Monitoramento contínuo da poluição por poeira com sensores triboelétricos e SCADA

Sielco Sistemi — 11/09/2018

As plantas industriais que emitem material particulado nos gases de combustão ou em dutos de processo geralmente precisam manter a concentração de poeira abaixo de um limite rigoroso, e comprová-lo apenas com amostragens manuais periódicas deixa longos pontos cegos entre um controle e outro. Um sistema de monitoramento contínuo da poluição por poeira, construído sobre a plataforma SCADA/HMI Winlog Evo e realizado em cooperação com a Tribotecna Srl, fecha essa lacuna: os sensores triboelétricos instalados diretamente no duto alimentam uma rede de módulos de aquisição que reportam a um servidor de supervisão continuamente, de modo que os operadores veem uma tendência de alta e podem agir na planta bem antes de a leitura ultrapassar o limite regulatório, em vez de descobrir uma ultrapassagem depois do fato. A mesma arquitetura também oferece aos gestores da planta um registro contínuo e defensável do desempenho de emissões, cada vez mais exigido por órgãos ambientais e auditorias internas em vez de algumas verificações pontuais por ano.

Da amostragem periódica ao controle contínuo de emissões

Os controles periódicos, sejam amostragens manuais extrativas ou verificações ocasionais com analisador portátil, produzem apenas uma fotografia instantânea: dizem como a planta se comportava no momento do teste, não o que aconteceu uma hora, um turno ou um dia antes ou depois. O controle contínuo substitui essa fotografia por um fluxo ininterrupto de leituras, e é exatamente isso que transforma uma obrigação de conformidade em uma ferramenta operacional de alerta antecipado. Como os sensores observam as emissões de material particulado em tempo real, um filtro de mangas que começa a falhar, um queimador que perde a calibração ou uma anomalia de processo que aumenta a carga de poeira aparece como uma tendência na tela do operador muito antes do que apareceria em um teste programado, dando à equipe de manutenção o tempo necessário para intervir antes que o valor limite de concentração de poeira seja de fato atingido, em vez de depois que uma violação já ocorreu. Com o tempo, os mesmos dados de tendência também ajudam os engenheiros a planejar a substituição de filtros e a manutenção de queimadores com base no desgaste real, em vez de um calendário fixo.

Como funciona o sensor triboelétrico

O núcleo da instalação é o sensor triboelétrico, projetado e fabricado pela Tribotecna Srl e inserido como sonda diretamente no fluxo de gás. Seu princípio de funcionamento baseia-se em dois efeitos físicos que ocorrem quando as partículas de poeira passam pela ponta da sonda: a energia de impacto liberada quando uma partícula atinge a superfície sensora, e o campo elétrico gerado pelas partículas contíguas que fluem perto da sonda sem tocá-la. Essa combinação é uma aplicação industrial prática do conhecido efeito triboelétrico, pelo qual o contato e a proximidade entre materiais de composição diferente geram uma carga elétrica mensurável. Como o sensor responde tanto ao impacto quanto à indução, ele permanece sensível em uma ampla faixa de cargas de poeira e tamanhos de partícula, exatamente o que uma planta precisa para captar tanto uma deriva lenta de base quanto um pico repentino.

Aquisição RS485, Modbus e supervisão com Winlog Evo

Os sinais brutos produzidos por cada sonda triboelétrica têm pouca utilidade isoladamente; precisam ser digitalizados, registrados com carimbo de data/hora e disponibilizados a uma sala de controle. Nesta instalação, os valores lidos pelos sensores são coletados por módulos de aquisição de dados distribuídos perto dos pontos de medição e interligados por meio de uma rede RS485 com protocolo Modbus — um padrão serial mestre/escravo documentado pela Modbus Organization e suportado por praticamente todos os dispositivos de aquisição de dados industriais do mercado. O segmento RS485/Modbus chega a um servidor PC de supervisão com Winlog Evo, que consulta cada módulo, decodifica as leituras e as transforma nas tags, tendências e alarmes com os quais os operadores realmente trabalham. A biblioteca de drivers de comunicação do Winlog Evo é o que torna simples integrar esse tipo de rede de campo serial, e a lista de dispositivos suportados permite que um engenheiro confirme antecipadamente que um determinado módulo de aquisição ou interface triboelétrica já é um dispositivo conhecido e testado, e não um projeto de integração sob medida. Quando uma estação de monitoramento de poeira está em uma chaminé remota ou um site não assistido, o SecureBridge oferece aos engenheiros uma forma criptografada e autenticada de acessar os módulos de aquisição para diagnóstico ou reconfiguração sem expô-los diretamente à internet.

Concentração instantânea, fluxo de massa e limiares de alarme

Quando as leituras chegam ao servidor, o Winlog Evo faz mais do que exibir um sinal bruto: para cada sensor o sistema calcula e registra a concentração instantânea, a concentração média em um intervalo configurável, e o fluxo de massa de poeira que atravessa o duto. Esses três valores são continuamente comparados com valores de referência aceitáveis, de modo que qualquer deriva em direção a uma condição fora do limite é reconhecida à medida que se desenvolve, e não apenas ao final de um período de relatório. Quando um valor se aproxima ou excede seu limiar, a plataforma gera uma condição de alarme com carimbo de data/hora, priorizada e armazenada, dando aos operadores um registro auditável de exatamente quando um limite foi aproximado, em que medida e por quanto tempo — o tipo de evidência que os órgãos ambientais costumam esperar junto com a própria medição bruta.

Relatórios diários, armazenamento em banco de dados e acesso multi-cliente

As leituras contínuas só são tão úteis quanto os relatórios construídos sobre elas, portanto os dados coletados são processados para produzir relatórios diários que a gestão da planta, a manutenção e a equipe de conformidade ambiental podem consultar na tela, impressos, ou consultando diretamente o banco de dados subjacente. Como o Winlog Evo mantém esse histórico em forma estruturada e consultável em vez de um log proprietário, resumos de conformidade mensais ou anuais podem ser criados sem reinserir dados manualmente. Uma rede TCP/IP então estende essa mesma informação a uma ou mais estações Cliente, de modo que tudo o que o servidor calcula — concentração instantânea, fluxo de massa, alarmes e relatórios históricos — fica disponível onde for necessário em toda a planta, e o módulo de servidor web do Winlog Evo pode estender essa mesma visão a um navegador para a equipe que não está em uma estação SCADA dedicada.

Quer ver como o monitoramento contínuo de poeira funciona na prática? experimente a web demo do Winlog Evo, baixe uma versão de avaliação, ou entre em contato com a Sielco Sistemi para discutir um projeto de monitoramento de poeira triboelétrico.

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