Medidor de vazão ultrassônico – o que é?

Medidor de vazão ultrassônico – o que é?

O medidor de vazão ultrassônico mede a velocidade de um fluido com ultrassom para calcular a vazão do líquido. Ele calcula a diferença no tempo de trânsito medido entre os pulsos de ultrassom que se propagam na direção e contra a direção do fluxo ou medindo a mudança de frequência devida ao efeito Doppler.

Medidor de vazão ultrassônico – como funciona?

O medidor ultrassônico de vazão é um tipo de medidor de vazão que mede a velocidade de um fluido com ultrassom para calcular a vazão do líquido. Usando transdutores ultrassônicos, o medidor de vazão pode medir a velocidade média ao longo do caminho de um feixe de ultrassom emitido, calculando a média da diferença no tempo de trânsito medido entre os pulsos de ultrassom que se propagam na direção e contra a direção do fluxo ou medindo a mudança de frequência devida ao efeito Doppler. Os medidores de vazão ultrassônicos são afetados pelas propriedades acústicas do fluido e podem ser afetados pela temperatura, densidade, viscosidade e partículas suspensas. Os medidores de vazão ultrassônicos apresentam ótima relação custo benefício pois não utilizam peças móveis, são fáceis de instalar, não demandam seccionar ou furar a tubulação, e são de fácil manutenção.

Tipos de medidores de vazão ultrassônicos

Existem três tipos diferentes de medidores de vazão ultrassônicos. Os medidores de vazão de transmissão por tempo de transito – intrusivo e clamp-on (não intrusivo). Os medidores de vazão ultrassônicos por efeito Doppler são chamados de medidores de vazão de reflexão ou Doppler. O terceiro tipo é o medidor de vazão de canal aberto.

Medidor de vazão ultrassônico por tempo de trânsito

Os medidores ultrassônicos de vazão medem o tempo de trânsito dos pulsos ultrassônicos que se propagam com e contra a direção do fluxo. Essa diferença de tempo é uma medida para a velocidade média do fluido ao longo do caminho do feixe ultrassônico. Usando os tempos de trânsito absolutos Tup e Tdown, tanto a velocidade média do fluido v quanto a velocidade do som c podem ser calculados. Usando esses dois tempos de trânsito, a distância entre os transdutores de recepção e transmissão L e o ângulo de inclinação α , se assumirmos que o som tem que ir contra o fluxo ao subir e ao longo do fluxo ao retornar para baixo, pode-se escrever as seguintes equações a partir da definição de velocidade:

Somando e subtraindo as equações acima obtemos,

onde v é a velocidade média do fluido ao longo do caminho do som e c é a velocidade do som.

Medidores de vazão ultrassônico por efeito Doppler

Outro método na medição de vazão ultrassônica é o uso do deslocamento Doppler que resulta da reflexão de um feixe ultrassônico em materiais refletivos, como partículas sólidas ou bolhas de ar aprisionadas em um fluido em fluxo, ou a turbulência do próprio fluido, se o líquido está limpo. Os medidores de vazão Doppler são usados para lamas, líquidos com bolhas, gases com partículas refletoras de som.

Este tipo de medidor de vazão também pode ser usado para medir a taxa de fluxo sanguíneo, passando um feixe ultrassônico através dos tecidos, refletindo em uma placa, invertendo a direção do feixe e repetindo a medição, o volume do fluxo sanguíneo pode ser estimado. A frequência do feixe transmitido é afetada pelo movimento do sangue no vaso e, comparando a frequência do feixe a montante versus a jusante, permitindo a medição do fluxo de sangue através do vaso. A diferença entre as duas frequências é uma medida do fluxo de volume real. Um sensor de feixe largo também pode ser usado para medir o fluxo independente da área da seção transversal do vaso sanguíneo.

Medidores de vazão ultrassônico de canal aberto

Neste caso, o elemento ultrassônico está na verdade medindo a altura da água no canal aberto; com base na geometria do canal, o fluxo pode ser determinado a partir da altura. O sensor ultrassônico geralmente também possui um sensor de temperatura porque a velocidade do som no ar é afetada pela temperatura.

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

O medidor ultrassônico de vazão TDS-100H foi projetado para medir a velocidade do fluido dentro de uma tubulação. Os transdutores são do tipo clamp-on sem contato, o que proporcionará facilidade de instalação, operação e manutenção.

O TDS-100H funciona por tempo de trânsito e utiliza dois transdutores que funcionam como transmissores e receptores ultrassônicos. Os transdutores são fixados na parte externa de um tubo fechado a uma distância específica um do outro. Os transdutores podem ser montados em método V, onde o som atravessa o tubo duas vezes, ou pelo método W, onde o som atravessa o tubo quatro vezes, ou em método Z, onde os transdutores são montados em lados opostos do tubo e o som atravessa o tubo uma vez. Esta seleção do método de montagem depende das características do tubo e do líquido. O medidor de vazão opera transmitindo e recebendo alternadamente uma sequência de emissões de energia sonora modulada em frequência entre os dois transdutores e medindo o tempo de trânsito que leva para o som viajar entre os dois transdutores. A diferença no tempo de trânsito medido está direta e exatamente relacionada à velocidade do líquido na tubulação, conforme mostrado a figura.

Onde:

θ é o ângulo na direção do fluxo
M é o tempo de trânsito do feixe de ultrassom
D é diâmetro da tubulação
Tup é o tempo de trânsito do transdutor upstream até o transdutor downstream
Tdown é o tempo de trânsito do transdutor downstream até o transdutor upstream
ΔT=Tup -Tdown

Módulo principal do medidor de vazão

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Transdutores ultrassônicos

Aplicações do medidor de vazão ultrassônico

O medidor de vazão TDS-100H pode ser aplicado em uma ampla gama de medições em tubulações de 20 a 6.000 mm [0,5 a 200 polegadas]. É possível medir a vazão de diversos tipos de líquidos , como: líquidos puros, água potável, produtos químicos, esgoto bruto, água tratada, água de resfriamento, água bruta, efluente, etc. O medidor de vazão não é afetado pela pressão do sistema, sujeira ou desgastes. Os transdutores padrão são classificados para aplicações em até 110 graus centígrados. Temperaturas mais altas podem ser avaliadas sob consulta.

Retentividade dos dados e relógio de tempo real

Todos os valores de configuração inseridos pelo usuário são retidos na memória flash não volátil integrada, que pode armazená-los por mais de 100 anos, mesmo se a energia for perdida ou desligada. Para evitar alterações de configuração inadvertidas ou reinicializações do totalizador, a programação do instrumento é protegida por senha.

O instrumento é dotado de relógio de tempo real que permite acumular valores de vazão instantânea e de volumes totalizados formando um registro de valores no tempo. Ele continua operando enquanto a tensão da bateria for superior a 1,5V. Em caso de falha da bateria, o registro de dados não é garantido. O usuário deve reinserir os valores de tempo adequados caso a bateria fique totalmente esgotada. Um valor de tempo impróprio não afeta outras funções além dos registros no tempo.

Especificações técnicas do produto

Linearidade	0.5%
Repeatibilidade	0.2%
Precisão	+1%
Tempo de resposta	0-999 segundos ( configurável)
Velocidade	+32 m/s
Diâmetro da tubulação	20mm-6000mm
Unidade de medida	Metros, pés, metros cúbicos, litros, pés cúbicos, galões USA, galões Ingleses, Barril de óle, Barril líquido, imperial liquid barrel, milhões de galões, configurável.
Totalizador	7 dígitos, positivo e negativo.
Tipos de líquido	Virtualmente qualquer tipo de líquido
Segurança	Senha de acesso para ajustes.
Display	4×16 para caracteres Inglês, 4×8 para caracteres chineses
Interface serial	RS-232C, baud rate: de 75 a 57600 bps. Protocolo próprio compatível com medidores de vazão FUJI. Outros protocolos sob consulta.
Transdutores	Modelo M1 padrão, outros modelos sob consulta.
Comprimento dos cabos dos trandutores	Padrão 2 x 10 metros.
Fonte de alimentação	3 baterias recarregáveis AAA Ni-H internas. 10 horas de operação. Carregador 100V-240VAC.
Data Logger	Data logger interno para até 2000 registros de dados.
Totalizador manual	Totalizador de 7 dígitos com zeramento pelo teclado.
Material do gabinete	ABS
Dimensões do módulo portátil	100 x 66 x 20 mm
Peso do módulo portátil	514g (1.2 libras) baterias.

Composição do conjunto

O medidor de vazão é fornecido com acessórios e maleta.

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Medição de vazão de líquidos pelo método eletromagnético

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Os medidores de vazão eletromagnéticos utilizam a Lei de Faraday para detectar e medir a vazão. Dentro de um transmissor de vazão eletromagnético existe uma bobina que gera um campo magnético e eletrodos que capturam o campo elétrico resultante do movimento do líquido que está sob o campo magnético.
Segundo a Lei de Faraday, movendo líquidos condutivos dentro de um campo magnético, gera-se uma força eletromotriz (voltagem). Ou seja, a velocidade do fluxo do líquido movendo dentro do campo magnético gera um campo elétrico proporcional. O campo elétrico E é proporcional a V x B x D (velocidade x campo magnético x diâmetro).

Os transmissores de vazão eletromagnéticos apresentam as seguintes características:

Não são afetados por temperatura, pressão, densidade ou viscosidade do líquido;
Detectam a vazão também em líquidos contaminados por sólidos e bolhas;
Não causam perda de pressão;
Não utilizam partes móveis e por isso são mais confiáveis;

Não podem ser utilizados em líquidos que não sejam condutivos.
A condutividade expressa a facilidade com que o líquido permite a condução da corrente elétrica. A condutividade é medida em S/cm (siemens por centímetro). A água comum da torneira tem condutividade média de 100 a 200 μS/cm, água mineral de 500 μS/cm ou mais, e água pura de 0.1 μS/cm ou menos.

O transmissor de vazão eletromagnético TVE20 permite a medição da vazão de líquidos em tubulações de 10 a 350 milímetros de diâmetro utilizando o princípio eletromagnético baseado na Lei de Faraday.

Características principais

Estrutura de múltiplos eletrodos;
Alta precisão;
Sem partes móveis;
Ampla faixa de medição;
Alimentação: 85 a 265 VCA ou 18 a 36 VCC;
Não obstrui o fluxo do líquido medido;
Diversas opções de flanges;
Diversas opções de frequências de operação;
Permite detectar a direção do líquido;
Eletrônica resistente a surtos elétricos;

Aplicações

Água e esgoto;
Indústria química;
Indústria de alimentos;
Agricultura;
Tratamento de efluentes.

Especificações técnicas do transmissor de vazão TVE20

Tamanho: DN10 a DN350
Meio: Líquidos condutivos
Temperatura do meio: Classe E∠60°C Grau CH∠180°C
Precisão: 0,25% a 0,5%
Repetibilidade: 0,1% a 0,17%
Pressão da tubulação: 0,6, 1,0, 1,6, 2,5, 4,0, 6,4 MPa (ou especificado pelo cliente)
Indicações do display: Vazão instantânea, totalização, velocidade, taxa de vazão
Sinais de saída: 4 a 20mA, pulsos, RS485, Hart
Alimentação: 85 a 265 VCA ou 18 a 36 VCC
Tipo de conversor: Integrativo
Proteção: IP65/IP68
A prova de explosão: Ex deibmb IIC T3 ~ 6
Velocidade: 0,05 a 12 m/s
Revestimento: PU (DN25 a DN500) / F4 (PTFE) (DN25 a DN1600) / F46 (FEP) (DN10 a DN200) / PFA (DN10 a 30)
Direção do fluxo: Direto e reverso
Material do eletrodo: 316L, Pt, Ta, Ti, HB, HC, WC
Número de eletrodos: 3 a 6 unidades
Material do flange: SS/CS
Alarme (normalmente aberto): Vazio, excitação, limite superior e limite inferior
Temperatura ambiente: -30°C a 60°C
Protocolo de comunicação: Modbus, Hart

Faixas de medição (m3/h)

DN (mm)	Faixa de medição	Precisão	DN (mm)	Faixa de medição	Precisão
DN10	0,014 a 3,39	0,08 a 2,82	DN300	12,7 a 3052	76 a 2543
DN15	0,03 a 7,63	0,19 a 6,35	DN350	17,3 a 4154	103 a 3461
DN20	0,06 a 13,56	0,33 a 11,34	DN400	22,6 a 5425	1355 a 4521
DN25	0,09 a 21,19	0,52 a 17,66	DN450	28,6 a 6867	171 a 5722
DN32	0,14 a 34,72	0,86 a 29,93	DN500	35,3 a 8478	211 a 7065
DN40	0,23 a 54,25	1,35 a 45,21	DN600	51 a 12208	305 a 10173
DN50	0,35 a 84,78	2,12 a 70,65	DN700	69 a 16616	415 a 13847
DN65	0,6 a 143	3,58 a 119	DN800	90 a 21703	542 a 18086
DN80	0,90 a 217	5,43 a 180	DN900	114 a 27468	686 a 22890
DN100	1,41 a 339	8,48 a 282	DN1000	141 s 33912	847 a 28260
DN125	2,21 a 529	13,25 a 441	DN1200	203 a 48833	1221 a 40694
DN150	3,18 a 763	19,08 a 635	DN1400	277 a 66467	1662 a 55389
DN200	5,65 a 1356	33,91 a 1130	DN1600	361 a 86814	2171 a 72345
DN250	8,83 a 2119	52,99 a 1766	DN1800	457 a 109874	2747 a 91562

Dimensões do transmissor de vazão eletromagnético TVE20 (mm)

DN	H	L	D1	D	n-fd1	C	Pressão
10	160	260	60	90	4-f14	14	PN4.0
15		265	65	95	4-f14	14
20		272	75	105	4-f14	16
25		280	85	115	4-f14	16
32		290	100	140	4-f18	18
40	200	305	110	150	4-f18	18
50		320	125	165	4-f18	20
65		335	145	185	4-f18	20	PN1.6
80		350	160	200	8-f18	20
100	250	370	180	220	8-f18	22
125	250	405	210	250	8-f18	22
150	300	435	240	285	8-f22	24
200	350	495	295	340	12-f22	24
250	400	545	350	395	12-f22	26	PN1.0
300	500	595	400	445	12-f22	26
350	500	630	460	505	16-f22	26
400	600	685	515	565	16-f26	26
450		735	565	615	20-f26	28
500		790	620	670	20-f26	28
600		900	725	780	20-f30	34
700	700	1035	840	895	24-f30	30
800	800	1140	950	1015	24-f33	32
900	900	1245	1050	1115	28-f33	34
1000	1000	135	1160	1230	28-f36	34
25	160	280	100	140	4-f18	24	PN6.4
32	160	290	110	155	4-f22	24
40	200	305	125	170	4-f22	26
50		320	135	180	4-f22	26
65		340	160	205	8-f22	26
80		350	170	215	8-f22	28
100	250	375	200	250	8-f26	30
125	250	415	240	295	8-f30	34
150	300	485	280	345	8-f30	36
200	350	520	345	415	12-f36	42
250	400	570	400	470	12-f36	46
300	500	625	460	530	16-f36	52
350	500	680	525	600	16-f39	56

Como selecionar o material do eletrodo

Eletrodo	Aplicação	Não adequado para
316L	Água doméstica, água industrial, água bruta, esgoto doméstico, ácidos leves, alcalinos leves, água salgada.	Ácidos fortes, alcalinos fortes.
Hastelloy alloy B	Ácidos não oxidantes com concentração menor que 10%, hidróxido de Sódio com concentração menor que 50%, hidróxido de amônia, ácido fosfórico, ácidos orgânicos.	Ácido nítrico.
Hastelloy C	Ácidos compostos (como soluções de ácido de cromo e ácido sulfúrico), sais oxidantes (como água do mar, incluindo CU+++, Fe+++).	Ácido hidro clorídrico.
Titânio	Sais (como cloretos de sódio e de potássio, sais de amônia, hipoclorito sódico), hidróxido de potássio < 50%, hidróxido de amônia, hidróxido de bário, soluções alcalinas.	Ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido hidro fluorídrico e outros ácidos redutores.
Tântalo	Ácido hidro clorídrico < 40%, ácido sulfúrico, dióxido de cloro, cloreto de ferro, ácidos hipoclóricos, cloreto de sódio, acetato de chumbo, ácido nítrico.	Soluções alcalinas, ácido hidro fluorídrico.
Ouro platina	Praticamente todas as soluções alcalinas.	Água régia, sal de amônia.

Como selecionar o material do revestimento

Selecionar de acordo com o líquido e a temperatura.

Revestimento	Símbolo	Desempenho	Temperatura	Aplicação
Borracha	CR	Resistência à altas concentrações sais ácidos e básicos.	≤70^oC	Água doméstica e industrial, água do mar.
PTFE	PTFE	Estável e resistente à líquidos em ebulição, ácidos, água régia e alcalinos concentrados.	≤150^oC	Ácidos corrosivos, soluções salinas.
Propileno etileno fluorado	F46 ou FEP	Propriedades químicas equivalentes as do F4, resistência a tração superior à do F4.	≤180^oC	Soluções corrosivas e salina, pressões negativas.
Poliuretano	PU	Alta resistência ao desgaste, não adequado para ácidos.	≤70^oC	Lama, polpas e outros abrasivos.

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11 de julho de 2022/0 Comentários/por alfacompbrasil

Congresso e feira nacional de saneamento 2022 da ASSEMAE

Não categorizado, Notícia, Saneamento

ASSEMAE – Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento

ASSEMAE é uma organização não governamental sem fins lucrativos, criada em 1984. A Entidade busca o fortalecimento e o desenvolvimento da capacidade administrativa, técnica e financeira dos serviços municipais de saneamento responsáveis pelos sistemas de abastecimento de água, esgotamento sanitário, manejo dos resíduos sólidos e drenagem urbana. Saiba mais

50º CONGRESSO NACIONAL DE SANEAMENTO DA ASSEMAE

O 50º CNSA da ASSEMAE aconteceu em Porto Alegre de 9 a 13 de maio de 2022 e discutiu perspectivas da regionalização do saneamento básico. A lei 14.026/2020 foi analisada por especialistas de diferentes instituições. Cerca de três centenas de inscritos no 50º Congresso Nacional de Saneamento da ASSEMAE (CNSA) acompanharam na quarta-feira (11/5) um debate que reuniu convidados para debater o modelo de regionalização do saneamento básico previsto na Lei 14.026/2020. Saiba mais

Programação do congresso da ASSEMAE

Veja aqui os trabalhos apresentados no congresso da ASSEMAE.

Feira de saneamento da ASSEMAE

A feira foi estruturada com 54 estandes de exposição. Veja aqui as empresas expositoras.

Alfacomp na Feira de Saneamento da ASSEMAE

A Alfacomp esteve presente na Feira de Saneamento da ASSEMAE, apresentando as novas tecnologias para a automação e telemetria do saneamento.

A Alfacomp apresentou a TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO com LoraWan

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

” data-image-caption=”” data-medium-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-0.png?fit=300%2C300&ssl=1″ data-large-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-0.png?fit=1030%2C1030&ssl=1″>

Por que implantar a telemetria com LoraWan?

Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

O sistema de automação e telemetria com LoraWan é necessário para:

Garantir o abastecimento da população;
Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
Prevenir e minimizar perdas;
Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

O que é a tecnologia LoraWan?

LoRa é uma tecnologia sem fio, assim como o Wi-Fi, LTE, NB-IoT, entre outras. Seu potencial é infinito e foi criado para sua aplicação em IoT. LoRa deriva de (Long Range wireless communication) – Comunicação sem fio de longo alcance. Entre muitas de suas vantagens está a ampla faixa de cobertura e o baixo consumo de energia que proporciona. É a opção perfeita para soluções que requerem baixa largura de banda de dados e operação autônoma de longa duração, como é o caso da telemetria do saneamento.

O que é LoraWAN?

LoraWAN é o protocolo de rede que utiliza a tecnologia Lora. Esse protocolo é a camada superior da comunicação LoRa, e utiliza Media Access Control (MAC). LoraWAN é a camada de software que define como os dispositivos conectados usam a tecnologia LoRa. LoraWAN define os formatos de mensagem e a forma como as mensagens são trocadas entre os componentes da rede.

Como funciona a telemetria do saneamento com a tecnologia LoraWan?

O sistema de telemetria é composto por unidades remotas e por um CCO (Centro de Controle e Operação.

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

A comunicação entre as unidades remotas e CCO se pela aplicação de gateways Lora que transmitem e recebem dados da nuvem LoraWAN, através de concentradores de comunicação públicos ou privados.

Unidade remota de telemetria de reservatório com LoraWan

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

” data-image-caption=”” data-medium-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-2.png?fit=300%2C300&ssl=1″ data-large-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-2.png?fit=1030%2C1030&ssl=1″ data-recalc-dims=”1″>

Unidade remota de telemetria de elevatória com LoraWan

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para que essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

” data-image-caption=”” data-medium-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-1.png?fit=300%2C300&ssl=1″ data-large-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-1.png?fit=1030%2C1030&ssl=1″ data-recalc-dims=”1″>

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Painel de telemetria com LoraWan

A figura a seguir mostra um exemplo de unidade remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória e reservatórios.

Fonte carregadora FC2063;
Rádio modem LoraWan RAK7431;
CLP Haiwell modelo AT12M0T com 4 ED, 4 SD, 2EA e 2 SA;

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

” data-image-caption=”” data-medium-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-3.png?fit=300%2C300&ssl=1″ data-large-file=”https://i0.wp.com/alfacomp.net/wp-content/uploads/2022/04/Telemetria-com-LoraWan-3.png?fit=1030%2C1030&ssl=1″ data-recalc-dims=”1″>

Outras feiras importante do saneamento

FENASAN – Feira Nacional de Saneamento e Meio Ambiente

ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental – Agenda de Cursos e Eventos

O que é a pitometria?

A Pitometria é uma técnica de medição de vazão em tubulações através da medição da pressão diferencial. A técnica leva o nome do físico Henri Pitot que desenvolveu um instrumento chamado Tubo de Pitot.

Como funciona o Tubo de Pitot na medição de vazão?

O Tubo de Pitot, também conhecido como sonda pitot, é um dispositivo de medição de fluxo usado para medir a velocidade do fluxo de um fluido. O tubo de pitot foi inventado pelo engenheiro francês Henri Pitot no início do século 18 e foi modificado para sua forma moderna em meados do século 19 pelo cientista francês Henry Darcy. É amplamente utilizado para determinar a velocidade do ar de uma aeronave, a velocidade da água de um barco e para medir as velocidades de fluxo de líquido, ar e gás em aplicações industriais.

O tubo Pitot básico consiste em um tubo que aponta diretamente para o fluxo de fluido. Como este tubo contém fluido (vermelho), uma pressão pode ser medida; o fluido em movimento é colocado em repouso (estagna), pois não há saída para permitir que o fluxo continue. Essa pressão é a pressão de estagnação do fluido, também conhecida como pressão total ou (particularmente na aviação) a pressão de Pitot.

A diferença (3) entre as duas alturas do fluido vermelho é proporcional à velocidade do líquido transportado na tubulação, e, consequentemente, é proporcional a vazão. A velocidade do líquido transportado é calculada segundo as equações de Bernoulli.

A importância da Pitometria para o saneamento

Por razões técnicas e econômicas, a medição precisa das vazões de água em tubulações de grande diâmetro é um desafio para as empresas de abastecimento de água que diariamente precisam produzir, transportar e distribuir quantidades crescentes deste produto. É também um estímulo para os fabricantes de medidores de vazão que são solicitados a oferecer soluções para essa demanda metrológica progressivamente desafiadora.

Nas últimas décadas, com base no desenvolvimento de sensores, processadores eletrônicos de sinais e softwares, foi possível testemunhar o surgimento de novas tecnologias de medição de vazão de água para essas aplicações, como os medidores eletromagnéticos full bore amplamente utilizados, os medidores de vazão ultrassônicos de tempo de trânsito e os medidores de inserção eletromagnéticos e térmicos que se propõem a substituir os antigos medidores de pressão diferencial, como o conhecido tubo de Venturi e suas diversas variações construtivas. Esses desenvolvimentos foram induzidos pela necessidade de automação e controle dos processos de medição de vazão de água associada à necessidade de melhorar a confiabilidade dos resultados da medição de vazão.

Apesar do processo natural de modernização dos sistemas de medição de vazão utilizados pelas empresas de água, o que ocorre na prática é uma série de questões decorrentes da aplicação dessas novas tecnologias em tais situações. Vale destacar os seguintes tópicos:

A questão da recalibração dos medidores de vazão dentro da periodicidade estabelecida na regulamentação metrológica ainda permanece sem solução. A remoção de um medidor de vazão de grande diâmetro total de seu local de operação no campo e seu envio para um laboratório de calibração é, na maioria dos casos, técnica e economicamente impraticável;
Os sistemas de aquisição e tratamento de sinal nesses medidores utilizam eletrônica e software proprietários que são difíceis de serem auditadas e validadas sob a ótica da metrologia legal, transparência e confiabilidade dos resultados da medição de vazão;
Devido às grandes dimensões das tubulações, alguns tipos de medidores de vazão utilizam a técnica de amostragem de vazão velocidades apenas em um ponto específico na seção transversal do tubo ou apenas em um ou dois caminhos através do fluxo, inferir a vazão de água com base nessa amostra de velocidade de vazão, simplesmente desprezando a possibilidade de ocorrência de escoamentos com perfis de velocidade assimétricos ou com presença de vórtices de turbulência;
Os critérios considerados pelos usuários na implantação de um sistema de medição de água em grandes adutoras muitas vezes consideram apenas os custos do investimento inicial, sem avaliar os custos de operação do medidor, sem garantir a disponibilidade de peças de reposição e serviços de assistência técnica e sem garantir a rastreabilidade metrológica dos resultados de medição durante os muitos anos de operação do medidor.

Técnica de pitometria

Considerando as questões preocupantes apresentadas anteriormente, o Laboratório de Fluxo de Fluidos do IPT-Instituto de Pesquisas Tecnológicas no Brasil, desenvolveu uma metodologia para medição de fluxo de água em grandes tubulações baseada na técnica fundamental de pitometria e utilizando o tubo de Pitot tipo Cole para mapear os perfis de velocidade de fluxo nas tubulações.

Tubo de Pitot tipo Cole

Basicamente, o Tubo de Pitot tipo Cole é uma sonda de pressão diferencial projetada por Edward Cole por volta de 1896 e é composto por dois tubos paralelos de aproximadamente 6 mm de diâmetro externo, dobrados a 90º ângulo e orientado opostamente nas extremidades. O tubo de Pitot tipo Cole é mostrado na figura abaixo.

Tubo Pitot tipo Cole

Um bico de pressão está na posição frontal ao caminho de fluxo do líquido e o outro na posição oposta. A ponta frontal para a vazão (ponta A) mede a pressão total e a outra (ponta B) mede a pressão da esteira de vazão, definindo um sinal de pressão diferencial medido por transdutores de pressão e que é proporcional ao quadrado da vazão do liquido.

Conforme mostrado abaixo, na medição das vazões de água em grandes tubulações é comum o uso de um Tubo de Pitot tipo Cole modificado, que possui um pino de segurança localizado entre as pontas para protegê-las de possíveis danos causados por seu impacto contra a parede interna do tubo durante a inserção da sonda.

Tubo de Pitot tipo Cole modificado com um pino de segurança entre as pontas.

Calibração do tubo Pitot tipo Cole

No IPT, os tubos de Pitot do tipo Cole são calibrados usando um túnel de vento aerodinâmico conforme mostrado na figura abaixo.

