International Polar Foundation - Tratamento e filtragem avançados de água

Gestão inovadora da água na estação de investigação “Princess Elisabeth Antarctica”

A International Polar Foundation (IPF) utiliza as soluções ifm para atingir o objetivo de zero emissões na Antárctida.

A partir de 2028, os edifícios com zero emissões serão obrigatórios na Europa, conforme determinado pela UE. O que na nossa parte do mundo ainda é mais ou menos incerto, há muito que é uma realidade na Antárctida. Ali, a Princess Elisabeth Antarctica, a primeira estação de investigação com zero emissões, desafia as condições adversas. O edifício icónico e vanguardista alberga provavelmente a aplicação mais a sul da tecnologia de automação ifm.

É um continente de extremos. Gelo até 5.000 metros de espessura, uma temperatura média anual de -55 °C, quase 6 meses de escuridão: A Antárctida é provavelmente o lugar mais inóspito para as pessoas se estabelecerem permanentemente - e, no entanto, os investigadores viajam regularmente para o Pólo Sul para trabalhar numa grande variedade de áreas de investigação, como a glaciologia, a investigação climática, a microbiologia e a geologia, tudo para compreender melhor o mundo.

Para facilitar a investigação polar e, ao mesmo tempo, proteger o ambiente, a International Polar Foundation (IPF), em colaboração com o governo belga e numerosos parceiros privados, fundou a estação de investigação “Princess Elisabeth Antarctica”. A estação, inaugurada em 2009, é única na medida em que é a primeira e até agora única base de investigação na Antárctida que funciona sem emissões. A estação é habitada durante quatro meses do ano e, durante os oito meses de inverno, continua a funcionar de forma autónoma, recolhendo dados de investigação e enviando-os para a Bélgica via satélite.

Zero emissões, mesmo para o consumo de água

A eletricidade necessária para o funcionamento da central é produzida por energia eólica e solar. A neve e o gelo fornecem água aos investigadores e técnicos. E é precisamente aqui, na produção e tratamento de água, que existe uma grande responsabilidade: "Para cumprir o mandato de zero emissões na gestão da água, é crucial restaurar a pureza da água extraída da neve depois de ser utilizada e antes de ser devolvida à natureza. Esta é a única forma de fecharmos verdadeiramente o ciclo da água e minimizarmos o nosso impacto na natureza antárctica”, afirma Aymar de Lichtervelde, o engenheiro responsável pelo projeto.

De 16 a 50 pessoas

Para dar continuidade a este projeto no futuro, foi colocada em funcionamento uma nova estação de tratamento de águas no verão antártico de 2023/24. “A estação polar construída em 2009 foi concebida para 16 pessoas. Atualmente, trabalham aqui entre 40 e 50 pessoas durante os meses de verão. Por conseguinte, a estação de tratamento de água teve de ser ampliada para continuar a satisfazer a procura - e para poder processar o maior volume de água industrial”.

Maior taxa de reciclagem, menor consumo de energia

Aymar de Lichtervelde explica o que isto significa em números: “Estimamos uma necessidade diária de água de cerca de 50 litros por pessoa. Este valor é três vezes inferior ao consumo médio das famílias na Europa. É importante referir este facto porque, tal como acontece com a energia, o primeiro passo é sempre reduzir o consumo. A etapa seguinte diz respeito à extração de água: geramos 60 por cento da nossa água a partir da natureza, derretendo a neve, enriquecendo-a com minerais e transformando-a em água potável. 40% são reutilizados a partir de águas residuais tratadas”. Esta elevada percentagem de água reutilizada deve-se à nova estação de tratamento - anteriormente, apenas 20% da água podia ser reutilizada. Este aumento tem um efeito positivo nas necessidades energéticas da estação, uma vez que a reciclagem da água requer dez vezes menos energia do que derreter neve.

De 55 litros de água industrial, restam 30 gramas de lamas secas

“Podemos agora tratar 100% das águas residuais geradas na fábrica, quer para as alimentar novamente no nosso ciclo interno, quer para as devolver à natureza como água purificada. Como a Antárctida não é um país, não existem normas estabelecidas para a qualidade da água que estamos autorizados a descarregar. O Protocolo de Madrid estabelece várias boas práticas a seguir, mas não fornece normas quantitativas. Por conseguinte, seguimos as recomendações relativas à água potável estabelecidas pela Organização Mundial de Saúde. Esta base é ambiciosa do ponto de vista ecológico e também benéfica para as nossas operações, uma vez que podemos reutilizar a água sem que isso constitua um problema para os utilizadores”. Alguns outros números também são impressionantes: a estação de tratamento pode tratar 54 dos 55 litros de água residual, transformando-a em água ultrapura; por dia, restam apenas 30 gramas de resíduos secos, o resto evapora-se; Os resíduos são recolhidos e, após alguns anos, exportados para a África do Sul para serem incinerados.

