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Saiba como criar um caso de negócio para a monitorização do estado das suas bombas submersas.

Esgotos mais inteligentes: Deteção de bloqueios de estações de bombagem com dados em tempo real sobre o estado dos activos

Índice

Os entupimentos nas estações de bombagem de esgotos são uma das principais causas de incidentes de poluição. Uma análise recente das ocorrências de transbordo de esgotos combinados em Inglaterra revelou que quase um em cada cinco incidentes teve lugar em estações de bombagem [1]. Isto significa que a deteção e prevenção de bloqueios nas estações de bombagem oferece uma enorme oportunidade para reduzir os fenómenos de poluição. 

Bloqueios de bombas de esgoto 

As bombas de esgoto desempenham um papel vital na rede de distribuição de águas residuais. Infelizmente, é muito fácil que estes importantes activos fiquem bloqueados. Um dos principais culpados são os entupimentos provocados por artigos não biodegradáveis, como toalhetes húmidos, fraldas, cotonetes e óleo endurecido. Estes objectos, erradamente despejados nos esgotos, acumulam-se e formam "resíduos de gordura" que restringem o fluxo das águas residuais. Outro culpado é que, por vezes, objectos duros como pedras, brinquedos ou mesmo galhos podem danificar os componentes da bomba. Noutros casos, um entupimento pode levar ao disparo de um motor ou a uma avaria inesperada da bomba. Em qualquer caso de entupimento ou de avaria do equipamento, existe o perigo de as águas residuais, em vez de serem transportadas, se acumularem no interior do poço e inundarem a área circundante, dando origem a um incidente de poluição.

Soluções directas e indirectas

Atualmente, as empresas de abastecimento de água dispõem de várias soluções directas e indirectas que podem ajudar a evitar o bloqueio das estações de bombagem. Muitas empresas de água em todo o mundo já estão a investir muitos recursos no aumento da resiliência do sistema de águas residuais, construindo novas infra-estruturas, redesenhando a rede para separar as águas pluviais das águas residuais, investindo em infra-estruturas verdes e muito mais. Do mesmo modo, uma campanha concertada de educação dos consumidores poderia diminuir o número destes incidentes, reduzindo a quantidade de materiais inadequados que são despejados nas sanitas e nos esgotos, causando o entupimento das condutas e das bombas de esgotos. Até que os consumidores mudem o seu comportamento, a única opção direta disponível para os serviços de águas residuais é detetar e resolver os bloqueios das bombas antes que causem um transbordo. É aqui que as soluções de análise e monitorização do estado dos activos em tempo real já estão a desempenhar um papel importante, permitindo que as empresas de água lidem com os bloqueios de forma atempada.



Assinatura eléctrica análise (ESA) monitorização

Tradicionalmente, as empresas de águas residuais efectuam milhares de visitas por ano para levantar, inspecionar e desbloquear preventivamente as bombas de esgotos. Isto cria um desafio operacional e logístico significativo, com um elevado risco de ocorrência de falhas inesperadas entre as visitas. Mas e se houvesse uma forma fiável de localizar o entupimento da bomba à distância, mesmo para bombas submersas em poços húmidos? 

Isto pode parecer um desejo, mas existe uma tecnologia robusta de deteção de avarias que faz exatamente isso. Chama-se análise da assinatura eléctrica (ESA). Como o próprio nome sugere, O ESA mede a tensão e a corrente que estão a ser fornecidas ao motor que acciona a bomba ou outro equipamento, para controlar com precisão o estado de toda a máquina. Uma vez que o ESA capta sinais eléctricos, os seus sensores são sondas de corrente e tensão não invasivas que se instalam à volta dos fios de fase na segurança do armário de controlo do motor, e não na própria bomba. Isto significa que os sensores do ESA nunca serão expostos às condições corrosivas e abrasivas em que uma bomba submersa funciona. Esta tecnologia torna possível fornecer informações precisas e úteis sobre equipamentos que antes eram difíceis ou mesmo impossíveis de monitorizar. Combinadas com sensores sem fios e aprendizagem automática, as soluções ESA do século XXI têm o potencial de detetar precocemente a degradação do estado dos activos e o entupimento das bombas. 

SCE e deteção de bloqueios

Tanto as avarias eléctricas como as mecânicas afectam ae sinais de corrente e tensão, e cada falha tem a sua própria "assinatura" caraterística. O mesmo se aplica ao entupimento da bomba, que também produz uma assinatura específica nos dados eléctricos. Quando isto é combinado com o conhecimento das características do motor e algoritmos de aprendizagem automática, pode ajudar os sistemas ESA a detetar e localizar bloqueios de bombas numa fase inicial.

LEITURA RELACIONADA: Utilize análises avançadas para detetar remotamente o entupimento de bombas, evitando incidentes de poluição e conduzindo a um planeamento de manutenção optimizado [explicador].

Três vantagens da tecnologia de deteção de obstruções

A pedido e com a contribuição dos nossos clientes, criámos em conjunto um função de deteção de obstruções como parte do nosso SAM4 Health para fornecer avisos precoces de eventos de entupimento. Desde o lançamento da funcionalidade, os nossos clientes utilizaram os alarmes de sistema resultantes para evitar inúmeros incidentes de poluição potenciais. Este blogue irá explorar a forma como estas três situações do mundo real demonstram os benefícios da tecnologia de deteção de obstruções no caminho para zero incidentes de poluição. 

