A Casa de Algas: gerando energia de algas vivas em sua fachada
Desafio
- Combinando a tecnologia inovadora usada para crescimento de algas com tecnologias modernas de construção
Soluções
- Controlador CompactLogix da Allen-Bradley
- E/S remota
- Software de visualização FactoryTalk View
- EtherNet/IP
- Tecnologia de medição de processo da Endress+Hauser
Resultados
- O controlador CompactLogix fornece integração total entre o software de programação, controladores e módulos de E/S
- Redução do tempo de desenvolvimento inicial, do comissionamento e do custo de operação
- Processo de programação simplificado com arquitetura baseada em tag do sistema de controle
- Visualização realista de todos os processos graças às funções gráficas fáceis de usar do FactoryTalk View, fácil de monitorar o sistema e os processos de análise
- O software também permite que o usuário reaja rapidamente aos alertas de erro e alarmes
A tecnologia de controle remoto da Rockwell Automation conecta a tecnologia predial com biorreatores inovadores
Histórico
A primeira construção do mundo com uma fachada de biorreator foi revelada em 2013 pela Internationale Bauausstellung (IBA) em Hamburgo, Alemanha.Microalgas procriam dentro de conchas na edificação, usando fotossíntese e energia solar para produzir biomassa e calor.Um dos maiores desafios desse projeto foi vincular a tecnologia necessária para cultivar microalgas com a tecnologia moderna de construção.A Rockwell Automation forneceu elementos de controle, que integram todas as diversas tecnologias em um único sistema, enquanto habilita a operação automática durante todo o ano.
O IBA em Hamburgo estabeleceu um objetivo:moldar o futuro das cidades no Século XXI.Como parte dessa ambição, o instituto desenvolveu vários projetos que forneceram respostas inovadoras e sustentáveis para as questões de hoje sobre desenvolvimento urbano.Ele apresentou o BIQ – nome do IBA para sua casa autossuficiente em energia – na área de Wilhelmsburg de Hamburg em 2013. A casa possui a primeira fachada de biorreator, na qual microalgas são cultivadas em tanques de vidro laminado e produzem biomassa e calor da energia do sol e por fotossíntese.Esse calor então é alimentado em trocadores de calor e torna-se disponível para aquecimento da casa.As algas são colhidas regularmente e usadas como matéria-prima para criação de biogás.Os elementos da fachada verde conferem à construção uma aparência original, justamente por isso o apelido Casa de Algas.
As algas são colhidas regularmente e usadas como matéria-prima para criação de biogás.
A Casa de Algas é uma construção passiva em cubos, com cinco andares, e quinze apartamentos.Ela foi projetada pelo escritório de arquitetura Splitterwerk, de Graz na Áustria, cujo conceito venceu uma competição de arquitetura realizada pelo IBA.O sistema de fachada foi desenvolvido por SSC Strategic Science Consult GmbH, Arup Deutschland GmbH e Colt International GmbH.Eles usaram produtos de automação e soluções da Rockwell Automation, que foram integrados perfeitamente com a tecnologia de medição e processo do parceiro da Strategic Alliance Endress+Hauser.
Desafio
A fachada de biorreator cobre uma área de 200 m² e forma o núcleo do sistema de energia.É composto por tanques de vidro que medem 2,6 m de altura por 70 cm de largura e aproximadamente 2 cm de profundidade, com uma capacidade de aproximadamente 24 litros.Os tanques são preenchidos com uma solução de cultura enriquecida com sais nutrientes, proporcionando condições ideais de crescimento das microalgas.O ar comprimido assegura que as algas estejam sempre em movimento e CO2 é alimentado continuamente no reator para estimular ainda mais o crescimento.O CO2 é fornecido por uma caldeira a gás.A luz do sol não utilizada pelas algas também aquece o líquido do reator.Assim como um sistema de energia solar, esse calor é separado em uma unidade de energia e usado para aquecer a construção.
