Análise de dados para o sector da água
O MECO smartANALYTICS™é uma ferramenta de análise e criação de perfis de dados que liga e analisa dados de instalações de purificação de água para melhorar a eficiência operacional e a fiabilidade. Os dados recolhidos são comparados com os padrões de design e outras instalações no terreno. O MECO smartANALYTICS™permite que os engenheiros da MECO recomendem as melhores práticas operacionais para garantir que cada planta esteja operando da maneira mais eficiente e econômica.
George V. Gsell é o Presidente da Mechanical Equipment Company (MECO), um fabricante líder de equipamento de engenharia para a purificação de água. A empresa tem 90 anos de história e uma ampla base de produtos para dessalinização e purificação de água. O Sr. Gsell partilha as suas ideias sobre MECO smartANALYTICS™, Big Data e Água.
Big data e IoT estão a ser aplicados em bombas, contadores de água e outros componentes industriais. A MECO tem investido em análises para sistemas de água. Porquê? Que impacto pode ter a aplicação de grandes volumes de dados na purificação da água?
Entre outras coisas, os grandes volumes de dados têm a capacidade de garantir a fiabilidade e a qualidade do abastecimento de água. Suspeito que a maioria das pessoas pensa no abastecimento municipal de água da torneira quando se fala em purificação da água. É certo que os abastecimentos municipais de água da torneira são um recurso importante, mas em toda a indústria, a purificação da água de fontes não tradicionais e para outras utilizações é excecionalmente importante. Nalguns casos, a água da torneira não está disponível ou a sua qualidade não é suficiente. Por exemplo, se estiver num navio da marinha ou numa plataforma petrolífera offshore, rodeado pelo oceano, saberá que as instalações de dessalinização abaixo do convés são fundamentais não só para o abastecimento de água potável à tripulação, mas também para os sistemas operacionais dos navios, que exigem um nível de pureza muito elevado. A logística dos serviços básicos torna-se muito mais difícil e o abastecimento de água doce não é um dado adquirido. Outro exemplo é o fabrico de medicamentos que salvam vidas na indústria biofarmacêutica, em que a água ultrapura é o ingrediente principal. Nestas aplicações e indústrias, tais como a produção de energia, alimentos e bebidas e outras, a água é considerada um componente crítico. A sua qualidade e fornecimento fiável são de importância vital. A água é purificada por máquinas ou sistemas, e não existe uma alternativa prontamente disponível. Uma falha no fornecimento ou na qualidade da água pode ter consequências significativas.
Que factores influenciam a fiabilidade de um sistema que podem levar a problemas de disponibilidade ou qualidade?
A maquinaria e os sistemas utilizados para produzir água podem ser complexos e muitos funcionam em condições difíceis. Independentemente do processo utilizado, os sistemas de purificação de água para várias indústrias requerem a utilização de materiais dispendiosos, tais como membranas especializadas, aços inoxidáveis de alta qualidade, titânio e outras ligas. Durante o funcionamento, a maquinaria está sujeita a incrustações de matéria coloidal e de substâncias orgânicas presentes na água bruta, bem como a incrustações de minerais. A água bruta é normalmente concentrada e, por vezes, evaporada a temperaturas elevadas. As limpezas são frequentemente necessárias e podem utilizar ácidos, produtos cáusticos, detergentes ou oxidantes, todos eles prejudiciais para o equipamento ao longo do tempo e que podem ter um impacto ambiental. A corrosão, a manutenção e o tempo de inatividade são questões a resolver. É necessária uma manutenção de rotina e, idealmente, os grandes volumes de dados ajudar-nos-ão a prever e a responder às necessidades dos nossos clientes, em vez de reagirmos a um telefonema ou a um e-mail.
