Programação do Controlador Lógico Programável (PLC) e Montagem do Painel

A construção e montagem do Painel de Controle foram realizadas pelo GSCAR. Além disso, com a orientação do GSCAR, foram elaborados fluxogramas de controle para posterior programação do PLC.

Em linhas gerais, o fluxograma é composto por três etapas: uma para controle de fluxo; outra para controle de nível; e outra para controle de limpeza do módulo.

A etapa de controle de fluxo corresponde ao processo de filtração e retrolavagem. O controle de fluxo (CF) pode ser realizado manualmente (CF=0) ou pelo programa

(CF=1). Uma vez acionado CF=1, foi programado o seguinte procedimento: a válvula 5 (V5), normalmente aberta, é energizada e, portanto, fechada. V5 é responsável por permitir a aeração dentro do tanque de aeração. Acredita-se, pelos testes de transferência de oxigênio desenvolvidos, que a aeração na linha de alimentação do módulo será suficiente para manter o nível de oxigênio no tanque e os sólidos em suspensão. Se ao longo da operação for constatada a necessidade de fornecer ao sistema maior vazão de ar, está prevista uma variável externa (chave manual) para habilitar a operação de V5 manualmente, independente do funcionamento do programa.

Em seguida, o fluxograma questiona se a chave FM (função da membrana) está na posição 0, ou seja, na função filtração/retrolavagem (controle de fluxo) ou na posição 1, que significa iniciar o controle de limpeza do módulo. Para FM=0, a bomba de recirculação do lodo B2 é acionada, a válvula de injeção de ar na linha de alimentação do módulo de membranas (V1) é energizada (aberta) e um contador (T1) é acionado. Após T1 atingir o tempo pré-estabelecido (que pode ser facilmente alterado no programa), B2 é desligada. V1 permanece energizada por alguns segundos (contador T2) para expulsar o lodo ativado da tubulação e do módulo de membranas e retorná-lo para o tanque de aeração. Evita-se assim a perda deste volume de lodo toda vez que a retrolavagem for iniciada.

Após esta operação, V1 é desenergizada (fechado), V2 é energizada (habilita o sentido da sucção e recalque de permeado pela bomba de retrolavagem B3), V3 é energizada (fechada para bloquear a passagem da água suja de retrolavagem pela bomba de recirculação em direção ao tanque de aeração) e V4 é energizada (aberta para saída da água suja de retrolavagem do módulo). A água suja de retrolavagem foi retornada para a bombona de esgoto devido ao volume ser pequeno, podendo ser desprezado, e para evitar a geração de outro efluente, que precisaria ser tratado. Num biorreator com membrana em escala comercial, esta corrente pode ser retornada para o tanque de aeração. Em seguida, B3 é acionada, sendo iniciada a retrolavagem e o contador T3 iniciado. V5 é desenergizada (aberta) para fornecer ar ao tanque de aeração durante a retrolavagem.

Quando T3 iguala o tempo pré-estabelecido, B3 é desligada. V2, V3 e V4 são desenergizadas, ou seja, V2 habilita o sentido de coleta de permeado, V3 desbloqueia a passagem de lodo e V4 é fechada.

Neste momento, se a variável externa MO (modo de operação da membrana) estiver na posição 0, a operação é contínua e o procedimento operacional descrito anteriormente é repetido. MO na posição 1 indica que foi escolhida a operação em batelada e o processo pára até que MO seja mudado de posição ou que o programa seja recarregado.

Na etapa de controle de nível, se a variável CN (controle de nível) estiver na posição 0, habilita-se o controle manual para a operação da bomba 1 (succiona efluente da bombona de esgoto e recalca para o tanque de aeração). Se CN=1, o programa verifica se o sensor de nível 1 está com o relé acionado ou não. Se o relé estiver acionado, B1 deve estar desligada (tanque esvaziando) e, se não estiver acionado, B1 deve estar ligada (tanque enchendo). O princípio de funcionamento do sensor consiste na instalação de três eletrodos no tanque de aeração. Quando há líquido apenas entre o sensor de nível mínimo e o referência, B1 é ligada para alimentar o tanque de aeração e quando o nível no tanque atinge o máximo, B1 é desligada e assim sucessivamente. Os sensores devem estar posicionados no tanque distanciados um do outro, de forma a evitar o acúmulo de sujeira entre eles.

