REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ch10202411300337
Ana Clara Silva Gonçalves1;
Igor Guilherme de Moraes2;
Pedro Rodrigues Nunes3;
Sérgio Vinícius de Castro Lima4;
Professora orientadora: Adriana Izidoro
Resumo
A automação dos sistemas de abastecimento de água evoluiu significativamente com o advento dos Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) e o avanço da teoria moderna de controle. Este artigo analisa a aplicação de CLPs no saneamento de água e esgoto, adotando uma abordagem metodológica que combina revisão de literatura e estudo de caso. A revisão, realizada com base em artigos, dissertações, livros e relatórios técnicos publicados nos últimos 15 anos, destacou as contribuições teóricas e práticas desses dispositivos. Foram analisados seis trabalhos acadêmicos a partir de bases como SciELO, Google Acadêmico e periódicos especializados. Os resultados evidenciam que os CLPs têm otimizado operações em estações de tratamento, reduzido custos operacionais e aumentado a confiabilidade dos sistemas. Sua flexibilidade programável permite adaptações a diferentes demandas e contextos, além de integração com tecnologias avançadas, como sistemas supervisórios e sensores inteligentes, ampliando o monitoramento e a resposta em tempo real. Conclui-se que os CLPs melhoram a eficiência operacional, promovem sustentabilidade ambiental e asseguram a qualidade de vida ao garantir água potável e tratamento adequado de efluentes.
Palavras-chave: Controladores Lógicos Programáveis. Automação. Saneamento de água. Saneamento de esgoto.
1. INTRODUÇÃO
A automação dos sistemas de abastecimento de água, até recentemente, era bastante simples e limitada. O controle de nível dos reservatórios, por exemplo, era realizado de forma local, utilizando dispositivos mecânicos como bóias para monitorar os níveis mínimo e máximo, garantindo apenas que as condições operacionais básicas fossem mantidas (Capelli, 2004). Com o surgimento dos Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) e o avanço da teoria moderna de controle, a automação desses sistemas passou a ser significativamente mais sofisticada e eficiente (Zancan, 2011).
Os CLPs, inicialmente, surgiram como uma alternativa para simplificar a automação industrial, têm se destacado pela sua capacidade de controlar processos de forma precisa, segura e eficiente (Spolaor, 2011). Eles possibilitam, por meio de lógica programada previamente, a execução de comandos sobre atuadores em dispositivos hidromecânicos, como válvulas e bombas. Dessa forma, o controle é feito de acordo com metas operacionais definidas, utilizando dados coletados de sensores que monitoram em tempo real variáveis críticas do sistema. Esses sensores podem medir parâmetros como pressão, fluxo e nível, oferecendo informações essenciais para a tomada de decisões automatizadas e mais precisas (Stenerson, 2003). O CLP pode ser definido, de maneira simples, como um dispositivo que controla processos de forma automática por meio de uma lógica digital programada. Ele integra sinais de entrada provenientes de sensores, sejam eles digitais ou analógicos, e gera sinais de saída para atuadores, responsáveis pela execução das ações necessárias para manter o sistema em funcionamento eficiente (Stenerson, 2003; Spolaor, 2011). Com isso, os sistemas de abastecimento de água se tornaram mais seguros, dinâmicos e menos dependentes da intervenção humana direta, resultando em maior confiabilidade e economia operacional (Assis, 2012).
Dito isso, cabe destacar que o saneamento de água e esgoto é um desafio global, sobretudo em países em desenvolvimento, onde o acesso a sistemas de tratamento eficazes ainda é limitado (ONU, 2020). Segundo a Organização Mundial da Saúde, cerca de 4,2 bilhões de pessoas não possuem acesso a serviços básicos de saneamento, o que agrava os problemas de saúde pública, como a proliferação de doenças de veiculação hídrica (ONU, 2020). Nesse contexto, a implementação de tecnologias automatizadas e inteligentes é crucial para garantir que as operações de tratamento e distribuição de água sejam realizadas de forma contínua e com o mínimo de desperdício de recursos.
Dessa maneira, a aplicação dos CLPs no saneamento é de grande relevância, pois esses controladores permitem a automação de processos críticos, como o controle de bombas, válvulas e sensores de qualidade da água, além de fornecerem relatórios em tempo real que auxiliam na tomada de decisão. Essa automatização tem o potencial de reduzir custos operacionais e aumentar a eficiência do sistema, promovendo uma gestão mais sustentável dos recursos hídricos (Spolaor, 2011; Assis, 2012).
Por fim, cita-se que o presente artigo tem como objetivo analisar as aplicações dos Controladores Lógicos Programáveis no setor de saneamento, com foco nas soluções adotadas para otimizar o tratamento e a distribuição de água e esgoto, identificando os principais desafios e benefícios dessa tecnologia.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 Surgimento e conceituação das CLPS
Desde sua concepção, os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) tem representado uma grande inovação na automação industrial, revolucionando a maneira como os processos são controlados e monitorados. Sua criação foi motivada pela necessidade de substituir os sistemas de controle baseados em relés e lógica cabeada, que eram amplamente utilizados antes da década de 1960 (Costa, 2022).
Esses sistemas, embora funcionais, apresentavam sérias limitações, como a complexidade na configuração, manutenção trabalhosa e pouca flexibilidade para alterações nos processos. Diante deste contexto, Carvalho (2017) aponta que o avanço das tecnologias eletrônicas e computacionais abriu caminho para a criação de dispositivos que oferecessem uma abordagem mais eficiente e adaptável: os CLPs, exemplificado na Figura 1.
Figura 1 – Versão 3.0 do CLP.
Fonte: Azevedo (2018).
