Rumo ao saneamento 4.0 com o gêmeo digital 

Para muitas pessoas, a água potável é frequentemente considerada uma certeza da vida. Os consumidores desfrutam de um abastecimento confiável de água potável, e as águas residuais são tratadas com segurança, graças a estratégias inteligentes de rede como as da Universidade Técnica (TU) de Berlim. Lá, conceitos inovadores estão sendo estudados em um ambiente realista usando um gêmeo digital de uma estação de bombeamento.

A urbanização e as mudanças climáticas estão colocando pressão sobre os recursos naturais em todo o mundo. Considere Berlim, por exemplo: desde 2000, a cidade ganhou quase 300.000 habitantes e hoje abriga uma população de 3,6 milhões, um crescimento de 10% em apenas 20 anos. Até 2030, outras 200.000 pessoas podem ser adicionadas a esse número. Em comparação com as megacidades em expansão da Ásia, esse crescimento pode ser modesto, mas os recursos hídricos da cidade já estão sentindo a pressão.

Abastecimento de água: Lidando com os desafios globais

Além disso, o aquecimento global está causando um aumento nos longos períodos secos e quentes, enquanto as previsões preveem um número crescente de chuvas intensas. “Temporadas de seca resultam em emissões com odores da rede de águas residuais e corrosão. Chuvas fortes podem inundar o sistema de esgoto e isso pode levar a derramamentos de águas residuais contaminadas no meio ambiente”, explica o professor Paul Uwe Thamsen, chefe do Departamento de Dinâmica de Sistemas de Fluidos do Instituto de Dinâmica de Fluidos e Acústica Técnica da TU de Berlim.

Uso ideal da infraestrutura devido à digitalização

“Nossa pesquisa está focada em melhorar a operação de instalações e sistemas na indústria de água na Alemanha, Berlim em particular, ajudando os sistemas existentes a operar com mais flexibilidade e eficiência”, explica Thamsen. A digitalização fornece ferramentas importantes para sistemas de rede, por exemplo, e para dar suporte a novas abordagens de análise de dados em operação e manutenção. Thamsen e sua equipe estão agora estudando algumas dessas abordagens usando uma planta de demonstração de uma estação de bombeamento que está sendo complementada com uma planta dupla digital.

Os sistemas mistos são típicos de fábricas brownfield, na indústria de água como em qualquer outra indústria. Usando o portfólio de digitalização da Siemens, queremos integrar todos esses diferentes sistemas em um ambiente uniforme.
Professor Paul Uwe Thamsen, TU Berlin

Tornando a digitalização uma experiência prática

A Siemens é um parceiro importante, apoiando a fábrica demonstrativa com soluções inovadoras. “Isso é especialmente verdadeiro quando você deseja demonstrar os benefícios da digitalização em aplicações específicas. O conhecimento de campos como pesquisa, engenharia da fábrica, automação e experiência dos operadores de planta geram novas inspirações e ideias sobre como transformar a digitalização em uma experiência prática”, afirma Markus Lade, gerente geral da Siemens AG Alemanha, chefe global de água / Água residual vertical.

Digitalização e automação consistente

Atualmente, a Siemens está implementando uma solução abrangente de digitalização e automação que inclui inventário e digitalização de ativos, instrumentação de processo,  fonte de alimentaçãocomunicação industrial  e segurançagerenciamento de motor e bomba, sistema de controle de processo e sistemas de simulação de engenharia e fábrica.

O ponto final será um único ambiente digital para todas as informações da estação de bombeamento, desde o projeto até os dados de operação e manutenção, incluindo sistemas parcialmente autônomos para detecção e eliminação de falhas. A troca de dados bidirecional entre a engenharia de processo com o Comos e o sistema de controle de processo Simatic PCS 7 garantem que as informações estejam atualizadas durante toda a fase operacional.

Todos os dados da fábrica no Gêmeo digital

No início do projeto, todos os componentes físicos da planta foram capturados com o software ContextCapture da Bentley usando fotogrametria e compilados em um modelo 3D. Este modelo foi então carregado no PlantSight, onde é integrado com outros dados para criar um gêmeo digital da planta de demonstração.

