a segurança exigem que esses processos sejam automatizados. Em relação ao sistema de dosagens, a Sabesp, por exemplo, pratica diferentes níveis de automação: o sistema automatizado mede o parâmetro químico em questão, e automaticamente toma a decisão de dosar o produto químico, sem a necessidade de um funcionário. O benefício é claro, é a velocidade em adaptar o tratamento, de acordo com as variações de qualidade da água bruta, porque, em sistemas automatizados, a adaptação é imediata. Quando não existe automação, essa adaptação depende de uma verificação da qualidade da água por um técnico, e essa atividade é realizada uma vez a cada hora. Em resumo, sistemas automatizados permitem uma atuação rápida, para manter a qualidade do processo de tratamento de água. |
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| Dosagem é a medição de uma ação, com o objetivo de controlar seus efeitos. Na indústria química, dosagem se refere principalmente a uma vazão, ou uma adição discreta. No caso de adições contínuas, deseja-se acurácia para conhecer volumes ou composições, e/ou deseja-se repetibilidade para controlar efeitos. São dosados reagentes, catalisadores, aditivos, nutrientes, traçadores, gases de stripping, “slurries” (lamas)... A boa dosagem permite obter qualidade, minimizar perdas, controlar custos, inventários, propriedades, especificações, fazer diagnósticos, acompanhar, antecipar, demonstrar cuidados, e registrar o passado. Em alguns casos de grandes vazões, como nas estações de tratamento de efluentes aquosos, pode-se lançar mão de medidores do tipo Calha Parshall; em outros casos de vazões grandes (digamos de 30 a 180 m3 /h), podem-se usar venturis, placas de orifícios, tubos de Pitot e Annubar. Nas vazões médias (digamos entre 3 e 30 m3 /h), é comum encontrar, além das técnicas acima, os medidores de vórtices, os medidores de Coriolis, e os medidores magnéticos. Já nas vazões pequenas (entre 0,05 e 3 m3 /h) é comum usar medidores de rodas ovais, discos de nutação, os próprios Coriolis, e as bombas dosadoras de pistão ou peristálticas, com controle de rotação. É aqui que, vez por outra, se aplicam os rotâmetros. |
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A qualidade dos produtos exige grande controle das adições, minimização de variabilidade, e é claro que as dosagens permitem contribuir significativamente para a obtenção desta qualidade. Sistemas químicos reacionais têm comportamento não linear, o que pode significar que erros nas dosagens, afastamentos das quantidades ótimas, podem provocar perdas significativas. Sistemas de dosagem automatizados, participando do controle de processos, podem ser dispositivos que garantem operação segura de aparelhos críticos, como os reatores químicos. Os sistemas de dosagem automatizados proporcionam conhecimento dos consumos de matérias primas, dos rejeitos, e assim são fundamentais na contabilização, na governança, no controle dos processos, na segurança das operações, e na qualidade dos produtos. Patrick ressalta que “automatizar tem alta relevância não só na redução de esforço físico no processo, mas também em garantir a correta dosagem de todas as matériasprimas e produtos acabados, evitando riscos de segurança que envolvam de exposição à produtos”. Aimar Domingues pontua que “a dosagem automatizada abre a possibilidade de adquirir valores com grande frequência, registrar estes valores, dispondo assim destes registros para análises de processos, otimizações, diagnósticos, balanços materiais e energéticos, e mais recentemente manutenção preditiva. Gêmeos Digitais, por exemplo, requerem informações abundantes dos equipamentos ou sistemas, e, entre estas informações, as dosagens são fundamentais para que se possa interpretar a saúde do equipamento ou do sistema, agindo para maximizar sua disponibilidade e desempenho”. Todas as fábricas de Paulínia da Rhodia – Grupo Solvay – dispõem de sistemas automatizados de medição e controle de dosagens. A maioria delas dispõe de Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD), e de sistemas de aquisição de histórico de dados (PIMS), coletando continuamente informações de campo, informando o operador, reagindo a estas informações de campo, disponibilizando as informações históricas para comparações, análises, usando estas informações como inputs de algoritmos on-line de balanços materiais e energéticos, davaliação do estado dos equipamentos (manutenção preditiva), e de otimização de processos, fornecendo dados para contabilização e análises econômicas. |  |
