O papel da automação de processos em um mundo interconectado – Parte 2

13/07/2020

Artigo

Este artigo é Parte 2 de uma serie.

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O cenário a seguir parece uma narrativa ficcional distópica, mas é uma realidade vivida. Uma catástrofe, tal como a crise da COVID-19, está a afectar dramaticamente a sociedade. A normalidade, como era conhecida antes, mudou repentinamente: as ruas ficaram vazias, as lojas foram fechadas e a produção foi reduzida ou completamente paralisada. Mas o que acontece aos sistemas relacionados com a segurança, como os das indústrias farmacêutica ou alimentar, que não devem ficar parados e são concebidos de tal forma que não podem falhar? Como minimizar o risco de avarias e paragens? Ou, em caso de falha, como podem ser limitados os danos às pessoas e ao ambiente ou, em geral, mantida a sequência operacional?

Digitalização: maldição ou bênção?

Ao considerar plantas de engenharia de processos, somos repetidamente confrontados com palavras-chave como «Indústria 4.0», «digitalização», «transformação digital», «IoT», «fabricação inteligente», etc O tema é frequentemente discutido de forma controversa e muitas vezes trata-se de um ou dicotomia: homem ou máquina e os medos associados. Não importa o nome que você dê à digitalização, cada termo aqui tem uma coisa em comum: conectar de forma inteligente locais e processos separados na produção industrial usando modernas tecnologias de informação e comunicação. Automação do processo é um bloco de construção pequeno, mas importante, que precisa de atenção. Os dados só podem ser registrados, encaminhados e reproduzidos de forma consistente com tecnologia de medição robusta e confiável.

Já há algum tempo, tópicos como sensores, automação e controle de processos têm sido discutidos na indústria de processos.PAT) com o objetivo de reduzir tempos de inatividade e otimizar a utilização de recursos. No entanto, não se trata apenas da pura recolha de dados, mas também da sua interpretação significativa e integração no sistema de GQ. Só uma avaliação e avaliação consequentes podem levar a um aumento significativo de eficiência e otimização.

Isto representa uma oportunidade real de manter processos produtivos com mão de obra reduzida em tempos de crise. As análises relevantes são transferidas automática e integralmente para o processo. Isto permite alta disponibilidade e intervenção rápida, bem como a garantia de requisitos de alta qualidade para segurança e otimização de processos. Além disso, o monitoramento on-line de todos os componentes do sistema e as atividades de manutenção preventiva neutralizam efetivamente uma falha.

Saiba mais sobre os fundamentos da tecnologia analítica de processos aqui

Plantas de produção conectadas digitalmente

Embora a digitalização esteja relativamente bem estabelecida no sector privado sob o slogan «casa inteligente», em muitas áreas de produção o tema ainda está na sua infância. Para interligar diferentes processos de forma inteligente, são exigidas altas exigências. Os sistemas de análise de processos dão uma contribuição importante para a análise de parâmetros críticos. O encaminhamento dos dados para a sala de controle é crucial para o controle e otimização do processo. Para corresponder ao estado da arte, os sistemas de análise de processos devem atender aos seguintes requisitos:

Comunicação transparente/manutenção operacional

Os processos devem ser monitorados continuamente e a segurança da planta garantida. Os tempos de inatividade estão associados a despesas e custos elevados e, portanto, não podem ser tolerados. Para minimizar efetivamente o risco de falhas, os dados de diagnóstico devem ser transmitido continuamente como parte da autoverificação, ou falhas devem ser evitadas com a ajuda de atividades de manutenção preventiva. Idealmente, a resposta deve ser rápida e as falhas corrigidas sem a necessidade de desligar o sistema (mesmo remotamente).

Automação preparada para o futuro

Se você considerar há quantos anos (ou mesmo décadas) as plantas de processo estão em operação, é evidente que extensões e otimizações devem ser possíveis durante sua vida útil. Isto inclui tanto o implementação de analisadores de última geração e a comunicação entre os sistemas.

