Analisi dei dati per il settore idrico
MECO smartANALYTICS™è uno strumento di analisi e profilazione dei dati che collega e analizza i dati degli impianti di depurazione dell'acqua per migliorare l'efficienza operativa e l'affidabilità. I dati raccolti vengono profilati rispetto agli standard di progettazione e ad altri impianti sul campo. MECO smartANALYTICS™consente agli ingegneri di MECO di raccomandare le migliori pratiche operative per garantire che ogni impianto funzioni nel modo più efficiente e conveniente.
George V. Gsell è il presidente di Mechanical Equipment Company (MECO), azienda leader nella produzione di apparecchiature ingegnerizzate per la depurazione dell'acqua. L'azienda vanta 90 anni di storia e un'ampia gamma di prodotti per la desalinizzazione e la purificazione dell'acqua. Gsell condivide le sue riflessioni su MECO smartANALYTICS™, Big Data e acqua.
I big data e l'IoT vengono applicati a pompe, contatori dell'acqua e altri componenti industriali. MECO ha investito in analisi per i sistemi idrici. Perché? Quale impatto può avere l'applicazione dei big data sulla depurazione dell'acqua?
Tra le altre cose, i big data hanno la capacità di garantire l'affidabilità e la qualità dell'approvvigionamento idrico. Credo che la maggior parte delle persone pensi all'acqua del proprio rubinetto quando si parla di depurazione dell'acqua. Certamente le forniture comunali di acqua di rubinetto sono una risorsa importante, ma in tutta l'industria la purificazione dell'acqua proveniente da fonti non tradizionali e per altri usi è eccezionalmente importante. In alcuni casi, l'acqua del rubinetto non è disponibile o la sua qualità non è sufficiente. Per esempio, se vi trovaste su una nave della Marina o su una piattaforma petrolifera offshore, circondata dall'oceano, sapreste che gli impianti di desalinizzazione sottocoperta sono fondamentali non solo per l'approvvigionamento di acqua potabile dell'equipaggio, ma anche per i sistemi operativi delle navi, che richiedono un livello di purezza molto elevato. La logistica dei servizi di base diventa molto più difficile e l'approvvigionamento di acqua dolce non è scontato. Un altro esempio è la produzione di farmaci salvavita nell'industria biofarmaceutica, dove l'acqua ultrapura è l'ingrediente principale. In queste applicazioni e in altri settori, come la generazione di energia, gli alimenti e le bevande e altri, l'acqua è considerata un componente critico. La sua qualità e l'affidabilità della fornitura sono di vitale importanza. L'acqua viene purificata da macchinari o sistemi e non esistono alternative facilmente reperibili. Un guasto nella fornitura o nella qualità dell'acqua può avere conseguenze significative.
Quali sono i fattori che influenzano l'affidabilità di un sistema e che possono portare a problemi di disponibilità o di qualità?
I macchinari e i sistemi utilizzati per produrre acqua possono essere complessi e molti operano in condizioni difficili. Indipendentemente dal processo utilizzato, i sistemi di purificazione dell'acqua per varie industrie richiedono l'uso di materiali costosi, come membrane specializzate, acciai inossidabili di alta qualità, titanio e altre leghe. Durante il funzionamento, i macchinari sono soggetti a incrostazioni dovute a sostanze colloidali e organiche presenti nell'acqua grezza e a incrostazioni dovute a minerali. L'acqua grezza è normalmente concentrata e talvolta evaporata a temperature elevate. La pulizia è spesso necessaria e può utilizzare acidi, caustici, detergenti o ossidanti, tutti elementi che nel tempo danneggiano le apparecchiature e possono avere un impatto ambientale. La corrosione, la manutenzione e i tempi di inattività sono problemi da affrontare. La manutenzione ordinaria è necessaria e i big data ci aiuteranno idealmente a prevedere e a rispondere alle esigenze dei nostri clienti, invece di reagire a una telefonata o a un'e-mail.