Tubo Pitot tipo Cole – Calibração no túnel de vento aerodinâmico do Laboratório de Fluxo de Fluidos do IPT

Testes realizados no IPT utilizando um túnel de vento e um grande tanque mostraram que tubos de Pitot tipo Cole podem ser calibrados em fluxos de ar e usados em fluxos de água, desde que respeitada a semelhança do número de Reynolds.

Durante a calibração, o Tubo de Pitot tipo Cole é posicionado na área central da seção de descarga do túnel de vento, evitando as regiões próximas às suas paredes internas. Um tubo de Pitot estático convencional tipo L é usado como sonda de velocidade do ar de referência. Ambos os tubos de Pitot são conectados a transdutores de pressão e dois tubos ascendentes são comparadas sequências de pontos que consistem em dez velocidades de fluxo de ar entre 5 m/s e 36 m/s. Baseado na similaridade dos números de Reynolds, onde

Rewater = Reair

estes limites de velocidade de fluxo de ar correspondem a velocidades de fluxo de água de 0,3 m/s e 2,4 m/s, respectivamente.

O coeficiente de calibração médio recomendado pela literatura para tubos de Pitot convencionais tipo Cole, incluindo correções, é 0,8696. A figura abaixo apresenta um conjunto de medições que são comumente utilizadas por empresas de abastecimento de água no Brasil. Esta figura mostra a dependência do coeficiente de calibração (Cc) do tubo de Pitot tipo Cole com o número de Reynolds de vazão. O número de Reynolds é definido como:

Re = ( V L ) / v

onde V é a velocidade do fluxo do fluido em m/s, L é um comprimento característico, aqui fixado como 1 m, n = 1,004 x 10(6) m/s2 é a viscosidade cinemática da água a 20 °C.

Os resultados mostrados na figura para 5 x 10(5) < Re < 3 x 10(6), correspondem a uma faixa de velocidade de fluxo de água de 0,5 m/s < V < 3,0 m/s. Nesta faixa de velocidade, o coeficiente de calibração do tubo de Pitot tipo Cole varia entre 0,883 para 0,5 m/s e 0,861 para 3,0 m/s com valor médio de 0,867.

Dependência do número de Reynolds do coeficiente de calibração (Cc) dos tubos de Pitot tipo Cole conforme referência

O coeficiente de calibração do tubo de Pitot tipo Cole é obtido usando a seguinte equação:

onde Cs = 0,997 é o coeficiente de calibração do tubo Pitot-estático tipo L usado como padrão, dPs e dPc são, respectivamente, as pressões diferenciais obtidas pelo tubo Pitot-estático tipo L e tubo Pitot tipo Cole .

Perfil de velocidade de fluxo

Para a determinação da vazão de água, a orientação da norma técnica ISO 3966 é seguida para o cálculo da velocidade média de escoamento na seção transversal da tubulação utilizando tubo de Pitot tipo Cole e o método log-linear para o mapeamento das velocidades de escoamento em onze pontos distribuídos ao longo do diâmetro de medição do conduto.

Nas figuras a seguir, respectivamente, os taps de pitometria são mostradas no perímetro externo da tubulação e as onze posições de medição ao longo do diâmetro de medição em relação à dimensão de referência h, cuja numeração inicia no ponto da travessa mais próximo do tap e termina no ponto diametralmente oposto.

Posição dos taps para mapeamento do perfil de velocidade do fluxo ao longo de dois diâmetros dispostos perpendicularmente entre si.

Posições dos pontos de medição de velocidade ao longo da poligonal.

A próxima figura mostra um exemplo de perfil de velocidade de fluxo de água incluindo os onze pontos de medição de velocidade.

Perfil de velocidade de fluxo de água determinado pelo mapeamento das velocidades de fluxo em onze pontos ao longo do diâmetro de medição do conduto.

Cálculo da vazão volumétrica

O caudal volumétrico de água (Q) na tubulação é calculado em função da velocidade média do caudal (V) na secção de medição e da área da secção transversal interna (S) do local de medição. Isso é:

Cc = Coeficiente de calibração do tubo de Pitot tipo Cole;

dPi = Pressão diferencial medida em cada ponto do mapeamento de velocidade, desconsiderando o ponto central no eixo do tubo;

Po = Densidade da água nas condições de medição, considerada igual a 997.043 kg/m³.

A vazão volumétrica de água também pode ser calculada a partir da velocidade de vazão no ponto central da seção de medição (Vc), o fator de velocidade média (VF) e a área da seção transversal interna do local de medição (S). Isso é:

Q = VF × VC × S

Onde:

VF é o fator de cálculo da velocidade média, particular da vazão, e válido exclusivamente para a tubulação específica, com suas singularidades próximas a montante e jusante da estação pitométrica e faixa de números de Reynolds característica. Esta é uma correlação empírica para o cálculo da integral de pressão diferencial medida com o tubo Pitot Cole no ponto central do eixo do tubo.

Esquema de instrumentação da pitometria

A metodologia desenvolvida e aplicada pelo IPT permite o monitoramento do sinal de um medidor de vazão presente em série na mesma tubulação durante o processo de mapeamento do perfil de velocidade, conforme mostrado na figura abaixo. Isso permite realizar simultaneamente a calibração do medidor de vazão e fazer correções de possíveis flutuações de vazão que podem ocorrer durante as medições.

A próxima figura mostra o esquema de instrumentação utilizado para o mapeamento dos perfis de velocidade de escoamento estabelecidos na seção de medição da tubulação.

Esquema da instrumentação utilizada para o mapeamento dos perfis de velocidade de fluxo utilizando a técnica de pitometria.

Estudo de caso de pitometria

Para ilustrar a aplicação do método de medição de vazão de água pela técnica de pitometria em tubulações de grande diâmetro, apresenta-se a seguir um estudo de caso envolvendo a calibração de um sistema de medição de vazão de água.

Descrição da instalação

A figura a seguir mostra o esquema de uma estação de bombeamento de água que opera com duas bombas hidráulicas axiais de mesmo tamanho em paralelo. Na tubulação de descarga de 2232 mm de diâmetro interno, feita em aço, está instalado um medidor de vazão ultrassônico de tempo de transito com dois pares de transdutores que precisavam ter seu desempenho metrológico avaliado.

Esboço da tubulação de descarga da estação de bombeamento, indicando os locais de instalação dos transdutores do medidor de vazão ultrassônico e a estação pitométrica.

As medidas de vazão de água foram realizadas aplicando a técnica de pitometria utilizando dois tubos de Pitot tipo Cole montados perpendicularmente um ao outro e transversalmente ao eixo longitudinal do conduto através de duas conexões especiais de inserção, comumente conhecidas como taps.

Para realizar a calibração da indicação do medidor de vazão ultrassônico da estação de bombeamento, paralelamente à medição da vazão de água com tubos de Pitot, foi realizada a aquisição dos dados da indicação de vazão do medidor ultrassônico. Para isso, foi instalado um registrador de dados em série na saída do sinal elétrico (4 mA a 20 mA) do medidor ultrassônico enviado para o sistema supervisório instalado na sala de controle da estação de bombeamento.

Nos itens a seguir, são apresentados os resultados obtidos no levantamento dos perfis de velocidade de vazão, no monitoramento da vazão da bomba e na calibração do medidor ultrassônico.

Resultados do mapeamento de perfis de velocidade de fluxo

As próximas figuras mostram os gráficos das vazões instantâneas medidas com a técnica de pitometria, em dois diâmetros de 90°, e as vazões indicadas pelo medidor ultrassônico durante as medições realizadas na tubulação de descarga da estação de bombeamento, respectivamente, apenas com a bomba #1 em funcionamento e com as bombas #1 e #2 em paralelo.

Vazões de água medidas pelo medidor ultrassônico versus pitometria, apenas com a bomba nº 1 em operação.

Vazões de água medidas pelo medidor ultrassônico versus pitometria, com as bombas #1 e #2 operando em paralelo.

As próximas figuras mostram as folhas de resultados do mapeamento de pitometria realizado na tubulação de descarga da estação de bombeamento, respectivamente, para o caso de operação somente com bomba #1 e para bombas #1 e #2 operando em paralelo.

Dados pitométricos e perfis de velocidade de vazão na tubulação de descarga da estação de bombeamento operando apenas com a bomba nº 1.

Dados pitométricos e perfis de velocidade de vazão na tubulação de descarga da estação de bombeamento operando com as bombas #1 e #2 em paralelo.

A próxima figura mostra os erros de medição determinados na calibração do medidor de vazão ultrassônico nas duas vazões usuais da estação de bombeamento.

Erros de medição de vazão apresentados pelo medidor ultrassônico.

As informações e dados dos parâmetros medidos registrados durante as medições indicaram que as incertezas associadas aos valores medidos eram da ordem de 2,0 % da vazão de água medida por meio da técnica de pitometria, o que é totalmente compatível com as condições e dificuldades resultante da medição do fluxo de água no campo em uma grande tubulação.

Conclusão

Com base nos bons resultados obtidos em um grande número de aplicações em tubulações de água bruta e tratada junto a empresas de saneamento, a técnica fundamental e auditável da pitometria tem se mostrado uma ferramenta bastante adequada para validação de vazão de água. Ou seja, a técnica de pitometria permite a recalibração dos medidores de vazão dentro da periodicidade estabelecida nas normas metrológicas sem a necessidade de retirar o medidor de vazão de seu local de operação em campo. Além disso, não é necessário conhecer e dominar a tecnologia de aquisição e processamento de sinal utilizada por esses medidores, pois o resultado final do sistema de medição como um todo é validado para garantir a confiabilidade dos resultados da medição de vazão. Da mesma forma, os efeitos da instalação do medidor, as condições do fluxo de água na tubulação e a amostragem da velocidade do fluxo apenas em um ponto específico da seção transversal do tubo (no caso de medidores de velocidade pontual) ou apenas em um ou dois trajetórias através do fluxo (no caso de medidor ultrassônico por tempo de trânsito) são resolvidas. Finalmente, a rastreabilidade metrológica dos resultados de medição pode ser garantida durante os muitos anos de operação do medidor. No entanto, embora as incertezas associadas aos resultados das medições realizadas pela aplicação da técnica de pitometria sejam maiores quando comparadas às obtidas em calibrações de medidores de vazão de água em bancada de laboratório, elas podem ser melhoradas com a padronização técnica da forma e dimensões dos tubos de Pitot, pelo aprimoramento dos métodos de calibração das sondas e pelo uso de técnicas de modelagem matemática de vazão.

Créditos

TAIRA. N.M.; KAWAKITA, K.; RUIZ, V. Pitometry as a validation tool for water flow measurement in large diameter pipelines. Anais do 18th International Flow Measurement Conference – FLOMEKO 2019, Lisboa, Portugal, 26-28 de junho de 2019, p.1-6.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

Artigo, IoT, Não categorizado, Saneamento, Tutoriais

O que é a TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO com LoraWan?

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

Por que implantar a telemetria com LoraWan?

Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

O sistema de automação e telemetria com LoraWan é necessário para:

Garantir o abastecimento da população;
Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
Prevenir e minimizar perdas;
Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

O que é a tecnologia LoraWan?

LoRa é uma tecnologia sem fio, assim como o Wi-Fi, LTE, NB-IoT, entre outras. Seu potencial é infinito e foi criado para sua aplicação em IoT. LoRa deriva de (Long Range wireless communication) – Comunicação sem fio de longo alcance. Entre muitas de suas vantagens está a ampla faixa de cobertura e o baixo consumo de energia que proporciona. É a opção perfeita para soluções que requerem baixa largura de banda de dados e operação autônoma de longa duração, como é o caso da telemetria do saneamento.

O que é LoraWAN?

LoraWAN é o protocolo de rede que utiliza a tecnologia Lora. Esse protocolo é a camada superior da comunicação LoRa, e utiliza Media Access Control (MAC). LoraWAN é a camada de software que define como os dispositivos conectados usam a tecnologia LoRa. LoraWAN define os formatos de mensagem e a forma como as mensagens são trocadas entre os componentes da rede.

Como funciona a telemetria do saneamento com a tecnologia LoraWan?

O sistema de telemetria é composto por unidades remotas e por um CCO (Centro de Controle e Operação.

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

A comunicação entre as unidades remotas e CCO se pela aplicação de gateways Lora que transmitem e recebem dados da nuvem LoraWAN, através de concentradores de comunicação públicos ou privados.

Unidade remota de telemetria de reservatório com LoraWan

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Unidade remota de telemetria de elevatória com LoraWan

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para que essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Painel de telemetria com LoraWan

A figura a seguir mostra um exemplo de unidade remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória e reservatórios.

Fonte carregadora FC2063;
Rádio modem LoraWan RAK7431;
CLP Haiwell modelo AT12M0T com 4 ED, 4 SD, 2EA e 2 SA;

RAK7431 – Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 WisNode Bridge Serial é um conversor RS485 para LoRaWAN projetado para aplicações industriais. O dispositivo retransmite dados ModBUS usando a rede LoRaWAN como meio de transmissão sem fio de e para os dispositivos finais.

O RAK7431 pode operar em todas as bandas LoRaWAN dentro dos parâmetros padrão definidos pela LoRa Alliance. Seu alcance em ambiente aberto é de mais de 15 km e em casos industriais, onde existem obstruções pesadas no caminho do sinal de RF, o desempenho é melhorado em comparação aos sistemas sem fio convencionais devido às características do LoRa como técnica de modulação. Isso permite uma qualidade de sinal consistentemente boa dentro dos limites de grandes fábricas, escritórios densamente povoados, armazéns, etc.

Estes dispositivos compatíveis com RS485 podem endereçar até 16 nós terminais de clientes. A conversão de e para estruturas LoRa é perfeita e permite controle e monitoramento em tempo real de vários dispositivos RS485, para acessar e controlar os nós terminais RS485.

Plataforma Eagle IoT industrial

É um conjunto de soluções de hardware e software com a tecnologia Internet das Coisas (IoT) e foco na Gestão de Utilidades e Gestão de Ativos. A Plataforma Eagle IoT industrial foi desenvolvida para:

Redução de Custos Operacional;
Manutenção preventiva e preditiva;
Disponibilização de informações para a tomada de decisão.

A solução permite coletar informação em tempo real, a baixo custo e com agilidade e flexibilidade, para ganho de eficiência.

Áreas de aplicação da Plataforma Eagle IoT industrial

Grupos geradores;
Usinas solares;
Energia;
Iluminação;
Saneamento;
Climatização;
No-breaks;
Sistemas de aquecimento;
Gestão de utilidades.

Topologia da Plataforma Eagle IoT Industrial

Gateways IG-8K e IG-9K

Os gateways Eagle são gateways WIFI/Ethernet/Celular para comunicação com equipamentos dotados de comunicação MODBUS e publicação dos dados coletados junto a eles a um broker MQTT.

Os mesmos podem operar, também, em modo Transparente (Bridge) em conjunto com sistemas on-premise, tornando bidirecional a comunicação no parque instalado, bem como coletar informações medidores de energia para posterior publicação.

Os gateways possuem FOTA (Firmware Over-The-Air ), possibilitando atualização remota sem necessidade de cabos e softwares de programação, auxiliando na manutenção à distância, de todos os gateways instalados em campo.

Conectividade

WiFi (802.11 b/g/n) – Utilizando antena externa 1, é possível estabelecer conexão sem fios à redes locais utilizando IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Fast Ethernet (100Mbps) – Através do conector RJ45, o gateway pode se conectar a uma rede Ethernet cabeada, obtendo IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Rede Celular (LTE, CAT-M1, NBIoT, 2G, 4G e pronto para o 5G) – IG-9k/M possui conexão com redes celulares, sendo capaz de utilizar os mesmos protocolos das redes WiFi e ETH.

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7 de abril de 2022/0 Comentários/por alfacompbrasil

Bombeamento solar – Utilize a energia do sol para recalcar água

Artigo, Não categorizado, Produtos, Saneamento, Tutoriais

Baseado no e-book “Solar Pumping – The Basics“ – World Bank. 2018. “Solar Pumping: The Basics.” World Bank, Washington, DC.

O que é bombeamento solar de água?

Chamamos de bombeamento solar de água o processo de recalcar água utilizando a energia solar captada por painéis fotovoltaicos (solares) para alimentar os motores das bombas.

Nos últimos anos, a tecnologia e o preço do bombeamento solar evoluíram fortemente, viabilizando o bombeamento solar.

A capacidade dos sistemas de recalque utilizando a energia solar foi expandida. As primeiras bombas solares tinham desempenho limitado e estavam restritas a aplicações de bombeamento de água superficiais e com baixa demanda de água.

Atualmente, as bombas podem atingir poços mais profundos (500 metros), e recalcar volumes de água maiores (1.500 m3/dia). A eficiência das bombas também aumentou consideravelmente.

Quais são as aplicações do bombeamento solar?

A maior demanda está dentro de áreas rurais desassistidas de rede elétrica, ou que dependem de geração elétrica baseada em combustíveis fósseis. As aplicações potenciais incluem:

Abastecimento de água potável para instituições (tradicional nicho de mercado para escolas e postos de saúde)
Esquemas de abastecimento de água em escala comunitária (esquemas de aldeias maiores)
Abastecimento de água para gado (individual ou comunitário)
Irrigação em pequena escala (agricultores individuais ou cooperativas)

O bombeamento solar é mais competitivo em regiões com alta insolação solar, que incluem a maior parte da África, América do Sul, Sul e Sudeste Asiático.

Mapa global de radiação solar. Fonte: The World Bank.

Embora todas essas regiões do planeta tenham alta radiação (ver Figura), a disponibilidade dos recursos hídricos varia significativamente.

Vantagens do bombeamento solar

Os sistemas de bombeamento solar consomem pouco ou nenhum combustível. Ao utilizar a luz solar disponível gratuitamente, eles permitem eliminar a utilização de combustíveis caros e poluentes. Ao contrário dos sistemas à base de diesel (ou seja, onde um gerador a diesel alimenta a bomba), o bombeamento solar produz energia limpa.
Os sistemas de bombeamento solar são duráveis e confiáveis. Os painéis fotovoltaicos têm uma vida útil de mais de 20 anos e as bombas solares têm poucas partes móveis e requerem pouca manutenção (ao contrário das bombas a diesel).
Os sistemas de bombeamento solar são modulares, portanto, podem ser adaptados às necessidades atuais de energia e facilmente expandidos com a adição de painéis fotovoltaicos e acessórios.
Sistemas solares instalados corretamente são seguros e de baixo risco devido à baixa tensão do sistema. O projeto adequado minimiza o risco de acidentes.

Como funciona o bombeamento solar de água?

Um sistema de bombeamento de água movido a energia solar é como qualquer outro sistema de bombeamento, exceto que sua fonte de energia é a energia solar. A tecnologia de bombeamento solar abrange todo o processo de conversão de energia, desde a luz solar, à energia elétrica, à energia mecânica, à energia armazenada. O processo é elegante e simples.

Funcionamento do bombeamento solar – Fonte: The World Bank.

Dimensionamento do sistema de bombeamento solar

O projeto conceitual de sistemas de bombeamento solar é melhor realizado analisando os seguintes sete parâmetros principais:

Demanda de água
Fontes de água
Vazão de água necessária
Armazenamento da água
Altura manométrica do recalque
Localização dos painéis fotovoltaicos
Recurso solar

O processo de projeto é complementado pelo domínio das tecnologias que serão utilizadas no sistema. Depois disso, deve ser possível fazer um cálculo aproximado de dimensionamento e custo do sistema de bombeamento solar.

Demanda de água

O dimensionamento do sistema de água solar depende principalmente da demanda de água, medida em m3/dia ou litros/dia. A água é considerada para consumo humano e/ou pecuário ou para irrigação.

A água potável para consumo humano em uma vila/cidade é estimada a partir do tamanho da população e o consumo diário de água per capita. Por exemplo, se o sistema for atender uma população de 2.000 e o padrão de fornecimento é de 30 litros per capita por dia, então a capacidade de projeto do sistema deve ser de pelo menos 60.000 litros/dia ou 60 m3/dia. Da mesma forma, a demanda de água para o gado dependerá do tipo e quantidade de gado.

A avaliação da demanda de água para irrigação é consideravelmente mais complexa e depende da área, do solo, hidratação e propriedades, taxas de evaporação, seleção de culturas, espaçamento, épocas de cultivo, tipo de irrigação, etc., e é melhor determinado por um agrônomo, para evitar o super ou sub abastecimento de água, e para determinar as épocas ideais de cultivo. Os padrões usados para determinar a demanda de água geralmente são obtidos junto aos órgãos e agências governamentais do país. Projetos normalmente consideram o crescimento populacional e a sazonalidade da demanda.

Fontes de água

A água potável é geralmente obtida através de fontes abertas ou águas superficiais, como rios, córregos e barragens; ou fontes de águas subterrâneas, como poços. Cada fonte de água apresenta um nível de segurança de abastecimento e de qualidade. Em geral, as águas subterrâneas são preferidas para água potável.

Ao avaliar as fontes de água de superfície, os seguintes aspectos devem ser cuidadosamente considerados:

Disponibilidade de água e níveis de bombeamento. A contabilização das variações sazonais é extremamente importante, uma vez que algumas fontes podem secar, enquanto outras podem ser propensas a inundações e alto risco. O nível de água pode variar consideravelmente entre as estações, afetando a altura de bombeamento.

Qualidade da água. Detritos, lodo e sedimentos podem causar danos às bombas se não forem devidamente filtrados na entrada da bomba.

A água subterrânea é uma fonte de água comumente usada. As águas subterrâneas estão contidas em aquíferos, reservatórios de água subterrâneos acessados por poços ou cavernas. Um teste de bombeamento é realizado para avaliar a quantidade de água que pode ser bombeada de um determinado aquífero. O teste determina a capacidade máxima (em m3/h), bem como o rebaixamento, ou profundidade a que o nível de água o poço cairá para uma determinada vazão e duração (rendimento por metro de rebaixamento). Quanto menor o rebaixamento, maior a capacidade do manancial.

A demanda de água que excede a capacidade de um aquífero pode levar ao bombeamento excessivo. O bombeamento excessivo é evidenciado pelo rebaixamento do nível do lençol. Isso pode levar à precipitação de metais pesados, causando a infiltração de nitrato e pesticidas na água e a formação de sedimentos que podem entupir a bomba. Este ciclo vicioso leva ao aumento dos custos de manutenção da bomba, necessidade de tratamento de água, esgotamento de aquíferos de longo prazo e, possivelmente, redução da vida dos aquíferos.

Vazão de água necessária

A vazão de projeto de uma bomba é obtida dividindo-se a quantidade diária de água demanda pelo número total de horas de bombeamento em um dia. As aplicações de bombeamento solar, no entanto, usam o número de horas de sol de pico para estimar as horas diárias de bombeamento.

Por exemplo, em um recurso solar com média de 7,0 kWh/m2/dia, o horário de pico do sol é de 7 horas/dia. Para uma necessidade diária de água de 70 m3/dia, a vazão de projeto é de 70.000 litros/dia/7 horas/dia = 10.000 litros/hora. A vazão de projeto não deve exceder o bombeamento máximo da fonte de água permitido para a fonte de onde a água será recalcada. A vazão de projeto é usada para futuros cálculos de queda de pressão da água e dimensionamento da tubulação.

Armazenamento de água

A maioria dos sistemas de bombeamento solar requer capacidade de armazenamento de água para melhorar o desempenho e a confiabilidade. A confiabilidade é melhorada quando um reservatório é usado para armazenar a água extraída durante as horas de sol para atender às necessidades de água à noite ou em caso de tempo nublado ou tempo de inatividade do sistema.

Em geral, os reservatórios de água para sistemas bombeamento solar devem ser dimensionados para armazenar pelo menos 2 a 3 dias de abastecimento de água (demanda diária (m3/dia) x 3 dias = volume de armazenamento (m3). Os dados da pesquisa de campo indicam que muitos reservatórios são muito pequenas e acontecem transbordamento de água durante o dia, e escassez à noite.

O dimensionamento do reservatório deve levar em conta o padrão de demanda horária de água, bem como possíveis variações de insolação.

Altura manométrica de bombeamento – Total dynamic head (TDH)

Altura manométrica do recalque – Fonte: The World Bank.

A altura manométrica é a diferença em metros entre o nível do manancial e o terminal da tubulação que verte a água no reservatório. A carga dinâmica total (TDH) ou a carga total de bombeamento é a soma de três componentes, conforme representado na figura.

Dynamic water level (DWL) – O nível de água dinâmico é a profundidade do nível da superfície do aquífero. Isso aumenta gradativamente devido ao rebaixamento, daí o termo “dinâmico”.

Discharge head – A cabeça de descarga corresponde à altura acima do solo da superfície da água dentro do reservatório (geralmente 5-10 m). Esta água é descarregada para usuários por gravidade, daí o nome “descarga”.

Friction head – A cabeça de atrito é responsável pelo atrito da água contra o interior dos tubos (tanto verticais e horizontais). É tipicamente 10% do DWL mais a cabeça de descarga.

Um teste de bombeamento pode fornecer informações sobre o DWL e a altura de descarga, enquanto o atrito pode ser obtida com mais precisão a partir de gráficos de perda de carga para tubos na vazão necessária e características do tubo.

Localização dos painéis fotovoltaicos

Embora não seja crítico para o dimensionamento inicial do sistema, os painéis fotovoltaicos devem ser instalados próximos à bomba e a fonte de água, voltados para o equador, em ângulo de inclinação ideal para o horizonte e sem sombra em qualquer parte da estrutura de painéis solares ao longo do dia. Os painéis devem estar situados em um local seguro e protegido. Esses ajustes podem ser feitos durante a instalação final, mas para fins de projeto preliminar, é aceitável que o painel solar não esteja localizado próximo à bomba e, para isso, o dimensionamento dos cabos deve ser feito de maneira a minimizar perdas.

Recurso solar

A insolação solar é uma medida da energia acumulada recebida em uma área específica durante um período de tempo. É uma medida de energia, normalmente expressa em quilowatts-hora (kWh/m2/dia). As características do recurso solar no local são críticas para o projeto do sistema. A luz do sol atinge a terra através da radiação. A energia solar é a potência da radiação solar recebida por unidade de área.

Irradiância é a medição instantânea de potência, em watts ou quilowatts por metro quadrado (W/m2 ou kW/m2). A irradiância é afetada pelo ângulo do sol, e a qualquer hora do dia é mais alta quando um módulo é perpendicular aos raios solares incidentes. Como a posição do sol no céu muda durante o dia, a irradiância aumenta durante a manhã até o meio-dia (quando é mais alta), e depois diminui até pôr do sol, uma vez que os raios do sol percorrem um percurso maior de atmosfera para atingir a terra.

Irradiância ao longo do dia. Fonte: Renewable Energy Primer-Solar.

A insolação solar é igual à área sob a curva de irradiância solar. Horas de sol de pico por dia é apenas outro termo para insolação solar e é sempre medido em kWh/m2/dia.

Os recursos solares variam com a região. Como a figura ilustra, a radiação solar é geralmente maior nas regiões próximas ao equador. Fatores que afetam a quantidade de radiação solar em uma determinada área incluem latitude, prevalência de períodos nublados, umidade, clareza atmosférica e variações sazonais.

Dados meteorológicos estatísticos de longo prazo de estações meteorológicas são geralmente fornecidos na forma de dados médios mensais para insolação em uma superfície horizontal, e inclui variações diárias da insolação. Como o dimensionamento de sistemas de bombeamento solar requer ajustes e otimizações adicionais para esses dados para dar conta de painéis solares não horizontais ou inclinados orientados para o equador, a natureza complexa desses cálculos sugere a doção de softwares dedicados.

