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supervisão computadorizada aplicada a uma estação de

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1. 38 Aplica o multiponto t pica do padr o RS 485 aeee reaeneraranna 39 Exemplo de transmiss o de bits por meio do barramento diferencial ti 40 Comprimento do cabo versus taxa de transmiss o de dados eee 40 Circuito conversor de RS 232 para RS 485 e eeeeeerereeereeaeeaeeeaeeereneeneea 42 Diagrama representativo de uma arquitetura centralizada ieras 45 Diagrama esquem tico da arquitetura hier rquica re reaererarana 46 Mestre enviando um comando endere ado a apenas um escravo c eee 47 Diagrama de blocos da estrutura da mensagem e rererreereereracaereranas 48 Fluxograma de recebimento e valida o de mensagem ienes 50 Diagrama esquem tico do sistema mestre escravo de aquisi o de dados 50 Diagrama de blocos do escravo assis ima sato posae iiia SACI E Ueda a grado 52 Foto do escravo montado instalado em campo ii iereeeeereeeeeeeeeeeeererereaas 52 Fig a E a E E a pi 8 8 8 8 8 8 8 g Fig a a a a a a a Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fi Fi a 8 8 a 4 9 4 10 411 4 12 4 13 4 14 4 15 4 16 4 17 4 18 4 19 4 20 4 21 4 22 4 23 5 1 5 2 Sos 5 4
2. A figura 3 9 mostra o circuito projetado e desenvolvido para condicionar o sinal de corrente do medidor de vaz o em sinal de tens o de zero a cinco volts possibilitando a convers o do sinal anal gico para digital CAP TULO 3 Materiais e M todos 35 sa o CR gt 0a5V LMC6482 Voffset Ne Figura 3 9 Circuito condicionador de sinal de 4 a 20mA O resistor shunt Rsh usado para transformar o sinal de corrente em um valor de tens o proporcional Seu valor deve ser menor do que a resist ncia m xima do loop de corrente que de 300 Q SIGNET 2551 2007 O valor escolhido para o desenvolvimento do circuito foi de 100 Q Desta forma nos terminais do resistor Rsh temos um sinal de tens o que varia de 0 4 a 2V relativos ao sinal de 4 a 20 mA Para trazer o sinal m nimo de 0 4V para efetivos OV soma se ao valor medido um sinal negativo Vormset A figura 3 10 mostra o circuito projetado para a gera o desse sinal negativo cont nuo Figura 3 10 Circuito de ajuste de offset Assim como no circuito condicionador do sensor de temperatura os resistores devem possuir pelo menos 1 de precis o As demais resist ncias s o da ordem de 10 ohms com o intuito de reduzir as correntes que circulam na realimenta o negativa do amplificador O diodo zener Z1 impede a passagem de sinais de tens o na sa da maiores do que 5 1 volts protegendo o microcontrolador que receber esse sinal A figura 3 11 mostra
3. conectado refer ncia A tens o de sa da determinada pela equa o 3 2 V 1 Pot G 2 1 V R 3 2 Os resistores devem possuir pelo menos 1 de precis o As demais resist ncias devem ser da ordem de 10 ohms com o intuito de reduzir as correntes que circulam na realimenta o negativa do amplificador O diodo zener Z1 impede a passagem de sinais de tens o na sa da maiores do que 5 1 volts protegendo o microcontrolador que receber esse sinal A resist ncia R4 associada em s rie com o capacitor C1 atuam como um filtro passa baixa ou seja atenuam a passagem de ru dos de alta frequ ncia que possam aparecer A frequ ncia de corte do filtro RC calculada por interm dio da equa o 3 3 CAP TULO 3 Materiais e M todos 32 fa a L 48kHz 3 3 27 RC 27 33 100 10 A figura 3 4 mostra uma foto do circuito desenvolvido do condicionador de sinal do sensor de temperatura LM35 Nota se que como o circuito integrado usado possui dois amplificadores operacionais a placa foi desenvolvida para o condicionamento de dois sensores Para tanto duplicou se o circuito apresentado na figura 3 7 f AE amplificador alimenta o operacional do circuito Sa da2 Sa da 1 Yom E J a capacitor de filtro para o sensor 2 ajuste de ganho E P T gt para o sensor 2 Poes capacitor de filtro para o sensor 1 ajuste de ganho para o
4. sendo n n mero de bits do conversor A D Vref tens ode refer ncia positiva do conversor A D 5V e Vref tens o de refer ncia negativa do conversor A D 0V Ligando a sa da do sensor diretamente entrada do conversor A D a sensibilidade da medi o seria de apenas 2 C Sabendo que o conversor l tens es de at cinco volts uma CAP TULO 3 Materiais e M todos 31 forma de melhorar a precis o da leitura a amplifica o do sinal de forma que o fundo de escala da medi o gere uma tens o de cinco volts Como o processo n o apresenta temperaturas superiores a 50 C nos pontos onde se pretende medir temperatura a tens o m xima a ser gerada pelo sensor de 500mV Aplicando um ganho de 10 em tal sinal de tens o condiciona se o sinal de sa da do sensor de temperatura para a faixa de O a 5V Dessa forma a sensibilidade da convers o A D passa a ser igual a 0 2 C A figura 3 6 mostra o circuito projetado e desenvolvido para condicionar o sinal do sensor de temperatura pe gt 0a5V Figura 3 6 Circuito condicionador de sinal do LM35 Como o sensor semicondutor LM35 gera um sinal pr condicionado a a o do circuito de condicionamento amplificar o sinal de tens o para a faixa de zero a cinco volts A configura o escolhida foi a n o inversora Nela o sinal de tens o de entrada aplicado diretamente ao terminal de entrada positivo do amplificador operacional U1 enquanto o resistor R
5. 26 03 06 17 35 33 4496 1718 8863 45868 12582 0 26 03 06 17 35 35 4516 1710 8784 4608 1263 0 Cana T Canai Cana Sf Canais ConaiS Nome Unidade M nimo M ximo Offset Tipo DD pH UASB X pH 0 14 0 Info L y Descarregado em Mem ria Usada Basn 2 gt 26 03 07 18 14 45 135 Bytes usados 5754 Tempo de Captura te isi Bytes Descarregados 00 00 02 13 Bytes baixados 1950 Figura 4 22 Tela de descarga e armazenamento de dados O segundo objetivo do sistema possibilitar a visualiza o das informa es armazenadas no banco de dados as quais foram gravadas por interm dio da tela de captura em tempo real apresentada na figura 4 21 e da tela de descarga e armazenamentos de dados relacionados captura programada apresentada na figura 4 22 Para acessar a base hist rica o operador deve selecionar a partir da tela principal a op o banco de dados indicada por BD na figura 4 18 Dessa forma o usu rio ser direcionado para a tela apresentada na figura 4 23 Para a sele o da massa de dados a ser apresentada no canto superior esquerdo disponibilizado ao operador um grupo de informa es sobre as massas de dados Exp armazenadas tais como nome do experimento tempo de captura data e hora da primeira e da ltima aquisi o O operador navega entre os experimentos por meio de uma barra de navega o Nav tendo a op o de carregar a massa de dados para a
6. A figura 5 9 mostra a m dia m vel dos valores instant neos de temperatura apresenta dos na figura 5 8 com uma janela de vinte minutos Nela os dados de temperatura podem ser CAPITULO 5 Resultados experimentais 74 analisados de modo mais amig vel pois os ru dos de medi o foram filtrados Tal resultado mostra que mesmo com uma varia o t rmica de 7 C entre o per odo mais quente e o mais frio do dia a temperatura interna do reator UASB se mant m dentro de uma faixa aceit vel para a opera o Temperatura C 09 12 06 11 00 10 09 12 06 23 03 30 10 12 06 12 13 30 11 12 06 01 23 30 11 12 06 14 33 30 12 12 06 03 43 30 Figura 5 8 Valor instant neo da temperatura interna do reator UASB entre os dias 09 e 12 de dezembro de 2006 Temperatura C 09 12 06 11 00 10 09 12 06 22 57 10 10 12 06 12 00 10 11 12 06 01 03 10 11 12 06 14 06 30 12 12 06 03 09 30 Figura 5 9 M dia m vel da temperatura interna do UASB entre os dias 09 e 12 de dezembro de 2006 Em regi es onde a temperatura varia bruscamente seja de forma di ria semanal ou mensal tal medida passa a ser cr tica e deve ser usada como refer ncia para o controle t rmico das unidades de tratamento CAPITULO 5 Resultados experimentais 15 5 3 3 POTENCIAL HIDROGEN NICO PH O pH um fator ambiental que influencia significativamente o processo de degrada o da mat ria org nica Segundo Chernicharo 1997 peque
7. o atual dos canais ativos Ch escolher dentre os canais ativos quais s o os que devem ser apresentados definir o tempo de captura Cap iniciar e parar a captura de dados por meio do bot o Ini e salvar no banco de dados os dados vis veis no gr fico Grf em determinado instante Para que o usu rio possa salvar os dados lhe requisitado que insira um t tulo T e o nome do respons vel N de forma a facilitar a identifica o futura de tal massa de dados disponibilizada a visualiza o da tend ncia Td da s rie de dados mediante o c lculo da m dia m vel de cada uma das s ries de dados relacionadas com os canais ativos A janela da m dia m vel dada em minutos pode ser ajustada por meio do campo Jn Caso a opera o escolhida para o escravo tenha sido a de captura programada ap s um per odo menor ou igual ao tempo necess rio para a mem ria de dados ser completamente preenchida o operador deve efetuar o download dos dados armazenados no escravo Para tanto a partir da tela principal o operador deve selecionar a op o de captura programada indicada por Prg na figura 4 18 Dessa forma o usu rio ser direcionado para a tela apresentada na figura 4 22 CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 63 Nome Tipo idade imo M ximo Offset Temperatura intema do UASB Temperatura Primeiro ponto em Tempo decorido 26 03 07 18 21 15 170 ltimo pont
8. with ChartDados Series iSerieID array 0 TLin iSerieID alfa Dou 65535 eSeries Integer ble TObject of Double then exit InfoCanaisChkListBox ItemIndex do begin for t O to Count 1 do begin ChartDados Series 8 AddY YValues Value t XLabel t clTeeColor Pontos t end end YValue t c lculo da m dia m vel de uma s ri j StrToInt InfoTendenciakdit Text ChartDados Series 8 YValues 0 Pontos 0 for t 1 to ChartDados Series 8 Count 1 do begin g e J7 if s lt 1 then s 1 ChartDados Series 8 YValues t 1 j Pontos t 96 Pontos s ChartDados Series 8 YValues t ChartDados Series 8 YValues t ChartDados Series 8 YValues t 1 end end fim procedure PRINCIPAIS PARTES DO C DIGO FONTE DO ESCRAVO include lt 18f452 h gt device adc 8 A D de 8 bits fuses XT NOPROTECT NOOSCSEN NOBROWNOUT WDT128 WDT STVREN NOLVP use delay clock 4000000 RESTART WDT use rs232 baud 19200 bits 8 xmit pin c6 rcev pin c7 BRGH1OK f dd dd dd RARAS dA dd Rs i Enumera o de tarefas e comandos NOPUT CCP2C1 enable pin cs do df HR od dd RR JX RARA GDA a a a a ISIS LLX RR Rr enum selecao de tarefas aguarda tarefa Stand by o primeiro passo do tratamento de tarefas escreve cabecalho Escreve o cabe alho na memoria I C captura dados Captura
9. SSe 5 6 rS O fm 5 8 19 9 5 10 5 11 Fluxograma de recep o interpreta o e execu o de uma query 53 Fluxograma de execu o da tarefa Descarrega dados adquiridos 54 Estrutura dos eventos poss veis do mestre c ice eerecrereeecereereneeaaeeneraneaaeens 55 Fluxograma descritivo do evento Configurar barramento rea 56 Fluxograma descritivo do evento Parametrizar escravo serenas 57 Fluxograma descritivo do evento Recuperar parametriza o eee 58 Fluxograma descritivo do evento Capturar em tempo real rena 59 Fluxograma descritivo do evento Armazenar dados eeeeeeeeeeerereeeeneraners 59 Fluxograma descritivo do evento Limpar mem ria do escravo ii 60 Tela principal do software mestre si ircreeeeereeeeeereeeaeerereeeeraraneeaaraneeareaaeeaneaeoa 60 Tela de configura o do barramento de comunica o e eeeeeereeerererneeas 61 Tela de parametriza o dos escravos ii creeeereecereererereeeeneeaaeeneraneneeaneraeererenesa 61 Fela de captura em tempo real ses ssteaa aa eaea eaa e e K Er eea adaga 63 Tela de descarga e armazenamento de dados esssssssessessseseesresesstsessteessersesetssressenessesesses 64 Tela de visualiza o dos dados armazenados no banco de dados 65 Esta o de tratamento do Hospital Geral Waldemar
10. fundamentada na medi o da for a eletromotriz f e m de uma c lula eletroqu mica que cont m uma solu o de pH desconhecido como eletr lito e dois eletrodos Tais eletrodos s o constru dos por meio de um vidro de composi o especial sens vel concentra o de ons H Um dos eletrodos denominado indicador adquire potencial que depende do pH da solu o O segundo eletrodo por sua vez deve ter um potencial constante independente do pH da solu o com o qual portanto o potencial do eletrodo indicador comparado da este segundo eletrodo ser denominado eletrodo de refer ncia Dessa forma o eletrodo de pH pode ser pensado como uma bateria com uma tens o que varia proporcional ao pH da solu o medida CAP TULO 3 Materiais e M todos 37 O potencial desenvolvido entre o eletrodo indicador e o de refer ncia dado por Von 17 0 059 pH 3 7 sendo r uma constante que depende do material usado para a constru o do eletrodo de refer ncia Para a medi o cont nua do pH interno do reator UASB foi usado o eletrodo de pH 2764 Differential Dry Loc produzido pela George Fischer Signet Este instrumento tem a fun o de monitorar continuamente o pH de solu es aquosas O sensor do tipo combinado uma vez que incorpora em uma s pe a os eletrodos de medi o face de vidro e refer ncia e um sensor de temperatura usado para compensa o t rmica Fabricado em CPVC PVC clorado pode s
11. o O lodo da lagoa de decanta o deve ser removido em per odos de poucos anos Fonte Sperling 1995 Figura 2 5 Diagrama de blocos do sistema de lagoa aerada de mistura completa lagoa de decanta o 2 6 2 LODO ATIVADO O processo de lodo ativado biol gico Nele o esgoto afluente e o lodo ativado este composto de bact rias aer bias s o intimamente misturados e aerados para logo ap s se separarem em decantadores A alta efici ncia deste sistema em grande parte decorre da recircula o de lodo Esta permite que o tempo de deten o hidr ulico seja pequeno e conse quentemente que o reator possua pequenas dimens es A seguir s o descritos os principais tipos de tratamento baseados nesse processo 2 6 2 1 Lodo ativado convencional O fluxograma do sistema de lodos ativados convencional apresentado na figura 2 6 Neste sistema a concentra o de biomassa no reator bastante elevada em virtude da recir cula o dos s lidos sedimentados no fundo do decantador secund rio DS A biomassa permanece por mais tempo no sistema do que o l quido o que garante elevada remo o da DBO H a necessidade da remo o de uma quantidade de lodo equivalente que produzida O lodo removido ainda necessita de estabiliza o O fornecimento de oxig nio CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 16 feito por aeradores mec nicos ou por ar difuso no reator de lodos ativados
12. o de tratamento de efluentes com os reatores UASB e LA e os demais componentes do sistema Baseando se em CAP TULO 3 Materiais e M todos 23 ACS Fibra 2002 o princ pio de funcionamento de cada parte do processo ser apresentado de forma resumida EER a Destino Final Adaptado de ACS Fibra 2002 Figura 3 1 Diagrama representativo da esta o de tratamento com seus principais constituintes 3 2 1 TRATAMENTO PRELIMINAR E ESTA O ELEVAT RIA Antes de ser introduzido nos reatores o esgoto bruto passa pela unidade de tratamento preliminar cujo objetivo a remo o de s lidos grosseiros e inertes n o biodegrad veis constitu da pelos seguintes itens o caixa de grade CG tem por objetivo a reten o de s lidos grosseiros e estranhos ao tratamento com espa amento suficientemente grande que permita a passagem da mat ria fecal A grade fixada com espa amento de uma polegada em plano inclinado no interior do canal A remo o do material retido pela grade deve ser feita continuamente ou com a maior frequ ncia poss vel duas a quatro vezes por dia de modo a evitar o entupimento e o desprendimento de mau cheiro O material removido deve ser exportado como lixo s lido enterrado ou incinerado o caixa de areia CA tem por objetivo a reten o de s lidos inertes pesados sobretudo a pr pria areia um compartimento dimensionado para manter uma veloc
13. Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 62 nesta tela tamb m que os canais do escravo s o configurados e ativados mediante a lista de checkbox Ch Ao ativar um canal ser pedido ao operador que as informa es requeridas acerca daquele canal sejam disponibilizadas Estas informa es s o o nome do canal o tipo do sensor conectado a unidade de medida o valor m nimo e o m ximo a serem medidos e o offset caso seja pertinente Ap s o operador preencher todas as informa es requeridas pelo sistema para a parametriza o do escravo e atualizar a configura o do escravo por meio do bot o Bt2 o escravo estar pronto para iniciar a captura de dados tanto em tempo real quanto programada Uma peculiaridade do sistema o fato de que ele suporta apenas um tipo de captura em um determinado instante ou seja ou o sistema est capturando dados de forma programada ou em tempo real Caso a inten o seja utilizar a funcionalidade de captura programada basta que o operador inicie a captura clicando no bot o Bt3 A partir da o escravo j inicia o trabalho e o mestre pode ser desconectado do barramento de comunica o Caso a inten o seja visualizar os dados em tempo real o operador volta para a tela principal e seleciona a op o de captura em tempo real indicada por TR na figura 4 18 que o direcionar para a tela apresentada na figura 4 21 Nesta tela ser poss vel ao operador visualizar a configura
14. August 2003 Olsson G Nielsen M Yuan Z Lynggaard Jensen A Steyer J P 2005 Instrumentation Control and Automation in Wastewater Systems IWA Publishing ISBN 1900222833 82 83 Sedra A S Kenneth C S 1999 Microeletronica S o Paulo Ed Makron Books v 2 821p ISBN 85 346 1044 4 Thomazini D amp Albuquerque P U de 2005 Sensores Industriais Fundamentos e Aplica es Editora rica la edicao S o Paulo 2005 220p ISBN 85 365 0071 9 83 AP NDICE A GLOSS RIO DE TERMOS RELACIONADOS A TRATAMENTO DE ESGOTOS gua bruta gua antes de receber qualquer tratamento gua tratada gua a qual tenha sido submetida a um processo de tratamento com o objetivo de torn la adequada a um determinado uso guas residu rias Qualquer despejo ou res duo liquido com potencialidade de causar polui o Adsor o Processo pelo qual uma subst ncia g s ou l quido adere superf cie de outra s lido Na adsor o verifica se a forma o de uma camada de g s ou l quido sobre a superf cie de um s lido A adsor o pode ser qu mica ou f sica Na adsor o qu mica a subst ncia adsorvida reage com a superf cie do adsorvente havendo a forma o de liga es qu micas Neste tipo de adsor o forma se uma nica camada de subst ncia adsorvida na superf cie do adsorvente Por sua vez na adsor o f sica n o h a forma o de liga es qu micas As mol culas s o adsorvidas
15. II Semin rio Nacional Sobre Tratamento e P s tratamento de guas Residu rias Setembro de 2004 Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fi a 8 Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig 2 1 22 Did 24 29 2 6 2 17 2 8 2 9 2 10 2 11 2 12 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 37 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 LISTA DE FIGURAS Diagrama de blocos de um sistema completo de tratamento de efluente 10 Diagrama de blocos do sistema de lagoa facultativa i rea 13 Diagrama de blocos do sistema de lagoa anaer bia lagoa facultativa 14 Diagrama de blocos do sistema de lagoa aerada facultativa seeeeseeeeeeseessrsrerserrressrererees 14 Diagrama de blocos do sistema de lagoa aerada de mistura completa lagoa de decanta o 15 Diagrama de blocos do sistema convencional de lodos ativados fluxo cont nuo 16 Diagrama de blocos do sistema de lodos ativados com aera o prolongada fluxo cont nuo 16 Diagrama de blocos do sistema de lodos ativados com fluxo intermitente 17 Diagrama de blocos do sistema de filtro bi
16. LA A montante do reator h uma unidade de decanta o prim ria DP objetivando a remo o dos s lidos sediment veis do esgoto bruto G Foa T E A EE Aa e CENE j N EA Fonte Sperling 1995 tatame aia Figura 2 6 Diagrama de blocos do sistema convencional de lodos ativados fluxo cont nuo 2 6 2 2 Lodos ativados por aera o prolongada O fluxograma do sistema de lodos ativados por aera o prolongada apresentado na figura 2 7 similar ao sistema anterior com a diferen a de que a biomassa permanece mais tempo no sistema pois al m de haver recircula o dos s lidos sedimentados no fundo do decantador secund rio DS s o maiores os tanques de aera o TA Com isto h menos DBO dispon vel para as bact rias fazendo com que elas se utilizem da mat ria org nica do pr prio material celular para a sua manuten o Em decorr ncia o lodo excedente retirado j sai estabilizado N o incluem de ordin rio unidades de decanta o prim ria Fonte Sperling 1995 AEN SEERDE SERTE AREEN P aa Figura 2 7 Diagrama de blocos do sistema de lodos ativados com aera o prolongada fluxo cont nuo 2 6 2 3 Lodos ativados de fluxo intermitente O fluxograma do sistema de lodos ativados de fluxo intermitente apresentado na figura 2 8 A opera o desse sistema intermitente No mesmo tanque ocorrem em fases diferentes CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de gua
17. o prim ria frequentemente efetuada por fossas s pticas FS A produ o de lodo baixa e este j sai estabilizado QL 2 Fonte Sperling 1995 Figura 2 12 Diagrama de blocos do sistema de fossa s ptica filtro anaer bio 2 7 TEND NCIA DO TRATAMENTO DE ESGOTOS Nas ltimas d cadas as preocupa es do homem com a qualidade da guas de superfi cies dispon veis para as diversas aplica es levaram implanta o de normas mais restritivas para o lan amento de efluentes l quidos nos corpos receptores Considerando a ampla CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 20 tend ncia para tratamentos do tipo biol gico grande esfor o de desenvolvimento realizado em diversos pa ses principalmente nos mais desenvolvidos em duas dire es o melhoria do desempenho das unidades de tratamento em rela o ao volume reacional busca se incrementar a reten o de biomassa de mistura de fases e transfer ncia de massa bem como aprimorar o monitoramento e o controle das rea es de depura o e e melhoria da aceita o das unidades pelas comunidades o crescimento das reas urba nas nos ltimos anos fez com que unidades de tratamento convencionais antes situadas em reas perif ricas das cidades estivessem for adas conviv ncia com resid ncias e estabelecimentos comerciais aumentando assim sua rejei o por parte da comunidade Na atual conjuntura do saneame
18. o de algum agente desinfetante como o cloro e o oz nio CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 13 2 6 PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRATAMENTO SECUND RIO A tecnologia de tratamento de esgotos possui v rios outros importantes processos de tratamento secund rio por m apenas os sistemas mais frequentes no Brasil ser o apresentados 2 6 1 LAGOAS DE ESTABILIZA O As lagoas de estabiliza o constituem grandes tanques escavados no solo nos quais os esgotos fluem continuamente e s o tratados por processos naturais mediante a decomposi o da mat ria org nica pelas bact rias que habitam as lagoas Conforme o processo biol gico que nelas ocorre as lagoas s o classificadas como se segue 2 6 1 1 Lagoa facultativa O fluxograma do sistema de lagoa facultativa apresentado na figura 2 2 Antes de ser introduzido na lagoa o esgoto bruto passa por uma unidade de tratamento preliminar com posta por uma caixa de grades G e uma caixa de areia CA com o objetivo de remover s lidos grosseiros e inertes n o biodegrad veis Em seguida passa por um medidor de vaz o VZ Nota se que todos os sistemas de tratamento secund rio apresentados nesta se o possuir o esta unidade de tratamento preliminar seguida por um medidor de vaz o e estar o indicadas em seus respectivos fluxogramas Na lagoa facultativa LF a DBO sol vel e finamente particulada estabilizada aerobi amente por bact rias dispe
