Como a Yorkshire Water poupou £390k em potenciais coimas

O "plano" da Yorkshire Water para otimizar a estratégia de manutenção

A Yorkshire Water está empenhada em construir redes de águas limpas e residuais robustas e resistentes para o futuro, até 2050 e mais além. Esta é a base daquilo a que chama o seu "Blueprint for Yorkshire", em que pretende fornecer os seus serviços preservando o ambiente e mantendo as facturas tão baixas quanto possível. As suas redes servem atualmente os 5,4 milhões de pessoas que vivem no Yorkshire, os milhões de visitantes anuais e cerca de 140 000 empresas.

A Yorkshire Water está a otimizar as suas operações de manutenção através da inovação como uma forma de concretizar a sua visão. A empresa investe em várias tecnologias, com o objetivo de melhorar todos os aspectos dos serviços que oferece e de desenvolver a resiliência do sistema. Para isso, a Yorkshire Water selecionou as soluções de monitoramento de saúde de ativos SAM4 e Energy da Samotics. O objetivo é transformar a forma como a Yorkshire Water monitoriza a saúde dos seus equipamentos críticos, especialmente no que diz respeito a bloqueios, e otimizar o funcionamento das suas estações de bombagem de águas residuais.

Através da otimização das estações de bombagem de águas residuais da Yorkshire Water utilizando o SAM4 , a necessidade de realizar inspecções cíclicas às bombas é bastante reduzida, melhorando o desempenho dos activos, a eficiência e reduzindo os eventos de poluição. Isto, por sua vez, reduz os custos operacionais e assegura que as actividades da Yorkshire Water continuam a apoiar rios limpos e um ambiente saudável.

A Samotics é um fornecedor líder de informações acionáveis em tempo real para otimizar o desempenho e a eficiência energética de motores CA e equipamento rotativo. Através de algoritmos alimentados por IA e de uma técnica chamada análise de assinatura eléctrica (ESA), a Samotics oferece à Yorkshire Water uma tecnologia de deteção de falhas robusta e de alta qualidade. Isso é combinado com informações sobre desempenho e energia para ajudar a concretizar a estratégia da Yorkshire Water.

Soluções analíticas avançadas para lidar com o bloqueio da bomba

Para tratar cerca de 1 bilião de litros de águas residuais por dia, a Yorkshire Water opera mais de 600 locais de tratamento de águas residuais e tem uma frota de bombas submersas em mais de 2.000 estações de bombagem de águas residuais. A utilização do SAM4 para monitorizar remotamente este equipamento fornece à Yorkshire Water dados fiáveis e acionáveis sobre o estado e o desempenho dos activos, sem necessidade de visitas cíclicas aos locais. Para tal, recolhe dados de alta frequência de sensores localizados no quadro de controlo do motor das bombas e utiliza um conjunto de técnicas para analisar a assinatura eléctrica de um motor.

A Yorkshire Water indicou que o maior desafio que enfrentava em termos de custo e impacto era o entupimento das bombas. Esta situação pode levar à deterioração do estado dos activos, à sua avaria, à perda de serviço e a eventos de poluição, que têm implicações ambientais. Nas estações de bombagem e nas estações de tratamento de águas residuais, a remoção dos bloqueios tornou-se parte da rotina diária.

Para ajudar a gerir e a evitar a ocorrência de bloqueios, as equipas de manutenção da Yorkshire Water efectuam cerca de 70 000 visitas por ano para levantar e inspecionar as bombas e encontrar bloqueios, caso tenham ocorrido.

Isto implica custos financeiros significativos em horas de trabalho e custos associados e emissões relacionadas com o transporte. Se considerarmos que muitas das bombas inspeccionadas estão em bom estado de funcionamento, este valor é ainda mais significativo.

Para ajudar a enfrentar este grande desafio, os cientistas de dados da Samotics trabalharam em estreita colaboração com a Yorkshire Water para desenvolver uma funcionalidade melhorada de deteção de bloqueios na sua solução SAM4.

Fornece alertas em tempo real sobre onde se está a desenvolver o bloqueio e tem em conta a configuração e a dinâmica da estação de bombagem para fornecer uma estimativa inteligente da gravidade dos incidentes de bloqueio. Estas capacidades estão a permitir que a Yorkshire Water detecte eventos de bloqueio nas suas fases iniciais, optimize a sua programação de manutenção e evite a ocorrência de eventos de poluição.

Para determinar a sua eficácia, a SAM4 e a sua funcionalidade de deteção de bloqueios foram inicialmente implementadas num conjunto selecionado de locais para a Yorkshire Water. Desde o início deste piloto, a Yorkshire Water decidiu implementar a solução em toda a sua rede de esgotos, abrangendo milhares de activos.

