Para o utilizador consultar o volume de efluente contido num reservat´orio ou numa lagoa, foi criada uma subrotina no PLC que faz o c´alculo dos volumes em fun¸c˜ao das alturas dos efluentes contidos nestes, medidas pelos sensores anal´ogicos de n´ıvel. Tendo em conta as dimens˜oes e formas dos dep´ositos e das lagoas utilizaram-se as fun¸c˜oes de opera¸c˜oes aritm´eticas para inserir as f´ormulas de c´alculo. A figura 5.20 representa as dimens˜oes do RET.
Figura 5.20 – Dimens˜oes do RET.
Este reservat´orio tem uma base quadrada de ´area de 25 m2
, sendo o volume (V ol) armazenado dependente da altura de efluente h1, dado por:
V ol(RED) = 25 × h1 (m3
Para calcular os volumes das lagoas, temos que ter em conta a sua forma, sendo estas duas exactamente iguais. A sua forma geom´etrica est´a representada na figura 5.21.
Figura 5.21 – Forma geom´etrica das lagoas 1 e 2.
Como se pode observar, as lagoas tˆem a forma de um pirˆamide quadrangular, mas com um corte horizontal. Ao subtrair o volume total da pirˆamide pela parte a eliminar, consegue-se determinar o volume da lagoa. Nos c´alculos iniciais, o prisma tem uma altura m´axima de 9m, e a lagoa tem uma altura m´axima de 5,3m, logo a altura do prisma a eliminar ´e de 3,7m. Assim, fez-se a diferen¸ca entre o volume total da pirˆamide de base quadrada, e do volume da pirˆamide com o volume a eliminar representado na figura 5.21. Aplicou-se o mesmo procedimento em fun¸c˜ao `a lagoa 2 usando a altura h3, medida pelo sensor contido em cada uma, respectivamente.
V ol(Lagoa1) = 4 × (h2 + 3, 7) 3 3 − 67, 537 (m 3 ) (5.4) V ol(Lagoa2) = 4 × (h3 + 3, 7) 3 3 − 67, 537 (m 3 ) (5.5)
A forma geom´etrica do RED ´e um cilindro horizontal, sendo a altura do efluente contido medida tamb´em horizontalmente. A figura 5.22 mostra a sua constitui¸c˜ao.
Figura 5.22 – Forma geom´etrica do RED.
Deste modo, para calcular o volume de efluente, em fun¸c˜ao da altura medida ter´a que se utilizar a seguinte f´ormula:
V ol(RED) = L × [r2× arccos (r − h4 r ) − (r − h4) × √ 2 × r × h4 − h42 ] (m3 ) (5.6) sendo r o raio do cilindro, L o seu comprimento, e h4 a altura medida pelo sensor de n´ıvel.
Ao atribuir valores `a altura do reservat´orio h4, os valores te´oricos obtidos do volume do RED est˜ao descritos na tabela 5.1.
Tabela 5.1– Valores obtidos do volume do RED pela sua f´ormula geral.
h4 (m) Vol(RED) (m3 ) 0 0 0,5 3,283331005 1 8,745220089 1,5 14,98539696 2 21,22557383 2,5 26,68746291 3 29,97079392
Uma vez que o PLC usado n˜ao possui na sua programa¸c˜ao fun¸c˜oes trigonom´etricas para poder utilizar a f´ormula acima referida, a alternativa usada foi uma aproxi- ma¸c˜ao por regress˜ao polinomial do terceiro grau `a express˜ao de Vol(RED), utilizando a folha de c´alculo do Microsoft Excel. O gr´afico na figura 5.23 representa os valores da tabela anterior, e os aproximados usando o polin´omio de grau 3. Como se pode observar os valores obtidos com o polin´omio s˜ao muito pr´oximos dos valores obtidos com a express˜ao do c´alculo de volume exacta.
Figura 5.23 – Regress˜ao polinomial para c´alculo de volume de efluente do RED.