19. o detectaria Apesar do tal problema n o ter sido detectado medida que o sistema cresce em dist ncia velocidade e complexidade a probabilidade de ocorr ncia desse tipo de erro aumenta justificando uma revis o futura no algoritmo Neste caso uma sugest o a implanta o do CRC Cyclic Redundancy Check como c lculo para checagem de erro Este m dulo completa a descri o do projeto e desenvolvimento do sistema autom tico de monitoramento de baixo custo adaptado a aplica es ambientais desde a instrumenta o at a concep o e desenvolvimento do software de gerenciamento geral do sistema O pr ximo cap tulo apresentar os resultados da experimenta o de campo juntamente com suas an lises concluindo assim o trabalho Cap tulo 5 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 5 1 INTRODU O Este segmento tem por finalidade descrever os resultados da experimenta o de campo do sistema autom tico de monitoramento desenvolvido e aplicado esta o de tratamento do Hospital Geral Waldemar de Alc ntara HGWA A esta o ser caracterizada em termo de seus processos de tratamento de efluentes o desempenho da configura o de monitoramento aplicada ser discutido e seus resultados de campo ser o analisados 5 2 ESTA O DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DO HOSPITAL GERAL WALDEMAR DE ALC NTARA A ETE do hospital destina se a realizar o tratamento preliminar e secund rio dos eflu entes da unidade Esta fica situada no bairro
20. o do sistema ocorre de maneira mais est vel minimizando ou impedindo que o reator receba cargas volum tricas ou org nicas diferentes do que foi preconizado em projeto Para a medi o de vaz o de entrada do sistema de tratamento de esgoto foi usado o medidor magn tico Signet 2551 MagmeterTM produzido pela George Fischer Signet Inc Desenvolvido para a medi o de vaz o de l quidos em tubula es fechadas o medidor eletromagn tico n o possui qualquer parte m vel e utiliza montagem por inser o facilitando sua instala o em campo Sua perda de carga equivalente a de um trecho reto de tubula o pois n o possui qualquer obstru o Possui sensibilidade reduzida densidade e viscosidade do fluido de medi o Dessa forma s o ideais para medi o de produtos qu micos corrosivos l quidos com s lidos em suspens o lama gua polpa de papel Sua aplica o estende se desde saneamento at ind strias qu micas papel e celulose minera o e ind strias aliment cias Sua restri o b sica que o fluido seja eletricamente condutivo SIGNET 2551 2007 O princ pio de funcionamento do medidor magn tico de vaz o baseado na Lei de Faraday Segundo esta lei quando um objeto condutor se move em um campo magn tico uma for a eletromotriz gerada No caso o corpo m vel o l quido que flui atrav s do tubo ao qual o medidor est conectado De acordo com a Lei de Faraday a f e m induzida no medid
21. o geral de um sistema completo de tra tamento de esgoto Etapas F sicas Etapas Bioqu micas ESGOTO r a A BRUTO Corpo 5 AE b S Preliminar EM Prim rio gt Secund ric Terci rio Receptor 99 9 gua Adaptado de Bastos 2002 Figura 2 1 Diagrama de blocos de um sistema completo de tratamento de efluente Na primeira etapa de tratamento designada por tratamento preliminar ou pr tratamento o esgoto sujeito aos processos de separa o dos s lidos mais grosseiros Nesta fase o esgoto preparado para as fases de tratamento subsequentes Ap s a etapa de tratamento preliminar apesar de o esgoto apresentar aspecto mais razo vel suas caracter sticas poluidoras conti nuam praticamente inalteradas Na segunda etapa de tratamento designada por tratamento prim rio a mat ria poluente separada da gua por sedimenta o nos decantadores prim rios Como mostrado na figura 2 1 predominam os mecanismos f sicos de remo o de poluentes tanto na etapa preliminar como na prim ria Ap s o tratamento prim rio a mat ria poluente que permanece na gua de reduzidas dimens es normalmente constitu da por col ides n o sendo por isso pass vel de ser removida por processos exclusivamente f sico qu micos Na terceira etapa de tratamento designada por tratamento secund rio d se in cio a um processo biol gico no qual a mat ria org nica poluente coloidal consumida por microo
22. Os trabalhos que conduziram presente disserta o foram iniciados em 2004 no Grupo de Pesquisa em Automa o e Rob tica GPAR do Departamento de Engenharia El trica da Universidade Federal do Cear A oportunidade surgiu com o estabelecimento de uma colabo ra o entre o GPAR e a empresa Sanebr s Engenharia e Meio Ambiente com o apoio da Funda o Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cient fico e Tecnol gico FUNCAP e da Financiadora de Estudos e Projetos FINEP Esta colabora o permitiu a partilha de conhe cimentos e o acesso esta o de tratamento necess ria ao desenvolvimento e implanta o de um sistema com as caracter sticas propostas O fruto desta colabora o materializou se na instala o de um prot tipo do sistema au tom tico de monitoramento na esta o de tratamento do Hospital Geral Waldemar de Alc ntara HGWA no bairro de Messejana em Fortaleza CE Uma aplica o em um sistema real direciona as op es de desenvolvimento em termos das caracter sticas pr prias das unidades e das tecnologias a serem empregadas firme no entanto a convic o de que um trabalho desta natureza s pode avan ar e ser validado nestas condi es isto o trabalho deve ter necessariamente aplica es reais em campo para sua total experimenta o CAP TULO 1 Introdu o 3 1 2 REVIS O BIBLIOGR FICA Pesquisas intensivas sobre novos tipos de sensores atuadores e sistemas de monitora mento e con
23. TULO 3 Materiais e M todos 38 tubula o selada pr amplificador eletrodo Adaptado de Signet 2764 2767 2007 Figura 3 12 Figura representativa de montagem do medidor de pH instalado 3 4 BOMBA SUBMERSA A bomba converte energia mec nica em press o pela a o da for a centr fuga fornecida ao fluido pela rota o do rotor As bombas submersas possuem o motor e a bomba montados em acoplamento direto de forma que o conjunto possa trabalhar permanentemente submerso No sistema de tratamento o funcionamento das bombas envolve um procedimento de rod zio com o objetivo de uniformizar o tempo de funcionamento de cada bomba Esse cuidado evita a sobrecarga de uma das bombas aumentando a vida til do sistema Desta forma necess rio que haja pelo menos duas bombas conectadas ao processo As bombas da elevat ria t m o funcionamento determinado pelo n vel da elevat ria Se o n vel ultrapassa um limite superior uma bomba acionada caso des a abaixo de um limite inferior a bomba desligada O sensor de n vel usado na elevat ria do tipo b ia comumente chamado de chave b ia Este sensor possui internamente um l quido condutor em geral o merc rio e em determinada posi o a b ia fecha um curto circuito entre seus contatos comandando os contactores ligados s bombas 3 5 MEIO F SICO DE COMUNICA O Grande parte das tecnologias hoje em curso est migrando da comunica o paralela para
24. and Control for Participatory Planning and Managing Water Systems September 29th October Ist Venice 2004 Guimar es J R amp Nour E A A 2001 Tratando Nossos Esgotos Processos que Imitam a Natureza Cadernos Tem ticos de Qu mica Nova na Escola UFMG Edi o especial 80 Guimar es T L V 1997 Estudo e Modelagem de um Sistema Anaer bio de Tratamento de Esgoto Desenvolvimento da Instrumenta o Aplicada a uma Planta Piloto Disserta o Mestrado em Engenharia Eletr nica Universidade Federal do Esp rito Santo Haandel A C V amp Marais G 1999 O Comportamento do Sistema de Lodo Ativado Teoria e Aplica es para Projetos e Opera o 1 Ed Campina Grande PB 488p H ck M amp Wiese J 2006 Trends in instrumentation control and automation and the consequences on urban water systems Water Science amp Technology vol 54 no 11 12 pp 265 272 2006 Hamilton R Braun B Dare R Koopman B Svoronos S A 2006 Control Issues and Challenges in Wastewater Treatment Plants IEEE Control Systems Magazine pp 63 69 August 2006 Landeck J A 2002 Monitoriza o e Controlo Remoto de Pequenos Sistemas de Tratamento de guas Residuais Tese Doutorado em F sica Universidade de Coimbra LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors 2000 National Semiconductor Corp DS005516 pdf Datasheet www national com Acesso em 01 jun 2007 Matsusaki C T M 2004 Modela
25. atrav s de for as de Van der Walls Para este tipo de adsor o podemos ter v rias camadas de mol culas adsorvidas Afluente Curso d gua rio ou riacho que entra ou desemboca num rio maior ou num lago Esgoto bruto n o tratado que chega esta o de tratamento Autodepura o Capacidade de um corpo de gua de recuperar suas qualidades ecol gicas e sanit rias atrav s de processos naturais f sicos qu micos e biol gicos ap s receber uma carga poluidora Biog s O Biog s um g s inflam vel produzido por microorganismos quando mat rias org nicas s o fermentadas dentro de determinados limites de temperatura teor de umidade e acidez em um ambiente imperme vel ao ar O metano principal componente do biog s n o tem cheiro cor ou sabor mas os outros gases presentes conferem lhe um ligeiro odor desagrad vel Biomassa Compreende massas org nicas de origem biol gica ou de materiais n o f sseis presentes num dado momento numa determinada rea e que pode ser expressa em peso volume rea ou n mero Carbono Org nico Total COT O COT a concentra o de carbono presente em compostos org nicos oxid veis existentes na gua expresso em ppm ou ppb de AP NDICE A Gloss rio de Termos Relacionados a Tratamento de Esgotos 85 carbono No teste de COT determina se a produ o de di xido de carbono atrav s da combust o de uma amostra de uma gua residu ria em um forno a alta temperatura ent
26. comunica o de dados os escravos n o sabem exatamente quando uma mensagem ser enviada a eles Para evitar o desperd cio de tempo computacional dos escravos em vez de ficarem parados esperando o evento o envio de mensagem acontecer foi programada uma interrup o de recebimento de dados pela porta serial de modo a avisar ao escravo quando o evento ocorreu Dessa forma quando a porta serial de um escravo detecta o byte de in cio de uma mensagem uma interrup o gerada e o processamento normal do escravo desviado de forma que ele pare o que estava fazendo e se prepare para receber o resto da mensagem Intervalos de at duzentos milissegundos podem ocorrer entre o envio de bytes em uma mesma mensagem Quando ocorre um intervalo maior entre a chegada de um byte e outro o escravo assume a ocorr ncia de erro de timeout ou seja detectado um erro de transmiss o tal que a mensagem n o chegou completa no tempo previsto for ando o descarte da mensagem Caso n o ocorra erro de timeout ap s a detec o do campo de fim de mensagem o escravo monta a mensagem em um vetor de bytes e d in cio ao processo de valida o O primeiro passo a verifica o da integridade da mensagem a partir do c lculo do LCR e a compara o com o campo checagem de erro recebido na mensagem Em seguida verifica se o campo de endere o Por ltimo verificado se a fun o requisitada v lida para o escravo especificado Ap s a valida o a
27. configura o atual Como resposta a este evento o escravo deve enviar quais canais est o ativos entre os oito dispon veis o tempo de captura a data e a hora em que este foi configurado e quanto de mem ria de dados foi usado Ap s receber os dados o mestre organiza e apresenta o resultado ao usu rio CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 58 INICIO Endere o gt Query na gole do escravo Recuperar Parametriza o Apresenta Recebe Response dados dados v lido Canais ativos FIM 4 Tempo de captura e Mem ria de dados usada e Data e hora gt Figura 4 14 Fluxograma descritivo do evento Recuperar parametriza o 4 4 2 4 Evento Descarregar dados Depois de o escravo ser previamente configurado para coletar dados dos canais ativos e salvar os resultados em sua mem ria de dados ele deve ser comandado a iniciar a captura programada e continuar adquirindo at que o mestre requisite a descarga completa de dados por meio do evento O evento Descarregar dados o respons vel por enviar a requisi o de descarga completa dos dados armazenados na mem ria de dados de um escravo e gerenciar tal descarga Esse processo an logo tarefa Descarrega Dados Aquisicionados executada pelo escravo e descrita anteriormente na figura 4 10 4 4 2 5 Evento Capturar em tempo real Uma forma alternativa de captura de dados a captura e
28. da esta o tais como as adapta es da parte superior do reator UASB para a submers o dos sensores de pH e temperatura Sobre o meio f sico de comunica o digital como as maiores dist ncias encontradas em campo durante a instala o do prot tipo foram menores que quinze metros a velocidade de transmiss o p de ser mantida baixa 19 2kbps para atender todos os prop sitos do sistema e os n veis de ru dos ambientais foram baixos o suficiente para n o interferir na comunica o de dados O sistema trabalhou bem tanto com o meio f sico RS 232 quanto com o RS 485 Cap tulo 4 ARQUITETURA DO SISTEMA DE MONITORAMENTO AUTOM TICO 4 1 INTRODU O O objetivo deste cap tulo apresentar a descri o da arquitetura mestre escravo usada no sistema e o funcionamento de cada m dulo que o comp e abordando o desenvolvimento de hardware e software para cada um Para o m dulo escravo discutida a constru o da placa de aquisi o de dados anal gicos usada no sistema Al m disso s o descritas as principais fun es de programa o Tamb m s o mostrados os princ pios de funcionamento do mestre a interface homem m quina assim como seus recursos de configura o e adapta o aos escravos O prot tipo desenvolvido possui um m dulo escravo de aquisi o de dados anal gicos controlado por um software mestre projetado e desenvolvido para funcionar em um computador pessoal que realiza a aquisi o armazenamento em banc
29. dados do conversor A D recebe pacote Valida pacote e envia para tratamento trata comando Tratamento de comandos recebidos tarefa enum selecao de comandos aguarda comando Stand by retorna config Retorna configura o atual da placa Dados no RTC retorna memoria Retorna dados armazenados na memoria I C limpa memoria Limpa registrador de posi o da memoria I C atualiza config Atualiza configura o atual da placa confirma conexao Confirma pedido de verifica o de conex o com o mestre captura embarcada Inicia ou para a captura embarcada captura real time Retorna uma captura instantanea comando 97 HPRIORITY RDA TIMERO void main 1 tarefa aguarda tarefa comando aguarda comando while 1 restart wdt ARRASAR ZXRARAZXRRRRR AR RAR i ai TAREFAS CEE Rir RR RR Atualiza o vetor cCabecalho gravando no in cio da mem ria eeprom i cC if tarefa escreve cabecalho restart wdt tarefa aguarda tarefa armazena vetor amp cCabecalho 0 9 Captura dados dos sensores aplicando uma convers o anal gico digital e salva o vetor na mem ria eeprom I C O tempo de captura determinado pela interrup o de Timer 0 deve ser m ltipla de 1 minuto if tarefa captura dados restart wdt tarefa aguarda tarefa i aquisiciona armazena vetor amp iDadosAD 0 i Ap s receber um pacote com
30. dentro dele for i 1 to Pacote Atual BufferSize 1 do begin if Pacote Atual Buffer i STX then begin Tempo de resposta Enabled false prepara para novo pacote Ea Pacote Atual inicio transmissao TRU seta marcador de dados novos DadosNovos true end fim if end fim for end fim procedure Fun o que envia uma mensagem previamente montada function Enviar iBuffer array of Byte iSlaveAdr Byte ilmd Byte iNumBytes Byte Comm TCommPortDriver boolean var iAux iSum Byte TextDebug string begin esta flag verifica se os bytes das palavras de comando est o sendo enviados corretamente true em caso false n o modificamos a variavel global Comando mantendo o ultimo comando enviado Result true recebe os dados da palavra de comando iBuffer 0 stx iBuffer 1 id slave iBuffer 2 iSlaveAdr iBuffer 3 iCmd calcula o checksum iSum Checksum iBuffer 0 iNumBytes iBuffer iNumBytes iSum iBuffer iNumBytes 1 etx inicio de envio do pacote for iAux 0 to iNumBytes 1 do begin Result Comm SendByte iBuffer iAux marca se o byte foi enviado if not Result then exit se n o saia da procedure end a vari vel global Comando tem que ser setada para 90 91 que o mestre saiba qual comando foi enviado case iCmd of 41 Comando tcConfig 42 Comando tcCaptura 43 Comando t
31. envia pacote amp cBufferOut 0 5 prepara para um novo inicio de download download inicio 0 download fim 0 se a transmiss o tiver que continuar else descarrega memoria fim if cBufferIn 4 ACK caso o mestre solicite else if cBufferIn 4 NACK reenvia o ultimo pacote enviado descarrega memoria 100 fim gt comando retorna memoria Zera o ponteiro da mem ria eeprom Ap s a opera o conclu da envia um pacote ACK para o mestre Marca a tarefa de escrever um novo cabe alho if comando limpa memoria restart wdt comando aguarda comando ponteiro de posi o da mem ria externa zerado eeprom adr 0x0000 cBufferOut 3 cBufferQOut 4 envia pacote amp cBufferOut 0 5 EDA comando limpa memoria ACK Recebe via serial a nova configura o do sistema e atualiza as vari veis de ambiente da opera o ap s isso envia confirma o para o mestre if comando atualiza config restart wdt comando aguarda comando Os dados recebidos pela serial s o montados em um vetor de bytes as variaveis de ambiente s o atualizadas a partir desse vetor iCanais cBufferIn 9 quantos e quais canais ativos iCaptura cBufferIn 10 tempo de captura envia resposta ao mestre cBufferOut 3 E comando atualiza config cBufferOut 4 ACK envi
32. evento configurar barramento e disponibilizada tamb m a op o de altera o de todos os par metros relativos ao evento Um mostrador Led apresenta a situa o atual da conex o exibindo a cor vermelha se o sistema est desconectado a verde se conectado e a amarela se ocorreu algum erro durante a tentativa de conex o Ap s a conex o estar estabelecida o operador volta para a tela principal e seleciona a op o de configurar sistema indicada por CSi na figura 4 18 sendo ent o direcionado tela de parametriza o dos escravos mostrada na figura 4 20 Configura o do Sistema Embarcado os Parametriza o dos Escravos Data Hora Captura Escravo 26703706 4 17 35 29 00 00 02 71 Temp UASB M 2 Vazao ETE AM 3 N vel v 4 Temp ao ocupada 06 38 50 38 50 r M Bt2 Bt2 Figura 4 20 Tela de parametriza o dos escravos Esta tela d acesso ao operador aos eventos relacionados configura o dos escravos que s o recuperar parametriza o Bt1 parametrizar escravo Bt2 captura programada Bt3 limpar mem ria do escravo Bt4 A tela de parametriza o dos escravos por meio do evento recuperar parametriza o disponibiliza uma informa o visual da porcentagem de mem ria de dados usada pelo escravo Mem bem como uma indica o de quanto tempo falta para que toda a mem ria seja usada Tp CAPITULO 4
33. execu o do programa e Endere o do escravo e Porta serial e Taxa de transmiss c Entrada e Polling delay de dados e Input delay Quipu delay Estabelece comunica o Figura 4 12 Fluxograma descritivo do evento Configurar barramento O par metro Input Timeout define o tempo em milissegundos que o mestre dever esperar para que a mensagem completa seja lida do buffer de entrada da porta serial O par metro Output Timeout define o tempo em milissegundos que o mestre deve esperar para que a mensagem seja copiada no buffer de sa da da porta serial e enviada ao escravo O par metro Polling Delay determina o tempo em milissegundos de espera antes de checar a chegada de um dado novo no barramento de comunica o Quanto menor for esse tempo mais vezes o mestre far essa verifica o 4 4 2 2 Evento Parametrizar escravo Depois de selecionado o escravo e configurado o barramento de comunica o o usu rio tem acesso aos outros eventos disponibilizados pelo mestre Obedecendo uma segii ncia l gica de opera o do sistema o usu rio deve parametrizar o escravo de acordo com sua CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 57 liga o em campo e as especifica es dos sensores e do processo A figura 4 13 mostra o fluxograma descritivo do evento Parametrizar escravo Com esse evento o escravo estar apto a iniciar uma opera o de captura de dados Depois de selec
34. ideal para o problema pois seu ajuste impreciso e su jeito a falhas A figura 5 7 apresenta os resultados de um ajuste na v lvula de retorno o qual permitiu que a esta o funcionasse temporariamente sob regime cont nuo Como por m o ajuste manual no momento em que a vaz o de entrada na elevat ria reduz a um patamar mais baixo do que foi ajustado para entrar na etapa biol gica do sistema ela acaba por secar for ando o desligamento da bomba de recalque Na figura 5 7 s o destacadas a etapa cont nua e o momento em que o sistema volta a funcionar por batelada mesmo estando regulado para uma vaz o reduzida Al m da imprecis o h o problema de que mesmo que para o sistema biol gico a nova vaz o esteja reduzida o motor da bomba de recalque continua funcionando em seu m ximo o que acarreta um desperd cio de energia el trica A solu o ideal a instala o de um inversor de frequ ncia para controlar a velocidade da bomba de recalque juntamente com uma CAPITULO 5 Resultados experimentais 73 realimenta o da malha de controle por meio do n vel da elevat ria Dessa forma ser o certamente alcan adas a redu o de vaz o de entrada e a redu o no consumo de energia el trica funcionamento funcionamento cont nuo por batelada Pak Rath j aa ji y i sh Raid Vaz o m h 28 02 07 15 10 13 28 02 07 15 30 14 28 02 07 15 52 01 28 02 07 16 13 33 28 02 07 16 3
35. interface desenvolvida utiliza tr s sinais do padr o RS 232 Tx para transmiss o Rx para recep o e RTS para o controle de dire o dos dados na interface A figura 3 16 mostra o esquem tico do circuito de interface entre os padr es RS 232 e RS 485 As linhas RX TX e RTS do barramento RS 232 s o conectadas diretamente no circuito integrado MAX232 onde seus sinais s o convertidos para o padr o TTL que por sua vez s o convertidos para o padr o RS 485 no circuito integrado 75176 O controle de sentido do 75176 feito por meio do transistor Q Assim quando a linha RTS envia n vel l gico alto o transistor Q inverte o sinal TTL nas entradas de controle do 75176 habilitando o para a recep o de sinais no padr o RS 485 De forma an loga quando a linha RTS envia n vel l gico baixo o transistor Q habilita o 75176 para a transmiss o de sinais no padr o RS 485 CAP TULO 3 Materiais e M todos 42 Linha RS 485 Figura 3 16 Circuito conversor de RS 232 para RS 485 3 6 ENGENHARIA DA INSTALA O DOS EQUIPAMENTOS EM CAMPO O ambiente que cerca uma esta o de tratamento de esgoto agressivo afetando tanto as pessoas como os equipamentos Dessa forma al m da preocupa o em desenvolver equipamentos de baixo custo eles devem ser projetados para suportar a agressividade do ambiente de trabalho Na busca de solu es que atendessem a esses prop sitos os fatores a seguir foram levados
36. lidos Suspensos Totais TDH Tempo de Deten o Hidr ulica SUM RIO 1 INTRODU O I l Tratamentoide Ciente ads ds sad 1 2 Revis o DIDO DRA TICa Aos qr gui o ad O 1 3 USC A o AS SN RO Ca E EA VA OBTEMOS stato gas sas asa NRO A CR ga faca a Db ca ARTA EES 1 5 Organiza o do Sexto ias Dt ad a E ROLA Ian a atada 2 NO ES ACERCA DE TRATAMENTO DE GUAS RESIDU RIAS 2 Introducir SS Dna ISLAS EDS SS a 2 2 Caracter sticas das MM PULEZAS saca resinas Sa AU 2 3 Par metros de qualidade da Aga aamesisasreaa corsa IDO aaa ia aaa 2 3 l Par metros F SICOS au AC a a 2 3 2 Parametros QUIMICOS sas sema n ada ta ab aa aa aba et aa 2 3 3 Par metros DIOI BICOS sua atngis sasbamessaditaapesial oral nsithoa de dba RA a AAEE 2 4 Requisitos de qualidade do efluente asse ma susesrtacans encanto cerraiea sra dois dad 2 4 1 Objetivos dotratamGnho atentando apra dio gra a a 2 4 2 Estudos de impacto ambiental do corpo receptor 2 4 3 Etapas do tratamento de ctnenes asas nasua sc 2 5 Classifica o dos m todos de tratamento ciiiieeereeerreeeerereerees 2 6 Principais sistemas de tratamento secund rio s screens 2 6 1 Lagoas de estabiliza o Same sruqaiads ara ad RR a 2 6 2 LodosativadoS assis a pts as ss a aaa ai aid 2 6 3 Sistemas aer bios com DIOTNIS sa asa1 paosntaso Ra nad CU aaa EI aa aaa aa 2 6 4 Sistemas anacr Dios nrnna eia Soda aa spa DA nba a ig 2 7 Tend ncias do tratamento de esgotos