Como a deteção em tempo real de bloqueios está a reduzir os eventos de poluição

No centro de cada estação de bombagem de águas residuais da rede da Yorkshire Water estão duas bombas localizadas que funcionam num padrão alternado (uma ligada/uma desligada) para ajudar na transferência de águas residuais para uma instalação de tratamento de águas residuais associada.

Isto permite a redundância do sistema no caso de uma das bombas ficar entupida ou disparar. No entanto, se ambas as bombas de uma estação ficarem entupidas, isso cria um problema sério que pode levar a um evento de poluição. O facto de não se ter uma visão concreta do estado de saúde de cada bomba aumenta o risco de tal acontecer.

A receção de alertas em tempo real sobre o desenvolvimento de bloqueios está a ter um impacto significativo nas operações da Yorkshire Water.

Uma vez iniciado em várias estações de bombagem da Yorkshire Water, foram necessárias duas semanas para detetar o primeiro incidente de bloqueio e o sistema conseguiu detetar mais de dez eventos de bloqueio (parciais) em quatro meses.

Este facto é ilustrado pelos três estudos de caso SAM4 que se seguem.

A funcionalidade de bloqueio alerta para a ocorrência de incidentes em ambas as bombas de uma estação de bombagem de águas residuais

Numa estação de bombagem de águas residuais da rede da Yorkshire Water, duas bombas localizadas em conjunto funcionam de forma alternada para satisfazer a procura necessária e proporcionar redundância ao sistema. Numa noite, uma bomba (bomba 2) apresentou caraterísticas de bloqueio.

Isto pode ser visto na Figura 1 abaixo, onde as pontuações de bloqueio permaneceram continuamente altas após o início do incidente. O cruzamento destas pontuações de bloqueio com outros dados analisados sugeriu que poderia haver um bloqueio (parcial) que estava a persistir enquanto a bomba estava em funcionamento. Com uma outra bomba em funcionamento na estação, isto não criou uma situação de resposta de emergência na altura.

Foi decidido continuar a acompanhar de perto a situação durante 48 horas para determinar se era necessário efetuar uma visita ao local ou se o bloqueio se desbloquearia por si só nesse período.

A imagem abaixo mostra o ponto de dados gerado pelo SAM4 que mostra o início de um bloqueio.

Dois dias depois, sem qualquer melhoria, foi gerado um alerta laranja e enviado ao cliente indicando um incidente de bloqueio na bomba. O alerta indicava que não era necessária uma ação no mesmo dia e que a situação poderia ser resolvida na semana seguinte sem afetar as operações da estação de bombagem.

Contudo, cerca de uma semana mais tarde, os dados também indicavam sinais de desenvolvimento de um bloqueio na outra bomba da estação (bomba 1). Com incidentes de bloqueio em ambas as bombas, criou-se uma situação de resposta de emergência devido a um risco acrescido de um evento de poluição. Como tal, foi enviada uma notificação de alerta vermelho ao cliente (ver Figura 2 na página anterior).

A Yorkshire Water enviou imediatamente uma equipa de manutenção e retirou ambas as bombas da estação de bombagem. Descobriram que ambas as bombas estavam de facto parcialmente bloqueadas, confirmando as detecções do SAM4 e a sua funcionalidade de deteção de bloqueios. Depois de os bloqueios terem sido eliminados e as bombas terem voltado a funcionar, as pontuações de bloqueio e outras métricas de apoio voltaram a níveis operacionais saudáveis. Isto pode ser visto em
Figura 3 abaixo.

A funcionalidade de bloqueio do SAM4 detectou com sucesso os problemas. Forneceu uma visão contínua da gravidade da situação e alertou para o momento em que era necessário tomar medidas. Isto permitiu à Yorkshire Water otimizar o planeamento da manutenção e evitar a ocorrência de um potencial evento de poluição.

A função de deteção de bloqueios ajuda a diagnosticar um bloqueio fora de uma bomba

Numa estação de bombagem de águas residuais da rede da Yorkshire Water, o SAM4 detectou um evento de bloqueio em desenvolvimento (ver Figura 4). Isto deveu-se a um aumento das pontuações de bloqueio provenientes da funcionalidade de deteção de bloqueios do SAM4 relacionada com uma das bombas (bomba 2). Após um período de monitorização prolongado em que não se verificou qualquer melhoria da situação, o cliente agendou a elevação das duas bombas
para uma inspeção completa por engenheiros do fabricante da bomba.

Este facto ocorreu dois meses após a indicação inicial do bloqueio. Antes disso, os peritos da SAM4 e da Samotics efectuaram diagnósticos complementares do problema.

