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A digitalização apoia a pesquisa climática no Reino Unido

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Há cerca de 200 anos, carvalhos foram plantados nesta floresta em Staffordshire para fornecer madeira para a frota de navios de madeira da Grã-Bretanha. Depois veio a revolução industrial. O aço substituiu a madeira e a floresta foi esquecida. Deixado para crescer sem ser perturbado, agora serve a um propósito muito diferente: como local de pesquisa para o Instituto de Pesquisa Florestal de Birmingham, experimento de enriquecimento de dióxido de carbono no ar livre ou BIFor FACE. Aqui, cientistas expõem árvores maduras a níveis elevados de CO2 para estudar como as florestas podem responder às mudanças climáticas.

O Dr. Kris Hart, que tem doutorado em biogeoquímica do solo e agora atua como chefe de operações na BiFor FACE, explica: “Queremos entender como o aumento relativamente repentino do CO2 atmosférico, impulsionado pelas emissões de combustíveis fósseis, está afetando a estrutura e a função do ecossistema florestal. Para fazer isso, estamos expondo amostras da floresta aos níveis de CO2 esperados até 2050 e estudando tudo, desde a fisiologia e doenças das árvores até plantas do sub-bosque, solos e insetos — basicamente todos os níveis que você possa imaginar.”

Essa abordagem abrangente depende do controle preciso e da entrega consistente de CO2, juntamente com a coleta de dados de alta qualidade. Nosso hardware e software de automação industrial são fundamentais para ambos.

Uma atualização preparada para o futuro

Dentro da floresta, as árvores são agrupadas em seis chamadas matrizes, cada uma cercada por torres abertas que permitem que o vento, a chuva e os insetos se movam livremente pelo local. Três das matrizes são regularmente expostas a níveis elevados de CO2 em uma forma altamente pura, que é obtida como um subproduto da digestão anaeróbica de resíduos alimentares. Em cada uma dessas matrizes, cerca de 30 pontos de entrega posicionados em diferentes alturas liberam o CO2. As três matrizes restantes servem como gráficos de controle para comparação.

Quando o projeto foi lançado em 2017, uma linguagem de programação baseada em texto operando em PCs foi escolhida para controlar os instrumentos responsáveis pela liberação de CO2 nas matrizes. Com o tempo, o sistema começou a mostrar sua idade e limitações, levando a equipe da BiFor FACE a procurar uma alternativa mais robusta e flexível — o que os levou ao integrador de sistemas Transicon.

“Começamos ouvindo atentamente as necessidades dos pesquisadores”, diz Jennifer Hughes, gerente geral da Transicon. “Logo ficou claro que a solução mais eficaz e preparada para o futuro seria um sistema de controle industrial construído com base nas tecnologias da Siemens.”

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Logo ficou claro que a solução mais eficaz e preparada para o futuro seria um sistema de controle industrial construído com base nas tecnologias da Siemens.
Jennifer Hughes, Gerente geral, Transicon

Fácil integração, comissionamento rápido

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Os engenheiros da Transicon montaram um pacote abrangente de tecnologias da Siemens para gerenciar a rede de válvulas, analisadores de gás, sensores de vento e outros instrumentos no site da BiFor FACE e coletar dados vitais. No centro está o Simatic S7-1200 controlador lógico programável (PLC). Como cérebro do sistema, ele processa dados em tempo real, como padrões de vento, chuva e exposição ao sol, para determinar a quantidade de CO2 a ser liberada para manter os níveis especificados. Os blocos de função PLC de simulação também foram desenvolvidos no portal TIA (Totally Integrated Automation) da Siemens para replicar as condições operacionais do mundo real para apoiar os testes do sistema.

Sensores e atuadores em todo o site são conectados ao PLC por meio do Simatic ET 200SP, um sistema de E/S modular que permite a coleta confiável de dados e a execução de comandos em campo. Graças à sua comutação de estado sólido, o sistema está exposto a menos desgaste mecânico, tornando-o mais robusto e menos propenso a falhas. Além disso, os módulos podem ser trocados a quente sem interromper as operações.

Siemens WinCC, uma plataforma SCADA, supervisiona todo o processo, fornecendo aos pesquisadores da BiFor FACE uma visão clara e em tempo real do status do sistema. As necessidades de manutenção agora são mais fáceis de identificar, permitindo uma solução de problemas mais rápida e direcionada. Uma inovação importante foi o desenvolvimento de um mecanismo de visualização 3D, que permite aos pesquisadores ver as alturas relativas de todos os sensores e visualizar as matrizes de vários ângulos — uma melhoria significativa em relação à interface básica do sistema anterior.

Graças ao Digital Twin capacidades integradas em TIA Portal, os engenheiros da Transicon conseguiram simular e testar o sistema antes da instalação. Isso simplificou o processo de integração e reduziu o tempo de comissionamento, reduzindo a necessidade de ajustes no local. E se precisassem de ajuda ao longo do caminho, poderiam recorrer aos engenheiros da Siemens para obter suporte.

Um modelo para outros institutos de pesquisa

A nova configuração é exatamente o que o Dr. Kris Hart e sua equipe precisavam. “A experiência da Transicon nos permitiu melhorar significativamente a precisão e a confiabilidade do nosso sistema de fornecimento de dióxido de carbono, o que é absolutamente vital para a integridade de nossa pesquisa de longo prazo sobre mudanças climáticas”, diz ele. Além disso, a instalação pode ser replicada para outros locais ao redor do mundo estudando o impacto de maiores concentrações de CO2 na atmosfera.

Isso foi planejado, diz Jennifer Hughes: “A solução que desenvolvemos fornece um plano para sistemas de controle experimental confiáveis e consistentes que poderiam ser implementados globalmente caso os experimentos FACE fossem expandidos para outros locais no futuro”. Porque para que as descobertas do BiFor FACE moldem a política climática global, elas precisarão ser apoiadas por dados de outras florestas maduras ao redor do mundo.

Perfis da empresa

BIF para o rosto

Desde 2017, o Instituto de Pesquisa Florestal de Birmingham, Enriquecimento de Dióxido de Carbono no Ar Livre, ou BiFor FACE, simula a atmosfera prevista para 2050 bombeando CO₂ em torno de carvalhos maduros. Ao imitar o ambiente futuro, os pesquisadores podem entender como se pode esperar que as florestas respondam a um ambiente em mudança. A BiFor FACE é uma das três únicas instalações desse tipo em todo o mundo e tem sido celebrada por seu design ecológico.

BiFor FACE - Universidade de Birmingham

Transicon

Fundada em 1967 e sediada no Queensway Business Park em Telford, Reino Unido, a Transicon construiu uma forte reputação na concepção e fabricação de sistemas de controle personalizados. A experiência da empresa abrange conversores AC, DC e servomotores, bem como sistemas PLC e SCADA. A Transicon atende a uma ampla gama de clientes industriais, trabalhando em todo o Reino Unido e internacionalmente.

Especialistas em System Integration e Automação Industrial | Transicon