Existem várias técnicas utilizadas para fabricar água pura. Por vezes, são utilizadas membranas sob alta pressão e, noutras aplicações, os principais componentes são evaporadores, unidades de permuta iónica ou filtros de partículas. Cada processo utiliza também uma série de elementos auxiliares críticos, tais como bombas de alta pressão, dispositivos de recuperação de energia, compressores, sistemas de injeção de produtos químicos, bombas de transferência, válvulas, controladores lógicos programáveis (PLC) e outros componentes. Um problema com qualquer um dos elementos auxiliares resulta frequentemente num problema em todo o sistema, que pode ser um precursor de um problema mais grave relacionado com a qualidade da água ou a fiabilidade do sistema. A aquisição de dados é por vezes utilizada para monitorização de rotina e análise de tendências. Nestes casos, a supervisão e a intervenção do operador são geralmente bastante elevadas. Os desvios das condições normais de funcionamento geram alarmes que, por vezes, resultam numa paragem. A análise de dados proporciona um meio mais proactivo de operar um sistema de água da melhor forma possível. Estamos a analisar quantidades significativas de dados para detetar pequenas alterações que sejam indicativas de um problema futuro.
A terminologia da MECO para a aplicação de grandes volumes de dados é smartANALYTICS™. Há algum significado para isso ou é semelhante a outras aplicações de componentes que acabámos de mencionar?
A nossa aplicação não é a de um componente, mas sim a de um sistema composto por muitos componentes. O conhecimento e a compreensão, não só do funcionamento dos componentes, mas também da interação entre esses componentes e o sistema como um todo, são fundamentais para o smartANALYTICS™. Temos concepções de sistemas padrão, por isso, ser capaz de mapear e espelhar o desempenho real de um sistema para os seus critérios de conceção e a nossa experiência com outros sistemas semelhantes ajuda a informar-nos a nós e ao cliente.
Para além da fiabilidade e da qualidade, que "outras coisas" que referiu podem ser afectadas pelo big data e pelo MECO smartANALYTICS™?
A eficiência operacional é uma área em que estamos concentrados, porque os custos operacionais da purificação da água são maiores do que o custo inicial da fábrica. A sustentabilidade é outra área em que esperamos ter um impacto. A interação com o cliente também é importante. Através de análises, relatórios e diálogo, temos uma ligação mais forte e uma partilha de conhecimentos com os nossos clientes com base em dados e experiências.
Pode dar-nos um exemplo de como o smartANALYTICS™é utilizado nas estações de tratamento de água MECO?
Atualmente, os nossos parâmetros de conceção detalhados estão bem documentados. A análise dos dados de funcionamento em relação a esta informação de conceção pode dar uma visão antecipada dos problemas antes de eles surgirem. Por exemplo, um sistema inteligente conhece o consumo de energia de um motor, bem como a sua velocidade, tensão, amperagem, temperatura e nível de vibração. Mais importante ainda, um sistema inteligente sabe quais devem ser estes parâmetros em várias condições. Estes parâmetros podem ser perfilados em relação ao projeto e a outros sistemas semelhantes no terreno, de modo a que as anomalias possam ser identificadas e diagnosticadas. A deteção precoce pode evitar interrupções mais dispendiosas e não planeadas mais tarde e prolongar a vida operacional até que a manutenção possa ser programada.
Conhecemos também a pressão diferencial esperada e a frequência de regeneração de um determinado elemento filtrante com base em determinadas condições da água bruta e nos nossos parâmetros de conceção. Uma variação do desempenho esperado pode dever-se a uma alteração no abastecimento de água bruta ou pode indicar um problema com a qualidade ou quantidade de um produto químico injetado a montante. Normalmente, existem várias operações unitárias num sistema de purificação de água, e cabe ao operador verificar se todas elas estão a funcionar corretamente para que o sistema funcione de forma eficaz. O nosso único objetivo é a purificação da água. É tudo o que fazemos. Isto significa que podemos fornecer conhecimentos especializados e serviços aos nossos clientes de uma forma eficiente.
Que impacto tem o smartANALYTICS™nos requisitos de mão de obra e considera que substitui a necessidade de operadores?