Cálculo do sistema de bombeamento solar

O dimensionamento do sistema de bombeamento solar pode ser estimado usando fórmulas simples. O princípio básico para o dimensionamento é criar um “balanço de energia”. O balanço de energia para o sistema é determinado por:

Energia elétrica (recurso solar, painel solar, condicionador de energia) × eficiência da moto bomba = energia hidráulica (volume entregue, altura manométrica, perdas por atrito).

O rendimento de energia elétrica para a moto bomba pode ser estimado da seguinte forma:

Esys = Parray_STC × fman × fdirt × ftemp × Htilt × ηpv_inv × ηinv × ηinv_sb

Onde:

Esys = average yearly energy output of the PV array, in kWh
Parray_STC = rated output power of the array under standard test conditions, in kWp
fman = de-rating factor for manufacturing tolerance, dimensionless (100%)
fdirt = de-rating factor for dirt, dimensionless (95%)
ftemp = temperature de-rating factor, dimensionless (95%)
Htilt = daily insolation value (kWh/m2/day) for the selected site
ηpv_inv = efficiency of the subsystem (cables) between the PV array and the inverter (98%)
ηinv = efficiency of the inverter, dimensionless (95%)
ηinv_sb = efficiency of the subsystem (cables) between the inverter and the switchboard (95%)

A eficiência global é, portanto, de cerca de 77,4%. Observe que a cobertura de nuvens reduzirá ainda mais a produção.

A energia hidráulica da saída da bomba pode ser calculada da seguinte forma:

Ehydraulic = Q x TDH x ρ x g / 3,600,000 (J/kWh)

onde:

Ehydraulic = hydraulic energy in kWh
Q = daily water output (m3/day)
TDH = total dynamic pumping head (m)
ρ = density of water = 1,000 kg/m3
g = 9.8 kg.m/s2

Exemplo de cálculo

Um sistema de bombeamento solar para para uma comunidade rural de 2.000 pessoas deve ser projetado para fornecer água potável com 30 litros/capita/dia. O nível da fonte de água subterrânea está a 100 m de abaixo do nível do solo. O rebaixamento do poço é de 5 m a 5 m3/hora e 10 m a 10 m3/hora. A altura do reservatório de armazenamento, deverá ser de 10 m acima do nível do solo. O recurso solar no local é em média 4,5 kWh/m2/dia a uma inclinação de 20 graus da horizontal, orientada para o equador, o que otimiza o rendimento solar no pior mês. Qual é a dimensão do sistema de bombeamento?

Dimensionamento:

Dados de projeto:
- Q = 30 litros/capita x 2.000 pessoas = 60 m3/dia
- Vazão = 60 (m3/dia) / 7 (horas de bombeamento/dia) = 8,5 m3/hora
- TDH = 100 m estático + 8,5 m de rebaixamento + 10 m de elevação + 10% de perdas dinâmicas = 118,5 m × 110% = 130 m

Energia hidráulica total necessária = 60 m3/dia x 130 m x 1.000 × 9,8 / 3.600.000 = 21,23 kWh
Suponha que o motor da bomba esteja dimensionado de maneira ideal em seu ponto de operação de 60% de eficiência
Energia elétrica necessária = 21,23 kWh/dia/60% = 35,4 kWh/dia
Tamanho da matriz necessária: 35,4 kW/dia = matriz kWp x 77,4% x 4,5 kWh/m2/dia – Portanto: tamanho da matriz = 10,16 kWp
O volume de armazenamento do tanque de água deve ser de aproximadamente 180 m3 e é calculado da seguinte forma:
- Reservatório = Q (m3/dia) x 3 dias = 180m3

O que afeta o desempenho do bombeamento solar na vida real?

O algoritmo de dimensionamento apresentado permite entender a dinâmica do dimensionamento, e é suficiente para condições de projeto estimados. Na realidade, existem parâmetros que não são constantes e que podem afetar o desempenho do sistema de bombeamento ao longo de um ano. Portanto, para cálculos mais conservadores e precisos de dimensionamento, devemos levar em conta as condições ao longo de um ano inteiro para determinar a alteração do desempenho. Abaixo estão algumas das principais variáveis:

Mudanças sazonais na radiação solar. Essencialmente, a saída de água do bombeamento é proporcional à irradiação. O dimensionamento preliminar é baseado na insolação média do ano, ou talvez no pior mês do ano. É necessário avaliar a saída para os dias em que a radiação será menor que a média anual e inferior à média mensal.
Mudanças sazonais na altura de bombeamento. Da mesma forma, quedas nos níveis de água afetarão a saída da bomba. A saída de água é proporcional à altura de bombeamento. Um cálculo muito conservador resultará em superdimensionamento do sistema.
Dias ensolarados versus dias nublados. A insolação média é insuficiente. Uma variável chave é o índice de cobertura de nuvens e a intermitência do sol. Bombas acionadas por inversores tendem a perder a eficiência devido as operações de partida e parada quando a energia é interrompida pela falta de insolação. Assim, enquanto 2 dias podem ter a mesma quantidade de insolação cumulativa, uma manhã clara sem sol da tarde provavelmente produzirá uma saída de água muito maior do que um dia intermitentemente nublado. A redução de eficiência para este tipo de variabilidade é importante conforme o tipo de bomba utilizada.

FU9000SI Inversor de frequência para bombeamento solar

O inversor de bomba solar da série USFULL FU9000SI é um inversor de alto desempenho e alta eficiência desenvolvido e especialmente projetado para bomba CA no sistema de bombeamento solar.

A Alfacomp fornece soluções personalizadas e suporte pós-venda. O inversor de bomba solar FU9000SI é amplamente utilizado em irrigação, reservatório de água, abastecimento de água rural, piscina e outros projetos de abastecimento de água.

O inversor da bomba solar FU9000SI é totalmente automático, sem necessidade de configuração antes de funcionar. A operação e manutenção são fáceis e simplificadas. Com MPPT automático (Maximum Power Point Tracking), a eficiência do inversor pode chegar a 99%. Na presença de nuvens o inversor fica em espera, e quando as nuvens se dissipam o inversor reinicia automaticamente.

Instalação do inversor para bombeamento solar FU9000SI

O inversor solar FU9000SI pode ser instalado na parede ou em um painel elétrico. O inversor irá converter a energia CC diretamente do painel solar e gerar a energia CA para acionar as bombas ou motores.

Inversor com display e teclado destacável

PRG/ESC: Entra ou sai do menu de programação.
DATA/ENT: Navega pelos níveis do menu de programação / confirma ajuste dos parâmetros.
SHIFT: Seleciona os parâmetros apresentados pelo display, e seleciona o dígito a ser modificado quando se está ajustando parâmetros.
RUN: Dá partida no funcionamento do inversor.
STOP/RST: Faz parar o inversor. Faz o reset do inversor quando o mesmo está em modo “falha”.
QUICK/JOG: Seleção de funções de acordo com P7-01, podendo ser definido como comando ou direção. Seleção de menu: redireciona modos de menu de acordo com PP-03.

Dimensões compactas

Modelos

Serie	Modelo	Potência (KW)	Corrente de entrada (A)	Corrente de saída (A)
FU9000SI-SS2 (0.75KW-2.2KW)	FU9000SI-0R7G-SS2	0.75	9.3	7.2
	FU9000SI-1R5G-SS2	1.5	15.7	10.2
	FU9000SI-2R2G-SS2	2.2	24	14
	FU9000SI-004G-SS2	4	32	25
FU9000SI-S2 (0.75KW-2.2KW)	FU9000SI-0R7G-S2	0.75	9.3	4.2
	FU9000SI-1R5G-S2	1.5	15.7	7.5
	FU9000SI-2R2G-S2	2.2	24	10
FU9000SI-2 (4KW-7.5KW)	FU9000SI-004G-2	4	17	16
	FU9000SI-5R5G-2	5.5	25	20
	FU9000SI-7R5G-2	7.5	33	30
FU9000SI-4 (0.75KW-315KW)	FU9000SI-0R7G-4	0.75	3.4	2.5
	FU9000SI-1R5G-4	1.5	5	4.2
	FU9000SI-2R2G-4	2.2	5.8	5.5
	FU9000SI-004G-4	4	13.5	9.5
	FU9000SI-5R5G-4	5.5	19.5	14
	FU9000SI-7R5G-4	7.5	25	18.5
	FU9000SI-011G-4	11	32	25
	FU9000SI-015G-4	15	40	32
	FU9000SI-018G-4	18.5	47	38
	FU9000SI-022G-4	22	51	45
	FU9000SI-030G-4	30	70	60
	FU9000SI-037G-4	37	80	75
	FU9000SI-045G-4	45	94	92
	FU9000SI-055G-4	55	128	115
	FU9000SI-075G-4	75	160	150
	FU9000SI-090G-4	90	190	180
	FU9000SI-110G-4	110	225	215
	FU9000SI-132G-4	132	265	260
	FU9000SI-160G-4	160	310	305
	FU9000SI-185G-4	185	345	340
	FU9000SI-200G-4	200	385	380
	FU9000SI-250G-4	250	468	465
	FU9000SI-280G-4	280	525	520
	FU9000SI-315G-4	315	590	585

Solicite informações adicionais

8 de fevereiro de 2022/0 Comentários/por alfacompbrasil

SIMAE DE JOAÇABA – 20 ANOS DE TELEMETRIA DO SANEAMENTO

Não categorizado, Notícia, Saneamento

SIMAE DE JOAÇABA – 20 ANOS DE TELEMETRIA DO SANEAMENTO

Queremos te contar uma história real sobre um sistema de telemetria do saneamento que funciona há mais de vinte anos nas cidades de Joaçaba, Herval d’Oeste e Luzerna no estado de Santa Catarina.

Este vídeo é uma homenagem às pessoas do SIMAE de Joaçaba que apostaram nessa tecnologia e permitiram à Alfacomp participar da criação e manutenção desse sistema de telemetria de água e esgoto.

O sistema de telemetria do saneamento começou a ser implantado em 1998, e os depoimentos mostrados no vídeo foram colhidos no ano de 2006.

A telemetria do saneamento contribuiu fortemente no combate às perda de água, e ajudou o SIMAE a conquistar prêmios nacionais pelo bom desempenho dos serviços de saneamento prestados à população.

O sistema de telemetria do saneamento do SIMAE foi sendo modernizado e ampliado e se mantém até hoje como um dos cases de sucesso mais antigos e conhecidos do país.

Benefícios de um sistema de telemetria do saneamento

Garantia do abastecimento;
Controle de perdas e redução de custos;
Eficiência na operação;
Instrumento de gestão e qualidade.

Telemetria do saneamento e controle de perdas

O sistema de telemetria implantado no SIMAE de Joaçaba foi de fundamental importância na redução em 20% das perdas que giram em torno de 25% atualmente.

São indicadores de perdas:

Variações inesperadas de pressão na rede;
Tendo-se a rede de distribuição de água setorizada, o sistema permite comparar os valores registrados pelos macro medidores com os obtidos dos hidrômetros;
O registro histórico de vazões instantâneas e acumuladas indicam variações que podem ser devidas a vazamentos;
Na análise gráfica dos níveis de enchimento e esvaziamento de reservatórios, mudanças das curvas podem indicar rupturas de adutoras.

Telemetria do saneamento e eficiência na operação

O sistema permite o controle remoto das estações e o diagnóstico prévio das situações anormais;
Os operadores podem equilibrar a distribuição de água habilitando e desabilitando elevatórias seletivamente quando a produção de água está comprometida;
Para atravessar o horário de ponta com os reservatórios mais abastecidos, os bombeamentos são ligados conforme a avaliação do operador.

Redução de custos

A utilização de um sistema de telemetria e a implantação de um programa de controle de perdas permitem:

Reduzir o consumo de produtos químicos;
Reduzir o consumo de energia elétrica devido ao menor de volume de água a ser tratado e distribuído;
Reduzir o consumo de energia elétrica pela tarifa horo-sazonal. O SIMAE contabilizou uma redução de 30% no consumo de energia elétrica;
Diminuição do desgaste dos equipamentos.

Antes da implantação do sistema de telemetria, a duplicação da ETA para 2002 era tida como imprescindível. A ETA continua dando conta do abastecimento.

Telemetria do saneamento como instrumento de gestão e qualidade

O sistema permite o registro de dados e a geração de relatórios operacionais, essenciais na implantação de programas de qualidade;
O planejamento de programas de manutenção preventiva dependem dos dados fornecidos pelo sistema de telemetria.

Agradecimentos

Agradecemos ao SIMAE de hoje e de ontem, e às pessoas que participaram da implantação e manutenção do sistema de telemetria do saneamento nas cidade de Joaçaba, Herval d’Oeste e Luzerna.

E-book Projeto Completo e Gratuito de Sistema de Telemetria do Saneamento

Este e-book foi feito para você que deseja saber tudo sobre como criar o sistema de telemetria de água e esgoto para a sua cidade. O e-book contém um projeto completo para você desenvolver e implantar um sistema de automação, controle e tele supervisão de reservatórios, elevatórias e estações de tratamento de água e esgoto.

Baixe o e-book aqui

24 de maio de 2021/0 Comentários/por alfacompbrasil

Telemetria de água e esgoto – Roteiro para a criação do sistema em sua cidade

Artigo, Não categorizado, Saneamento, Tutoriais

Telemetria do SEMAE de São Leopoldo – Eficiência e qualidade desde 2012

Notícias, Produtos, Saneamento

Inaugurado em Dezembro de 2012 pelo prefeito Ary Vanazzi e pelo diretor geral do SEMAE, Anderson Etter, o sistema de telemetria da distribuição de água da cidade de São Leopoldo/RS demonstrou ser uma ferramenta fundamental na garantia da qualidade do abastecimento de água e permitiu a redução das perdas. O centro de controle e operação, denominado CCPO, foi instalado na Estação de Tratamento de Água Imperatriz Leopoldina.

Funcionando 24 horas por dia e 7 dias por semana, o CCPO monitora e controla os níveis dos 25 reservatórios da cidade, medidores de vazão, e o funcionamento das estações elevatórias que recalcam água para os reservatórios e bairros da cidade.

Os operadores podem monitorar a distribuição de água da cidade em tempo real e intervir no funcionamento do sistema imediatamente, sempre que ocorre uma falha de equipamento ou necessidade de reajuste nos volumes bombeados. O objetivo é garantir o abastecimento da população, corrigindo os problemas muito antes de os consumidores serem afetados.

Segundo Everson Gardel, gerente de manutenção, o sistema de telemetria foi de grande importância no restabelecimento da normalidade de distribuição de água nas últimas semanas, quando o baixo nível de água do rio do Sinos obrigou o SEMAE a racionar o abastecimento.

Utilizando rádios modem spread spectrum operando na faixa dos 900 MHz, o sistema de telemetria atualiza os dados de níveis, vazões, pressões, medições elétricas e status de funcionamento das bombas em cerca de 15 segundos. Esse é o tempo máximo para que qualquer anomalia, como bombas desarmadas, falta de energia ou vazamentos, sejam sinalizados no centro de controle e operação.

As telas do sistema de supervisão foram desenvolvidas em Elipse E3, software supervisório da empresa brasileira Elipse Software que tem sede em Porto Alegre.

Todas as telas são dotadas de uma janela de alarmes que apresenta os alarmes presentes identificando a estação, o horário e o motivo gerador do alarme. O operador deverá reconhecer o alarme e esse reconhecimento é registrado no histórico de alarmes.

Na tela dos reservatórios se pode acompanhar em tempo real o nível dos mesmos, assim como ajustar os pontos de ligamento e desligamento das bombas que os abastecem. Os dados são atualizados em, no máximo, 15 segundos.

Nas telas de elevatória, os operadores monitoram pressões de recalque e sucção, status de operação das bombas, parâmetros elétricos, alarmes e condições operacionais. Através dessas telas se pode intervir e alterar a forma de operação da estação de bombeamento.

A tela das comunicações permite visualizar e alterar a operação dos rádios modem que estabelecem o fluxo de dados entres o centro de controle e as estações remotas.

A tela do mapa mostra a localização das estações.

Fundamental no combate às perdas, a comparação entre a macro medição e a micro medição direciona o trabalho das equipes que “caçam” os vazamentos e rupturas de adutoras. A tela dos macro medidores apresenta as leituras instantâneas de vazão, assim como os volumes acumulados desde o último zeramento dos mesmos.

A tela dos históricos apresenta os parâmetros hidráulicos e elétricos, em forma de tabelas contendo horários e valores registrados. Os mesmos dados também podem ser visualizados na forma de gráficos de tendência nessa tela.

A tela dos alarmes apresenta as ocorrências de anomalias, identificando a estação, o problema e o operador.

Ocorrências como o ligamento e desligamento de bombas, abertura de válvulas, comando dados pelos operadores e demais ações normais à operação, são apresentados na tela de Eventos, juntamente com o nome do operador.

Os principais benefícios dos sistemas de automação e telemetria no saneamento são a garantia da qualidade de abastecimento e a diminuição das perdas, com resultados econômicos diretos. Uma cidade sem telemetria de água e esgoto sujeita sua população ao desabastecimento por falhas não percebidas dos equipamentos. Em média, 50% da água tratada no Brasil é perdida; não é faturada. As perdas se dão principalmente por hidrômetros vencidos, ligações ilegais e vazamentos. A existência de sistemas de telemetria é o primeiro passo para reduzir perdas para o patamar de 20% com impacto diretamente proporcional no consumo de energia elétrica, principal insumo. O consumo de produtos químicos e o desgaste de bombas diminuem na mesma proporção.

No mercado desde 1992, a Alfacomp fabrica produtos e equipamentos de telemetria que viabilizam sistemas SCADA de Telesupervisão e Telecomando. Nossos rádios modem e unidades remotas de telemetria auxiliam empresas de saneamento e na melhoria da rastreabilidade, controle de qualidade, eficiência energética e controle de perdas. Aliados a CLPs de mercado e operando em protocolos abertos, nossos produtos compõem soluções de alto desempenho e baixo custo.

A utilização de painéis de telemetria PT5501 e PT5502 tornaram simples a instalação e manutenção do sistema de telemetria do SEMAE de SãoLeopoldo – RS.

e-book completo e gratuito

Este e-book contém um projeto completo para você desenvolver e implantar um sistema de automação, controle e tele supervisão de reservatórios, elevatórias e estações de tratamento de água e esgoto em sua cidade.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará neste e-book todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

16 de maio de 2021/0 Comentários/por alfacompbrasil

SAAE de Marechal Cândido Rondon controla a distribuição de água com o Elipse E3

A Empresa, Artigo, Notícias, Saneamento, Tutoriais

Solução Elipse E3 monitora, em tempo real, um total de 31 estações remotas de saneamento, entre poços de captação, elevatórias de água tratada, captações, reservatórios e boosters no SAAE de Marechal Cândido Rondon (PR).

Necessidade do SAAE

O SAAE (Serviço Autônomo de Água e Esgoto) é uma autarquia municipal responsável por executar e explorar os serviços de água e esgoto no município de Marechal Cândido Rondon no Paraná. Para automatizar o sistema de abastecimento de água do município o SAAE decidiu utilizar o Elipse E3.

A grande facilidade com que permite realizar ajustes, melhorias e expansões foi o fator determinante para a escolha da solução desenvolvida pela Alfacomp utilizando o Elipse E3.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 1. Tela inicial da aplicação do E3 no SAAE

Solução buscada pelo SAAE

O E3 permite monitorar e executar comandos sobre as 31 unidades do sistema de abastecimento de água de Marechal Cândido Rondon. Para isto, disponibiliza uma tela destinada a cada unidade, na qual é possível supervisionar os níveis, vazões, pressões, tensões e correntes medidos e registrados pelos CLPs dos painéis de telemetria instalados em cada estação remota.

SAAE MCR - Telas do supervisório Figura 2. Controle de uma das unidades que compõem a rede de abastecimento do SAAE

Na mesma tela, o E3 permite também acompanhar a condição de operação das moto bombas, informando, por exemplo, se há algum equipamento com defeito ou sob manutenção ou se a unidade já se encontra em operação naquele instante. Além disso, o software permite acompanhar ou resetar o período, em horas, de funcionamento das moto bombas.

Ainda relacionado às moto bombas, o E3 permite visualizar e ajustar as configurações padrões definidas para as suas tensões e correntes. As configurações padrões determinadas para as pressões com que as moto bombas bombeiam a água em cada unidade também podem ser monitoradas e ajustadas pelo software.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 3. Controle do funcionamento manual ou automático do poço de captação

O mesmo controle vale para as configurações dos níveis de água nos reservatórios, as quais podem ser ajustadas de forma que o sistema ligue ou desligue as moto bombas conforme seja necessário, contribuindo assim para garantir o abastecimento e redução de desperdícios. Neste contexto voltado ao uso mais racional de água e energia, o E3 também permite selecionar quais estações entrarão em funcionamento nos horários de ponta conforme a demanda.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 4. Tela que permite escolher quais estações serão acionadas nos horários de ponta

O E3 exibe ainda os níveis e volumes de água verificados no total e junto a cada reservatório, permitindo acessar as configurações padrões ajustáveis da altura da água em cada reservatório. As vazões mensuradas nas moto bombas localizadas entre os poços e reservatórios, tanto a total quanto a calculada por hora, também são monitoradas, assim como o tempo de varredura do sistema de automação em cada unidade.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 5. Controle do nível de água presente nos reservatórios

Por fim, a solução da Elipse permite emitir relatórios dos eventos, históricos e alarmes assinalados no período estipulado pelo usuário. Em relação aos alarmes, caso algum valor definido na configuração padrão não esteja sendo respeitado, por exemplo, haja uma subtensão muito abaixo da indicada, o E3 alerta os operadores via um sinal visual e sonoro.

Além dos relatórios, o software permite, que esta mesma análise de desempenho das unidades, seja realizada sob a forma de gráficos. Vale salientar que, tanto os relatórios quanto os gráficos podem ser exportados para PDF ou Excel, sendo instrumentos de extrema utilidade junto às auditorias de fiscalização.

SAAE MCR - Telas do supervisório

Figura 6. Gráfico de análise do nível de um reservatório

Benefícios para o SAAE

O Elipse E3 permite ao SAAE monitorar, em tempo real, as 31 unidades do sistema de abastecimento de água em Marechal Cândido Rondon (PR). Com isto, o operador é informado caso haja qualquer ocorrência via os alarmes, podendo agir com mais agilidade para solucioná-la. Uma manobra que, hoje, é feita em fração de segundos, antes, levava horas, uma vez que o monitoramento não era remoto, mas sim realizado de forma local.

Os relatórios e informações geradas pelo E3 nos permitem diagnosticar e solucionar problemas com mais agilidade, dispensando o envio das rondas até cada unidade simplesmente para monitoramento.

Este controle lhes possibilitou também verificar a necessidade de se elevar o fator de potência das moto bombas. Um benefício que vai direto ao encontro do objetivo central desta automação, ou seja, reduzir os desperdícios com água e, neste caso em particular, energia.

Confira abaixo outros benefícios proporcionados pelo software da Elipse ao SAAE:

Monitoramento, em tempo real, das variáveis de pressão, vazão e nível da água nos reservatórios;
Possibilidade de monitorar e ajustar as configurações padrões das tensões, correntes, pressões e níveis de água nos reservatórios;
Sistema de alarmes que alerta os operadores caso haja qualquer espécie de problema nas unidades;
Possibilidade de acompanhar ou resetar o tempo de funcionamento das moto bombas;
Monitoramento da condição de operação das moto bombas;
Emissão de relatórios dos eventos, históricos e alarmes, que podem ser exportados para Excel e PDF;
Emissão de gráficos de análise de desempenho das unidades, que, assim como os relatórios, também podem ser exportados para Excel e PDF.

Ficha Técnica

Cliente: SAAE
Integrador: Alfacomp Automação Industrial Ltda.
Pacote Elipse: Elipse E3
Plataforma: Windows 10 PRO
Número de cópias: 4 (1 E3 Server + 1 E3 Viewer Control + 1 E3 Viewer Only + 1 E3 Studio )
Pontos de I/O: 1500
Drivers de comunicação: MODBUS RTU e MODBUS TCP

Solicite informações adicionais ou uma cotação

22 de março de 2021/0 Comentários/por alfacompbrasil

Medição de nível por eletrodos – Sensor de nível 4 estágios

Artigo, Notícias, Produtos, Saneamento, Tutoriais

Sensor de nível 4 estágios ID3018

O sensor de nível ID3018 permite ler o nível de reservatórios utilizando 5 eletrodos que ficam mergulhados na água.

Funcionamento do sensor de nível

Os eletrodos devem ser conectados ao borne de Entradas.
O eletrodo GND deve ser posicionado na posição mais inferior do reservatório, preferencialmente sempre mergulhado no líquido.
Os eletrodos 25%, 50%, 75% e 100% devem ser posicionados nas alturas relativas aos níveis correspondentes.
As Saídas 25%, 50%, 75% e 100% constituem sinais digitais que assumem o valor de tensão igual à do VCC quando o nível de água atinge o eletrodo correspondente. Dessa forma, assumindo que o sensor está sendo alimentado com 24VCC, quando o nível de água atingir o eletrodo 25%, a saída 25% passará de 0VCC para 24VCC. Quando o nível de água atingir o eletrodo 50%, a saída 50% passará de 0VCC para 24VCC e assim por diante.
As saídas GND, 25%, 50%, 75% e 100% podem ser conectadas a 4 entradas digitais de um CLP para que o mesmo adquira a leitura em 4 estágios de nível.

Especificações do sensor de nível

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO SENSOR DE NÍVEL ID3018
Alimentação: 12 a 24VCC	Corrente de consumo: 50 mA (típico)
Aplicação: medição de nível de água	Número de estágios: 4
Dimensões: 71 x 83 x 37 mm	Construção: gabinete em aço para fixação em trilho DIN
Indicação visual: 4 LEDs de nível + 1 LED de alimentação	Conexão: Bornes elétricos

Aplicação típica do sensor de nível

Eletrodo indicado para o sensor de nível

Utilizar preferencialmente eletrodos apropriados para a detecção de nível de água, construídos em carcaça de plástico e elemento condutor em aço inox.

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Medidor ultrassônico de nível – Como funciona e como aplicar

Artigo, Manuais, Notícias, Produtos, Saneamento, Tutoriais

Princípio de funcionamento do medidor ultrassônico de nível

Ultrassom é o som em frequência superior à que o ouvido humano pode escutar. O ouvido humano consegue escutar até 20 kHz, são consideradas ultrassônicas as frequências superiores aos 20 kHz.

Ondas ultrassônicas são utilizadas na indústria para medir o nível de líquidos e sólidos sem a necessidade de contato com o produto medido, sendo ideais para a medição de materiais corrosivos e de alta temperatura.
O ultrassom aplicado na medição de nível normalmente está na faixa de 40 a 200 kHz. O ultrassom detecta objetos pelo mesmo princípio do radar, ou seja, pulsos ultrassônicos são emitidos na direção do objeto e a distância é calculada pelo tempo que o som leva para ser refletido de volta. Morcegos utilizam o mesmo princípio para guiarem seu voo.
O nível é calculado com base no tempo medido entre a emissão do pulso e a recepção da onda refletida. Ao nível do mar em temperatura de 20° C a velocidade do som é 344 m/s.
No exemplo da figura, um transmissor de nível ultrassônico é fixado no topo de um tanque parcialmente cheio de líquido. O nível de referência para todas as medições é o fundo do tanque. O nível medido será o da superfície do líquido que está a uma certa distância do sensor ultrassônico de nível. Sinais de pulso ultrassônicos são transmitidos pelo transmissor e refletidos de volta para o sensor. O tempo de viagem do pulso ultrassônico do sensor até a superfície do líquido e de volta para o sensor é calculado e dividido por dois Conhecendo a velocidade do som para as condições de temperatura e pressão, o equipamento transmissor de nível calcula o nível. O resultado final da unidade de medição pode ser centímetros, pés, polegadas, etc.

