Reator BioSiSH2: inovação e sustentabilidade para transição energética com tecnologia Altus

A busca global por mitigar os efeitos das mudanças climáticas colocou o hidrogênio no centro das estratégias de transição energética nos últimos anos. No Brasil, país que conta com uma das matrizes energéticas mais limpas do mundo e grande potencial para a produção de biogás, a união da pesquisa acadêmica com a automação industrial de alta performance vem gerando resultados promissores. Um exemplo emblemático disso é a inauguração do reator BioSiSH2, uma planta piloto avançada desenvolvida pela Lobo Soluções Industriais para o Laboratório de Tecnologias Ambientais (LabTam) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).  

Este projeto vai além da entrega de uma infraestrutura científica complexa: trata-se de um marco para a soberania tecnológica brasileira. Financiado com recursos do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e do Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FNDCT), o reator BioSiSH2 integra formalmente o Sistema Brasileiro de Laboratórios em Hidrogênio (SisH2-MCTI).

Nesse contexto, a escolha da tecnologia de automação foi determinante para o sucesso da aplicação, exigindo soluções robustas, alta precisão no controle de processos químicos sensíveis e uma interface de supervisão capaz de transformar dados brutos em conhecimento. Para atender a essas demandas, a Lobo Soluções Industriais, em parceria com a Altus, desenvolveu a aplicação utilizando o XP340 PLC and software SCADA BluePlant. Conheça esse projeto ao longo dos próximos parágrafos.

O desafio da produção de hidrogênio a partir do biogás

A produção de hidrogênio renovável a partir do biogás envolve desafios termodinâmicos e operacionais consideráveis. O processo central da planta BioSiSH2 é a reforma a seco do metano (DRM), uma reação altamente endotérmica que ocorre em temperaturas elevadas, geralmente entre 700∘C e 900∘C. 

A equação química desse processo pode ser representada como: CH4​+CO2​→2H2​+2CO

Nesta reação, o metano (CH4​) e o dióxido de carbono (CO2​), os dois principais componentes do biogás e potentes gases de efeito estufa, são convertidos em gás de síntese. A eficiência desta conversão depende de um controle extremamente preciso da temperatura do reator e das vazões de alimentação. Oscilações térmicas não apenas reduzem o rendimento, mas podem levar à desativação rápida dos catalisadores por formação de coque (deposição de carbono sólido), o que compromete a integridade da pesquisa e aumenta os custos operacionais.   

Além da reforma, a planta piloto integrou um módulo de síntese, responsável por transformar o gás de síntese em hidrocarbonetos de maior valor agregado, como combustíveis sintéticos e metanol. Este segundo estágio exige pressões e temperaturas controladas em malhas de controle PID (Proporcional-Integral-Derivativo) de alta complexidade. A instabilidade em qualquer um desses parâmetros pode resultar em reações secundárias indesejadas ou riscos de segurança, dado que tanto o metano quanto o hidrogênio são altamente inflamáveis e explosivos.   

Esse cenário traz, de forma imediata, exigências rigorosas de segurança e conformidade normativa, já que a operação de uma planta de processos químicos avançados em um ambiente universitário demanda o atendimento a padrões elevados de proteção. O projeto precisou cumprir os requisitos das normas NR-12 (Segurança no Trabalho em Máquinas e Equipamentos) e NR-13 (Caldeiras, Vasos de Pressão, Tubulações e Tanques Metálicos de Armazenamento).

Nesse contexto, a automação deixou de ser apenas uma ferramenta de produtividade e passou a assumir um papel essencial na proteção da vida. Era indispensável contar com um sistema capaz de executar intertravamentos de segurança de forma imediata diante de situações como vazamentos, sobrepressão ou falha nos aquecedores.

A solução tecnológica principal: o controlador XP340

Para comandar essa operação complexa, a Lobo Soluções optou pelo XP340. Esse controlador se destaca por entregar o desempenho de controladores de grande porte em um design compacto e IoT Ready, sendo ideal para aplicações que exigem alta capacidade de processamento em espaços reduzidos. 
  
E como um dos maiores desafios enfrentados pela Lobo Soluções foi a integração de mais de 230 componentes na planta piloto, o XP340 simplificou esse processo ao oferecer múltiplas interfaces de comunicação, como portas Ethernet e RS-485.

A arquitetura do sistema fez uso extensivo do protocolo Modbus RTU para a comunicação com dispositivos escravos na rede, permitindo a leitura confiável de instrumentos de diferentes fabricantes em uma única infraestrutura. Além disso, o suporte ao protocolo OPC UA garante que o sistema esteja preparado para integrações futuras com plataformas em nuvem e soluções de análise de Big Data, caso necessário.

The XP340 é equipado com um processador ARM de 32 bits de alta velocidade, capaz de processar lógicas complexas e múltiplas malhas PID simultaneamente. Na aplicação do LabTam, o controlador gerencia as resistências elétricas de aquecimento dos reatores, onde o tempo de resposta e a precisão são vitais para evitar o “overshoot” térmico que danificaria os catalisadores.  A robustez do hardware permite a execução de até 16 tarefas em paralelo, garantindo que as rotinas de segurança tenham prioridade absoluta de processamento em relação às tarefas de aquisição e tratamento de dados.