Com base nesta regress˜ao, chegou-se `a f´ormula de c´alculo do volume de efluente em fun¸c˜ao `a sua altura h4, eliminando-se o ´ultimo termo independente da f´ormula representada, uma vez que este tem um valor muito pequeno, com um coeficiente de regress˜ao de R2 ∼ = 1. V ol(RED) = −1, 3142 × h43 + 5, 9137 × h42 + 4, 0864 × h4 (m3 ) (5.7)
a aplica¸c˜ao da f´ormula geral, como se pode constatar na tabela 5.2, o que torna esta regress˜ao uma op¸c˜ao v´alida para o c´alculo do volume de efluente neste reservat´orio.
Tabela 5.2– Valores obtidos do volume do RED pela sua f´ormula geral.
h4 (m) Vol(RED) (m3
) Vol(RED) (m3
) Formula geral Aproxima¸c˜ao polinomial
0 0 0 0,5 3,283331005 3,35735 1 8,745220089 8,6859 1,5 14,98539696 15 2 21,22557383 21,314 2,5 26,68746291 26,64225 3 29,97079392 29,9991
Finalmente, o c´alculo do volume de efluente no RETR ser´a feito por um c´alculo simples do volume de um cilindro, como representada a figura 5.24.
Figura 5.24– Forma geom´etrica do RETR.
Como se pode ver, o volume de efluente no RETR vai depender do n´ıvel h5. Assim, usou-se a equa¸c˜ao:
V ol(RED) = Π × r2× h5 (m3
) (5.8)
V ol(RED) ≈ 4, 52 × h5 (m3
6
Resultados e Conclus˜oes
Neste trabalho foram descritas as fases de projecto e de implementa¸c˜ao do sistema de controlo e automa¸c˜ao da ETAR de Sortegel. Foram realizados v´arios ensaios de funcionamento do sistema e ap´os terem sido corrigidos alguns problemas o sistema foi colocado em funcionamento cont´ınuo (Novembro de 2009). Desde que o sistema est´a operacional at´e `a presente data foram recolhidas e analisadas amostras do efluente tratado de modo a comprovar que os requisitos de projecto e de legisla¸c˜ao de descarga de efluentes s˜ao cumpridos.
A tabela 6.1 apresenta os parˆametros do efluente ap´os a decanta¸c˜ao prim´aria, reti- rada a 7 de Novembro de 2009, antes do sistema estar em funcionamento
Tabela 6.1– An´alise do efluente ap´os decanta¸c˜ao prim´aria a 7 de Novembro de 2009.
pH 5,40 CQO 3, 41 × 103 mg/l O2 CBO5 (20◦C) 1, 87 × 10 3 mg/l O2 Azoto total 8,0mg/l N F´osforo Total 4,8mg/l P SST 1, 61 × 103 mg/l 83
Tabela 6.2 – Caracter´ısticas do efluente ap´os decanta¸c˜ao prim´aria, a 13 de Novembro de 2009. pH 5,30 CQO 2, 85 × 103 mg/l O2 CBO5 (20◦C) 1, 61 × 10 3 mg/l O2 Azoto total 13mg/l N F´osforo Total 5,0mg/l P SST 910mg/l
Tabela 6.3 – Caracter´ısticas do efluente na descarga da ETAR, a 13 de Novembro de 2009. pH 6,70 CQO 136mg/l O2 CBO5 (20◦C) 36mg/l O2 Azoto total 7,0mg/l N F´osforo Total 2,1mg/l P SST 76mg/l
As tabelas 6.2 e 6.3 apresentam as caracter´ısticas do efluente retiradas ap´os a de- canta¸c˜ao prim´aria e na descarga da ETAR, respectivamente, a 13 de Novembro de 2009 ap´os o sistema estar em funcionamento.
Ao comparar estes valores com os valores permitidos pela lei referido na sec¸c˜ao 3.1, verifica-se que o parˆametro SST est´a acima do valor permitido, possivelmente devido ao tamisador que nessa altura n˜ao estava a funcionar a 100%. Uma outra amostra recolhida a 30 de Dezembro de 2009 apresenta os resultados da tabela 6.4.
Tabela 6.4– Resultados da an´alise do efluente a 30 de Dezembro de 2009.
pH 6,80 CQO 128mg/l O2 CBO5 (20◦C) 32mg/l O2 Azoto total 9,0mg/l N F´osforo Total 1,2mg/l P SST 48mg/l
Estes valores j´a est˜ao dentro dos parˆametros permitidos de qualidade pela lei em vigor, pelo que neste caso se pode concluir que a ETAR, com o sistema de controlo e automatiza¸c˜ao implementado cumpre com os objectivos propostos. As figuras 6.1 e 6.2 ilustram a recep¸c˜ao do efluente na ETAR e a sua descarga, respectivamente, notando-se bem o tratamento a que este est´a sujeito.
