AUTOMAÇÃO DA ETA RIO DESCOBERTO

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1 AUTOMAÇÃO DA ETA RIO DESCOBERTO André Ricardo Brasileiro Vanderlei (1) Engenheiro Eletricista pela UnB (1991), Engenheiro de Manutenção da Caesb desde Jorge Luiz de Souza Engenheiro Industrial Eletricista pelo CEFET/MG (1978), Engenheiro de Manutenção da Caesb desde Ângela Biaggini Diniz Barbosa Bacharel em Química pela Universidade de Brasília (1981); Química Analista Industrial pela Universidade Federal da Bahia (1983); Química da Companhia de Água e Esgotos de Brasília - CAESB desde Endereço (1) : SQSW bloco A - apto Sudoeste - Brasília - DF - CEP: Tel: (061) Fax: (061) RESUMO Este trabalho procura mostrar a experiência da Caesb na Automação da Estação de Tratamento de Água do Rio Descoberto - ETA-RD1, ressaltando os benefícios resultantes do acompanhamento e participação efetiva de suas diversas áreas técnicas na implantação do sistema, quais sejam, as fases de projeto, especificação, elaboração dos aplicativos, fiscalização, comissionamento e startup. A parceria entre as áreas técnicas da Caesb e as empresas contratadas, nas diversas fases mencionadas, permitiu trazer ao empreendimento informações valiosas, decorrentes da experiência técnica da Caesb, e aprimorar o Sistema de Automação em todas as fases de execução do processo, conseguindo, assim, chegar ao final do empreendimento com uma menor quantidade de problemas operacionais. PALAVRAS-CHAVE: Automação da ETA-RD, Automação, Sistema Participativo, Parceria. INTRODUÇÃO No Distrito Federal, 60% da produção de água é proveniente do Sistema Rio Descoberto. Neste Sistema, a água é elevada da barragem, através de uma Estação Elevatória de Água Bruta (EAB-RD1), constituída por cinco conjuntos moto-bombas, sendo três de hp e dois de hp, até uma Estação de Tratamento de Água (ETA-RD1). Na ETA, a água sofre um processo de tratamento, por filtração direta, precedida de pré-floculação, sendo a mesma, após tratamento, distribuída para a população das cidades satélites de Taguatinga, Ceilândia, Samambaia, Gama, Núcleo Bandeirante e Santa Maria, entre outras. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1483

2 Por se tratar da Estação de Tratamento responsável pelo abastecimento de mais da metade da população do Distrito Federal, torna-se necessário que se tenha um controle eficaz e eficiente quanto a qualidade e a confiabilidade do processo ali implantado. O processo de Tratamento utilizado na ETA-RD1, como pode ser visto na figura 1, retirada do próprio supervisório da unidade, pode ser dividido em etapas principais como coagulação, préfloculação, filtração, desinfecção, fluoretação e correção de ph. Na fase inicial do tratamento, é realizada a medição da vazão de entrada de água na ETA, por uma calha Parshall, e ocorre o pré-condicionamento de água bruta, pela aplicação de cloro (eventual), cal, coagulante e polieletrólito aniônico de baixa carga ou não iônico, como auxiliar de floculação. A pré-floculação, tem como objetivo obter a aglutinação das partículas menores, facilitando a filtração. É composta por duas câmaras, cada uma com quatro compartimentos onde a água é submetida a agitação, de forma controlada. Na filtração, as partículas de impureza são retiradas pela passagem da água pré-floculada em meio poroso, no caso da ETA este meio é areia. Como existe retenção de impurezas no meio poroso, torna-se necessário que se faça periodicamente a lavagem dos filtros. Após a etapa de filtração é feita a desinfecção final da água através da aplicação de cloro, para evitar eventuais contaminações da água e dosagem de cal para correção final de ph, além da aplicação de flúor e amônia, caso seja necessária a utilização da pré-cloração. Como na lavagem de filtros é utilizado grande quantidade de água, existe, ainda, na ETA, um sistema de recuperação desta água. Neste sistema ocorre a clarificação da água, através de adensadores e separação da fase sólida por meio de centrifugação. Após este processo a água é reaproveitada, retornando a caixa de chegada de água bruta da ETA-RD1. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1484

