robótica
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Adriano A. Santos Departamento de Engenharia Mecânica Instituto Politécnico do Porto
AUTOMAÇÃO E CONTROLO
Automatização de sistemas de bombagem INTRODUÇÃO A automatização de uma rede de rega ou distribuição de água pode, em geral, ser realizada em escalas distintas. Se nos sistemas de rega a máxima automatização se consegue através da programação das regas, da fertilização e outros aspetos relacionados com a recolha de dados agrometeorológicos e de cultivo, nos sistemas de distribuição a máxima automatização consegue-se através do controlo e monitorização dos ativos remotos como as estações de bombagem, de elevação e das estações de tratamento. A um nível mais baixo, o controlo poderá ser realizado localmente através de um programador que, ao nível da rega, controla cada um dos hidratantes e o conjunto de válvulas e eletroválvulas. Ou seja, pode-se automatizar uma rede de distribuição de água, quer seja de rega quer seja doméstica, recorrendo a um computador central que, com base, por exemplo, num sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), controla os hidratantes, as válvulas e os sistemas remotos. Por último, e não menos importante, as estações de bombagem que também podem e devem ser reguladas e contro-
"A automatização de uma rede de rega ou distribuição de água pode, em geral, ser realizada em escalas distintas. Se nos sistemas de rega a máxima automatização se consegue através da programação das regas, da fertilização e outros aspetos relacionados com a recolha de dados agrometeorológicos e de cultivo, nos sistemas de distribuição a máxima automatiza consegue-se através do controlo e monitorização dos ativos remotos como sejam as estações de bombagem, de elevação e das estações de tratamento."
ladas, adaptando-se às variações de caudal e de pressão da rede. Estas são constituídas, normalmente, por uma ou mais bombas encarregadas de transformar a energia mecânica recebida dos sistemas de acionamento em energia hidráulica. A energia hidráulica será, então, utilizada para aspirar água subterrânea de um poço, elevar água de uma cota inferior para uma cota superior ou injetar uma pressão adicional na instalação. Assim, e pelo que foi anteriormente exposto, pode-se dizer que a automatização mais básica de um sistema de bombagem consiste no arranque e paragem automática segundo uma regulação horária. A automatização mais completa consistirá no controlo automático do arranque e paragem da bomba, monitorização da abertura e fecho das válvulas, tempos de abertura e fecho das mesmas, nível de água, entre outros. Por outro lado há que considerar que a aspiração e a elevação de cotas, do ponto de vista funcional, trabalha com parâmetros fixos, altura e caudal, e com pequenas oscilações devido à variação do nível de água e, como tal, não necessitam de um sistema de regulação de caudal, trabalhando sempre perto da seu rendimento máximo. Ao contrário do que se passa nos sistemas descritos anteriormente, as redes de distribuição sobre pressão estão sujeitas a variações de caudal ao longo da sua utilização, pelo que estas necessitarão dum sistema de regulação de caudal que adeque a pressão e o caudal, impulsionado pelas bombas, à procura instantânea da rede. Neste caso, uma boa regulação requer uma automa-
tização completa da estação de bombagem, mediante a variação de velocidade das bombas, sensores de pressão e caudalímetros controlados por um autómato programável, PLC (Programmable Logic Controller).
AUTÓMATO PROGRAMÁVEL Um controlador lógico programável, normalmente conhecido como PLC, é um equipamento idealizado para o controlo de processo tendo como base instruções lógicas programadas através de um software específico. São equipamentos de reduzidas dimensões que, instalados no quadro de comando, permitem controlar o processo e a comunicação com o exterior e receber ordens através dos canais de comunicação o que permite a configuração de sistemas de telecomando e de telemedida, dando lugar ao comando centralizado. Estes, embora possam possuir capacidades muito superiores às exigidas para este tipo de controlo, apresentam uma elevada capacidade de processamento, funcionamento em modo local, inteligência distribuída e comunicação via rádio ou por cablagem (concentrador ou hub). Estes elementos, praticamente indispensáveis nos processos de automatização, são caraterizados por uma estrutura modular que permite o crescimento de acordo com as necessidades do processo, são robustos, possuem elevada capacidade para a implementação de programas complexos, facilidade de correção e modificação dos programas e baixo custo (Figura 1). Os PLCs podem ser, per-
Figura 1. Autómato programável (PLC), módulo de comunicação, CPU e módulo digital de I/O (Siemens).
dos de menor consumo elétrico ou durante o período noturno, quando estes não coincidirem. A regulação permite garantir o fornecimento dos caudais necessários ao consumidores á pressão requerida em todos os pontos de consumo com o mínimo de custos energéticos. As sondas e/ou sensores, quando realizam funções de regulação (pressão, caudal, entre outros), ligadas a um PLC, controlam o arranque e paragem da bomba, e os sensores de máximo e mínimo atuarão como controlos de segurança. Por outro lado, e no que se refere à melhoria de eficiência dos sistemas de bombagem, a utilização de várias bombas em paralelo, sendo que pelo menos uma delas é de velocidade variável, permitirá estabilizar o caudal fornecido pelas bombas (informação recebida dos caudalímetros e/ou dos sensores de pressão instalados em pontos estratégicos da rede) em cada instante, independentemente do consumo instantâneo, assegurando-se que o funcionamento de cada grupo de bombas está a funcionar perto do seu caudal nominal. A Figura 7 pretende, de algum modo, retratar os princípios de funcionamento dos sistemas de bombagem referidos ao longo deste texto.
CONCLUSÕES A automatização das estações de bombagem com base num controlador lógico programável (PLC) permite controlar, regular e fornecer caudais, à pressão necessária e em cada instante, independentemente do consumo instantâneo. Por outro lado, com a utilização dos PLCs, além das funções de controlo do sistema, é ainda possível implementar diferentes modos de funcionamento selecionáveis através de um comutador, modo automático, manual e posição zero. Sendo assim, a automatização e os diferentes modos de funcionamento serão um fator preponderante para a eficiência do sistema, quer em termos energéticos quer em termos de rendimento dos binómios motor-bomba hidráulica. O modo automático terá a cargo as ordens de funcionamento dos variadores e dos arrancadores mediante sinais digitais e analógicos monitorizados e controlados por transdutores de pressão instalados na rede de distribuição. A variação de pressão e de caudal resultantes de um maior ou menor consumo da rede resulta no ajuste da velocidade de funcionamento da bomba ou do arranque e da paragem, da ou das bombas em standby,
e a estabilização do caudal à pressão normal de funcionamento. O modo de funcionamento manual permitirá o funcionamento individual de cada bomba de acordo com as rampas de arranque e paragem mas com menor eficiência energética. Em ambas as situações podem ser sempre salvaguardadas as sobreintensidades no arranque e os choques hidráulicos nas paragens.
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