Distância do sensor ao líquido = Velocidade do som x Tempo de transito / 2

Problemas práticos de projeto do transmissor ultrassônico de nível

O princípio de medição acima parece bastante simples e direto na teoria. Na prática, existem algumas dificuldades técnicas a serem consideradas para se obter uma leitura correta do nível.

A velocidade do som muda devido à variação da temperatura do ar. É necessário um sensor de temperatura integrado para compensar alterações na velocidade do som devido a variações de temperatura.
Alguns ecos de interferência desenvolvidos por bordas e superfícies refletoras, causam erro na medição. Isso pode ser resolvido pelo software do transmissor, normalmente denominado supressão de eco de interferência.
A calibração do transmissor é crucial. A precisão da medição depende da precisão da calibração. A distância vazia e o intervalo de medição devem ser determinados corretamente na instalação e ajuste do transmissor.
O trânsito do sinal ultrassônico não permite medição precisa em distância muito curta. Por isso, considere a distância de bloqueio indicada pelo fabricante do equipamento. Esta distância não deve nunca ser ultrapassada pelo líquido medido.

Estrutura básica de um transdutor ultrassônico

Sensor ultrassônico é o coração do instrumento transmissor de nível ultrassônico.
Este sensor converterá energia elétrica em ondas de ultrassom. Cristais piezoelétricos são usados para esse processo de conversão.
Os cristais piezoelétricos oscilarão em altas frequências quando energia elétrica é aplicada a ele.
O contrário também é verdade. Esses cristais piezoelétricos gerarão sinais elétricos no recebimento do ultrassom. Esses sensores são capazes de enviar ultra-som para um objeto e receber o eco desenvolvido pelo objeto.
O eco é convertido em energia elétrica para processamento posterior pelo circuito de controle.

Diagrama em blocos do transmissor ultrassônico de nível típico

Observe o bloco diagrama da figura. Um circuito de controle baseado em microcontrolador monitora todas as atividades do transmissor ultrassônico de nível.
Existem dois circuitos, uma para transmitir os pulsos e outro para receber os pulsos refletidos. Os pulsos gerados pelo transmissor são convertido em pulsos de ultrassom pelo transdutor ultrassônico (transmissor) e direcionado para o objeto. Os pulsos de ultrassom são refletidos de volta como um sinal de eco no sensor ultrassônico (receptor). O receptor converte esse pulso ultrassônico em um pulso de sinal elétrico através do circuito receptor de pulsos.
O tempo decorrido ou o tempo de reflexão é medido pelo contador. Esse tempo decorrido é proporcional a distância do sensor de nível ao objeto. Esse tempo decorrido é convertido em nível pelo circuito de controle. Existe um circuito gerador de temporização que é usado para sincronizar todas as funções no sistema de medição de nível ultrassônico.
O nível é finalmente convertido em sinal 4 a 20mA, sendo o valor de 4mA indicador do nível mínimo e o 20mA indicador do nível máximo.

Vantagens do transmissor ultrassônico de nível

O transmissor de nível ultrassônico não possui partes móveis e pode medir o nível sem fazer contato físico com o objeto. Essa característica típica do transmissor é útil para medir níveis em tanques com produtos químicos corrosivos, perigosos e em alta temperatura. A precisão da leitura permanece inalterada mesmo após alterações na composição química ou na constante dielétrica dos materiais nos fluidos do processo.

Limitações do transmissor ultrassônico de nível

Os transmissores de nível ultrassônico são os melhores dispositivos de medição de nível em que o eco recebido do ultrassom é de qualidade aceitável. Não é tão conveniente se a profundidade do tanque for alta ou se o eco for absorvido ou disperso. O objeto não deve ser do tipo absorvente de som. Também não é adequado para tanques com muita fumaça ou umidade de alta densidade.

Instalação

O transmissor ultrassônico é instalado no topo do reservatório, acima do nível máximo do líquido. Os pulsos ultrassônicos são emitidos pelo transmissor e refletidos pela superfície do líquido.
O líquido não pode tocar no instrumento.
Instale o instrumento perpendicular à superfície do líquido medido.
A sonda deve manter uma certa distância da parede do tubo (mais de 30 cm).
Evite que o sinal seja refletido por objetos e superfícies que provoquem leituras falsas do nível.

Utilizando um tubo para guiar o sinal

Se houver intensa interferência de eco no local (como objetos e superfícies refletoras no percurso do sinal ultrassônico) ou ainda espumas em líquidos, recomenda-se tubos de canos de PVC com diâmetro maiores que 100 mm que servirão como guias de ondas.
Observações:

É necessário ter um orifício de ar no topo para a equalização da pressão. O orifício deve ser liso. É ideal ter chanfros a 45 °.
A parede interna do tubo do guia de ondas deve ser lisa (sem solda e costuras).
Para garantir que não haja partículas aderentes à parede interna do tubo do guia de ondas, é necessário executar a limpeza regularmente.

Exemplo: Transmissor ultrassônico de nível TUN21-R

Característica importantes

Estão disponíveis quatro taxas de ajuste para ler com precisão o nível médio do líquido, mesmo na presença de flutuação drástica do nível do líquido.
Seis modos de exibição estão disponíveis para apresentar a forma de onda do eco e a curva histórica.
O sensor de temperatura integrado internamente fornece compensação de temperatura em tempo real para a velocidade do som.
Display em cristal líquido facilita operação local.
Diagnóstico instantâneo do sinal 4 a 20 mA.
Detecção e supressão automática de interferências eletromagnéticas.
Conexões protegidas contra surtos elétricos.
Saída indicadora de alarme.
A medição sem contato permite uma longa vida de uso e operação.

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO TRANSMISSOR ULTRASSÔNICO DE NÍVEL TUN21-R
Faixas de medição: 5, 10, 15 e 20 metros	Distância de bloqueio de leitura: 35 a 60 cm
Precisão: 0.3% fundo de escala	Resolução: +/- 2 mm
Alimentação: 12 a 24VCC ou 85 a 264 VCA	Corrente de consumo: 50 a 100 mA
Ripple máximo admitido: 200 mV	Carga admitida máxima: 500 ohms
Interface digital de saída: Modbus RTU por RS485	Material do invólucro: ABS
Temperatura de operação: -10 a +60 °C	Classe de proteção: IP65
Pressão de operação: 0.8 a 3 bar ou 0.08 a 0.3Mbar	Máximo comprimento de cabo: 200 metros

Dimensões

Nota: O instrumento é fixado por uma porca plástica (diâmetro externo 88 mm). Se o instrumento estiver permanentemente em ambiente úmido, é recomendável uma boa selagem dos condutores e da tampa do visor.

Conexões

O transmissor ultrassônico de nível utiliza sinais eletrônicos de baixa amplitude e, por isso, é necessário um bom aterramento. O CLP conectado ao instrumento deve estar afastado de inversores de frequência e de motores de alta potência para evitar interferências eletromagnéticas.

Vantagens do transmissor ultrassônico de nível

O transmissor de nível ultrassônico não possui partes móveis e pode medir o nível sem fazer contato físico com o objeto. Essa característica típica do transmissor é útil para medir níveis em tanques com produtos químicos corrosivos, perigosos ou em alta temperatura. A precisão da leitura permanece inalterada mesmo após alterações na composição química ou na constante dielétrica dos materiais nos fluidos do processo.

Limitações do transmissor ultrassônico de nível

Os transmissores de nível ultrassônico são os melhores dispositivos de medição de nível em que o eco recebido do ultrassom é de qualidade aceitável. Não são tão convenientes se a profundidade do tanque for alta ou se o eco for absorvido ou disperso por superfícies refletoras. O objeto não deve ser do tipo absorvente de som. Também não é adequado para tanques com muita fumaça ou umidade de alta densidade.

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TELEMETRIA DO SANEAMENTO – Solução completa para o controle da água e esgoto do seu município.

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Lógica de funcionamento de reservatórios e elevatórias de água tratada

Artigo, Saneamento, Tutoriais

Este artigo é o terceiro da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

Lógica de funcionamento de reservatórios e elevatórias de água tratada

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A figura acima apresenta uma tela típica de uma elevatória de água em um sistema de automação e telemetria da distribuição de água do município. A tela apresenta uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

Papel fundamental da telemetria

Perceba que a única informação importante que deve ser transmitida do reservatório para a elevatória é a informação de nível.

Para tanto, existe um centro de controle que está sempre lendo dados de todas as estações e enviando os dados importantes para o funcionamento do sistema para as estações que deles precisam. O nome dessa comunicação sistemática e eterna é pooling e normalmente se dá me intervalos de 1 segundo por estação. Ou seja, a cada segundo, uma estação envia e recebe dados para central. Isso será visto mais detalhadamente quando falarmos sobre o CCO – Centro de Controle e Operação.

Funcionamento da elevatória de água

Para controlar o funcionamento da estação elevatória, o CLP local monitora os seguintes parâmetros locais e remotos:

Nível do reservatório (remoto): enviado pelo CCO;
Alarme de perda da informação do nível;
Pressão de sucção: pressão na entrada das bombas, o bombeamento não pode acontecer se não houver pressão mínima;
Pressão de recalque: pressão na saída das bombas;
Tensão da rede: as bombas não podem operar se a tensão estiver fora dos mínimos e máximos definidos;
Corrente elétrica das bombas: deve ser monitorada para garantir a segurança das bombas e para detectar desgastes preventivamente;
Fato de potência: deve ser monitorado para garantir esse controle de consumo;
Temperatura e vibração dos mancais dos motores: visa detectar e prevenir desgastes dos motores;
Sinais digitais de motores desarmados;
Sinais digitais de chaves de comando manual/automático e local/remoto.

Diagrama básico do sistema de controle da elevatória

Exemplo de painel de telemetria

O painel a seguir é genérico e pode ser utilizado tanto em reservatórios como em elevatórias de água tratada.

IHM 4,3″ monocromática – TP300
Comunicação por rádio modem RM2060
Fonte carregadora com bateria e autonomia de 12 horas
08 entradas analógicas em 4 a 20 mA protegidas contra surtos
02 saídas 4 a 20mA com módulos Alfacomp IA2801
24 entradas digitais em 24V livres
16 saídas digitais, sendo 08 isoladas a réle pelo módulo ID2908
Módulo iluminador SW3301 com 12 LEDs brancos de alta intensidade
Indicação de porta aberta: sensor de porta aberta conectado ao CLP
Indicação de alimentação: sensor indica alimentação pela rede ou pela bateria
Altura 60 x Largura 40 x Profundidade 20 cm

Falaremos mais sobre os painéis de telemetria em artigo próximo.

Operação da estação elevatória de água

Para que o sistema opere corretamente, as chaves seletoras das bombas e das válvulas devem estar na posição AUTOMÁTICO (comandadas pelo CLP). O sistema funciona automaticamente após a energização do quadro e ligando a chave GERAL.

Operação manual

No Funcionamento Manual o painel de automação não atua sobre o comando das bombas. Em Manual, as bombas são comandas pelo operador diretamente nos quadros de comando respectivos. Durante a operação manual, o painel de automação lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central, e monitora entradas digitais. Neste modo de funcionamento, um operador pode ligar e desligar as bombas localmente nos respectivos quadros de acionamento das mesmas (comando manual). SEMPRE QUE UMA OPERAÇÃO DE MANUTENÇÃO FOR SER REALIZADA, A PRIMEIRA AÇÃO DEVERÁ SER A DE COLOCAR O SISTEMA EM MANUAL. ISTO É FEITO POSICIONANDO A CHAVE SELETORA NA POSIÇÃO MANUAL.

Para desativar o sistema e operar manualmente as bombas e válvulas é necessário:

Girar as seletora A/M para a posição MANUAL;
Aguardar que os grupos sejam desativados. Esta operação se dá sequencialmente;
Operar manualmente os grupos pelas chaves localizadas no painel frontal.

Operação automática

Neste modo o acionamento das bombas se dá de acordo com o nível do reservatório de recalque e monitora as condições de operação. Lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central e monitora entradas e saídas digitais.

Para selecionar o sistema para controle automático, é necessário:

Girar as seletora A/M para a posição AUTOMÁTICO.
Aguardar a parada dos equipamentos.
Aguardar a entrada seqüencial dos grupos.

Comando via telemetria

Quando em automático, a estação pode ser comandada via central de telemetria. É possível desativar e reativar o funcionamento da elevatória, ligar e desligar grupos e alterar a seleção de grupo principal.

Comandos de ativação e desativação da elevatória de água

Bloqueio – A elevatória é desativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints diferente de zero. Isto faz com que o CLP desative os grupos sequencialmente. Este modo de operação é chamado Manual Remoto.

Desbloqueio – A elevatória é ativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints igual a zero. Isto permite que o CLP opere automaticamente.

Comandos remotos enviados pelo CCO

Comandos remotos podem ser enviados a elevatória pelo CCO. Isto é feito enviando códigos à memória M400 ( posição 0 da tabela de setpoints).

A tabela a seguir lista os comando e ações correspondentes.

Comando Ação

1 Passa o sistema para Manual Remoto ( CCO comanda a estação )
2 Volta o sistema para Automático ( clp roda automaticamente )
3 Liga grupo 1
4 Desliga grupo 1
5 Liga grupo 2
6 Desliga grupo 2
7 Zera horímetro do grupo 1
8 Zera horímetro do grupo 2
9 Zera falhas do grupo 1
10 Zera falhas do grupo

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E-book Projeto Completo e Gratuito de Sistema de Telemetria da Distribuição Municipal de Água

CCO – Centro de Controle e Operação da telemetria de água e esgoto

Artigo, Saneamento, Tutoriais

Este artigo é o quarto da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

CCO – Centro de Controle e Operação – O que é

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio. A foto abaixo apresenta um exemplo de CCO.

CCO do SAAE de Indaiatuba – SP

Diagrama geral do sistema de telemetria comandado pelo CCO

A figura a seguir mostra um exemplo didático de sistema de telemetria do abastecimento de água municipal composto por:

1 CCO – Centro de Controle e Operação;
2 elevatórias de água tratada;
2 reservatórios de água;
1 VRP – Válvula reguladora de pressão;
1 macro medidor de vazão.

Todas as estações são dotadas de rádios modem. O CCO é dotado de antena omnidirecional e as estações de antenas direcionais. Quando necessário, repetidoras de rádio são utilizadas para que a comunicação alcance estações mais distantes ou que não possuam visada direta com o CCO.

Equipamentos componentes de um CCO

No exemplo a seguir, o Centro de Controle Operacional do sistema de abastecimento de água municipal é dotado dos seguintes equipamentos:

1 computador rodando o software supervisório SCADA servidor;
2 computadores rodando cópias de visualização (viewers) do SCADA;
Rede Ethernet;
1 impressora;
Painel de rádio modem;
Antena omni direcional.

Topologia de um CCO

O computador onde está instalado a licença SCADA servidor é responsável pela comunicação do sistema. A intervalos de tempo definidos, comunica com todas as estações remotas, buscando e enviando dados. O mesmo pode ser configurado para alimentar os bancos de dados onde são armazenados dados históricos de alarmes, leituras e eventos.
Os computadores que rodam cópias viewer podem ser configurados para apenas supervisionar ou também controlar o sistema.

O painel do rádio modem pode ser instalado próximo ao microcomputador servidor e conectado ao mesmo por cabo serial em RS232.

O rádio modem pode também ser instalado junto à antena omni no ponto mais elevado do prédio do CCO. Nessa condição, o rádio será conectado ao painel via cabo de rede CAT5. O cabo irá conduzir a alimentação e a comunicação. A comunicação entre o rádio e o painel se dará em RS485. Este cabo pode ter até 100 metros de comprimento sem necessidade de condutores adicionais.

Painel do CCO

O painel abriga uma fonte de alimentação e um conversor serial RS232/RS485. A utilização principal para a qual a solução foi concebida, é a interligação do computador ao um rádio modem. O rádio modem estará instalado próximo à antena, utilizando-se o KIT RPE, e será alimentado pela fonte de alimentação do painel PT5200.

Painel de telemetria do COO

Instalação do rádio junto a antena

O rádio modem pode ser instalado próximo à antena. Com esta solução, as perdas no cabo de RF são minimizadas e podemos instalar o rádio afastado do computador e interligado por cabo de rede CAT5. A alimentação do rádio e a comunicação em RS485 são transportadas pelo cabo em distâncias de até 100 metros. O gabinete utilizado tem IP67 e pode ficar ao tempo.

Os painéis com rádio em ponto elevado possuem o conversor CS485-V ao invés do rádio. Esta solução é indicada quando a melhor posição da antena está a mais de 10 metros do rádio ou quando o sinal de rádio é fraco.

Softwares do CCO

O software central de controle de um CCO é o software supervisório, também chamado SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Este software permite visualizar na forma de telas gráficas o processo que está sendo supervisionado e controlado, no caso, o sistema de distribuição de água tratada do município. O software supervisório, normalmente está organizado em módulos e licenças, sendo que os principais são:

Servidor: responsável pela aquisição de dados e processamento de scripts;
Visualizador: responsável pela visualização gráfica e interface com o usuário.

Um mesmo computador pode rodar um dos módulos ou ambos.
Exemplo de tela configurada no SCADA:

Tela típica de uma estação de bombeamento e reservação

Iremos detalhar o SCADA e sua operação no artigo sobre este assunto.

Protocolo de comunicação

O protocolo de comunicação mais utilizado na telemetria de água e esgoto é o Modbus.

Modbus é um protocolo de comunicação serial desenvolvido e publicado pela empresa Modicon (hoje uma empresa do grupo Schneider Electric) em 1979 pra uso em seus CLPs (Controladores Lógicos Programáveis). O protocolo Modbus se transformou no protocolo mais difundido para comunicação entres dispositivos de controle e automação industrial. Os motivos principais para o uso do Modbus em ambiente industrial são:

Foi desenvolvido especialmente para aplicações industriais;
Domínio público e sem cobrança de direitos autorais;
Fácil de utilizar e manter;
Comunicação de bits e words entre dispositivos de diferentes fabricantes sem restrições.

Saiba mais sobre o protocolo Modbus: https://alfacomp.net/2020/12/17/protocolo-modbus-saiba-mais-sobre-o-procolo-de-comunicacao-mais-utilizado-na-automacao-industrial/

Comunicação via rádio

Rádio modem RM2060

A comunicação de dados por rádios modem é possível em faixas canalizadas, sendo que cada estação tem de ser licenciada pela Anatel, e também em faixas destinadas à operação de transceptores que utilizam a técnica do espalhamento espectral, ou spread spectrum. Esses últimos estão dispensados de licenciamento dentro de certas condições. Os enlaces diretos, sem repetidoras, utilizando transceptores dotados de modems, são possíveis em distâncias desde alguns poucos metros até mais de 30 km. Utilizando repetidoras, as distâncias podem ser estendias a centenas de quilômetros. Obstruções devidas a relevo e edificações são fatores determinantes na viabilidade dos enlaces.

O transceptor RM2060 consiste em uma solução de alto desempenho e baixo custo para comunicação wireless utilizando tecnologia Spread Spectrum na faixa dos 900 MHz podendo substituir milhares de metros de cabos de comunicação em ambientes industriais ruidosos. Utilizando comprovada tecnologia FHSS, que dispensa licença de operação junto a Anatel, o transceptor RM2060 estabelece comunicação entre computadores, CLPs e instrumentos diversos que possuem porta serial em padrão RS232 ou RS485 com taxas de 1200 a 115.200 bps. Para aumentar a segurança e integridade das comunicações, os transceptores RM2060 permitem a encriptação dos dados. Alcance de até 32 km com visada.

Saiba mais

Remotas de telemetria utilizadas no saneamento

Administração e Gerência, Artigo, Cursos, Saneamento, Tutoriais

Este artigo é o quinto da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

O que são remotas de telemetria?

Remotas de telemetria são, por definição, dispositivos micro processados que permitem monitorar e controlar objetos físicos a distância, conectando sensores e atuadores a um sistema SCADA de tele supervisão e controle. Outros nomes para remota de telemetria são:

UTR – Unidade Terminal Remota;
URT – Unidade Remota de Telemetria;
RTU – Remote Telemetry Unit ou Remote Telecontrol Unit.

No âmbito da telemetria da distribuição de água municipal, uma designação que se tornou bastante popular para a remota de telemetria é o “Painel de telemetria“.

Composição das remotas de telemetria

A figura abaixo apresenta uma composição típica de uma remota de telemetria. No exemplo mostrado, a remota de telemetria é composta por:

Fonte de alimentação – Transforma a tensão alternada da rede nas tensões CC usuais, geralmente 24 VCC e gerencia a carga da bateria para a operação na falta de energia da rede;
CLP (Controlador Lógico Programável) – Responsável por todo o processamento local e automatismo da remota;
Interfaces de entradas – Condicionam os sinais de campo fornecidos pelos sensores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulo externos ao mesmo;
Interfaces de saída – Condicionam os sinais analógicos e digitais produzidos pelo CLP para o comando dos atuadores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulos externos ao mesmo;
Rádio modem – Podem ser rádios spread spectrum, canalizados ou rádios GPRS/GSM. Permitem à remota comunicar com o CCO ou com outras remotas.

Exemplos de componentes utilizados na remota de telemetria

A figura a seguir mostra uma possível configuração utilizando os seguinte módulos:

Fonte com bateria modelo 2061;
Rádio modem RM2060;
CLP Haiwell modelo T48S0P com 28 ED e 20 SD;
Interface IA2820 com 8 entradas em 4 a 20 mA;
Interface ID2908 com 8 saídas isoladas a relé.

Painel de telemetria PT5520

O painel de telemetria PT5520 é indicado para uso na automação e telemetria das seguintes estações:

Elevatórias de água e esgoto
Reservatórios
Boosters
Macro-medidores

Baseado no CLP Haiwell modelo C48S0P, o painel apresenta alto índice de integração, modularidade, facilidade de manutenção e protocolo MODBUS RTU mestre e escravo, resultando em uma montagem de alto desempenho e baixo custo.

Lista de peças do painel PT5520

Painel de telemetria PT5420 – Opção econômica

O painel de telemetria PT5420 é indicado para uso na automação e telemetria das seguintes estações:

Elevatórias de água e esgoto
Reservatórios
Boosters
Macro-medidores

Baseado no CLP Haiwell modelo C16S0P, o painel constitui uma versão econômica ou para estações de menor porte. Apresenta alto índice de integração, modularidade, facilidade de manutenção e protocolo MODBUS RTU mestre e escravo, resultando em uma montagem de alto desempenho e baixo custo.

Lista de peças do PT5420

Programação em Ladder das remotas de telemetria

Os programas em Ladder completos para a automação de reservatórios, elevatórias e demais estações componentes do sistema de distribuição de água municipal serão apresentados no artigo que irá tratar deste assunto. Se você tiver interesse ou necessidade de antecipar essa informação, clique aqui.

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Telemetria via rádio da distribuição de água tratada

Leia o artigo: TUDO SOBRE A TELEMETRIA DO ABASTECIMENTO MUNICIPAL DE ÁGUA

Este artigo é o quarto da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

O que é a telemetria via rádio da distribuição de água tratada

O sistema de distribuição de água tratada é composto de reservatório e elevatórias de água tratada, válvulas reguladoras de pressão, pontos de macromedição de vazão, booster e estações de tratamento entre outros pontos de interesse. Para que o CCO – Centro de Controle e Operação – possa se comunicar com todos essas estações remotas, é necessário um sistema de comunicação. O meio de melhor custo-benefício para implementar essa comunicação é o que chamamos de telemetria via rádio, e o rádio mais utilizado para esse serviço é o rádio modem spread spectrum. Na faixa dos 900 MHz. Este artigo ensina como dimensionar e instalar o sistema de rádio para a telemetria da distribuição de água do município.

O que é um rádio modem

Os rádios transceptores ditos analógicos são compostos de um bloco transmissor e um bloco receptor. Popularmente chamados de rádio voz, possuem, em suas conexões, os seguintes sinais básicos:

TX – sinal de áudio que será transmitido pelo bloco transmissor;
RX – sinal de áudio recebido pelo bloco receptor;
PTT – Push to talk (aperte para falar), que é o sinal que coloca o transceptor em modo de transmissão;
CD – Carrrier Detected (portadora detectada), que é o sinal que indica que o rádio está recebendo o sinal emitido por um transmissor.

Em comunicação de voz, o TX é conectado a um amplificador de áudio que aciona um alto-falante e ao RX é ligado um microfone. Ao PTT é ligada uma chave para acionar a transmissão. Em comunicação digital, esses sinais são ligados a sinais correspondentes de um modem.

Rádio Modem é o nome dado aos equipamentos que unem um rádio e um modem e têm a capacidade de transmitir e receber dados digitais por rádio. A palavra MODEM deriva de modulator demodulator, equipamento capaz de converter informação serial digital em analógica e vice-versa.

São os seguintes os sinais básicos na interface serial de um rádio modem:

TXD – sinal serial a ser transmitido
RXD – sinal serial recebido
RTS – Request to Send (pedido para transmitir) indica para o rádio modem que o equipamento conectado solicita transmissão
CTS – Clear to Send (pronto para transmitir) indica para o equipamento conectado que o rádio modem está pronto para receber os dados a serem transmitidos
CD – Carrrier Detected (portadora detectada), que é o sinal que indica que o rádio está recebendo o sinal emitido por um transmissor

O que é um rádio modem spread spectrum

O FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) ou Espalhamento Espectral por Saltos em Frequência foi inventado pela atriz Hedy Lamarr e pelo compositor George Antheil em 1941 e desenvolvido pelas forças armadas americanas a partir da Segunda Guerra Mundial, com a intenção de criar um sistema de comunicação por rádio mais protegido contra interceptações. As primeiras idéias sobre essa tecnologia, entretanto, datam das décadas de 20 e 30.

A técnica de spread spectrum consiste em espalhar a transmissão no espectro de frequências ocupando uma banda maior, mas com densidade de potência pequena.

Os rádios spread spectrum utilizam as faixas de frequências livres adotadas por vários países, inclusive o Brasil, denominadas como bandas ISM (Instrumentation, Scientific & Medical) definidas em 900 MHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz.

Frequency hopping – O sinal transmitido é comutado rapidamente entre diferentes frequências dentro de uma faixa do espectro de forma pseudo-aleatória e o receptor “sabe” de antemão onde encontrar o sinal a cada novo salto.

No Brasil, a legislação que regula o uso da tecnologia spread spectrum foi inicialmente definida pela ANATEL através da Norma 02/93, posteriormente pela Norma 012/96 (resolução 209 de Jan/2000) e atualmente pela resolução 305 de Jul/2002 – Regulamento sobre Equipamentos de Radiocomunicação de Radiação Restrita.

As faixas de frequências estabelecidas para uso por equipamentos de radiocomunicação empregando a técnica de spread spectrum, para aplicações Ponto a Ponto e Ponto Multiponto, estão assim definidas: 902 a 928 MHz, 2400 a 2483,5 MHz e 5725 a 5850 MHz. Dessa forma, os sistemas que utilizam a tecnologia de spread spectrum não necessitam da licença ANATEL para a sua instalação e operação, desde que sejam atendidos os requisitos das Resoluções 209 e 305.

