Controle Operacional - ETA

XIV SEMANA UNIFICADA DE APRESENTAÇÕES

Controle e Monitoramento Operacional do Nível de Coagulante em um Protótipo de Estação de Tratamento de Água utilizando Arduíno Aline Vieira Costa Gabriel Fabbri Eisele Isadora dos Santos Silva Luiz Fernando Iervolino Valburg de Sousa Santos Junior

Engenharia Ambiental e Sanitária – GEAS_PI_VIII_G03

Justificativa Aumento da produtividade

Redução de custo

Segurança na operação

Introdução • Cronologia do projeto P.I VII

Projeto Básico – Estação de Tratamento de Água para Reúso em um Posto de Gasolina

Vazão = 166 L/h

Diferentes protótipos por grupo

P.I VIII

Projeto Executivo – Controle e Monitoramento Operacional de Nível de Coagulante em Protótipo de Estação de Tratamento de Água utilizando Arduíno

Vazão = 80L/h

Um único Protótipo

Objetivos Objetivo geral • Desenvolver ETA piloto com tecnologia de tratamento por processo físico-químico e capacidade hidráulica de tratamento de até 80 L/h.

Objetivos específicos • Realizar a automação para acionamento liga/desliga, via plataforma Arduíno, da bomba de recalque de água bruta e rotor da floculação; • Monitoramento Operacional de nível de coagulante, observando as faixas de segurança ideais de operação;

Metodologia

Eletrobomba (AB)

Automação

Bomba dosadora

Nível de Reservatório

Materiais Automação • Arduíno Uno • Sensor ultrassônico de distância • Módulo Rele 2 canais • Leds Hidráulica • Eletrobomba de drenagem (máquina de lavar) – 34W • Bomba dosadora • Registro esfera

Metodologia • Testes de adequação da vazão da bomba de recalque;

Figura 1 – (A) Teste de perda de carga para a bomba de recalque, (B) Disposição final da Tubulação no protótipo.

• Adoção de um registro de esfera para regular a vazão mínima; • Testes para determinar a perda de carga do reservatório de água bruta para o início do tratamento.

(A)

(B)

Cálculos

• Etapa de pré-coagulação: ➢

Vazão da solução de coagulante;

➢

Vazão da água bruta;

➢

Sistemas hidráulicos (perda de carga nas tubulações);

➢

Dimensionamento das bombas.

Vazão do coagulante • Sulfato de Alumínio (Al2(SO4)3);

• Concentração do coagulante foi obtido através do ensaio de Jar test; • Concentração do coagulante a 1% de massa/volume.

• C1xV1 = C2xV2

Concentração Jar test (ppm) Concentração coagulante: 1%m/v (ppm)

100 10.000

Vazão da água bruta (L/h):

90

Vazão do coagulante (L/h):

0,9

Vazão da água bruta

• A vazão de água bruta de 1,92 m³/dia será tratada a cada hora, correspondendo a uma vazão de 0,08 m³/h;

Perda de carga • Necessário para o dimensionamento das bombas; • Tubos de 3,0 mm de diâmetro para o sistema de coagulante; • Tubos de 24,0 mm de diâmetro para o sistema de água bruta; • Diferentes métodos aplicados: ➢ Racional (3,0 mm);

➢ Comprimento equivalente (24,0 mm).

Perda de carga Perda de carga para o tubo de 3mm.

Perda de carga distribuída (hf) unidade Vazão da água bruta (Q) m³/s Diâmetro do tubo (D) m Número de Reynolds (Re) Coeficiente de rugosidade (f) Velocidade do fluido (v) Gravidade (g) Comprimento do tubo (L) Perda de carga (hp)

valor 0,00000025 0,003

-

105,37

m/s m/s m m.c.a

0,607 0,035 9,81 0,70 0,0090

Perda de carga • Perda de carga para o tubo de 24 mm. đ??żđ?‘’đ?‘ž .đ?‘‰Â˛ hf= 2đ?‘“ đ??ˇ

Perda de carga pelo mÊtodo de comprimento equivalente (hf) Velocidade da ågua no conduto (V) Diâmetro do tubo (D) Comprimento da tubulação equivalente (L) Coeficiente de perda de carga (f) Perda de carga (hf)

Unidade

Valor

mÂł/s

0,055

m

0,024

m

1,1

-

3,30

m.c.a

0,92

Dimensionamento das bombas • Bombas dosadora (coagulante) e centrifuga (ågua bruta); • O dimensionamento das bombas se fundamentou nos resultados de perda de carga de cada tubulação + altura manomÊtrica (H) de cada tubulação .