Conseguiram identificar que o bloqueio se encontrava fora da bomba com base nos indicadores de eventos de bloqueio SAM4 (potência ativa ligeiramente inferior e uma energia espetral elevada em torno da alimentação) e aconselharam o cliente a verificar a entrada e o lado de descarga da estação de bombagem para detetar qualquer obstrução. O facto de poder especificar onde se encontrava o bloqueio no sistema foi de grande utilidade para o cliente.

O fabricante da bomba confirmou este diagnóstico após a inspeção da bomba e a bomba 2 foi desligada. Depois de o cliente ter conseguido limpar o poço e a entrada da bomba, as anomalias desapareceram e o comportamento saudável foi confirmado pelo SAM4, quando ambas as bombas voltaram a funcionar (ver Figura 5).

A funcionalidade de deteção de bloqueios apenas proporciona visibilidade na estação de bombagem, uma vez que o sistema de telemetria tem problemas temporários

Duas bombas localizadas estavam a funcionar numa estação de bombagem de águas residuais da Yorkshire Water. A Yorkshire Water estava a monitorizá-las com a solução SAM4 da Samotics e a sua funcionalidade de deteção de bloqueios, juntamente com sistemas de telemetria adicionais. Uma das bombas (bomba 2) estava a mostrar sinais de bloqueio, ou seja, pontuações de bloqueio superiores ao normal, e estava a ser monitorizada de perto (ver Figura 6). Acabou por ser desligada.

A outra bomba (bomba 1) estava a apresentar um comportamento normal. No dia seguinte, os sistemas de telemetria indicavam que uma das bombas tinha disparado e a outra continuava a funcionar normalmente. Este facto, por si só, não constituía uma situação de emergência.

A outra bomba na estação podia lidar com a procura associada até que uma equipa de manutenção da Yorkshire Water pudesse ser planeada para visitar o local e retificar a situação. No entanto, em contraste com os dados de telemetria, a função de bloqueio SAM4 detectou que ambas as bombas tinham ficado completamente bloqueadas e tinham disparado, o que criou uma situação de resposta de emergência.

Foi enviado um alerta vermelho para a Yorkshire Water (ver Figura 7), que enviou imediatamente uma equipa de manutenção para o local. Confirmaram que ambas as bombas estavam bloqueadas. Confirmaram também que os sistemas de telemetria adicionais tinham tido um problema transitório durante o qual não forneceram dados corretos.

A situação foi resolvida e ambas as bombas voltaram a funcionar. Isto foi confirmado pelo painel de controlo do SAM4, onde os dados associados indicavam um regresso ao comportamento normal da bomba. Se não tivesse sido a deteção da situação pela funcionalidade de bloqueio do SAM4, teria definitivamente ocorrido um evento de poluição, de acordo com a Yorkshire Water.

Isto deveu-se ao facto de os sistemas de telemetria estarem a indicar um comportamento normal numa das bombas. Calculou-se que isto teria custado £130k (€150k) em multas regulamentares e causado danos significativos à reputação da empresa.

A paisagem futura da Yorkshire Water

O problema do entupimento é grande e relevante do ponto de vista ambiental, tanto em termos de potenciais eventos de poluição como dos custos financeiros e emissões associados às inspecções. Ao desenvolver uma função de deteção precisa de bloqueios na sua solução SAM4, a Samotics está a fornecer à Yorkshire Water uma visão contínua e em tempo real da gravidade dos incidentes de bloqueio nas suas estações de bombagem.

Isto permite-lhes planear as actividades de manutenção de forma óptima para evitar a ocorrência de eventos de poluição. Poupa nos custos de manutenção associados ao tratar os problemas numa fase inicial, quando são menos graves. Isto ajuda a evitar custos de reparação de emergência ou custos de substituição total do equipamento.

Mais importante ainda, o conhecimento remoto contínuo do estado e do desempenho das bombas reduz a necessidade de efetuar visitas cíclicas às bombas, visitando as estações de bombagem apenas quando se está a desenvolver um problema. A mudança para uma estratégia de manutenção mais pró-ativa com o SAM4 mostra o empenho da Yorkshire Water em melhorar as suas operações comerciais através da utilização das mais modernas técnicas analíticas.

Está a ajudar a Yorkshire Water a melhorar a eficiência e a fiabilidade da sua rede de águas residuais e, ao mesmo tempo, a reduzir os custos operacionais no tratamento de incidentes de entupimento. Como tal, o SAM4 está a constituir um elemento-chave dos planos da Yorkshire Water como parte do seu "Blueprint for Yorkshire" para manter os seus serviços, preservar o ambiente e manter as facturas dos clientes tão baixas quanto possível.

Para tal, a Yorkshire Water está atualmente a incorporar o SAM4 e a sua funcionalidade de deteção de bloqueios em toda a sua rede de esgotos, abrangendo milhares de bombas de esgotos, ao mesmo tempo que implementa o SAM4 num grande conjunto de activos críticos de águas limpas e residuais em Yorkshire.