37. mostra a figura 4 2 Todas as atividades do n vel inferior s o ditadas pelo n vel superior caracterizando uma rela o mestre escravo As CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 46 intera es dos m dulos limitam se aos inter relacionamentos verticais do m dulo superior com os seus subordinados MATSUSAKI 2004 a Mestre N vel Superior Escravo 3 PR GO DIO Figura 4 2 Diagrama esquem tico da arquitetura hier rquica N vel Inferior Escravo 1 Segundo Matsusaki 2004 na arquitetura hier rquica uma modifica o por exemplo a introdu o de um processo ou atividade n o prevista anteriormente ainda requer que o n vel superior seja revisto causando certo impacto na estrutura proposta Quando se prev a expans o do sistema por m por exemplo a inser o de novas placas de aquisi o a utiliza o dessa arquitetura se torna altamente vantajosa quando comparada com a arquitetura centralizada pois h uma redu o significativa nesse impacto al m de possibilitar aumento de sua capacidade f sica ou de processamento Outra vantagem que se consegue manter o tempo de resposta baixo dividindo parte do processamento entre os m dulos Al m disso o investimento em infra estrutura para transporte de informa o mais baixo reduzindo os custos Al m das qualidades descritas anteriormente outras caracter sticas ajudaram na escolha do sistema hier rquico c
38. nicos diminuindo a efic cia da desinfec o Esse par metro pode estar associado a compostos t xicos e organismos patog nicos Em corpos d gua pode reduzir a pene tra o de luz prejudicando a fotoss ntese de plantas e algas Sua utiliza o mais fre quente ocorre na caracteriza o de guas de abastecimento brutas e tratadas e no con trole da opera o das esta es de tratamento de gua Temperatura a medi o da intensidade de calor Eleva es da temperatura aumentam a taxa das rea es qu micas e biol gicas na faixa corriqueira de temperatura do esgoto bem como diminuem a solubilidade dos gases por exemplo o oxig nio dissolvido Al m disso eleva es da temperatura aumentam a taxa de transfer ncia de gases o que pode originar mau cheiro no caso da libera o de gases com odores desagrad veis Sua utiliza o mais fregiente se d na caracteriza o de corpos d gua e de guas residu rias brutas 2 3 2 PAR METROS QU MICOS pH potencial hidrogen nico Representa a concentra o de on hidrog nio H em escala anti logar tmica dando uma indica o sobre a condi o de acidez neutralidade ou alca linidade da gua A faixa de pH de 0 a 14 Os principais fatores que influenciam o pH e suas varia es na gua s o as propor es de esp cies carbonadas a presen a de cidos dissoci veis constitui o do solo decomposi o da mat ria org nica esgoto sanit rio CAP TULO
39. o campo de fun o para indicar execu o normal ou erro Em caso de erro o oitavo bit do campo fun o estar em n vel l gico 1 Em caso de execu o normal o c digo da fun o deixado intacto e ecoado na resposta COSTA 2003 o Dados o campo de dados usado para transportar informa es adicionais caso o escravo necessite para a execu o da fun o especificada no campo anterior da mensagem Se determinada fun o n o exije que o escravo envie dados adicionais este campo deixado vazio o Checagem de erro o tipo de checagem de erro usado no protocolo chamado de LCR Longitudinal Redundancy Check que consiste na soma dos valores dos campos da mensagem excluindo al m do pr prio campo de checagem de erro os campos de inicio e fim de mensagem O dispositivo que recebe a mensagem recalcula o LCR e compara CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 49 ao valor que recebeu no campo de checagem de erro Se os dois valores n o forem iguais h ocorr ncia de erro 4 3 3 RECEBIMENTO E VALIDA O DA MENSAGEM Uma interrup o um sinal de um dispositivo no caso a porta serial que resulta em uma troca de contexto isto o escravo p ra de fazer o que est fazendo para atender o dispositivo que pediu a interrup o Interrup es permitem que sistemas respondam a eventos gerados por dispositivos enquanto outro trabalho est sendo realizado Como o mestre quem comanda a
40. o de tecnologias de transmiss o de dados do mestre para um ponto central para propiciar o gerenciamento de v rias esta es de tratamento por meio de nico ponto e Viabilizar a integra o com a internet da unidade central e ou dos mestres em cada esta o a ser monitorada e controlada REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ACS Fibra Ind stria e Com rcio 2002 Manual de Instru es para Opera o Esta o de Tratamento de Esgoto Hospital Geral Dr Waldemar Alc ntara Bastos L P 2002 Contribui es Automa o de Esta es de Tratamento de Esgoto tipo UASB BF Disserta o Mestrado em Engenharia El trica Universidade Federal do Esp rito Santo Braga C M P 2000 Sistema de Tratamento de Esgoto por Processos Anaer bios e Aer bios Modelagem Matem tica Instrumenta o e Controle do Processo Tese Doutorado em Engenharia El trica Universidade Federal de Minas Gerais Costa W T 2003 Projeto e Implementa o de um Sistema de Controle Distribu do Automa o de uma ETE Compacta Disserta o Mestrado em Engenharia El trica Universidade Federal do Esp rito Santo Chernicharo C A L 1997 Reatores anaer bios Belo Horizonte Departamento de Engenharia Sanit ria e Ambiental UFMG c1997 245p Garcia A P amp Maldonado J I 2004 Design of process control and monitoring of an anaerobic biological reactor in University of Pamplona Colombia In Workshop on Modelling
41. receptores contra lan amentos inadequados Tem por objetivos espec ficos o desenvolvimento de um sistema de supervis o autom tica para pequenas esta es de tratamento de guas residuais e a cria o de uma base de dados hist rica para apoio tomada de decis o no que concerne a opera o e manuten o do processo Para alcan ar tais objetivos foi analisada uma configura o combinada constitu da pelo reator anaer bio de fluxo ascendente em manta de lodo seguido do sistema de lodo ativado convencional Tal sistema utilizado para tratar os efluentes sanit rios do Hospital Waldemar de Alc ntara situado no bairro de Messejana em Fortaleza CE De modo geral h poucos estudos sobre instrumenta o eletr nica e automa o aplicados a sistemas combinados desse tipo Inicialmente s o apresentados os conceitos b sicos sobre o tratamento de efluentes bem como descritas as partes componentes do sistema de tratamento dando assim suporte para que estudos sobre automa o sejam desenvolvidos No decorrer do trabalho s o apresentadas a descri o e a motiva o para o uso de sensores no sistema de monitoramento autom tico de esta es de tratamento bem como da eletr nica necess ria para sua implanta o Tamb m apresentada a descri o da arquitetura mestre escravo usada no sistema bem como do funcionamento de cada m dulo que o comp e abordando o desenvolvimento de hardware e software para cada um Por fim s o an
42. sensor 1 conex o do sensor 2 conex o do sensor 1 ao condicionador j ao condicionador Figura 3 7 Foto da placa de condicionamento de sinal do LM35 3 3 2 SENSOR DE VAZ O DE ESGOTO A vaz o de esgoto na entrada do sistema de tratamento uma das principais vari veis de uma esta o de tratamento de efluentes ETE pois ela define os dados e par metros de projeto a serem adotados como volume do reator carga org nica e hidr ulica a ser aplicada no reator tempo de deten o hidr ulica Em conseqgii ncia de in cios e t rminos de bombeamento de esgoto bruto bem como de recircula es as esta es de tratamento de esgoto apresentam car ter din mico Normalmente seus m todos de projeto e opera o contudo s o baseados na considera o de que a vaz o se encontra em estado de equil brio Consegiientemente a opera o pode se tornar insatisfat ria visto que as condi es de carga hidr ulica e org nica podem variar consideravelmente mesmo que os valores m dios estejam dentro do limites de projeto BASTOS 2002 Com a identifica o dos valores de vaz o m ximos m nimos e uma m dia m vel ao longo do dia juntamente com um controle adequado da atua o das bombas de recalque de esgoto a esta o pode vir a operar em um regime de trabalho cont nuo mesmo quando isso CAP TULO 3 Materiais e M todos 33 n o foi previsto no projeto inicial do sistema Com tal regime de trabalho a opera
43. tem sido utilizado para a caracteriza o de efluentes industriais e no monitoramento de esta es de tratamento de efluentes A dura o desse ensaio de cerca de duas horas Pelo fato de o valor da DQO poder ser obtido em poucas horas ap s a amostragem faz com que essa an lise se torne bem mais til como par metro de controle de processos quando comparado DBO Degrada o Rea o qu mica que envolve a ruptura de uma mol cula para formar uma estrutura mais simples Ver convers o da mat ria org nica Deple o de oxig nio Diminui o da quantidade de oxig nio A deple o de oxig nio nos corpos h dricos decorrente da degrada o da mat ria org nica presente em esgotos dom sticos representa um efeito negativo de enorme import ncia especialmente para a manuten o da vida nestes ambientes Ecologia Estudo das rela es dos seres vivos e n o vivos entre si e com o meio ambiente Efluente Qualquer tipo de gua ou l quido que flui de um sistema de coleta ou de transporte como tubula es canais reservat rios e elevat rias ou de um sistema de tratamento ou disposi o final com esta es de tratamento e corpos de gua receptores Efluentes industriais Os efluentes industriais s o os residuos liquidos dos processos industriais Em alguns casos os efluentes industriais t m componentes semelhantes guas residuais dom sticas Como acontece com os efluentes da industrias alimentares de refri
44. tratamento de esgotos o Mat ria org nica a mat ria org nica presente nos corpos d gua e nos esgotos caracte r stica importante sendo a causadora do principal problema de polui o das guas o consumo do oxig nio dissolvido pelos microrganismos nos seus processos metab licos de utiliza o e estabiliza o da mat ria org nica Em termo pr tico ordinariamente n o h necessidade de se caracterizar a mat ria org nica em termos de prote nas gorduras carboidratos etc Al m disso h certa dificuldade na determina o laboratorial dos di versos componentes da mat ria org nica nas guas residu rias em face da grande varie dade de formas e compostos em que esta pode se apresentar Com efeito comum a utiliza o de m todos indiretos para a quantifica o da mat ria org nica ou do seu po tencial poluidor Nesta linha h tr s principais m todos de medi o a demanda bioqui mica de oxig nio DBO a demanda qu mica de oxig nio DQO e o carbono org nico total COT 2 3 3 PAR METROS BIOL GICOS Os microorganismos desempenham diversas fun es de fundamental import ncia prin cipalmente as relacionadas com a transforma o da mat ria dentro dos ciclos biogeoqu micos Outro aspecto de grande relev ncia em termo da qualidade biol gica da gua o relativo CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 9 possibilidade da transmiss o de doen as A determina
45. 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 8 efluentes industriais e solubiliza o dos gases da atmosfera V rios vegetais e animais s o respons veis por processos como a fotoss ntese e a respira o que aumentam ou diminuem o pH das guas O emprego mais frequente deste par metro ocorre na caracte riza o de guas de abastecimento brutas e tratadas na caracteriza o de guas residu ria brutas e corpos d gua bem como no controle da opera o de esta es de tratamento de gua e esgoto o Oxig nio dissolvido OD de essencial import ncia para os organismos aer bios Muitas das mortandades de peixes n o s o causadas diretamente pela presen a de com postos t xicos e sim pela defici ncia de oxig nio resultante da excessiva degrada o biol gica de mat ria org nica Assim o oxig nio dissolvido o principal par metro de caracteriza o dos efeitos da polui o das guas por despejos org nicos A atmosfera que cont m aproximadamente 21 de oxig nio a principal fonte de reoxigena o de corpos d gua por meio da difus o do g s na interface gua ar O oxig nio tamb m pode ser introduzido pela a o fotossint tica das algas A maior parte do g s oriundo dessa ltima fonte no entanto consumida durante a respira o al m da pr pria degra da o de sua biomassa morta Este par metro usado na caracteriza o de corpos d gua e no controle operacional de esta es de
46. 30 09 12 06 15 52 10 09 12 06 16 13 50 09 12 06 16 35 30 09 12 06 16 57 10 Figura 5 5 M dia m vel da vaz o instant nea com janela de uma hora relativa ao dia 09 de dezembro de 2006 de 15h10min s 17h10min fig 5 6 CAPITULO 5 Resultados experimentais 72 Vaz o m h 09 12 06 15 10 10 09 12 06 15 30 30 09 12 06 15 52 30 09 12 06 16 14 30 09 12 06 16 36 30 09 12 06 16 58 30 Figura 5 6 Valor instant neo da vaz o relativo ao dia 09 de dezembro de 2006 de 15h10min s 17h10min Em um caso ideal o valor instant neo da vaz o de entrada deve ser igual ao valor m dio hor rio da vaz o Quando o sistema se encontra nessa faixa de opera o ele consegue traba lhar de forma continua mesmo quando projetado para o regime de trabalho por batelada Como prova desta afirma o apresentada a figura 5 7 que mostra a medi o instant nea de vaz o relativa ao dia 28 de fevereiro de 2007 iniciando s 15hl0min e terminando s 17h10min Nota se que mesmo quando a elevat ria da esta o n o tenha sido preparada para tra balhar em regime continuo tal regime pode ser imposto por um controle adequado de vaz o Apesar de a solu o implantada uma deriva o de retorno ter possibilitado o ajuste da vaz o em alguns instantes n o a solu o
47. 5 21 28 02 07 16 57 08 Figura 5 7 Valor instant neo da vaz o do dia 28 de fevereiro de 2007 de 15h10min s 17h10min 5 3 2 TEMPERATURA Existem faixas timas de temperatura em torno da qual o crescimento bacteriano m ximo Em rela o ao reator UASB temperaturas do liquido abaixo de 15 C e acima de 36 C acarretam a diminui o da efici ncia do metabolismo bacteriano PAIVA 2003 Para as condi es clim ticas do local onde o experimento foi realizado a cidade de Fortaleza CE a temperatura ambiente tende a n o influenciar na efici ncia do tratamento pois seus m ximos e m nimos est o dentro dos n veis de trabalho timo para o reator UASB De fato improv vel que em Fortaleza a temperatura ambiente se mantenha abaixo de 15 C ou acima de 36 C por longos per odos O esgoto afluente esta o contudo n o pode ser caracterizado como esgoto dom stico pois est sujeito opera o do hospital podendo acar retar altera es n o previstas desta vari vel A figura 5 8 exibe os valores instant neos da medi o da temperatura interna do reator UASB em intervalos de quinze segundos do dia 09 de dezembro de 2006 s 11h00min at o dia 12 de dezembro de 2006 s 11h00min A medi o instant nea apresenta sistematica mente uma varia o abrupta de valores medidos como os picos de 23 C Tais varia es s o intr nsecas ao equipamento n o ao processo e s o consideradas como ru do de medi o
48. BIBLIOGR FICAS ienes BIBLIOGRAFIA sairia us en Gs abas a cent sr das o a ani APPENDICE Aa ia stato de eee dra do a os ad Sad an a cd Si RA ia APENDICE ao ossec ste a e A E n n Cap tulo 1 INTRODU O 1 1 TRATAMENTO DE EFLUENTES Das riquezas que o Brasil possui a gua um dos bens naturais mais valiosos O desen volvimento acelerado principalmente nos grandes complexos urbanos e industriais leva a um quadro de degrada o dos mananciais dispon veis para abastecimento p blico e para outros usos Isto acontece porque uma parcela significativa das guas depois de utilizadas para o abastecimento p blico ou nos processos industriais retorna polu da para os cursos d gua A verdade que a gua est se transformando em um recurso escasso que constitui fator limi tante para o desenvolvimento humano e a melhoria da qualidade de vida de todos os povos Nas ltimas d cadas a preocupa o do homem com a qualidade das guas de superf cie dispon veis para os mais variados usos levou implanta o de normas mais restritivas para o lan amento de efluentes l quidos nos corpos receptores tais como rios lagoas e a udes O lan amento de esgoto sanit rio sem tratamento ou parcialmente tratado no rio Coc um exemplo desse problema atualmente enfrentado pelo Munic pio de Fortaleza CE Brasil Processos de depura o de esgotos ditos simplificados ou naturais tais como a lagoa de estabiliza o s o considerad
49. El trica da UFC os quais auxiliaram na minha forma o no programa de Mestrado em especial aos professores Fernando Luiz Marcelo Antunes Jos Carlos Teles Campos Laurinda L cia N dos Reis Luiz Henrique Silva Colado Barreto e Ruth Pastora Saraiva Le o A todas as forma es da equipe de trabalho Oliver Nottingham Rachel Studart Alcidney Val rio Francisco Alexandre de Souza Francisco Paiva e Eur nio Aguiar pois este trabalho n o foi de uma pessoa s mas sim de toda uma equipe Agrade o pela amizade apoio parceria e paci ncia Aos meus amigos do mestrado Tobias Fernandes Halisson Alves Eber de Castro Lucas Maciel Paulo Pra a R mulo Nunes N lber Ximenes Celso Schmidlin dson Bezerra Valdeci de Lima pelo companheirismo e por todas as etapas que foram vencidas ao longo do curso de mestrado Aos meus amigos do GPAR Gabriel Lopes Antonio Leydson Ot vio Viana Eduardo Farias Tiago Duarte Luiz Daniel R mulo Thardelly Salom o Gomes pelo bom ambiente de trabalho parceria e intensa troca de informa es FUNCAP Funda o Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cient fico e Tecnol gico que contribuiu com apoio financeiro necess rio realiza o desse trabalho e desenvolvimento cient fico RESUMO Buscam se de solu es de automa o computadorizada de baixo custo que auxiliem esta es compactas de tratamento de efluentes a adequar o efluente tratado aos requisitos legais protegendo os corpos
50. M DULO MESTRE Nesse projeto um software desenvolvido para computador pessoal utilizado como mestre e tem como objetivos gerais monitorar o processo de forma autom tica parametrizar os escravos e armazenar dados e configura es criando uma base de dados hist rica O software permite a visualiza o das informa es atrav s uma interface homem m quina amig vel para usu rios com no es de inform tica permitindo o acesso a dados seja em tempo real seja acessando a base hist rica formada A plataforma de desenvolvimento escolhida para o projeto foi a Borland Delphi 7 0 pois fornece um ambiente de desenvolvimento intuitivo que permite aos programadores que trabalhem em um ambiente consistente para melhor efici ncia e produtividade Al m disso essa plataforma difundida no mercado brasileiro e mundial o que facilita o acesso litera tura espec fica e a grupos de discuss o com quantidade consider vel de usu rios experientes A base de dados relacional foi constru da em Access pela sua simplicidade e f cil acesso O programa mestre utiliza a tecnologia ADO ActiveX Data Objects tecnologia desenvolvida pela Microsoft que d suporte troca de informa es com bases de dados a programas de computador simplificando o acesso n o s a banco de dados relacionais mas tamb m a uma grande variedade de formato de dados O ADO permite acessar sistemas de bancos de dados compat veis com a tecnologia ODBC Open Data Ba
51. UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR PROGRAMA DE P S GRADUA O MESTRADO EM ENGENHARIA EL TRICA SUPERVIS O COMPUTADORIZADA APLICADA A UMA ESTA O DE TRATAMENTO DE EFLUENTES CARLOS ALBERTO CO LHO BELCHIOR Fortaleza Maio de 2007 CARLOS ALBERTO CO LHO BELCHIOR SUPERVIS O COMPUTADORIZADA APLICADA A UMA ESTA O DE TRATAMENTO DE EFLUENTES Disserta o apresentada ao Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica da Universidade Federal do Cear como requisito para obten o do grau de Mestre em Engenharia El trica Orientador Prof Ricardo Silva Th Pontes Dr Fortaleza Maio de 2007 CARLOS ALBERTO CO LHO BELCHIOR SUPERVIS O COMPUTADORIZADA APLICADA A UMA ESTA O DE TRATAMENTO DE EFLUENTES Esta disserta o foi julgada adequada para obten o do t tulo de Mestre em Engenharia El trica rea de Eletr nica de Pot ncia e Conserva o de Energia e aprovado em sua forma final pelo programa de P s Gradua o em Engenharia El trica na Universidade Federal do Cear Carlos Alberto Co lho Belchior Banca Examinadora Prof Ricardo Silva Th Pontes Dr Presidente Prof Otac lio da Mota Almeida Dr Prof Jos Almeida do Nascimento Dr Profa Marisete Dantas Aquino Dra Prof Adrianus Cornelius Van Haandel Ph D Fortaleza Maio de 2007 Aos meus pais Os ria Fa anha Co lho Belchior e Alberto Leite Barbosa Belchior pelo imensur vel apoio pelo am
52. a cBufferOut 3 B comando retorna captura rt cBufferOut 4 iCanais for j 0 j lt i j cBufferOut 3 5 iDadosAD 5 envia pacote amp cBufferOut 0 5 i iniciar o download dos dados armazenados na mem ria externa if comando retorna memoria restart wdt comando aguarda comando 99 come a ou continua um download da mem ria if cBufferIn 4 ACK come a um download da mem ria if download_inicio 0 desliga a interrup o de captura durante o download disable interrupts INT TIMERO seta id para in cio de download download inicio salva como ponto de finaliza o do download download end max eeprom adr zera ponteiro de download da eeprom download end atual 0x0000 zera ponteiro auxiliar download ptr download end atual comando retorna memoria cBufferQOut 3 cBufferQOut 4 cBufferOut 5 cBufferQOut 6 EE e ack make8 download end max 0 end last end L make8 download end max 1 end last end H envia pacote amp acBufferOut 01 7 continua o download de onde parou else if download_inicio 1 download end atual download _ ptr se a transmiss o for encerrada aqui if download fim 1 ap s o t rmino do download re liga a captura enable interrupts INT TIMERO avisa pro mestre que o download acabou cBufferQOut 4 EOT
53. a comunica o serial A comunica o serial diferencia se da paralela por transmitir apenas um bit por vez no lugar de transmitir v rios bits por vez como na comunica o paralela Dessa forma na comunica o paralela necess rio um fio para cada bit Assim quanto maior a quantidade de bits sendo transmitidas por vez mais fios s o utilizados dificultando a cria o CAP TULO 3 Materiais e M todos 39 de cabos e a constru o de placas J na comunica o serial s o necess rios apenas dois fios fazendo com que a comunica o entre dois dispositivos seja mais f cil de ser projetada Outra quest o que quanto maior a taxa de transfer ncia maior o problema com a interfer ncia eletromagn tica Cada fio se torna uma antena em potencial captando ru do do meio podendo corromper os dados transmitidos Na comunica o serial como s o usados apenas dois fios esse problema contornado de modo mais f cil e barata Por isso a comunica o serial foi escolhida para conectar as partes do sistema de monitoramento autom tico A forma mais corriqueira de transmiss o de dados serial a transmiss o ass ncrona Nesta n o existe a necessidade de sincroniza o entre os dispositivos uma vez que os bytes s o transmitidos individualmente e n o em blocos como na comunica o sincrona Grande parte dos computadores pessoais possui pelo menos uma porta serial do tipo ass ncrona A velocidade da porta serial mai
54. a pacote amp cBufferOut 0 5 Respode ao pedido de confirma o de conex o OK Com isso o mestre reconhece qu st scravo est conectado ao barramento de comunica o e apto a troca de informa es if comando confirma conexao restart wdt comando aguarda comando cBufferOut 3 cBufferOut 4 ACK F z7 comando confirma conexao envia pacote amp cBufferOut 0 5 Inicia ou para o funcionamento como sistema embarcado Quando iniciar o processo grava um novo cabe alho if comando captura embarcada restart wdt comando aguarda comando mestre requisitou que o escravo pare a captura programada if cBufferIn 4 0x00 embarcado start 0x00 seta flag tarefa aguarda tarefa mestre requisitou que o escravo inicie a captura programada if cBufferIn 4 0xF0 embarcado start 0xF0 tarefa escreve cabecalho envia resposta ao mestre cBufferOut 3 G comando captura embarcada cBufferOut 4 ACK envia pacote amp cBufferOut 0 5 Fim while Fim main f dd ddr ARRASAR XSARA dd RA Tratamento de interrup o fINT RDA gt RS232 receive data available di A dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd kd dd dd dd dd kd kk FINT RDA void trata int rda void intl6 timeout 0 restart wdt disable interrupts GLOBAL disable interrupts INT RDA datasize 0 enquanto n o der erro de timeout ac