 

“Este é um passo crucial”, comenta Thamsen. “Isso nos permite demonstrar que a digitalização pode ser usada com sucesso em fábricas brownfield, não apenas em alguns projetos greenfield”. Atualmente, os dados do modelo estão vinculados ao sistema de controle de processo Simatic PCS 7 para criar um digital twin completo que compreende todos os dados de engenharia e operação da planta em todo o seu ciclo de vida.

Apoiamos este projeto do Gêmeo digital para a fábrica de demonstração, não apenas fornecendo nossos produtos e sistemas, mas também contribuindo ativamente para a resolução dos desafios da digitalização em equipe.
Markus Lade, Siemens AG

As aplicações demonstram benefícios tangíveis

A integração de ferramentas inteligentes na planta de demonstração permitiu à Thamsen implementar os primeiros conceitos inovadores. Por exemplo, os perfis de energia e tensão podem ser analisados com o sistema de gerenciamento de motor Simocode, tanto localmente quanto na nuvem. Além disso, o potencial de otimização também pode ser derivado de dados da planta usando o modelo no PlantSight e em algoritmos baseados em nuvem. Isso pode ajudar os operadores da fábrica a detectar e eliminar proativamente as falhas típicas nas estações de bombeamento.

 

Uma aplicação visa o entupimento da bomba por resíduos de fibra que se entrelaçam em redemoinhos de águas residuais e se acumulam na roda da bomba. Na pior das hipóteses, a bomba está bloqueada. “Com o digital twin, podemos detectar o entupimento com base nos parâmetros de operação e limpar a bomba por meio da operação reversa”, diz Thamsen.

Implementação rápida na indústria

Como a fábrica de demonstração usa componentes da indústria que também são empregados em muitas estações de tratamento de águas residuais industriais, novas soluções podem ser implantadas mais rapidamente na indústria. “Podemos usar nossa planta para demonstrar como integrar soluções em um ambiente de indústria e mostrar resultados ao vivo na demonstração. Isso ajuda a reduzir o tempo de lançamento de inovações no mercado", explica Thamsen, acrescentando:

 

“O que temos aqui não é apenas uma fábrica de demonstração, mas uma fábrica industrial de pequena escala com um sistema de controle de processo, sistemas de acionamento e sensores e atuadores. Com nosso digital twin, podemos fornecer uma demonstração prática de como é a digitalização e tornar esse assunto complexo acessível, inclusive para operadores em fábricas e equipe de manutenção. Isso é o que torna este projeto um verdadeiro marco para a Água 4.0"!

O professor Paul Uwe Thamsen recebeu seu PhD em 1992 do Instituto Pfleiderer de propulsão a jato e turbomáquinas da Universidade Técnica de Braunschweig. Após vários anos em um fabricante internacional de bombas e sistemas, ele se juntou ao corpo docente da TU Berlin como professor no Departamento de Dinâmica de Sistemas de Fluidos em 2003. Ele participa de muitos grupos de trabalho e associações, como a Associação Alemã para Água, Águas Residuais e Resíduos (DWA); a Associação de Engenheiros Alemães (VDI); a Federação Alemã de Engenharia (VDMA); e a American Society of Mechanical Engineers (ASME). Desde 2017, ele também atuou como presidente internacional para transporte de água e esgoto na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) em Trondheim.

 

A fim de proteger os vários corpos d'água da cidade como reservas naturais e áreas de recreação, as universidades, institutos de pesquisa, autoridades e empresas privadas de Berlim estão colaborando para transformar Berlim em uma cidade inteligente. Esse esforço inclui a atualização e a otimização da infraestrutura existente passo a passo. Os administradores da rede pública de abastecimento de água de Berlim desejam implementar sistemas inteligentes e infraestrutura que criarão uma "cidade esponja" que pode absorver a água da chuva e liberá-la quando necessário. Vários novos sistemas de infraestrutura estão sendo construídos para esse propósito, mas o uso ideal de todas as plantas existentes é igualmente importante.

 

June 2020

 

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