´
Figura 6.1 – Recep¸c˜ao do efluente na ETAR.
Figura 6.2 – Descarga do efluente da ETAR.
problemas que tiverem que ser resolvidos no pr´oprio terreno. Um deles prende-se como o modo de instala¸c˜ao dos sensores nas lagoas. Inicialmente, sempre que os sensores de n´ıvel ficavam submersos as medidas da altura de efluente, quando os arejadores entravam em funcionamento era muito afectada. De facto, neste caso as for¸cas originadas pelos movimentos das ´aguas e do ar era consider´avel, fazendo com que os sensores se movimentassem, originando uma indica¸c˜ao errada da altura do efluente que condicionava o funcionamento correcto dos equipamentos associados. Assim, foi necess´ario montar uma estrutura que mantivesse os sensores submersos sempre no mesmo s´ıtio. Outro problema que ocorreu foi ao fazer uma simula¸c˜ao no dispositivo de protec¸c˜ao do PLC. Ao cortar a sua alimenta¸c˜ao e ao voltar a ligar, o PLC deu a indica¸c˜ao de erro de execu¸c˜ao nas entradas anal´ogicas de corrente. Ao eliminar esse erro e colocar o sistema outra vez em funcionamento, este voltava ao seu funcionamento normal. Inicialmente, pensava-se que era alguma parte do c´odigo que estava errada, ou que houvesse algum tipo de conflito. A raz˜ao de isto acontecer era a seguinte: como foi referido, o modo de alimenta¸c˜ao das cartas de expans˜ao pode ser feito pela pr´opria fonte do PLC ou externamente, seleccionando na pr´opria carta o modo. Estas cartas estavam a ser alimentadas por fonte externa quando esse erro ocorria, logo decidiu-se colocar a alimenta¸c˜ao pela fonte do PLC e esta fonte de erro deixou de ocorrer. A proveniˆencia deste foi da fonte externa, uma vez que
esta alimenta outros dispositivos, e ao fazer a simula¸c˜ao a fonte estava a alimentar as cartas com o PLC desligado, da´ı a origem do erro quando este voltava a ligar. Inicialmente, o sistema foi projectado e dimensionado para suportar um caudal m´ax- imo de 300m3
/dia de efluente a tratar, mas na fase de testes de funcionamento do sistema, esta chegou a atingir valores pr´oximos a 400m3
/dia, sendo uma das causas de o efluente n˜ao cumprir em absoluto com os resultados pretendidos em termos de qualidade de descarga do efluente.
Como trabalho futuro a realizar no sistema sugere-se o controlo e a monitoriza¸c˜ao remota do sistema, usando uma rede local, ou Internet, uma vez que a CIF permite essa funcionalidade, bem como ajustar o sistema para as diferentes cargas de efluente, nomeadamente no funcionamento dos equipamentos. Esta pode ser muito vantajosa no que diz respeito ao consumo energ´etico do sistema e tamb´em na optimiza¸c˜ao dos processos de tratamento. Os algoritmos de controlo e gest˜ao avan¸cados tamb´em podem vir a ser utilizados neste sistema, sendo que neste caso ser´a necess´ario realizar um estudo mais profundo sobre os processos f´ısicos, biol´ogicos e qu´ımicos de modo a optimizar o controlo das diferentes fases de processamento das ´aguas residuais. Outro aspecto que dever´a ser objecto de estudo na implementa¸c˜ao de estrat´egias de controlo mais avan¸cadas prende-se com a caracteriza¸c˜ao do tipo de efluente a tratar e a previs˜ao das diferentes cargas ao longo do tempo.
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A
Instru¸c˜oes usadas no PLC
Temporizadores
A instru¸c˜ao TON (Timer on Delay)transforma uma sa´ıda em valor l´ogico 1 ou 0 quando o cronometro deste atinge o valor definido pelo utilizador. Esta instru¸c˜ao de sa´ıda come¸ca a temporizar(em intervalos de um segundo, ou um cent´esimo de segundo), quando a sua linha ´e verdadeira. Ele aguarda o per´ıodo de tempo es- pecificado (definido no PRESET), mant´em o valor acumulado do tempo contado (ACCUM), e quando o bit ACCUM for igual ao tempo definido no PRESET coloca o bit DN no valor l´ogico 1.
