UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO

NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO

CONTROLE DE PROCESSOS E INSTRUMENTAÇÃO

Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte - CAERN

Autor: Alysson Bruno Lima de Oliveira

Orientador: Jackson Araújo de Oliveira

Supervisor: Boanerges Vitor Soares de Araújo

NATAL

11/2016

AGRADECIMENTOS

Primeiramente, gostaria de agradecer a Deus pela oportunidade de vivenciar

esta experiência com saúde e paz.

Gostaria de agradecer também à minha família, que sempre me incentivou,

me suportou nos momentos mais difíceis e me dá a alegria de continuar fazendo o

que amo.

Gostaria de agradecer a UFRN e ao programa Ciências Sem Fronteiras que

me possibilitaram chegar aonde estou e vão me abrir muitas portas ainda durante

toda minha carreira profissional.

Aproveito para agradecer a toda a CAERN que foi sempre solícita durante

esse estágio, em especial aos funcionários e amigos da Unidade de

Desenvolvimento e Controle de Perdas de Natal, Boanerges Vitor, Eduardo, Gilmar

Bezerra e João Pablo. Sem deixar de mencionar a grande ajuda proporcionada pelo

ex-funcionário Tadeu Carlos Olímpio Guedes.

SUMÁRIO

1. EMPRESA ............................................................................................................. 5

1.1 Processo produtivo ............................................................................................ 6

1.1.1 Captação .................................................................................................... 7

1.1.2 Análises laboratoriais ............................................................................... 7

1.1.3 Tratamento ................................................................................................. 7

1.1.4 Adução ..................................................................................................... 10

1.1.5 Elevação ................................................................................................... 11

1.1.6 Reservação .............................................................................................. 11

1.1.7 Rede de distribuição ............................................................................... 12

1.1.8 Consumo .................................................................................................. 12

2. ATIVIDADE REALIZADAS .................................................................................. 14

2.1 Automação de processos internos referentes à área ...................................... 14

2.1.1 Boletim operacional ................................................................................ 14

2.1.2 Compilador de dados cadastrais ........................................................... 15

2.2 Cálculos de perdas .......................................................................................... 15

2.3 Elaboração de diagramas de instrumentação ................................................. 17

2.3.1 Reservatório R6 ....................................................................................... 18

2.3.2 Estação elevatória de água tratada de Lagoa Nova II (EEAT – LN II) . 22

2.3.3 Reservatório R10 ..................................................................................... 23

2.3.4 Booster Nova Descoberta ....................................................................... 25

3. IDENTIFICAÇÃO DOS CONTEÚDOS ................................................................. 27

4. AVALIAÇÃO DA SUA FORMAÇÃO ................................................................... 28

5. AVALIAÇÃO DO RETORNO ............................................................................... 29

6. CONTRIBUIÇÕES PARA A EMPRESA .............................................................. 30

REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 31

ANEXO A –Diagramas de instrumentação das instalações do serviço de abastecimento de água da CAERN ....................................................................... 33

RESUMO

O presente relatório trata do estágio em engenharia química que foi

desenvolvido na Unidade de Desenvolvimento e Controle de Perdas de Natal

(UDCN), da CAERN, localizada na Av. Capitão Mor Gouveia, 5186 – Lagoa Nova,

próximo ao IMD da UFRN, no período de 14/07/2016 a 31/12/2016.

A CAERN, possui como principal dedicação a distribuição de água tratada

para todos os cidadãos, bem como o tratamento e despejo de esgoto. Porém, mais

especificamente, as atividades desenvolvidas durante o estágio objetivavam o

planejamento, análise e controle de todas as operações envolvendo a mitigação das

perdas nos sistemas de tratamento, reservação e distribuição do produto da

empresa. A elaboração de diagramas de processo e instrumentação também foi

realizada em conjunto com a equipe da CAERN, visando facilitar a automação dos

sistemas, confecção de planilhas de acompanhamento interno dos processos, bem

como planilhas para análise das perdas existentes nos sistemas, tendo

compreendido as principais tarefas pertinentes ao presente estágio.

Periodicamente, tive a oportunidade de acompanhar técnicos das unidades

de pitometria e instrumentação com o objetivo de obter maior conhecimento das

técnicas aplicadas de medição de vazão e os instrumentos utilizados pela empresa,

bem como o funcionamento dos mesmos.

5

1. EMPRESA

A Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte (CAERN), criada

em 02 de setembro de 1969 pelo então governador Monsenhor Walfredo Gurgel, é

uma empresa que se destina à coleta, tratamento e distribuição de água potável,

bem como ao tratamento e descarte de esgotos, sendo uma sociedade por ações,

em regime de economia mista. Tem como objetivo a melhoria da qualidade de vida

dos usuários, como uma empresa inovadora e adequada, honrando compromissos

com a sociedade, economia e meio-ambiente.

A CAERN é uma das empresas de maior expressão econômica no Rio

Grande do Norte, possuindo um capital social equivalente ao valor de R$

732.765.733 e com total de patrimônio líquido no valor de R$ 571.780.787. Valores

como esses comprovam a influência que a empresa possui no Estado do RN, aliado

ao número de sistemas de abastecimento de água.

Possui sede localizada na Av. Sen. Salgado Filho, 1555 – Morro Branco,

Natal - RN, 59015-000, próximo ao Hospital Walfredo Gurgel.

Recentemente, a empresa passou por uma reestruturação para garantir uma

melhor adequação do seu quadro de funcionários, fruto das demandas do governo

do estado para cumprimento das legislações no que se diz respeito aos valores das

concentrações de nitrato na água e escassez de água no estado.