55. a pesquisa motivam a continuidade de uma colabora o ativa entre a Universidade e a Sociedade como um caminho para troca de informa o e experi ncia pois o melhor laborat rio para o desenvolvimento de um sistema com estas caracter sticas o campo Neste trabalho pela sua dimens o pr tica abrem se caminhos para in meras continua es Em seguida apresentam se algumas sugest es para a continua o da pesquisa e desen volvimento e Ir al m do monitoramento e estudar possibilidades de controle autom tico da carga hidr ulica e org nica do sistema de forma a manter seu equil brio e garantir a qualidade do efluente com a m nima interven o humana poss vel o Com arrimo no monitoramento autom tico estudar o desenvolvimento de modelos matem ticos que descrevam por exemplo a evolu o temporal do pH o consumo da CAP TULO 6 Conclus es e Sugest es para Trabalhos Futuros 78 carga org nica no sistema a interfer ncia de varia es de vaz o de esgoto no sistema biol gico a rela o da produ o de biog s com a efici ncia do reator UASB o Com o monitoramento e a modelagem matem tica do processo estudar o desenvolvi mento de algoritmos avan ados de controle em tempo real por exemplo os que s o ba seados em modelos preditivos de controle sistemas de decis o controle multivari veis e ou multi objetivos bem como t cnicas de intelig ncia computacional aplicada o Incluir novas vari veis no si
56. alisados os resultados da experimenta o de campo do sistema de monitoramento autom tico A pesquisa resultou em um sistema computadorizado de monitoramento aplicado a situa es reais em campo possibilitando uma compreens o mais profunda a respeito do processo de tratamento de esgoto e de sua opera o mediante o acesso a dados seja em tempo real seja acessando a base de dados formada Palavras chave Automa o Instrumenta o Eletr nica Microcontroladores Sensores Sistemas Ambientais Tratamento de Efluentes ABSTRACT This work focuses on the investigation of low costs computerized automation solutions to assist compact wastewater treatment plants adjusting the treated effluent to the legal requirements protecting the water s receptors against inadequate discharge The objectives are the development of an automatic supervision system for small wastewater treatment plants and the creation of a historical database to support the decision making process concerning the process operation and maintenance In this work a combined configuration is analyzed constituted of the up flow anaerobic sludge blanket reactor followed by conventional active sludge Such system treats the effluents of the Hospital Waldemar de Alc ntara situated in the neighborhood of Messejana in Fortaleza CE In general few researches can be found on the electronics instrumentation and automation applied for combined systems like this one Initially the
57. aria es de pH atrav s de certas rea es de equil brio dos ons H e OH dissolvidos nela As solu es tamp o s o formadas a partir de um cido ou base fraco e o sal correspondente APENDICE B PRINCIPAIS PARTES DO C DIGO FONTE DO MESTRE procedure que recebe as mensagens envidas pelos escravos procedure TFormConfiguraSerial CommSerialReceiveData Sender TObject DataPtr Pointer DataSize Cardinal var i j integer s string begin se o que est chegando inicio de mensagem if Pacote Atual Inicio Transmissao then begin Pacote Atual inicio transmissao FALSE Pacote Atual BufferSize 0 zera se todo o vetor de buffer da mensagem for 1 0 to 31 do Pacote Atual Buffer 1 0 copia se a mensagem que chegou para o buffer for i 0 to Datasize l do begin move DataPtr Pacote Atual Buffer il 1 inc pchar Dataptr end salva a posi o do ultimo byte salvo no buffer Pacote Atual BufferSize Datasize end se o que t chegando o peda o que falta da mensagem else begin copia se o pacote de dado entrante para o buffer for i 0 to Datasize l do begin move DataPtr Pacote Atual Buffer i Pacote Atual BufferSize 1 inc pchar Dataptr end salva a posi odo ultimo byte salvo no pacote global Pacote Atual BufferSize Pacote Atual BufferSize Datasize end Varre o buffer desde o inicio para saber se h uma mensagem montada
58. as causas de problemas ocorridos auxiliando a pre ven o de situa es similares D suporte a estudos de controle autom tico e de identifica o de modelos matem ticos do processo em foco Permite tamb m o estudo de correla o entre as v rias vari veis do processo ampliando o conhecimento cient fico sobre o objeto de estudo no caso as esta es de tratamento de esgoto Cap tulo 6 CONCLUS ES E SUGEST ES PARA TRABALHOS FUTUROS 6 1 CONCLUS ES Este trabalho resultou em um sistema aplicado a situa es reais possibilitando uma compreens o mais profunda do processo de tratamento de esgoto e de sua opera o pelo acesso a dados seja em tempo real ou acessando a base de dados formada As experimenta es de campo tornaram poss vel a detec o dos dist rbios e a detec o e corre o de falhas no processo de tratamento ou em equipamentos garantindo a qualidade do tratamento comprovando a viabilidade da aplica o desta t cnica para sistemas ambien tais Durante a execu o deste trabalho notou se que a metodologia de desenvolvimento pode com sucesso ser aplicada a outros sistemas como por exemplo na carcinicultura no acompanhamento da degrada o ambiental de foz de rios de reas de mangues de lagoas e a udes tendo como princ pio o monitoramento e controle autom tico de processos que ne cessitem de obten o de informa es ambientais em tempo real 6 2 TRABALHOS FUTUROS Os resultados dest
59. as como uma das t cnicas mais simples de tratamento de esgoto Essas unidades possuem no entanto problemas de integra o e aceite por parte da popula o causados pela falta de espa o e de problemas olfativos e visuais al m de suprimir da popula o reas essenciais para uso coletivo BASTOS 2002 Desta forma requisitos como compacidade confiabilidade baixo consumo energ tico e impacto ambiental reduzido ganham em import ncia em projetos de novas unidades de trata mento Assim a op o por sistemas descentralizados que objetivam o re so de seu efluente e que possibilitam a implanta o de unidades dentro do per metro urbano pode reduzir gastos desnecess rios com infra estrutura e energia para transporte do esgoto atrav s de longas dis t ncias al m de poupar gua de boa qualidade para fins n o nobres BASTOS 2002 A coloca o de um operador especializado em tempo integral dificultada pois as esta es de tratamento de esgoto que comp em um sistema descentralizado possuem or amento reduzido pelo fato de atenderem individualmente a pequenas popula es Al m disso dada a natureza geograficamente dispersa das esta es a visita peri dica de tal operador pode acar retar um comprometimento dos custos Em resumo a opera o e a manuten o de sistemas CAP TULO 1 Introdu o 2 compactos s o fortemente condicionadas por fatores de car ter econ mico que restringem os recursos dispon veis faz
60. as no processo e em equipamentos reduzindo os gastos com opera o e manuten o auxiliando na tomada de decis o e garantindo a qualidade do tratamento 2 8 ALGUMAS CONSIDERA ES Para automatizar qualquer processo deve se entend lo o m ximo poss vel compreen dendo sua configura o funcionamento e opera o Neste cap tulo foram apresentados os conceitos b sicos sobre o tratamento de efluentes Desta forma foi criada a base de conheci mento que possibilitou o estudo e o desenvolvimento de um sistema de monitoramento adap tado a um processo funcionando em condi es reais Discuss es sobre materiais m todos equipamentos e o sistema de automa o propriamente dito ser o apresentadas nos cap tulos seguintes Cap tulo 3 MATERIAIS E M TODOS 3 1 INTRODU O Neste segmento trata se da apresenta o do processo de tratamento no qual o sistema computadorizado de monitoramento foi implementado bem como da descri o e da motiva o para o uso de sensores de seus princ pios de funcionamento de seus respectivos condicionamentos de sinal e da disposi o e instala o desses equipamentos ao longo da planta Discorre se tamb m sobre o meio f sico de comunica o digital utilizado no sistema juntamente com o hardware necess rio para sua implanta o 3 2 SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO COM REATOR UASB LA Unidades compactas que combinam reatores anaer bios e aer bios em s rie s o objeto de franco de
61. atado que quando a vaz o de entrada instant nea se encontra em valores altos por exemplo o dobro do valor m dio hor rio especificado no projeto ocorre o fen meno de ar raste de s lidos dos reatores biol gicos para o efluente da esta o de tratamento degradando a qualidade final do processo de tratamento mesmo que a m dia hor ria se mantenha abaixo dos 5m h especificados no projeto inicial Tal situa o foi detectada com xito no dia 09 de dezembro de 2006 entre 15h10min e 17h10min quando encontrados picos de vaz o instant nea de at 13m h e para o mesmo per odo uma vaz o m dia de 3 5m h como mostram as figuras 5 5 e 5 6 A figura 5 5 mostra o gr fico da vaz o m dia de entrada e apresenta a m dia m vel dos valores instant neos de vaz o com uma janela de uma hora Os valores instant neos relativos media apresentada s o mostrados na figura 5 6 e foram capturados com um intervalo de quinze segundos Ap s a detec o do problema foi constru da uma tubula o de retorno derivada da tu bula o de entrada de esgoto nos reatores biol gicos A vaz o da deriva o de retorno p de ser ajustada com a coloca o de um registro de gaveta em esfera com di metro de 50 mm constru do em PVC Com esse arranjo a vaz o instant nea p de ser diminu da mesmo em casos em que a vaz o m dia estava pr xima do limite m ximo da esta o ver fig 5 3 e 5 4 Vaz o m h 09 12 06 15 10 30 09 12 06 15 30
62. ato aerado S O substrato distribu do por CAP TULO 3 Materiais e M todos 28 agita o provocada pela aera o mec nica na zona de rea o aer bia ZA e se movimenta no sentido ascendente Separado do ar no topo do reator o substrato transportado atrav s de canaletas para a zona de sedimenta o ZS Na zona de sedimenta o o lodo adensa para o fundo do po o de lodo C3 de onde retorna para a c mara de esgoto C2 enquanto o efluente clarificado E coletado e transportado por uma calha interligada por tubula o para os tanques de desinfec o passando pela v lvula Vc O retorno do lodo adensado no po o do decantador C3 feito pelo sistema air lift Y Esse sistema utiliza parte do ar produzido pelos sopradores fazendo com que o lodo adensado seja empurrado do po o de lodo para a c mara de distribui o de esgoto A recircula o desse lodo faz com que ele permane a sempre no reator at formar material em excesso A descarga desse lodo em demasia controlada pela coluna transparente externa IL onde esta dever ser cheia atrav s da tubula o da v lvula V1 e fechada logo ap s o enchimento total Esse substrato dever permanecer at sua total decanta o possibilitando a verifica o da idade do lodo A v lvula Vq utilizada para o descarte de lodo flutuante formado eventualmente no n vel de coleta do efluente e retido por uma calha coletora C O reator possui ainda um si
63. basic concepts on wastewater treatments are presented as well as a description of parts that compose the system therefore supporting the development of automation studies After that the description and the motivation for the use of the sensors in the automatic supervision system for small effluent treatment systems is presented as well as the electronics necessary for its implementation A description of the master slave architecture used in the system is presented as well as the functioning of each module that composes it approaching the hardware and software development for each one The research resulted in an applied system for real field situations making possible a deeper understanding of the wastewater process and its operation through the data access either in real time or by the access of the built database Keywords Automation Electronic Instrumentation Microcontrollers Sensors Environmental Systems Wastewater Treatment LISTA DE PUBLICA ES Os trabalhos realizados no mbito desta disserta o deram origem s seguintes publica es BELCHIOR C A C PAIVA F V CHAVES A V PONTES R S T Sistema de Monitoramento Autom tico para uma Esta o de Tratamento de Efluentes VIII Simp sio talo Brasileiro de Engenharia Sanit ria e Ambiental SIBESA Setembro de 2006 PAIVA F V PONTES R S T BELCHIOR C A C NOTTINGHAM O Monitoramento e controle autom tico de uma esta o de tratamento de efluentes In
64. cDownload 44 Comando tcLimpar 45 Comando tcAtualizar 46 Comando tcStatus 47 Comando tcEmbarcado end como para cada chamada query do mestre um determinado escravo deve enviar uma resposta o mestre deve se preparar para receber nova mensagem ap s o envio Pacote Atual inicio transmissao TRUE Pacote Atual BufferPos 0 ligar os timers para detec o de poss veis erros de timeout Tempo de resposta Enabled true Tempo Verificacao Dados Enabled true end Fun o que calcula o byte de checagem de erro das mensagens enviadas e recebidas function CheckSum iBuffer array of Byte ilnicio Byte iNumBytes Byte Byte var i Integer sum Byte begin sum 0 Efetua a soma longitudinal dos bytes que comp em a mensagem for i ilnicio to iNumBytes 1 do sum sum iBuffer il sum sum and STF Result sum end Fun o que testa se as mensagens recebidas s o v lidas function Validacao iBuffer array of Byte iCmd Byte iNumBytes Byte Boolean begin Result True Teste de montagem do pacote if iBuffer 0 lt gt stx then Result False if iBuffer 1 lt gt id master then Result False if iBuffer 2 lt gt adr master then Result False Teste de checksum if iBuffer iNumBytes 3 lt gt CheckSum iBuffer 0 iNumBytes 3 then 92 Result false Teste de comando if iBuffer 3 lt gt iCmd t
65. cam seu circuito de tratamento na pr pria unidade CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 21 e controle de odores a emiss o de gases com odores apontada como um dos principais motivos para rejei o das unidades de tratamento pela comunidade Assim os processos de depura o devem ser pass veis de ser cobertos limitando o desprendimento de gases o novos materiais essa linha de pesquisa objetiva minimizar custos de implanta o e aumentar a vida til das instala es sobretudo em face do problema de corros o Para unidades modulares e ou de pequeno porte a possibilidade de utiliza o de reatores pr moldados tamb m incentiva o desenvolvimento de novos materiais e e automa o pesquisas intensivas sobre novos tipos de sensores atuadores e sistemas de monitoramento e controle s o realizadas nos pa ses industrializados visando inserir a automa o computadorizada nos processos de tratamento de esgoto A automa o des ses processos ganha import ncia como uma forma de adequar o efluente tratado aos requisitos legais protegendo os corpos d gua receptores de lan amento inadequados pois possibilita a detec o de dist rbios a forma o de uma base de dados o c lculo de vari veis n o observ veis com esteio em medidas indiretas Uma vez alcan ados tais objetivos ser poss vel eliminar a presen a de um operador permanente em ambientes in spitos detectar e corrigir falh
66. componentes eletr nicos Estudos anteriores comprovaram a necessidade dessas medidas pois parte dos circuitos foi destru da por conta de uma falha na veda o das caixas 3 6 3 INFILTRA O No caso do LM35 usado para a medi o da temperatura interna do reator UASB v rios testes foram necess rios na busca de uma forma de impermeabilizar equipamentos semicon dutores e suas liga es el tricas que ficariam submersos Os sensores utilizados foram sendo substitu dos por outros com melhor impermeabiliza o medida que se constatavam fragilidades A solu o encontrada foi a utiliza o de resina de bloqueio contra umidade e press o similar s que s o usadas em liga es el tricas de telefonia possibilitando a submers o No caso do sensor de pH que tamb m trabalha submerso o equipamento especificado possui grau de prote o IP68 e preparado para suportar aplica es qu micas tais como processos de tratamento de esgoto Segundo a norma NBR 6146 o grau de prote o IP68 deve conferir ao componente prote o contra submers o e contra a poeira 3 7 ALGUMAS CONSIDERA ES Esse cap tulo descreveu os aspectos envolvidos no projeto desenvolvimento e implanta o da instrumenta o eletr nica usada no sistema de monitoramento autom tico proposto Alguns problemas encontrados durante a instala o da instrumenta o em campo ocorreram pelo fato da n o previs o desse tipo de equipamento durante o projeto inicial
67. constatada na figura 5 3 que apresenta o gr fico da vaz o m dia de entrada Tal medi o ocorreu no dia 01 de mar o de 2007 iniciando s 15h10min e terminando s 17h10min A figura apresenta a m dia m vel dos valores instant neos de vaz o com uma janela de uma hora Tais valores instant neos s o apresentados na figura 5 4 e foram capturados com um intervalo de quinze segundos Vaz o m h 01 03 07 15 10 00 01 03 07 15 29 49 01 03 07 15 51 30 01 03 07 16 13 12 01 03 07 16 34 53 01 03 07 16 56 35 Figura 5 3 M dia m vel da vaz o instant nea com janela de uma hora relativo ao dia 01 de mar o de 2007 de 15h10min s 17h10min fig 5 4 Vaz o m h 01 03 07 15 10 15 01 03 07 15 30 19 01 03 07 15 52 16 01 03 07 16 14 13 01 03 07 16 36 10 01 03 07 16 58 07 Figura 5 4 Valor instant neo da vaz o relativo ao dia 01 de mar o de 2007 de 15h10min s 17h10min CAPITULO 5 Resultados experimentais 71 Com a implanta o do sistema autom tico de monitoramento nova informa o foi dis ponibilizada a vaz o instant nea A import ncia de tal informa o foi comprovada pela an lise de testes laboratoriais de sedimenta o de s lidos juntamente com o cruzamento dos dados adquiridos de vaz o instant nea mediante o sistema de monitoramento autom tico Foi const
68. cutado pelo mestre para efetivar a a o S o informa es requeridas para executar esta a o lista de valores adquiridos relativos a cada um dos canais ativos tempo de captura lista de canais ativos configura es sobre cada canal ativo e data e hora da primeira e da ltima aquisi o Tais informa es s o necess rias tanto para a captura programada como para a captura em tempo real de forma a padronizar os dados armazenados INICIO Lista de Informa es dados adicionais Salvar em banco de dados FIM Figura 4 16 Fluxograma descritivo do evento Armazenar dados 4 4 2 7 Evento Limpar mem ria do escravo Esse evento envia uma mensagem query ao escravo com uma requisi o para que ele execute a tarefa Limpar mem ria de dados Ap s a execu o da tarefa o escravo retorna CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 60 uma mensagem de confirma o ao mestre A figura 4 17 apresenta o fluxograma representativo da execu o desse evento pelo mestre INICIO A Query Limpar Mem ria Response v lido Figura 4 17 Fluxograma descritivo do evento Limpar Mem ria do Escravo 4 5 INTERFACE HOMEM M QUINA DO SISTEMA Nesta se o apresentam se as principais telas do programa mestre A figura 4 18 mostra a tela principal do mestre a partir da qual o operador tem acesso s funcionalidades do sistema Tai
69. dades f sico qu micas e biol gicas do meio ambiente altera o esta pro vocada direta ou indiretamente por atividades humanas as quais afetam sa de seguran a bem estar da popula o atividades socioecon micas biota condi es est ticas e sanit rias do meio e qualidade dos recursos naturais No caso dos corpos d gua receptores o decr scimo da concentra o de oxig nio dis solvido um dos principais ind cios de polui o A introdu o de mat ria org nica em um corpo d gua receptor resulta indiretamente no consumo de oxig nio dissolvido Tal se deve CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 10 aos processos de estabiliza o da mat ria org nica realizados pelas bact rias decompositoras as quais utilizam o oxig nio dispon vel no meio l quido para a sua respira o A import ncia da compreens o do fen meno do consumo do oxig nio dissolvido ap s o lan amento de esgotos no contexto da rea de tratamento de esgotos relaciona se determi na o da qualidade permitida para o efluente a ser lan ado incluindo o n vel de tratamento necess rio e a efici ncia a ser atingida na redu o da DBO 2 4 3 ETAPAS DO TRATAMENTO DE EFLUENTES A remo o dos poluentes no tratamento de forma a adequar qualidade pretendida do efluente a ser lan ado ao padr o de qualidade vigente est associada aos conceitos de etapas e efici ncia do tratamento A figura 2 1 mostra uma vis
70. de Alc ntara ii 67 Planta baixa da esta o de tratamento de esgoto do HGWA eee 68 M dia m vel da vaz o instant nea com janela de uma hora relativo ao dia 01 de mar o de 2007 de 15h10min a 17h10min fig 7 4 nnn eee eeerereereneeaaeeceeaaeeaeraneeneranea 70 Valor instant neo da vaz o relativo ao dia 01 de mar o de 2007 de 15h10min a 17h1Omin 70 M dia m vel da vaz o instant nea com janela de uma hora relativa ao dia 09 de dezembro de 2006 de 15h10min a 17h10min fig 7 6 erre eee re err eeaeeneerererenaneads 71 Valor instant neo da vaz o relativo ao dia 09 de dezembro de 2006 de 15h10min a OED DTi EEE DIEE AATE E PEE TE E ATE SA RR RN 72 Valor instant neo da vaz o do dia 28 de fevereiro de 2007 sssessssessessssersessessessssrsresrersseesese 73 Valor instant neo da temperatura interna do reator UASB entre os dias 09 e 12 de dezembro de 2006 sitios E E SER OT E TE RUAS O a ALAN pda ab ED SU da dg a 74 M dia m vel da temperatura interna do UASB entre os dias 09 e 12 de dezembro de 2006 74 Valor instant neo do pH interno do reator UASB do dia 02 de mar o de 2007 75 M dia m vel do pH interno do reator UASB do dia 02 de mar o de 2007 75 Tabela 2 1 Tabela 5 1 Tabela 5 2 LISTA DE TABELAS Principais mecanismos de remo o de poluentes no tratamento de esgotos Par metros de projeto da esta o de tratamento de efluen
71. de Messejana em Fortaleza CE O esgoto do hospital composto por dejetos humanos com grande n mero de microorganismos patog ni cos e despejos dos setores de an lises e desinfec o Tais despejos t m em sua composi o produtos qu micos resistentes que modificam os aspectos e caracter sticas dos esgotos quando comparados ao esgoto dom stico convencional met lt x E a E nal A EN a Figura 5 1 Esta o de tratamento do Hospital Waldemar de Alc ntara CAPITULO 5 Resultados experimentais 68 A esta o de tratamento constru da em uma rea total de 120m possui configura o combinada constitu da pelo Reator UASB seguido de um processo aer bio de lodo ativado com recircula o de lodo Os par metros de projeto do sistema de tratamento completo s o listados na tabela 5 1 Tabela 5 1 Par metros de projeto da esta o de tratamento de efluente do HGWA Par metro Projeto M ximo Minimo Popula o equivalente 600 hab 1000 hab Vaz o m dia di ria 100 m dia 150m dia 70 m dia Vaz o m dia hor ria 5 0 m h 6 5 m h 3 0 m h Temperatura 31 C 36 C 15 C pH 6 9 7 4 6 6 A figura 5 2 apresenta a planta baixa da esta o de tratamento do HGWA juntamente com a indica o dos principais componentes do sistema A seguir os par metros fisicos das partes em destaque s o apresentados CRV UASB Figura 5 2 Planta baixa da esta o de tratam
72. definem os processos da se guinte forma f sicos tais processos atuam com uma mudan a fisica nas propriedades dos contaminantes ao passo que a natureza qu mica dos componentes n o afetada Os pro cessos deste tipo normalmente empregados em tratamento de esgotos industriais s o separa o por gravidade flota o evapora o filtra o adsor o em carv o ativado extra o l quido liquido o qu micos manipulam as propriedades qu micas dos contaminantes para facilitar a remo o dos poluentes ou a decomposi o dos componentes org nicos do esgoto bruto Os tratamentos qu micos mais fregientemente empregados no tratamento de esgotos in dustriais s o precipita o qu mica e coagula o recupera o eletrol tica troca de ons oxida o qu mica e redu o e e biol gicos utilizam mecanismos biol gicos e bioqu micos para produzir mudan a qu mica nas propriedades dos contaminantes As propriedades qu micas s o alteradas pela a o de grande variedade de microorganismos que decomp em os componentes do esgoto a ser tratado A decomposi o ou metabolismo dos componentes org nicos CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 12 produz mais biomassa bem como mais energia necess ria para manter os microorganismos vivos Dependendo do processo a ser utilizado v rios mecanismos podem atuar separada ou simultaneamente na remo o de poluentes Os pri
