Muitas são as novidades no mercado para automação de estações de tratamento de água e de esgoto. Entre elas, a utilização de smartphones, tablets e celulares para agilizar e facilitar cada vez mais a operação de todo o sistema. Mesmo assim, a automação nas ETAs e ETEs ainda é um campo a ser muito explorado pelo mercado, empresas, órgãos ligados ao setor e universidades.
"Ainda não é amplamente utilizada no tratamento de água ou de esgoto. Existem, sim, muitas iniciativas. Nós mesmos temos implantado várias automações em estações de tratamento, tanto na dosagem de produtos como na captação, lavagem de filtros e distribuição. Mas não é muito comum fora dos grandes centros", relata Seber Martinez, gerente de aplicação da Novus Produtos Eletrônicos.
"As concessionárias já utilizam controles PID (Proporcional Integral Derivativo) nas dosagens de produtos químicos e recursos de Inteligência Artificial, mas ainda de forma muito tímida e simplificada", conta. Martinez diz também não ter conhecimento de pesquisas em universidades ou institutos. "Tudo sempre é desenvolvido sobre projetos reais das concessionárias", afirma.
O engatinhar da automação dos sistemas emperra as mudanças que o processo traz para atender às necessidades urgentes de eficiência das ETAS e ETES. "Hoje em dia, o foco na eficiência está crescendo por meio da automação, que vem ao encontro de outra demanda do mercado, as estações autônomas de alta eficiência", aponta Marcelo Pessoa, engenheiro de soluções e arquitetura da Schneider Electric.
Segundo ele, a automação das estações de tratamento está evoluindo para o SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído), que consiste de única base de dados, processamento centralizado, único ambiente, equipamentos com bibliotecas padronizadas, menor tempo de manutenção e redução de erros. Outra evolução, de acordo com Pessoa, é o uso de Rede Ethernet da supervisão até o campo, o que torna os sistemas mais rápidos, transparentes e de fácil integração, como por exemplo, câmeras monitorando o processo.
Mesmo assim, a automação vem ganhando espaço. "A adoção e aplicação de técnicas e sistemas inteligentes para automação, controle e supervisão de estações de tratamento de água e efluentes é uma prática cada vez mais utilizada por companhias de saneamento, indústrias e condomínios. Tudo em prol da otimização operacional, com redução de custos e elevação da qualidade", dizem o engenheiro Manoel Solera, da Controlle Soluções Tecnológicas, e os colaboradores (*vide rodapé).
Na opinião deles, "a utilização destas eficazes ferramentas tecnológicas focadas na evolução contínua dos processos de tratamento de água e efluentes representa uma motivação e, até mesmo, uma obrigação para assegurar a preservação do recurso hídrico". Além disso, ressaltam que a maioria dos projetos hoje está focada no monitoramento em tempo real de parâmetros físico-químicos da Portaria nº 2.914/2011, do Ministério da Saúde.
"Hoje em dia é possível fazer todas as operações remotamente. Para automatizar, basta colocar válvulas de abertura plena montadas com atuadores pneumáticos ou elétricos e interligá-las nos painéis por Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)", diz Fábio Trocoletto Delgado, gerente de contas globais e segmentos da SMC Brasil.
"A automação hoje, principalmente com os CLPs, que têm recursos computacionais que antes não tínhamos, nos mune de todas as ferramentas para alcançar um nível de eficiência excelente", afirma José Alessandro de Souza, diretor da JAS Automação. De acordo com ele, o acompanhamento online da estação e a criação de base de dados com históricos das principais variáveis de processo das ETAs e ETEs permitem a introdução do aprendizado de máquina, antiga Inteligência Artificial. "Isso faz com que os controladores tomem decisões com base nos algoritmos implementados, utilizando as técnicas desta área", aponta.

Tecnologias
Na área de pesquisa e inovação, Solera e colaboradores afirmam que existem diversos trabalhos voltados para este tema. Eles destacam, por exemplo, a aplicação de sistemas de simulação e modelagem computacional de processos, utilizando dados não só da estação de tratamento, mas também das fases de captação/descarte e abastecimento/coleta, que servem também de suporte a tomadas de decisão para gestores operacionais e administrativos. "Estas soluções, quando aliadas a indicadores de desempenho, como os recomendados pela IWA (International Water Association), tornam-se ainda mais robustas e eficazes, favorecendo também a gestão estratégica com a adoção das melhores práticas em saneamento, baseadas em dados confiáveis e representativos". Quanto à equipamentos, citam uma novidade técnica que chega ao mercado brasileiro: os analisadores instantâneos de carbono orgânico total, nitrogênio total e fósforo total, que vêm para agregar ainda mais confiabilidade e qualidade aos processos de tratamento.