O valor acrescentado do IO-Link tornou-se rapidamente evidente

“Tudo isto só pode ser alcançado numa escala sustentável se o sistema funcionar corretamente”, diz Aymar de Lichtervelde. “Por esta razão, quando começámos a planear a nova estação de tratamento de água há dois anos, decidimos utilizar tecnologia robusta, fácil de manter e fácil de substituir em caso de emergência. Quando analisámos mais de perto o IO-Link, rapidamente nos apercebemos que queríamos utilizar esta tecnologia para integrar os sensores na fábrica, uma vez que nos oferecia valor acrescentado de muitas formas.”IO-Link é um sistema de comunicação digital ponto-a-ponto em que os sensores transmitem os seus dados a um mestre, que os reencaminha para o nível do fieldbus. Em vez de colocar cabos de cada sensor no armário de controlo, como acontece com a cablagem analógica convencional, os sinais do sensor podem ser recolhidos de forma descentralizada por mestres IO-Link compatíveis com o campo e, em seguida, agrupados e transmitidos para o nível de campo superior seguinte.

Configuração simples dos parâmetros, fácil instalação no local

OS mestres IO-Link compatíveis com o terreno da ifm reduziram consideravelmente a complexidade da cablagem”, afirma Aymar de Lichtervelde. Outra vantagem da tecnologia é o facto de os parâmetros dos sensores serem guardados individualmente no respetivo master. Ao substituir um sensor defeituoso por um modelo idêntico, os parâmetros são automaticamente transferidos para o novo dispositivo. “Isto é extremamente valioso para nós, uma vez que a substituição no local pode ser efetuada rápida e facilmente. E mesmo para quem não tem conhecimentos técnicos”.

O Princess Elisabeth Antarctica só está disponível para os investigadores durante quatro meses do ano. Este tempo precioso torna ainda mais crucial que os sistemas funcionem de forma fiável. “Por isso, construímos previamente a nova fábrica completa na Bélgica e testámo-la intensivamente. Em seguida, tudo foi desmontado em componentes mais pequenos para o transporte. Também neste caso, o princípio IO-Link serviu-nos bem, uma vez que os conectores M12 normalizados permitiram que a cablagem no local fosse efetuada sem erros e num curto espaço de tempo.”

Caudalímetro SM: concebido para espaços confinados

A nova fábrica, composta por dois sistemas redundantes, foi equipada com Caudalímetros SM da ifm, especialista em automação. Para além do caudal atual, também detetam o caudal total e a temperatura do meio. Todos os valores são claramente indicados no ecrã. Se pretendido, uma mudança de cor vermelha/verde indica se os valores estão dentro ou fora do intervalo de objetivo. A tubagem de medição otimizada garante uma menor perda de pressão, pelo que a potência da bomba pode ser reduzida. Não é necessário um tubo de entrada nem de saída. Esta é uma grande vantagem, especialmente em espaços confinados. Outros sensores, incluindo sensores de válvulas e sensores de nível, fornecem informações adicionais importantes sobre o estado real do tratamento da água.

Monitorização do estado da instalação também através de acesso remoto

As informações relevantes para o controlador e para a monitorização contínua do estado, ou seja, todos os valores medidos são também transmitidos para o IT - juntamente com dados de diagnóstico adicionais que fornecem informações sobre o estado atual de cada sensor IO-Link individual. “Isto não só simplifica a manutenção quando estamos na estação, como também nos permite monitorizar remotamente as condições das instalações durante os meses de inverno na Antárctida - e prepará-las para serem utilizadas durante a próxima época de investigação.”

Os masters IO-Link da ifm, compatíveis com o campo, reduziram consideravelmente a complexidade da cablagem. Isto é extremamente valioso para nós, uma vez que a substituição no local pode ser efetuada rápida e facilmente.

Aymar de Lichtervelde Engenheiro responsável pelo projeto

Sobre o IPF

Fundada em 2002 por um cientista belga e um investigador polar, a International Polar Foundation, com sede em Bruxelas, representa um novo tipo de ligação entre a ciência e a sociedade. A fundação procura promover o papel da ciência e da investigação nas regiões polares, reexaminando a interconexão do nosso planeta, a sua fragilidade, o impacto da atividade humana no ambiente e a evolução dos ciclos climáticos milenares.