73. do aos requisitos legais protegendo os corpos receptores de lan amentos inadequados Os sistemas de automa o existentes no mercado em geral s o muito sofisticados o que eleva seus custos de aplica o Para processos de pequeno porte busca se o desenvolvimento de solu es modulares de baixo custo de maneira que viabilizem o investimento A figura 3 4 mostra a localiza o dos equipamentos instalados TPa Sensor de temperatura interna TPa TPb Sensor de temperatura ambiente VZ Sensor de vaz o de esgoto TPb NV Sensor de n vel chave b ia MB Motobombas PH Sensor de pH vz VZ p gt Adaptado de ACS Fibra 2002 Figura 3 4 Localiza o dos instrumentos na planta de tratamento de esgoto 3 3 1 SENSOR DE TEMPERATURA A temperatura a um dos fatores que influenciam o comportamento bacteriano Os microorganismos n o possuem mecanismos de controle t rmico portanto sua temperatura interna determinada pela temperatura do ambiente onde se encontram Dessa forma a temperatura atua de maneira seletiva em rela o massa bacteriana Existe uma faixa tima de temperatura em torno da qual o crescimento bacteriano m ximo Para os microorganismos envolvidos na digest o anaer bia foram identificadas duas faixas timas de CAP TULO 3 Materiais e M todos 30 temperatura de 30 a 35 C n vel mesof lico e 50 a 55 C n vel termof lico HAANDEL a
74. e uma s rie dada pelo c lculo da m dia m vel de seus respectivos dados instant neos A janela da m dia m vel dada em minutos pode ser ajustada por meio do campo Jn disponibilizada a op o de gera o de imagem Img de uma determinada visualiza o de dados tanto instant neos quanto suas m dias m veis 4 6 ALGUMAS CONSIDERA ES Nesse cap tulo foram relatados o estudo e o desenvolvimento da comunica o de dados entre as partes constituintes do sistema comentando acerca do formato das mensagens do meio f sico utilizado e de aspectos de hardware e software necess rios para a implanta o da arquitetura mestre escravo Foram encontrados problemas na comunica o de dados entre mestre e escravo quando o programa mestre foi instalado em computador com a configura o inferior a um Pentium HI CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 66 1GHz com 32Mb de mem ria RAM Por conta do processamento lento o mestre corrompia os dados recebidos A solu o escolhida foi trocar o computador antigo por outro com uma configura o de hardware mais atual Poss vel fonte de problemas o c lculo usado na checagem de erro nas mensagens o LCR Tal algoritmo foi pensado para ser usado quando a mensagem codificada completamente em ASCII No caso do protocolo desenvolvido alguns dados s o codificados em bin rio o que poderia ocasionar problemas tais que mesmo na ocorr ncia de erro o LCR n
75. eguido do sistema de lodo ativado convencional De modo geral h poucos estudos sobre instrumenta o eletr nica e automa o computadorizada aplicados a sistemas combinados desse tipo Segundo Braga 2000 provavelmente isto est relacionado ao fato de que reatores anaer bios demandam temperatura mais elevada o que dificulta sua utiliza o em v rios pa ses desenvolvidos os quais possuem temperaturas ambientais baixas na maior parte do ano exigindo consumo elevado de energia para o aquecimento dos reatores possivelmente tornando a aplica o invi vel economicamente 1 4 OBJETIVOS Este trabalho tem por objetivo buscar solu es de automa o computadorizada de baixo custo que auxiliem esta es de tratamento de efluentes a adequar o efluente tratado aos requi sitos legais protegendo os corpos d gua receptores contra lan amentos inadequados Os CAP TULO 1 Introdu o 4 objetivos espec ficos s o desenvolver um sistema de monitoramento autom tico para pequenas esta es de tratamento de guas residuais que apresente funcionalidade e facilidade de expans o criar uma base de dados hist rica para apoio tomada de decis o no que diz respeito a opera o e manuten o do processo disponibilizar o acesso a dados possibilitando uma compreens o mais profunda do tratamento de esgoto sanit rio e de sua opera o 1 5 ORGANIZA O DO TEXTO Al m da presente introdu o o texto est dividido em seis outro
76. eite novos bytes 101 102 while timeout lt 100 if kbhit cBufferIn datasize getc datasize timeout 0 else timeout ap s passado o tempo m ximo entre bytes considere que o pacote completo chegou e tente a valida o tarefa recebe pacote enable interrupts INT RDA enable interrupts GLOBAL ERR iris ad Tratamento de interrup o fINT TIMERO gt Timer O RTCC overflow Hd dA AAA A HFINT TIMERO void trata int timer0 void static int iTrocaCanais restart wdt set timer0 34286 se passou o tempo de captura especificado if timer0 0 1 timer0 iCaptura se a flag de captura programada execute tarefa captura dados if embarcado start tarefa captura dados
77. em considera o 3 6 1 TEMPERATURA AMBIENTE Em sistemas eletr nicos temperaturas acima da especificada pelo fabricante podem acarretar mau funcionamento ou at danifica o do equipamento Dessa forma a sensibilidade temperatura apresentada por instrumentos eletr nicos importante considera o no projeto de circuitos e na sele o de componentes Para minimizar o problema a alimenta o geral do sistema de medi o foi projetada para ficar em uma caixa parte do sistema microcontrolado de forma que a dissipa o t rmica da fonte n o causasse problemas ao microcontrolador e seus perif ricos 3 6 2 CORROS O A corros o causada por gases gerados na decomposi o do esgoto como o g s sulf drico H2S e a am nia ou pela manipula o de reagentes qu micos como o cloro O H2S o mais problem tico por ser encontrado em maior quantidade pois faz parte da composi o do biog s produzido pelas bact rias metanog nicas do reator UASB Os circuitos de condicionamento de sinal e o sistema microprocessado foram colocados CAP TULO 3 Materiais e M todos 43 em caixas herm ticas com grau de prote o IP65 de modo a minimizar a corros o dos equipamentos eletr nicos Segundo a norma NBR 6146 o grau de prote o IP65 deve conferir ao componente prote o contra jatos d gua e contra a poeira Um verniz especial para placa de circuito impresso tamb m foi utilizado de modo a aumentar a durabilidade dos
78. endo com que tais sistemas estejam mais sujeitos a sofrer viola es dos limites de qualidade em virtude da opera o inadequada LANDECK 2002 A automa o do sistema deve tornar possivel a detec o de dist rbios o c lculo de vari veis n o observ veis a partir de medidas prim rias a detec o e corre o de falhas no processo ou em equipamentos garantindo a qualidade do tratamento Uma vez alcan ados tais objetivos ser poss vel diminuir a necessidade da presen a permanente de um operador espe cializado no comando dos sistemas de tratamento de esgotos A vigil ncia constante e ininterrupta dos sistemas de tratamento de esgoto e de seus efluentes mediante um sistema de aquisi o autom tica de dados possibilita minimizar o lan amento indesej vel de cargas poluidoras no meio ambiente criar e gerenciar alarmes indicadores de pontos criticos do processo dar suporte gera o de relat rios on line da situa o atual do lan amento de efluentes tanto para quem opera quanto para quem fiscaliza Assim esta pesquisa visa impulsionar a mudan a do atual paradigma de opera o e controle de tais sistemas trazendo confiabilidade na qualidade dos efluentes As solu es encontradas nesta investiga o certamente poder o ser aplicadas al m do tratamento de guas e esgoto no reaproveitamento de gua em processos industriais e no acompanhamento da degrada o ambiental de foz de rios reas de mangues lagoas e a udes
79. ento de esgoto do HGWA o Caixa de grade CG com barras de limpeza manual fixada com espa amento de uma polegada em plano inclinado no interior do canal o caixa de areia CA com volume igual a 0 5m capaz de promover a precipita o de areia de at 0 1mm o esta o elevat ria de esgoto EEE de 1 5m de di metro e uma altura til de 65cm caixa repartidora de vaz o CRV de 60 cm de di metro por 75 cm de altura fixada a 30cm de altura em rela o parte superior do reator UASB reator UASB de 4 5m de altura possuindo um volume igual a 36 2m CAPITULO 5 Resultados experimentais 69 reator LA de 4 5m de altura possuindo um volume igual a 25 2m o decantador interno ao reator LA possuindo um volume igual a 11m o dois tanques de contato TC para desinfec o com volume igual a 1000 litros cada um e uma casa de m quinas CM onde est o localizado o QGBT e os sopradores do reator LA Em termos de qualidade do efluente final foram fixados no projeto os seguintes valores DBO lt 20 mg l e SST lt 30 mg l O efluente tratado descarregado em uma galeria de guas pluviais em frente ao hospital que des gua no riacho Paupina e corre at a lagoa Precabura em Fortaleza CE 5 3 MEDI ES EM CAMPO O monitoramento do processo envolve uma linha de sensores seguida pelo bloco de condicionamento dos seus respectivos sinais onde cada sensor ligado a um canal dispon vel de um deter
80. er instalado tanto em tubula es como em tanques submerso efetuando a medi o de pH continuamente SIGNET 2764 2767 2001 Em decorr ncia da isola o do vidro a imped ncia do eletrodo da ordem de 10 Q a 10 Q ohms gerando uma corrente da ordem de 10 amp res Por causa da alta imped ncia o eletrodo de pH exige circuito amplificador com elevada imped ncia de entrada da ordem de 10 ohms necessitando cuidado especial no desenvolvimento do circuito pr amplificador do sensor Em associa o ao eletrodo de pH foi conectado o pr amplificador Signet 2760 Dry Loc tamb m produzido pela George Fischer Signet Inc O pr amplificador tem a fun o de amplificar o sinal do sensor e convert lo para o padr o 4 20mA Constru do em CPVC pode ser submerso quando instalado em tanques A figura 3 12 mostra uma figura representativa do sensor de pH instalado na parte superior do reator UASB como indicado na figura 3 4 A calibra o efetuada facilmente uma vez que o instrumento disp e da fun o EasyCal em que solu es tamp es buffers de valores padronizados podem ser utilizadas Assim como o medidor de vaz o o sensor de pH deve ser alimentado com uma tens o cont nua de 24 volts e apresenta uma sa da anal gica de 4 a 20 mA proporcional ao pH instant neo Dessa forma o circuito usado para condicionar o sinal de corrente do medidor de vaz o em sinal de tens o o mesmo apresentado na figura 3 9 CAP
81. es D do separador de fases e continuam em trajet ria ascendente at encontrar na parte superior interior do separador a interface l quido g s I Nessa interface as bolhas se desprendem formando uma fase gasosa Flocos de lodo eventualmente aderidos s bolhas podem subir at a interface mas ap s o desprendimento do g s tender o a decantar para novamente fazer parte da massa de lodo na zona de digest o O biog s continuamente expurgado da c mara de g s por uma tubula o que o conduz at um coletor de gases lavando os antes de serem enviados atmosfera O tratamento dos gases gerados no reator UASB tem como finalidade a minimiza o de problemas da emana o de maus odores necessitando de um tanque G localizado lateralmente ao reator onde o biog s ser borbulhado numa suspens o de cal leite de cal antes de ser encaminhado para a atmosfera O ponto de descarte do biog s posicionado a cerca de 6 0 metros acima do terreno 3 2 4 REATOR DE LODO ATIVADO O processo de lodo ativado a alternativa aer bia mais utilizada mundialmente A Figura 3 3 mostra um esquema de um reator de lodo ativado com os seus principais dispositivos os quais ser o explicados a seguir O lodo ativado um aglomerado de flocos de mat ria org nica produzidos no esgoto bruto ou decantados pelo crescimento de bact rias aer bias ou de outros organismos na presen a de oxig nio dissolvido O lodo ativado acumulado em concent
82. es mat ria org nica ou inorg nica e o caracter sticas biol gicas os organismos presentes na gua pertencem aos reinos ani mal vegetal e protistas seres microsc pios como as bact rias e as algas Tais organis mos podem estar vivos ou mortos CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 7 2 3 PAR METROS DE QUALIDADE DA GUA Os esgotos dom sticos cont m 99 9 de gua A fra o restante inclui s lidos org ni cos e inorg nicos suspensos e dissolvidos bem como microorganismos Portanto em raz o dessa porcentagem de 0 1 que h necessidade de se tratar os esgotos BASTOS 2002 A qualidade da gua residu ria pode ser representada por diversos par metros que traduzem suas principais caracter sticas fisicas qu micas e biol gicas Os itens seguintes descrevem alguns dos principais par metros de forma sucinta apresentando seu conceito import ncia sanit ria e utiliza o Todos esses par metros s o de determina o rotineira em laborat rios de an lise de gua SPERLING 1995 2 3 1 PAR METROS F SICOS Turbidez a turbidez representa o grau de interfer ncia com a passagem de luz atrav s da gua a esta conferindo uma apar ncia turva causada por s lidos em suspens o pre sentes no l quido Quando originada naturalmente n o traz inconvenientes sanit rios di retos por m os s lidos em suspens o podem servir de abrigo para microorganismos patog
83. facilidade em achar material sobre ele de livros a cursos completos Outro aspecto interessante da fam lia PICMicro que todos os modelos foram desenvolvidos a partir de uma base de projeto nica Esta caracter stica da fam lia PIC permite a compatibilidade de c digos assembly e a escalabilidade das aplica es desenvolvidas PEREIRA 2003 O modelo PIC18F452 possui caracter sticas importantes como o oscilador de clock que por meio de um PLL permite rodar este PIC em 40 MHz ou 100ns por ciclo de m quina O alto desempenho da fam lia de PICMicro 18F4xx2 pode ser atribu do a caracter sticas de arquitetura tais como arquitetura Harvard com barramento de dados de 8 bits e barramento de instru es de 16 bits palavra de instru o longa LWI Long Word Instruction arquitetura de instru es em pipeline instru es de apenas um ciclo de m quina conjunto de instru es reduzido RISC Reduced Instruction Set Computing O microcontrolador PIC18F452 possui uma cole o de perif ricos abrangente tais como uma porta serial USART com suporte para RS 485 uma porta s ncrona do tipo master slave para SPI ou PC 33 pinos de E S compartilhados com as fun es especiais 4 timers sendo um de 8 16 bits um de 8 bits e dois de 16 bits 2 m dulos de captura comparador PWM uma porta paralela de 8 bits conversor A D de 8 ou 10 bits com 8 canais multiplexados PICISFXX2 2002 Al m das caracter sticas do PIC18F452 foram in
84. gem de Sistemas de Controle Distribu dos e Colaborativos de Sistemas Produtivos Tese Doutorado em Engenharia Mec nica Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Metcalf amp Eddy 1991 Wastewater Engineering Treatment Disposal and Reuse 3a Ed 1334p Editora McGraw Hill 80 81 Munaro C J Amaral P F S Costa W T Borges R M Mer on A G Gon alves R F 2003 Monitoramento Via INTERNET de uma Esta o de Tratamento de Esgoto Sanit rio Tipo UASB BF In Anais do 220 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanit ria e Ambiental Joinvile SC Paiva F V 2003 Monitoramento da efici ncia de um reator anaer bio de fluxo ascendente em manta de lodo UASB Disserta o Mestrado em Engenharia Civil Universidade Federal do Cear Pereira F 2003 Microcontroladores PIC Programa o em C la Edi o S o Paulo Editora Erica 2003 PICI18FXX2 Performance Enhanced FLASH Microcontrollers with 10 Bit A D 2002 Microchip Technology Inc 39564c pdf Datasheet lt ww1 microchip com downloads en DeviceDoc 39564c pdf gt Signet 2551 Magmeter 2007 George Fischer Signet Inc 2551 eng pdf Datasheet lt www gfsignet com products pdf gt Acesso em 01 jun 2007 Signet 2764 2767 Differential DryLoc pH ORP Electrodes 2007 George Fischer Signet Inc 2551eng pdf Datasheet lt www gfsignet com products pdf gt Acesso em 01 jun 2007 Sperling M V 2005 Introdu o Qualidade das g
85. gerentes e lavandarias embora sejam frequentemente mais concentrados e produzidos em quantidades consider veis Noutros casos os efluentes cont m materiais potencialmente t xicos ou corrosivos se descarregados sem tratamento para um meio hidrico ou colector como por exemplo os efluentes de industrias quimicas refinarias f bricas de g s de cidade f bricas de galvaniza o e decapagem de metal e oficinas de pintura Esgoto dom stico E aquele que provem principalmente de resid ncias estabelecimentos comerciais institui es ou quaisquer edifica es que disp e de AP NDICE A Gloss rio de Termos Relacionados a Tratamento de Esgotos 87 instala es de banheiros lavanderias e cozinhas Comp em se essencialmente de gua de banho fezes humanas e urina papel higi nico restos de comida sab o detergentes e guas de lavagem e Esgoto bruto Esgoto sem tratamento e Estabiliza o da mat ria org nica Ver degrada o e convers o da mat ria org nica e Eutrofiza o Processo que ocorre quando um curso de gua se torna excessivamente rico em nutrientes devido a efluentes de esgotos res duos de fertilizantes Como resultado imediato as plantas superf cie crescem demasiadas e ocultam da luz as que vivem a uma profundidade maior Estas acabam por morrer e ao se decompor esgotam o oxig nio da gua tornando a virtualmente sem vida e Lodo Biomassa ativa e Lodos ativados um processo de tratamen
86. gura 4 9 apresenta o fluxograma de recep o interpreta o e execu o de uma mensagem query listando as possiveis a es a tomar Ap s a execu o da tarefa selecionada uma mensagem response deve ser enviada ao mestre confirmando o recebimento e a execu o correta ou enviando os dados requisitados ao escravo CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 53 IN CIO A gt Retorna configura o atual e B 5 Atualiza configura o yY e C 5 Limpa mem ria de dados mensagem e D 5 Captura em tempo real aceita e E 5 Captura embarcada e F 5 Descarrega dados executa fun o l envia resposta Figura 4 9 Fluxograma de recep o interpreta o e execu o de uma query o Retorna configura o atual organiza as seguintes informa es de configura o que est o armazenadas na mem ria externa data e hora da ltima atualiza o de configura o a quantidade de mem ria de dados usada at o momento quantos e quais canais est o ativos o tempo atual de captura de dados se o sistema est em modo de captura programada ou em repouso Ap s a organiza o uma mensagem de resposta com todos esses dados montada e enviada ao mestre como resposta ao comando o Atualiza configura o recebe as seguintes informa es do mestre data e hora atual quantos e quais canais dever o estar ativos
87. hen Validacao false end inicia download de dados armazenados em um determinado escravo procedure TrormDownload BtnIniciarClick Sender TObject var iEscravo Byte begin iEscravo StrToInt EditSlave Text 30 Comando tcDownload Pacote Atual Buffer 4 ack if not Enviar Pacote Atual Buffer iEscravo retorna memoria 5 FormConfiguraSerial CommSerial then ShowMessage Envio de comando n o efetuado end organiza dados baixados do escrado no grid da tela de download procedure TrormDownload BtnOrganizarDadosClick Sender TObject var Ini TIniFile 1 iLinhaAtual Integer Cab Canais array 0 7 of boolean begin considerando que s h um cabe alho Ri st no inicio do buffer if Download Buffer 1 01 and Download Buffer 0 SFF then begin DataInicio StrToDate IntToStr Download Buffer 2 4 IntToStr Download Buffer 3 IntToStr 6 HoraInicio StrToTime IntToStr Download Buffer 4 4 IntToStr Download Buffer 5 j 4 IntToStr Download Buffer 6 LbPriAquisicao 1 Caption DateToStr DataInicio TimeToStr HoraInicio DataFim Date HoraFim Time LbDescarga 1 Caption DateToStr DataFim TimeToStr HoraFim Intervalo StrToTime FormatCapturaEdit Download Buffer 8 2 LbCaptura 1 Caption TimeToStr Intervalo for j 0 to 7 do 93 Cab Ca
88. idade de escoa mento capaz de promover a precipita o de areia de at 0 2 mm quando na vaz o m xima deixando fluir o material particulado de menor densidade A remo o de areia CAP TULO 3 Materiais e M todos 24 precipitada no compartimento dever ser feita pelo operador todas as vezes que o n vel de areia estiver pr ximo soleira da grade ou pelo menos duas vezes por semana como opera o de rotina e o esta o elevat ria de esgoto EEE o esgoto chega ao po o de suc o por gravidade Para o recalque do esgoto em dire o aos reatores deve se optar pelo uso de duas bombas para que uma fique de reserva apropriadas para trabalhar com guas residu rias permitindo a passagem de s lidos pastosos Um exemplo s o as motobombas centrifugas submers veis As bombas podem ser comandadas por meio de reguladores de n vel do tipo b ia sendo um de n vel inferior desliga bomba e um de n vel superior liga bomba para opera o por batelada 3 2 2 CAIXA REPARTIDORA DE VAZ O A caixa repartidora de vaz o CRV utilizada a montante dos reatores sendo constitu da de uma caixa elevada dividida em tr s se es dotadas de vertedores proporcionais visando ao fornecimento de 2 3 de esgoto bruto EB 2 3 para o reator anaer bio e 1 3 de esgoto bruto EB 1 3 para o reator aer bio Ela alimentada com o esgoto bruto EB vindo da esta o elevat ria EEE e sustentada por uma base com altura suficiente pa
89. ieeeeeeereeeeeerereraanos 2 8 ANA CONSIDERA ES celas pao e a a a ae 3 MATERIAIS E M TODOS 21 EnToduc o sas a A D 3 2 Sistema de tratamento de esgoto com reator UASB LA 3 2 1 Tratamento preliminar e esta o elevat ria 3 2 2 Caixa repartidora de vaz o ue esses saia saias a a Essa 24 3 2 3 Reator Anaer bio de Fluxo Ascendente em Manta de Lodo 24 3 24 Reator de Lodo Alvado e e is Do Ie GO 26 CASA PO O de OCO siso ad ad E ad a 28 3 20 Unidade de desinfec o asas sia os a Da SS 28 33 Tnstr me ta o eletronica ar sai RD Se doada a RO 29 3 3 Sensor AS TE pera RA rare ra rasa ad Ani Aa aan A RU AT 29 3 3 2 Sensor de vaz o de ESDOLO di nsite spa ie tias pag E SA 32 3 3 3 Sensor de potencial hidrogen nico pH 36 34 Bomba SUDMETS io iein e O E a aa REE 38 3 5 Meio fisico de COMbMICA O isa ST ASR VN A Da SO 38 3 5 1 Modo de opera o RS 485 quan seia cagi atas SSND RAR Da 40 3 5 2 Conversor RS 232 para RS ASS aaa aiaa sea ad a aa 41 3 6 Engenharia da instala o dos equipamentos em campo cts 42 3 6 Temperat ra ambiente sprssscenisiosi eetset t Eras Sa anseia a es nas ol cada za Paga 42 3 6 2 COMOS O Jus dios pa gerir saias AS a aU a AS E Aa SS PR aaa aai iais 42 30 3 MHIC n ns as seas AD 43 3 7 Alguma CONS Crac ES a A TT AD Ce 43 4 ARQUITETURA DO SISTEMA DE MONITORAMENTO AUTOM TICO A Intodu O sussa sa srs es a RS E 44 4 2 A
90. ionado o escravo a ser parametrizado o usu rio deve escolher o tempo de captura de dados e indicar quais canais devem estar ativos Ap s marcar determinado canal como ativo o mestre requisitar informa es espec ficas do canal Cada canal ativo deve ser identificado por um nome e um tipo al m de especificar a unidade de medi o da grandeza monitorada Os valores m ximo m nimo e offset devem tamb m ser indicados Depois de selecionados os par metros s o enviados juntamente com a data e hora atual do sistema ao escravo a partir de uma mensagem query espec fica Ap s o recebimento de uma mensagem response por parte do escravo confirmando a atualiza o de suas configura es o evento finalizado Entrada o Query l Data e hora Nome Atualizar Configura o do sistema e Tipo do sensor x Unidade e Valor m nimo e Valor m ximc e Offset gt Endere o do escravo 4 Tempo de captura e Canais ativos HEEE a Response v lido Figura 4 13 Fluxograma descritivo do evento Parametrizar escravo 4 4 2 3 Evento Recuperar parametriza o Ainda em rela o parametriza o dos escravos outro evento dispon vel ao usu rio a recupera o da configura o atual de determinado escravo A figura 4 14 mostra o fluxograma descritivo do evento Recuperar parametriza o Depois de o escravo ser selecionado o mestre envia uma query com a requisi o da