Veja como as principais características do XP340 atuam diretamente no controle da operação:

E a alta densidade de E/S do XP340 também foi um diferencial para o projeto. Em um único módulo, o controlador reúne 16 entradas digitais, 16 saídas digitais a transistor, 5 entradas analógicas de tensão/corrente, 2 entradas analógicas para sensores de temperatura RTD e 4 saídas analógicas. Essa configuração permitiu integrar a maior parte dos instrumentos de campo diretamente ao controlador central, reduzindo custos com cabeamento e minimizando potenciais de falha no sistema.  

A robustez da aplicação também se deve às capacidades de memória do controlador:

Essas especificações garantem que o controlador não sofra com latência, mantendo o tempo de ciclo estável mesmo com a rede Modbus RTU operando em carga máxima.   

Engenharia distribuída e intuitividade com o SCADA BluePlant

Se o XP340 é o cérebro da planta, o BluePlant atua como o sistema nervoso e a memória do BioSiSH2. Desenvolvido sobre a plataforma Microsoft Windows Presentation Foundation (WPF), ele oferece uma interface moderna e intuitiva para que a planta seja operada de forma assistida, segura e eficiente.

O uso da tecnologia WPF/XAML no BluePlant possibilita a criação de sinóticos independentes de resolução e gráficos de alta qualidade mesmo em telas com grande quantidade de objetos dinâmicos. Isso se reflete em telas intuitivas que permitem acompanhar, em tempo real, o fluxo de reagentes (CH₄, CO₂) e a formação dos produtos, com animações que indicam o estado de abertura das válvulas e o funcionamento dos aquecedores.   

The BluePlant também permite a engenharia distribuída, onde múltiplos desenvolvedores podem trabalhar no projeto simultaneamente via rede, acelerando o comissionamento da planta. Além disso, sua arquitetura cliente-servidor nativa em 64 bits garante estabilidade para operações de longa duração.

O papel crítico do historiador e da gestão de alarmes

Na pesquisa científica, o dado é o ativo mais valioso. Por isso, o historiador avançado do BluePlant pode ser configurado para registrar continuamente cada variável de processo em bancos de dados SQL, assegurando a rastreabilidade dos experimentos.

Diferentemente de sistemas tradicionais que utilizam linguagens interpretadas, como VBA ou VBScript, o BluePlant é baseado em linguagens compiladas .NET (C# e VB.NET), o que resulta em maior estabilidade, desempenho e segurança na gravação dos logs, requisitos essenciais para ambientes que demandam a integridade e confiabilidade dos dados ao longo do tempo.

Já o gerenciamento de alarmes do BluePlant é estruturado para garantir que nenhum desvio operacional passe despercebido. Para isso, podem ser definidos grupos de alarmes com diferentes níveis de severidade, permitindo uma resposta proporcional a cada situação:

• – Críticos: disparam intertravamentos de segurança e rotinas automáticas de purga, atuando imediatamente para eliminar condições de risco;

• – Avisos: notificam sobre variações de tendência que podem afetar a qualidade da reação, permitindo ajustes preventivos antes que ocorram desvios mais severos;

• – Eventos de sistema: registram todo o histórico de operação e as ações dos usuários.

Do protótipo à consolidação da tecnologia nacional

O que teve início como uma demanda acadêmica da UFRN evoluiu para um projeto de relevância nacional ao ser oficialmente integrado ao Sistema Brasileiro de Laboratórios de Hidrogênio (SisH2-MCTI), consolidando-se como um exemplo concreto de inovação aplicada à transição energética brasileira.

Segundo Ciro Lobo, a experiência com a Altus foi positiva desde o primeiro contato. O processo de cotação ágil e transparente, aliado a um suporte técnico rápido e altamente especializado, permitiu que a Lobo Soluções concentrasse seus esforços na inteligência e na complexidade do processo químico, enquanto a Altus assegurava a estabilidade, confiabilidade e desempenho da plataforma de automação. “A tecnologia nacional, com excelente custo-benefício e alta disponibilidade, foi um fator decisivo”, destaca.

A aplicação integrada do CLP XP340 com o SCADA BluePlant resultou em ganhos expressivos para o projeto, entre eles:

• – Aumento significativo da segurança, com intertravamentos confiáveis e atuação automática em situações críticas;

• – Alta estabilidade operacional, essencial para a condução de ensaios de longa duração sem interrupções;

• – Maior precisão no controle das malhas PID, permitindo ajustes finos e repetíveis nas reações químicas;

• – Redução de erros operacionais, proporcionada por uma interface SCADA intuitiva e orientada ao operador;

• – Elevação da confiabilidade dos dados experimentais, assegurando a qualidade, rastreabilidade e validade científica dos resultados obtidos.

Com a consolidação deste projeto, a Altus reafirma sua posição como parceira estratégica do setor de energias renováveis, entregando soluções que combinam software de supervisão de última geração com hardwares de controle robustos. O BioSiSH2 representa, sem dúvida, um grande passo rumo a um Brasil cada vez mais sustentável e tecnologicamente independente.

A trajetória apresentada reforça que o sucesso em aplicações complexas depende da escolha de parceiros capazes de oferecer não apenas produtos, mas um ecossistema completo de suporte, facilidade de desenvolvimento e tecnologia de ponta. A transição energética exige precisão, e, no LabTam, essa precisão tem nome: Altus.