O surgimento dos CLPs está diretamente relacionado à evolução da eletrônica e ao desenvolvimento dos microprocessadores na segunda metade do século XX. Durante os anos 1960, indústrias, especialmente as do setor automobilístico, começaram a buscar soluções que permitissem maior flexibilidade e eficiência em seus sistemas de controle (Fernando, 2017). A General Motors (GM) desempenhou um papel fundamental nesse processo, ao propor a necessidade de um dispositivo que fosse fácil de programar, capaz de operar em ambientes industriais adversos e que pudesse substituir os painéis de relés. Em 1968, a Bedford Associates, uma empresa de engenharia, desenvolveu o primeiro CLP comercialmente viável, chamado Modicon (MOdular DIgital CONtroller). Este dispositivo, amplamente reconhecido como o marco inicial da história dos CLPs, atendeu às demandas da GM e rapidamente se disseminou por outras indústrias (Nascimento, 2022).
Outrossim, os CLPs se destacaram por sua capacidade de realizar o controle lógico por meio de software, eliminando a necessidade de reconfigurar fisicamente o hardware para cada mudança no processo. Esses dispositivos utilizam uma linguagem de programação específica, que imita os diagramas elétricos tradicionais de relés, facilitando a transição para os técnicos e engenheiros acostumados com os sistemas convencionais. Também cabe salientar que os CLPs foram projetados para resistir a condições adversas, como vibrações, variações de temperatura e interferências eletromagnéticas, tornando-os ideais para o ambiente industrial (Sousa, 2022).
Com o passar dos anos, os CLPs evoluíram significativamente, incorporando maior capacidade de processamento, maior número de entradas e saídas (I/O), comunicação em redes industriais e integração com sistemas de supervisão e controle, como SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) (Baca, 2017).
Na Figura 2, tem-se um uma estação de funcionamento de um CLP, operando com o sistema SCADA:
Figura 2 – CLP e microcomputador com o software SCADA.
Fonte: Oliveira, Rodrigues e Bernardes (2017).
Hoje, eles não apenas realizam controle lógico, mas também são capazes de executar funções complexas, como controle de malhas PID, gestão de dados e diagnóstico de falhas. Essa evolução reafirma sua relevância no cenário industrial, consolidando os CLPs como peças fundamentais na automação e na transformação digital das fábricas. A partir de sua criação, os CLPs não apenas resolveram os problemas técnicos enfrentados pelas indústrias, mas também impulsionaram a eficiência, a flexibilidade e a confiabilidade dos processos industriais, marcando um divisor de águas na história da automação (Costa, 2022).
2.2 CLPs no contexto do saneamento de água e esgoto
A implementação de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) no setor de saneamento de água e esgoto evidencia um avanço na busca por sistemas mais eficientes, confiáveis e sustentáveis. Godoy et al. (2024) destacam que os CLPs permitem não apenas o controle em tempo real, mas também a integração com sistemas mais complexos, o que amplia a capacidade de análise de dados e tomada de decisão. Essa integração é essencial para lidar com desafios do setor, como a crescente demanda por água tratada, o impacto ambiental dos efluentes e a necessidade de otimizar recursos financeiros e energéticos.
Outro ponto relevante é o impacto ambiental positivo que os CLPs podem proporcionar quando aplicados corretamente. Ao otimizar o controle de processos como dosagem de produtos químicos, bombeamento e tratamento de efluentes, os CLPs contribuem para a redução do desperdício de recursos naturais e energéticos, bem como para a mitigação de impactos ambientais associados ao lançamento inadequado de resíduos no meio ambiente (Bonifácio, 2019). Cabe ressaltar que a eficácia ambiental desses sistemas está diretamente ligada à sua operação contínua e monitoramento constante, o que reforça a importância de investimentos em infraestrutura e suporte técnico permanente (Macedo, 2018).
Apesar das inúmeras vantagens, a implementação de CLPs ainda enfrenta desafios, sobretudo em regiões com infraestrutura precária e recursos limitados. Um dos principais obstáculos reside nos custos iniciais de aquisição e instalação dos sistemas de automação, que podem ser elevados para municípios de pequeno porte ou áreas rurais (Fernandes et al.¸ 2020). Além disso, a necessidade de mão de obra especializada para a programação, manutenção e operação dos CLPs pode representar uma barreira adicional, especialmente em contextos onde há carência de capacitação técnica. Embora os CLPs sejam altamente confiáveis, sua implementação bem-sucedida depende de um planejamento a priori que considere as especificidades de cada sistema de saneamento, incluindo o dimensionamento adequado de equipamentos e a integração eficiente com tecnologias preexistentes (Macedo, 2018).
Por fim, pode-se inferir que o futuro dos CLPs no saneamento de água e esgoto está associada à evolução tecnológica e à adoção de conceitos de Indústria 4.0, como a Internet das Coisas (IoT) e a análise de big data. Essas tecnologias têm o potencial de expandir ainda mais as capacidades dos CLPs, possibilitando a criação de sistemas inteligentes e autônomos, capazes de antecipar demandas, ajustar processos de forma proativa e oferecer respostas rápidas a situações de emergência. Assim, os CLPs podem desempenhar um papel central na construção de sistemas de saneamento mais eficientes, acessíveis e alinhados às necessidades do desenvolvimento sustentável (Azevedo, 2018).
2.3 Instalação de CLPs em estações de tratamento de água e esgoto
A implementação de CLPs em estações de tratamento de água (ETAs) e estações de tratamento de esgoto (ETEs) envolve a integração de diversos componentes eletrônicos e sensores que monitoram parâmetros essenciais como pressão, vazão, nível de tanques, qualidade da água e energia consumida. Com a utilização de linguagens de programação específicas, como a Ladder, os CLPs são capazes de processar esses dados em tempo real, ajustando automaticamente operações como o acionamento de bombas, válvulas e sistemas de dosagem de produtos químicos. Essa automação não apenas reduz a intervenção manual, minimizando erros operacionais, mas também aumenta a eficiência energética e prolonga a vida útil dos equipamentos, resultando em economia de custos e maior sustentabilidade ambiental (Muniz, 2021).