Para manter a inovação e os avanços tecnológicos, a Schneider Electric investe de 4% a 5% do faturamento em desenvolvimento de novas tecnologias. Em grandes estações ao redor do mundo, por exemplo, a empresa utiliza controles preditivos baseados em modelagem multivariável. "O controle vai se corrigindo e deixa de monitorar apenas um equipamento e começa a analisar toda a estação, considerando todo o processo e todas suas variáveis: qualidade – pH, Demanda Bioquímica de Oxigênio (BOD), Hidróxido de Amônia (NH₄), Total de Sólidos em Suspensão (TSS) e Total de Compostos Orgânicos (TOC) –, vazão e preço da energia", destaca Pessoa.
A JAS aposta em seus diferenciais, um dos investimentos, foco em pesquisa e desenvolvimento atual da empresa, é a telemetria de baixo custo, que utiliza Android para desenvolver sistemas de supervisão e controle em suas aplicações. "Isso reduz o custo em cerca de 50% no desenvolvimento de interfaces para operação e registro de dados de ETAs e ETEs", revela Souza. Após a norma IEC 61131-3, os CLPs permitiram implantar algoritmos de alto nível com recursos de aprendizado de máquina que a JAS também está aplicando em projetos recentes de automação de ETAs e ETEs.
Além disso, a empresa tem projeto piloto para acompanhar imagens nos efluentes industriais e tomar decisões automáticas baseadas nas variações destas imagens. "Vamos monitorá-las no segundo estágio de estações de tratamento de efluente industrial para verificar se há aumento de partículas sólidas no efluente do decantador. A questão é que, quando isso ocorre e a operação não detecta, causa um transtorno, porque o esgoto tratado vai com excesso de sólidos para o corpo receptor", adverte o diretor.
Segundo Delgado, para entender e atender melhor o segmento de tratamento de efluentes, a SMC Brasil tem feito estudos de mercado. Quanto aos produtos, dispõe de fluxostatos digitais, para medição da vazão de fluidos; bombas pneumáticas, que, com os fluxostatos, ajudam na dosagem de produtos; filtros industriais de 5 até 100 micra, para remoção de partículas sólidas e estações com sistema de reúso. A empresa oferece também um filtro para água (5 a 20 micra) com limpeza regenerativa do elemento, da série FN1/FN4 para vazões de 250 l/min, que pode ser usado como pré-filtro na remoção de sólidos.

Controle online
Circulam bilhões de dólares na produção e venda de produtos químicos visando o tratamento correto da água e efluentes. Para acompanhar e fazer jus a todo este patamar químico, a operação dos sistemas, segundo os especialistas do setor, ainda deixa muito a desejar tanto no manuseio do equipamento quanto no tratamento químico inadequado, precisa estar afinada, capacitada e preparada para atender aos diversos desafios do dia a dia. O grande objetivo da automatização do controle e análises online, com todo seu aparato, é dar suporte a esta operação, gerando parâmetros importantes e dosagens adequadas para o funcionamento correto das estações.
"Essa automação é fundamental nos dias de hoje, já que os operadores fazem todo esse trabalho manualmente. Automatizar estes processos evita o desperdício de insumos e ajuda na dosagem correta e adequada dos produtos", salienta o gerente da SMC Brasil. Segundo Delgado, os fornecedores disponibilizam todas as instruções para estes operadores. "No entanto, com o tempo, eles acabam fazendo da sua forma e, por conta própria, usando outros métodos. Por isso, manter o processo automático garante sua eficiência e precisão", assegura. Para realizar essa automação, dispõe de painéis de comando que controlam a abertura e/ou fechamento das válvulas principais monitoradas a distância pelas salas de supervisão.
Para um controle de dosagem adequado, é importante verificar o tempo de resposta do medidor analítico. "O controle deve ser online e dinâmico em malha fechada com a variável a ser dosada. Mas, em muitos casos, para melhorar o tempo de resposta é recomendado utilizar outras variáveis, como, por exemplo, a vazão e até a mesma medida analítica de alguma etapa anterior, fazendo uma correção preditiva", indica o engenheiro da Schneider Electric.