“Usamos técnicas de Controle Multivariável Preditivo, desde os anos 90, e temos fábricas inteiras conduzidas por este tipo de técnica de controle, que se apoia em medições de variáveis de campo. Isso exige qualidade nestas informações de entrada, para que se assegure qualidade nas decisões de condução das plantas. E, mais recentemente, temos desenvolvido maciçamente algoritmos de manutenção preditiva (Projeto Predmais /Figura 1), que, além de julgar o estado da máquina ou sistema, também julga a eficiência energética deste sistema, de forma online e ativa, alertando a operação de desvios, que podem levar a perdas de materiais ou de energia, a desgastes prematuros, ou à redução de disponibilidade dos equipamentos,” conta o Gerente de Desenvolvimento de Tecnologias da Rhodia. Nas plantas Basf há sistemas de dosagem de líquidos e sólidos, envolvendo matérias-primas e produtos acabados, quer seja em processo contínuo ou por batelada. Esses sistemas são importantes em diversos aspectos, além da segurança, impactam em redução, repetibilidade, precisão do processo, garantido maior qualidade, e reduzindo também perdas financeiras. “Por exemplo, em nossa Planta de Soluções para Agricultura, todos os sistemas de medição estão integrados a um sistema digital de controle. Já na planta de poliuretanos, possuímos um sistema de dosagem de sólido, através de silo e roscas transportadoras, que está integrado a célula de carga dos reatores. Este sistema precisa de uma alta precisão, para garantir a conformidade do produto final às especificações. Um outro exemplo, é o sistema de dosagem de matérias-primas líquidas em alguns reatores, que é controlado via SDCD / medidores mássicos, para atingir a formulação especificada para determinado produto”, conta o Diretor do complexo químico da Basf em Guaratinguetá, que ressalta que o impacto de automatizar é muito positivo, pois, permite o consumo correto dos insumos, além da geração de produtos dentro da especificação – o que evita retrabalho, que poderia aumentar desnecessariamente o consumo de energia, ou na eventual impossibilidade de recuperação de um produto fora das especificações, teria de ser destinado como resíduo. No site da Rhodia, em Paulínia, há produtos importantes, que usam insumos de origem não fóssil, com vantagens ecológicas e econômicas. Um deles, o Acetato de Etila, é produzido com Etanol de origem vegetal. Com isso, a Pegada Carbono deste importante solvente é muito reduzida, o que passa a ser cada vez mais atraente para os clientes da Rhodia e para toda a sociedade. Um bom exemplo são os produtos da linha Augeo (solventes sustentáveis) fabricados a partir de glicerina de origem vegetal. Duas novas fábricas foram construídas, entre 2018 e 2020, com uso das melhores técnicas de dosagem de catalisadores e matérias primas, obtendo desempenho energético e qualidade excelentes. A dosagem mais diretamente ligada ao meio ambiente talvez seja a neutralização de acidez ou alcalinidade, antes de se proceder ao tratamento biológico. Obviamente estes sistemas de dosagem são desafiadores, na medida em que obter pH sob controle requer dispositivos bem selecionados e bem operados, já que se trata de uma variável de grande não-linearidade. No entanto, a boa dosagem de reagentes, catalisadores, aditivos, antiespumantes, e outros componentes essenciais aos processos industriais nos permitem minimizar variabilidades, obter qualidade, reduzir dejetos líquidos, gasosos, e sólidos, o que se traduz num benefício ambiental considerável. “Nas nossas fábricas de Paulínia, os rejeitos têm sido reduzidos ano a ano, há décadas. Nos últimos 20 anos, os rejeitos sólidos, por exemplo, foram reduzidos em mais de 90%. Nossas instalações de tratamento biológico de efluentes aquosos se mantêm com capacidade constante há muitas décadas, apesar do significativo aumento de produção de todas as fábricas da Usina Química de Paulínia. Lá, dispomos de Times de Melhoria de Processos, compostos por profissionais de Processos, Manutenção, Operação, Pesquisa, Qualidade, Logística, Engenharia, e mesmo da Direção do Site. Estes Times têm persistentemente reduzido o consumo de energia e de matérias primas, e a sua permanência, de décadas em atividade, demonstra a eficácia destas equipes. Seu trabalho depende em grande parte da qualidade das medições de variáveis de processos, em particular da qualidade das dosagens, seu registro e controle, permitindo análises, decisões e otimizações”, afirma Aimar Domingues. Num universo variado de produções, processos, condições de pressão e temperatura, ocorrem casos de operações críticas, do ponto de vista da segurança do processo. É o caso de reações químicas exotérmicas catalisadas, por exemplo. Obviamente, casos assim podem requerer redundâncias de medição. Temos, por exemplo, o caso de um reator, em que as medições de variáveis de vazão de catalisador são dobradas, e qualquer desvio significativo entre as duas medições alerta o operador para necessidade de calibrações extras. Além disso, temos como regra que as medições usadas nos sistemas de segurança automáticos devem ser independentes das medições de controle e operação do processo. Muitas vezes, o próprio princípio de medição precisa ser diferente com encaminhamento de cabos diferente, para que se evitem falhas de modo comum. Vazões podem ter limites e o sistema de dosagem será o meio para limitar estas vazões (limites mínimos ou limites máximos). “Para processos críticos, exige-se um nível alto de confiabilidade da automação e do instrumento e, em alguns casos, aplicação de redundância. É necessário que o sistema esteja bem dimensionado quanto aos seus parâmetros de limites máximos e mínimos; parâmetros relacionados à substância manipulada, como densidade, viscosidade, temperatura para garantir correta medição; instalação em posição correta que evite que o medidor rode “vazio”, levando a uma falsa leitura; intertravamentos bem definidos pela equipe de processos e suas interligações com válvulas e bombas. Por exemplo, na unidade produtiva de Dispersões Plásticas, dependend | |
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