Em seguida, a Figura 3 ilustra um CLP com linguagem de programação Ladder:
Figura 3 – CLP programado com linguagem Ladder.
Fonte: Mattede (2024).
Além dos benefícios operacionais, a instalação de CLPs no saneamento de água e esgoto facilita a integração com sistemas de supervisão e controle mais amplos. Essa integração permite uma visão completa e centralizada das operações, proporcionando aos gestores informações detalhadas e em tempo real sobre o desempenho do sistema. Com isso, é possível
identificar rapidamente falhas, otimizar processos e tomar decisões informadas para melhorar continuamente a eficiência e a qualidade do serviço prestado (Aragão, 2022). A comunicação eficiente entre os CLPs e o centro de controle operacional (CCO), exemplificado na Figura 4, assegura uma resposta rápida a situações críticas, como vazamentos, sobrecargas ou falhas de equipamento, mitigando impactos negativos e garantindo a continuidade do abastecimento de água tratada e o tratamento adequado dos esgotos (Ribeiro, 2018).
Figura 4 – Sala de CCO.
Fonte: Ribeiro (2018).
Ademais, a segurança cibernética torna-se uma preocupação relevante na instalação de CLPs, especialmente quando esses dispositivos estão conectados a redes industriais e sistemas de supervisão remota. A proteção contra ataques cibernéticos e a garantia da integridade dos dados são essenciais para prevenir interrupções no serviço e assegurar a confiabilidade dos processos automatizados. A adoção de práticas de segurança, como autenticação de usuários, criptografia de dados e monitoramento contínuo das redes, é fundamental para mitigar riscos e proteger os sistemas de saneamento contra ameaças digitais (Sousa, 2022).
Em suma, a instalação de CLPs no saneamento de água e esgoto oferece uma série de benefícios que vão desde a melhoria da eficiência operacional e redução de custos até o aumento da sustentabilidade ambiental e a garantia da qualidade dos serviços prestados. Apesar dos desafios técnicos e operacionais envolvidos, a adoção de tecnologias avançadas de automação, como os CLPs, é um passo essencial para modernizar as infraestruturas de saneamento, atender às demandas crescentes da população e enfrentar os desafios ambientais contemporâneos (Baca, 2017).
3. METODOLOGIA
Este artigo utiliza uma abordagem metodológica baseada em revisão integrativa da literatura, a qual é uma metodologia de pesquisa que permite sintetizar e analisar criticamente estudos existentes sobre um determinado tema, promovendo uma compreensão abrangente e fundamentada do estado da arte. Esse tipo de revisão combina diferentes tipos de evidências, incluindo estudos teóricos e empíricos, com o objetivo de identificar padrões, lacunas e avanços no conhecimento. Para sua realização, é essencial seguir etapas rigorosas, como a definição clara da questão de pesquisa, a seleção bem fundamentada de fontes, critérios de inclusão e exclusão, a análise detalhada dos dados coletados e a apresentação de conclusões que possam orientar práticas ou estudos futuros (Souza; Silva, Carvalho, 2010).
No âmbito desta pesquisa, a revisão integrativa de literatura foi utilizada para explorar a aplicação de CLPs no saneamento, com foco em identificar seus benefícios, desafios e potencial de inovação no setor. A revisão foi conduzida com o objetivo de mapear as principais contribuições teóricas e práticas relacionadas aos CLPs em sistemas de saneamento.
Para tanto, foram analisados artigos científicos, dissertações, livros e relatórios técnicos publicados nos últimos 15 anos, garantindo uma visão atualizada e abrangente do tema. As fontes foram selecionadas em bases de dados confiáveis, como SciELO, Google Acadêmico, periódicos especializados em engenharia e repositórios acadêmicos de universidades renomadas. O processo de revisão buscou identificar trabalhos que tratassem diretamente da aplicação de CLPs em sistemas de automação, incluindo o controle de bombas, válvulas e sensores, bem como estudos que abordassem eficiência operacional, sustentabilidade e desafios técnicos associados a essa tecnologia.
Os critérios de inclusão para a revisão de literatura foram pensados para assegurar que apenas estudos com relevância direta à temática fossem considerados. Sendo assim, foram selecionados trabalhos publicados no período de 2009 a 2024, de forma online e gratuita, e que explorassem o uso de CLPs em vínculo claro com o saneamento de água e esgoto. Dentre os critérios estabelecidos, foram priorizados estudos que abordassem o impacto dos CLPs na melhoria do controle automatizado, redução de custos operacionais, aumento da confiabilidade dos sistemas e integração com tecnologias avançadas, como sensores inteligentes e sistemas supervisórios.
Os critérios de exclusão foram definidos para complementar os critérios de inclusão, assegurando que a revisão de literatura contemplasse apenas estudos relevantes e alinhados ao tema proposto. Primeiramente, foram excluídos trabalhos publicados antes de 2009, que não estavam disponíveis de forma gratuita ou acessíveis online. Da mesma forma, estudos que não apresentavam vínculo direto com o saneamento de água e esgoto foram excluídos. Apesar da relevância dos CLPs em outros setores, como indústrias manufatureiras ou de energia, o foco do trabalho limitou-se à aplicação desses dispositivos em processos de abastecimento de água e tratamento de efluentes.