Sistemas redundantes

Para evitar que falhas coloquem em risco todo o funcionamento do sistema, conceitos de redundância geralmente são usados.

Exemplo prático: Conceitos inteligentes para processos de fermentação

Fermentadores ou biorreatores são usados em uma ampla variedade de indústrias para cultivar microrganismos ou células. Bactérias, leveduras, células de mamíferos ou seus componentes servem como importantes ingredientes ativos na indústria farmacêutica ou como produtos químicos básicos na indústria química. Além disso, também existem processos de degradação no tratamento de águas residuais auxiliados pela utilização de biorreatores. As chaleiras na produção de cerveja também podem ser consideradas uma espécie de biorreator. A fim de atender aos elevados requisitos para um rendimento de produto correspondente e a manutenção das condições ideais para um metabolismo adequado, os parâmetros críticos devem ser verificados de perto e com frequência.

As condições devem ser adaptadas de forma ideal às do habitat natural do organismo. Em adição a valor do PH e temperatura, isso também inclui o composição do matriz, o turbidez, ou o conteúdo de O₂ e companhia₂. A criação de condições ambientais ideais é crucial para o cultivo bem-sucedido dos organismos. Os menores desvios têm consequências devastadoras para a sua sobrevivência, podendo causar danos económicos significativos devido à perda de produto.

Com o advento das tecnologias inteligentes, os sistemas de análise online e os sensores livres de manutenção tornaram-se indispensáveis para garantir a sobrevivência dos microrganismos. Desta forma, os valores medidos de forma confiável são fornecidos 24 horas por dia e é garantido que estes sejam transferidos diretamente para todos os sistemas de controle de processo comuns ou integrados em sistemas QM existentes.

Em vez da medição off-line manual em um laboratório separado, a análise pode ser feita diretamente no meio ou movida para uma célula de medição externa. A análise online tem uma vantagem extra em comparação com a análise inline. Com este método, o fluxo de amostra é alimentado ao sistema de análise por sucção com bombas peristálticas ou linhas de desvio. A análise online não só permite a possibilidade de operação 24 horas por dia, 7 dias por semana e, portanto, um controle rigoroso dos parâmetros críticos, mas também a combinação de diferentes métodos de análise e a determinação de outros parâmetros. Isto significa que vários parâmetros, bem como vários pontos de medição, podem ser monitorados com um sistema.

O coração dos sistemas de análise é a tecnologia de sensores inteligentes, cuja robustez é crucial para a geração confiável de valores medidos.

Medição de pH como parâmetro chave vital em biorreatores

O conhecimento do valor exato do pH é crucial para o rendimento do produto, especialmente em processos de fermentação. A atividade do organismo e seu metabolismo dependem diretamente do valor do pH. As condições ideais para o crescimento celular ideal e o metabolismo adequado estão dentro de uma faixa limitada de tolerância de pH que deve ser continuamente monitorada e ajustada com a ajuda de sensores altamente precisos.

Os sensores de pH ProTrode da Metrohm Process Analytics são as soluções mais adequadas para análise de pH em “tempo real”

No entanto, a medição exata do valor do pH está sujeita a uma série de fatores de influência química, física e mecânica, o que significa que a determinação com sensores inline convencionais muitas vezes não é uma tarefa fácil. . Por exemplo, o cumprimento das medidas de higiene é de importância crítica nas indústrias farmacêutica e alimentar. As tubulações na produção são limpas com soluções em temperaturas elevadas. Portanto, sensores de pH robustos em linha são necessários para evitar efeitos prejudiciais (por exemplo, precisão, sensibilidade e vida útil reduzidas).

Eletrodos adequados para medições de pH em linha para a indústria farmacêutica e de biotecnologia

Eletrodos de pH inteligentes e livres de manutenção

Eletrodos de vidro são usados principalmente para medição de pH porque ainda são de longe a solução mais resistente, versátil e confiável. No entanto, em muitos casos, alterações devido a processos de envelhecimento ou contaminação no diafragma permanecem não detectadas. A quebra do vidro também representa um alto risco porque pode resultar no descarte de todo o lote de produção. Para a indústria farmacêutica, os sensores ProTrode 200 e ProTrode 300 da Metrohm Process Analytics são a solução perfeita para evitar estes problemas. Eles são equipados com um eliminador de prata para evitar contaminações por íons Ag da amostra do processo.

