O controlo é um conceito central na engenharia de processos que permite a monitorização e o ajuste contínuos dos processos. No tratamento industrial de água e de águas residuais, o controlo descreve o controlo orientado dos parâmetros físicos, químicos e biológicos de uma instalação, a fim de garantir um funcionamento estável, eficiente e seguro. O objetivo do controlo é manter valores-alvo para determinados parâmetros do processo ou corrigir falhas do processo através de um ajuste dinâmico.

Fundamentos da engenharia de controlo

Definição e estrutura de uma malha de controlo

Um circuito de controlo consiste em vários elementos funcionais que trabalham em conjunto para atingir e manter um valor de referência definido para um parâmetro de processo (por exemplo, valor de pH, temperatura, pressão ou caudal). Os principais componentes de um circuito de controlo são

  1. Controlador: O elemento central que calcula os ajustamentos necessários com base nos valores medidos.
  2. Elemento de medição: regista o valor real do processo (por exemplo, sonda de pH, elétrodo redox ou sensor de fluxo).
  3. Atuador: Efectua os ajustes (por exemplo, bomba doseadora, válvula ou motor).
  4. Processo: O sistema físico ou químico que é controlado.
  5. Sinal de feedback: Devolve o valor atual ao controlador.

A função básica de um circuito de controlo baseia-se na comparação entre o ponto de ajuste e o valor real. Um desvio (diferença de controlo) é reconhecido e compensado pelo atuador.

Diferença entre controlo e regulação

Ao contrário do sistema de controlo, que não tem feedback e se baseia em especificações fixas, o controlo em malha fechada é um processo dinâmico que reage ao feedback do sistema. Isto torna o controlo em circuito fechado mais robusto contra falhas e alterações no processo.

Aplicação do regulamento no tratamento de águas industriais e de águas residuais

O controlo é essencial na tecnologia da água e das águas residuais, uma vez que muitos parâmetros têm de ser mantidos com precisão para garantir um tratamento eficaz. As aplicações importantes são descritas abaixo:

1. regulação do valor do pH

O valor do pH é um dos parâmetros-chave no tratamento de água e de águas residuais. O controlo preciso do pH é crucial para:

  • Precipitação e floculaçãoA formação de flocos (por exemplo, de compostos de alumínio ou ferro) é fortemente dependente do pH. Um valor de pH fora da gama óptima reduz a eficácia da precipitação.
  • Proteção contra a corrosão: Um valor de pH demasiado baixo ou demasiado elevado pode levar à corrosão de tubagens e sistemas.
  • Neutralização: Em muitos processos, por exemplo, em fábricas de lacticínios ou na indústria química, as águas residuais ácidas ou alcalinas têm de ser levadas para uma gama neutra em instalações de neutralização.

O controlo é normalmente conseguido através de um sensor de pH que regista o valor real e um sistema de dosagem que adiciona ácido ou alcalino para atingir o valor alvo.

2. regulação do potencial redox

O potencial redox é um indicador do poder oxidante ou redutor de uma solução. O controlo deste parâmetro é frequentemente utilizado para:

  • Processos de desinfeção: Controlo da dosagem de agentes oxidantes como o cloro ou o ozono.
  • Redução de metais pesados: Controlo do fornecimento de agentes redutores (por exemplo, bissulfito de sódio para a conversão de crómio(VI) em crómio(III)).

Um circuito de controlo dinâmico permite um ajuste preciso de forma a otimizar as condições de reação.

Sistema de neutralização de funcionamento contínuo

Foto: Dosagem controlada por pH de ácido e alcalino no circuito de reação do nosso sistema de neutralização ALMA Neutra

3. controlo do fluxo

O controlo do caudal desempenha um papel essencial no tratamento das águas de processo e no funcionamento dos sistemas, nomeadamente no caso de..:

Os medidores de caudal, como os sistemas de medição ultra-sónicos, electromagnéticos ou de pressão diferencial, fornecem o valor real, enquanto as válvulas de controlo ou as bombas regulam o caudal.