Com base na revisão, o estudo de caso foi estruturado para aprofundar a análise prática dos CLPs no saneamento, utilizando como referência aplicações reais em sistemas de tratamento e distribuição de água. A literatura forneceu subsídios teóricos e metodológicos para compreender as melhores práticas e identificar lacunas de conhecimento, contribuindo para a formulação de soluções aplicáveis e alinhadas às necessidades do setor. A integração da revisão com o estudo de caso permitiu explorar de maneira abrangente a aplicabilidade dos CLPs e seu impacto nos desafios enfrentados pelas empresas de saneamento.
Em suma, a metodologia adotada, combinando revisão de literatura e análise de estudo de caso, proporciona uma abordagem robusta e fundamentada para investigar a aplicação dos CLPs no saneamento de água e esgoto. Os resultados obtidos destacam não apenas os benefícios concretos dessa tecnologia, mas também a necessidade de estratégias eficazes para superar os desafios identificados. A pesquisa reforça a relevância dos CLPs como ferramentas indispensáveis para a modernização do saneamento, contribuindo para a eficiência operacional, sustentabilidade ambiental e melhoria da qualidade de vida da população.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os artigos selecionados estão elencados na Tabela 1:
Tabela 1 – Estudos analisados.
| Título | Ano | Autores | Tipo de estudo | Objetivo |
| Controle de perdas em sistema de abastecimento de água: o caso do município de Poços de Caldas (MG) | 2009 | Oliveira et al. | Artigo | Apresentar a descrição do sistema instalado, além dos resultados do sistema no primeiro ano de operação. |
| Controladores Programáveis | 2011 | Zancan | Material didático | Elaboração de um material didático para o ensino de Controladores Programáveis em uma escola técnica virtual de Santa Maria – RS. |
| Automação de sistemas de abastecimento de água | 2012 | Assis | Monografia | Analisar as estruturas utilizadas nas automações, observado alternativas de mudanças para melhoramentos. |
| Melhoria da automação dos processos de uma estação de tratamento de esgoto | 2017 | Fritz | Monografia | Implementar automação em uma ETE, a fim de auxiliar na melhoria da automação e do atual serviço. |
| Estudo sobre bombas em paralelos buscando a comprovar ganhos operacionais e energéticos com a regulação PID em inversores de frequência | 2018 | Ribeiro | Trabalho de Conclusão de Curso | Implementar um novo sistema no intuito de aprimorar o processo de distribuição de água do Parque de Exposição companhia CESAMA no município de Juiz de Fora. |
| Utilização de um Controlador Lógico Programável em um Sistema de Bombeamento de Água | 2022 | Costa | Trabalho de Conclusão de Curso | Realizar um estudo bibliográfico acerca dos CLPs. |
Fonte: Elaborado pelos autores (2024).
Após a implantação do Sistema Produtor Cipó – ETA V (Estação de Tratamento de Água V) na cidade de Poços de Caldas, os problemas de abastecimento de água foram solucionados, porém foi constatado um aumento considerável nas perdas ao longo do sistema de distribuição. Esse cenário evidenciou a necessidade de uma supervisão mais abrangente para identificar e mitigar as perdas. Nesse contexto, o Departamento Municipal de Água e Esgoto (DMAE) implementou uma Central de Controle e Operações (CCO), adotando uma abordagem integrada de monitoramento e gestão (Oliveira et al., 2009).
A instalação de macromedidores em pontos estratégicos da rede de distribuição é um passo essencial para o funcionamento da CCO. Os dados coletados por esses dispositivos são transmitidos via telemetria e comparados com os valores de micromedição, permitindo o cálculo preciso dos índices de perdas. Com base nesses dados, setores com maior incidência de perdas foram identificados e priorizados para reestruturação e melhoria do sistema (Moreira; Barbosa, 2016).
Os resultados obtidos no primeiro ano de operação da CCO demonstram avanços importantes para o sistema de abastecimento de água. O monitoramento contínuo e a análise detalhada das informações possibilitaram intervenções direcionadas, resultando em uma redução de 2,68% no índice de perdas do sistema (Oliveira et al., 2009). Este avanço ressalta a importância da centralização das informações e da aplicação de tecnologias modernas de supervisão para a eficiência dos sistemas de abastecimento. A redução das perdas não apenas contribuiu para a preservação dos recursos hídricos, mas também melhorou a eficiência operacional e a sustentabilidade do sistema de distribuição de água no município (Campos et al., 2022).
O material didático de Zancan (2011) aponta que o desenvolvimento de novas modalidades energéticas impulsiona a mecanização de diversas atividades, resultando em uma significativa redução do trabalho braçal humano. Contudo, essa transformação trouxe consigo a necessidade de atividades de gerenciamento e controle, caracterizadas, muitas vezes, por serem monótonas e repetitivas. A evolução da automação foi determinante para superar essa limitação, permitindo que o ser humano fosse liberado dessas tarefas repetitivas e passasse a se concentrar em funções mais complexas, alinhadas à sua capacidade cognitiva avançada.
Neste cenário, os controladores programáveis destacam-se como ferramentas essenciais para a automação de sistemas de abastecimento. Os resultados observados indicam que sua aplicação é altamente eficaz no gerenciamento e controle de processos, independentemente do nível de complexidade envolvido. Essa versatilidade tem permitido não apenas a otimização operacional em diferentes contextos industriais, mas também o redirecionamento do papel humano para o planejamento estratégico e a supervisão de atividades de maior valor agregado, reforçando a sinergia entre tecnologia e inteligência humana (Santos; Sacramento, 2024).
O estudo de Assis (2012) abordou a automação aplicada ao sistema de distribuição de água, com foco nas práticas implementadas pela Companhia Riograndense de Saneamento (CORSAN). Foram analisados os conceitos fundamentais de automação, protocolos de comunicação e o uso de controladores lógicos programáveis (CLPs), com destaque para as tecnologias empregadas no monitoramento e controle do sistema de distribuição de água tratada.