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Dimensionamento das bombas Potência da bomba dosadora (3,0mm).

Potência requerida da bomba Parâmetro

Vazão da água bruta (Q)

Peso específico do fluido (y) Altura manométrica + perda de carga da tubulação (H) Rendimento da bomba (n) Potência

Unidade

Valor

m³/s

0,00000025

(Kgf/m³)

1000

m.c.a

1,923

Decimal

0,70

W

0,73

Dimensionamento das bombas Potência da bomba para água bruta (24,0mm).

Potência requerida da bomba Parâmetro

Vazão da água bruta (Q) Peso específico do fluido (y) Altura manométrica + perda de carga da tubulação (H) Rendimento da bomba (n) Potência

Unidade

Valor

m³/h

0,000025

(Kgf/m³)

1000

m.c.a

1,66

Decimal

0,70

W

0,25

Metodologia • Utilização de uma placa Arduíno Uno para realizar a automação;

Figura 2 – Reservatório de 5 litros antes do corte do gargalo com a mini furadeira retífica.

• Display de LEDs para a medição dos níveis de segurança do reservatório de coagulante; • Linguagem C++ para realizar as funções de liga/desliga da bomba de recalque e do rotor.

Fonte: Registrado pelo grupo, 2016.

Metodologia Figura 3 – Elaboração de um suporte para o sensor de nível

Fonte: Automation Brasil, 2014.

Fonte: Registrado pelo grupo, 2016.

(A)

(B)

Metodologia Figura 4 - (A) Esquema elétrico de disposição do sensor ultrassônico, LED’S e Arduíno. (B) teste de funcionamento do código para os LED’s.

Fonte: Automation Brasil, 2014 (A) .

Fonte: Registrado pelo grupo, 2016 (B)

Metodologia Figura 5 – Sensor de nível instalado na tampa do reservatório

Resultados Figura 6 - Faixas de segurança utilizadas para o volume do reservatório de coagulante.

Fonte: Elaboração Própria, 2016.

Resultados Figura 7 - (A) Esquema elétrico de disposição do sensor ultrassônico, LED’S e Arduíno. (B) teste de funcionamento do código para os LED’s.

Fonte: Automation Brasil, 2014.

(A)

Fonte: Registrado pelo grupo, 2016.

(B)

Resultados Fluxograma dos Processos de Automação Envolvidos na Etapa Inicial da ETA Reservatório do Coagulante Bomba Coagulante Bomba A.B

Água Bruta

Estudo: Níveis de Segurança do Reservatório de Coagulante (4 litros de capacidade)

Coagulador (Entrada para a ETA)

Continuação do Processo

Resultados

Estudo: Níveis de Segurança do Reservatório de Coagulante (4 litros de capacidade)

Crítico Máximo (LED Vermelho)

Volume: Entre 3,5L e 4L

Faixa Ideal (LED Verde)

Volume: Entre 1,5L e 3,5 L e 2,5 horas de operação ideal

Crítico Mínimo (LED Vermelho)

Volume: Entre 1L e 1,5L

Resultados Tabela 1 - Faixas de segurança utilizadas para o volume do reservatório de coagulante.

Fonte: Elaboração Própria, 2016.

Resultados Figura 5: Painel de Sinalização do Nível de Segurança do Reservatório de Coagulante

Fonte: Registrado pelo Grupo, 2016.

Considerações Finais • A utilização de uma placa arduíno para sinalizar os níveis de segurança se mostrou eficiente; • Esta sinalização impede a operação da ETA em um nível abaixo do ideal, o que aumenta a eficiência do tratamento;

• As funções automatizadas se apresentaram dentro do esperado; • Foi ressaltada no projeto a importância da interdisciplinaridade na área de Engenharia Ambiental e Sanitária, pois o grupo se uniu com o aluno Rodrigo Tejos de Engenharia de Computação para realizar os processos de automação.

Bibliografia AUTOMATION BRASIL. Sensor Ultrassônico.

Disponível <http://automationbrasil.com/sensor-ultrasonico/>. Acesso em: 01 de nov.2016

em:

AMORIM, E. L. C. Ferramentas para análise de risco. Análise de Risco, Engenharia Ambiental e Sanitária. Universidade Federal de Alagoas, 2013.