Enquanto condi¸c˜oes da linha associada permanecer verdadeira, o TON ajusta seu valor acumulado (ACCUM), at´e que atinja o valor pr´e-determinado. Quando a linha ´e falsa, o valor ACCUM ´e apagado, independentemente se o temporizador completou a temporiza¸c˜ao definida.
Bits de instru¸c˜ao:
• DN : Indica¸c˜ao que a temporiza¸c˜ao foi completada; 91
• TT : Indica¸c˜ao que a temporiza¸c˜ao est´a a decorrer; • EN : Indica¸c˜ao de temporizador activado;
A instru¸c˜ao RTO(Retentive Timer On-Delay) funciona de modo an´alogo ao TON, com a diferen¸ca que se a linha associada for falsa, o valor de ACCUM n˜ao vai ser apagado. Quando a linha voltar a ser verdadeira, o RTO continua a contar o valor de ACCUM a partir do valor acumulado anteriormente.
Contadores
A instru¸c˜ao CTU conta no sentido ascendente em cada transi¸c˜ao de falso para verdadeiro das condi¸c˜oes precedentes na linha associada, e produz uma sa´ıda de n´ıvel l´ogico 1 quando o valor acumulado (ACCUM) atinge o valor definido pelo utilizador(PRESET).
A capacidade do contador para detectar transi¸c˜oes de falso para verdade depende da velocidade (frequˆencia) do sinal de entrada. A dura¸c˜ao do valor l´ogico de 0 para 1 de entrada n˜ao deve ser mais r´apido que o tempo de scan do PLC.
Cada contagem ´e mantida quando a condi¸c˜ao da linha se tornam falso, permitindo continuar a contagem para al´em do valor pr´e-determinado. Desta forma, pode-se basear uma sa´ıda no PRESET mas continua a contar para acompanhar invent´arios / pe¸cas, etc.
Bits de instru¸c˜ao:
• OV : Overflow na contagem em rela¸c˜ao ao valor de PRESET; • DN : Indica¸c˜ao que a contagem foi completada;
Reset
A instru¸c˜ao RES ´e utilizado para fazer reset aos temporizadores e contadores. Quando as condi¸c˜oes anteriores que est˜ao na linha associada s˜ao verdadeiras, o RES redefine o valor acumulado e os bits de controlo do temporizador ou contador.
Comparadores
Greater Than e Greater Than or Equal
A instru¸c˜ao de entrada Greater Than(GRT) compara dois valores especificados pelo utilizador. Se o valor armazenado em A ´e maior que o valor armazenado em B, permite a continuidade da linha (desde que nenhuma outra instru¸c˜ao altera o seu estado). Se o valor de A ´e inferior ou igual ao valor de B, a instru¸c˜ao ´e logicamente falsa.
A instru¸c˜ao Greater Than or Equal (GEQ) funciona de modo an´alogo `a GRT, com a diferen¸ca de se o valor na fonte A for maior ou igual que na fonte B, permite a continuidade da linha.
Equal
A instru¸c˜ao de entrada Equal (EQU) ´e verdadeira quando a fonte A == fonte B, afectando a linha de modo an´alogo a GRT e GEQ.
Less Than
A instru¸c˜ao Less Than(LES) compara o valor de A se ´e menor que B. Se esta condi¸c˜ao se verificar, a instru¸c˜ao ´e logicamente verdadeira. Se o valor de A ´e maior ou igual ao valor B, a instru¸c˜ao ´e logicamente falsa.
Operadores Matem´aticos
A.0.1
Addition
Quando as condi¸c˜oes condi¸c˜oes da linha forem verdadeiras, a instru¸c˜ao de sa´ıda
Addition(ADD) acrescenta o valor de A com o de B, e armazena o resultado no
endere¸co de destino. Estes parˆametros podem ser valores ou endere¸cos que contˆem valores. O intervalo de valores pode ser entre -32.768 e 32.768, uma vez que o processador usado ´e de 16 bits.