O maior produto da CAERN é água potável distribuída, produto esse que

possui um amplo público de consumidores, visto que todo ser humano necessita de

água diariamente para manter um vida saudável e plena. Além da água tratada e

distribuída, a CAERN também trata e despeja esgoto.

A CAERN possui 165 sistemas de abastecimento de água, distribuídos em

153 sedes de municípios e 13 localidades. No RN, são 40 sistemas de esgoto em

39 municípios e 1 localidade (Praia de Pipa). Apenas 15 cidades do Estado

possuem sistemas de abastecimento de água que não pertencem à CAERN.

6

1.1 Processo produtivo

A água na companhia é obtida basicamente através de mananciais

superficiais e subterrâneos, compreendendo um total de 87 mananciais superficiais

(açudes, barragens, lagoas e rios) e 254 subterrâneos (poços). A CAERN capta,

trata e distribui a água. Nas Figura 1 e 2, são apresentados os fluxogramas

simplificados dos processos.

Figura 1: Fluxograma de produção de água dos mananciais superficiais

(Fonte: Elaborado pelo autor)

Figura 2: Fluxograma de produção de água dos mananciais subterrâneos

(Fonte: Elaborado pelo autor)

CaptaçãoAnálises

laboratoriaisTratamento

Controle de qualidade

Adução Elevação

Reservação Distribuição Consumo

Captação Cloração Elevação

Distribuição Consumo

7

1.1.1 Captação

A captação pode ser feita tanto em mananciais superficiais quanto nos

subterrâneos. Em ambos os casos utilizam-se de bombas para captar a água bruta,

isenta de qualquer tratamento. Existem casos em que a água é captada em tomada

de água presente em barragens de elevação de nível.

A captação pode ser feita de maneira direta com bombas submersas ou com

derivação para poço seco ou com flutuadores na superfície da água. Nos

mananciais subterrâneos, utilizam-se de bombas submersas inseridas dentro dos

poços.

1.1.2 Análises laboratoriais

A fim de garantir a qualidade da água, a companhia mantém um criterioso

processo de acompanhamento e controle laboratorial. Os principais testes

realizados são físico-químicos e biológicos como análise de cor, presença de

coliformes, pH, turbidez, teor de nitrato, entre outros. Todos esses testes são

realizados com a coleta de material da água bruta da captação para avaliar a

eficiência do processo de tratamento. Essas análises são feitas nos laboratórios das

estações de tratamento de água para comparar com os resultados obtidos das

análises de controle da qualidade.

Os mananciais subterrâneos não passam por esse processo de análises de

pré-tratamento, visto que as águas desses não recebem tratamento algum.

1.1.3 Tratamento

O tratamento de mananciais superficiais é algo necessário pois esses

possuem águas provenientes de nascentes e de precipitação que agregam

impurezas e substâncias da atmosfera e do carreamento. Portanto, a CAERN

realiza o tratamento da água bruta para retirar ou reduzir teor de substâncias

dissolvidas e em suspensão, para adequá-la aos padrões de potabilidade exigidos

pela Portaria 518/04 do Ministério da Saúde. Águas provenientes de mananciais

8

subterrâneos não passam por essa etapa por possuírem baixos teores de ferro, cor,

turbidez e manganês, garantindo potabilidade.

O processo de tratamento da água bruta é algo bem complexo e possui

muitas etapas realizadas na estação de tratamento. É possível citar, de um modo

geral, que esse processo pode ser divido em coagulação, floculação, decantação,

filtração e desinfecção.

A coagulação consiste na adição de agentes químicos coagulantes à água

bruta com o propósito de agregar, na forma de flóculos, pequenas partículas

poluidoras que sofrem posteriormente uma deposição. A adição dos agentes de

coagulação é realizada na calha Parshall (Figura 3), local onde se mede vazão e,

por causa de sua configuração, propicia uma mistura adequada das substâncias

coagulantes com a água bruta. Esta etapa é caracterizada como uma mistura rápida

em que os coagulantes são dispersados rapidamente na água que passa pela calha

Parshall. Os coagulantes mais utilizados são sulfato de alumínio, sais de ferro e

alguns polímeros. Por serem iônicos com característica de aumentar a acidez da

água, a adição dos coagulantes requer um pH adequado para que estes atuem

corretamente. Geralmente, a correção é feita com a adição de hidróxido de cálcio

(cal) no fluxo de água, logo após à alimentação do coagulante.

Figura 3: Calha Parshall

(Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Tratam03_coag.htm)

Em seguida, a água com coagulantes vai para os floculadores onde recebe

eletrólitos que facilitarão a formação de flocos com densidade suficiente para

decantar adequadamente. Nessa etapa, a velocidade de escoamento e tempo de

9

residência são parâmetros importantes, pois controlam a decantação dos flocos

formados. Não deve ocorrer decantação durante a floculação, por isso esses

parâmetros devem ser precisamente controlados.

Após a floculação, a água está heterogênea com a presença dos flocos e é

alimentada nos decantadores (Figura 4). A decantação é onde ocorre a maior

separação das impurezas da água bruta. Esse processo físico baseia-se na

diferença de densidade existente entre a água e os flocos formados. Os flocos mais

densos que a água migram para o fundo do decantador formando o lodo,

subproduto do processo. A água por sua vez é retirada por calhas superficiais

presentes no equipamento, na parte sobrenadante. A decantação possui um tempo

de residência entre 2,5 a 4 horas, tendo ao fim água clarificada que é alimentada em

filtros.