No âmbito do projeto, foram desenvolvidas e implementadas cinco estações de telemetria utilizando controladores lógicos programáveis integrados por comunicação Modbus. Essa configuração permitiu a transmissão eficiente de dados em tempo real, otimizando o monitoramento e a supervisão do sistema de distribuição. O estudo também avaliou a estrutura existente de automação da CORSAN, identificando pontos de melhoria e propondo alternativas para aumentar a eficiência e a confiabilidade do sistema (Assis, 2012).
Os resultados obtidos evidenciam que a implementação das estações de telemetria com CLPs e comunicação Modbus proporcionou maior controle sobre as operações do sistema, possibilitando intervenções mais rápidas e precisas em situações críticas. Além disso, as alternativas sugeridas para aprimoramento das estruturas de automação reforçam o potencial de modernização do sistema, promovendo maior eficiência operacional e alinhamento às melhores práticas de gestão de recursos hídricos (Assis, 2012).
Mediante ao trabalho de Assis (2012), o uso de CLPs e protocolos de comunicação robustos, como o Modbus, destaca-se como uma solução eficiente para reduzir falhas humanas e melhorar a confiabilidade do sistema. Também fica claro que as alternativas propostas para a modernização das estruturas existentes apontam para um caminho promissor em termos de eficiência operacional e sustentabilidade. Sendo assim, a adoção de melhores práticas de gestão de recursos hídricos, apoiada por tecnologias avançadas, não apenas fortalece a capacidade de resposta das operações, mas também alinha o sistema às exigências contemporâneas de governança e preservação ambiental, demonstrando um equilíbrio eficaz entre inovação tecnológica e gestão responsável (Rohde; Sartori, 2017).
A pesquisa de Fritz (2017) realizou uma revisão bibliográfica para embasar o planejamento e o estudo detalhado da estação de tratamento existente. Foram identificados componentes essenciais para o processo de automação, como motores, sensores, blocos lógicos, temporizadores e contadores. A partir dessa análise, foram propostas melhorias no sistema, com a utilização da linguagem de programação LADDER para desenvolver programas que simulassem a operação de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs).
Os resultados da revisão indicaram que a automação implementada possibilitou uma redução considerável de falhas humanas no processo operacional, além de otimizar os custos de manutenção da estação. A integração de equipamentos e instrumentos pertinentes ao sistema resultou em maior confiabilidade e eficiência no tratamento de efluentes, promovendo melhorias no desempenho geral da ETE. Destarte, o estudo evidencia o impacto positivo da automação no aprimoramento das operações de tratamento de esgoto, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e a eficiência econômica do sistema (Fritz, 2017).
Com o crescimento populacional e industrial a partir de meados do século XX, a preocupação ambiental levou à valorização do tratamento de efluentes, com destaque para a remoção de compostos como nitrogênio e fósforo, além da canalização de esgotos domésticos e industriais para Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs). A principal função das ETEs é reduzir a poluição a níveis aceitáveis antes do lançamento dos efluentes em corpos hídricos receptores. Este estudo teve como foco a automação de uma ETE existente, buscando soluções para minimizar falhas humanas e reduzir custos operacionais (Fajardo; Salvador; Teixeira, 2017).
O trabalho de Ribeiro (2018) discorre sobre a implementação de um sistema inovador na terceira adutora Parque de Exposição, da companhia CESAMA, localizada em Juiz de Fora – MG, resultou em melhorias significativas no processo de distribuição de água e eficiência energética. Durante um período de onze meses, foi alcançada uma economia de 23,03% no consumo de energia elétrica, evidenciando o impacto positivo das soluções empregadas.
O sistema instalado utilizou duas moto-bombas operando em paralelo, integradas a um sistema de automação confiável que combinava inversores de frequência, transmissores de pressão e vazão, e um Controlador Lógico Programável (CLP). Já o controle do sistema foi baseado em um modelo matemático PID (proporcional integral derivativo), que ajustava a rotação dos motores conforme a demanda. A aplicação do PID permitiu a operação contínua e ajustável das moto-bombas, resultando em uma redução significativa no consumo de energia elétrica, prevenindo desligamentos desnecessários e aumentando a vida útil dos equipamentos (Ribeiro, 2018).
A capacidade do PID de ajustar continuamente a rotação dos motores conforme a demanda não apenas otimizou o consumo de energia elétrica, como também preveniu desligamentos desnecessários, minimizando o desgaste mecânico e aumentando a vida útil dos equipamentos (Ribeiro, 2018). Esse avanço demonstra como soluções baseadas em modelos matemáticos integrados à automação representada pelos CLPs promovem maior precisão e confiabilidade nos processos (Vasconcelos; Rocha; Alexandria, 2018). Além disso, a redução no consumo energético reflete diretamente em benefícios econômicos e ambientais, alinhando o sistema às exigências contemporâneas de sustentabilidade. Deste modo, o uso de tecnologias avançadas como o PID integrado a sistemas de automação confiáveis reafirma sua importância para a modernização de infraestruturas e para o alcance de operações mais eficientes e sustentáveis (Lima, 2023).
O estudo realizado por Costa (2022) confirmou a crescente relevância dos Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) como ferramentas indispensáveis para os processos industriais modernos, caracterizados pela necessidade de maior eficiência e competitividade. Com o avanço das tecnologias nas áreas de eletrônica e informática, os sistemas baseados em lógica cabeada tornaram-se obsoletos, sendo amplamente substituídos por CLPs devido às suas inúmeras vantagens, como flexibilidade, confiabilidade e facilidade de manutenção. Essa transição reforça a presença dos CLPs no campo de atuação do engenheiro eletricista e sua importância como solução tecnológica em sistemas de automação.