Esistono diverse tecniche utilizzate per produrre acqua pura. A volte si utilizzano membrane ad alta pressione, mentre in altre applicazioni i componenti principali sono gli evaporatori, le unità a scambio ionico o i filtri antiparticolato. Ogni processo utilizzerà anche una serie di elementi ausiliari critici, come pompe ad alta pressione, dispositivi di recupero dell'energia, compressori, sistemi di iniezione chimica, pompe di trasferimento, valvole, controllori logici programmabili (PLC) e altri componenti. Un problema con uno qualsiasi degli elementi ausiliari spesso si traduce in un problema a livello di sistema, che può essere un precursore di un problema più grave relativo alla qualità dell'acqua o all'affidabilità del sistema. L'acquisizione dei dati viene talvolta utilizzata per il monitoraggio di routine e l'analisi delle tendenze. In questi casi, la supervisione e l'intervento dell'operatore sono generalmente piuttosto elevati. Gli scostamenti dalle normali condizioni operative generano allarmi che a volte portano all'arresto del sistema. L'analisi dei dati fornisce un mezzo più proattivo per gestire un sistema idrico nel miglior modo possibile. Si esaminano quantità significative di dati alla ricerca di piccoli cambiamenti che sono indicativi di un problema futuro.
La terminologia di MECO per l'applicazione dei big data è smartANALYTICS™. Ha un significato o è simile ad altre applicazioni di componenti che abbiamo appena citato?
La nostra applicazione non è quella di un componente, ma di un sistema composto da molti componenti. L'intuizione e la comprensione non solo del funzionamento dei componenti, ma anche dell'interazione tra questi e il sistema nel suo complesso sono fondamentali per la smartANALYTICS™. Disponiamo di progetti di sistemi standard, quindi essere in grado di mappare e rispecchiare le prestazioni effettive di un sistema rispetto ai criteri di progettazione e alla nostra esperienza con altri sistemi simili aiuta noi e il cliente.
A parte l'affidabilità e la qualità, quali sono le "altre cose" a cui avete fatto riferimento che i big data e la smartANALYTICS™di MECO possono influenzare?
L'efficienza operativa è un'area su cui ci concentriamo, perché i costi operativi della depurazione dell'acqua sono maggiori del costo iniziale dell'impianto. La sostenibilità è un'altra area in cui ci aspettiamo di avere un impatto. Anche l'interazione con i clienti è importante. Attraverso l'analisi, il reporting e il dialogo abbiamo un legame più forte e una condivisione delle conoscenze con i nostri clienti basata su dati ed esperienze.
Può farci un esempio di come la smartANALYTICS™viene utilizzata negli impianti idrici MECO?
Oggi i nostri parametri di progettazione dettagliati sono ben documentati. La profilazione dei dati operativi rispetto a queste informazioni progettuali può fornire una visione precoce dei problemi prima che si presentino. Ad esempio, un sistema intelligente conosce il consumo di energia di un motore, la sua velocità, la tensione, l'amperaggio, la temperatura e il livello di vibrazioni. Ma soprattutto, un sistema intelligente sa quali dovrebbero essere questi parametri in varie condizioni. È possibile tracciare un profilo rispetto al progetto e ad altri sistemi simili sul campo, in modo da identificare e diagnosticare le anomalie. Il rilevamento precoce può evitare interruzioni non programmate più costose e prolungare la vita operativa fino a quando non è possibile programmare la manutenzione.
Conosciamo anche la pressione differenziale prevista e la frequenza di rigenerazione di un particolare elemento filtrante in base a determinate condizioni dell'acqua grezza e ai nostri parametri di progettazione. Una variazione rispetto alle prestazioni previste potrebbe essere dovuta a un cambiamento nell'approvvigionamento di acqua grezza, oppure potrebbe indicare un problema con la qualità o la quantità di una sostanza chimica iniettata a monte. In genere, all'interno di un sistema di depurazione dell'acqua sono presenti più unità operative e spetta all'operatore verificare che tutte funzionino correttamente affinché il sistema funzioni in modo efficace. Noi ci occupiamo esclusivamente di depurazione dell'acqua. È l'unica cosa che facciamo. Questo significa che possiamo fornire competenze e servizi ai nostri clienti in modo efficiente.
Qual è l'impatto della smartANALYTICS™sui requisiti di manodopera e pensate che possa sostituire la necessità di operatori?