Dr. Martin Kerner, Diretor Gerente da SSC Strategic Science Consult GmbH, explica:“O maior desafio deste projeto pioneiro foi combinar a tecnologia inovadora usada para crescimento das algas com as tecnologias modernas de construção.Essa foi a única maneira de alicerçar as diversas funções da fachada de microalgas – como o aquecimento e a produção de biomassa – enquanto também assegura isolamento acústico e proteção de luz ao edifício.Resolvemos isso com a Casa de Algas – é a primeira do gênero no mundo.”
Solução
A tecnologia de automação é uma parte importante do sistema todo e permite seu funcionamento automaticamente durante o ano.Um controlador CompactLogix™ Allen-Bradley da Rockwell Automation forma o núcleo do sistema de automação fornecendo integração total entre o software de programação, controladores e os módulos de E/S, ajudando a reduzir o tempo de desenvolvimento inicial e a reduzir os custos de comissionamento e operação.
Outros dispositivos conectados ao controlador CompactLogix incluem sistemas de tecnologia de construção, como trocadores de calor, bem como cortadores de algas e unidades de conversão que transformam biomassa em biogás.O CLP também controla todas as bombas usadas para guiar os módulos do reator na direção do sol. As entradas e saídas remotas são conectadas ao controlador via EtherNet/IP, fornecendo controle descentralizado em todos os andares do prédio.Isso fornece comunicação em redes robusta, em tempo real e controle discreto em alta velocidade.Ao contrário de outras redes que alteram continuamente o seu projeto de rede para atender às demandas de aplicações industriais, a EtherNet/IP ajuda a garantir alta usabilidade e consistência de todo o sistema para maior capacidade em tempo real.
O sistema todo é operado por um especialista na SSC Strategic Science Consult GmbH, usando o software de visualização FactoryTalk® View da Rockwell Software.As funções gráficas fáceis de usar oferecem ao usuário uma visualização realista de todos os processos, tornando fácil monitorar o sistema e os processos de análise.O software também permite que o usuário reaja rapidamente aos alertas de erro e alarmes.Se necessário, o usuário também pode intervir nos processos diretamente, modificando os parâmetros de controle predefinidos via software de visualização.Como resultado, o FactoryTalk View é um elemento essencial que contribui para uma operação dos biorreatores livre de erros.
A Casa de Algas foi projetada pelo escritório de arquitetura Splitterwerk, de Graz, na Áustria, cujo conceito venceu uma competição de arquitetura realizada pelo IBA
Vários dispositivos de medição da Endress+Hauser – como medidores de vazão e instrumentos de análise – são conectados ao controlador Allen-Bradley.Eles verificam os níveis de preenchimento nos módulos do reator, bem como o pH, oxigênio e níveis de nitrato no meio de crescimento.Um fotômetro de processo é usado para definir quando a alga deve ser colhida, de forma que a remoção da biomassa possa ser controlada automaticamente.
O sistema foi projetado inicialmente como um protótipo, mas a Rockwell Automation o está preparando para implementação no mundo todo com a adição de quatro linguagens de programação.Dependendo da formação dos técnicos locais, o sistema pode ser programado usando lógica ladder, texto estruturado, um plano de função ou um controle sequencial de funções.Além disso, a arquitetura baseada em tag do sistema de controle simplifica o processo de programação.
Pela primeira vez, a Casa de Algas tornou possível o teste de um sistema descentralizado que fornece com calor e energia a um prédio, enquanto produz energia de biomassa de alta qualidade.Ela também reduz o gás do efeito estufa CO2.A empresa SCC GmbH está combinando dados de produção e desempenho no contexto de um projeto de monitoração de dois anos, enquanto a HafenCity University, em Hamburgo, está coletando informações para esse projeto a respeito da aceitação da nova tecnologia.
“O objetivo dessa análise de dados e avaliação precisas é nos tornar aptos a implementar essa tecnologia no futuro em sistemas maiores e viabilizar métodos de construção ecológica e eficiente em energia, comenta o Dr. Kerner da SSC Strategic Science Consult GmbH.