O controle de dosagem, conforme Martinez, da Novus, é realizado baseado em analisadores de parâmetros físico-químicos online que fazem avaliações contínuas. "Esses valores são inseridos nos controladores que os comparam com os valores desejados e toma atitudes sobre as bombas dosadoras de produtos químicos. Os algoritmos de controle levam em consideração esses valores, os tempos de homogeneização e a variação da vazão de entrada. Frequentemente, se associam a isso tabelas com valores históricos de dosagem desses produtos", salienta. Segundo ele, alguns desses algoritmos podem "aprender" e armazenar nessas tabelas os valores ideais, dotando o sistema de uma certa Inteligência Artificial. "Por outro lado, todos os valores de variáveis envolvidas são disponibilizados ao usuário em um software supervisório para que ele faça as análises visando à melhoria do controle."
Para Souza, estas e uma série de outras medidas e controles não mencionados são igualmente muito importantes. "Todos os sistemas automatizados idealizados para ETAs e ETEs também têm a missão de controlá-los e monitorá-los", alerta. Os tipos de controle atualmente utilizados são os On-Off (liga e desliga), os PID e, mais recentemente, as estratégias de aprendizado de máquina. "Estas estratégias fazem parte hoje das ferramentas que a JAS dispõe para desenvolver o controle das plantas de tratamento de água e efluentes", ressalta.

Avanços
As vantagens, benefícios e melhorias que a automação trouxe aos sistemas e clientes são inúmeros. As estações de tratamento de efluentes automatizadas, segundo Delgado, vão ajudar muito na adequação à Norma Regulamentadora NR-12 (Segurança no Trabalho em Máquinas e Equipamentos), principalmente, no controle da dosagem e no manuseio de produtos químicos. "Por exigências do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), as indústrias ou consumidores de grande volume de água precisam tratar todo o esgoto antes de lançá-lo no corpo receptor. Juntando esta premissa à falta de chuva em várias regiões, fazer o reúso deste efluente para fins não nobres, como lavagem de ruas e veículos, torres de resfriamento, indústria química, entre outros, gera uma grande economia e evita o consumo de água potável", sinaliza.
Para atender a toda esta demanda, os equipamentos estão se atualizando e melhorando cada vez mais. "Isso faz do tratamento de efluentes um processo tão eficaz que a turbidez chega ser igual à da água potável", afirma. Delgado diz ainda que vários equipamentos usados no tratamento de efluentes, como osmose reversa, ultravioleta, membrana, filtro prensa, sopradores, entre outros, ajudam na eficiência do processo e otimizam espaço.
A SMC Brasil vê muitas oportunidades de crescimento neste segmento devido aos grandes problemas brasileiros neste setor. "No Brasil, há diversas regiões que mal têm rede de abastecimento de água potável e, muito menos, rede de coleta de esgoto. Por outro lado, várias empresas estão utilizando efluente de reúso visando economia e sustentabilidade. Mas ainda é pouco. Em geral e infelizmente, algumas só buscam estas soluções após terem sido notificadas por algum órgão ambiental", analisa.
Entre as vantagens do uso de SDCD em estações de tratamento, segundo Pessoa, estão a facilidade de manutenção do sistema e diminuição do tempo de parada do processo. "Com apenas um clique na tela do equipamento que apresenta falha no sistema de supervisão, é possível abrir o aplicativo do controlador na lógica do equipamento, evitando que o pessoal da manutenção tenha que pegar um notebook, verificar se tem licença do software, ir até o painel, conectar no controlador e ainda procurar a lógica do equipamento", explana. De acordo com o engenheiro da Schneider Electric, o mundo das Redes Ethernet também trouxe grande funcionalidade. "É possível tirar um acionamento defeituoso e colocar outro no lugar apenas configurando o mesmo nome e, automaticamente, o controlador descarrega toda a configuração, o que diminui o tempo de parada", comenta.
Com a automação completa, o primeiro passo do ciclo de melhoria contínua já está implementado. "Fazem parte a medição dos parâmetros, os KPIs (Key Performance Indicator) dos sistemas, onde se compara online a eficiência global das estações, os custos e o cruzamento de variáveis como: energia/vazão (kWh/m³), qualidade/estação etc. É possível, inclusive, comparar os sistemas e agir com maior rapidez em qualquer variação do processo."