Figura 4: Decantador

(Fonte:http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Tratam05_dec1.htm)

A filtração é a etapa posterior à decantação e remove cerca de 50 a 60% de

impurezas. O leito filtrante possui interstícios mínimos de passagem da água

(abertura mesh elevada), possibilitando reter microrganismos e impurezas

microscópicas não removidos previamente na decantação. É também um processo

físico que consiste simplesmente na alimentação da água clarificada em uma

câmara preenchida com areia, antracito, carvão ou pedregulho estratificado. Esse

processo apresenta uma ótima taxa de remoção de cor, turbidez e bactérias, na

faixa de 90 a 95%.

10

Figura 5: Filtros

(Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Tratam08_rap.htm)

O efluente filtrado vai, então, para a desinfecção que garantirá eliminação de

microrganismos patogênicos. Esse processo é fundamentalmente químico, com

exceção de casos que utilizam raios ultra violeta para desinfetar. A desinfecção

começa com a adição de hidróxido de cálcio para estabilizar o pH do efluente

filtrado, seguida de cloração e fluoração. A cloração pode ser realizada com uso de

cloro gasoso ou adição de solução de hipoclorito. Em instalações maiores, como

uma estação de tratamento de água (ETA), o cloro gasoso é empregado como

agente desinfetante. Porém, em poços, como dito anteriormente, a água produzida

possui ótimos índices de potabilidade e recebe apenas a etapa de cloração do

tratamento, empregando-se soluções de hipoclorito alimentadas às correntes de

produção dos poços.

1.1.4 Adução

Entende-se como adução todo o conjunto de tubulações e equipamentos

capazes de transportar a água bruta da captação à ETA e a água tratada da ETA

aos reservatórios. As tubulações envolvidas nesse processo são denominadas de

adutoras. Podem ser classificadas de acordo com a energia de movimentação da

água, o modo de escoamento e a natureza da água. Os principais materiais

utilizados nas adutoras são PVC, ferro fundido e aço.

11

1.1.5 Elevação

Estações elevatórias são instalações compostas de conjuntos motor-bomba

com a simples finalidade de proporcionar energia adicional à água transportada

devido às perdas de energia associadas ao transporte de fluidos, mais conhecida

como perda de carga. Estações como essas podem ser encontradas entre uma

adução e a rede de distribuição, entre uma adução e um reservatório, entre um

reservatório e uma rede de distribuição.

1.1.6 Reservação

Reservatórios são os principais elementos de uma rede de distribuição de

água, pois possibilitam uma continuidade no abastecimento, bem como atendem

flutuações de consumo ao longo do dia. Permitem um abastecimento trabalhando

com pressões regulares, prevenindo dificuldades por perturbações ocasionadas no

sistema. Eles recebem água tratada oriunda da adução das ETAs e água

proveniente da malha de produção dos poços. Por serem muito importantes, visto

que abastecem redes de distribuição, deve se ter um cuidado especial com eles já

que os reservatórios são muito suscetíveis à contaminação.

Os reservatórios são classificados por localização em relação ao solo,

podendo ser reservatório enterrado, semi-apoiado, apoiado, elevado ou stand pipe.

Os dois tipos mais comum e mais utilizados na CAERN são o elevado e o apoiado.

Reservatório elevado é o tipo de reservatório que está acima do nível do terreno em

que ele se encontra. Esse tipo de reservatório é utilizado para manter uma pressão

mínima na rede quando outros reservatórios não conseguem com os conjuntos

motor-bomba. Reservatório apoiado, por sua vez, possui sua laje de fundo apoiada

no terreno onde é construído e capacidade de armazenamento muito elevada,

acima de 500 m³. O mesmo é usado em situações onde a cota piezométrica na qual

o reservatório se encontra satisfaz a rede de distribuição e o volume demandado é

alto.

12

1.1.7 Rede de distribuição

As tubulações de distribuição são aquelas por onde passa a água

proveniente da reservação. Nessas tubulações, tem-se conectados os ramais, que

são as derivações para as instalações prediais que alimentam as casas dos

consumidores. A rede de distribuição possui exclusivamente a função de manter a

alimentação contínua para todos usuários da rede.

De maneira prática e técnica, a rede de distribuição deve ser setorizada para

possibilitar um melhor gerenciamento do sistema de água, além de facilitar a

identificação de pontos propícios a vazamentos. A setorização, como o próprio

nome implica, é a divisão da rede de distribuição em setores e subsetores. Cada

setor deve possuir um macromedidor na entrada e hidrômetros disponíveis para

todos os consumidores. Dessa maneira, o controle das perdas pode ser realizado

de modo factível e eficiente.

Os setores, por definição, devem ter subsetores denominados por zona de

pressão, setor de macromedição, distrito de medição temporária e setor de

manobra.

- A zona de pressão é uma subdivisão da rede com os limites de pressão

estática e dinâmica dentro do permitido pela NBR 12218/1994, da ABNT (A pressão

estática máxima deve ser de 500 kPa e a dinâmica mínima de 100 kPa)

- O setor de macromedição consiste em parte da rede de distribuição

delimitada e isolável com a finalidade de monitorar o desenvolvimento do consumo

no setor através de macromedidores.

- O distrito de medição temporária possui a mesma finalidade de um setor de

macromedição, porém com equipamentos portáteis ou ainda instalação provisória.

- O setor de manobra é a menor subdivisão da rede, que não afeta essa caso

tenha abastecimento interrompido.

1.1.8 Consumo

O consumo consiste na última etapa do processo, quando o consumidor

recebe a água potável como produto. O consumidor utiliza água potável em quase

13

todos os afazeres domésticos cotidianos, o que justifica o uso de uma rede de

distribuição para garantir a alimentação contínua da água.

A companhia conta com consumidores especiais que demandam uma

quantia de água elevada em relação aos consumidores comuns. Estes recebem a

água em ramais de diâmetros coerentes ao consumo e os hidrômetros, muitas

vezes, são macromedidores semelhantes aos utilizados na entrada de setores de

rede de distribuição. É possível citar como exemplo: a base da marinha em Natal, o

Natal Shopping, entre outros.