A regulamentação vigente estabelece as condições de operação para os sistemas que operam por Saltos de Frequência, para os sistemas que operam em Sequência Direta e para os Sistemas Híbridos. Nas faixas de 900 MHz a potência de pico máxima de saída do transmissor não deve ser superior à 1 Watt para sistemas que empreguem no mínimo 50 canais de salto e 0,25 Watt para sistemas empregando menos de 50 canais de salto. Sistemas operando nas faixas de 2,4 GHz e 5,8 GHz devem trabalhar com potência de pico máxima de saída do transmissor não superior à 1 Watt.

O que é um rádio enlace

Podemos definir como rádio enlace o conjunto de equipamentos necessários para estabelecer comunicação por rádio entre dois pontos.

Os elementos básicos para a implementação de um rádio enlace são:

Rádio transmissor;
Linha de transmissão da estação transmissora;
Antena transmissora;
Meio de propagação;
Antena receptora;
Linha de transmissão da estação receptora;
Rádio receptor;

Comunicação ponto-a-ponto

Na comunicação ponto-a-ponto a existem apenas pares de estações que se comunicam entre si como no exemplo didático abaixo. Normalmente, se utilizam apenas antenas direcionais nesse tipo do topologia.

Comunicação ponto-multiponto

Na comunicação ponto-multiponto uma estação central, ou mestra, irá comunica com diversas estações remotas como no exemplo abaixo. Normalmente, a estação central possui uma antena omnidirecional, enquanto as estações remotas são dotadas de antenas direcionais. Esse tipo de topologia é o mais utilizado na telemetria da distribuição de água municipal.

Topologia do sistema de rádio

A topologia do sistema de rádio diz respeito à definição dos enlaces de rádio. É como um mapa que determina qual estação se comunica com qual. Veja um exemplo prático real abaixo.

Projeto de rádio

O projeto de rádio define todos os enlaces, equipamentos e considerações necessárias para projetar e implementar o sistema de comunicação via rádio da telemetria da distribuição de água do município. Para realizar o projeto de rádio é necessário:

Listar as coordenadas geográficas de todos os pontos de interesse (remotas, repetidoras, CCO);
Levantamento dos perfis de terreno em cada enlace;
Avaliação da necessidade de pontos de repetição quando existem obstruções ou grandes distâncias;
Cálculo de rádio enlace para cada enlace do sistema. O cálculo de rádio enlace irá definir o tipo de rádio, antenas e ganhos de antenas, inclinação e azimute para a instalação da antena, tipo de cabo de RF, comprimento máximo de cabo de RF, potência e sensibilidade dos rádios.

Mapa dos enlaces de rádio

De posse dos cálculos de rádio enlace podemos mapear os enlaces com a ajuda de softwares como o Google Earth. Veja o exemplo abaixo.

Planilha de cálculo do rádio enlace

De posse das coordenadas geográficas e do levantamento do perfil do terreno entre os dois pontos, podemos planilhar os dados e calcular o enlace com a ajuda de software e planilhas de cálculo.

A planilha abaixo apresenta um exemplo de cálculo de rádio enlace utilizando a planilha desenvolvida pela Alfacomp e que está disponível para download.

Baixe a planilha de cálculo de rádio enlace

Cálculo de rádio enlace

Uma abordagem prática voltada para sistemas de automação, telemetria e SCADA

O cálculo de rádio enlace avalia a viabilidade de comunicação entre dois pontos. Se você já teve que interligar equipamentos seriais que comunicam via RS232 ou RS485 em distâncias ou situações em que cabos seriais eram inviáveis, este artigo é para você. Utilizar rádio modem para comunicar equipamentos que se comunicam serialmente é mais fácil do que parece. Veja como calcular o enlace de rádio.

Componentes básicos de um rádio enlace

Podemos definir como rádio enlace o conjunto de equipamentos necessários para estabelecer comunicação por rádio entre dois pontos. Os elementos básicos para a implementação de um rádio enlace são:

Rádio transmissor;
Linha de transmissão da estação transmissora;
Antena transmissora;
Meio de propagação;
Antena receptora;
Linha de transmissão da estação receptora;
Rádio receptor;

Comportamento da energia ao logo do percurso

Desde a saída do transmissor até a chegada no receptor, o sinal sofre atenuações e ganhos. O gráfico ao lado representa a variação da intensidade do sinal ao longo do percurso. A intensidade do sinal sofre as seguintes alterações:

Perda no cabo do transmissor;
Ganho na antena transmissora;
Perda no espaço livre;
Ganho na antena receptora;
Perda no cabo do receptor.

As intensidades, perdas e ganhos são representados em decibel (dB).

A escala logarítmica

O dB é uma escala utilizada para representar a relação entre duas potências. São as seguintes as unidades de referência usuais nos sistemas de rádio:

dBW – relação entre uma dada potência e a unidade de 1W;
dBm – relação entre uma dada potência e a unidade de 1mW;
dBi – relação entre o ganho de uma antena e o ganho do irradiador isotrópico (antena teórica com diagrama de irradiação esférico).

O cálculo da relação entre duas potências é dado pela fórmula abaixo.

Exemplo: Seja uma potência de 0,001 mW, sua intensidade dada em dBm é calculada como:

10 log (0,001 mW / 1 mW) = – 30 dBm

Cálculo de Rádio Enlace

Dizemos que um enlace é viável se a intensidade calculada do sinal recebido é maior do que o nível de sensibilidade do receptor, guardada a margem de segurança. O cálculo da intensidade de sinal recebido é dado pela fórmula abaixo:

Onde:

Tx – Potência de saída do rádio transmissor (dBm);
Pt – Perda por atenuação no cabo da antena transmissora (dB);
Gt – Ganho na antena transmissora (dBi);
Ao – Atenuação no espaço livre (dB);
Gr – Ganho da antena receptora (dBi);
Pr – Perda por atenuação no cabo da antena receptora (dB);
RX – Sinal recebido (dBm).

Atenuação no Espaço Livre

Uma onda eletromagnética propagando-se no espaço sofre uma atenuação contínua. A intensidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância, ou seja, quando a distância dobra, o sinal diminui para um quarto do valor. A atenuação no espaço livre pode ser calculada pela fórmula abaixo.

Onde:

D = distância em metros;
λ = Comprimento de onda (m) = 300 / freqüência (MHz);
Ao = Atenuação do espaço livre (dB).

Ou, utilizando a frequência (f) em MHz:

Cálculo da Potência Efetivamente Irradiada (ERP)

A Potência Efetivamente Irradiada (ERP) por uma estação transmissora pode ser calculada pela fórmula abaixo.

O valor da ERP é importante na análise para enquadramento das estações às normas da Anatel.

Perda por Obstrução da Primeira Zona de Fresnel

A energia transportada de uma antena transmissora até uma antena receptora é contida em elipsóides concêntricos chamados zonas de Fresnel. Dizemos que não existe perda por obstrução quando não há obstáculos dentro da primeira zona. Essa avaliação é feita levantando-se o perfil do terreno entre as duas estações com a ajuda de mapas cartográficos e calculando-se o raio da zona ao longo do percurso.

O cálculo do raio de Fresnel é apresentado abaixo.

Perdas ocasionadas por obstruções conhecidas como gume de faca são calculadas com base no percentual de liberação da primeira zona de Fresnel e seguem a fórmula abaixo.

Onde v é o índice de liberação do raio de Fresnel dado por:

Ondas Eletromagnéticas

A energia enviada pelas antenas transmissoras e captada pelas antenas receptoras é transportada por ondas eletromagnéticas. Seu nome origina-se do fato de que são compostas por campos elétricos e magnéticos variáveis e se propagam no vácuo à velocidade de 300.000 quilômetros por segundo.

A maneira como os campos elétrico e magnético se orientam no espaço é chamada polarização. Se o campo elétrico é paralelo à superfície da Terra, dizemos que a polarização é horizontal; se o campo elétrico está em plano perpendicular à superfície da Terra, a polarização é vertical.

Podemos orientar antenas verticalmente ou horizontalmente.

Conceito: OEM é uma perturbação física composta por um campo elétrico (E) e um campo magnético (H) variáveis no tempo, perpendiculares entre si, capazes de se propagar no espaço.

Frequência: número de oscilações por unidade de tempo (Hz).

Comprimento de onda: distância percorrida pela onda durante um ciclo. É definido pela velocidade de propagação dividida pela frequência. Ver fórmula ao lado.

Antenas

Antenas são dispositivos capazes de transmitir e captar ondas eletromagnéticas nas faixas de radiofrequência. São compostas de componentes metálicos nas mais variadas configurações. Os comprimentos e a disposição dos elementos irão depender das frequências em que se deseja operar. Alguns tipos de antenas são listados abaixo.

Yagi;
Painel Setorial;
Omnidirecional;
Antenas Patch;
Log – Periódica;

As antenas de interesse principal em telemetria são a Yagi e a omnidirecional.

Antena Yagi – Uda

Normalmente conhecida apenas por antena Yagi, foi concebida em 1926 por Shintaro Uda da Universidade Tohoku do Japão com a colaboração de Hidetsugu Yagi, que teve seu nome associado à antena quando publicou o primeiro artigo em inglês descrevendo a mesma. Conceitualmente, a antena Yagi é composta por um Refletor, um dipolo simples ou dobrado e um ou mais diretores. A antena da figura é apresentada na posição de polarização vertical que é normalmente utilizada em telemetria e apresenta ganhos que vão de 3 até mais de 20 dBi.

Antena Omnidirecional

Normalmente construídas com a concepção colinear, essas antenas, como sugere o nome, irradiam com a mesma intensidade em todas as direções do plano horizontal. Sua polarização é naturalmente vertical e apresenta ganhos na faixa de 2 a 10 dBi.

Polarização de Antenas

A figura a seguir apresenta a irradiação resultante de um dipolo simples polarizado verticalmente. Em polarização vertical, o plano elétrico é perpendicular à superfície da Terra, enquanto o plano magnético é paralelo à superfície da Terra.

Diagrama de Irradiação

O diagrama de irradiação é a representação gráfica da forma como a energia eletromagnética se distribui no espaço.

O diagrama pode ser obtido tanto pelo deslocamento de uma antena de prova em torno da antena que se está medindo, como pela rotação dessa em torno do seu eixo, enviando os sinais recebidos a um receptor capaz de discriminar com precisão a freqüência e a potência recebidas.

Os resultados obtidos são geralmente normalizados. Ao máximo sinal recebido é dado o valor de 0 dB, facilitando a interpretação dos lóbulos secundários e a relação frente-costas.

A curva em azul representa a energia irradiada em cada direção em torno da antena.

Ângulo de Meia Potência

Os ângulos de meia potência são definidos pelos pontos no diagrama onde a potência irradiada equivale à metade da irradiada na direção principal. Esses ângulos definem a abertura da antena no plano horizontal e no plano vertical.

OBS: -3 dB = 50% Potência

No exemplo ao lado temos: Ângulo de –3dB = 55°

Diretividade

É a relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potência. A diretividade de uma antena define sua capacidade de concentrar a energia irradiada numa determinada direção.

E _{máx =}Energia da antena em estudo.

E _{isso =}Energia da antena isotrópica.

Ganho

O ganho pode ser entendido como o resultado da diretividade menos as perdas. Matematicamente, é o resultado do produto da eficiência pela diretividade.

G = Ganho

D = Diretividade

η = Eficiência

A eficiência de uma antena diz respeito ao seu projeto eletromagnético como um todo, ou seja, são todas as perdas envolvidas (descasamento de impedância, perdas em dielétricos, lóbulos secundários…). Normalmente, está na faixa de 90% a 95%.

Cabos

Linha de transmissão é uma linha com dois ou mais condutores isolados por um dielétrico que tem por finalidade fazer com que uma OEM se propague de modo guiado. Essa propagação deve ocorrer com a menor perda possível. As linhas de transmissão podem ser construídas de diversas maneiras: cabos paralelos, pares trançados, microstrip, cabos coaxiais, guias de onda, etc.

Os cabos coaxiais são as linhas de transmissão mais utilizadas em aplicações de telemetria.

Conectores e Protetores Contra Surto

A tabela a seguir apresenta alguns dos conectores mais utilizados nas aplicações de Telemetria.

SCADA para o saneamento – Software supervisório

Artigo, Cursos, Produtos, Saneamento, Tutoriais

Este artigo sobre SCADA para o saneamento – Software supervisório, para controle e aquisição de dados – para a telemetria do saneamento é o oitavo da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

Leia "Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água"

Neste artigo apresentamos um template de software supervisório genérico para um sistema de automação e telemetria de 10 reservatórios e 10 elevatórias de água tratada.

Ao longo do artigo iremos apresentar e descrever:

Arquitetura do sistema SCADA de telemetria
As telas e suas funcionalidades
As telas de reservatórios e seus ajustes
As telas de elevatórias e seus ajustes
Históricos e seus ajustes
Alarmes e seus ajustes
Telas de macromedidores
Operação automática, manual remota e manual local
Telas de comunicações e seus ajustes
O template completo e como obtê-lo
O software Haiwell Cloud SCADA e como obtê-lo

Seguindo os tutoriais e contando com ajuda de nosso suporte (https://alfacomp.net/suporte/– Whataspp (51)3029.7161), você irá baixar o software gratuito Haiwell Cloud SCADA, irá também baixar o template da aplicação pronto para uso.

Aprendendo a configurar o SCADA, você irá customizar o template para a realidade de sua cidade, tudo isso sem custo.

Arquitetura do sistema SCADA de telemetria

O sistema de automação funciona em protocolo mestre-escravo. A centralização de todas as comunicações se dá no microcomputador do CCO (Centro de Controle e Operação) localizado na [nome do local]. A água tratada na ETA é bombeada para os reservatórios por uma rede de estações elevatórias. Os níveis e parâmetros remotos necessários para o funcionamento de cada estação são lidos e repassados pelo computador do CCO a cada UR (Unidade Remota), ou seja, a informação de nível do reservatório para o qual uma determinada elevatória recalca água é lida do reservatório e enviada para a elevatória.

O operador do sistema supervisório pode efetuar comandos para as estações tais como: bloquear o funcionamento, alterar parâmetros de setpoints do grupo motobomba, ajustar setpoint de controle PID, ligar e desligar os grupos entre outros comandos que serão comentados a seguir.

Todas as comunicações partem da CCO que é dotada de uma antena omni direcional.

Software supervisório SCADA

Este tópico é ilustrativo e demonstra as linhas gerais que orientarão o desenvolvimento do software supervisório.

O software é configurado com HAIWELL SCADA e gravado no disco rígido do microcomputador da central, contendo todas as condições operacionais e controles tais como, por exemplo, níveis de reservatório e comando de motores.

Neste software o operador tem a possibilidade de especificar as condições de setpoints para ligamento e desligamento de bombas, pressão mínima de sucção, além de comandar manualmente os motores e visualizar todas as medições de grandezas elétricas e hidráulicas.

O software contém telas ilustradas artisticamente, com desenhos de reservatórios e motores, com diferentes cores para identificar diferentes estados de funcionamento dos motores. Além disso, fornece relatórios periódicos e online de todas as leituras do sistema. Nas telas também aparecem os alarmes de pane do sistema de maneira visual e sonora.

São registradas em arquivos armazenados no disco rígido do microcomputador, as informações dos últimos xx meses.

Neste item são dadas instruções genéricas e são feitas observações sobre os padrões de representação adotados na configuração do software supervisório.

Tela de abertura do software supervisório

É a tela que surge quando o software é iniciado. Todas as telas são organizadas com uma barra de Menu no topo. A barra de Menu é composta de uma caixa de seleção que dá acesso às diversas telas do aplicativo e de botões para acesso direto às janelas de históricos, alarmes, comunicações, macromedidores, reservatórios e teclas que permitem avançar para a próxima estação ou retroceder para a anterior.

Tela de Login do software supervisório

A tecla de Login permite registrar os usuários e dar acesso às funcionalidades do sistema conforme as permissões de cada um.

Tela de reservatórios do software supervisório

Esta tela mostra os reservatórios, apresentando os níveis em metros de coluna d’água, porcentagem e volume cúbico de cada reservatório.

A tela específica de cada reservatório é ativada clicando sobre o desenho do mesmo.

A tela de reservatório apresenta o valor do nível em metros, metros cúbicos e em percentual.
O indicador de vazão apresenta a leitura instantânea da vazão em litros por segundo.
O quadro de GERAL sinaliza a alimentação pela bateria, a porta do painel aberta, invasão, o alarme sonoro ativado.
Clicando sobre o botão CALA ALARME SONORO é possível silenciar o alarme sonoro.
Clicando sobre o botão ZERA TOTALIZADOR é possível zerar o totalizador de vazão do macro medidor.

Sempre que um botão é clicado, um comando é enviado para o reservatório e aparece a mensagem Comando enviado. Quando a estação receber este comando, responderá com a mensagem Comando Recebido.

Janela de ajustes dos reservatórios

Clicando no botão Parâmetros Ajustáveis presente na tela dos reservatórios, faz surgir à janela de ajuste de parâmetros ajustáveis dos reservatórios. Essa tela permite ajustar para cada reservatório, os seguintes parâmetros:

Máximo – valor máximo de altura útil do reservatório;
Alarme baixo – valor do nível para indicação do alarme por nível baixo do reservatório;
Alarme alto – valor do nível para indicação do alarme por nível de extravasão do reservatório;
Volume – valor máximo do volume em metros cúbicos do reservatório.

Tela de macromedidores

Esta tela apresenta os valores do acumulador de volume e as vazões instantâneas lidas pelos macro medidores.

Para o zeramento do totalizador de vazão, acesse a tela do respectivo reservatório e clique no botão Zera Totalizador.

Tela de elevatórias

As telas de elevatória são funcionalmente semelhantes à tela abaixo. Permitem visualizar e atuar sobre o funcionamento da elevatória sendo mostrada.

O quadro Grandezas Elétricas indica as tensões, correntes e fator de potência na entrada dos CCMs dos motores. As Condições de Operação da estação indicam os alarmes que bloqueiam o funcionamento da elevatória, caso algum indicador esteja piscante deverá ser verifica a causa para que seja possível religar o grupo selecionado. As condições gerais da estação são mostradas na indicação Geral.

No quadro ao lado, temos as indicações do grupo selecionado, indicador do motivo de parada da motobomba e Comandos Gerais, os botões que enviam comandos para a estação, sendo respectivamente de cima para baixo, bloqueia o funcionamento automático, libera o funcionamento automático e cala alarme sonoro.

Quando na situação Bloqueado pelo CCO, é possível ligar ou desligar cada grupo individualmente, conforme disposição da chave de seleção de grupo. Isto é feito clicando nos botões que estão localizados abaixo do grupo motobomba.

Sempre que um botão é clicado, um comando é enviado para a elevatória e aparece a mensagem Comando enviado. Quando a estação receber este comando, responderá com a mensagem Comando Recebido.

Lógica de Funcionamento de Estações Elevatória

Os equipamentos e softwares integrantes do sistema de automação das remotas foram projetados e desenvolvidos visando à padronização das estações. O software foi escrito obedecendo aos conceitos de programação estruturada e orientação a objeto.

O sistema de automação das elevatórias tem por objetivo acionar os grupos motores bomba de maneira a manter o nível dos reservatórios abastecidos pelas elevatórias, dentro de valores programados. A informação de nível de cada reservatório é enviada à elevatória respectiva pelo microcomputador localizado no CCO.

O bombeamento somente é acionado se as condições básicas de operação estão satisfeitas. A elevatória é impedida de bombear por:

Chave local em manual
Bloqueado pela ETA
Subtensão na rede
Sobre tensão na rede
Pressão baixa na sucção
Reservatório cheio
Perda da leitura do nível
Grupo selecionado em falha

O sistema de automação é composto por um CLP abrigado em quadro elétrico juntamente com os demais dispositivos.

Operação Manual Local

No Modo Manual o painel de automação não atua sobre o comando das bombas, neste modo, as bombas são comandas pelo operador diretamente nos quadros de comando respectivos e o painel de automação somente lê os sinais disponíveis e prove comunicação com o concentrador de comunicação localizado no CCO, tais como as grandezas elétricas, hidráulicas e entradas digitais.

SEMPRE QUE UMA OPERAÇÃO DE MANUTENÇÃO FOR REALIZADA, A PRIMEIRA AÇÃO DEVERÁ SER A DE COLOCAR O SISTEMA EM MODO MANUAL. ISTO É FEITO POSICIONANDO A CHAVE SELETORA NA POSIÇÃO MANUAL.

Para operar o sistema manualmente é necessário:

Girar as seletoras A/M para a posição MANUAL.
Aguardar que os grupos sejam desligados.
Operar manualmente os grupos pelas chaves localizadas nos painéis de acionamentos existentes.

Operação Automática

No Modo Automático o comando das bombas se dá integralmente através do painel de automação, com base no programa aplicativo carregado no CLP e de acordo com o nível do reservatório de recalque, seguindo o já descrito nessa seção, e executando as funções de leitura e comunicação descritas no Modo Manual.

Para operar o sistema automaticamente é necessário:

Desligar os grupos;
Girar a seletora A/M para a posição AUTOMÁTICO;
Aguardar a entrada dos grupos.

Operação Manual Remoto

No Modo Via Telemetria, a estação pode ser comandada via central de operação, sendo possível realizar todas ações previstas para cada elevatória, sempre a critério e responsabilidade do operador sem interferência do programa aplicativo carregado no CLP, exceto as que envolvam segurança operacional e de monitoração, tais ações, como ativação e desativação da elevatória, ligar e desligar grupos e alterar a seleção de grupo principal e etc. A operação via telemetria é executada por comandos chamados Ativação e Desativação.

Para operar o sistema via telemetria é necessário selecionar a tela da estação desejada e:

Selecionar BLOQUEIO PELO CCO;
Comandar os GRUPOS pelos respectivos botões de Liga e Desliga;
Aguardar a entrada dos grupos.

Janela de parâmetros ajustáveis das elevatórias

Ao clicar no botão Parâmetros Ajustáveis, mostrará a tela de ajustes dos parâmetros ajustáveis das estações elevatórias. Nesta tela de parâmetros ajustáveis, são alterados os valores de set points de ligamento e desligamento do grupo moto bomba, valores de proteção do motor, sendo subtensão, sobre tensão, subcorrente e sobre corrente, também possui proteção por pressão mínima na sucção e desligamento automático da moto bomba por tempo de falta de comunicação do reservatório com a elevatória.

Tela de comunicações

Cada estação está representada pela figura de um rádio. Os rádios possuem um indicador numérico que mostra o tempo, em segundos, desde a última comunicação bem-sucedida. A cada nova comunicação, o mostrador é zerado e a cor muda para amarelo. Se o tempo desde a última comunicação exceder 120 segundos, o mostrador muda para cor vermelha.

Para habilitar a comunicação com cada estação, clique no botão Menu no canto esquerdo inferior da tela, em seguida clique no botão Devices management, que abrirá uma tela com todos os dispositivos configurados para comunicação com o supervisório. Para habilitar ou desabilitar um dispositivo, clique na caixa da coluna Enable da respectiva estação.

Esta tela permite habilitar e desabilitar a comunicação de cada estação de forma que estações não operantes não prejudiquem o desempenho do sistema.

Tela de históricos

A tela de histórico mostra na forma de tabela os valores armazenados no arquivo histórico.

Para configurar a pesquisa no histórico, selecione a estação desejada na caixa de seleção e ajuste as datas de início e fim da pesquisa, assim como os horários iniciais e finais. Após ajustado, clicar no botão Generate report.

Para exportar o relatório histórico clicar no botão Export.
Para imprimir, clicar no botão Print.

Gráfico histórico

Para visualizar os dados históricos em forma gráfica, clique sobre o botão Gráfico. Isso faz abrir uma janela de configuração do gráfico histórico selecionado. Para configurar a pesquisa no gráfico histórico, ajuste as datas de início e fim da pesquisa, assim como os horários iniciais e finais clicando no botão Select time interval. Após ajustado, clicar no botão Refresh.

O gráfico mostrará os valores das variáveis em formato percentual, desta maneira, podemos observar em uma única escala valores de diferentes fundos de escala.

Tela de alarmes ativos

Ao clicar no botão localizado na parte inferior da tela com o símbolo “i” ou este “46” que mostra a quantidade de alarme ativos.

Permitirá visualizar na forma de tabela, os alarmes ocorridos e registrados no arquivo de alarmes. Podemos reconhecer os alarmes ativos e verificar quais alarmes retornaram ao seu valor normal de operação, para reconhecer os alarmes clique no botão Confirm the alarm para confirmar somente um alarme selecionado, ou clique no botão Confirm all alarm para confirmar todos os alarmes ativos.

Na aba History alarm podemos pesquisar todos os alarmes históricos desde a inicialização do supervisório, mas somente podemos visualizar sem ações de exportação ou impressão.

Tela de alarmes históricos

Esta tela permite visualizar na forma de tabela, os alarmes ocorridos e registrados no arquivo de alarmes em histórico.

Para configurar a pesquisa dos alarmes, selecione a estação desejada na caixa de seleção e ajuste as datas de início e fim da pesquisa, assim como os horários iniciais e finais. Após ajustado, clicar no botão Generate report.

Os alarmes são registrados no momento que ocorre a mudança do bit de alarme de false para true e vice-versa. No entanto, o relatório salva o momento da mudança do bit, representando-o com o valor “zero” no momento da ocorrência, como pode ser visto na tela abaixo.

Para exportar o relatório de alarmes clicar no botão Export.
Para imprimir, clicar no botão Print.

Início e Fim de Operação

O aplicativo é ativado através do ícone do Haiwell Scada Runtime localizado na área de trabalho do computador, para iniciar o sistema deve-se clicar duas vezes sobre o ícone.

Isso faz surgir uma janela onde se pode abrir o projeto localizado no computador local, utilizando o botão Run local project ou localizado na rede clicando no botão Run network Project. Encontre o arquivo com a extensão “hwrun” e execute o programa aplicativo.

Para fechar o programa utilize a sequência de teclas do Windows ALT+F4 ou clique no botão Menu localizado no canto inferior esquerdo da tela e clique em Quit.

Botões

Os botões podem ter, entre outras, as seguintes funções:

Trocar ou ativar telas;
Ativar funções. Ex: ligar motor, zerar horímetro, etc,
Fechar uma janela.

Programação de parâmetros

Algumas telas possuem campos para a entrada de valores (setpoints). Para entrar com um valor, clique com o mouse sobre o campo desejado, digite o valor e pressione a tecla OK do teclado. Cada campo possui valores mínimos e máximos permitidos. Valores fora dos limites são rejeitados.

Janelas de confirmação

Janelas de confirmação surgem quando clicamos em alguns objetos ou botões, solicitando a confirmação ou não daquela atitude. Veja exemplo abaixo.

Solicite o template completo e sem custo aqui

Haiwell Cloud SCADA

O software Haiwell Cloud SCADA é baseado em .NET Framework e permite a monitoração e controle de processos industriais. Também é o software utilizado para configurar a linha de IHMs (Interfaces Homem-Máquina) da Haiwell. O Haiwell Cloud SCADA completo e sem limitações está disponível para download sem custos.

Saiba mais sobre o Haiwell Cloud SCADA e baixe a ferramenta

Tutorial - Aprenda a utilizar o software supervisório Haiwell Cloud SCADA

Projeto de automação e telemetria de uma elevatória de água

Leia: "Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água"

Projeto de automação e telemetria de uma estação elevatória de água tratada

Este artigo contendo o Projeto de automação e telemetria de uma elevatória de água tratada é o nono da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

Neste artigo apresentamos o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de uma estação elevatória de água tratada.