"Se o sistema de automação identificar que um parâmetro está fora do valor de referência, pode, rápida e automaticamente, atuar, por exemplo, com o ajuste dos algoritmos PID na lógica de software, evitando-se a produção de uma água fora dos padrões de qualidade. Esse rápido e preciso ajuste da dosagem de produtos químicos gerará economia e reduzirá o tempo de retorno sobre o investimento", apontam Solera e colaboradores. Outro benefício, segundo eles, é o aumento da vida útil dos equipamentos devido ao uso mais eficaz (muitas vezes, com sequenciamento de atuação e redução da velocidade abaixo da nominal com a utilização de conversores de frequência) e manutenção mais adequada (preditiva).
De acordo com Souza, um dos principais ganhos para seus clientes foi a possibilidade de monitorar a distância seus produtos. O diretor da JAS cita como exemplo um fabricante de máquinas de tratamento de água (osmose reversa) com o desenvolvimento deste sistema, utilizando o Android como base. "É possível tornar real um sonho antigo de fazer não só a venda das máquinas, mas viabilizar o aluguel delas, porque agora podemos operar a máquina a distância e monitorar todas as variáveis de processo, como pressões na membrana, condutividade da água de entrada e saída, pH, turbidez, quantidade de água tratada e de água descartada."
Ele explica que, com todo esse conteúdo sendo analisado online, seu cliente é capaz de operar hoje a máquina e dar garantia de qualidade ao cliente dele, sem que ele precise se preocupar em manter o sistema. Isso tudo com recursos pessoais reduzidos, já que as intervenções podem ser programadas, baseando-se na análise de dados e dos históricos de operação da máquina. "Até mesmo o controle financeiro, já que, quando o contrato não está sendo cumprido, é possível interferir e cortar o fornecimento do serviço sem precisar ir ao local instalado e retomar num simples clique", destaca.
"Existem ainda grandes desafios e pontos a melhorar sobre como gerenciar toda a segurança de acesso ao sistema e disponibilização e controle de cópias do software", avalia. Entre os projetos a implantar, estão a utilização de recursos de comunicação total do Android e a interação com redes sociais profissionais. "Exemplo: o software com esta tecnologia poderia gerar eventos, sugerindo intervenções, verificações, aviso de alarmes e receber também, por que não, ordens", desafia.

Medição correta evita perdas de água
Em automação, a Conaut Controles Automáticos fabrica instrumentos para medição e controle de nível e vazão da água. Além do ajuste da dosagem de produtos químicos, a correta medição do volume de água permite também ter controle real da situação para decisões adequadas. "Hoje o processo é feito por estimativas. O volume é ou não verdadeiro? Como tomar uma atitude sem ter certeza? Por exemplo, um bairro onde há vazamento. Se não for feito o controle com um medidor, não há como saber a quantidade real da perda de água. Com estimativas apenas, a perda é sempre maior do que se apura", exemplificam Andres Forghieri, gerente especialista em saneamento básico, e Dr. Paulo Thiago Fracasso, gerente técnico do laboratório de vazão e nível da empresa.
Quanto bombear para um bairro? Se o projeto foi idealizado para X de vazão, quando há o parâmetro certo, é possível tomar uma atitude mais rápida. O que ocorre, muitas vezes, é um medidor para X de vazão ser utilizado no início da operação para uma vazão ainda é pequena. Neste caso, é preciso usar um medidor para a pequena vazão primeiro e depois trocá-lo por outro adequado para quando atingir a vazão maior", explicam.
No Sistema Nacional de Informações sobre o Saneamento de 2014 referente a 2012, o índice de perdas no Brasil foi de 39,4%. "São águas que vão para o ralo. É uma questão política. Não há mais onde buscar água. Existe uma falta de controle real. Sempre há perdas. Na Alemanha, as perdas são de 6%. No Brasil, não existem regras. Em 2012, por exemplo, as prefeituras tinham que entregar um plano de saneamento e não o fizeram", lamentam.
As diretrizes do setor são regidas pelas normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) para confiabilidade da medição. A Rede Brasileira de Calibração (RBC), criada em 1980 para atender à demanda de metrológica, é composta de 22 laboratórios credenciados pelo Inmetro que atuam com água, óleo, ar, gás e anemometria. Em saneamento, são dez laboratórios, sendo dois deles da Conaut.