91. ior a zona de sedimenta o ZS O esgoto afluente entra pelo fundo do reator e segue trajet ria ascendente passando pela zona de digest o atravessando uma abertura existente no separador de fases e penetrando a zona de sedimenta o Em virtude da forma do separador de fases a rea dispon vel para escoamento ascensional do liquido na zona de sedimenta o aumenta na medida em que o l quido se aproxima da superf cie correspondentemente a velocidade do l quido tende a diminuir Desse modo flocos de lodo que s o arrastados e passam pela abertura do separador de fases para a parte superior do reator encontram uma zona tranquila Nesta zona a uma determinada altura a velocidade de sedimenta o das part culas tende a ser maior do que a velocidade de arraste CAP TULO 3 Materiais e M todos 26 do l quido Assim as part culas s o depositadas sobre a superf cie inclinada do separador de fases Quando uma massa suficientemente grande de s lidos acumulada o peso aparente destes s lidos se torna maior do que a for a de atrito fazendo o lodo deslizar entrando novamente na zona de digest o Dessa maneira a a o da zona de sedimenta o resulta da reten o do lodo descarregando por cima do aparelho um efluente substancialmente livre de s lidos sediment veis Concomitantemente as bolhas de biog s que se formam na zona de digest o e sobem juntamente com a fase l quida s o desviadas pelos elementos defletor
92. iver sos conceitos necess rios compreens o dos termos relativos rea de tratamento de esgotos que ser o abordados ao longo deste ensaio Ser o descritos os principais requisitos e par me tros de qualidade da gua assim como os processos e sistemas de tratamento de esgoto Em seguida apresentam se as tend ncias do Brasil e do mundo na rea de tratamento de esgoto Segundo Sperling 1995 o conceito de qualidade da gua muito mais amplo do que a sim ples caracteriza o da gua pela f rmula molecular H20 Isto porque a gua em virtude das suas propriedades de solvente e de sua capacidade de transportar part culas incorpora a si diversas impurezas as quais definem sua qualidade 2 2 CARACTER STICAS DAS IMPUREZAS Os diversos componentes presentes na gua e que alteram o seu grau de pureza podem ser retratados com arrimo em suas caracter sticas f sicas qu micas e biol gicas Essas caracte r sticas podem ser traduzidas na forma de par metros de qualidade da gua As principais caracter sticas da gua podem ser expressas como o caracter sticas f sicas as impurezas enfocadas do ponto de vista f sico est o associadas em sua maior parte aos s lidos presentes na gua Estes podem ser em suspens o co loidais ou dissolvidos dependendo do seu tamanho o caracter sticas qu micas as caracter sticas qu micas das impurezas da gua podem ser interpretadas por meio de uma das duas classifica
93. iza o da mat ria org nica degradada pela a o de bact rias sob condi es aer bias e controladas per odo de 5 dias a 20 C Basicamente a informa o mais importante que esse teste fornece sobre a fra o dos compostos biodegrad veis presentes no efluente O teste de DBO muito usado para avaliar o potencial de polui o de esgotos dom sticos e industriais em termos do consumo de oxig nio uma estimativa do grau de deple o de oxig nio em um corpo aqu tico receptor natural e em condi es aer bias Uma importante desvantagem do teste da DBO o longo per odo entre o in cio da incuba o de uma amostra e a obten o do resultado do teste Dessa maneira o teste da DBO n o de grande utilidade para o controle de processos quando se obt m um valor fora da faixa esperada em geral ser tarde demais para tomar uma medida corretiva AP NDICE A Gloss rio de Termos Relacionados a Tratamento de Esgotos 86 Demanda Qu mica de Oxig nio DQO A DQO uma an lise para inferir o consumo m ximo de oxig nio para degradar a mat ria org nica biodegrad vel ou n o de um dado efluente ap s sua oxida o em condi es espec ficas O valor obtido indica o quanto de oxig nio um determinado efluente l quido consumiria de um corpo receptor ap s o seu lan amento se fosse poss vel mineralizar toda a mat ria org nica presente de modo que altos valores de DQO podem indicar um alto potencial poluidor Esse teste
94. m tempo real Diferentemente da captura programada em que os dados lidos nos canais ativos s o salvos na mem ria do escravo para s depois serem requisitados pelo mestre neste tipo de captura o mestre enviar sistematicamente requisi es de envio dos dados atuais lidos nos canais ativos A figura 4 15 mostra o fluxograma descritivo do evento executado pelo mestre para efetivar a a o Depois de o usu rio iniciar a captura em tempo real o mestre enviar uma mensagem query requisitando os dados atuais Caso a mensagem response seja v lida o mestre recebe organiza em lista e apresenta os dados ao usu rio Ap s a apresenta o o mestre aguardar por um tempo indicado pelo usu rio at enviar uma nova mensagem query reiniciando o processo Tal segii ncia de a es ocorrer at que o usu rio interfira terminando o evento CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 59 INICIO Query Capturar em Tempo Real i Recebe dados Espera Apresenta dados Organiza dados sim FIM Figura 4 15 Fluxograma descritivo do evento Capturar em Tempo real 4 4 2 6 Evento Armazenar dados Ap s a captura de dados provenientes de um escravo o mestre disponibiliza a op o de armazenamento de informa es em banco de dados por meio do evento Armazenar dados A figura 4 16 mostra o fluxograma descritivo do evento exe
95. mensagem processada e a fun o executada O fluxograma apresentado na figura 4 5 ilustra o procedimento de recebimento e valida o de uma mensagem pelo escravo CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 50 n o 2 y interrup o monta mensagem sim ETX sim recebe pr ximo byte erro mensagem aceita Figura 4 5 Fluxograma de recebimento e valida o de mensagem 4 4 SISTEMA MESTRE ESCRAVO O prot tipo desenvolvido possui um m dulo escravo de aquisi o de dados anal gicos controlado por um software mestre projetado e desenvolvido para funcionar em um computador pessoal como ilustrado na figura 4 6 que realiza a aquisi o armazenamento em banco de dados e tratamento das informa es enviadas pelo m dulo escravo RS 485 RS232 RS 485 sai PO i lt lt lt lt MR o CRETA VUUUUOOOOOTOOoToTooo VUTOUOTOOOTOOTooTooo Condicionador bagiet Condicionador Figura 4 6 Diagrama esquem tico do sistema mestre escravo de aquisi o de dados CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 51 4 4 1 M DULO ESCRAVO O sistema digital de aquisi o de dados foi constru do com base no microcontrolador PIC18F452 da Microship Uma vantagem dos microcontroladores PIC sobre os demais modelos a
96. minado escravo Sabendo que cada escravo suporta a liga o de at oito sensores foi necess rio instalar apenas uma unidade escrava no sistema experimental em raz o do n mero de sinais a processar na fase atual do projeto A tabela 5 2 lista a configura o dos canais e em seguida s o apresentadas as principais funcionalidades do sistema Tabela 5 2 Lista dos canais usados no sistema autom tico de monitoramento N Nome Descri o Unidade 1 Vaz o Vaz o afluente ao tratamento biol gico m h 2 Temperatura Temperatura ambiente da ETE C 3 Temperatura Temperatura interna do reator UASB C 4 pH pH interno do reator UASB pH 5 3 1 VAZ O DE ENTRADA DE ESGOTO O tempo de deten o hidr ulica TDH uma das principais vari veis operacionais de um sistema de tratamento biol gico PAIVA 2003 A vaz o de entrada dos reatores est diretamente relacionada ao tempo de perman ncia hidr ulico de forma que quanto maior a vaz o menor o TDH A esta o de tratamento do HGWA foi projetada inicialmente para trabalhar em regime de batelada ou seja mediante ciclos de processamento com vaz o m dia hor ria que che gasse a um m ximo de 5m h Foi constatado durante a medi o cont nua efetuada pelo CAPITULO 5 Resultados experimentais 70 sistema autom tico de aquisi o de dados que em alguns momentos do dia a vaz o m dia hor ria alcan a 6m h em seu funcionamento regular atual Esta situa o
97. mp MARAIS 1999 Para as medi es de temperatura ambiente e interna ao reator UASB foram usados sensores de temperatura LM35 produzidos pela National Semiconductor O LM35 um sensor de temperatura cuja tens o de sa da linearmente proporcional temperatura em graus Celsius com precis o garantida de 0 5 C Como indicado na figura 3 1 dois sensores foram instalados um na parte interna superior do reator UASB para medi o da temperatura de sa da do reator e outro na escada de acesso ao reator UASB para medi o da temperatura ambiente Quando alimentado com uma tens o entre quatro e vinte volts gera em sua sa da uma tens o linear de zero a mil milivolts a uma raz o de 10mV C O sinal de sa da linear e de baixa imped ncia facilita seu condicionamento Com o consumo de apenas 604A seu auto aquecimento de menos do que 0 1 C no ar parado LM35 2000 A figura 3 5 mostra o encapsulamento e o circuito equivalente do integrado com a descri o de seus pinos V 4220 V b LM35 Vout Omvy 10 mv C V Vout GND Figura 3 5 a Encapsulamento e b diagrama de bloco do LM3S5 O conversor anal gico digital A D utilizado para fazer a leitura do sinal anal gico gerado pelo sensor possui resolu o de 8 bits e permite ler tens es que variem de zero a cinco volts A menor tens o pass vel de ser lida pode ser calculada com o emprego da equa o 3 1 e da ma 2618 1 00 19 6mp 3 1 2 1 RE
98. nais j Download Buffer 7 and Exp 2 Exp 2 9 end else begin ShowMessage Cabe alho errado Dados Corrompidos exit end 1 9 i 9 para iniciar o tratamento dos dados ap s o cabe alho ilinhaAtual 0 linha do StringGrig AuxDataHora DatalInicio Horalnicio vari vel para c lculo da data e hora de cada aquisi o repeat organiza todos as informa es na tela de download inc iLinhaAtual SGridDownload RowCount iLinhaAtual 1 Capturado em SGridDownload Cells 1 iLinhaAtual DateTimeToStr AuxDataHora AuxDataHora AuxDataHora Intervalo for j 0 to 7 do begin if Cab Canais j then begin SGridDownload Cells J 2 iLinhaAtual IntToStr Download Buffer i ine 1 y end else SGridDownload Cells 5j 2 1iLinhaAtual 0 end until i Download Buffer Pos LbUltAquisicao 1 Caption DateTimeToStr AuxDataHora de TabSheetChl at TabSheetCh8 if TabSheetCh1l TabVisible then begin with DataModulel ADOQueryl do begin Ler InfoCanais hCh1 bEditChiNome Text Fields Fields 0 AsString CBoxChiTipo ItemIndex Fields Fields 1 AsInteger bEditChlUnid Text Fields Fields 2 AsString bEditChiMin Text Fields Fields 3 AsString bEditChiMax Text Fields Fields 4 AsString bEditChlOffset Text Fields Fields 5 AsString end end end fim procedure Salvar dados no banco de dados gt tela de d
99. nas redu es de pH implicam o con sumo de elevada quantidade de alcalinidade do meio diminuindo sua capacidade de resistir mudan a de pH ou seja sua capacidade de tamponamento Dessa forma mesmo varia es pequenas de pH s o relevantes para a avalia o do processo A figura 5 10 apresenta os valores instant neos da medi o do pH interno ao reator UASB em intervalos de quinze segundos do dia 02 ao dia 03 de mar o de 2007 iniciando s 12h00min do primeiro dia e terminando tamb m s 12h00min do segundo dia Assim como a medi o de temperatura a medi o de pH tamb m apresentou ru do de medi o A figura 5 11 mostra a m dia m vel dos valores instant neos de pH apresentados na figura 5 10 com uma janela de vinte minutos MNA TA qm pI I l DMR O IIA i i HEI H 02 03 07 12 00 13 02 03 07 15 58 49 02 03 07 20 19 19 03 03 07 00 40 05 03 03 07 05 00 35 03 03 07 09 21 09 Figura 5 10 Valor instant neo do pH interno do reator UASB do dia 02 de mar o de 2007 02 03 07 12 00 13 02 03 07 16 03 06 02 03 07 20 28 23 03 03 07 00 53 25 03 03 07 05 18 42 03 03 07 09 44 04 Figura 5 11 M dia m vel do pH interno do reator UASB do dia 02 de mar o de 2007 CAPITULO 5 Resultados experimentais 76 A opera o rotineira da esta o de tratamento de efluentes prev medi es sistem ticas de v rios par metros incluindo o pH Na ocorr ncia por m de uma falha no sistema tal que acar
100. ncipais mecanismos s o apresentados na tabela 2 1 Tabela 2 1 Principais mecanismos de remo o de poluentes no tratamento de esgotos Poluentes Dimens es Principais mecanismos de remo o Reten o de s lidos com dimens es Maiores que 1 cm Gradeamento superiores ao espa amento entre barras is a Separa o de part culas com densi S lidos Maiores que 0 001mm Sedimenta o RA dade superior do esgoto x Reten o na superficie de aglome Menores que 0 001 mm Adsor o s ap 2e ag rados de bact rias ou biomassa x Separa o de part culas com densi Sedimenta o RN p dade superior a do esgoto f Reten o na superf cie de aglome Maiores que 0 001 mm Adsor o s UP de as rados de bact rias ou biomassa ds Utiliza o como alimento pelas bac Mat ria Ao q au X drednica Estabiliza o t rias com convers o a gases gua e 8 outros componentes inertes a Reten o na superf cie de aglome Adsor o s ap 2e ag rados de bact rias ou biomassa Menores que 0 001 mm Utiliza o como alimento pelas Estabiliza o bact rias com convers o a gases gua e outros componentes inertes Radia o ultra violeta Radia o ao sol ou artificial om Temperatura pH falta de alimento Organismos Condi es ambientais EE ar competi o com outras esp cies transmissores adversas i empo de doen as Fonte Guimar es amp Nour 2001 Desinfec o Adi
101. nida quando um terminal se torna mais negativo ou mais positivo do que o outro Portanto a tens o diferencial entre os dois terminais permitir o reconhecimento do bit que est sendo transmitido Convencionalmente a l gica 1 reconhecida quando o terminal A do transmissor se torna mais negativo em rela o ao terminal B e a l gica 0 identificada quando o terminal A se faz positivo em rela o ao terminal B A figura 3 14 mostra as formas de onda da transmiss o de bits por meio do barramento diferencial e como os receptores reconhecem o sinal ap s a subtra o Va VB diferencial Figura 3 14 Exemplo de transmiss o de bits por meio do barramento diferencial A dist ncia m xima do cabo depende da taxa de transmiss o utilizada e pode chegar at 1200m para uma taxa de transmiss o de 100kbps A figura 3 15 mostra a rela o entre comprimento em metros do cabo e a taxa de transmiss o numa rede RS 485 Tamanho do cabo m 100 Ik 10k 100k IM 10M Taxa de transmiss o bps Figura 3 15 Comprimento do cabo versus taxa de transmiss o de dados CAP TULO 3 Materiais e M todos 41 Al m das caracter sticas apresentadas a escolha do padr o RS 485 como meio f sico do projeto apresenta vantagens tais como necessi
102. novo tempo de captura de dados Depois de recebidas as informa es as respectivas vari veis de controle do sistema s o atualizadas e uma mensagem response com a confirma o de recebimento e execu o montada e enviada ao mestre o Limpar mem ria de dados esta tarefa zera o ponteiro de mem ria de dados Vale ressaltar que a mem ria n o apagada fisicamente aumentando assim sua vida til Ap s a execu o da tarefa o escravo retorna uma mensagem de confirma o ao mestre o Captura em tempo real organiza as seguintes informa es quantos e quais canais est o ativos e realiza uma leitura dos seus respectivos sensores Em seguida monta uma mensagem com essas informa es e as repassa ao mestre o Captura programada ao receber a ordem de execu o dessa tarefa o escravo deve iniciar ou parar a aquisi o de dados programada dependendo do estado anterior CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 54 Quando a aquisi o programada acionada o escravo executa uma leitura de cada um dos canais ativos de forma sistem tica e intervalada de acordo com o tempo de captura previamente programado Ap s a leitura os dados s o gravados na mem ria de dados do pr prio escravo Vale ressaltar que o escravo deve ser previamente configurado de forma que ele saiba quais s o os canais ativos e o tempo de captura o Descarrega dados adquiridos essa tarefa abre um canal de comunica o ent
103. nto no Brasil a discuss o sobre novas solu es em sis temas de esgotamento sanit rio uma necessidade real Para que essas novas unidades de tratamento sejam aplicadas aos atuais centros urbanos do Brasil alguns requisitos ganham em import ncia para preservar a qualidade de vida da popula o tais como o efici ncia de tratamento as novas unidades devem atender a padr es de qualidade cada vez mais restritivos tratando esgotos a taxas cada vez maiores em fun o dos volumes reduzidos Al m do material carbon ceo a remo o de nutriente deve ser realizada sobretudo em regi es sens veis eutrofiza o Processos biol gicos que garantam elevadas idades de lodo s o necess rios e compacidade as unidades devem ser compactas para que seja propiciada f cil inser o em ambientes densamente urbanizados demandando processos f sico qu micos e biol gicos de alta taxa o efici ncia energ tica o aumento do consumo energ tico est diretamente ligado ao incremento das restri es sobre a qualidade dos efluentes tratados Os gastos com ener gia j representam o segundo maior item das despesas em v rias companhias brasileiras de saneamento e produ o e processamento de lodo o volume de lodo produzido uma das maiores preocupa es nas unidades de tratamento de esgotos Buscam se procedimentos que mi nimizam a produ o e que asseguram uma mineraliza o avan ada do lodo assim como os que simplifi
104. o Fim HoraFim Intervalo hCh1 hCh2 hCh3 hCha4 hCh5 hCh6 hCh7 hCch8 FROM Tabela Experimento r grid e DataHora Value DateTime SGridDownload Cells 1 iLinhaAtual 95 InsertDadosQuery sql h Value Exper Value SGridDownload Cells 2 ilinhaAtual Value SGridDownload Cells 3 ilinhaAtual Value SGridDownload Cells 4 ilinhaAtual Value SGridDownload Cells 5 ilinhaAtual Value SGridDownload Cells 6 ilinhaAtual Value SGridDownload Cells 7 ilinhaAtual Value SGridDownload Cells 8 ilinhaAtual Value SGridDownload Cells 9 ilinhaAtual Close SOL Clear SQL LoadFromFile sPathPrograma with Parameters do begin ParamByName CODExp ParamByNam strTo ParamByName Canall ParamByName Canal2 ParamByName Canal3 ParamByName Canal4 ParamByName Canal5 ParamByName Canal6 ParamByName Canal 7 ParamByName Canal8 end ExecSQL end inc iLinhaAtual AbLED1 Checked not AbLED1 Checked until iLinhaAtual SGridDownload RowCount ShowMessage Dados salvos end c lculo da m dia m vel da tela de visualiza o do banco de dados procedure TFormGraficoBD InfoTendenciaChkBoxClick Sender var Pontos SerieAtual t s media begin ChartDados Series 8 Clear if InfoTendenciaChkBox Checked fals iSerieID
105. o indica o do fim da mensagem A figura 4 4 mostra o diagrama de blocos da estrutura da mensagem e seus respectivos tamanhos em bytes Esse formato v lido tanto para as mensagens enviadas pelo mestre quanto s enviadas pelos escravos in cio da a checagem fim da endere o fun o dados mensagem de erro mensagem 1 byte 1 byte 1 byte C n bytes 1 byte 1 byte Figura 4 4 Diagrama de blocos da estrutura da mensagem o Inicio e fim da mensagem os principais campos da estrutura s o os de in cio e fim de mensagem Eles permitem que os dispositivos da rede detectem o in cio da mensagem e a partir da interpretarem as partes seguintes da mensagem Em seguida deve reconhecer o fim da mensagem e se preparar para receber nova mensagem No protocolo desenvolvido o campo de in cio composto pelo byte 0x02 STX da tabela ASCII O campo de fim composto pelo byte 0x03 ETX da tabela ASCII o Endere o a faixa de endere os v lidos para os escravos de 0 a 255 A mensagem query enviada pelo mestre deve conter neste campo o endere o do escravo que deve receber a mensagem J o escravo ao enviar a mensagem response deve inserir o pr prio endere o de forma que o mestre saiba quem est respondendo o Fun o o c digo da fun o pode variar de O a 127 Os n meros 128 a 255 s o reservados para a representa o de erro de uma dada fun o Quando um escravo responde a uma requisi o ele usa
106. o anaer bia menos eficiente do que os sistemas aer bios por m h baixa produ o de lodo e este j sai estabilizado 2 6 4 1 Reator anaer bio de fluxo ascendente em manta de lodo O fluxograma do sistema de reator anaer bio de fluxo ascendente em manta de lodo apresentado na figura 2 11 Nele a DBO estabilizada anaerobiamente por bact rias disper sas no reator RAn O fluxo do liquido ascendente A parte superior do reator dividida nas zonas de sedimenta o e de coleta de g s A zona de sedimenta o permite a sa da do efluente CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 19 clarificado e o retorno dos s lidos biomassa ao sistema possibilitando a manuten o de uma elevada massa de lodo no reator Entre os gases formados encontra se o metano O sistema dispensa decanta o prim ria A produ o de lodo baixa e este j sai estabilizado Es g s Fonte Sperling 1995 Figura 2 11 Diagrama de blocos do sistema de reator anaer bio de fluxo ascendente em manta de lodo 2 6 4 2 Fossa s ptica filtro anaer bio O efluente passa atrav s da fossa FS e a mat ria org nica pass vel de sedimenta o forma um lodo de fundo que era objeto de digest o anaer bia No filtro anaer bio F An a DBO estabilizada anaerobiamente por bact rias aderidas a um meio suporte em geral pedras O filtro trabalha submerso e o fluxo ascendente O sistema requer decanta
107. o da potencialidade de uma gua de transmitir doen as pode ser efetuada de forma indireta por interm dio dos organismos indi cadores de contamina o fecal 2 4 REQUISITOS DE QUALIDADE DO EFLUENTE Em estudos ou projetos deve se definir com clareza qual o objetivo do tratamento de esgoto e a que n vel o mesmo deve ser processado Para tanto os seguintes aspectos devem ser bem caracterizados e objetivos do tratamento o estudos de impacto ambiental do corpo receptor e n vel do tratamento 2 4 1 OBJETIVOS DO TRATAMENTO Al m dos requisitos de qualidade que traduzem de forma generalizada e conceitual a qualidade desejada para a gua h a necessidade de se estabelecer padr es de qualidade os quais devem ser cumpridos por for a da legisla o Tanto a qualidade desej vel quanto os padr es s o definidos com base no uso previsto da gua No territ rio brasileiro o Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA por meio da Resolu o n 357 de 17 de mar o de 2005 estabelece tais padr es de qualidade de corpos receptores bem como de lan amentos de efluentes As guas residuais ap s tratamento de vem atender aos limites m ximos e minimos estabelecidos pela referida Resolu o e os cor pos d gua receptores n o devem ter sua qualidade alterada 2 4 2 ESTUDOS DE IMPACTO AMBIENTAL DO CORPO RECEPTOR Segundo a Resolu o n 001 86 do CONAMA impacto ambiental definido como a altera o das proprie
108. o de dados e tratamento das informa es enviadas pelo m dulo escravo 4 2 ARQUITETURA DO SISTEMA A arquitetura de um sistema definida em Matsusaki 2004 como sendo um conjunto de especifica es que representam as fun es de seus componentes e suas interfaces A elabora o de uma arquitetura consiste portanto em especificar os componentes suas interfaces inter rela es e restri es De uma forma concreta uma arquitetura de controle tem como objetivo b sico atribuir fun es aos componentes espec ficos que fazem parte do sistema Assim cada componente definido por um conjunto de responsabilidades inter relacionadas a partir da defini o de mecanismos para coordena o da execu o das fun es no contexto global MATSUSAKI 2004 Dessa forma uma das primeiras etapas de projetos de sistemas de controle de um processo industrial o desenho da arquitetura do sistema quando s o organizados os seus principais elementos tais como instrumentos controladores e o sistema de supervis o COSTA 2003 Especificamente para sistemas de tratamento de esgotos duas op es se mostram atraentes a arquitetura centralizada e a arquitetura distribu da CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 45 4 2 1 ARQUITETURA CENTRALIZADA A arquitetura centralizada consiste basicamente de dispositivos D tais que n o possuam capacidade de processamento ligados a uma unidade central UC como mos