Sensores ProTrode 200 (esquerda) e ProTrode 300 (direita) para ambientes de processos farmacêuticos e biotecnológicos.

O Analisador de pH 2026 da Metrohm Process Analytics é um sistema de análise totalmente automático, por exemplo, para determinar o valor de pH como um parâmetro de processo individual.

Além disso, esses sensores de qualidade suíça oferecem vidro de qualidade tipo HT, que permite leituras estáveis e medições precisas em uma ampla faixa de pH, com capacidade de resistir aos ambientes mais desafiadores. Em muitas soluções de processo, a medição com sensores de processo ocorre diretamente no meio e, às vezes, a calibração e a manutenção podem ser um desafio. Nossos sensores de pH ProTrode foram projetados de dentro para fora para serem capazes de realizar calibração e manutenção em uma área segura (por exemplo, laboratório) e todos os dados podem ser facilmente transferidos para o sensor em linha sem trabalhos de manutenção dispendiosos e tempo de inatividade.

Por outro lado, os analisadores de processos online também são uma boa solução para medição de pH. Aqui, a medição é transferida do processo para uma célula de medição externa. Isso permite que uma medição de pH duradoura seja alcançada com uma precisão que não é possível com sondas inline clássicas.

A Metrohm Process Analytics reuniu décadas de conhecimento em aplicações relacionadas a sensores de alta qualidade e análise de processos. Quando a medição de pH é realizada com analisadores de processo on-line, a calibração, o ajuste e a limpeza podem ser realizados totalmente automaticamente. O sistema monitora continuamente a condição do eletrodo. Entre as medições, o eletrodo é imerso em uma solução de armazenamento compatível com a membrana que evita ressecamento, e ao mesmo tempo evita que a camada de hidratação inche ainda mais pois não contém íons alcalinos. O eletrodo é sempre pronto para uso e não precisa ser removido do processo para trabalhos de manutenção.

Saiba mais sobre o Analisador de pH 2026 da Metrohm Process Analytics

Manutenção e digitalização

Além do monitoramento automático de parâmetros críticos do processo, a comunicação transparente entre o sistema e o analisador também desempenha um papel decisivo em termos de medidas de manutenção. A coleta de dados vitais do analisador para avaliar o estado do sistema é apenas um componente. O monitoramento contínuo dos componentes relevantes do sistema permite tirar conclusões sobre qualquer trabalho de manutenção necessário. Por exemplo, verificações de rotina da condição dos eletrodos (verificação de inclinação/ponto zero, possivelmente calibração automática) são realizadas regularmente durante o processo de análise. Com base nos dados, os processos de calibração e limpeza são realizados de forma totalmente automática, que permitem medições robustas mesmo em pontos de medição de difícil acesso ou em meios de processo agressivos. Isso significa que o operador está fora da zona de perigo, o que contribui para aumentar a segurança.

Serviço de Qualidade Metrohm – Evite problemas antes que eles ocorram

Resumo

A ligação dos processos de produção à tecnologia digital tem um potencial particularmente grande e contribui para a segurança económica das empresas. Além disso, cresce constantemente a pressão para que as empresas enfrentem as exigências da digitalização na produção. A título de exemplo, na área dos processos de fermentação, a sobrevivência dos microrganismos é assegurada através da monitorização de perto dos parâmetros relevantes.. Sistemas inteligentes aumentam o grau de automação e podem tornar o processo ao longo de toda a cadeia de valor mais eficiente.

Descubra no próximo capítulo como os conceitos de segurança funcional ajudam a agir antes que o pior cenário se torne realidade onde ocorrem erros e os sistemas falham. Confira aqui:

Prevenido é Prevenido: Minimização de erros e riscos na análise de processos – Parte 3