14

2. ATIVIDADE REALIZADAS

As tarefas realizadas durante o estágio abrangeram funções da Unidade de

Desenvolvimento e Controle de Perdas de Natal, que realiza o controle de todos os

sistemas de Natal, englobando zona norte, zona sul, zona leste, zona oeste e

centro.

2.1 Automação de processos internos referentes à área

No decorrer do estágio, foram feitas atividades de implementação de

planilhas, programação e organização de tarefas e documentos pertinentes à área

de atuação.

2.1.1 Boletim operacional

Mensalmente, elabora-se um documento com a quantidade de água

produzida para encaminhar à gerência responsável pela unidade. O boletim

operacional, como é denominado esse documento, consiste na consolidação de

todos os boletins das principais instalações da empresa.

Diariamente, operadores realizam a leitura de macromedidores instalados em

pontos estratégicos para quantificar a quantidade de água produzida por cada

estação de tratamento de água, poço e estação de bombeamento. No último dia do

mês, esses boletins são coletados e organizados em uma planilha do Excel para

gerar o boletim operacional que será encaminhado à gerência responsável.

Inicialmente, os técnicos responsáveis por esse boletim operacional

demonstraram como é realizada a elaboração do mesmo. O preenchimento da

planilha requer atenção e análise crítica com os dados disponibilizados.

Corriqueiramente, são disponibilizados dados para realizar a estimativa da produção

em conjunto com dados medidos por instrumentos. Logo, uma análise cientifica da

confiabilidade de cada dado é fundamental para a consolidação do boletim.

15

2.1.2 Compilador de dados cadastrais

Durante o estágio, a gerência tramitou um projeto para ser realizado em um

bairro de Natal. Tal projeto consistia no mapeamento do bairro para atualização do

cadastro do setor ao qual ele pertencia. Para a realização do projeto foram

utilizadas ferramentas como Excel, AutoCAD, planta baixa do setor e instrumentos

de medição de pressão.

Como ponto de partida, o setor de cadastro forneceu relatórios contendo as

informações existentes do setor sobre imóveis do bairro e respectivas situações das

ligações de água e esgoto, bem como dados técnicos do tipo de conexões dos

ramais prediais. A quantidade de informações era elevada e não se encontrava

organizada, o que dificultava a manipulação e a análise dos dados.

Portanto, em conjunto com o supervisor do estágio, foi proposta a elaboração

de uma macro em Visual Basic for Application (VBA) para o Excel com o intuito de

organizar todos os dados. Previamente, os conceitos de programação em VBA no

Excel foram revisados, planilhas disponíveis na internet foram baixadas, além de

planilhas elaboradas pelo próprio supervisor contendo códigos em VBA que foram

analisadas para facilitar na execução da tarefa. A função dessa macro foi compilar

todos os dados de uma maneira organizada e sucinta em uma única planilha do

Excel, proporcionando uma rápida e eficiente análise.

Essa macro possibilitou a tomada de decisão com maior precisão na

execução do projeto. Com os dados todos organizados, foi possível localizar

imóveis no setor que possuíam ligação de água cortada e planejar a rota de

inspeção em campo com maior eficácia. Ainda foi possível a utilização desses

dados organizados pela macro em análises futuras de estimativa bruta de perdas

nos sistemas da empresa.

2.2 Cálculos de perdas

Como o estágio foi realizado em uma unidade de perdas, umas das principais

demandas é o levantamento mensal das perdas do sistema. Utilizado como

indicadores internos para avaliação da eficácia de todos os esforços realizados em

automatizar e controlar o sistema, esse conjunto de dados é fundamental.

16

Os técnicos e o chefe da unidade esclareceram como era feita a planilha de

perdas do sistema, evidenciando quais dados são considerados nos cálculos e

como adquiri-los através dos sistemas de informação existentes na empresa. A

escolha dos dados é a etapa crucial para a veracidade e confiabilidade dos cálculos

e estimativas realizadas durante o processo de levantamento das perdas do

sistema. Os dados de produção presentes no boletim operacional foram o ponto de

partida, pois esses dados estão organizados mês-a-mês, de acordo com o setor de

produção predeterminado pela diretoria de operação. Em seguida, coletou-se os

dados relativos ao consumo da população, adquiridos através de relatórios de

volume faturado do setor comercial, também mês-a-mês. Volume faturado não é o

dado mais confiável para ser considerado no levantamento das perdas visto que

não reflete o consumo precisamente, porém esses valores foram considerados

como ponto de partida. Isso se deve à prática da empresa em faturar em 10 m³

qualquer valor que seja inferior a isso, porém a empresa tenta a cada dia melhorar a

instrumentação para obter dados precisos do comportamento do seus sistemas. Um

desafio na obtenção desses dados foi a falta de integração existente entre o setor

operacional e o setor comercial, pois a setorização feita pela operação não coincide

com os setores de receita da comercial.

O conceito de perda pode ser explicado de maneira simples através de um

diagrama de blocos como o representado na Figura 6.

Figura 6: Diagrama esquemático para avaliação de perdas

(Fonte: Elaborado pelo autor)

Os dados de produção são os dados de entrada do sistema de

abastecimento, que, como relatado, podem ser obtidos através do boletim

operacional. Os dados de saída são compostos do consumo da população e perdas.