A Marinha dos EUA, através do Gabinete de Investigação Naval, financiou programas para o desenvolvimento de Sistemas Avançados de Dessalinização a Bordo que, idealmente, utilizarão a análise de dados para apoiar o funcionamento autónomo dos sistemas de dessalinização a bordo. O objetivo é reduzir substancialmente o envolvimento do marinheiro na operação da unidade de dessalinização e eliminar a manutenção associada ao equipamento durante a utilização. Embora pareça um objetivo razoável, é uma tarefa difícil, tendo em conta os parâmetros e restrições de funcionamento a bordo de um navio da Marinha e os rigores da dessalinização da água do mar. Não fomos bem sucedidos na redução da intervenção normal do operador, mas certamente um dia esperamos ter um impacto. As expectativas atuais para aplicações industriais, na perspetiva da MECO, são de que possamos ser preditivos, de modo a planejar a carga de trabalho e responder melhor às necessidades, em vez de sermos reativos.
Como é que a participação da MECO contribui para o funcionamento das instalações?
Como fabricante do sistema, temos o conhecimento e a experiência internos para as operações de rotina, incluindo um conhecimento prático da química da água e das funções específicas da unidade. Mesmo que não tenhamos fabricado o sistema, somos capazes de complementar as equipas internas que possam estar sobrecarregadas ou a sofrer de rotatividade. A formação de operadores é uma forma de transferirmos conhecimentos para ajudar os utilizadores dos seus sistemas. A nossa experiência interna deriva de uma vasta base de sistemas instalados, e podemos utilizar essa base de dados e experiência para melhor servir os clientes no funcionamento de instalações individuais. Pequenas variações nos dados podem estar abaixo de um limite de alarme e passar despercebidas a um operador, mas o desvio pode ser consistente com uma variável conhecida pelo fabricante, que tem acesso a uma população maior de instalações.
A MECO promoveu o seu programa smartANALYTICS™como uma fonte de melhoria da sustentabilidade. Pode explicar isso?
Estarão os nossos clientes a maximizar as taxas de recuperação de água e a minimizar o consumo de energia das suas instalações? Queremos prolongar a vida útil das membranas descartáveis e reduzir o consumo de produtos químicos utilizados nas limpezas. A recuperação global de água e, consequentemente, a quantidade de água rejeitada para resíduos no processo de purificação pode ser função de vários factores, incluindo a qualidade da água bruta, a degradação ou incrustação de membranas e resinas, problemas mecânicos ou outras questões. A análise de dados pode ser utilizada para maximizar a recuperação de água onde, de outra forma, poderia passar despercebida e, assim, diminuir a pegada hídrica de uma instalação. As poupanças de energia e manutenção podem ser obtidas não só através do aumento da recuperação de água, mas também através do prolongamento do funcionamento e da redução do número de arranques e paragens. Se conseguirmos melhorar as operações de modo a consumirmos menos filtros e membranas, isso significa menos resíduos para o ambiente. O mesmo se pode dizer do consumo de produtos químicos, quer sejam utilizados no funcionamento normal ou nas limpezas de manutenção. Penso que a partilha das melhores práticas e de informações baseadas em dados concretos pode ter um impacto significativo nas iniciativas de sustentabilidade. Do ponto de vista ambiental, uma fábrica de água tem um impacto relativamente significativo em comparação com muitos outros processos industriais.
Por último, pode partilhar a sua opinião sobre os grandes volumes de dados no que respeita à purificação da água no futuro?
Os vendedores retalhistas e as empresas de cartões de crédito conhecem os meus hábitos de consumo e utilizam esses dados não só para me venderem coisas em que possa estar interessado, mas também para me protegerem de roubos e fraudes. A tecnologia está aqui e terá um impacto significativo no sector da água. Idealmente, veremos a análise de dados afetar as questões mais vastas da água, como a escassez, a contaminação e a sustentabilidade.