Como parte do trabalho, foi desenvolvida a programação de um CLP em linguagem Ladder, utilizando simulação computacional para validar o desempenho do dispositivo em um sistema de bombeamento de água. O CLP foi configurado para ler informações de sensores, processar os dados e acionar atuadores conforme as necessidades do sistema. No que tange à simulação, esta demonstrou que o CLP foi capaz de operar de forma eficiente, ajustando as
condições de bombeamento de acordo com os parâmetros fornecidos pelos sensores, o que garante maior precisão e economia de recursos no processo (Costa, 2022). Os resultados obtidos com a programação do CLP em linguagem Ladder e sua validação por meio de simulação computacional reforçam a eficácia dessa tecnologia na automação de sistemas de bombeamento de água. A capacidade do CLP de integrar sensores e atuadores de maneira eficiente, ajustando o processo de acordo com os parâmetros detectados, revela sua flexibilidade e precisão na gestão de recursos. Seu controle automatizado reduz a intervenção humana, minimizando erros operacionais e otimizando o uso de energia e água, o que é particularmente relevante em cenários onde eficiência e sustentabilidade são prioridades (Machado et al., 2023).
A simulação também se mostra ser uma ferramenta importante para validar previamente o desempenho do sistema, permitindo ajustes antes de sua implementação real. Isso assegura a confiabilidade do CLP no controle do sistema e ilustra a importância de metodologias baseadas em simulação para o desenvolvimento e validação de soluções automatizadas em contextos industriais e de gestão de recursos hídricos (Silva et al., 2019).
5. CONCLUSÕES
O presente artigo demonstrou como esses dispositivos têm contribuído para otimizar a operação de estações de tratamento, reduzir custos operacionais e aumentar a confiabilidade dos sistemas. Ao explorar as aplicações dos CLPs, identificou-se que sua flexibilidade programável permite a adaptação a diferentes demandas e contextos, além de possibilitar a integração com sistemas mais avançados, como supervisórios e sensores inteligentes, que ampliam a capacidade de monitoramento e resposta em tempo real. Portanto, o uso de CLPs no saneamento não só melhora a eficiência operacional, mas também contribui diretamente para a sustentabilidade ambiental e a qualidade de vida da população ao assegurar o fornecimento de água potável e o tratamento adequado de efluentes.
A metodologia adotada neste estudo, centrada na revisão de literatura, permitiu uma análise detalhada das principais aplicações e vantagens dos CLPs no setor de saneamento. Além disso, essa abordagem revelou os desafios ainda presentes na implementação desses sistemas, especialmente em regiões com infraestrutura limitada ou em localidades onde os custos de aquisição e manutenção de tecnologias avançadas representam barreiras significativas. Ainda assim, a literatura aponta que investimentos em automação por meio de CLPs são rapidamente compensados pela redução de desperdícios, melhora da eficiência energética e mitigação de falhas nos processos, fatores que tornam sua aplicação uma escolha estratégica para gestores do setor.
Deste modo, conclui-se que os CLPs são ferramentas indispensáveis para a modernização e a eficiência dos sistemas de saneamento de água e esgoto, apresentando um potencial significativo para transformar as operações tradicionais em processos inteligentes e sustentáveis. O contínuo avanço das tecnologias de automação nos sistemas de saneamento sinalizam um futuro promissor, em que os CLPs desempenharão um papel ainda mais relevante. Para que esse potencial seja plenamente alcançado, recomenda-se a ampliação de iniciativas de capacitação técnica, a implementação de políticas públicas que incentivem a adoção de tecnologias de automação e o fomento a pesquisas que explorem novas possibilidades de aplicação dos CLPs no setor de saneamento. Assim, será possível avançar rumo a um cenário em que o uso eficiente e sustentável dos recursos hídricos seja uma realidade amplamente difundida e acessível.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARAGÃO, Pedro Henrique de Castro. Proposta de automação de uma estação de tratamento de água para processos industriais. Orientador: Renato Ferreira Fernandes Júnior. 2022. 75 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Controle e Automação) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34424. Acesso em: 28 nov. 2024.
ASSIS, Geovane Deleski. Automação de sistemas de abastecimento de água. Monografia apresentada a Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 2012. Disponível em: https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/65447/000858078.pdf?sequence=1&isAllowed= y. Acesso em: 25 set. 2024.
AZEVEDO, Hugo César Diniz. Controlador lógico programável aplicado à indústria 4.0. Orientação: Gláucio Bezerra Brandão. 2018. 49f. Dissertação (Mestrado Profissional em Ciência, Tecnologia e Inovação) – Escola de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/25858. Acesso em: 28 nov. 2024.
BACA, Alexandro Almada. Aplicação do sistema Scada no laminador. Orientador: Milton Bastos de Souza. 2017. 55 f. Monografia (Especialização em Automação, Controle e Robótica) – Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, Salvador, 2017. Disponível em: http://repositoriosenaiba.fieb.org.br/handle/fieb/1253. Acesso em: 28 nov. 2024.
BONIFÁCIO, César Augusto Pires. Análise de dois controladores de um condicionamento de ar, visando a eficiência energética. Orientador: Luiz Carlos Vieira Guedes. 2019. 34 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Engenharia Mecânica, Centro Universitário do Sul de Minas, Varginha, 2019. Disponível em: http://www.repositorio.unis.edu.br/handle/prefix/1211. Acesso em: 28 nov. 2024.