O consumo, como foi explicado anteriormente, é o produto final utilizado pela

população para diversos fins. A perda, entretanto, é classificada como real ou

17

aparente. A perda real é água que deixou o sistema por meio de rompimento de

tubulações, fissuras na impermeabilização dos reservatórios e trincas estruturais, ou

seja, não chegou na instalação dos usuários. A perda aparente é toda água que não

é medida ou possua uso indefinido. Pode-se considerar como perda aparente

qualquer fraude nos hidrômetros, instalações para uso clandestino, erro cadastral e

toda situação que impossibilita a contabilização do destino final da água.

Portanto, o cálculo das perdas é feito pelo simples balanço de massa do

diagrama acima representado, caso o sistema se resumisse a este modelo

simplista. A Equação 1 representa a expressão que foi elaborada para calcular as

perdas do sistema e usada nas planilhas do levantamento de perdas.

Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 = 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢çã𝑜 − 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢çã𝑜

(1)

Foram gerados índices de perdas para o sistema Natal, e subsistemas

predeterminados pela operação, como Planalto, Ponta Negra, Satélite etc., em

função dos meses do ano, para possibilitar a visualização do comportamento do

sistema ao longo dos anos.

Além de calcular os índices de perdas, indicadores preliminares puderam ser

calculados utilizando a média móvel. Com esses indicadores gerados por média

móvel, foi possível analisar e prever, em conjunto com outros tipos de análises,

tendências no comportamento dos sistemas de abastecimento da cidade de Natal. A

análise criteriosa desses dados é de suma importância para o planejamento de

todos os setores em comum da empresa, visto que o combate às perdas envolve

ações dos setores comercial, administrativo e operacional.

2.3 Elaboração de diagramas de instrumentação

Uma das principais atividades do estágio realizado na unidade foi o

mapeamento das instalações e dos sistemas de instrumentação. A existência

desses diagramas de instrumentação é fundamental para qualquer indústria.

Inicialmente, foi feita uma pesquisa da documentação necessária para revisar

as normas aplicáveis à elaboração de diagramas. Dessa forma, todo o

procedimento de elaboração, simbologia de instrumentos e equipamentos foi

18

revisado corretamente. Em seguida, o técnico com maior conhecimento das

instalações e instrumentação informou sobre todos os instrumentos e equipamentos

presentes. Além disso, informou os tipos de ligações de comunicação entre os

instrumentos, a alimentação e saída dos sistemas (instalações), além dos

acessórios importantes.

As instalações, com o mínimo de instrumentação em seus equipamentos,

totalizaram um número de 25 diagramas. Os diagramas representaram 5 estações

elevatórias, 11 reservatórios e 9 boosters. Entretanto, no corpo desse relatório serão

apresentadas as principais instalações. Os demais diagramas estarão presentes no

anexo do presente trabalho.

2.3.1 Reservatório R6

O Reservatório R6 está localizado em Candelária e consiste em dois

reservatórios: um apoiado (com capacidade de 5000 m³) e outro elevado (com

capacidade de 600 m³). A instrumentação presente nessa instalação consiste na

medição dos níveis dos reservatórios, transmitidos para os controladores que

manterão o reservatório no nível determinado pelo set-point. Além destes, estão

dispostos outros instrumentos que medem a vazão da alimentação do sistema. O

controle nessa estação é do tipo feedback, visto que mede a variável a ser

controlada após o processo de elevação da água, conforme mostrado na Figura 7

Figura 7: Diagrama de instrumentação do R6

(Fonte: Elaborado pelo autor)

19

O controle feedback é feito com a medição do nível do reservatório elevado

através de um transmissor de pressão capacitivo, instalado em campo, não

acessível ao operador e sem indicação local (Figura 8). Um sinal de 4 a 20 mA, que

representa o valor medido, é transmitido para o controlador, instalado em campo e

sem acesso ao operador. O controlador do nível é um inversor de frequência, que

também exerce a função de elemento atuador no motor, configurado com o set-point

do valor ideal em que o nível do reservatório elevado deve manter. O inversor de

frequência atua no conjunto motor-bomba, mais especificamente nos motores,

ajustando a frequência de rotação de acordo com o set-point, controlando assim o

nível do reservatório. Como instrumento de segurança, um controlador da Novus,

acessível em campo e com indicação local do nível, recebe um sinal de 4 a 20 mA

duplicado do inversor. Esse elemento de segurança impede que o reservatório fique

vazio ou extravase, através de uma chave de nível alto ou baixo.

Os controladores presentes se comunicam com um modem através de um

sinal digital, com protocolo de comunicação tipo modbus. Tal modem envia, via

comunicação wireless do tipo GPRS (General Packet Radio Service), os dados para

um supervisório.

Figura 8: Fragmento do diagrama contendo o controle atuável no nível

(Fonte: Elaborado pelo autor)

20

O reservatório apoiado também possui um transmissor de pressão capacitivo

para inferir nível, que, através de um sinal de 4 a 20 mA, envia para o modem o

valor medido (Figura 9).

Figura 9: Fragmento enfatizando medição de nível do reservatório apoiado

(Fonte: Elaborado pelo autor)

Todos os poços que alimentam o reservatório apoiado possuem indicação de

status ligado/desligado, que apenas é visualizado no supervisório (Figura 10). Todos

eles possuem um modem próprio que envia via modbus o status do poço. Além

disso, os poços contam com medidor eletromagnético de vazão, velocidade do

fluido e volume acumulado, com indicação local, sendo um instrumento

compartilhado para todas as indicações de variáveis. Essas medições são também

enviadas via modbus para o supervisório.

