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A digitalização apoia a investigação climática no Reino Unido

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Há cerca de 200 anos, foram plantados carvalhos 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 perturbações, agora serve a um propósito muito diferente: como local de investigação para o Birmingham Institute of Forest Research, Free Air Carbon Dióxido Enrichment, ou BiFor FACE. Aqui, os cientistas expõem árvores maduras a níveis elevados de CO2 para estudar como as florestas podem responder a uma mudança climática.

O Dr. Kris Hart, que tem um doutoramento em biogeoquímica do solo e agora serve como Chefe de Operações da BiFor FACE, explica: “Queremos perceber como o aumento relativamente súbito do CO2 atmosférico, impulsionado pelas emissões de combustíveis fósseis, está a afetar a estrutura e a função do ecosystem florestal. Para fazer isso, estamos a expor seções de amostra da floresta aos níveis de CO2 esperados até 2050 e a estudar tudo, desde a fisiologia das árvores e doenças até as plantas, solos e insetos do sub-bosque — basicamente todos os níveis em que possa imaginar.”

Esta abordagem abrangente depende de um controlo preciso e entrega consistente de CO2, juntamente com a recolha de dados de alta qualidade. Central para ambos é o nosso hardware e software de automação industrial.

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 numa forma altamente pura, que é proveniente como um subproduto da digestão anaeróbia de resíduos alimentares. Em cada uma destas matrizes, cerca de 30 pontos de entrega posicionados em alturas variadas libertam o CO2. As três matrizes restantes servem como gráficos de controlo para comparação.

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

“Começámos por ouvir atentamente as necessidades dos investigadores”, diz Jennifer Hughes, Directora Geral da Transicon. “Rapidamente ficou claro que a solução mais eficaz e preparada para o futuro seria um sistema de controlo industrial construído em torno das tecnologias Siemens.”

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Rapidamente ficou claro que a solução mais eficaz e preparada para o futuro seria um sistema de controlo industrial construído em torno das tecnologias Siemens.
Jennifer Hughes, Gerente Geral, Transicon

Integração fácil, comissionamento rápido

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Os engenheiros da Transicon montaram um pacote abrangente de tecnologias Siemens para gerir a rede de válvulas, analisadores de gás, sensores de vento e outros instrumentos nas instalações da BiFor FACE e recolher dados vitais. No cerne está o Simatic S7-1200 controlador lógico programável (PLC). Como cérebro do sistema, processa dados em tempo real — como padrões de vento, chuva e exposição ao sol para determinar quanto CO2 libertar para manter os níveis especificados. Os blocos de função PLC de simulação também foram desenvolvidos no portal TIA (Automação Totalmente Integrada) da Siemens para replicar as condições de funcionamento do mundo real para suportar testes do sistema.

Sensors e atuadores em todo o site estão conectados ao PLC através do Simatic ET 200SP, um sistema de E/S modular que permite a recolha de dados fiável e a execução de comandos no terreno. 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 investigadores da BiFor FACE uma visão clara e em tempo real do estado do sistema. As necessidades de manutenção são agora mais fáceis de identificar, permitindo uma resolução de problemas mais rápida e direcionada. Uma inovação fundamental foi o desenvolvimento de um motor de visualização 3D, que permite aos investigadores ver as alturas relativas de todos os sensores e visualizar as matrizes a partir 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 investigação

A nova configuração é exatamente o que o Dr. Kris Hart e a sua equipa precisavam. “A experiência da Transicon permitiu-nos aumentar significativamente a precisão e fiabilidade do nosso sistema de entrega de dióxido de carbono, o que é absolutamente vital para a integridade da nossa investigação a longo prazo sobre alterações climáticas”, diz ele. Além do mais, a instalação pode ser replicada para outros locais em todo o mundo estudando o impacto de concentrações mais elevadas de CO2 na atmosfera.

Isso foi concebido, diz Jennifer Hughes: “A solução que desenvolvemos fornece um modelo para sistemas de controlo experimental fiáveis e consistentes que poderiam ser implementados globalmente caso as experiências FACE sejam expandidas para outros locais no futuro.” Porque se as descobertas da BiFor FACE moldarem a política climática global, terão de ser apoiadas por dados de outras florestas maduras em todo o mundo.

Perfis da empresa

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Desde 2017, o Birmingham Institute of Forest Research, Free Air Carbon Dióxido Enrichment, ou BiFor FACE, tem simulado a atmosfera prevista para 2050 bombeando CO₂ em torno de carvalhos maduros. Ao imitar o ambiente futuro, os investigadores podem perceber como se pode esperar que as florestas respondam a um ambiente em mudança. O BiFor FACE é uma das três únicas instalações a nível mundial e tem sido celebrado pelo 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 controlo sob medida. A experiência da empresa abrange AC, DC e servo-drives, bem como sistemas PLC e SCADA. A Transicon serve uma vasta gama de clientes industriais, trabalhando em todo o Reino Unido e internacionalmente.

Especialistas em System Integration e Automação Industrial | Transicon