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Separação limpa

Instalação compacta para drenagem de biomassa

A estação de tratamento de esgoto municipal de Diepholz é um dos clientes da ISV-Umwelt.

O lodo residual é preparado para o processamento térmico por meio de centrifugação. Um abrangente conjunto de sensores permite um monitoramento preciso da instalação, tanto no local quanto remotamente. E, graças ao IO-Link a montagem, a entrada em operação e assistência são bem eficazes.

Quase 2 milhões de toneladas de lodo residual são gerados anualmente nas em torno de 10.000 estações de tratamento de esgoto na Alemanha. Se no passado grande parte do lodo residual ainda era utilizado como adubo na agricultura, por razões de proteção do meio ambiente passou-se gradativamente à incineração. A legislação prevê que o mais tardar a partir de 2029 todo o lodo residual deve ser aproveitado para recuperação de fósforo através da monocombustão.

Para que o lodo residual seja usado como combustível, seu conteúdo sólido deve ser separado do alto teor de água que corresponde a mais de 97% da massa.

É aqui que a empresa ISV-Umwelt de Langelsheim, Alemanha, entra em jogo. O fundador e diretor Sven Penkwitt explica: "Construímos instalações móveis de drenagem de biomassa e as alugamos por um período temporário ou de forma permanente aos nossos clientes.”

Um desses clientes é a estação de tratamento de esgoto municipal de Diepholz, onde a ISV-Umwelt monta uma de suas instalações cerca de quatro vezes por ano, por um período de uma semana cada vez. "Durante este tempo, cerca de 72 toneladas de matéria seca são separadas de aproximadamente 2400 metros cúbicos de lodo digerido que foi acumulado durante três meses nos grandes tanques, e esta matéria seca pode ser então enviada para a reciclagem térmica"

Separação por meio da centrífuga

A instalação de separação é um sistema autônomo, abrigado em um container móvel com 12 metros de comprimento. Seu elemento central é uma centrífuga decantadora. Seu tambor gira com 3.200 rotações por minuto, gerando forças centrífugas correspondentes a 3.000 vezes a aceleração da gravidade. Se uma bomba e mangueira alimentarem o lodo residual do tanque coletor, então os sólidos pesados serão pressionados para fora. Dali, eles são conduzidos para fora, por meio de uma rosca sem fim enquanto a água mais leve permanece no centro do tambor e escoa. Uma esteira transportadora os leva então a um container coletor, para o transporte à usina térmica. A fim de otimizar a separação é adicionado um floculante. Este é ajustado quanto ao tipo e a dosagem à composição do respectivo lodo residual.

A fim de alcançar um resultado ideal de drenagem, o processo deve poder ser adaptado individualmente em vários locais. E é aqui que a ifm entra em jogo: como especialista em automação, a ifm oferece uma ampla gama de produtos em sensores e soluções de automação com os quais as sequências de processos podem ser ajustadas com precisão, para serem visualizadas e diagnosticadas de forma transparente até nos mínimos detalhes.

Monitoramento da centrífuga

Forças enormes desgastam ambos os mancais principais da centrífuga quando o pesado tambor centrifuga o lodo nem sempre homogêneo a uma rotação enorme. Por isso, estão aparafusados a cada mancal dois sensores de vibração do tipo VVB. Esses sensores monitoram o comportamento de vibração permanentemente.

Um quadro de vibração diferente do normal permite perceber rapidamente quando a massa alimentada não consegue ser processada adequadamente, ou seja, separada, seja porque a consistência ou viscosidade estão incorretas ou porque aglutinados grosseiros entraram na centrífuga. Então a manutenção pode intervir, por exemplo, reduzindo a rotação da centrífuga para evitar danos.

O desgaste nos mancais do tambor também é detectado a tempo, através do aumento da amplitude da vibração, sendo notificado como sinal para a manutenção. Além disso, o sensor de vibração possui uma sonda de temperatura integrada. Valores de temperatura crescentes permitem concluir que há maior fricção devido ao desgaste. Sven Penkwitt: “O sensor de vibração nos informa antecipadamente quando há necessidade de troca de um mancal. Podemos avaliar a urgência e, no melhor dos casos planejamos os trabalhos de manutenção na instalação afetada de modo a serem realizados entre dois trabalhos para clientes. De qualquer forma, sempre estamos informados. Certamente podemos impedir ou, pelo menos reduzir ao mínimo os danos imprevistos e paradas no cliente.”

Grupo hidráulico

No eixo central da centrífuga há um transportador helicoidal com acionamento hidráulico de alto torque, que comprime os sólidos e os transporta para fora. A pressão é gerada por um grupo hidráulico com acionamento elétrico.Um sensor de pressão tipo PV8, com faixa de medição de 0 até 250 bares mede a pressão hidráulica, controlando assim o motor elétrico da bomba através de um inversor de frequência. Através da pressão é controlado o acionamento da rosca sem fim, portanto, a saída de sólidos da instalação.

O grupo ainda contém um sensor de nível da série LI5 que registra o nível de óleo e também a temperatura do óleo, avisando em caso de ultrapassagem ou não atingimento dos valores permitidos.

Monitoramento da pressão, nível de óleo e temperatura do grupo hidráulico.

Monitoramento do afluxo

A alimentação precisamente dosada de lodo residual à centrífuga é decisiva para um processo de separação eficiente. Para isso há um sensor de vazão do tipo MID instalado no afluxo. Este sensor registra de modo confiável a vazão dos mais diversos fluidos líquidos e viscosos. Neste caso é a quantidade de biomassa ou lodo residual alimentado, tipicamente entre 15 e o máximo de 56 metros cúbicos por hora. No comando da instalação este valor de medição está ligado tanto à bomba de alimentação como também ao comando da centrífuga. O sensor funciona de acordo com o princípio de medição magnético-indutivo. A vantagem: No percurso de medição não há elemento de medição ou similar inserido, no qual poderia haver adesão de componentes do lodo residual, entupindo a tubulação.