109. o em Quantidade 26 03 07 18 24 44 170 pontos 26 03 07 18 21 15 26 03 07 18 21 51 26 03 07 18 22 30 26 03 07 18 23 09 26 03 07 18 23 48 26 03 07 18 24 28 Figura 4 21 Tela de captura em tempo real Nesta tela o operador tem acesso aos seguintes eventos a descarga de dados por meio do bot o Ini e o armazenamento em banco atrav s do bot o Sv disponibilizado ao operador um mostrador visual de progresso do evento de descarga de dados juntamente com um bloco de informa es Info relacionadas aos dados adquiridos contendo data e hora da descarga de dados data e hora da primeira e ltima aquisi o realizada pelo escravo o intervalo de captura entre cada linha de dados a quantidade de bytes usados na mem ria de dados do escravo e quantos desses bytes j foram descarregados Ap s o download ser finalizado a lista completa de dados apresentada pela tabela Dds e os dados est o prontos para ser salvos na base hist rica de dados Para efetuar o arquivamento dos dados requisitado ao usu rio que insira um t tulo T e o nome do respons vel N de forma a facilitar a identifica o futura de tal massa de dados CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 64 Download dos dados armazenados T w Download de Dados y T tulo do experimento T cnico respons vel gt Teste Belchior 4496 1710 8745 4627 1257 0 26 03 06 17 35 31 4476 17735 8784 4608 1257 0
110. ol gico de baixa carga eseeeeeeseeessssessreersessees 18 Diagrama de blocos do sistema de filtro biol gico de alta carga 18 Diagrama de blocos do sistema de reator anaer bio de fluxo ascendente em manta de lodo 19 Diagrama de blocos do sistema de fossa s ptica filtro anaer bio 19 Diagrama representativo da esta o de tratamento com seus principais constituintes 23 Representa o esquem tica de um reator UASB e seus componentes internos 25 Representa o esquem tica de um reator aer bio de lodos ativados e seus componentes INTET O Shoir ieo e EEE ao as SE pda sup TE REENER R ETER OE dna 27 Localiza o dos instrumentos na planta de tratamento de esgoto sssessssesseesessesessrserseeesesee 29 a Encapsulamento e b diagrama de bloco do LM3S ras 30 Circuito condicionador de sinal do LM3S5 err reereeeaee near raeranan s 31 Foto da placa de condicionamento de sinal do LM3S e eeereeeeerereerereas 32 Figura representativa de montagem do medidor de vaz o na tubula o 34 Circuito condicionador de sinal de 4 a 20MA rr rerereereernereereneraranna 35 Circuito de ajuste de off Setra a R Aea sito E Rare da digas EAEE tab omes asian 35 Foto da placa de condicionamento de sinal de corrente em tens o sseseeeereeeeererersreeeees 36 Figura representativa de montagem do medidor de pH instalado
111. omo arquitetura do projeto tais como o aumento da confiabilidade do sistema o isolamento entre as partes e a facilidade de integra o com equipamentos de fabricantes diferentes 4 3 PROTOCOLO DE COMUNICA O DE DADOS Apesar de haver um n mero elevado de op es dispon veis a escolha de um protocolo para o desenvolvimento do sistema digital de monitoramento autom tico levou em considera o restri es como mem ria de dados e de programa de forma a possibilitar seu desenvolvimento e implanta o em microcontroladores como os da fam lia PICMicro8 Decidiu se pelo desenvolvimento de um protocolo ass ncrono com transmiss o CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 47 codificada em ASCII sobre RS 232 ou RS 485 de forma que possua estrutura simples de f cil aprendizagem e n o necessitar de sincronismo Tal estrutura composta por uma segu ncia de bytes que possibilite aos dispositivos identificar seu endere o na rede reconhecer uma mensagem endere ada a ele determinar o tipo de a o a ser executada obter todas as informa es necess rias para executar a a o Depois de estabelecido o modo de transmiss o foram definidos par metros da comunica o serial propriamente dita tais como baud rate paridade e controle de fluxo Para que a comunica o seja poss vel os par metros da serial devem ser os mesmos para todos os dispositivos conectados rede 4 3 1 FLUXO DE DADOS Na arqui
112. or eletromagn tico expressa pela equa o 3 4 E B d v 3 4 sendo E fem induzida V B densidade do fluxo magn tico T d di metro interno da tubula o m e v velocidade do fluido m s A vaz o representada pela equa o 3 4 xd 3 5 QO S v i v sendo Q vaz o m s S rea da se o transversal do tubo m e V velocidade m dia do fluido m s CAP TULO 3 Materiais e M todos 34 Substituindo a equa o 3 3 em 3 4 tem se T gal ep 3 6 4 B Na equa o 3 5 se B constante ent o Q ser diretamente proporcional a E Em outras palavras a f e m induzida E se conhecida representar a vaz o Q A figura 3 8 mostra figura representativa do medidor instalado na tubula o de entrada da esta o como indicado na figura 3 4 O medidor de vaz o deve ser alimentado com uma tens o continua de 24 volts e apresenta uma saida anal gica de 4 a 20 mA proporcional vaz o instant nea A vaz o m nima pass vel de ser lida igual a 0 05 m s e a m xima de 10 m s O medidor permite converter a medi o de velocidade do l quido relacionando a sa da ao volume de l quido por unidade de tempo por exemplo em m h AR J o conex o j po Sa medidor isolante l g Aa 5 i campo l quido magn tico Adaptado de Signet 2551 2007 Figura 3 8 Figura representativa de montagem do medidor de vaz o na tubula o
113. or incondicional pela forma o que me deram pelo exemplo de vida a seguir eu dedico este trabalho A Berenice Fa anha Co lho f querida vov Ber pelo amor sem medidas pela contagiante alegria de viver e por sempre ter me aconselhado em dire o aos estudos eu dedico este trabalho Uma das grandes virtudes que o homem tem na vida o seu conhecimento Todos os bens materiais podem lhe ser arrancados mas o conhecimento este sim ningu m tira AGRADECIMENTOS Ao professor Ricardo Silva Th Pontes pela valiosa orienta o vis o de engenharia e amizade Este que nos momentos de fraqueza se mostrou como um dos pilares para o meu retorno engenharia dando me o nimo necess rio para terminar a gradua o e ingressar no mestrado Se hoje eu digo que amo minha profiss o o professor Th um dos respons veis por isso Aos meus pais Os ria Fa anha Co lho Belchior e Alberto Leite Barbosa Belchior pelo imensur vel apoio pelo amor incondicional pela forma o que me deram e pelas incont veis vezes que leram o presente texto com a inten o de corrigir os erros por mim despercebidos Aos professores Otac lio da Mota Almeida Jos Almeida do Nascimento Marisete Dantas Aquino e Adrianus C van Haandel por dedicarem parte de seu precioso tempo ajudando a aprimorar este trabalho atrav s da leitura minuciosa e considera es relevantes e construtivas A todos os integrantes do Departamento de Engenharia
114. ownload procedure TrormDownload BtnSalvarBDClick Sender TObject var iLinhaAtual Integer sPathPrograma string hExper Integer begin if LbEditTitulo Text then begin ShowMessage Insira um nome para o e Exit end sPathPrograma ExtractFilePath ParamStr 0 94 xperimento Banco Preenche uma linha da tabela de experimento with DataModulel ADOQueryl do begin Close SQL Clear SQL LoadFromFile sPathPrograma I with Parameters do begin ParamByName Nome Value LbEdi ParamByName Usuario Value Lb ParamByName DataHoraDeInicio Va StrToDateTime DateToStr DatalInic ParamByName DataHoraDeFim Value StrToDateTime DateTimeToStr Data ParamByName Intervalo Value ParamByName Escravo Value StrToInt EditSlave Text 30 ParamByName Canall Value ParamByName Canal2 Value ParamByName Canal3 Value ParamByName Canal4 Value ParamByName Canal5 Value ParamByName Canal6 Value ParamByName Canal7 Value ParamByName Canal8 Value end ExecSOL Close SOL Clear SQL Add SELECT MAX CODExperimento Open hExper Fields Fields 0 AsInteger end inicia a varredura da primeira linha do iLinhaAtual 1 repeat with DataModulel ADOQueryl do begin nsertExpQuery sql itTitulo Text EditUsuario Text lue io TimeToStr HoralInici
115. pleto do mestre h a valida o e o tratamento do mesmo Caso o pacote esteja intacto checksum e validado o programa direcionado para a execu o do comando if tarefa recebe pacote restart wdt tarefa aguarda tarefa if valida pacote amp cBufferIn 0 switch cBufferIn 3 case A comando retorna config break case B comando captura real time break case C comando retorna memoria break 98 case D comando limpa memoria break case E comando atualiza config break case F comando confirma conexao break case G comando captura embarcada break default comando aguarda comando break switch if valida pacote if tarefa recebe pacote JE dd e E E E e a a E a a a E a E a E E E E RARA dd i COMANDOS i EMMA RR Pega a configura o armazenada na mem ria gera um buffer de sa da para serial e envia para o mestre um pacote com os dados if comando retorna config restart wdt comando aguarda comando monta e envia o buffer de sa da com os dados requeridos envia pacote amp cBufferOut 0 14 Aquisiciona dados pelo conversor a d e monta um pacote iniciando com o byte iCanais seguido pelos dados aquisicionados relativos aos canais Jf ativos na ordem chO ghi sw GATI if comando captura real time restart wdt comando aguarda comando i aquisicion
116. r ganismos O esgoto sa do processo biol gico cont m grande quantidade de microorganismos CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 11 sendo muito reduzida a mat ria org nica remanescente Os microorganismos passam posteri ormente por processo de sedimenta o nos designados decantadores secund rios Terminado o tratamento secund rio as guas residu rias tratadas apresentam reduzido n vel de polui o por mat ria org nica podendo na maioria dos casos ser admitidas no meio ambiente recep tor Em outros casos por m antes do lan amento final no corpo receptor pode ser necess rio proceder desinfec o das guas residuais tratadas para a remo o dos organismos pato g nicos ou em casos especiais remo o de determinados nutrientes como o nitrog nio e o f sforo que podem potencializar isoladamente ou em conjunto a eutrofiza o das guas re ceptoras O tratamento terci rio ainda bastante raro no Brasil mas se torna uma necessidade diante da Resolu o n 357 HAANDEL amp MARAIS 1999 2 5 CLASSIFICA ES DOS M TODOS DE TRATAMENTO Os m todos de tratamento dividem se em opera es e processos unit rios e a integra o destes comp em os sistemas de tratamento Os conceitos de opera o e processo s o por ve zes utilizados de forma mesclada pois estes podem ocorrer simultaneamente numa mesma unidade de tratamento De forma geral Metcalf amp Eddy 1991
117. ra o suficiente mediante a separa o de s lidos e l quidos no decantador interno D e da recircula o de lodo sedimentado CAP TULO 3 Materiais e M todos 27 den soprador Entrada Adaptado de ACS Fibra 2002 Figura 3 3 Representa o esquem tica de um reator aer bio de lodos ativados e seus componentes internos No reator aer bio o esgoto afluente e o lodo ativado s o intimamente misturados agitados e aerados para logo ap s se separar os lodos ativados do esgoto tratado por meio da sedimenta o nos decantadores O lodo ativado separado retorna para o processo ou retirado para tratamento espec fico ou destino final enquanto o esgoto j tratado passa para o vertedor do decantador no qual ocorreu a separa o Na unidade apresentada pela figura 3 3 j est o juntos o reator aer bio propriamente dito e o decantador adensado D H tamb m um sistema de retorno usando parte do ar produzido pelos sopradores um sistema de reten o e descarte ou retorno do eventual lodo flutuante no efluente clarificado e um sistema da verifica o da idade do lodo IL O ar produzido pelos sopradores entra pela v lvula Va no reator aer bio at uma c mara central C1 no fundo do reator e por uma tubula o levado aos difusores de ar A Por sua vez o esgoto entra pela v lvula Vb canalizado a uma c mara central de esgoto C2 onde misturado ao ar formando o substr
118. ra alimentar ambos os reatores por gravidade 3 2 3 REATOR ANAER BIO DE FLUXO ASCENDENTE EM MANTA DE LODO No reator UASB a depura o decorre de intenso contato entre o esgoto afluente e uma manta de lodo suspenso previamente maturado no equipamento rico em microorganismos anaer bios Os microorganismos utilizam a mat ria org nica como fonte alimentar decompondo a gradualmente at convert las quase totalmente em tecido celular que se incorpora ao lodo e gases prim rios sobretudo o metano e o di xido de carbono Esse reator um eficiente removedor de material org nico de s lidos totais e em suspens o e de organismos patog nicos podendo atingir redu es da ordem de 80 a 85 para estes constituintes J com rela o aos nutrientes f sforo e nitrog nio esse reator n o se mostra eficaz podendo inclusive promover o aumento da concentra o desses constituintes na forma de ons livres A Figura 3 2 mostra um esquema de um reator UASB com os seus principais dispositivos os quais ser o explicados a seguir CAP TULO 3 Materiais e M todos 25 Esgoto Bruto Entrada Adaptado de ACS Fibra 2002 Figura 3 2 Representa o esquem tica de um reator UASB e seus componentes internos O dispositivo mais caracter stico do reator UASB seu separador de fases S que divide o reator em uma parte inferior a zona de digest o ZD onde se estabelece a manta de lodo biol gico e uma parte super
119. re 680 e 900 C O di xido de carbono CO2 indicativo do teor de carbono org nico originalmente presente na amostra sem distin o se a mat ria org nica biodegrad vel ou n o O teste de COT requer equipamento sofisticado e caro mas tem a vantagem que pode ser realizado em poucos minutos e Compostos biodegrad veis S o compostos suscept veis de decomposi o provocada por microorganismos e Contamina o a altera o qu mica das propriedades de solos e guas por res duos de atividades humanas que provoca aumento das concentra es de determinadas subst ncias a ponto de colocar em risco a sa de humana e do ambiente e Contaminantes 1 Elementos causadores de contamina o tais como metais pesados subst ncias org nicas t xicas e microorganismos 2 Microorganismos e Convers o da mat ria org nica Altera o da composi o qu mica dos contaminantes atrav s da a o de microorganismos presentes no meio e sua transforma o em elementos inertes minerais n o biodegrad veis e Corpo receptor 1 a parte do meio ambiente na qual s o ou podem ser lan ados direta ou indiretamente quaisquer tipos de efluentes provenientes de atividades poluidoras ou potencialmente poluidoras 2 Rios lagos oceanos ou outros corpos d gua que recebam efluentes l quidos tratados ou n o e Demanda Bioqu mica de Oxig nio DBO A DBO definida como a quantidade de oxig nio necess ria para a estabil
120. re o mestre e o escravo e d inicio descarga completa dos dados armazenados da mem ria de dados do escravo em blocos de at 32 bytes A figura 4 10 apresenta o fluxograma que descreve esta tarefa O in cio do fluxograma o bloco Executa Tarefa apresentado na figura 6 4 Ap s o envio da mensagem query contendo o c digo da tarefa de descarga de dados o escravo checa se o in cio da descarga Em caso positivo ele monta uma mensagem contendo a quantidade total de bytes que devem ser enviados ao mestre e separa o primeiro bloco para ser enviado Ap s esta prepara o o mestre deve requisitar os blocos de dados em seq ncia at que o ltimo seja enviado Caso um determinado bloco n o seja validado pelo mestre ele repete a requisi o do ltimo bloco enviado Ao fim da transmiss o de todos os blocos de dados o escravo enviar uma mensagem avisando que n o h mais dados a serem enviados ao mestre que por sua vez terminar INICIO Query Descarregar dados a comunica o Monta bloco inicial Envia response Envia response 4 Monta bloco anterior Reenviar bloco Monta bloco Monta pr ximo final bloco Envia response FIM Figura 4 10 Fluxograma de execu o da tarefa Descarrega dados adquiridos CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 55 4 4 2
121. rete a diminui o ou aumento do pH que ultrapasse os limites de projeto a medi o ma nual padr o pode n o perceber o fato antes de o sistema apresentar problemas tais como a gera o de gases com odores desagrad veis ou at a queda da efici ncia geral de tratamento do esgoto O sistema de monitoramento autom tico executa vistoria cont nua e autom tica possi bilitando a visualiza o de problemas antes que ocorram consequ ncias mais graves por exemplo agress es ao meio ambiente causadas por um efluente fora dos padr es m nimos de qualidade Al m disso o armazenamento de informa es colhidas em campo permite a detec o do momento de in cio da falha e sua dura o permitindo uma investiga o sobre as causas do ocorrido e possibilitando uma an lise para a preven o de situa es similares 5 4 ALGUMAS CONSIDERA ES Como constatado nos resultados apresentados a automa o de sistemas de tratamento de esgotos ganha import ncia como forma de adequar o efluente tratado aos requisitos legais protegendo o meio ambiente de lan amentos inadequados de esgoto nos corpos receptores Com o monitoramento em tempo real o sistema possibilita a detec o dos dist rbios de forma r pida simplificando o trabalho do operador e acelerando a tomada de decis o sobre a manuten o do processo Mediante a forma o de uma base de dados hist rica sobre o que ocorre na esta o o sistema possibilita investiga es sobre
122. rsas no meio l quido ao passo que a DBO suspensa tende a sedimentar sendo estabilizada anaerobiamente por bact rias no fundo da lagoa O oxig nio requerido pelas bact rias aer bias fornecido pelas algas mediante a fotoss ntese Depois de passar pela lagoa o efluente jogado no corpo receptor CR CA Fonte Sperling 1995 Figura 2 2 Diagrama de blocos do sistema de lagoa facultativa CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 14 2 6 1 2 Lagoa anaer bia lagoa facultativa O fluxograma do sistema de que associa uma lagoa anaer bia a uma lagoa facultativa apresentado na figura 2 3 Similar ao primeiro exemplo o sistema inicia com uma caixa de grades G uma caixa de areia CA para remover s lidos grosseiros e inertes passando em seguida por um medidor de vaz o VZ J no processo biol gico a DBO em torno de 50 estabilizada na lagoa anaer bia LN que mais profunda e com menor volume A DBO re manescente removida na lagoa facultativa LF e o efluente final jogado em um corpo receptor CR Esse sistema ocupa rea menor do que a de uma lagoa facultativa nica 6 EA LN LF f VZ DR M P O Tx PI O ea Sd x ra 4 f PN A Es A N CUT Fonte Sperling 1995 Figura 2 3 Diagrama de blocos do sistema de lagoa anaer bia lagoa facultativa 2 6 1 3 Lagoa aerada facultativa O fluxograma do sistema de lagoa aerada facultativa apresen
123. s Residu rias 17 as etapas de rea o aeradores ligados e sedimenta o aeradores desligados Quando os aeradores est o desligados LAd os s lidos sedimentam ocasi o em que se retira o efluente sobrenadante Ao se religar os aeradores LAr os s lidos sedimentados retornam massa l quida o que dispensa as elevat rias de recircula o N o h decantadores secund rios Pode ser na modalidade lodos ativados convencionais ou aera o prolongada Fonte Sperling 1995 Figura 2 8 Diagrama de blocos do sistema de lodos ativados com fluxo intermitente 2 6 3 SISTEMAS AER BIOS COM BIOFILMES O filtro biol gico ou biofilme constitu do de um leito que pode ser de pedras ripas ou material sint tico considerado um processo aer bio uma vez que o ar pode circular entre os vazios do material que constitui o leito fornecendo oxig nio para as bact rias Os tipos de filtros s o descritos a seguir 2 6 3 1 Filtro biol gico de baixa carga O fluxograma do sistema filtro biol gico de baixa carga apresentado na figura 2 9 Nele a DBO estabilizada aerobiamente por bact rias que crescem aderidas a um meio suporte comumente pedras O esgoto aplicado na superf cie do tanque do filtro biol gico FB atrav s de distribuidores rotativos O l quido circula pelo tanque saindo pelo fundo ao passo que a mat ria org nica fica retida pelas bact rias Os espa os livres s o vazios o que permite a circ
124. s cap tulos inclusive as conclus es do trabalho e dois ap ndices os quais s o descritos a seguir No cap tulo dois apresenta se uma descri o sucinta de conceitos fundamentais envolvidos no tratamento de esgoto sanit rio Comenta se sobre os par metros e requisitos de qualidade das guas discorre se sobre a classifica o dos m todos de tratamento e listam se os principais sistemas de tratamento secund rio utilizados no Brasil Com base no principio de que para automatizar qualquer processo deve se entend lo o m ximo poss vel compreendendo sua configura o funcionamento e opera o descrito tamb m o sistema de tratamento de esgoto a ser automatizado Tal sistema composto por uma configura o combinada constitu da pelo reator anaer bio de fluxo ascendente em manta de lodo UASB seguido de um processo de lodo ativado com recircula o de lodo Por ltimo discorre se sobre as tend ncias atuais do tratamento de esgotos no Brasil e no mundo formando assim a base necess ria para o projeto e a implanta o de um sistema de monitoramento autom tico adaptado ao processo No cap tulo tr s trata se da descri o e da motiva o para o uso de sensores no sistema de monitoramento autom tico de esta es de tratamento bem como do condicionamento de seus sinais e da disposi o e instala o desses equipamentos ao longo da planta assim como de toda a eletr nica usada no projeto No cap tulo quatro o objeti
125. s frequentemente expressa em bits por segundo ou bps Isso representa o n mero de l s e O s que podem ser enviados em um segundo Velocidades comuns s o 2400 9600 e 19200 bps Apesar do padr o RS 232 ser a interface mais comum para comunica o serial ele tem suas limita es J o padr o RS 485 capaz de prover uma forma robusta de comunica o multiponto muito utilizada na ind stria em controle de sistemas e em transfer ncia de dados para pequenas quantidades e taxas de at 10 Mbps Erroneamente tem se a id ia de que estes padr es definem protocolos de comunica o espec ficos Os padr es ANSVEIA RS XXX especificam apenas as caracter sticas el tricas O padr o RS 485 foi publicado originalmente em 1983 com o nome de EIA 485 um padr o multiponto especificando o conceito de unidade de carga junto com caracter sticas el tricas dos dispositivos transmissores e receptores COSTA 2003 A figura 3 13 mostra uma aplica o multiponto t pica desse padr o Nesta figura cada dispositivo conectado rede identificado como terminal Tx Atualmente o nome completo da interface RS 485 TIA EIA 485 A T3 T4 T32 Figura 3 13 Aplica o multiponto t pica do padr o RS 485 CAP TULO 3 Materiais e M todos 40 3 5 1 MODO DE OPERA O RS 485 Esse padr o especifica as caracter sticas el tricas de uma interface digital entre circuitos baseados em tens o diferencial balanceada A l gica desse padr o defi
126. s funcionalidades foram descritas no cap tulo anterior Ao iniciar o programa o operador possui basicamente dois objetivos configurar o sistema para coletar dados do sistema seja de forma programada ou em tempo real ou visualizar dados da base hist rica do sistema SANECONTROL Sistema de Monitoramento Autom tico Pp Configurar Serial cs o Configurar Sistema lt CSi w Captura Programada lt l Prg bri Captura em Tempo Real lt 4 TR a Banco de Dados lt H BD Configura es SANECONTROL Hor rio 17 33 06 Figura 4 18 Tela principal do software mestre A primeira etapa para a configura o do sistema tanto para capturar dados de forma programada quanto em tempo real conectar o mestre a um escravo Para tanto a op o de configura o do barramento de comunica o indicada por CSr na figura 4 18 deve ser CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 61 selecionada Dessa forma o operador direcionado tela de configura o do barramento de comunica o apresentada na figura 4 19 Configurar Serial l gt Configurar Barramento Porta G f Input Timeout 500 Baud Rate MEME Output Timeout 400 Escravo 0 H Polling Delay 200 4 Conectar Figura 4 19 Tela de configura o do barramento de comunica o Esta tela d acesso ao