21

Figura 10: Fragmento do P&ID contendo os poços que alimentam o reservatório

(Fonte: Elaborado pelo autor)

22

2.3.2 Estação elevatória de água tratada de Lagoa Nova II (EEAT – LN II)

A estação elevatória é composta por dois conjuntos motor-bomba, com

capacidade para 1576,80 m³/h e pressão de recalque de 52 mca (520 kPa), que

recalca a água armazenada em um tanque de reunião. Essa estação bombeia água

proveniente de 4 poços de Lagoa Nova II, 3 poços de Novo Campo e da adutora III

da ETA do Jiqui. Toda água recalcada é enviada para os reservatório R4 e R5

(Figura 11).

Figura 11: Diagrama P&ID da EEAT – LN II

(Fonte: Elaborado pelo autor)

A instrumentação presente na estação está instalada na saída da estação

(Figura 12) e na adutora III da ETA do Jiqui (Figura 13). Todos esses instrumentos

são medidores ultrassônicos de vazão, com totalizador de vazão e indicador de

velocidade do fluido, instalados em campo, contendo indicação local das variáveis.

Tais medidores se comunicam com um modem, via sinal digital, que envia, via

protocolo de comunicação GPRS, os dados diretamente para o supervisório da

empresa. Os dados são indicados e registrados no supervisório SCADABR

(Supervisory Control and Data Acquisition) para controle contínuo e ainda futura

análise dos dados armazenados.

23

Figura 12: Fragmento do P&ID contendo instrumentos da saída da EEAT –LN II

(Fonte: Elaborado pelo autor)

Figura 13: Fragmento do P&ID contendo a alimentação da EEAT – LN II

(Fonte: Elaborado pelo autor)

2.3.3 Reservatório R10

Essa instalação é composta por dois reservatórios elevados denominados de

R10.1 (com capacidade de 200 m³) e R10.2 (com capacidade de 700 m³). A

alimentação desses reservatórios é feita pela a EEAT – PONTA NEGRA, pelo poço

P7 de Ponta Negra, que alimenta apenas o R10.2. Todos os dois reservatórios

fornecem água para a rede de distribuição de Ponta Negra (Figura 14).

Os dois reservatórios contam com sensores de pressão para indicação de

nível e o poço P7 possui um medidor de vazão ultrassônico como instrumentação.

24

Figura 14: Diagrama P&ID do reservatório R10 de Ponta Negra

(Fonte: Elaborado pelo autor)

Os reservatórios possuem sensores de pressão que transmitem com um sinal

de 4 a 20 mA o valor medido para um modem (Figura 15). O poço P7 tem na sua

saída um instrumento compartilhado que mede vazão instantânea, volume

acumulado e velocidade do fluido, com indicação local. Além desse instrumento, o

poço conta com um indicador de status ligado/desligado e instrumento de medição

de parâmetros elétricos, esse último com indicação local no campo. Todos os

instrumentos do poço transmitem um sinal digital dos parâmetros medidos para o

modem, que envia as informações para o supervisório via GPRS.

25

Figura 15: Fragmento do P&ID contendo instrumentação do R10

(Fonte: Elaborado pelo autor)

2.3.4 Booster Nova Descoberta

Um booster trata-se de um conjunto motor-bomba com a finalidade de elevar

a pressão de uma rede de distribuição, permitindo que a água alcance trechos finais

da rede (Figura 16). Essa instalação conta com uma bomba vertical imersa em um

poço construído.

Na instalação, tem-se um sensor de pressão na saída, instalado em campo,

sem acesso ao operador e sem indicação no painel. O valor medido é transmitido

para o controlador de pressão, com sinal de 4 a 20 mA. O controlador trata-se de

um inversor de frequência, instalado em campo e inacessível ao operador. Esse

inversor transmite o valor da pressão recebido, por um sinal digital, para o modem.

Também replica o valor da variável com um sinal 4 a 20 mA para um controlador da

Novus, que está instalado como chave de segurança de pressão baixa e alta. O

controlador da Novus está instalado em campo, possui indicação no painel da

variável controlada e transmite os dados via modbus para o modem presente em

campo. Todos os dados recebidos pelo modem são enviados via GPRS para o

supervisório da CAERN.

26

Figura 16: Diagrama de instrumentação do booster de Nova Descoberta

(Fonte: Elaborado pelo autor)

27

3. IDENTIFICAÇÃO DOS CONTEÚDOS

O cotidiano no estágio de uma empresa que possui como produto principal a

água requer lidar com situações de hidráulica. Conhecer os termos, os fenômenos,

e a teoria por trás de cada situação é algo crucial para analisar tudo que foi

solicitado, compreender os projetos tramitados para a unidade, solucionar

problemas corriqueiros da operação e qualquer situação envolvendo conceitos de

quantidade de movimento em fluidos. A disciplina DEQ0504 – TRANSPORTE DE

QUANTIDADE DE MOVIMENTO proporcionou o conhecimento fundamental para

enfrentar o contexto citado.

O estágio requereu constante compilação, organização e análise de dados.

Ter cursado as disciplinas FIS0315 – FÍSICA EXPERIMENTAL I, FIS0316 – FÍSICA

EXPERIMENTAL II, DEQ0516 – LABORATÓRIO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS I, e

DEQ0518 – LABORATÓRIO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS tornou essas

habilidades algo mais natural para a execução das atividades.

Os conhecimentos adquiridos nas disciplinas DEQ0527 – CONTROLE DE

PROCESSOS e DEQ0529 – INSTRUMENTAÇÃO NA INDUSTRIA QUÍMICA foram

fundamentais como um todo para entender os sistemas atualmente instalados na

empresa. Diariamente, instrumentos de medição eram comprados, testados e

instalados. Portanto, a compreensão de como eles funcionam e suas aplicações é

algo fundamental para o entendimento de cada instalação automatizada, bem como

as que estavam planejadas para serem automatizadas. Ao analisar um sistema

devidamente automatizado, conceitos básicos de controle dos processos tiveram

que ser aplicados, como set-point, distúrbios, ruídos, etc. A capacidade de

interpretar, elaborar e analisar um diagrama de instrumentação agregou

imensuravelmente nas informações para a elaboração dos diagramas requisitados.