Além disso, o sensor também mede a temperatura do lodo residual alimentado. Nas épocas frias do ano o lodo é mais viscoso, um fator decisivo que precisa ser levado em consideração durante a alimentação da centrífuga.

A mistura faz acontecer

Um floculante é adicionado ao lodo residual, para obter uma separação ideal das fases (este é o nome técnico da separação entre líquido e sólidos). Este é ajustado individualmente ao tipo de lodo residual, ou seja, a receita varia para cada estação de tratamento de esgoto. O floculante é composto de água e um concentrado de polímero. Ambos são preparados com uma relação de mistura exata. Para isso é utilizado um sensor de vazão Vortex que mede com grande precisão a água adicionada ao reservatório de mistura, controlando assim a receita do floculante.

O reservatório de mistura em si é monitorado pelo sensor de nível LR7000. Ele utiliza uma haste de sonda com micro-ondas guiadas para a medição do nível. A vantagem: Este princípio de medição também funciona bem com a formação de espuma do floculante. Além disso, a haste de sonda pode ser facilmente encurtada, para se adaptar à altura do tanque.

A mistura de floculante pronta é alimentada à centrífuga juntamente com o lodo residual. Enquanto isso, um sensor de vazão tipo SM8020 com princípio de medição magnético-indutivo monitora a quantidade alimentada com exatidão. Diferentemente do sensor Vortex, este sensor de vazão registra com exatidão não somente a água, mas quaisquer fluidos líquidos, assim como o floculante de polímero altamente viscoso.

Medição no reservatório

O reservatório com o concentrado de polímero é monitorado pelo sensor de nível KQ1000. Este sensor é aplicado externamente ao tanque e detecta o nível através da parede do reservatório. Três sinais de comutação são lembretes com diferentes prioridades, de que o tanque deve ser reabastecido. Sven Penkwitt encontrou uma solução bem pragmática: “De acordo com o tempo de entrega e a quantidade necessária do produto, o sensor pode estar mais alto ou mais baixo no reservatório, o que nos dá flexibilidade no tempo de aprovisionamento do pedido.”

Simples e fácil com IO-Link

Todos os sensores desta instalação utilizam o protocolo de comunicação IO-Link. Sven Penkwitt explica as vantagens para a sua empresa: “IO-Link reduz o trabalho de cabeamento e permite uma entrada em funcionamento bem mais esbelta. O cabeamento estruturado é composto basicamente do aparafusamento de uniões por conectores aos sensores e módulos. Não há fontes de erros, por exemplo, devido a cabos conectados erradamente. Nossas primeiras instalações ainda tinham cabeamento convencional, para isso precisávamos em torno de 2 ½ dias. Hoje, com o IO-Link isso é feito em 2 horas.”

Penkwitt vê uma vantagem relevante do IO-Link para a assistência: “Não preciso mais de um eletricista para a troca de um sensor defeituoso, pois graças à conexão M12 simples, em princípio todos são capazes de trocar o sensor.” Após colocado, o novo sensor obtém seus parâmetros automaticamente do mestre IO-Link: Valores limites ou valores de contadores são simplesmente transferidos do sensor velho ao novo. “Então, pode-se dizer que o IO-Link reduz ao mínimo os tempos de parada das instalações no local do cliente.”

Enquanto sensores convencionais possuem somente saídas de comutação ou analógicas, os sensores IO-Link também oferecem uma comunicação até o interior do sensor. Assim é possível, por exemplo, realizar remotamente a parametrização completa do sensor, seja manualmente pelo operador via software ou automaticamente através do controlador, como em uma troca da receita. Assim, o processo pode ser facilmente otimizado remotamente, até o nível do sensor.

Além disso, sensores IO-Link oferecem funções de diagnóstico adicionais além do valor de medição em si, por ex., contadores de horas de operação, memória de valores mínimos e máximos ou valores sobre a qualidade do sinal de medição.

Sven Penkwitt: “Nossas instalações podem ser totalmente controladas e monitoradas remotamente. O IO-Link nos favorece muito nisso, pois assim obtemos transparência máxima até dentro do sensor. Isso nos permite um ajuste ideal do processo e a localização rápida da fonte de erro em caso de falhas.”

A instalação pode ser totalmente controlada e observada remotamente. O IO-Link também fornece máxima transparência.

Conclusão

O amplo portfólio torna possível: Com sensores da ifm e todas as vantagens do IO-Link é possível automatizar completamente até mesmo uma instalação complexa, requerendo a consideração de muitas variáveis para a utilização com máxima eficiência. Mas, além do “hardware” puro, a assistência também é importante. Sven Penkwitt resume: “Na ifm, as pessoas sabem do que estamos falando. Tanto ao telefone quanto também no local somos entendido e apoiados. A disponibilidade também é excelente: se eu telefonar até as 15 horas, tenho meu sensor no dia seguinte. Para nós, isso tem importância enorme na manutenção e na assistência, pois, no fim das contas sou responsável perante meus clientes. Não conheço outro fornecedor na área de eletrotécnica que seja capaz de oferecer desempenho semelhante. Por isso, sempre que possível confiamos na ifm. Porque, é onde recebemos aquilo que precisamos: competência, confiabilidade e velocidade.”