Gerenciando os ativos da estação de bombeamento para o menor TCO e máxima eficácia
As operações de água e esgoto estão sob crescente pressão para atingir metas ambiciosas de prestação de serviços, conformidade regulatória e resiliência no gerenciamento de uma infraestrutura grande e antiga. Com capital limitado, eles devem encontrar maneiras de prolongar a vida útil dos ativos vitais, priorizar a renovação e combater as ameaças à segurança cibernética. Para enfrentar esses desafios, muitos estão buscando economia na manutenção de energia da estação de bombeamento e nos custos operacionais, que consomem cerca de 75% do orçamento de uma estação de bombeamento típica.
Resolver esses problemas requer acesso oportuno e manipulação de dados de desempenho, que estão disponíveis para o setor de água por meio da transformação digital que está ocorrendo em todo o setor. A transformação digital promete aproveitar os volumes de informação que surgem na sequência das operações industriais e aplicá-los para melhorar as operações. Ele faz isso adicionando inteligência e conectividade a ativos anteriormente isolados, sincronizando o controle e as comunicações entre eles e compartilhando informações com aplicativos analíticos. Na base da arquitetura estão as bombas, motores, acionamentos e outros ativos que estão se tornando cada vez mais inteligentes e conectados.
Melhoria da estação de bombeamento
Para estações de bombeamento, uma abordagem estruturada à digitalização significa maior capacidade de conter custos. Ele poderia reduzir os custos de energia da estação de bombeamento, permitindo a operação mais próxima das curvas alvo, aproveitando os equipamentos mais eficientes e os períodos de custo mais baixos, combinando os pontos de ajuste ou otimizando as cobranças nas contas de energia para evitar cobranças de demanda e penalidades de fator de potência.
Redução de custos
A digitalização pode reduzir os custos de manutenção, permitindo a operação da bomba mais próxima dos pontos de melhor eficiência (BEP) por:
eliminando a inspeção por meio de monitoramento avançado
aumentando a manutenção de rotina com monitoramento de condições para identificar pontos de falha pendentes antes que eles aconteçam
protegendo ativos eliminando a operação em condições de baixo fluxo
A digitalização pode contribuir para a redução geral dos custos operacionais por meio do monitoramento aprimorado em tempo real em relação aos pontos de desempenho desejados; variando as velocidades do motor para atingir as metas estabelecidas; e sincronizando o desempenho da bomba no contexto mais amplo da instalação de bombeamento. Este contexto pode envolver sistemas hidráulicos, estratégias de controle de bombas ou funções auxiliares de controle, como dosagem de cloração.
Confiabilidade e otimização de ativos, além de excelência em manutenção
O acesso detalhado e oportuno às informações permite que o desempenho atinja novos níveis. Isso inclui:
aplicação econômica de manutenção baseada em condições
melhorias nas condições gerais de operação
redução da frequência e, portanto, dos custos trabalhistas das inspeções
1. Manutenção Baseada em Condição
Os impulsores estão entre as primeiras peças da bomba e, uma vez que a erosão e a corrosão começam, aceleram. A análise pode fornecer informações sobre o índice de integridade da bomba e as perdas de capacidade, que podem se correlacionar diretamente com o uso de energia conforme relatado pelos medidores de energia. O monitoramento da sucção da bomba com transmissores de pressão pode enviar alertas quando a sucção da bomba cair abaixo de um determinado nível.
2. Melhorando as Condições Operacionais
Além de monitorar as condições da bomba, melhorar as condições de operação da bomba melhora o intervalo entre falhas (MTBF) ao reduzir as forças axiais que contribuem para reduzir a vida útil das juntas e rolamentos.
3. Reduzir a frequência de inspeção
Quando as informações sobre as operações da bomba são limitadas ou não confiáveis, a inspeção manual frequente é necessária para identificar a necessidade de intervenção de manutenção. O monitoramento digital contínuo dos ativos e das principais variáveis operacionais pode reduzir a frequência — e os custos de mão de obra — associados às inspeções manuais. Com ferramentas digitais modernas, você pode rastrear variáveis elétricas, variáveis mecânicas e variáveis hidráulicas de motores e bombas e receber alertas quando o desempenho se desviar dos limites estabelecidos.
Estudo de caso
Este projeto começou com a implantação da arquitetura para coletar e analisar dados operacionais. Usando instrumentação já instalada em cada uma das três bombas da estação, especialistas do setor de água configuraram medidores de energia, acionamentos inteligentes nos motores e sensores de pressão e fluxo para monitorar os principais pontos do processo.
O software SCADA e os PLCs na camada de controle de borda supervisionaram a troca de dados e a lógica de produção e se conectaram a uma caixa de borda industrial da Internet das Coisas (IIoT) nas redes PROFINET e Modbus TCP. A caixa de borda IIoT foi alojada na sala de controle da planta e entregou dados ao consultor de desempenho de bombeamento hospedado na nuvem.
Retorno do investimento
Após cerca de três meses de monitoramento da instalação espanhola, as seguintes conclusões foram alcançadas:
Não houve necessidade de substituir as bombas antigas. O desgaste e o impacto da corrosão podem ser gerenciados por meio do ajuste do circuito de controle. Foi, no entanto, recomendado que a instalação recondicionasse os impulsores e os anéis de desgaste.
Mudanças no controle de velocidade da bomba melhoraram o desempenho e reduziram a conta de energia. Controlar a variação de velocidade com os drives foi mais eficaz do que executar a malha de controle no PLC.
A necessidade de inspecionar a cada duas semanas foi eliminada.
A troca automática da válvula de cloração reduziu os custos operacionais em aproximadamente US$ 5.300.
A implementação de todas as recomendações, exceto a reforma do rotor e do anel de reparo e os avisos automatizados do sistema de ozônio, economizou quase US$ 22.000 por ano, o que representa 12% do opex.
Reduzindo o Opex por meio do desempenho dos ativos
$ 8.300 por ano em tarifas de energia reduzidas
US$ 3.500 por ano em custos de manutenção, suspendendo a necessidade de inspeção a cada duas semanas
US$ 10.000 por ano em economia de operações, aplicativos, insights e alertas ao automatizar a opção de válvula de cloração (ligar/desligar)
12% em economia de opex
Embora o exemplo anterior esteja relacionado à água potável, a mesma arquitetura básica pode ser aplicada a bombas em praticamente qualquer configuração. Por exemplo, o mesmo usuário opera uma estação de tratamento de águas residuais e uma rede de coleta de água e contratou um especialista em gerenciamento de energia para atingir objetivos semelhantes em sua estação elevatória.
Ajustes de velocidade variável semelhantes foram feitos com base no monitoramento, aumento do desempenho de bombeamento, redução do consumo de energia, desgaste e vibração. O monitoramento também revelou a necessidade de reduzir o tamanho das telas de efluentes para evitar que objetos maiores aumentassem o desgaste da bomba. As economias adicionais totais foram de mais de US$ 21.000 (representando 14% do opex).
Alcançar tais resultados envolve três etapas fundamentais:
Avalie as operações atuais para avaliar.
o retorno potencial e estabelecer metas de melhoria.
Implemente as melhorias e monitore o progresso em relação às metas ao longo de alguns meses.
Ajuste o desempenho de acordo.
As operações eventualmente chegarão a um ponto de cumprimento consistente das metas, mas o processo não deve terminar aí. As operações de água e esgoto sempre precisarão ir além dos objetivos iniciais para se adaptar às mudanças nas circunstâncias econômicas e realidades físicas.