Descrição geral do funcionamento da elevatória de água tratada

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para que essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Para controlar o funcionamento da estação elevatória, o CLP local monitora os seguintes parâmetros locais e remotos:

Nível do reservatório (remoto): enviado pelo CCO;
Alarme de perda da informação do nível;
Pressão de sucção: pressão na entrada das bombas, o bombeamento não pode acontecer se não houver pressão mínima;
Pressão de recalque: pressão na saída das bombas;
Tensão da rede: as bombas não podem operar se a tensão estiver fora dos mínimos e máximos definidos;
Corrente elétrica das bombas: deve ser monitorada para garantir a segurança das bombas e para detectar desgastes preventivamente;
Fator de potência: deve ser monitorado para garantir o controle de consumo elétrico;
Temperatura e vibração dos mancais dos motores: visa detectar e prevenir desgastes dos motores;
Sinais digitais de motores desarmados;
Sinais digitais de chaves de comando manual/automático e local/remoto.

Operação da estação elevatória de água

Para que o sistema opere corretamente, as chaves seletoras das bombas e das válvulas devem estar na posição AUTOMÁTICO (comandadas pelo CLP). O sistema funciona automaticamente após a energização do quadro e ligando a chave GERAL.

Operação manual da elevatória

No Funcionamento Manual o painel de automação não atua sobre o comando das bombas. Em Manual, as bombas são comandas pelo operador diretamente nos quadros de comando respectivos. Durante a operação manual, o painel de automação lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central, e monitora entradas digitais. Nesse modo de funcionamento, um operador pode ligar e desligar as bombas localmente nos respectivos quadros de acionamento das mesmas (comando manual).

SEMPRE QUE UMA OPERAÇÃO DE MANUTENÇÃO FOR SER REALIZADA, A PRIMEIRA AÇÃO DEVERÁ SER A DE COLOCAR O SISTEMA EM MANUAL. ISTO É FEITO POSICIONANDO A CHAVE SELETORA NA POSIÇÃO MANUAL.
Para desativar o sistema e operar manualmente as bombas e válvulas é necessário:

Girar as seletoras A/M para a posição MANUAL;
Aguardar que os grupos sejam desativados. Esta operação se dá sequencialmente;
Operar manualmente os grupos pelas chaves localizadas no painel frontal.

Operação automática da elevatória

Neste modo, o acionamento das bombas se dá de acordo com o nível do reservatório de recalque e monitora as condições de operação. Lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central e monitora entradas e saídas digitais.

Para selecionar o sistema para controle automático, é necessário:

Girar as seletoras A/M para a posição AUTOMÁTICO.
Aguardar a parada dos equipamentos.
Aguardar a entrada sequencial dos grupos.

Comando via telemetria da elevatória

Quando em automático, a estação pode ser comandada via central de telemetria. É possível desativar e reativar o funcionamento da elevatória, ligar e desligar grupos e alterar a seleção de grupo principal.

Comandos de ativação e desativação da elevatória de água

Bloqueio – A elevatória é desativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints diferente de zero. Isto faz com que o CLP desative os grupos sequencialmente. Este modo de operação é chamado Manual Remoto.

Desbloqueio – A elevatória é ativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints igual a zero. Isto permite que o CLP opere automaticamente.

Composição da remota de telemetria para a elevatória

A figura a seguir mostra o bloco diagrama da remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória:

Fonte com bateria modelo 2061;
Rádio modem RM2060;
CLP Haiwell modelo T48S0P com 28 ED e 20 SD;
Interface IA2820 com 8 entradas em 4 a 20 mA;
Interface ID2908 com 8 saídas isoladas a relé.

Painel de telemetria PT5520

Baseado no CLP Haiwell modelo C48S0P, o painel apresenta alto índice de integração, modularidade, facilidade de manutenção e protocolo MODBUS RTU mestre e escravo, resultando em uma montagem de alto desempenho e baixo custo.

O CLP com duas portas seriais comunica por protocolo MODBUS RTU mestre e escravo e está programado para controlar e monitorar:

Pressões de sucção e recalque:
Operação de grupos motobomba;
Multimedidores de grandezas elétricas;
Invasão;
Falta de energia;
Painel aberto;

Características técnicas do painel de telemetria

CLP	Haiwell C48S0P 28ED 20SD
IHM	IHM 4,3″ monocromática – TP300
Elemento de comunicação	Rádio modem RM2060
Alimentação	Fonte carregadora com bateria e autonomia de 12 horas
Entradas analógicas	08 entradas analógicas em 4 a 20 mA protegidas contra surtos
Saídas analógicas	02 saídas 4 a 20mA com módulos Alfacomp IA2801
Entradas digitais	24 entradas digitais em 24V livres
Saídas digitais	16 saídas digitais, sendo 08 isoladas a réle pelo módulo ID2908
Iluminação	Módulo SW3301 com 12 LEDs brancos de alta intensidade
Indicação de porta aberta	Sensor de porta aberta conectado ao CLP
Indicação de alimentação	Sensor indica alimentação pela rede ou pela bateria
Dimensões	Altura 60 x Largura 40 x Profundidade 20 cm
Grau de Proteção	IP54 (*consulte outros modelos)
Proteção da alimentação	DPS SW3300

Componentes do painel de telemetria

Qtd.	Modelo	Descrição
1	Haiwell C48S0P	CLP com 28 entradas digitais, 20 saídas digitais, porta serial RS232 e RS485, e porta Ethernet
1	IHM TP300	IHM 4,3″ monocromática, 4 linhas x 24 colunas
1	Elemento de Comunicação	Rádio modem RM2060
1	Alfacomp – 2061	Fonte de alimentação com bateria
1	Alfacomp – SW3300	Seccionador e protetor com tomada
1	Alfacomp – SW3301	Iluminador de painel com chave fim de curso
1	Alfacomp – IA2820	Interface analógica multiplexada para 8 entradas em 4 a 20mA
2	Alfacomp – IA2801	Interface analógica com 1 saída em 4 a 20mA
1	Alfacomp – ID2908	Isolador a relés para 8 saídas digitais
1	Alfacomp – CN3203	Protetor contra surtos para cabo de RF com conexões N-fêmea (se o elemento de comunicação for rádio)
1	Alfacomp – CB3100	Cabo interno de RF (se o elemento de comunicação for rádio)
1	Cemar – CS-6040-20	Quadro de comando metálico
1	Cemar – BT-7 VD	Barra de terra
3	Porta fusível	Borne porta fusível
24	Borne	Borne Modular 2,5 mm
9	Poste	Poste Clip Fix 35-5

Materiais diversos utilizados na instalação da remota de telemetria

Qtd.	Descrição
1	Antenas conforme definido no projeto de rádio
2	Conector N macho para cabo RGC 213
1	Cabo externo de RF RGC213
1	Mastro de antena conforme definido no projeto de rádio
1	Materiais diversos de montagem de campo

Esquema elétrico do quadro de automação – Remota de elevatória

Software de controle da estação elevatória

A programação do CLP que controla a estação elevatória é feita em Ladder.

A figura a seguir apresenta os módulos de rotinas que compõe a programação da estação.

Lista de entradas e saídas

Entradas analógicas

Entrada	Descrição	Escala	Faixa de medição	Memória
E0	Pressão de recalque	250 a 1250	0 a 100,0 mca	V40
E1	Pressão de sucção	250 a 1250	0 a 100,0 mca	V41
E2		250 a 1250		V42
E3		250 a 1250		V43
E4		250 a 1250		V44
E5		250 a 1250		V45
E6		250 a 1250		V46
E7		250 a 1250		V47

Entradas digitais

CLP – C48S0P
Entrada	Descrição	Memória
X0	Pulsos do módulo IA2820	X0
X1	Indicação de CA presente	X1
X2	Intrusão no painel	X2
X3	Chave do painel de telemetria em MANUAL / AUTOMATICO	X3
X4	Invasão na estação	X4
X5		X5
X6	MB01 em manual	X6
X7	MB01 em automático	X7
X8	MB02 em manual	X8
X9	MB02 em automático	X9
X10		X10
X11		X11
X12	Confirmação da MB01	X12
X13	Confirmação da MB02	X13
X14		X14
X15	Grupo selecionado	X15
X16		X16
X17		X17
X18		X18
X19		X19
X20		X20
X21		X21
X22		X22
X23		X23
X24		X24
X25		X25
X26		X26
X27		X27

Saídas digitais

CLP – C48S0P
Saída	Descrição	Memória
Y0	Alarme sonoro	Y0
Y1		Y1
Y2	Comando liga/desliga MB01	Y2
Y3	Comando liga/desliga MB02	Y3
Y4		Y4
Y5		Y5
Y6		Y6
Y7		Y7
Y8		Y8
Y9		Y9
Y10		Y10
Y11		Y11
Y12		Y12
Y13	Pulsos para atualização do módulo IA2801	Y13
Y14	Pulsos para atualização do módulo IA2801	Y14
Y15	Sinal SL0 de seleção de canal do módulo IA2820	Y15
Y16	Sinal SL1 de seleção de canal do módulo IA2820	Y16
Y17	Sinal SL2 de seleção de canal do módulo IA2820	Y17

Mapa de memórias do CLP

Memória	Descrição	Tipo	Tag	Sub-rotina
*Memórias internas não retentivas – M0 a M28*
M0		BOOL
M1		BOOL
M2		BOOL
M3		BOOL
M4	Subtensão na rede	BOOL	SUB_V1	PGB:ANALISE_EAT1
M5	Sobretensão na rede	BOOL	SOBRE_V1	PGB:ANALISE_EAT1
M6	Nível remoto cheio	BOOL	NR_CHEIO	PGB:ANALISE_EAT1
M7	Subcorrente dos motores	BOOL	SUB_I1	PGB:ANALISE_EAT1
M8	Sobrecorrente dos motores	BOOL	SOBRE_I1	PGB:ANALISE_EAT1
M9		BOOL
M10	Automático bloqueado pelo CCO	BOOL	BLOQ_AUT1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:CMD PGB:GRP_EAT1
M11		BOOL
M12	Pressão mínima na sucção	BOOL	PS1_MIN	PGB:ANALISE_EAT1
M13	MB01 desativada	BOOL	EAT1_1_OFF	PGB:ANALISE_EAT1
M14	MB02 desativada	BOOL	EAT1_2_OFF	PGB:ANALISE_EAT1
M15		BOOL	BLOQ_AUT1
M16	Falha dos motores	BOOL	FALHA1	PGB:ANALISE_EAT1
M17	Ativa alarme sonoro	BOOL	ALR ON	PGB:ALARME
M18	Funcionamento OK da elevatória	BOOL	EAT1_OK	PGB:GRP_EAT1
M19	Nível remoto baixo	BOOL	NR_BAIXO	PGB:GRP_EAT1
M20		BOOL
M21		BOOL
M22	Liga/desliga MB01 – modo bloqueado	BOOL	MB01_1	PGB:CMD PGB:GRP_EAT1
M23	Liga/desliga MB02 – modo bloqueado	BOOL	MB02_1	PGB:CMD PGB:GRP_EAT1
M24	Desativa/reseta alarme sonoro	BOOL	RST ALR REMOTO	PGB:ALARME PGB:CMD
M25		BOOL
M26		BOOL
M27	Nível remoto atualizado	BOOL	NR ATUALIZADO	PGB:ANALISE_EAT1
M28	Nível remoto perdido	BOOL	NR PERDIDO	PGB:ANALISE_EAT1
*Memórias internas especiais – SM0 a SM5*
SM0	Ligado enquanto CLP em modo RUN	BOOL	On during Running
SM2	Ligado durante a primeira varredura	BOOL	On during the first
SM5	Pulso a cada 1 segundo	BOOL	1s clock pulse
*Timers – T0 a T15*
T0		TIMER
T1		TIMER
T2	Aguarda 30s para alarmar subtensão	TIMER	SUBV	PGB:ANALISE_EAT1
T3	Aguarda 30s para alarmar sobretensão	TIMER	SOBREV	PGB:ANALISE_EAT1
T4	Aguarda 30s para alarmar nível remoto cheio	TIMER	NR_CHEIO	PGB:ANALISE_EAT1
T5	Aguarda 60s para alarmar subcorrente	TIMER	SUB_SOBRE_I	PGB:ANALISE_EAT1
T6	Aguarda 60s para alarmar nível remoto perdido	TIMER	NR_PERDIDO	PGB:ANALISE_EAT1
T7	Aguarda 30s para alarmar pressão de sucção baixa	TIMER	PS1_MIN	PGB:ANALISE_EAT1
T8	Aguarda 30s para alarmar MB01 desarmou	TIMER	MB01_1_DESARMOU	PGB:ANALISE_EAT1
T9	Aguarda 30s para alarmar MB02 desarmou	TIMER	MB02_1_DESARMOU	PGB:ANALISE_EAT1
T10	Aguarda 10s para ligar MB01	TIMER	LIGA_MB01_1	PGB:GRP_EAT1
T11	Aguarda 10s para desligar MB01	TIMER	DESL_MB01_1	PGB:GRP_EAT1
T12	Aguarda 10s para ligar MB02	TIMER	LIGA_MB02_1	PGB:GRP_EAT1
T13	Aguarda 10s para desligar MB02	TIMER	DESL_MB02_1	PGB:GRP_EAT1
T14	Debounce de 3s para acionar alarme sonoro	TIMER	DEBOUNCE ALR	PGB:ALARME
T15	Rearma remotamente alarme sonoro após 10min	TIMER	DEBOUNCE ALR2	PGB:ALARME
*Contadores 16bits – C0 a C3*
C0		CTU
C1		CTU
C2	Contador do horímetro da MB01	CTU	CONT_HORIM1	PGB:GRP_EAT1
C3	Contador do horímetro da MB02	CTU	CONT_HORIM2	PGB:GRP_EAT1
*Registradores retentivos – V0 a V209*
V0	Pressão de recalque	WORD	Pressao1	PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:IHM_TP300
V1	Pressão de sucção	WORD	Pressao2	PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:ANALISE_EAT1
V2	Cópia do comando enviado pelo CCO	WORD	Cmd_Rx	PGB:CMD
V3	Segundos de 0 a 59s	WORD	Segundeiro	PGB:MAIN
V4	Bit de status	WORD	Status	PGB:BITS_STATUS
V5	Condições de operação da elevatória	WORD	Cond_Op1	PGB:ANALISE_EAT1

Memória	Descrição	Tipo	Tag	Sub-rotina
V6	Motivo de parada da elevatória	WORD	Parada1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:GRP_EAT1
V7	Tensão da fase R	WORD	VR1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V8	Tensão da fase S	WORD	VS1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V9	Tensão da fase T	WORD	VT1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V10	Corrente da fase R	WORD	IR1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V11	Fator de potência	WORD	Fator1	PGB:MULT_MEDIDOR
V12	Horímetro da MB01	WORD	Horim1_MB01	PGB:CMD PGB:GRP_EAT1
V13	Horímetro da MB02	WORD	Horim2_MB02	PGB:CMD PGB:GRP_EAT1
V14	Estado da MB01	WORD	Estado1	PGB:BITS_STATUS
V15	Estado da MB02	WORD	Estado2	PGB:BITS_STATUS
V16	Falha da MB01	WORD	Falha1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:CMD
V17	Falha da MB02	WORD	Falha2	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:CMD
V18	Corrente da fase S	WORD	IS1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
V19	Corrente da fase T	WORD	IT1	PGB:ANALISE_EAT1 PGB:MULT_MEDIDOR
–	–	–	–	–
V38	Contador das saídas digitais para multiplexagem	WORD	Count Multiplex	PGB:IA2820
V39	Contador de pulsos da IA2820	WORD	Pulsos IA2820	PGB:IA2820 INT:LE_IA2820
V40	Valor da entrada analógica E0 – 0 a 1250	WORD	EA0	PGB:IA2820 PGB:ESCALA_PRESSAO
V41	Valor da entrada analógica E1 – 0 a 1250	WORD	EA1	PGB:IA2820 PGB:ESCALA_PRESSAO
V42	Valor da entrada analógica E2 – 0 a 1250	WORD	EA2	PGB:IA2820
V43	Valor da entrada analógica E3 – 0 a 1250	WORD	EA3	PGB:IA2820
V44	Valor da entrada analógica E4 – 0 a 1250	WORD	EA4	PGB:IA2820
V45	Valor da entrada analógica E5 – 0 a 1250	WORD	EA5	PGB:IA2820
V46	Valor da entrada analógica E6 – 0 a 1250	WORD	EA6	PGB:IA2820
V47	Valor da entrada analógica E7 – 0 a 1250	WORD	EA7	PGB:IA2820
–	–	–	–	–
V52	Preset do fundo de escala do sensor de pressão1	WORD	Preset pressao1	PGB:INICIALIZACAO PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:IHM_TP300
V53	Preset do fundo de escala do sensor de pressão2	WORD	Pulsos pressao2	PGB:INICIALIZACAO PGB:ESCALA_PRESSAO PGB:IHM_TP300
–	–	–	–	–
V58	Variável para cálculo em ponto flutuante	WORD	Rascunho_Float1	SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE SUB:CONV_FATOR
V59	Variável para cálculo em ponto flutuante	WORD	Rascunho_Float2	SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE SUB:CONV_FATOR
V60	Variável para cálculo em ponto flutuante	WORD	Rascunho_Float3	SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE SUB:CONV_FATOR
V61	Variável para cálculo em ponto flutuante	WORD	Rascunho_Float4	SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE SUB:CONV_FATOR
V62	Variável para cálculo em ponto flutuante	WORD	Rascunho_Float5	SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE SUB:CONV_FATOR
V63	Variável para cálculo em ponto flutuante	WORD	Rascunho_Float6	SUB:CONV_TENSAO SUB:CONV_CORRENTE SUB:CONV_FATOR
–	–	–	–	–
V72	Identifica o grupo selecionado	WORD	GRP_SEL	PGB:BITS_STATUS PGB:IHM_TP300
V73	Acumulador da contagem de tempo do nível remoto	WORD	TEMPO_AC	PGB:ANALISE_EAT1
V74	Cópia do valor do nível remoto enviado do CCO	WORD	NR1_TEMP	PGB:ANALISE_EAT1
–	–	–	–	–
V100	Comando enviado pelo CCO	WORD	Cmd	PGB:CMD
V101	Preset de subtensão na rede	WORD	Subi_V1	PGB:ANALISE_EAT1
V102	Preset de sobretensão na rede	WORD	Sobre_V1	PGB:ANALISE_EAT1
V103	Preset de subcorrente dos motores	WORD	Subi_I1	PGB:ANALISE_EAT1
V104	Preset de sobrecorrente dos motores	WORD	Sobre_I1	PGB:ANALISE_EAT1
V105	Preset de nível de liga motor	WORD	NL1	PGB:GRP_EAT1 PGB:IHM_TP300
V106	Preset de nível de desliga motor	WORD	ND1	PGB:ANALISE_EAT1
V107	Preset de pressão mínima de sucção	WORD	PS1_min	PGB:ANALISE_EAT1
V108	Preset de tempo para desligar por falta de envio do nível remoto	WORD	TEMPO_D1	PGB:ANALISE_EAT1

Memória	Descrição	Tipo	Tag	Sub-rotina
V109	Nível remoto	WORD	NR1	PGB:ANALISE_EAT1
–	–	–	–	–
V200	Valor de tensão da fase R lida do multimedidor	WORD	VR_MULT	PGB:Main PGB:MULT_MEDIDOR
V201	Valor de tensão da fase S lida do multimedidor	WORD	VS_MULT	PGB:MULT_MEDIDOR
V202	Valor de tensão da fase T lida do multimedidor	WORD	VT_MULT	PGB:MULT_MEDIDOR
V203	Valor da corrente R lida do multimedidor	WORD	IR_MULT	PGB:Main PGB:MULT_MEDIDOR
V204	Valor da corrente S lida do multimedidor	WORD	IS_MULT	PGB:MULT_MEDIDOR
V205	Valor da corrente T lida do multimedidor	WORD	IT_MULT	PGB:MULT_MEDIDOR
V206		WORD
V207		WORD
V208		WORD
V209	Valor do fator de potência lida do multimedidor	WORD	FATOR_MULT	PGB:MULT_MEDIDOR

ICOM – Interface de comunicação

O mapeamento de memória utilizado para leitura e escrita do mestre de comunicação Modbus RTU chamamos de ICOM. As tabela abaixo agrupam as variáveis de leitura e escrita da ICOM.

Bloco de Memória de Monitoração (V0 a V19)
Bloco de Memória de Setpoints (V100 a V109)

Bloco de memória de monitoração (V0 a V19)

Este é o bloco de dados lidos pelo CCO.

Posição	Tag	Descrição	Memória
00	Pressao1	Pressão de recalque	V0
01	Pressao2	Pressão de sucção	V1
02	Cmd_Rx	Cópia do comando enviado pelo CCO	V2
03	Segundeiro	Segundos de 0 a 59s	V3
04	Status	Bit de status	V4
05	Cond_Op1	Condições de operação da elevatória	V5
06	Parada1	Motivo de parada da elevatória	V6
07	VR1	Tensão da fase R	V7
08	VS1	Tensão da fase S	V8
09	VT1	Tensão da fase T	V9
10	IR1	Corrente da fase R	V10
11	Fator1	Fator de potência	V11
12	Horim1_MB01	Horímetro da MB01	V12
13	Horim2_MB02	Horímetro da MB02	V13
14	Estado1	Estado da MB01	V14
15	Estado2	Estado da MB02	V15
16	Falha1	Falha da MB01	V16
17	Falha2	Falha da MB02	V17
18	IS1	Corrente da fase S	V18
19	IT1	Corrente da fase T	V19

Descrição da memória de monitoramento – STATUS

A memória Status contém 16 bits que são utilizados como status de funcionamento da estação, cada bit identifica uma ocorrência, sendo 0=false e 1=true.

Bit 15

Bit 14

Bit 13

Bit 12

Bit 11

Bit 10

Bit 9

Bit 8

Bit 7

Bit 6

Bit 5

Bit 4

Bit 3

Bit 2

Bit 1

Bit 0

Bit 0 =0(bateria), =1(rede CA)
Bit 1 =0(porta fechada), =1( porta aberta)
Bit 2 =0(painel em manual), =1(painel em automático)
Bit 3 =0(invasão sim), =1(invasão não)
Bit 4 =0(alarme sonoro desligado), =1(alarme sonoro ligado)
Bit 5 =0(seleção MB01), =1( seleção MB02)

Descrição da memória de monitoramento – Cond_Op1

A memória Cond_Op1 contém 16 bits que são utilizados como status de funcionamento da estação, cada bit identifica uma ocorrência, sendo 0=false e 1=true.

Bit 15

Bit 14

Bit 13

Bit 12

Bit 11

Bit 10

Bit 9

Bit 8

Bit 7

Bit 6

Bit 5

Bit 4

Bit 3

Bit 2

Bit 1

Bit 0

Bit 0 =0(normal), =1(bloqueado pelo CCO)
Bit 1 =1(normal), =1(subtensão)
Bit 2 =0(normal), =1(sobretensão)
Bit 3 =0(normal), =1(pressão de sucção baixa)
Bit 4 =0(normal), =1(nível remoto cheio)
Bit 5 =0(normal), =1(nível remoto perdido)
Bit 6 =0(normal), =1(falha no grupo selecionado)
Bit 7 =0(normal), =1(MB01 em manual)
Bit 8 =0(normal), =1(MB01 desativada)
Bit 9 =0(normal), =1(MB01 em automático)
Bit 10 =0(normal), =1(MB02 em manual)
Bit 11 =0(normal), =1(MB02 desativada)
Bit 12 =0(normal), =1(MB02 em automático)

Descrição da memória de monitoramento – Parada1

A memória Parada1 é responsável por informar para o CCO o motivo da parada do grupo motobomba em funcionamento.

00 = sem motivo
01 = painel de telemetria em manual
02 = bloqueado pelo CCO
03 = subtensão na rede
04 = sobretensão na rede
05 = pressão de sucção baixa
06 = nível remoto cheio
07 = nível remoto perdido
08 = grupo selecionado em falha
09 = grupo selecionado em manual
10 = grupo selecionado desativado

Descrição da memória de monitoramento – Estado1 / Estado2

As memórias Estado1 e Estado2 são responsáveis por informar para o CCO o status das bombas.

00 = bomba desligada
01 = bomba ligada

Descrição da memória de monitoramento – Falha1 / Falha2

As memórias Falha1 e Falha2 são responsáveis por informar para o CCO os códigos de falha das bombas.

00 = sem falha
01 = subcorrente
02 = sobrecorrente
03 = não utilizado
04 = grupo desarmou

Bloco de memória de setpoints (V100 a V109)

Este é o bloco de parâmetros enviados pelo CCO.

Posição	Tag	Descrição	Memória
00	Cmd	Comando enviado pelo CCO	V100
01	Subi_V1	Preset de subtensão na rede	V101
02	Sobre_V1	Preset de sobretensão na rede	V102
03	Subi_I1	Preset de subcorrente dos motores	V103
04	Sobre_I1	Preset de sobrecorrente dos motores	V104
05	NL1	Preset de nível de liga motor	V105
06	ND1	Preset de nível de desliga motor	V106
07	PS1_min	Preset de pressão mínima de sucção	V107
08	TEMPO_D1	Preset de tempo para desligar por falta de envio do nível remoto	V108
09	NR1	Nível remoto	V109

Descrição da memória de setpoint – Cmd

A memória Cmd é responsável por receber valores do CCO e executar comandos, que estão listados a seguir.

00 = sem comando
01 = não utilizado
02 = não utilizado
03 = bloqueia funcionamento automático
04 = libera funcionamento automático
05 = cala alarme sonoro
06 = liga MB01
07 = desliga MB01
08 = liga MB02
09 = desliga MB02
10 = não utilizado
11 = não utilizado
12 = não utilizado
13 = não utilizado
14 = não utilizado
15 = não utilizado
16 = não utilizado
17 = não utilizado
18 = zera horímetro da MB01
19 = zera horímetro da MB02
20 = não utilizado
21 = não utilizado
22 = não utilizado
23 = não utilizado
24 = zera falha da MB01
25 = zera falha da MB02

Operação da IHM

O IHM (Interface Homem Máquina) TP300 é composto de:

Monocromático de 4 linhas por 24 caracteres;
Display de 4,3”;
Resolução de 192 x 64 pixels;
Backlight;
Ajuste de contraste;
Portas de comunicação RS232 e RS485;
Possui 19 teclas que podem ser definidas como teclas de função;
Protocolos de comunicação para SIEMENS, Mitsubishi, OMRON, Schneider, Facon, entre outros fabricantes;
Possui protocolo Modbus RTU;

Teclas de Edição e Navegação

Para navegar entre as telas da IHM, pressione a seta para cima ou seta para baixo.
Nas telas que permitem edição, pressione SET para selecionar o campo de edição, quando selecionado ficará com o fundo branco.
Quando estiver em um campo de edição e precisar apagar o seu valor, pressionar CLR.
Para acessar um campo de edição ou confirmar o novo valor digitado, pressionar a tecla ENT.
Para sair de um campo de edição sem alterar o seu valor, pressione a tecla ESC.

Telas configuradas

Este item descreve as telas configuradas no projeto. Para navegar pelas telas, utilize as teclas de seta para cima e seta para baixo.

Tela 01 – Tela de apresentação

Tela de apresentação com nome da empresa contratante do sistema e com o nome da empresa que desenvolveu o software.

Tela 02 – Nível remoto

Apresenta o valor do nível do reservatório em percentual para o qual a elevatória bombeia a água tratada e o nível de liga e o nível de desliga.

Tela 03 – Pressão

Apresenta a pressão de recalque e sucção da elevatória.

Tela 04 – Rede CA

Apresenta o valor da tensão e corrente das fases R, S, T e o fator de potência da elevatória.

Tela 05 – Grupo selecionado

Apresenta o grupo selecionado na chave seletora do painel de acionamento do CCM da elevatória.