3 Figura 1- Fluxograma de Processo da ETA-Rio Descoberto. Com o crescimento populacional das regiões abastecidas pelo Sistema Rio Descoberto, tornouse necessário que fizesse uma ampliação das instalações da ETA Rio Descoberto, adequandoas às necessidades das regiões abastecidas. Decidiu-se, então, reformá-la, ampliando-a para uma capacidade de tratamento de litros por segundo. Para a ampliação da ETA, estava previsto inicialmente um sistema de comando e controle baseado unicamente em operações manuais, havendo uma completa separação entre as diversas etapas do processo, tendo, portanto, uma concepção ultrapassada. Através de estudos e verificação do projeto inicial, optou-se em dotar a ETA de um sistema de automação que possibilitasse a integração entre as diversas etapas do processo, facilitando o controle e supervisão dos resultado operacionais da unidade. OBJETIVO Este trabalho visa mostrar uma nova filosofia de implantação de automação industrial aplicada na Estação de Tratamento de Água do Rio Descoberto, expondo os benefícios resultantes do acompanhamento das diversas fases do processo de automatização. CONCEPÇÃO Em obras do porte da ampliação da ETA-RD1, normalmente as empresas optam por adquirir sistemas de automação fechados, tipo Turn Key, onde não é possível uma maior interação entre as áreas usuárias e o sistema instalado. Além disto, é criado um vínculo de dependência entre a empresa contratante e a contratada, o que muitas vezes se torna desastroso, com grandes conseqüências técnicas e financeiras. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1485

4 Resolveu-se então, dotar a ETA de um sistema de automação aberto, onde as áreas usuárias pudessem interagir continuamente com a empresa contratada para a elaboração do sistema, e, ao mesmo tempo capacitar os técnicos da Caesb, através do acompanhamento da elaboração do projeto e da execução dos serviços de automação, para operar, manter e desenvolver evoluções no sistema. Optou-se, ainda, por descentralizar o sistema de aquisição de dados, com controladores lógicos programáveis remotos, para diminuição do custo de implantação e do tempo de montagem do sistema. O Sistema foi concebido de forma a que todos os processos existentes e os a serem implantados na ETA estivessem sendo supervisionados e controlados de um mesmo Centro de Operação, havendo portanto, a possibilidade de interação entre as diversas etapas do processo, obtendo com isto, uma centralização das ações operativas. A filosofia adotada para o sistema de automação teve como prioridade a segurança, sendo utilizados sistemas auxiliares manuais e um sistema duplicado de processador para a unidade de controle de processo. Os equipamentos existentes na ETA foram estudados e realizadas as modificações necessárias a adequá-los a automação a ser implantada. Outro aspecto priorizado na filosofia adotada para implantação do sistema de automação foi a capacitação dos funcionários da Caesb, onde os mesmos através do acompanhamento desde a fase de concepção, passando pela elaboração do projeto, especificação, elaboração dos aplicativos, fiscalização, comissionamento até o startup do sistema adquiriram conhecimentos ajudando, assim, na própria execução do projeto. Paralelamente a este treinamento on the job foram ministrados cursos e palestras sobre operação, manutenção, configuração e programação dos diversos equipamentos e programas que faziam parte da automação da Estação de Tratamento, visando que um maior número de funcionários dominassem o sistema implantado. O sistema de automação projetado para ETA-RD1 é composto de um CLP, com CPU redundante, com racks remotos e três Estações de Supervisionamento, sendo duas delas instaladas na Sala de Supervisão e uma outra na sala da gerência, além de duas estações de operação remotas instaladas na galeria de filtros a no prédio de recuperação de água de lavagem. As Estações de Supervisionamento são microcomputadores tipo IBM-PC, industriais, com monitores coloridos de 20 polegadas rodando o software de supervisão FIX DMAC s para Windows. Nestes micro encontra-se o aplicativo de supervisão e controle operacional de toda planta industrial. Optou-se pela instalação de racks remotos devido as dimensões físicas da ETA e para dotar o sistema de uma maior confiabilidade, bem como diminuir os custos de implementação, instalando os dispositivos de entrada e saída do CLP o mais próximo possível dos equipamentos. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1486