127. se Connectivity entre os quais Access SQL Server Access Informix ou Oracle A programa o do mestre orientada a eventos A figura 4 11 apresenta as intera es do usu rio com o sistema de monitoramento a partir do mestre Em seguida uma descri o deta lhada dos eventos ser apresentada Ee gurar barramento Asa Armazenar dados Parametrizar escravos usu rio wos em tempo real Ra parametriza o Limpar mem ria gt escravo Descarregar dados Figura 4 11 Estrutura dos eventos poss veis do mestre CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 56 4 4 2 1 Evento Configurar barramento o evento inicial do sistema Ap s esta a o o mestre estar apto a trocar informa es com determinado escravo A figura 4 12 mostra o fluxograma descritivo de tal evento O usu rio deve indicar a porta serial que ser usada e n o pode alterar a porta enquanto o sistema estiver conectado Para trocar a porta serial deve se antes desconectar o mestre alterar o valor e reconect lo ao barramento de comunica o disponibilizada tamb m a op o de mudan a nas configura es de tempo de varredura da serial polling delay e timeouts de entrada e sa da de dados Para o usu rio final tais informa es podem n o ser relevantes Para ajustes do sistema durante sua instala o e configura o inicial contudo essas informa es possibilitam corrigir erros de comunica o em tempo de
128. senvolvimento tecnol gico no Brasil Um exemplo o sistema que associa um Reator UASB a um reator de lodo ativado LA como o que foi constru do para o Hospital Geral Waldemar de Alc ntara em Fortaleza CE Tal unidade foi usada como base para o estudo e o desenvolvimento do sistema de monitoramento autom tico proposto nesse trabalho A utiliza o de processos anaer bios como primeira etapa do tratamento acarreta a redu o da carga org nica afluente aos sistemas de p s tratamento secund rio Isso diminui os volumes requeridos para estes bem como os requisitos de energia Tal p s tratamento executado pelo reator de lodo ativado tem a fun o de refinar e aperfei oar a fase de tratamento anaer bio conferindo melhor desempenho e efici ncia ao processo como um todo A combina o de tratamento anaer bio com p s tratamentos aer bios afigura se como alternativa econ mica e eficiente para os pa ses de clima quente no entanto ainda pouco pesquisada no Brasil e no mundo Dessa forma ainda h muito a ser definido em termos de estrat gias de controle operacional desses processos Deve ser destacado o fato de que o sistema sendo biol gico complexo por natureza Dessa forma estudos mais aprofundados de t cnicas de medi o modelagem e identifica o al m de estrat gias adequadas de controle s o de fundamental import ncia HAANDEL amp MARAIS 1999 A figura 3 1 mostra uma representa o completa de uma esta
129. seridos na placa de aquisi o 512kbits de mem ria EEPROM PC para maior capacidade de armazenamento de dados um conversor TTL EIA 232 e um TTL EIA 485 para interfacear o barramento de comunica o e um mostrador alfanum rico de cristal l quido 16x2 As figuras 4 7 e 4 8 apresentam o diagrama de blocos da placa de aquisi o com os perif ricos internos e externos ao PIC e uma foto do prot tipo do m dulo escravo desenvolvido e instalado na esta o de tratamento de efluentes respectivamente CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 52 Placa de aquisi o Conectores do Conversor TTL EIA 232 Sistema de Medi o Conversor TTL EIA 485 PIC 18F452 o UN Mem ria re Display LCD YN Eys Ea FME EERON Rel gio RTC Ea Watchdog CPU A Timers A D es f Serial Figura 4 7 Diagrama de blocos do escravo i o Di m alimenta o conectores dos canais A D 2 wwa Sispieyiec com dr mem ria de 512 kbits MAX232 Figura 4 8 Foto do escravo montado instalado em campo A programa o do escravo dividida em tarefas Como o mestre quem tem a prioridade no barramento de comunica o o escravo deve esperar at que seja comandado a executar alguma das tarefas pr programadas A fi
130. stema de drenagem de fundo a partir da v lvula Vd 3 2 5 Po o DE LODO O po o de lodo PL a unidade destinada ao descarte de lodo digerido produzido constantemente pelos reatores desde o momento em que atingem o estado estacion rio O lodo digerido estabilizado evitando a produ o de mau cheiro O po o de lodo possibilita o retorno de lodo para a esta o elevat ria de esgoto com o objetivo de retardar ao m ximo o descarte do lodo al m de contribuir com material nos per odos de baixa carga org nica 3 2 6 UNIDADE DE DESINFEC O Para a elimina o do conte do residual de organismos patog nicos o efluente dos reatores tratado com solu o hipocal dosada por meio de uma bomba dosadora K O ideal que o funcionamento da bomba seja autom tico intertravado passagem de fluxo na tubula o de entrada do tanque de contato Ap s a dosagem o efluente ser encaminhado ao tanque de contato TC composto por duas c lulas em s rie propiciando um tempo de deten o hidr ulico m nimo de 30 minutos suficiente por exemplo para a neutraliza o de 99 100 dos coliformes fecais CAP TULO 3 Materiais e M todos 29 remanescentes do efluente dos reatores dando as condi es finais para o lan amento do efluente no corpo receptor 3 3 INSTRUMENTA O ELETR NICA O uso de instrumenta o eletr nica para monitoramento possibilita a otimiza o do processo de tal forma a adequar o efluente trata
131. stema de monitoramento de forma a aprimorar a an lise das condi es atuais do sistema tais como vaz o de biog s turbidez condutividade pro du o de am nia nitritos e nitratos e oxig nio dissolvido estudar a influ ncia de cada uma no sistema de forma isolada e conjunta e Aprimorar a constru o f sica da instrumenta o eletr nica de modo a diminuir seu tamanho f sico simplificando a instala o em campo Na nova concep o do escravo devem ser realizadas an lises de efici ncia energ tica e confiabilidade dos m dulos o Melhorar a interface homem m quina de maneira a torn la mais intuitiva reduzindo o tempo de aprendizagem dos operadores Disponibilizar ao operador um sistema de elabora o de relat rios Melhorar o processamento e apresenta o da informa o reco lhida com vistas a tornar o sistema ainda mais til para o gestor ambiental que necessita de informa o condensada Possibilitar a programa o e visualiza o de alarmes o Estender as an lises agora feitas em rela o opera o e processo das esta es compac tas de tratamento de esgoto a outras aplica es com caracter sticas semelhantes o Trabalhar a inser o de transmiss o de dados atrav s de radiofrequ ncia a fim de retirar todo o cabeamento digital entre as unidades constituintes da arquitetura e possibilitar maior aproxima o do escravo com a parte do processo ao qual ele est relacionado Estudar tamb m a inser
132. t itet ra do SIE A oskania a S a iE 44 4 2 1 Arquitetura centralizada seitas sia dust ea Es di ana 45 4 2 2 Arquitetira MELANQUICA neni nein atada Da Ga 45 4 3 Protocolo de comunica o de dados asas asas dae dr aaa tania ada 46 43T Fl xode dados a ee a a 47 4 3 2 Estrutura da CSA Caso ar da gu Sd A 47 4 3 3 Recebimento e valida o da mensagem quasaeianiesa spt sirega tes ias per daiena co 49 4 4 Sistema Mestre E SOLANO a ad a RGE ECO a ag 50 441 M dUIO escravo nnno inne Id aC Ida ai eia iaa ares 51 442 M dulo mies tiem rinia a a RR RR 55 4 5 Interface homem m quina do sistema ssesesseesseseesseeseesessseesresrrssressesersseessesses 60 4 0 Alg mas Considera es 4 cu szisa da sega mta iara sd arado ra baga Cal un aii AAEE se ad 65 5 RESULTADOS EXPERIMENTAIS SEL OQU CA a a a ad E ia 5 2 Esta o de tratamento de efluentes do Hospital Geral Waldemar de Alcantara sos ee fa sa GA E E a a dia Medi es EM CAMPO ua ssa saias ts ia spo Ae a a a 5 3 1 Vaz o de entrada de ESTO supre suar saia calb ras dus idR SD ceara alas dad a 5 32 Temperat ra sega ai A a O AS RIR DA ARA VOA 5 3 3 Potencial hidrogen nico REL maos asas INES A 5 4 Alguma COMSIAETA ES a cur jean E AS a a gi 6 CONCLUS ES E SUGEST ES PARA TRABALHOS FUTUROS 61 ConclUS ES E E asteca ia ae cena E ad Da eai NE A era Ea de VN Da Cc e QE a 6 2 Trabalhos FU UTOS assa pl sia goles sUi ii OU TRA DD DO TS DAS EDTA DU Caia REFER NCIAS
133. ta apenas de uma fonte simples de 5 volts para alimentar os circuitos de transmiss o e recep o aceita tens es em modo comum dentro dos limites de 7 volts a 12 volts possui alta imunidade a ru dos sinais de refer ncia diferentes entre dispositivos ligados ao barramento n o interferem na transmiss o de dados e apresenta uma constru o do barramento confi vel e de baixo custo Apesar de a interface suportar transmiss o e recep o de dados atrav s dos mesmos fios exatamente por existir apenas um caminho um determinado dispositivo pode apenas receber ou transmitir dados em um determinado momento Tal comunica o denominada half duplex Os tranceivers escolhidos para a constru o da interface s o o DS75176 produzido pela National Semicontuctor e o SN75176B fabricado pela Texas Instrument Tais tranceivers podem ser encontrados no mercado brasileiro com bastante facilidade e com pre os amig veis 3 5 2 CONVERSOR RS 232 PARA RS 485 O padr o RS 232 ganhou aceita o muito grande com a crescente popularidade da comunica o ass ncrona dentro da ind stria O uso deste padr o not vel em quase todas as aplica es industriais equipamentos port teis computadores pessoais e sistemas de aquisi o que usam porta serial para comunica o COSTA 2003 Assim o desenvolvimento de interfaces que convertam os sinais usados pelo protocolo RS 485 em sinais usados pelo protocolo RS 232 se mostrou necess rio A
134. tado na figura 2 4 Os mecanismos de remo o da DBO de uma lagoa aerada facultativa LA s o similares aos de uma lagoa facultativa convencional O oxig nio por m fornecido por aeradores mec nicos AM em vez da fotoss ntese das algas Como a lagoa tamb m facultativa grande parte dos s lidos do esgoto e da biomassa sedimentada decomposta anaerobiamente no fundo Ta G 7 Y VZ Y MN VA 4 v EN wW r WW Y D ad gt Fa ARANG ESEE nre gt Ji AN TAN baasis HHHH Fonte Sperling 1995 Figura 2 4 Diagrama de blocos do sistema de lagoa aerada facultativa CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 15 2 6 1 4 Lagoa aerada de mistura completa lagoa de decanta o O fluxograma do sistema de lagoa aerada de mistura completa associada a uma lagoa de decanta o apresentado na figura 2 5 Na lagoa aerada de mistura completa LM a energia introduzida por unidade de volume elevada fazendo com que os s lidos principalmente a biomassa permane am dispersos no meio l quido A maior concentra o de bact rias no meio l quido aumenta a efici ncia do sistema na remo o da DBO o que permite que a lagoa tenha volume inferior ao de uma lagoa aerada facultativa O efluente cont m todavia elevadas quantidades de bact rias que necessitam ser removidas antes do lan amento no corpo recep tor A lagoa de decanta o LD a jusante proporciona condi es para esta remo
135. te do HGWA Lista dos canais usados no sistema autom tico de monitoramento UASB BF GPAR FUNCAP FINEP HGWA EEPROM ADO ODBC SQL RAM LISTA DE SIGLAS Reator Anaer bio de Fluxo Ascendente em Manta de Lodo Reator de Bio Filtro Grupo de Pesquisa em Automa o e Rob tica Funda o Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cient fico e Tecnol gico Financiadora de Estudos e Projetos Hospital Geral Waldemar de Alc ntara Potencial Hidrogen nico Oxig nio Dissolvido Demanda Bioqu mica de Oxig nio Demanda Qu mica de Oxig nio Carbono Org nico Total Conselho Nacional do Meio Ambiente Conversor anal gico digital Esta o de Tratamento de Efluentes For a eletromotriz Cloreto de Polivinila Clorado American National Standards Institute Electronic Industries Alliance Telecommunication Industry Association Transmitted Data Receive Data Request To Send Transistor Transistor Logic American Standard Code for Information Interchange Phase Locked Loop Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter Long Word Instruction Reduced Instruction Set Computing Serial Peripheral Interface Bus Inter Integrated Circuit Bus Entradas e Sa das Pulse width modulation Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ActiveX Data Objects Open Data Base Connectivity Structured Query Language Random Access Memory LCR Longitudinal Redundancy Check CRC Cyclic Redundancy Check SST S
136. tela Ok ou de apagar o experimento Del CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico Sele o do Experimento gt Nome do Experimento n 132 21 12 06221402 265 0 133 2765 Ar ico RT Ao M O a 221407 3265 O 2745 2785 Tempo de Captura 121 712706 221412 3265 O 286064 27454 00 00 05 21 12706 2214 17 3265 0 4606 29 77612 2764608 Terminado em 21712706 2214 22 32 65 1000000000 95592227 6499211 23 12 06 05 33 59 21712706 2214 27 32 65 0001842 21511849 6499984 Iniciado em 21 12 06 22 14 33 Sele o dos Dados 21 12 06 22 14 02 31 8758 1568036872910236 64999996 f5 57 EM Janela min 24 Limpar Gr fico Cria Figura AN De 21 12 06221402 At 23n206053853 DOR gt u gt ok ae ARO 21 12 06 22 14 02 22 12 06 03 00 50 22 12 06 08 25 19 22 1206 14 01 56 22 12 06 19 50 35 23 12 06 01 51 23 65 Figura 4 23 Tela de visualiza o dos dados armazenados no banco de dados Ap s os dados serem carregados uma tabela Tb montada O usu rio deve ent o escolher a faixa de tempo desejada Tp para o experimento escolhido Executada esta a o os dados selecionados ser o plotados no gr fico Grf Tem se a oportunidade de escolher quais s ries Sr e quais tend ncias Td devem estar vis veis Vz Assim como na tela de captura em tempo real apresentada na figura 6 17 a tend ncia d
137. tetura mestre escravo apenas o mestre pode iniciar a comunica o a o query e os escravos devem responder a o enviando os dados requisitados ou confirmando a execu o de uma tarefa solicitada pela query a o response Uma query enviada pelo mestre recebida por todos os escravos entretanto apenas o escravo a quem a mensagem endere ada deve aceit la executar a tarefa e enviar uma resposta Em caso de erro na transmiss o da mensagem mesmo que o escravo reconhe a o endere o como seu n o deve responder query Isto ocorre com a inten o de evitar colis o de dados A figura 4 3 mostra o fluxo de dados de um ciclo de comunica o query e response query meme q Mestre response Y Y y Escravo 1 Escravo 2 Escravon Figura 4 3 Mestre enviando um comando endere ado a apenas um escravo 4 3 2 ESTRUTURA DA MENSAGEM A mensagem do protocolo de comunica o query response deve possuir estrutura fixa que possibilite o reconhecimento de suas partes e a interpreta o correta do comando e da resposta tanto por parte do mestre quanto dos escravos O formato da mensagem do protocolo desenvolvido constitu do de seis campos in cio da mensagem endere o do escravo que deve receber a mensagem o c digo da fun o a ser executada os par metros ou dados da CAPITULO 4 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Autom tico 48 fun o um campo de checagem de erro e por ltim
138. to de esgotos que utiliza equipamentos mec nicos para insuflar oxig nio na massa l quida e promove a forma o de col nias de bact rias aer bicas com vistas ao aumento da efici ncia do tratamento em reas de pequena extens o e Oxig nio dissolvido Indicador de oxig nio dissolvido em gua gua residu ria ou outro l quido geralmente expresso em miligramas por litro partes por milh o ou percentagem de satura o O oxig nio dissolvido requerido para a respira o dos microorganismos aer bios e de todas as outras formas de vida aer bias Para os processos de tratamento aer bio o monitoramento dos n veis de oxig nio dissolvido de extrema relev ncia uma vez que sem oxig nio os microorganismos aer bios n o sobrevivem e Polui o a altera o das caracter sticas ou qualidades do meio ambiente ou de qualquer de seus componentes prejudicando seu uso para certos fins No caso da gua a polui o a altera o de suas caracter sticas naturais f sicas qu micas e biol gicas tornando a impr pria para os fins desejados e S ntese de mat ria org nica Utiliza o de substrato para gera o de novas c lulas reprodu o e Substrato Mat ria org nica presente no meio dispon vel para os microorganismos sob a forma de alimento medida em DQO ou DBO AP NDICE A Gloss rio de Termos Relacionados a Tratamento de Esgotos 88 Tamponamento Representa a capacidade de uma gua de resistir a v
139. tra o diagrama representativo apresentado na figura 4 1 Tal arquitetura foi uma das primeiras a ser utilizada na ind stria Dependendo entretanto do n mero de processos a serem monitorados ou da disposi o espacial dos componentes de determinado processo esta arquitetura pode apresentar desvantagens tais como o crescimento do tempo de resposta de forma proporcional ao porte do sistema dificuldade de realizar modifica es n o previstas em HARDWARE e SOFTWARE limita o da capacidade f sica e de processamento da unidade central MATSUSAKI 2004 ae Dee Jo Te Ra Figura 4 1 Diagrama representativo de uma arquitetura centralizada 4 2 2 ARQUITETURA HIER RQUICA Com o avan o tecnol gico dos dispositivos usados para a supervis o e controle de processos e comunica o de dados uma s rie de possibilidades se tornou vi vel como forma de resolver os problemas inerentes arquitetura centralizada Uma solu o foi distribuir os dispositivos localizados em nico ponto deixando os mais pr ximos do processo Uma vantagem desta solu o a redu o da infra estrutura necess ria para o transporte de informa o na medida em que parte do processamento feito localmente possibilitando uma redu o nos esfor os de cabeamento para transmiss o de dados e no processamento central COSTA 2003 A arquitetura hier rquica apresenta n veis de controle e pode conter v rios m dulos organizados de forma piramidal como
140. trole s o realizadas visando inser o da automa o computadorizada nos pro cessos de tratamento de esgoto A partir dos trabalhos de HAMILTON et al 2006 e H CK amp WIESE 2006 por m foi comprovado que ainda hoje h lacunas nas reas de instrumenta o e controle aplicados a sistemas reais de tratamento de efluentes sanit rios bem como efluentes industriais Diversos centros de pesquisa do Brasil e do mundo apresentam trabalhos nesta linha servindo de refer ncia e de ponto de partida para o desenvolvimento do presente trabalho tais como Universidad de Pamplona Colombia com o projeto Design of Process Control and Monitoring of an Anaerobic Biological Reactor in University of Pamplona Colombia GARCIA amp MALDONADO 2004 Universidade Federal do Esp rito Santo com o projeto Monitoramento via internet de uma esta o de tratamento de esgoto sanit rio tipo UASB BF MUNARO et al 2003 Universidade de Coimbra Portugal com o projeto Monitoriza o e Controlo Remoto de Pequenos Sistemas de Tratamento de guas Residu ais LANDECK 2002 Universidade Federal de Minas Gerais com o projeto Sistema de Tratamento de Esgotos por Processos Anaer bios e Aer bios Modelagem Matem tica Instrumenta o e Controle do Processo BRAGA 2000 1 3 JUSTIFICATIVA Nesta disserta o analisa se uma configura o combinada constitu da pelo reator anae r bio de fluxo ascendente em manta de lodo s
141. uas e ao Tratamento de Esgotos Princ pios do Tratamento Biol gico de guas Residu rias vol 1 2 Ed Belo Horizonte Departamento de Engenharia Sanit ria e Ambiental UFMG 240p 81 82 BIBLIOGRAFIA Belchior C A C Paiva F V Chaves A V Pontes R S T 2006 Sistema de Monitoramento Autom tico para uma Esta o de Tratamento de Efluentes VIII Simp sio talo Brasileiro de Engenharia Sanit ria e Ambiental Setembro de 2006 Cantu M 1999 Dominando o Delphi 4 A B blia S o Paulo Ed Makron Books 967p ISBN 85 346 1046 0 Cavalcanti P F F 2003 Integrated application of the UASB reactor and ponds for domestic sewage treatment in tropical regions Wageningen Agricultural University 2003 Wageningen The Netherlands Doctoral Thesis Goossens P 2005 Barramento dom stico IC Telecomando atrav s do PC In Elektor eletr nica e microinform tica Ano 4 no 42 pp 59 62 2005 Frey M amp Sullivan L 2005 Pratical Applicacation of Online Monitoring IWA Publishing ISBN 1843399121 Kim C Park T J Ko J H 2006 Instrumentation Control and Automation for Water amp Wastewater Treatment amp Transport Systems IX IWA Publishing ISBN 1843395703 Luharuka R GAO Robert X Kirshnamurty Sundar 2003 Design and Realization of a Portable Data Logger for Physiological Sensing In IEEE Transactions on Instrumentation and Mensuramrent Vol 52 n 4 pp 1289 1295
142. ula o de ar No sistema de baixa carga h pouca disponibilidade de DBO para as bact rias fazendo com que estas sejam objeto de autodigest o saindo estabilizadas do sistema As placas de bact ria que se desprendem das pedras s o removidas no decantador secund rio DS O sistema necessita de um decantador prim rio DP para remover os s lidos sediment veis do esgoto bruto CAP TULO 2 No es Acerca de Tratamento de guas Residu rias 18 A Hmm gt Pin i Ed CA E7 Fonte Sperling 1995 Figura 2 9 Diagrama de blocos do sistema de filtro biol gico de baixa carga 2 6 3 2 Filtro biol gico de alta carga O fluxograma do sistema filtro biol gico de alta carga apresentado na figura 2 10 sendo similar ao sistema anterior com a diferen a de que a carga de DBO aplicada maior O lodo excedente necessita de estabiliza o O efluente do decantador secund rio DS recir culado para o filtro biol gico FB de forma a diluir o afluente e garantir carga hidr ulica homog nea Esse sistema tamb m necessita de um decantador prim rio DP para remover os s lidos sediment veis do esgoto bruto O w i D5 Y HA gt i M a aa a A O NV 7 V A SA j CA Es NE Fonte Sperling 1995 Figura 2 10 Diagrama de blocos do sistema de filtro biol gico de alta carga 2 6 4 SISTEMAS ANAER BIOS Este tipo de sistema possui menores dimens es em virtude da sua condi
143. uma foto do circuito desenvolvido do condicionador de sinal de corrente em tens o usado para o medidor de vaz o eletromagn tico CAP TULO 3 Materiais e M todos 36 h x conex o do sensor ao condicionador J alimenta o alimenta o Eid no aa do circuito amplificador HR operacional Figura 3 11 Foto da placa de condicionamento de sinal de corrente em tens o 3 3 3 SENSOR DE POTENCIAL HIDROGEN NICO PH Representa a concentra o de on hidrog nio H em escala anti logar tmica dando indica o sobre a condi o de acidez neutralidade ou alcalinidade da gua O pH um fator ambiental que influencia significativamente a degrada o da mat ria org nica Ele resulta da intera o da alcalinidade com os cidos vol teis presentes no reator A digest o anaer bia naturalmente reduz o pH do ambiente GUIMAR ES 1997 Cada grupo de bact rias possui faixa espec fica de pH para crescimento timo O cresci mento das bact rias metanog nicas timo na faixa de pH de 6 8 7 4 Para as bact rias hidrol ticas aproximadamente 7 0 A faixa de pH timo para as bact rias acidog nicas est em torno de 6 0 HAANDEL amp MARAIS 1999 As bact rias metanog nicas acetotr ficas s o as mais suscept veis a n veis reduzidos de pH sua taxa de crescimento m xima por volta do pH neutro caindo consideravelmente para valores de pH abaixo de 6 6 GUIMAR ES 1997 A medida de pH
144. vo detalhar a descri o da arquitetura mestre escravo usada no sistema justificando as op es tomadas em face das limita es tecnol gicas e das caracte r sticas da aplica o Nesse cap tulo cuida se tamb m do funcionamento de cada m dulo que comp e o sistema mestre escravo abordando o desenvolvimento de hardware e software para cada um Para o m dulo escravo detalhada a constru o da placa de aquisi o de dados anal gicos usada no sistema Al m disso s o descritas as principais fun es de programa o Detalham se tamb m os princ pios de funcionamento do mestre a interface homem m quina assim como seus recursos de configura o e de adapta o aos escravos No cap tulo cinco os resultados experimentais s o descritos bem como destes CAP TULO 1 Introdu o 5 realizada uma an lise qualitativa Em seguida as conclus es e sugest es de trabalhos futuros s o apresentadas constitu indo o cap tulo sexto No Ap ndice A apresenta se um gloss rio de termos relacionados ao tratamento de esgoto de forma a facilitar o entendimento do segundo cap tulo do presente texto No Ap ndice B s o apresentadas as parte principais do c digo fonte do mestre e do escravo escrito em Delphi e em C ANSI respectivamente Cap tulo 2 NO ES ACERCA DE TRATAMENTO DE GUAS RESIDU RIAS 2 1 INTRODU O Esse cap tulo baseado em Sperling 1995 e Haandel amp Marais 1999 trata dos d

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