Tela 06 – Status da elevatória

Apresenta status da motobombas, motivo de parada do grupo e horímetros.

Tela 07 – Escala dos transmissores

Ajuste da escala dos transmissores de pressão de recalque e sucção da elevatória.
Multimedidor – ST9250R

As grandezas elétricas como corrente, tensão e fator de potência, são adquiridas pelo multimedidor de grandezas elétricas modelo ST9250R que se comunica com o CLP pela porta RS485 do CLP em protocolo MODBUS. Nesta porta, o CLP está configurado como endereço 1, 19200 bps, 8 bits, 1 stop bits e sem paridade. O multimedidor assume o endereço 1.

O manual do multimedidor pode ser baixado diretamente do site da Alfacomp no link: https://alfacomp.net/sdm_downloads/download-st925r-multimedidor-de-grandezas-eletricas-manual/

Os registradores de grandezas elétricas ST9250R atuam como poderosos sistemas de monitoramento de energia elétrica, avaliando de forma contínua e em tempo real a tensão e a corrente nas três fases pelo método True RMS, permitindo o cálculo preciso de todos os itens de interesse.

Os parâmetros do registrador podem ser ajustados no próprio equipamento, através de uma interface amigável ou via interface serial padrão elétrico RS-485, pelo protocolo MODBUS-RTU.

Cálculo I

Para o cálculo do fator de potência.

Se valor entre 65536 e 64511, sinal indutivo (-) Fp = (65536 – VALOR) / 1024
Se valor entre 1024 e 0, sinal capacitivo (+) Fp = valor / 1024

Cálculo II

Para o cálculo de corrente, potência ativa, aparente, reativa, falta de Kvar e excesso de Kvar.

Variável = valor lido * (valor do TC / 5) / 1000

A resposta é uma variável quantizada (Qx) de acordo com a tabela de variáveis.
Definição do tamanho das variáveis

Int = Inteiros de 2 Bytes
Long = Inteiros de 4 Bytes
Variáveis em Q1, dividir por 2 para obter a parte inteira e a decimal
Variáveis em Q2, dividir por 4 para obter a parte inteira e a decimal
Variáveis em Q3, dividir por 8 para obter a parte inteira e a decimal
Variáveis em Q5, dividir por 32 para obter a parte inteira e a decimal
Variáveis em Q6, dividir por 64 para obter a parte inteira e a decimal
Variáveis em Q10, dividir por 1024 para obter a parte inteira e a decimal

Esquemas elétricos de ligações

As figuras a seguir mostram os esquemas de ligação para a instalação dos registradores ST9250R.

Observações importantes na instalação do equipamento

O transformador de corrente (TC) deve medir a corrente total a ser monitorada.
Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação XXXX/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que a corrente do secundário do TC seja sempre ligada em série com a do medidor.
Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação XXXX/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que a corrente do secundário do TC seja sempre ligada em série com a do medidor.

Endereços de memória do multimedidor

São os seguintes os parâmetros básicos de leitura Modbus do multimedidor, utilizando a função 0x04 (read input registers).

Endereço	Variável	Tipo	Descrição
01	Vr	Int	Tensão da fase R (Q6)
02	Vs	Int	Tensão da fase S (Q6)
03	Vt	Int	Tensão da fase T (Q6)
04	Cr	Int	Corrente da fase R (Q3) – ver cálculo II
05	Cs	Int	Corrente da fase S (Q3) – ver cálculo II
06	Ct	Int	Corrente da fase T (Q3) – ver cálculo II
07	FPr	Int	Fator de potência da fase R – ver cálculo I
08	FPs	Int	Fator de potência da fase S – ver cálculo I
09	FPt	Int	Fator de potência da fase T – ver cálculo I
10	FPtt	Int	Fator de potência total – ver cálculo I
11	Pr	Int	Potência ativa da fase R (Q5) – ver cálculo II
12	Ps	Int	Potência ativa da fase S (Q5) – ver cálculo II
13	Pt	Int	Potência ativa da fase T (Q5) – ver cálculo II
14	HPtt	High-Long	Potência ativa total – ver cálculo II
15	LPtt	Low-Long	Potência ativa total – ver cálculo II
16	Qr	Int	Potência reativa da fase R (Q5) – ver cálculo II
17	Qs	Int	Potência reativa da fase S (Q5) – ver cálculo II
18	Qt	Int	Potência reativa da fase T (Q5) – ver cálculo II
19	HQtt	High-Long	Potência reativa total – ver cálculo II
20	LQtt	Low-Long	Potência reativa total – ver cálculo II
21	Sr	Int	Potência aparente da fase R (Q5) – ver cálculo II
22	Ss	Int	Potência aparente da fase S (Q5) – ver cálculo II
23	St	Int	Potência aparente da fase T (Q5) – ver cálculo II
24	HStt	High-Long	Potência aparente total – ver cálculo II
25	LStt	Low-Long	Potência aparente total – ver cálculo II
26	Freq	Int	Frequência (Q2)
27	HEat	High-Long	Energia ativa – ver cálculo II
28	LEat	Low-Long	Energia ativa – ver cálculo II
29	Demat	Int	Demanda ativa – ver cálculo II
30	H-Ereat	High-Long	Energia reativa – ver cálculo II
31	L-Ereat	Low-Long	Energia reativa – ver cálculo II
32	Demreat	Int	Demanda reativa – ver cálculo II
33	Dematm	Int	Demanda ativa média – ver cálculo II
34	Dematac	Int	Demanda ativa acumulada – ver cálculo II
35	Demapm	Int	Demanda aparente média – ver cálculo II
36	Demapac	Int	Demanda aparente acumulada – ver cálculo II
37	Kvaflt	Int	Valor de Kvars faltando – ver cálculo II
38	Kvaexce	Int	Valor de Kvars excedentes – ver cálculo II
39	Dematant	Int	Demanda ativa máxima do mês anterior – ver cálculo II
40	Demapant	Int	Demanda aparente máxima do mês anterior – ver cálculo II
41	Tensao rs	Int	Tensão entre fase R e S (Q6)
42	Tensao st	Int	Tensão entre fase T e S (Q6)
43	Tensao rt	Int	Tensão entre fase R e T (Q6)
44	TP rs	Int	Tensão no primário entre fase R e S (Q6)
45	TP st	Int	Tensão no primário entre fase T e S (Q6)
46	TP rt	Int	Tensão no primário entre fase R e T (Q6)
47	Ttri	Int	Tensão trifásica (Q6)
48	Ctri	Int	Corrente trifásica (Q3)

Suporte para a implantação

Para mais informações ou ajuda técnica, conte com nosso suporte. Solicite o projeto completo.
https://alfacomp.net/suporte/ – Whatsapp (51)3029.7161

e-book Projeto Completo de Telemetria da Distribuição Municipal de Água

Artigo, Cursos, Manuais, Notícias, Saneamento, Tutoriais

Este e-book foi feito para você que deseja saber tudo sobre como criar o sistema de telemetria de água e esgoto para a sua cidade. O e-book contém um projeto completo para você desenvolver e implantar um sistema de automação, controle e tele supervisão de reservatórios, elevatórias e estações de tratamento de água e esgoto.

Baixe o e-book clicando aqui

Juntamente com os conteúdos, são fornecidos, absolutamente sem custo, links para download de:

Projetos elétricos completos dos painéis elétricos
Softwares Ladder para automação das estações
Um template de software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água
Software gratuito Haiwell Cloud SCADA
Software gratuito HaiwellHappy para a programação dos CLPs

Funcionamento geral do abastecimento de água

Apresentamos a topologia básica dos sistemas municipais de água com suas estações de captação de água bruta, estações de tratamento, estações elevatórias, reservatórios, boosters e demais pontos de controle e monitoração.

Lógica de funcionamento de reservatórios e elevatórias de água tratada

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

CCO – Centro de Controle e Operação da telemetria de água e esgoto

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico de interesse na distribuição de água. Toda a comunicação se dá via rádio.

Telemetria via rádio da distribuição de água tratada

Para que o CCO – Centro de Controle e Operação – possa se comunicar com as estações remotas, é necessário um sistema de comunicação. O meio de melhor custo-benefício para implementar essa comunicação é o que chamamos de telemetria via rádio, e o rádio mais utilizado para esse serviço é o rádio modem spread spectrum na faixa dos 900 MHz. O e-book ensina como dimensionar e instalar o sistema de rádio para a telemetria da distribuição de água do município.

Remotas de telemetria utilizadas no saneamento

Remotas de telemetria são, por definição, dispositivos microprocessados que permitem monitorar e controlar objetos físicos a distância, conectando sensores e atuadores a um sistema SCADA de tele supervisão e controle. Outros nomes para remota de telemetria são:

UTR – Unidade Terminal Remota;
URT – Unidade Remota de Telemetria;
RTU – Remote Telemetry Unit ou Remote Telecontrol Unit.

Transmissores e sensores utilizados na telemetria do saneamento

Sensores são dispositivos capazes de transformar grandezas físicas em grandezas elétricas, também são chamados de transdutores porque traduzem uma grandeza de uma natureza em outra, no caso em grandeza elétrica. Outro nome frequentemente utilizado em instrumentação é o transmissor. É comum nos referirmos aos medidores de pressão, por exemplo, como transmissores de pressão, até porque o valor da pressão medida é transmitida por cabos elétricos à distância.

SCADA – Software de supervisão, controle e aquisição de dados

O e-book apresenta um template de software supervisório genérico para um sistema de automação e telemetria de 10 reservatórios e 10 elevatórias de água tratada. O template completo e gratuito está disponível para download.

Projeto de automação e telemetria de uma elevatória de água

O e-book apresenta o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de uma estação elevatória de água tratada contendo esquemático, software Ladder e o Manual de Projeto e Utilização.

Projeto de automação e telemetria de um reservatório de água tratada

O e-book apresenta o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de um reservatório de água tratada contendo esquemático, software Ladder e o Manual de Projeto e Utilização.

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SAEMAS diagnostica e soluciona problemas em fração de segundos com o Elipse E3

A Empresa, Artigo, Notícias, Saneamento, Tutoriais

Solução Elipse E3 monitora, em tempo real, um total de 20 Estações de Armazenagem de Água e 60 moto bombas controladas pelo SAEMAS em Sertãozinho (SP)

FONTE: https://www.elipse.com.br/case/elipse-e3-permite-ao-saemas-diagnosticar-e-solucionar-problemas-em-fracao-de-segundos/

Necessidade

O SAEMAS (Serviço Autônomo de Água, Esgoto e Meio Ambiente de Sertãozinho) é uma autarquia municipal responsável por executar e explorar os serviços de água e esgoto em Sertãozinho, interior de São Paulo. Para automatizar o sistema de abastecimento de água em Sertãozinho, o SAEMAS decidiu utilizar o Elipse E3.

A grande facilidade com que permite realizar ajustes, melhorias e expansões foi o fator determinante para a escolha da solução desenvolvida pela Alfacomp utilizando o Elipse E3.

Figura 1. Tela inicial da aplicação do E3 no SAEMAS

Solução

O E3 permite monitorar e executar comandos sobre as 20 unidades do sistema de abastecimento de água de Sertãozinho, cada uma delas composta de um reservatório e três moto bombas. Para isto, disponibiliza uma tela destinada a cada unidade, na qual é possível supervisionar as vazões, pressões, tensões e correntes assinaladas junto às moto bombas, assim como os níveis de água nos reservatórios.

Figura 2. Controle de uma das unidades que compõem a rede de abastecimento de Sertãozinho

Na mesma tela, o E3 permite também acompanhar a condição de operação das moto bombas, informando, por exemplo, se há algum equipamento com defeito ou sob manutenção ou se a unidade já se encontra em operação naquele instante. Além disso, o software permite acompanhar ou resetar o período, em horas, de funcionamento das moto bombas.

Ainda relacionado às moto bombas, o E3 permite visualizar e ajustar as configurações padrões definidas para as suas tensões e correntes. As configurações padrões determinadas para as pressões com que as moto bombas bombeiam a água em cada unidade também podem ser monitoradas e ajustadas pelo software.

Figura 3. Controle das configurações de tensão e corrente na moto bomba entre o poço e o reservatório da unidade

O mesmo controle vale para as configurações dos níveis de água nos reservatórios, as quais podem ser ajustadas de forma que o sistema ligue ou desligue as moto bombas conforme seja necessário, contribuindo assim para garantir o abastecimento e redução de desperdícios. Neste contexto voltado ao uso mais racional de água e energia, o E3 também permite selecionar quais estações entrarão em funcionamento nos horários de ponta conforme a demanda.

Figura 4. Tela que permite escolher quais estações serão acionadas nos horários de ponta

O E3 exibe ainda os níveis e volumes de água verificados no total e junto a cada reservatório, permitindo acessar as configurações padrões ajustáveis da altura da água em cada reservatório. As vazões mensuradas nas moto bombas localizadas entre os poços e reservatórios, tanto a total quanto a calculada por hora, também são monitoradas, assim como o tempo de varredura do sistema de automação em cada unidade.

Figura 5. Controle do nível de água presente nos reservatórios

Por fim, a solução da Elipse permite emitir relatórios dos eventos, históricos e alarmes assinalados no período estipulado pelo usuário. Em relação aos alarmes, caso algum valor definido na configuração padrão não esteja sendo respeitado, por exemplo, haja uma subtensão muito abaixo da indicada, o E3 alerta os operadores via um sinal visual e sonoro.

Além dos relatórios, o software permite, que esta mesma análise de desempenho das unidades, seja realizada sob a forma de gráficos. Vale salientar que, tanto os relatórios quanto os gráficos podem ser exportados para PDF ou Excel, sendo instrumentos de extrema utilidade junto às auditorias de fiscalização.

Figura 6. Gráfico de análise das variáveis elétricas das moto bombas de uma unidade

Benefícios

O Elipse E3 permite ao SAEMAS monitorar, em tempo real, as 20 unidades do sistema de abastecimento de água em Sertãozinho. Com isto, o operador é informado caso haja qualquer ocorrência via os alarmes, podendo agir com mais agilidade para solucioná-la. Uma manobra que, hoje, é feita em fração de segundos, antes, levava horas, uma vez que o monitoramento não era remoto, mas sim realizado de forma local.

“Os relatórios e informações geradas pelo E3 nos permitem diagnosticar e solucionar problemas com mais agilidade, dispensando o envio das rondas até cada unidade simplesmente para monitoramento”, disse Leandro Espinoza, Químico do SAEMAS.

Segundo Espinoza, este controle lhes possibilitou também verificar a necessidade de se elevar o fator de potência das moto bombas. Um benefício que vai direto ao encontro do objetivo central desta automação, ou seja, reduzir os desperdícios com água e, neste caso em particular, energia.

“Graças ao E3, conseguimos verificar a necessidade de corrigirmos o fator de potência das moto bombas e, a partir desta observação, podermos tomar, futuramente, as medidas mais indicadas para executar esta correção que, acreditamos, representará uma economia de energia na ordem de R$ 20 mil por mês”, revelou.

Confira abaixo outros benefícios proporcionados pelo software da Elipse ao SAEMAS:

Monitoramento, em tempo real, das variáveis de pressão, vazão e nível da água nos reservatórios;
Possibilidade de monitorar e ajustar as configurações padrões das tensões, correntes, pressões e níveis de água nos reservatórios;
Sistema de alarmes que alerta os operadores caso haja qualquer espécie de problema nas unidades;
Possibilidade de acompanhar ou resetar o tempo de funcionamento das moto bombas;
Monitoramento da condição de operação das moto bombas;
Emissão de relatórios dos eventos, históricos e alarmes, que podem ser exportados para Excel e PDF;
Emissão de gráficos de análise de desempenho das unidades, que, assim como os relatórios, também podem ser exportados para Excel e PDF.

Ficha Técnica

Cliente: SAEMAS
Integrador: Alfacomp Automação Industrial Ltda.
Pacote Elipse: Elipse E3
Plataforma: Windows Server 2012
Número de cópias: 4 (1 E3 Server + 3 E3 Viewer Control)
Pontos de I/O: 1500
Drivers de comunicação: MODBUS RTU

Solicite informações adicionais ou uma cotação

Conheça o e-book Telemetria do abastecimento municipal de água

Projeto completo para você desenvolver e implantar um sistema de automação, controle e tele supervisão para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição de sua cidade.

Este e-book resume, apresenta e compartilha nosso conhecimento sobre a telemetria do saneamento, acumulado em mais de 20 anos criando e implantando sistemas de telemetria de norte a sul do Brasil.

Em complemento aos tópicos apresentados, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

Telemetria de água para a sua cidade

Artigo, Notícias, Produtos, Saneamento, Tutoriais

Por que a telemetria de água e esgoto é importante? Se você reside em um dos 5.570 municípios brasileiros este assunto é importante para você. Quando em uma cidade a população é quem avisa a empresa de águas do município sobre a falta de água, isso provavelmente se dá pelo fato de o município não possuir um sistema de telemetria de água e esgoto.

E o que é a Telemetria de Água e Esgoto?

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

Como funciona o CCO (Centro de Controle e Operação)?

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

10 motivos para implantar a Telemetria de Água e Esgoto em sua cidade

Motivo 1 – Garantir o abastecimento

Em uma cidade que não possui o sistema de telemetria de água e esgoto, é a população que avisa a companhia de saneamento quando falta água em um bairro. A população percebe que faltou água quando a caixa d’água da casa esgota o conteúdo. Contudo, muito antes disso o reservatório do bairro secou porque a estação elevatória parou de bombear ou a adutora rompeu. Se existisse um sistema de telemetria no município, o problema na elevatória ou na adutora seriam alarmados imediatamente, dando tempo para a equipe de manutenção restabelecer o abastecimento antes mesmo que a população perceba a falta d’água.

Motivo 2 – Antecipar situações de falha

O sistema de telemetria pode detectar problemas em motores, como vibração excessiva, sobre-temperatura e consumo anormal de energia. O sistema pode também perceber vazamentos que antecedem rupturas de adutoras pela diferença de vazões e por quedas em pressão, ou mesmo pela curva de enchimento e esvaziamento de reservatórios. Estas são algumas das formas de detectar problemas e antecipar a manutenção, minimizando custos e evitando situações de desabastecimento.

Motivo 3 – Minimizar perdas

Muitas cidades brasileiras apresentam perdas que vão de 20% a mais de 50%. Digamos que em uma cidade a perda seja de 50%, isto significa que para cada dois litros de água tratados apenas um é recebido pela população e faturado pela empresa de saneamento. As perdas podem ser reais ou aparentes. Perda real é aquela devida a vazamentos. Perda aparente é aquela devida a medições errôneas ou furto de água. A setorização da distribuição e utilização de macro medidores de vazão auxilia na busca das perdas. O valor macro medido é comparado com a medição dos hidrômetros e o trabalho de “caça” às perdas é priorizado nos bairros onde a perda é maior. Os macro medidores de vazão podem e devem fazer parte do sistema de telemetria.

Motivos 4 – Detectar rupturas de adutoras

Pela medição de pressão da rede é possível perceber quando um vazamento de adutora acontece. No monitor do CCO (Centro de Controle e Operação) a queda da pressão é imediatamente alarmada e os valores da pressão são registrados em gráficos históricos para posterior investigação das causas da ruptura.

Motivo 5 – Equilibrar a distribuição de água

Não são poucos os municípios que sofrem do problema de abastecimento por baixa produção de água tratada. Isso acontece quando os mananciais estão acusando baixos níveis ou quando acontecem chuvas que aumentam as partículas em suspensão e dificultam o tratamento nas ETAs (Estações de Tratamento de Água). Quando o consumo é maior que a produção é necessário equilibrar a distribuição, desviando água de bairros mais abastecidos para regiões mais desabastecidas. Isso é feito monitorando níveis de reservatório e pressões de rede, e desligando elevatórias que abastecem reservatório que estão mais abastecidos de forma a sobrar mais água para os mais críticos.

Motivo 6 – Minimizar custos com energia elétrica

O sistema de telemetria permite controlar as elevatórias de água e esgoto de forma a minimizar ou interromper o funcionamento das mesmas durante o horário de ponta. Com isso pode-se contratar regimes de fornecimento de energia com bandeiras tarifárias econômicas resultando em minimização do custo com energia elétrica. Outro fator que contribui para a diminuição do custo da energia elétrica é a diminuição das perdas reais. Quando as perdas são minimizadas, a produção de água pode ser diminuída, e menos água é bombeada, resultando em menor consumo elétrico.

Motivo 7 – Minimizar custos com pessoas

Não é incomum, ainda hoje, encontrarmos municípios em que o nível dos reservatórios é mantido por funcionários residentes ou em regime de turnos nas estações elevatórias e reservatórios. Existem também as situações em que o nível dos reservatórios é mantido por um funcionário que visita cada um para medir o nível, e liga ou desliga a elevatória correspondente. Em cidades que possuem sistemas de telemetria de água e esgoto, pode-se minimizar o número de pessoas envolvidas na operação da distribuição de água pois todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação) com uma equipe reduzida.

Motivo 8 – Minimizar custos com insumos químicos

No momento em que as perdas são minimizadas, menos água é produzida para um mesmo consumo do município. Menor produção de água resulta em menor consumo de produtos químicos.

Motivo 9 – Detectar invasões e roubo

A instalação de painéis de telemetria em cada elevatória e cada reservatório permite acoplar detectores de presença e switches em portas e janelas das instalações. Com este tipo de recurso a tentativa de invasão é imediatamente detectada e providências podem ser tomadas para impedir o sucesso dos ladrões.

Motivo 10 – Detectar falta de energia

Muito antes das empresas de energia tomarem conhecimento pela população sobre um problema de interrupção no fornecimento, o sistema de telemetria detecta a situação pois os painéis de telemetria normalmente são dotados de sistemas ininterruptos de energia (no-break) que sustenta o funcionamento do painel por alguma horas. Durante a falta de energia a unidade remota continua monitorando parâmetros hidráulicos e elétricos e transmitindo as leitura para o CCO. A falta de energia é reportada à concessionária de distribuição de energia elétrica para que providências sejam tomadas no sentido do restabelecimento do fornecimento.

Conclusão

O Sistema de Telemetria de Água e Esgoto monitora em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema, armazena e apresenta dados históricos sobre a qualidade do abastecimento, alarma vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões, previne e minimiza perdas. Enfim, garante a qualidade dos serviços prestados pela empresa de saneamento do município. Os primeiros sistemas de telemetria foram implantados há mais de 20 anos. Nos municípios onde o sistema existe, a sua necessidade passa a ser percebida como imprescindível. Por outro lado, ainda são muitas a cidades desprovidas desta tecnologia. Isso se deve principalmente à falta de conhecimento sobre os benefícios do sistema.

Conheça a telemetria implantada no SIMAE de Joaçaba/SC

CLPs para a telemetria da distribuição de água municipal

Leia o artigo: TUDO SOBRE A TELEMETRIA DO ABASTECIMENTO MUNICIPAL DE ÁGUA

Este artigo sobre CLPs para a telemetria do saneamento é o sétimo da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

A solução que defendemos e compartilhamos para a construção do sistema de telemetria da distribuição de água municipal é aquela baseada em CLPs. Neste artigo falamos sobre:

Fatores importantes na escolha do CLP
Arquitetura do painel de telemetria
Dimensionamento do CLP
Cuidados na instalação

Fatores a levar em conta na hora de selecionar o CLP

Suporte técnico – A pergunta é: quando surge uma dúvida, você tem para quem ligar? Quando você liga, o suporte técnico ajuda você a pensar e solucionar o problema? Busque marcas com um bom suporte técnico.
Custo-benefício – Faça uma boa pesquisa e avalie preço x benefícios globais do produto.
Custo da ferramenta de programação – Existem muitas marcas que não cobram pela ferramenta.
Desempenho do processador – Busque produtos de última geração com processadores rápidos. Compare tempos de execução de instruções.
Relógio de tempo real – É importante que o CLP possua relógio de tempo real para a coleta e o armazenamento de dados em tabelas históricas.

Capacidade de simulação do programa sem necessidade de conectar ao CLP – Este é um recurso que apenas os CLPs mais modernos possuem, e não necessariamente custam mais por essa razão.
Portas de comunicação – O número e tipo de portas de comunicação é importante, busque produtos que possuam o maior número de portas de comunicação nativas.
Protocolos de comunicação – Para aplicações no saneamento, entendemos que os protocolos de comunicação mais importantes são o Modbus, TCP/IP e Modbus TCP.
Capacidade de programação remota – Esta é mais uma característica fundamental quando se busca minimizar custos com manutenção pois permite diagnosticar e resolver problemas a distância, assim como fazer atualizações de software e firmware sem a necessidade de se deslocar até a estação remota.
Facilidade de manutenção – Bornes destacáveis, facilidade de substituição de módulos e um bom suporte de fábrica são essenciais na escolha da marca do CLP que será utilizado para o sistema de telemetria da distribuição de água municipal.

Arquitetura do painel de telemetria

O CLP é o coração do painel de telemetria e o ponto de partida do projeto do mesmo.

Elementos componentes do painel de telemetria (remota):

Fonte de alimentação – Transforma a tensão alternada da rede nas tensões CC usuais, geralmente 24 VCC e gerencia a carga da bateria para a operação na falta de energia da rede;
CLP (Controlador Lógico Programável) – Responsável por todo o processamento local e automatismo da remota;
Interfaces de entradas – Condicionam os sinais de campo fornecidos pelos sensores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulo externos ao mesmo;
Interfaces de saída – Condicionam os sinais analógicos e digitais produzidos pelo CLP para o comando dos atuadores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulos externos ao mesmo;
Rádio modem – Podem ser rádios spread spectrum, canalizados ou rádios GPRS/GSM. Permitem à remota comunicar com o CCO ou com outras remotas.

Exemplo de CLP instalado em um painel de telemetria.

Dimensionamento do CLP

Uma das etapas na definição de um sistema de automação é o dimensionamento do CLP. Para tanto, devemos relacionar os dispositivos envolvidos no sistema e listar para cada um o número de entradas e saídas analógicas e digitais necessárias para o comando e monitoração.

A tabela abaixo é um exemplo de como formatar essas informações e obter os totais de pontos de entrada e saída. De posse desses números, e adicionando um percentual de folga, usualmente entre 10 e 20%, podemos selecionar o modelo de CLP e módulos que o irão compor.Dimensionamento do CLP do reservatório de água tratada

Um reservatório típico pode ter os seguintes sensores e atuadores:

Transmissor de nível do reservatório;
Macro medidor de vazão;
Indicador de invasão;
Alarme sonoro.

A tabela de entradas e saídas do CLP pode ser como a seguir:

O CLP para o painel de automação do reservatório que irá atender esta instalação deverá ter, no mínimo, 3 entradas analógicas, 3 entradas digitais e 2 saídas digitais. É necessário também uma porta de comunicação serial RS232 ou RS485 para comunicar via rádio com o CCO.

Configuração selecionada para o exemplo:

CPU Modelo Haiwell T16S0T: 8 ED + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
Módulo de entradas analógicas Haiwell S04AI: 4 EA

Dimensionamento do CLP da elevatória de água tratada

Consideramos neste exemplo uma estação elevatória constituída de:

Transmissor de pressão na entrada da elevatória;
Transmissor de pressão na saída da elevatória (recalque);
Dois grupos motobomba de partida direta;
Medição de tensão, corrente e fator de potência dos grupos motobomba por multimedidores de grandezas elétricas, um por grupo, comunicando por RS485 com o CLP;
Indicador de invasão;
Alarme sonoro.

Cada painel de acionamento de motobomba oferece os seguintes sinais digitais para o comando do CLP:

Comando de acionamento (saída digital do CLP);
Chave local Manual/Automático (entrada digital do CLP);
Confirmação de motobomba armado e funcionando (entrada digital do CLP).