4. controlo da temperatura

O controlo da temperatura é particularmente importante em processos como o tratamento biológico de águas residuais (por exemplo, em reactores anaeróbios), uma vez que os microrganismos reagem de forma sensível às flutuações de temperatura. O controlo da temperatura é conseguido através de:

  • Permutador de calor para arrefecimento ou aquecimento.
  • Sensores térmicos para monitorizar o valor real.
5. Controlo da dosagem de precipitantes e floculantes através da medição em linha da CQO

O controlo da dosagem de precipitantes e floculantes através da medição em linha da CQO (carência química de oxigénio) é um método avançado de otimização da eficiência dos processos de precipitação e floculação no tratamento de águas residuais industriais. A CQO é uma medida da quantidade total de substâncias organicamente oxidáveis na água e fornece uma indicação direta da carga poluente.

Funcionalidade do controlo:

  • Um analisador em linha de CQO mede continuamente o teor de substâncias orgânicas oxidáveis no fluxo de águas residuais. A medição é efectuada em tempo real e fornece dados precisos sobre a contaminação atual da água.
  • A quantidade de dosagem de precipitantes (por exemplo, sais de ferro ou alumínio) e floculantes (por exemplo, polímeros) é automaticamente ajustada com base nos valores de CQO medidos.
  • O circuito de controlo utiliza o valor COD medido como valor real, compara-o com o valor-alvo especificado e controla a adição de produtos químicos através do sistema de dosagem.

Vantagens deste regulamento:

  • Utilização eficiente de produtos químicos: A dosagem é adaptada com precisão à carga de sujidade atual, evitando assim a sobredosagem e o consumo desnecessário de produtos químicos.
  • Qualidade estável do efluente: O ajuste preciso dos produtos químicos assegura um desempenho de limpeza consistentemente elevado, o que é particularmente importante quando as cargas de águas residuais sofrem grandes flutuações.
  • Redução de custos: A adição de produtos químicos conforme necessário reduz os custos de funcionamento e minimiza a produção de lamas, uma vez que não ficam precipitantes excedentes por utilizar.

Aplicação técnica do regulamento

Algoritmos de controlo

Os circuitos de controlo modernos utilizam vários algoritmos para calcular os ajustes do atuador. As estratégias de controlo mais comuns são

  • Controlador P (controlador proporcional): Ajusta o atuador em proporção ao desvio. Simples, mas com precisão limitada.
  • Controlador PI (controlador proporcional-integral): Combina ajustes proporcionais com compensação para desvios sistemáticos (offset).
  • Controlador PID (controlador proporcional-integral-diferencial): Complementa o controlo através da previsão de alterações futuras com base na taxa de alteração do valor real. Ideal para processos dinâmicos como o tratamento de água.
Integração em sistemas de controlo de processos

Nos sistemas modernos, os circuitos de controlo estão integrados em sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ou em sistemas DCS (Distributed Control Systems). Estes sistemas permitem

  • Monitorização em tempo real de todos os parâmetros de controlo.
  • Alarmes automáticos quando os valores-limite são ultrapassados.
  • Registo de dados para analisar e otimizar a eficácia do sistema de controlo.
Medição em linha da COD na entrada do ALMA NeoDAF HDED para otimização da dosagem de precipitantes

Foto: Dosagem controlada por COD de precipitantes e floculantes na entrada da nossa instalação de flotação ALMA NeoDAF

Desafios e oportunidades de otimização

Avarias no circuito de controlo

As falhas frequentes no sistema de controlo são causadas por

  • Erros de sensor: Imprecisões ou falhas nas sondas de pH, eléctrodos redox ou sensores de fluxo.
  • Inércia do processo: Atrasos entre a ação do atuador e a reação no processo.
  • Não linearidade: Muitos processos hidroquímicos apresentam um comportamento não linear que sobrecarrega os algoritmos de controlo simples.
Otimização através do controlo baseado em modelos

As estratégias de controlo baseadas em modelos, como o controlo adaptativo ou o controlo preditivo (MPC), utilizam modelos matemáticos do processo para permitir ajustes mais precisos e mais rápidos. Estas abordagens são particularmente úteis em aplicações complexas, como a filtração por membranas ou reactores biológicos.

Conclusão

O controlo é uma ferramenta indispensável no tratamento industrial de água e de águas residuais. Permite o controlo preciso de parâmetros críticos do processo, como o valor do pH, o potencial redox, o caudal e a temperatura, garantindo assim um funcionamento estável e eficiente dos sistemas. Um bom conhecimento da tecnologia de controlo e da sua aplicação é essencial para engenheiros e operadores, de modo a evitar interrupções no processo, aumentar a eficiência e garantir a conformidade com os requisitos legais.

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