5 A concepção do sistema, como indicado na figura 2, previu a instalação de um painel na Sala de Supervisão, onde estariam instalados as CPU s do CLP e os dispositivos de entradas e saídas para os equipamentos instalados próximos ao local; um painel próximo ao Tanque de Aplicação de Produtos Químicos - TAPQ, para comando e supervisão dos equipamentos ali instalados; 14 (quatorze) pequenos rack s junto as mesas de comando de cada um dos 14 (quatorze) filtros, na Galeria dos Filtros, para controle dos mesmos e um último painel instalado no Prédio de Recuperação de Água de Lavagem. Figura 2 - Sistema Instalado Sala de Supervisão PLC CPU Redundante S. Gerência TAPQ Rec. Água Lav. Galeria de Filtros Ao tratar os diferentes sistemas existentes na ETA de forma integrada a própria automação se tornou vetor de qualidade, permitindo que os diferentes processos se interagissem obtendo, assim, uma maior eficiência. Os maiores benefícios que se pode obter com o sistema automatizado são resultados da maior possibilidade de controle e supervisionamento do sistema, bem como na melhor qualidade das informações geradas pelo sistema. IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA Já prevendo uma demanda crescente do consumo de água na região atendida pela ETA-RD1, em 1988 já existia um projeto elaborado que contemplava o aumento da capacidade do sistema. Porém, este projeto apenas abrangia uma ampliação dos sistemas operacionais da unidade, não tendo incluído nenhuma inovação, nem modernização nos equipamentos de supervisão e controle. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1487

6 Com se tratava de uma ampliação, e não de uma instalação nova, foram enfrentados vários problemas para adequar os equipamentos existentes à nova filosofia de operação e controle a ser implantada. Em 1994, quando foram conseguidos os recursos financeiros para a execução dos serviços de ampliação da ETA-RD1, não estavam, de início, contemplados os recursos necessários para a sua automação, sendo necessário que se aproveitasse o máximo das instalações e equipamentos existentes. O próprio projeto elétrico era um dos grandes obstáculos à implantação do sistema, já que não previa automação, e muitos dos quadros elétricos e centro de controle de motores já estavam adquiridos, sendo necessário que se fizesse adequações tanto nos quadros antigos quanto nos novos. Como foi adotada uma filosofia participativa na implantação do sistema de automação e diferentes áreas da empresa estavam envolvidas neste processo, como operação, obra, projeto e manutenção, e não havia sido constituída nenhuma equipe específica para a implantação do sistema era necessário que as pessoas que participavam do processo se desdobrassem para executar tanto as suas tarefas normais quanto as necessárias à implantação do novo sistema. As empresas de automação existentes estão acostumadas a desenvolver, apenas, sistema Turn Key, onde o cliente apenas interage no início e no final do processo. No nosso caso ao optar por um sistema aberto era necessário que a empresa contratada para a implantação se adequasse a esta nova forma de condução dos trabalhos. O sistema proposto objetivava a que a automação se prestasse a solucionar os problemas e as necessidades operacionais e de manutenção da unidade e não que a Caesb se adaptasse a um sistema implantado. Esta inovação gerou muita polêmica, já que não estando acostumada a esta forma de trabalho a empresa constantemente questionava a forma de execução dos serviços afirmando que nunca antes tinha executado serviços daquela maneira. Como se tratava de um novo ramo na automação, podemos até dizer inovador no país, a empresa não detinha o know-how suficiente para desenvolver sozinha os aplicativos referentes a automação de uma Estação de Tratamento de Água. Inicialmente, a empresa optou por desenvolver o aplicativo de automação em sua sede, porém este, quando enviado para comentários, apresentava falhas, devido ao desconhecimento do processo. Estes problemas só foram sanados quando a Caesb exigiu que o aplicativo de automação fosse desenvolvido na própria planta industrial, visto que seu corpo detinha o conhecimento necessário sobre o processo, ajudando a todo momento na elaboração dos aplicativos, tendo eles total controle sobre a solução implantada. Outro grande problema enfrentado foi o fato da execução desta obra estar sendo realizada com a ETA em operação. A Estação de Tratamento na maioria do tempo em que esteve em obra de ampliação estava operando, dificultando, assim, que se fizesse as montagens, adequações, testes e comissionamento necessários ao correto funcionamento do sistema. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1488