La Marina degli Stati Uniti, attraverso l'Office of Naval Research, ha finanziato programmi per lo sviluppo di sistemi avanzati di desalinizzazione a bordo delle navi che utilizzeranno idealmente l'analisi dei dati per supportare il funzionamento autonomo dei sistemi di desalinizzazione a bordo delle navi. L'obiettivo è quello di ridurre sostanzialmente il coinvolgimento del marinaio nel funzionamento dell'unità di desalinizzazione e di eliminare la manutenzione associata all'apparecchiatura durante il dispiegamento. Sebbene sembri un obiettivo ragionevole, si tratta di un'impresa ardua se si considerano i parametri e i vincoli operativi a bordo di una nave della Marina e i rigori della desalinizzazione dell'acqua di mare. Non siamo riusciti a ridurre il normale intervento dell'operatore, ma certamente un giorno ci aspettiamo di avere un impatto. Le aspettative attuali per le applicazioni industriali, dal punto di vista di MECO, sono di poter essere predittivi, in modo da poter pianificare il carico di lavoro ed essere più reattivi rispetto alle esigenze.
In che modo il coinvolgimento di MECO contribuisce al funzionamento degli impianti?
In qualità di produttori del sistema, disponiamo delle conoscenze e delle competenze interne per le operazioni di routine, compresa la conoscenza della chimica dell'acqua e delle funzioni specifiche dell'unità. Anche se non abbiamo prodotto il sistema, siamo in grado di integrare i team interni, che magari sono in difficoltà o soffrono di turnover. La formazione degli operatori è uno dei modi in cui abbiamo trasferito le conoscenze per aiutare gli utenti dei loro sistemi. La nostra competenza interna deriva da un'ampia base di sistemi installati e possiamo utilizzare questa base di dati ed esperienza per assistere meglio i clienti nel funzionamento dei singoli impianti. Piccole variazioni nei dati potrebbero essere al di sotto di un limite di allarme e passare inosservate a un operatore, ma la deviazione potrebbe essere coerente con una variabile nota al produttore, che ha accesso a una popolazione più ampia di impianti.
MECO ha promosso il suo programma smartANALYTICS™come fonte di miglioramento della sostenibilità. Può spiegarci meglio?
I nostri clienti stanno massimizzando i tassi di recupero dell'acqua e riducendo al minimo il consumo energetico dei loro impianti? Vogliamo prolungare la durata delle membrane monouso e ridurre il consumo di sostanze chimiche utilizzate per la pulizia. Il recupero complessivo dell'acqua e quindi la quantità di acqua scartata nel processo di depurazione può essere funzione di una serie di fattori, tra cui la qualità dell'acqua grezza, la degradazione o l'incrostazione di membrane e resine, problemi meccanici o altro. L'analisi dei dati può essere utilizzata per massimizzare il recupero dell'acqua dove altrimenti potrebbe passare inosservato e quindi ridurre l'impronta idrica di un impianto. È possibile risparmiare energia e manutenzione non solo aumentando il recupero dell'acqua, ma anche prolungando il funzionamento e riducendo il numero di avviamenti e arresti. Se riusciamo a migliorare le operazioni in modo da consumare meno filtri e membrane, ciò significa ridurre i rifiuti nell'ambiente. Lo stesso vale per il consumo di sostanze chimiche, sia che vengano utilizzate per il normale funzionamento che per le pulizie di manutenzione. Credo che la condivisione delle migliori pratiche e delle informazioni basate su dati concreti possa avere un impatto significativo sulle iniziative di sostenibilità. Dal punto di vista ambientale, un impianto idrico ha un impatto relativamente significativo rispetto a molti altri processi industriali.
Infine, può condividere la sua visione dei big data in relazione alla depurazione dell'acqua in futuro?
I venditori al dettaglio e le società di carte di credito conoscono le mie abitudini di spesa e utilizzano questi dati non solo per vendermi cose che potrebbero interessarmi, ma anche per proteggermi da furti e frodi. La tecnologia è arrivata e avrà un impatto significativo sul settore idrico. Idealmente, vedremo l'analisi dei dati avere un impatto sulle questioni più ampie legate alla scarsità, alla contaminazione e alla sostenibilità dell'acqua.