Vantagem 1: Dar prioridade à manutenção com base no estado de toda a estação de bombagem

Um cliente tinha uma estação de bombagem de águas residuais com duas bombas co-localizadas a funcionar num regime alternado de serviço-standby. Uma noite, os dados SAM4 detectaram sinais de formação de um bloqueio numa das bombas. A análise confirmou que uma bomba tinha um bloqueio parcial persistente enquanto a outra estava bem. Após 48 horas de monitorização rigorosa, o cliente recebeu um alerta de prioridade média que o notificava do entupimento contínuo e recomendava a manutenção na semana seguinte.

Uma semana mais tarde, a outra bomba começou a dar sinais de entupimento. Uma vez que isto poderia representar um risco de poluição, foi enviado um alerta vermelho ao cliente. Confirmaram o que a funcionalidade de deteção de entupimento SAM4 tinha encontrado: ambas as bombas estavam parcialmente bloqueadas. Esta visão fiável dos desenvolvimentos em curso, tendo em conta a configuração de toda a estação de bombagem, permitiu ao cliente planear a sua manutenção, bem como tomar medidas de emergência quando necessário. Estas detecções também evitaram 40 mil euros em custos de manutenção e uma multa por poluição estimada em 150 mil euros.

Pontuações de entupimento de um estudo de caso da Yorkshire Water que, após algum tempo, se tornam novamente saudáveis.
A partir do gráfico abaixo, é claro ver a resolução de ambos os incidentes de entupimento. Assim que a equipa de manutenção removeu os bloqueios, as pontuações de entupimento continuamente elevadas na bomba 2 e os sinais de desenvolvimento de entupimento na bomba 1 dissiparam-se, revertendo para níveis de pontuação de entupimento saudáveis.

Vantagem 2: Identificar exatamente onde se está a formar o bloqueio

O sistema SAM4 Health notou um aumento nas pontuações de entupimento em uma bomba em outra estação de duas bombas. Quando as pontuações de entupimento permaneceram consistentes durante um longo período de monitoramento, o cliente agendou uma inspeção completa pelos engenheiros do OEM. Antes da visita, nossos analistas especializados mergulharam profundamente nos dados e foram capazes de identificar o problema.

A análise indicou um aumento consistente da energia espetral em torno da frequência de alimentação e uma alteração súbita da potência ativa, que são indicadores de cavitação. Com base nestes dados, aconselhámos que o bloqueio se estava a formar fora da bomba e recomendámos ao cliente que verificasse a entrada e o lado de descarga da estação de bombagem quanto a qualquer obstrução. A inspeção confirmou que a entrada da bomba estava bloqueada. O ativo foi desligado para manutenção. Depois que o cliente limpou o poço e a entrada da bomba, o sistema Samotics' confirmou que a bomba voltou a funcionar normalmente.

Pontuações de obstrução quando a Yorkshire Water está a inspecionar a bomba 2. Apenas as pontuações da bomba 1 mostram
Gráfico da bomba 1 e 2 mostrando as pontuações normais de entupimento que recomeçam após a limpeza do poço. 

Benefício 3: Assegurar uma visão fiável dos activos

Uma estação de bombeamento de esgoto tinha duas bombas localizadas que eram monitoradas por sistemas de telemetria, bem como pela solução de monitoramento de ativos da Samotics. Um dia, os sistemas de telemetria mostraram que uma das bombas havia disparado. Normalmente, isso não constituiria uma emergência, pois a outra bomba poderia manter as operações no local até que a manutenção pudesse ser planejada.

No entanto, o SAM4 Health detectou um entupimento em ambas as bombas. Este facto motivou uma resposta de emergência, uma vez que o entupimento de ambas as bombas constituía um risco grave de poluição. A equipa de manutenção de emergência confirmou que ambas as bombas estavam entupidas e que os sistemas de telemetria tinham sofrido um problema transitório que levou o cliente a acreditar que a estação de bombagem tinha atingido o caudal pretendido, quando tal não aconteceu.

Valores elevados de obstrução detectados pelo SAM4 na bomba 1 (verde) e na bomba 2 (cor-de-rosa) que voltam ao normal após a manutenção.
Gráfico da bomba 1 e 2 mostrando as pontuações normais de entupimento que recomeçam após a intervenção de manutenção.

De acordo com o nosso cliente, sem a funcionalidade de deteção de obstruções, teria ocorrido um evento de poluição nesta estação. Este facto teria causado danos ambientais e de reputação significativos, para além de cerca de 40 000 euros em custos de manutenção e uma multa por poluição estimada em 150 000 euros. 

Prevenção da poluição

As empresas de água precisam de todas as ferramentas do seu arsenal para combater os seus desafios crescentes. A prevenção da poluição é um desafio especialmente grave, tanto a nível empresarial como comunitário. As estações de bombagem de águas residuais desempenham um papel crucial na prevenção destes eventos, o que torna a sua manutenção crucial.

O equipamento das estações de bombagem também é difícil de alcançar, devido ao afastamento das estações ou ao facto de as bombas estarem submersas. Isto faz com que uma visão exacta do estado das bombas em tempo real seja um fator de mudança. Não só podem ser evitados eventos de poluição, como também os recursos de manutenção podem ser optimizados e utilizados de forma mais eficiente. 

A tecnologia de deteção de obstruções pode ser a chave para evitar estas emergências e, ao mesmo tempo, manter as estações de bombagem de forma mais eficiente. Se tem curiosidade em saber como isto funciona na prática, porque não faça uma visita guiada à nossa tecnologia ou ler mais sobre a ESA?

Notas de rodapé

[1] T. Giakoumis e N. Voulvoulis, Extravasamentos combinados de esgotos: relacionar os dados de monitorização da duração dos eventos com a capacidade dos sistemas de águas residuais em Inglaterra (Environ. Sci.: Water Res. Technol., 2023, 9, 707).

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