"O Inmetro foi criado em 1973, quando nos outros países já existiam órgãos reguladores desde o início do século passado. A indústria que começou a medir e exigir regulamentação foi a de petróleo e gás, por serem itens muito caros. O Brasil não tem referência nem critério de calibração. São bilhões que se perdem. Á água é fluido vital. Os engenheiros fazem o projeto e não sabem como medir e qual tecnologia usar. Fazemos treinamentos e workshops para oferecer aos clientes bons profissionais e ensinar como montar o medidor corretamente", esclarecem os gerentes da Conaut.
A empresa dispõe de medidores eletromagnéticos; eletromagnéticos que não necessitam de trechos retos, podendo ser montados após curvas, reduções, válvulas, etc.; ultrassônico intrusivo, parceria com uma empresa dinamarquesa, com 0,5% de erros, facilita a medição sem interrupção do processo; e pitometria, forma mais utilizada para calibração de macromedidores, aplica-se a medidores com mais de 200 mm de diâmetro.

Treinamentos
Para obter os melhores resultados em projetos de automação, é fundamental que a equipe técnica entenda, conheça e absorva as melhorias e benefícios do novo sistema.
"É importantíssimo que se invista na capacitação técnica destes profissionais. Prova disso é a política de investimentos que as companhias de saneamento têm feito", salientam Solera e colaboradores. "Falta conhecimento técnico, o mercado hoje é carente de mão de obra especializada, por isso, ministramos os treinamentos", afirmam os gerentes da Conaut. A empresa realiza treinamentos sobre os seguintes temas:
Índice de perdas e confiabilidade metrológica – A calibração de medidores de vazão identifica e quantifica os desvios de medição. Com base nestas informações, gerentes e técnicos podem tomar decisões para o controle de perdas, melhoria das práticas operacionais e troca de medidores inoperantes. Nas empresas, reflete-se na redução do índice de perdas e de gastos na produção.
Melhores resultados – O dimensionamento correto do medidor, escolha do local e ligações elétricas, dentre outros fatores, garantem menores perdas de energia e melhor medição.
Submedição – Fazer adequações em instalações de saneamento básico implica gastos financeiros e grandes períodos de interrupção no fornecimento. Para atender esta demanda e mudar o paradigma de ter trechos retos, o Waterflux mede vazão com precisão de 0,5% em locais com perturbações severas e singularidades, como válvulas, curvas, reduções, etc.
Micromedição e macromedição – A escolha da correta tecnologia com confiabilidade metrológica é fundamental para resultados confiáveis.
Gestão energética – Os gastos com energia elétrica na distribuição de água são significativos. A gestão energética otimiza despesas, reduz perda de água, previne intervenções corretivas e aumenta a robustez do sistema.

Companhias de saneamento
• A Casan, de Santa Catarina, associado aos projetos de automação das unidades operacionais da companhia, tem um programa contínuo de capacitação (mínimo de 40 horas/ano para servidores técnicos), incluindo treinamentos e participação em eventos e congressos. Além disso, a companhia permite e incentiva que estes profissionais pesquisem novas soluções e equipamentos mais eficazes com possibilidade de aquisição e montagem de projetos-piloto.
• A Simae, responsável pelo saneamento das cidades de Joaçaba, Luzerna e Herval D´Oeste (SC), também tem investido na otimização contínua de seus processos operacionais aliada a programas de capacitação de seus colaboradores. Além de dispor de uma equipe de profissionais capacitados e atualizados sobre as principais inovações e tendências tecnológicas do setor, a companhia conta com sistemas de automação nas unidades de tratamento, na rede de abastecimento de água e na rede de esgotamento sanitário.

* Colaboraram: Santa Catarina – Companhias de Saneamento: Estadual Casan, engenheiros Arthur Seemann e Bruno Kossatz; e Intermunicipal Simae de Joaçaba, Luzerna e Herval D’oeste, químico Paulo Lamin. Empresas: Controlle, de Lages, engenheiro Manoel Solera. Sanova, de Palhoça, engenheiro Guilherme Girol. Rio Grande do Sul - Alfacomp, de Porto Alegre, engenheiro Eduardo Grachten.

Contato das empresas:
Novus Produtos Eletrônicos: www.novus.com.br
Schneider Electric: www.schneider-electric.com
Controlle Soluções Tecnológicas: www.controlle.ind.br
SMC Brasil: www.smcbr.com.br
JAS Automação: www.jasautomacao.com.br
Conaut: www.conaut.com.br