A disciplina DEQ0531 – ENGENHARIA AMBIENTAL possibilitou o prévio

conhecimento do tipo de indústria em o estágio foi realizado, pois possui o

tratamento de água como componente da ementa.

No cumprimento de atividades relacionadas à programação computacional

foram requeridas noções básicas de linguagem de programação, lógica

computacional e conceitos avançados de Excel. Todos esses requerimentos foram

abordados nas disciplinas DEQ0513 – MÉTODOS COMPUTACIONAIS

APLICADOS À ENGENHARIA QUÍMICA e CHE 205 - COMPUTIONAL METHODS

(Disciplina cursada durante o programa Ciências sem Fronteiras).

28

4. AVALIAÇÃO DA SUA FORMAÇÃO

A formação profissional proporcionada em Engenharia Química pela

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, no Centro de Tecnologia, contribuiu

muito para a perfeita compreensão, execução e reflexão do estágio documentado

neste trabalho. As dificuldades e complicações que surgiram no decorrer do estágio

foram bem contornadas e resolvidas. Isso deve-se à base acadêmica adquirida no

curso e às lições vivenciadas, durante o estágio, que disponibilizaram experiência e

sabedoria para enfrentar os imprevistos.

As disciplinas mencionadas no tópico anterior possibilitaram acesso a um

conhecimento técnico e profissional crucial para exercer engenharia no estágio. As

noções em fluxogramas de processo, controle de processos, tratamento de

efluentes, instrumentação, fenômenos do transporte, método científico,

programação computacional e demais conceitos adquiridos na formação acadêmica,

tornaram possível aplicar tudo isso no cotidiano de uma empresa. Apesar de

aprender muito durante o estágio, conhecimento prévio na área de atuação é

necessário.

As lições de vida podem não ser mensuradas no histórico ou currículo.

Porém, ajudam muito para uma melhor experiência de estágio, ou qualquer

experiência profissional. Todos os trabalhos em grupo, estudos em grupo para

avaliações escritas, problemas de convivência com alunos do curso, momentos de

relação direta com o professor para resolver qualquer que seja a situação etc.,

preparam o estudante para situações cotidianas de relação interpessoal em uma

empresa.

29

5. AVALIAÇÃO DO RETORNO

O estágio é uma experiência única e enriquecedora para todo estudante,

independente da formação profissional. No estágio, o aluno aplica conhecimento

técnico e de vida para exercer qualquer atividade solicitada. Contudo, a vivência do

estágio é uma etapa mais para adquirir conhecimentos do que aplicá-los.

A experiência vivida durante o período de estágio possibilitou experimentar o

dia-a-dia de uma empresa. A burocracia administrativa envolvida em todas as ações

tomadas nas unidades, gerências e diretorias de uma empresa é algo quase que

impossível de aprender em universidade. Além disso, como essas ações se

interagem e interligam para alcançar o objetivo maior da empresa. Sem mencionar

que essas ações são planejadas, tramitadas e executadas por pessoas, ou seja, a

relação interpessoal deve ser profissional. Isso pode ser citado como o maior

aprendizado pessoal do estágio.

Todas as atividades técnicas foram enriquecedoras para a formação

profissional, um adicional. Durante o estágio foi possível aprender na prática a

elaboração de planilhas de indicadores e controle de processo, construção de

diagramas de instrumentação e experiência técnica adquirida com os técnicos mais

experientes.

Toda a logística para elaborar planilhas de indicadores e acompanhamento

do processo engloba várias unidades da empresa. Os dados necessários para

realizar levantamentos e futuras análises são produzidos de diversas formas, leitura

realizada por operador e telemetria. Na produção da água tratada, os operadores

realizam leituras dos instrumentos macromedidores. No consumo do produto,

leituristas coletam dados de consumo mensal. Além dessas, a empresa ainda utiliza

a telemetria para coletar dados à distância e em tempo praticamente real. A

telemetria é direcionada para o supervisório da empresa que registra as

informações na forma de um banco de dados. Nessas ações citadas, há o

envolvimento de unidades de operação, comercial e automação, concretizando o

levantamento bruto de todos os dados.

A elaboração dos diagramas de instrumentação pode ser destacada como a

maior contribuição do estágio. Foram aplicados conhecimentos técnicos adquiridos

na graduação acerca de instrumentação e mapeamento de processos. Realizar a

construção de diagramas do tipo é algo raro, pois geralmente são feitos por

engenheiros experientes e quando a instrumentação do processo está sendo

planejada. Felizmente, no momento desse estágio, a instrumentação estava sendo

implementada na empresa, o que propiciou essa oportunidade única de mapear

todos os processos da empresa.

30

6. CONTRIBUIÇÕES PARA A EMPRESA

A empresa está passando por uma etapa delicada e singular, que é a etapa

de instrumentação dos processos, controle e aprimoramento dos processos. Isso

requer força técnica capacitada e treinada. Todas as atividades objetivaram a

contribuição para a execução eficiente dos planos de melhoria dos processos e

combate às perdas.

A maior contribuição está associada com a confecção dos diagramas de

instrumentação das instalações da empresa. Os diagramas contribuirão para o

planejamento e execução eficientes de ações da unidade de automação. Com os

tipos de instrumentos, ligações e controle representados nos diagramas, para cada

instalação, será possível previamente visualizar o que o técnico encontrará em

campo. Também beneficiará a gerência competente, que poderá analisar a atual

malha de automação, planejando ações de manutenção da malha e futuras

modificações. Para isso acontecer com mais eficiência, o "tagueamento"

(cadastramento dos instrumentos), com todas as informações necessárias,

precisará ser feito.