CAMPOS, Vinícius Chaves et al. Tecnologias aplicadas nas reduções de perdas de águas em sistemas de abastecimento Technologies applied to reduce water loss in supply systems. Brazilian Journal of Development, v. 8, n. 4, p. 29743-29758, 2022. Disponível em: https://scholar.archive.org/work/xosvdvnyqrdaneala4ydp7al5u/access/wayback/https://brazilianjournals.com/index.php/BRJD/article/download/46963/pdf. Acesso em: 27 nov. 2024.
CAPELLI, Alexandre. Eletrônica para Automação. Rio de Janeiro: Antenna Edições Técnicas Ltda, 2004.
CARVALHO, Diego Beraldo. Importância da implantação de Controlador Lógico Programável para automação industrial. Orientador: Anderson Iop. 2017. 32 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação, Faculdade Pitágoras, Poços de Caldas, 2017. Disponível em: https://repositorio.pgsscogna.com.br/bitstream/123456789/19626/1/DIEGO%20BERALDO%20DE%20CARVALHO.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.
COSTA, Guilherme Henrique Silveira. Utilização de um controlador lógico programável em um sistema de bombeamento de água. Orientador: Luciano Coutinho Gomes 2022. 107 f. Uberlândia, 2022. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35521. Acesso em: 26 nov. 2024.
FAJARDO, Poliana A.; SALVADOR, Nemésio N. B.; TEIXEIRA, Bernardo A. N. Estações de tratamento de esgoto sanitário: uma abordagem sobre a sustentabilidade. 8º Congresso Luso Moçambicano de Engenharia, v. 4, n. 8, 2017. Disponível em: https://allevanteducacao.com.br/wpcontent/uploads/Cursos/ISO14001/ARTIGOS%20PARA%20AS%20AULAS/Aula_1_Artigo _CLME_Portugal.pdf. Acesso em: 27 nov. 2024.
FERNANDES, Michel M. et al. Controlador Lógico Programável como um Serviço: Uma Proposta para a Indústria 4.0. Congresso Brasileiro de Automática-CBA, v. 1, 2020. Disponível em: https://sba.org.br/open_journal_systems/index.php/cba/article/view/1740. Acesso em: 28 nov. 2024.
FERNANDO, Jonas Mazza. Desenvolvimento de um Controlador Lógico Programável com Interface de Programação Ladder via Aplicação Web Embarcada. Orientador: Marcelo Barros de Almeida 2017. 74 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. Disponível em: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/20281. Acesso em: 28 nov. 2024.
FRITZ, Rodrigo Tenorio. Melhoria da automação dos processos de uma estação de tratamento de esgotos. Orientador: Armando Carlos de Pina Filho. 2017. 69 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017. Disponível em: https://pantheon.ufrj.br/bitstream/11422/18148/1/monopoli10021683.pdf. Acesso em: 27 nov. 2024.
GODOY, Gabriela Mantovani et al. Estudo de caso da otimixação e automação em sistemas de abastecimento de água em SAMAE’s do Paraná. 35º Congresso Nacional de Saneamento e Meio Ambiente, 2024. Disponível em: https://www.samaejardimolinda.com.br/uploads/pagina/arquivos/ESTUDO-DE-CASO-DA
OTIMIZACAO-E-AUTOMACAO-EM-SISTEMAS-DE-ABASTECIMENTO-DE-AGUA EM-SAMAES-DO-PARANA.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.
LIMA, Carlos Henrique dos Santos. Controle de processos PID utilizando CLP. Orientador: Márcio da Silva Vilela. 2023. 76 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Ciência da Computação, Instituto Federal Goiano, Rio Verde, 2023. Disponível em: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/3674. Acesso em: 26 nov. 2024.
MACEDO, Humberto Rodrigues. Automação de processo de obtenção de biodiesel em plantas de pequeno porte, utilizando controlador lógico programável. Orientador: Joel Carlos Zukowski Júnior. 2018. 90f. Dissertação (Mestrado em Agroenergia) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Agroenergia, Palmas, 2018. Disponível em: https://umbu.uft.edu.br/handle/11612/1917. Acesso em: 28 nov. 2024.
MACHADO, Felipe Ferreira et al. Sistema CLP® e programação em Ladder para bombeamento de água. Journal of Innovation and Science: research and application, v. 3, n. 2, 2024. Disponível em: https://joins.emnuvens.com.br/joins/article/view/728. Acesso em: 27 nov. 2024.
MATTEDE, Henrique. Controlador Lógico Programável CLP. Mundo da Elétrica, 2024. Disponível em: https://www.mundodaeletrica.com.br/controlador-logico-programavel-clp/. Acesso em: 28 nov. 2024.
MOREIRA, Alexandre José Gomes; BARBOSA, Ana de Fátima Braga. A Demanda de Medição de Vazão e Volumes de Esgotos em Estações de Tratamento de Esgotos do Interior de Pernambuco. Revista de Engenharia e Pesquisa Aplicada, v. 3, n. 1, 2016. Disponível em: http://revistas.poli.br/index.php/repa/article/view/278. Acesso em: 26 nov. 2024.
MUNIZ, Luana Toniolo. Sistema para controle de turbidez na etapa de captação em uma estação de tratamento de água de porto alegre. Orientador: Rafael Costa Rodrigues. 2021. 40 f. (Trabalho de Conclusão de Cursos) – Curso de Graduação em Engenharia de Alimentos, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2021. Disponível em: https://lume.ufrgs.br/handle/10183/239325. Acesso em: 28 nov. 2024.
NASCIMENTO, Arthur Bertoni. Um breve tópico na história da automação: do painel elétrico ao controlador lógico programável. Orientador: Danny Augusto Vieira Tonidandel. 2022. 62 f. (Monografia) – Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022. Disponível em: https://monografias.ufop.br/handle/35400000/4991. Acesso em: 28 nov. 2024.