Se a chave eletromecânica for acionada ou se os eletrodos de segurança da bandeja do tanque de aeração forem molhados, o sistema desliga as bombas e desenergiza as válvulas. Em seguida, é realizada uma retrolavagem por 15 minutos a 1,2 bar de pressão (energiza V2, V3 e V4 e liga B3). Depois, a bomba 3 é desligada e as válvulas desenergizadas. Este procedimento de segurança foi adotado para evitar danos a bomba 2 e a membrana.

O programa de controle de fluxo é interligado ao de controle de limpeza pela variável externa FM (função da membrana). Para FM=1 a malha de controle de limpeza é iniciada.

Antes de estabelecer FM igual a 1, a variável externa JA (jato de ar) deve estar na posição 0, caso o jato de ar não seja desejado; ou na posição 1, para que o jato de ar seja realizado. JA=1 aciona o procedimento de abertura de V1 por um tempo pré-estabelecido, com seu posterior fechamento. Este procedimento facilita o processo de limpeza da membrana, pois através dele o lodo ativado e as soluções de limpeza podem ser expulsos da tubulação, facilitando o enxágüe da membrana.

Após esta operação, V5 é desenergizada para manter o lodo ativado no tanque aerado e o programa fica aguardando a variável externa LM (limpeza da membrana) ser colocada na posição 1. Este tempo de espera é necessário para que as tubulações de entrada da bomba 2 e de retorno do concentrado sejam transferidas para o recipiente com a solução de limpeza e para que a tubulação de permeado seja colocada em outro recipiente.

Antes de ser acionado LM=1, a variável RL (retrolavagem) deve ser colocada na posição 0, caso não seja desejado que o procedimento de retrolavagem ocorra, ou na posição 1, caso o operador queira realizá-lo.

Ao ser acionado LM=1, o procedimento de retrolavagem é iniciado ou não por um determinado tempo e em seguida B2 é ligada e V1 aberta. Após um tempo pré-estabelecido, V1 é fechada. Se a variável MO estiver na posição 0 a limpeza é realizada até que LM seja alterado para a posição 1. Se MO=1, B2 permanece ligada por um período e em seguida é desligada.

Esta rotina foi programada no software LogicMaster 90 TCP em linguagem LADDER. Procurou-se prever todas as intervenções manuais necessárias a fim de facilitar a operação e desenvolver controles de segurança para evitar que B2 pudesse operar sem líquido (o que danificaria a bomba) e o risco de transbordamento do lodo ativado do biorreator (que ocorreria em caso de falha do sensor de nível máximo). Todos estes procedimentos de segurança foram sendo adicionados à medida que, durante os testes, foi verificada essa necessidade.

Assim, através do painel de controle, o operador poderá escolher, por exemplo, o modo de operação (contínuo ou batelada) e o modo de funcionamento (manual ou automático) ou a função da membrana (filtração ou limpeza). Para facilitar a operação do sistema, estas escolhas são realizadas através de chaves. No modo manual, o acionamento dos atuadores é realizado através de chaves e visualizado através de sinais luminosos existentes no painel ou no PLC.

Procurou-se montar o painel de operação nos moldes de um painel de uma estação de tratamento em escala comercial. Um operador treinado, supervisionado por um engenheiro, é capaz de operar este sistema com segurança. Um esquema do fluxograma, o programa elaborado e o esquema elétrico do painel se encontram no Anexo 1, assim como um manual de operação sucinto.

Uma ilustração do painel de controle montado pode ser observada na Figura V.14.

Figura V.14 – Ilustração do painel de controle.