A realização do boletim mensal de produção e planilhas de cálculos de

perdas colaboraram para o andamento do plano de trabalho previsto da unidade.

Assistiram na geração de indicadores do funcionamento dos processos da empresa,

possibilitando, consequentemente, uma melhor avaliação.

Os mapas de pressões foram elaborados como uma ferramenta no combate

às perdas do processo. Realizando o devido gerenciamento das pressões da rede,

as perdas são combatidas em conjunto com outras ações paralelas. Portanto, um

mapa das pressões das redes de distribuição da empresa possibilita a rápida

visualização da situação.

31

REFERÊNCIAS

AMERICAN NATIONAL STANDARD. ISA-5.1-2009: Instrumentation Symbols and

Identification. Carolina do Norte, Estados Unidos da América: Isa, 2009. 128 p.

Disponível em: <http://www.wccandm.services/4_Portaal/PenID/ANSI_ISA 5.1 2009

- Instrumentation Symbols and Identification.pdf>. Acesso em: 29 set. 2016.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12218: Projeto de

rede de distribuição de água para abastecimento público. Rio de Janeiro: Abnt,

1994. 4 p. Disponível em: <http://www.emiliaweb.com.br/site/wp-

content/uploads/2012/10/Nbr-12218-Projeto-De-Rede-De-Distribuicao-De-Agua-

Para-Abastecimento-Publico.pdf>. Acesso em: 31 out. 2016.

BOJORGE, Ninoska. Simbologia e Nomenclatura de Instrumentação e

Controle. Niterói: Ninoska Bojorge, [2012]. 99 slides, color. Disponível em:

<http://www.dee.eng.ufba.br/home/simas/Aula IV - Simbologia - pt2.pdf>. Acesso

em: 31 set. 2016.

FRANGIPANI, Márcio. Ensaios pitométricos. In.: GOMES, Airton Sampaio (Org.).

Guias práticos: técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água.

Brasília: SNSA, 2007. v. 2.

FRANGIPANI, Márcio. Macromedição. In.: GOMES, Airton Sampaio (Org.). Guias

práticos: técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água. Brasília:

SNSA, 2007. v. 1.

GONÇALVES, Elton; ALVIM, Paulo Roberto Ambrósio. Pesquisa e combate a

vazamentos não visíveis. In.: GOMES, Airton Sampaio (Org.). Guias práticos:

técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água. Brasília: SNSA,

2007. v. 3.

32

GONÇALVES, Elton; LIMA, Celso Vieira de. Controle de pressões e operação de

válvulas reguladoras de pressão. In.: GOMES, Airton Sampaio (Org.). Guias

práticos: técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água. Brasília:

SNSA, 2007. v. 4.

HYDRO. São Paulo: Aranda, v. 117, jul. 2016. Mensal. Disponível em:

<http://www.arandanet.com.br/midiaonline/hydro/2016/julho/index.php>. Acesso em:

25 jul. 2016.

NÓBREGA, Juliana Santos da. DIAGNÓSTICO DOS MANANCIAIS SUPERFICIAIS

DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DA CIDADE DO NATAL -

RN. 2007. 80 f. Monografia (Especialização) - Curso de Meio Ambiente e

Desenvolvimento Sustentável, Universidade Potiguar, Natal, 2007. Disponível em:

<http://www.natal.rn.gov.br/bvn/publicacoes/juliannasn.pdf>. Acesso em: 31 set.

2016.

PIPING and Instrumentation Diagrams:Tutorials I. [2010]. Disponível em:

<http://www.instrumentationtoolbox.com/2011/04/piping-and-instrumentation-

diagrams.html#axzz4KAmRnQXl>. Acesso em: 10 out. 2016.

VENANCIO, Salatiel (Comp.). Abastecimento de água. 2009. Disponível em:

<http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Agua.html?submit=Voltar+ao+%CDndice+

Geral>. Acesso em: 24 out. 2016.

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ANEXO A –Diagramas de instrumentação das instalações do serviço de abastecimento de água da CAERN

Os diagramas explicados no corpo do trabalho englobam a maioria dos

instrumentos presentes nas instalações da empresa (Reservatório, elevatórias e

boosters). Portanto, todos os diagramas podem ser interpretados perfeitamente por

possuírem a mesma gama de símbolos.

Esse anexo compila todos os diagramas P&ID produzidos durante o estágio,

separados por tipo de instalação.

Figura 17 – Diagramas de instrumentação dos reservatórios da Zona Sul

a) Reservatório semi-enterradoR1

34

b) Reservatório R3 com 3 câmaras semi-enterradas

c) Reservatório R4 com dois estruturas elevadas

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d) Reservatório elevado R5

e) Reservatóriosemi-enterrado R7

36

f) Reservatório elevado R9

37

g) Reservatório elevado R11

h) Reservatóriocom 3 compartimentos semi-enterrados R12

38

i) Reservatório elevado R13

Figura 18 – Diagramas P&ID das estações elevatórias da Zona Sul

a) Elevatória de água tratada de Dunas

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b) Elevatória de água tratada de Lagoa Nova I

c) Elevatória de água tratada de Ponta Negra

40

d) Elevatória de água tratada de Satélite

Figura 19 – Diagramas P&ID dos boosters da Zona Sul

a) Booster do Bairro Nordeste

b) Booster do Bom Pastor

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c) Booster do Felipe Camarão

d) Booster do Jardim América

e) Booster de Mãe Luiza

42

f) Booster de Nazaré

g) Booster do Nova Cidade

h) Booster das Quintas