OLIVEIRA, Ademir Jacometo; RODRIGUES, Fernando Barros; BERNARDES, Haislan Ranelli S. Aplicação em software SCADA no controle e supervisão de sistema automatizado via CLP. 8º Congresso de Iniciação Científica e Tecnológica do IFSP, v. 1, 2017. Disponível em: https://ocs.ifsp.edu.br/conict/8cic/paper/view/2796/64. Acesso em: 28 nov. 2024.
OLIVEIRA, Flávia Gonçalves Rocha et al. Controle de perdas em sistema de abastecimento de água: o caso do município de Poços de Caldas (MG). Engenharia Ambiental – Espírito Santo do Pinhal, v. 6, n. 1, p. 309-320. Disponível em: https://www.researchgate.net/profile/Gerson Medeiros/publication/26595003_Control_of_losses_in_water_distribution_system_the_case_ of_the_Municipality_Of_The_Pocos_de_Caldas_MG/links/547d173e0cf285ad5b088a27/Con trol-of-losses-in-water-distribution-system-the-case-of-the-Municipality-Of-The-Pocos-de Caldas-MG.pdf. Acesso em: 26 nov. 2024.
ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS (ONU). Mais de 4,2 bilhões de pessoas vivem sem acesso a saneamento básico. Publicado em 19 nov. 2020. Disponível em: https://brasil.un.org/pt-br/101526-mais-de-42-bilhões-de-pessoas-vivem-sem-acesso saneamento-básico. Acesso em: 23 set. 2024.
RIBEIRO, Frederico Kneipp Carvalho. Estudo sobre bombas em paralelos buscando a comprovar ganhos operacionais e energéticos com a regulação PID em inversores de frequência. Orientação: José Carlos Grizendi. 2018. 72 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Engenharia Elétrica, Faculdade Doctum, Juiz de Fora, 2018. Disponível em: https://dspace.doctum.edu.br/handle/123456789/1894. Acesso em: 27 nov. 2024.
ROHDE, Adilson; SARTORI, Hamiltom. Sistema supervisório para gerenciamento térmico em ambiente controlado. I Mostra de Trabalhos de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica, 2017. Disponível em: https://www.fw.uri.br/storage/publications/files/67d0224403475b5862e7ac6a74ad1087259.pdf. Acesso em: 27 nov. 2024.
SANTOS, Alane Cássia S.S.; SACRAMENTO, Cauã Will Q. S.do. Aplicação de CLP em um sistema de tratamento de água, oriundo de coleta de água de chuva. Orientadora: Elenise Barreto Barbosa Anunciação. 2024. 51 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso Técnico em Eletrotécnica, Instituto Federal da Bahia, Salvador, 2024. Disponível em: http://repositorio.ifba.edu.br/jspui/handle/123456789/603. Acesso em: 26 nov. 2024.
SILVA, Leandro Dias et al. Modelagem formal utilizando redes de petri coloridas de um sistema de automação para abastecimento e diluição de ácido sulfúrico. Congresso Brasileiro de Automática-CBA, v. 1, n. 1, 2019. Disponível em: https://www.sba.org.br/open_journal_systems/index.php/cba/article/view/499. Acesso em: 27 nov. 2024.
SOUSA, André Dias de. Análise da modernização do Controlador Lógico Programável (CLP). Orientador: Gilson de Souza Santos. 2022. 34 f. (Trabalho de Conclusão de Curso) – Curso de Graduação em Engenharia Elétrica, Faculdade Pitágoras, Ipatinga, 2022. Disponível em: https://repositorio.pgsscogna.com.br/bitstream/123456789/58059/1/ANDRE_DIAS_SOUSA. pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.
SOUZA, Marcela Tavares de; SILVA, Michelly Dias da; CARVALHO, Rachel de. Revisão integrativa: o que é e como fazer. Einstein (São Paulo), v. 8, p. 102-106, 2010. Disponível em: https://www.scielo.br/j/eins/a/ZQTBkVJZqcWrTT34cXLjtBx/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 28 nov. 2024.
SPOLAOR, Antônio Sérgio. Automação nos sistemas de abastecimento de água. Caso do controle da reservação de distribuição. Tese de Doutorado. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil, na Área de Concentração de Saneamento e Ambiente, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2011. Disponível em: https://core.ac.uk/reader/296863260. Acesso em: 24 set.2024.
STENERSON, Jon. Industrial Automation and Process Control. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2002. Disponível em: https://pt.scribd.com/document/402237049/Jon-Stenerson Industrial-Automation-and-Process-Control-2002-Prentice-Hall-pdf. Acesso em: 23 set. 2024.
VASCONCELOS, Felipe Bandeira; ROCHA, Matheus Xavier; DE ALEXANDRIA, Auzuir Ripardo. Automação em um Sistema de Tratamento e Distribuição de Água: Um Estudo de Caso. Conexões – Ciência e Tecnologia, v. 12, n. 3, p. 25–39, 2018. Disponível em: https://conexoes.ifce.edu.br/index.php/conexoes/article/view/1323. Acesso em: 27 nov. 2024.
ZANCAN, Marcos D. Controladores Programáveis. 3ª ed, 2011. Disponível em: https://www.ufsm.br/app/uploads/sites/413/2018/11/17_controladores_programaveis.pdf. Acesso em: 23 set. 2024.
1Graduação em Engenharia Elétrica – Centro Universitário UNA.anaclarasilva15@icloud.com;
2Graduação em Engenharia Elétrica – Centro Universitário UNA.igor.moraesg2@gmail.com;
3Graduação em Engenharia Elétrica – Centro Universitário UNA.prodriguesnunes@gmail.com;
4Graduação em Engenharia Elétrica – Centro Universitário UNA.sergiovlima98@gmail.com