Dessa forma, a tabela de entradas e saídas do CLP fica assim:O CLP para o painel de automação do reservatório que irá atender esta instalação deverá ter, no mínimo, 3 entradas analógicas, 6 entradas digitais e 4 saídas digitais. É necessário também uma porta de comunicação serial RS232 para comunicar via rádio com o CCO e uma porta RS485 para comunicar com os multimedidores de grandezas elétricas.

CPU Modelo Haiwell T16S0T: 8 ED + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
Módulo de entradas analógicas Haiwell S04AI: 4 EA

Outras configurações

Outras configurações de estações, tais como centros de reservação com mais de um reservatório, estações elevatórias dotadas de mais de dois grupos motobomba, motores acionados por inversores ou soft starters, boosters, pontos de macro medição, etc., seguem a mesma ideia de dimensionamento do CLP. Este artigo apresenta a forma de dimensionar o CLP e não deve ser entendido de forma limitada, e sim como um procedimento prático para definirmos o número de IOs e portas de comunicação do mesmo.

Cuidados na instalação do CLP

O CLP deve ser sempre montado em quadros de comando, em nosso caso é o próprio painel de telemetria, devidamente aterrados e protegidos contra surtos e instalados em locais ventilados e o mais distante dos vapores corrosivos de gases como o cloro utilizado no tratamento d’água.

Os sistemas de aterramento e proteção elétrica são extensivamente cobertos pela norma NBR5410, facilmente obtenível na internet.

Proteção contra surtos na entrada de alimentação AC

Dispositivos Protetores Contra Surtos – DPS – devem ser instalados na entrada de alimentação AC do painel de telemetria. O módulo SW3300 é um exemplo de DPS projetado para compor painéis elétricos de comando e automação e integra as seguintes funções:

Seccionamento
Proteção contra sobre corrente por meio de fusíveis
Proteção contra sobre tensões por meio de varistores
Tomada bipolar com terra
Sinalização luminosa de energização

Por incluir diversas funções em um módulo único, o dispositivo simplifica a montagem do quadro e portanto contribui para lay-outs mais compactos.

Proteção de entradas analógicas contra surtos

A maioria das entrada 4 a 20 mA dos CLPs de mercado possuem um resistor de cerca de 150 a 200 ohms em sua entrada.

O que acontece quando o sensor entra em curto e fornece os 24 V, sem limite de corrente, à entrada analógica 4 a 20 mA? Os resistores utilizados nas entrada analógica dos CLP não são dimensionados para suportar essa potência e fatalmente queimam.

O circuito apresentado ao lado protege não só canal analógico, mas também a alimentação 24 V que é fornecida ao sensor de campo. A proteção se dá em três estágios, por meio dos três tipos de supressores de sobretensão:

Centelhador a gás;
Varistor de óxido metálico;
Diodo TVS.

Proteção de saídas digitais

Sugerimos sempre a utilização de CLPs com saídas a transistor e relés isoladores externos. Por que sugerimos isso? Porque no caso de uma sobrecarga de corrente que pode acontecer quando se aciona um solenoide ou bobina de contatora em curso, isso danifica o relé. Se o relé for interno ao CLP será necessário trocar o módulo de saída digital, enquanto que, se o relé for externo ao CLP, bastará substituir o relé.

Se você busca uma forma de reduzir o espaço ocupado pelos relés no painel de automação, apresentamos aqui uma solução simples, funcional e de excelente custo-benefício. Este dispositivo foi projetado para criar 8 saídas a relé isoladas para utilização com CLPs de saída a transistor em 24 VCC. A montagem vertical do módulo isolador permite termos 8 relés em apenas 23 mm do trilho DIN.

Proteção contra surtos na conexão de RF (rádio frequência)

Utilize sempre protetores contra surtos na conexão do cabo de antena. Também chamados de centelhadores de RF, esses dispositivos protegem o rádio e facilitam a conexão do painel com o cabo externo de RF.

Saiba mais sobre o CLP Haiwell

Ferramenta de programação Saiba mais

CLP Haiwell série standard

CLP Haiwell Saiba mais

Curso de automação Saiba mais

Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água – Introdução

Este artigo é o primeiro de uma série na qual repassamos todo o conhecimento que acumulamos ao longo de mais de 25 anos fornecendo sistemas de automação e telemetria de água e esgoto em municípios de norte a sul do Brasil.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

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Assunto que serão tratados nesta série de artigos

Esquemáticos e softwares gratuitos

Juntamente com os artigos, serão fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

Prévia dos artigos da série

Nesse artigo apresentamos a topologia básica dos sistemas municipais de água e descreve os principais tipos de estações componentes da telemetria, como reservatório, elevatórias, boosters, VRPs, macromedidores, ETAs e ETEs.

Esse artigo apresenta a lógica de intertravamento entre reservatórios e suas respectivas estações elevatórias, sensores hidráulicos e elétricos, e parâmetros de ajuste de funcionamento.

Esse artigo apresenta os equipamento e softwares envolvidos na composição do centro de controle do sistema de telemetria de água e esgoto.

Nesse artigo são abordados os rádios modem utilizados na composição do sistema de comunicação, topologias de rádios, análises de viabilidade de rádio enlace e fornecidas as planilhas utilizadas para o cálculo dos enlaces.

Apresentamos nesse artigo o projeto completo de painéis compostos por CLP, IHM, rádio modem e demais componentes para o controle e monitoração de reservatórios, elevatórias e demais estações remotas, incluindo os projetos elétricos completos e softwares de controle para download e utilização sem custo.

Abordamos nesse artigo os sensores de campo utilizados na telemetria do saneamento, tai como: transmissores de pressão, nível e vazão, multimedidores de grandezas elétricas, entre outros.

Esse artigo apresenta os CLPs utilizados na telemetria de água e esgoto, suas particularidades, detalhes de instalação e módulos interface para aquisição dos sinais dos sensores de campo e comando dos atuadores.

Esse artigo apresenta um software supervisório SCADA gratuito e disponibiliza para download um template já configurado para um sistema de telemetria municipal composto por 10 reservatórios e 10 elevatórias pronto para utilizar e sem custo. O mesmo pode ser adaptado, reduzido ou ampliado pelo usuário e não tem custo.

Projeto completo de automação e telemetria de uma estação elevatória de água tratada com dois grupos de moto bombas.

São apresentados o painel de telemetria com esquemático, o Ladder e o Manual de Projeto e Utilização completos com link para download.

Neste artigo apresentamos o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de um reservatório de água tratada.

Elipse E3 permite ao SAEMAS diagnosticar e solucionar problemas em fração de segundos

Solução da Elipse Software monitora, em tempo real, um total de 20 Estações de Armazenagem de Água e 60 motobombas controladas pelo SAEMAS em Sertãozinho (SP)

FONTE: https://www.elipse.com.br/case/elipse-e3-permite-ao-saemas-diagnosticar-e-solucionar-problemas-em-fracao-de-segundos/

Necessidade

O SAEMAS (Serviço Autônomo de Água, Esgoto e Meio Ambiente de Sertãozinho) é uma autarquia municipal responsável por executar e explorar os serviços de água e esgoto em Sertãozinho, interior de São Paulo. Para automatizar o sistema de abastecimento de água em Sertãozinho, o SAEMAS decidiu utilizar o Elipse E3.

A grande facilidade com que permite realizar ajustes, melhorias e expansões foi o fator determinante para a escolha da solução desenvolvida pela Elipse Software. Importante salientar a participação da Alfacomp Automação Industrial Ltda, empresa que implementou o E3 nesta aplicação concluída em março deste ano. SAEMAS - Telemetria de água e esgoto Figura 1. Tela inicial da aplicação do E3 no SAEMAS

Solução

O E3 permite monitorar e executar comandos sobre as 20 unidades do sistema de abastecimento de água de Sertãozinho, cada uma delas composta de um reservatório e três motobombas. Para isto, disponibiliza uma tela destinada a cada unidade, na qual é possível supervisionar as vazões, pressões, tensões e correntes assinaladas junto às motobombas, assim como os níveis de água nos reservatórios. SAEMAS - Telemetria de água e esgoto

Figura 2. Controle de uma das unidades que compõem a rede de abastecimento de Sertãozinho

Na mesma tela, o E3 permite também acompanhar a condição de operação das motobombas, informando, por exemplo, se há algum equipamento com defeito ou sob manutenção ou se a unidade já se encontra em operação naquele instante. Além disso, o software permite acompanhar ou resetar o período, em horas, de funcionamento das motobombas.

Ainda relacionado às motobombas, o E3 permite visualizar e ajustar as configurações padrões definidas para as suas tensões e correntes. As configurações padrões determinadas para as pressões com que as motobombas bombeiam a água em cada unidade também podem ser monitoradas e ajustadas pelo software.

SAEMAS - Telemetria de água e esgoto

Figura 3. Controle das configurações de tensão e corrente na motobomba entre o poço e o reservatório da unidade

O mesmo controle vale para as configurações dos níveis de água nos reservatórios, as quais podem ser ajustadas de forma que o sistema ligue ou desligue as motobombas conforme seja necessário, contribuindo assim para garantir o abastecimento e redução de desperdícios. Neste contexto voltado ao uso mais racional de água e energia, o E3 também permite selecionar quais estações entrarão em funcionamento nos horários de ponta conforme a demanda.

SAEMAS - Telemetria de água e esgoto

Figura 4. Tela que permite escolher quais estações serão acionadas nos horários de ponta

O E3 exibe ainda os níveis e volumes de água verificados no total e junto a cada reservatório, permitindo acessar as configurações padrões ajustáveis da altura da água em cada reservatório. As vazões mensuradas nas motobombas localizadas entre os poços e reservatórios, tanto a total quanto a calculada por hora, também são monitoradas, assim como o tempo de varredura do sistema de automação em cada unidade.

SAEMAS - Telemetria de água e esgoto

Figura 5. Controle do nível de água presente nos reservatórios

Por fim, a solução da Elipse permite emitir relatórios dos eventos, históricos e alarmes assinalados no período estipulado pelo usuário. Em relação aos alarmes, caso algum valor definido na configuração padrão não esteja sendo respeitado, por exemplo, haja uma subtensão muito abaixo da indicada, o E3 alerta os operadores via um sinal visual e sonoro.

Além dos relatórios, o software permite, que esta mesma análise de desempenho das unidades, seja realizada sob a forma de gráficos. Vale salientar que, tanto os relatórios quanto os gráficos podem ser exportados para PDF ou Excel, sendo instrumentos de extrema utilidade junto às auditorias de fiscalização.

SAEMAS - Telemetria de água e esgoto

Figura 6. Gráfico de análise das variáveis elétricas das motobombas de uma unidade

Benefícios

O Elipse E3 permite ao SAEMAS monitorar, em tempo real, as 20 unidades do sistema de abastecimento de água em Sertãozinho. Com isto, o operador é informado caso haja qualquer ocorrência via os alarmes, podendo agir com mais agilidade para solucioná-la. Uma manobra que, hoje, é feita em fração de segundos, antes, levava horas, uma vez que o monitoramento não era remoto, mas sim realizado de forma local.

“Os relatórios e informações geradas pelo E3 nos permitem diagnosticar e solucionar problemas com mais agilidade, dispensando o envio das rondas até cada unidade simplesmente para monitoramento”, disse Leandro Espinoza, Químico do SAEMAS.

Segundo Espinoza, este controle lhes possibilitou também verificar a necessidade de se elevar o fator de potência das motobombas. Um benefício que vai direto ao encontro do objetivo central desta automação, ou seja, reduzir os desperdícios com água e, neste caso em particular, energia.

“Graças ao E3, conseguimos verificar a necessidade de corrigirmos o fator de potência das motobombas e, a partir desta observação, podermos tomar, futuramente, as medidas mais indicadas para executar esta correção que, acreditamos, representará uma economia de energia na ordem de R$ 20 mil por mês”, revelou.

Confira abaixo outros benefícios proporcionados pelo software da Elipse ao SAEMAS:

Monitoramento, em tempo real, das variáveis de pressão, vazão e nível da água nos reservatórios;
Possibilidade de monitorar e ajustar as configurações padrões das tensões, correntes, pressões e níveis de água nos reservatórios;
Sistema de alarmes que alerta os operadores caso haja qualquer espécie de problema nas unidades;
Possibilidade de acompanhar ou resetar o tempo de funcionamento das motobombas;
Monitoramento da condição de operação das motobombas;
Emissão de relatórios dos eventos, históricos e alarmes, que podem ser exportados para Excel e PDF;
Emissão de gráficos de análise de desempenho das unidades, que, assim como os relatórios, também podem ser exportados para Excel e PDF.

Ficha Técnica

Cliente: SAEMAS
Integrador: Alfacomp Automação Industrial Ltda.
Pacote Elipse: Elipse E3
Plataforma: Windows Server 2012
Número de cópias: 4 (1 E3 Server + 3 E3 Viewer Control)
Pontos de I/O: 1500
Drivers de comunicação: MODBUS RTU

Atualização tecnológica da telemetria no SAAE de Sorocaba

Atualização tecnológica da telemetria de água e esgoto do SAAE de Sorocaba

A atualização tecnológica da telemetria de água e esgoto de um município visa renovar o sistema de telemetria de forma a torná-lo aberto e compatível com equipamentos genéricos, aproveitando ao máximo o sistema instalado para minimizar custos.

O processo de atualização inclui a qualificação do corpo técnico da empresa de saneamento para a manutenção do sistema de telemetria de forma que o contrato de manutenção seja uma opção da empresa e não a única alternativa.

Ou seja, a atualização tecnológica moderniza o sistema de telemetria e minimiza custos com manutenção.

Quando se faz necessária a atualização tecnológica

Os primeiros sistemas de automação e telemetria de água e esgoto surgiram há cerca de 20 anos no Brasil. Alguns sistemas foram implementados utilizando CLPs de mercado que hoje estão descontinuados e softwares supervisórios para os quais não existe mais suporte.

Outros sistemas foram desenvolvidos utilizando hardwares e software proprietários, deixando o usuário sujeito a contratos de manutenção com custos altos de reposição de peças.

Esse era o caso do sistema implantado no SAAE de Sorocaba onde o sistema era composto por controladores industriais e software supervisório proprietários ou obsoletos.

Isto significa que apenas o fornecedor original do sistema possuía equipamentos compatíveis para efetuar a substituição de peças defeituosas e para ampliar o sistema. A manutenção do sistema estava a cargo da empresa fornecedora da tecnologia, hoje é realizada pela própria equipe técnica do SAAE de Sorocaba.

Solução encontrada para a atualização tecnológica da telemetria

Decidiu-se utilizar CLPs de mercado comunicando em MODBUS RTU e cujo fornecedor mantivesse cursos regulares de utilização e programação. Foi utilizado um software supervisório de mercado com calendário regular de treinamentos.

Foram aproveitados rádios, antenas, transmissores de nível, pressão e vazão, medidores de grandezas elétricas, painéis elétricos, no-breaks, e demais instalações que estavam em boas condições operacionais.

O protocolo de comunicação MODBUS é de domínio público e sustentado pela quase totalidade de fabricantes de controladores lógicos e fornecedores de softwares supervisórios. A figura a seguir apresenta o equipamento instalado em estação existente:

O conjunto é composto por:

CLP
SW3300 – Seccionador, DPS e tomada
RS-5024 – Fonte de alimentação
IA2820 – Interface com 8 entradas analógicas
ID2908 – Interface relé com 8 saídas isoladas

O CLP é instalado na porta do painel existente. Os demais módulos são instalados na placa de montagem do painel existente. O número de interfaces poderá variar conforme a estação.

Onde há necessidade de um maior número de IOs foi instalado um conjunto composto por:

CLP
IHM Weintek que será instalado na porta do painel
SW3300 – Seccionador, DPS e tomada
RS-5024 – Fonte de alimentação
IA2820 – Interface com 8 entradas analógicas
ID2908 – Interface relé com 8 saídas isoladas

E o que é a TELEMETRIA DA ÁGUA E ESGOTO?

Trata-se da automação, monitoração e controle, em tempo real, de reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs via rádio.

Qual a importância da TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO?

Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

O sistema de telemetria é necessário para:

Garantir o abastecimento da população;
Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
Prevenir e minimizar perdas;
Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

Como funciona o CCO (Centro de Controle e Operação)?

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município.

Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

Como funciona a automação das estações?

Painéis de telemetria, constituídos de quadros elétricos dotados de CLP, rádio modem, fonte de alimentação com bateria e interfaces analógicas e digitais são instalados nos reservatórios, elevatórias de água e esgoto, pontos de macro medição, válvulas atuadoras e VRPs, ETAs e ETEs.

Rádios modem livres de licença de utilização junto a Anatel estabelecem a comunicação entre o CCO e as estações. CLPs fabricados no Brasil, programados em LADDER e comunicando em protocolo MODBUS RTU, controlam a monitoram a estação.

Por que Alfacomp?

Somos a única empresa brasileira fabricante de rádios modem, fornecendo sistemas de telemetria de água e esgoto com tecnologia aberta, protocolos de comunicação de uso comum e não proprietário, utilizando CLPs de mercado e software supervisório de mercado.

Vantagem de nossa solução:
Possuímos o melhor custo-benefício;
Tecnologia aberta que permite ampliar o sistema utilizando qualquer marca de CLP que comunique por MODBUS;
Software supervisório de mercado com amplo calendário de treinamentos;
Rádios modem fabricados no Brasil com suporte e manutenção nacionais;
Mais de 20 anos de experiência em automação do saneamento.

Como especificar um sistema de telemetria

O primeiro passo é o levantamento de campo, quando são coletadas as informações sobre os pontos de interesse, a saber: reservatórios, elevatórias de água e esgoto, boosters, pontos e macro medição, VRPs, ETAs, ETEs, e qualquer outra instalação que se deseje monitorar e controlar. O resultado deste levantamento é uma lista de informações contendo:

Descrição da instalação com a lista de instrumentos, parâmetros hidráulicos e elétricos, volumes, pressões, níveis, potências, etc;
Foto das instalações com estimativas de altura das edificações e reservatórios;
Coordenadas geográficas de cada ponto, preferencialmente em graus, minutos e segundos.

Com base nas informações enviadas, nossa equipe cria um anteprojeto descrevendo em detalhes a tecnologia que será fornecida para automatizar, monitorar e controlar as instalações de saneamento do município.

O cliente recebe então um manual de anteprojeto e uma planilha orçamentária contendo os valores de investimento para cada ponto de automação.

Deseja atualizar ou elaborar o sistema de telemetria de sua cidade? Aguardamos seu contato!

Telemetria de água e esgoto – 10 motivos para implantar em sua cidade

Por que a telemetria de água e esgoto é importante? Se você reside em um dos 5.570 municípios brasileiros este assunto é importante para você. Quando em uma cidade a população é quem avisa a empresa de águas do município sobre a falta de água, isso provavelmente se dá pelo fato de o município não possuir um sistema de telemetria de água e esgoto.

E o que é a Telemetria de Água e Esgoto?

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

Como funciona o CCO (Centro de Controle e Operação)?

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

10 motivos para implantar a Telemetria de Água e Esgoto em sua cidade

Motivo 1 – Garantir o abastecimento

Em uma cidade que não possui o sistema de telemetria de água e esgoto, é a população que avisa a companhia de saneamento quando falta água em um bairro. A população percebe que faltou água quando a caixa d’água da casa esgota o conteúdo. Contudo, muito antes disso o reservatório do bairro secou porque a estação elevatória parou de bombear ou a adutora rompeu. Se existisse um sistema de telemetria no município, o problema na elevatória ou na adutora seriam alarmados imediatamente, dando tempo para a equipe de manutenção restabelecer o abastecimento antes mesmo que a população perceba a falta d’água.

Motivo 2 – Antecipar situações de falha

O sistema de telemetria pode detectar problemas em motores, como vibração excessiva, sobre-temperatura e consumo anormal de energia. O sistema pode também perceber vazamentos que antecedem rupturas de adutoras pela diferença de vazões e por quedas em pressão, ou mesmo pela curva de enchimento e esvaziamento de reservatórios. Estas são algumas das formas de detectar problemas e antecipar a manutenção, minimizando custos e evitando situações de desabastecimento.

Motivo 3 – Minimizar perdas

Muitas cidades brasileiras apresentam perdas que vão de 20% a mais de 50%. Digamos que em uma cidade a perda seja de 50%, isto significa que para cada dois litros de água tratados apenas um é recebido pela população e faturado pela empresa de saneamento. As perdas podem ser reais ou aparentes. Perda real é aquela devida a vazamentos. Perda aparente é aquela devida a medições errôneas ou furto de água. A setorização da distribuição e utilização de macro medidores de vazão auxilia na busca das perdas. O valor macro medido é comparado com a medição dos hidrômetros e o trabalho de “caça” às perdas é priorizado nos bairros onde a perda é maior. Os macro medidores de vazão podem e devem fazer parte do sistema de telemetria.

Motivos 4 – Detectar rupturas de adutoras

Pela medição de pressão da rede é possível perceber quando um vazamento de adutora acontece. No monitor do CCO (Centro de Controle e Operação) a queda da pressão é imediatamente alarmada e os valores da pressão são registrados em gráficos históricos para posterior investigação das causas da ruptura.

Motivo 5 – Equilibrar a distribuição de água

Não são poucos os municípios que sofrem do problema de abastecimento por baixa produção de água tratada. Isso acontece quando os mananciais estão acusando baixos níveis ou quando acontecem chuvas que aumentam as partículas em suspensão e dificultam o tratamento nas ETAs (Estações de Tratamento de Água). Quando o consumo é maior que a produção é necessário equilibrar a distribuição, desviando água de bairros mais abastecidos para regiões mais desabastecidas. Isso é feito monitorando níveis de reservatório e pressões de rede, e desligando elevatórias que abastecem reservatório que estão mais abastecidos de forma a sobrar mais água para os mais críticos.

Motivo 6 – Minimizar custos com energia elétrica

O sistema de telemetria permite controlar as elevatórias de água e esgoto de forma a minimizar ou interromper o funcionamento das mesmas durante o horário de ponta. Com isso pode-se contratar regimes de fornecimento de energia com bandeiras tarifárias econômicas resultando em minimização do custo com energia elétrica. Outro fator que contribui para a diminuição do custo da energia elétrica é a diminuição das perdas reais. Quando as perdas são minimizadas, a produção de água pode ser diminuída, e menos água é bombeada, resultando em menor consumo elétrico.

Motivo 7 – Minimizar custos com pessoas

Não é incomum, ainda hoje, encontrarmos municípios em que o nível dos reservatórios é mantido por funcionários residentes ou em regime de turnos nas estações elevatórias e reservatórios. Existem também as situações em que o nível dos reservatórios é mantido por um funcionário que visita cada um para medir o nível, e liga ou desliga a elevatória correspondente. Em cidades que possuem sistemas de telemetria de água e esgoto, pode-se minimizar o número de pessoas envolvidas na operação da distribuição de água pois todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação) com uma equipe reduzida.

Motivo 8 – Minimizar custos com insumos químicos

No momento em que as perdas são minimizadas, menos água é produzida para um mesmo consumo do município. Menor produção de água resulta em menor consumo de produtos químicos.

Motivo 9 – Detectar invasões e roubo

A instalação de painéis de telemetria em cada elevatória e cada reservatório permite acoplar detectores de presença e switches em portas e janelas das instalações. Com este tipo de recurso a tentativa de invasão é imediatamente detectada e providências podem ser tomadas para impedir o sucesso dos ladrões.

Motivo 10 – Detectar falta de energia

Muito antes das empresas de energia tomarem conhecimento pela população sobre um problema de interrupção no fornecimento, o sistema de telemetria detecta a situação pois os painéis de telemetria normalmente são dotados de sistemas ininterruptos de energia (no-break) que sustenta o funcionamento do painel por alguma horas. Durante a falta de energia a unidade remota continua mohttp://www.alfacomp.ind.br/paineis-de-telemetrianitorando parâmetros hidráulicos e elétricos e transmitindo as leitura para o CCO. A falta de energia é reportada à concessionária de distribuição de energia elétrica para que providências sejam tomadas no sentido do restabelecimento do fornecimento.

Conclusão

O Sistema de Telemetria de Água e Esgoto monitora em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema, armazena e apresenta dados históricos sobre a qualidade do abastecimento, alarma vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões, previne e minimiza perdas. Enfim, garante a qualidade dos serviços prestados pela empresa de saneamento do município. Os primeiros sistemas de telemetria foram implantados há mais de 20 anos. Nos municípios onde o sistema existe, a sua necessidade passa a ser percebida como imprescindível. Por outro lado, ainda são muitas a cidades desprovidas desta tecnologia. Isso se deve principalmente à falta de conhecimento sobre os benefícios do sistema.

Conheça a telemetria implantada em São Leopoldo – RS

Telemetria da água no SAEMAS de Sertãozinho – SP

Artigo, Notícias, Saneamento

Descubra como o SAEMAS no município de Sertãozinho no interior de São Paulo viabilizou o sistema de telemetria da distribuição de água tratada do município com a ajuda da FEHIDRO e da ALFACOMP.

FEHIDRO

O Fundo Estadual de Recursos Hídricos apoia os estudos, a implementação e a manutenção de projetos de aproveitamento e gestão dos recursos hídricos do Estado de São Paulo e pode ser utilizado para financiar a implantação de sistemas de automação e telemetria do abastecimento de água municipais.

TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO

Trata-se da automação, monitoração e controle, em tempo real, de reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs via rádio. Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento. O sistema de telemetria é necessário em companhias de água e esgoto para:

Garantir o abastecimento da população;
Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
Prevenir e minimizar perdas;
Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

As telas de elevatória são funcionalmente semelhantes à tela abaixo. Permitem visualizar a atuar sobre o funcionamento da elevatória sendo mostrada.

COMO O SAEMAS OBTEVE O RECURSO DO FEHIDRO

O FEHIDRO financia grande parte do investimento a fundo perdido. Um projeto deve ser submetido ao Fundo Estadual apresentando o sistema a ser implantado e os benefícios esperados na melhoria da eficiência da utilização dos recursos hídricos.

BAIXE GRATUITAMENTE O MODELO DE MANUAL DE AUTOMAÇÃO E TELEMETRIA

EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO SAEMAS

Nos reservatórios e elevatórias são instalados painéis de telemetria dotados de controladores programáveis, rádios modem e demais componentes.

ESPECIFICANDO O SISTEMA DE TELEMETRIA

O primeiro passo é o levantamento de campo, quando são coletadas as informações sobre os pontos de interesse, a saber: reservatórios, elevatórias de água e esgoto, boosters, pontos e macro medição, VRPs, ETAs, ETEs, e qualquer outra instalação que se deseje monitorar e controlar. O resultado deste levantamento é uma lista de informações contendo:

Descrição das instalações com a lista de instrumentos, parâmetros hidráulicos e elétricos, volumes, pressões, níveis, potências, etc;
Fotos das instalações com estimativas de altura das edificações e reservatórios;
Coordenadas geográficas de cada ponto, preferencialmente em graus, minutos e segundos.

Com base nas informações enviadas, nossa equipe cria um anteprojeto descrevendo em detalhes a tecnologia que será fornecida para automatizar, monitorar e controlar as instalações de saneamento do município. O cliente recebe então um manual de anteprojeto e uma planilha orçamentária contendo os valores de investimento para cada ponto de automação.

Faça como o SAEMAS de Sertãozinho,

Conte com a Alfacomp para iniciar seu sistema de telemetria de água e esgoto. Solicite um estudo gratuito para o sistema de sua cidade.

Veja o exemplo de São Leopoldo no Rio Grande do Sul

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