7 O aplicativo de supervisão, desenvolvido em software FIX DMAC S, teve a orientação direta da área de operação e manutenção, objetivando dotar a ETA de uma interface homem máquina amigável. Figura 3 - Exemplos de Telas de Etapas do Processo. Fluxograma do Processo da ETA-RD1 Flux. de Processo da Filtração Flux. de Proc. da Desid. Lodo - Adensadores Flux. de Proc. da Desid. Lodo - Centrífugas Foram desenvolvidas telas de cada etapa do processo, de cada produto químico utilizado, desde a sua estocagem até a sua aplicação, de supervisionamento dos parâmetros controlados através de medição contínua, de fluxograma do processo, de gráficos históricos e em tempo real de dosagens e de alarmes. São emitidos pelo Sistema de Automação, ainda, relatórios do sistema de filtração e de análises físico-químicas, acompanhamento de ocorrências operacionais e controle de estoque de produtos químicos. As telas foram concebidas de modo a retratar, da melhor maneira possível, os aspectos visuais dos equipamentos, facilitando, consequentemente, a sua identificação e visualização no sistema supervisório. As telas de visualização de produtos químicos foram elaboradas de modo a contemplar todos os equipamentos envolvidos na etapa do processo, bem como as suas interações. Nas telas de dosagem foram utilizadas as cores padrão do produto químico como cor de fundo, de modo a permitir a sua rápida diferenciação em relação as telas de dosagem de outros produtos químicos. Figura 4 - Exemplos de Telas de Produtos Químicos. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1489

8 Fluxograma Processo de Dosagem de Sulfato Fluxograma Processo de Dosagem de Amônia Fluxograma Processo de Dosagem de Cal Fluxograma Processo de Dosagem de Fluor A automação foi desenvolvida de modo a permitir que a operação se desse de modo o mais amigável possível para o operador, onde a interface homem-máquina se comportasse da maneira mais simples, lógica e natural. O sistema de tratamento foi dividido em uma série de sub-sistemas lógicos funcionais, tendo cada um deles sua tela de visualização específica, cor diferentes padrões de cor, onde o operador pudesse visualizar todas as informações necessárias ao controle e supervisão deste sub-sistema. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1490

9 CONCLUSÃO Com o sistema de automação implantado na ETA-RD1 foi possível alcançar as seguintes vantagens operacionais: Atuar nos equipamentos de processo, tais como inversores, válvulas, evaporadores, dosadores, a fim de que seja possível um melhor controle dos resultados finais do tratamento da ETA; Reduzir a quantidade e tempo de interrupções através de supervisão direta e em tempo real; Obter leituras instantâneas dos diversos transmissores instalados nos diferentes locais da ETA, facilitando o acesso as informações; Receber e enviar comandos a equipamentos e dispositivos instalados em campo, diminuindo, assim, o tempo entre a tomada de decisão e a ação; Supervisionar a operação da ETA; Facilitar a localização e o diagnóstico de problemas possibilitando a diminuição do tempo de intervenção da manutenção. Outro ganho obtido com esta modalidade de implantação do sistema foi, sem dúvida, a simplicidade das soluções encontradas para o controle das dosagens dos produtos químicos e demais processos utilizados na ETA, fruto do conhecimento específico de técnicos especializados na área de tratamento de água. O maior resultado obtido com esta forma de implantação do sistema de automação foi sem dúvida nenhuma a auto-capacitação dos funcionários da Caesb, aliado a possibilidade de adequação do sistema existente às necessidades operacionais. No sistema implantado não existem caixas-pretas, já que em todos os momentos da concepção, projeto, especificação e implantação do sistema os técnicos da Caesb estiveram presentes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Não relacionadas pelo Autor. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1491