Estudio preliminar para la automatización del laboratorio de operaciones unitarias. Implementación del sistema de control para la práctica de balances en estado no estacionario

Abstract

El área de Control de Procesos es de suma importancia tanto en la formación como en el desempeño profesional de los Ingenieros Químicos. En este sentido, es necesario que durante su formación académica, el estudiante cuente con la posibilidad de realizar prácticas de laboratorio que le faciliten la comprensión de los principios fundamentales, que deben ser considerados al momento de controlar un proceso químico dado. Este Trabajo Especial de Grado pretende, como primera fase generar la información mínima necesaria para la instrumentación de las prácticas contempladas en el programa académico del Laboratorio de Ingeniería Química I del Laboratorio de Operaciones Unitarias, para ello se realizó el estudio de los procesos involucrados en cada una de ellas y se establecieron los lazos de presión, temperatura, nivel y flujo para el control de las variables y se elaboró la documentación de la instrumentación requerida para la implementación de estos lazos. Como segunda fase, se diseño y modificó el proceso de la práctica inherente al área de Mecánica de Fluidos denominada Balances en Estado no Estacionario, implementando los lazos de control más comunes en la industria (presión, temperatura, nivel y flujo), esto se realizó mediante el estudio y análisis del proceso, la elaboración detallada de los planos asociados, el modelo matemático que lo representa y la simulación a lazo abierto con el Programa Simulink. La simulación a lazo abierto en el programa Simulink®, permitió analizar la influencia de las variables manipuladas sobre las variables controladas, mediante perturbaciones en escalón asociadas a flujos que más afectaban la respuesta del sistema. Estas simulaciones permitieron comprobar que las ganancias y constantes de tiempo obtenidas por el modelo matemático no corresponden al comportamiento que debería reflejar el sistema, en consecuencia la obtención de estos parámetros se realizó por ensayo y error de acuerdo a la respuesta que debería generarse en las variables controladas del proceso ante cambios en las variables manipuladas. Como última fase, se realizó la instalación para la comunicación de la plataforma del sistema de control referida al Software Experion® PKS con el controlador C200, para ello se configuraron los módulos de Entrada/Salida (analógicos y digitales) correspondientes a cada slot del controlador C200, esto permitió comprobar que la instalación se realizó de forma satisfactoria al mostrar en pantalla los módulos del C200 en completa actividad; además se configuraron las estrategias de control diseñadas de acuerdo a la programación de la herramienta Control Builder del Experion PKS Por último, se elaboró el despliegue asociado al sistema con el uso de la herramienta de desarrollo de despliegues HMI Web, lo cual proporcionó al usuario la simulación del proceso (en el Software) mediante la manipulación de las variables involucradas, así como también la posibilidad de analizar los resultados obtenidos aplicando los conocimientos adquiridos, como si se tratara de una experiencia en un laboratorio real, comprobando que el sistema se comporta de acuerdo a lo establecido en las estrategias de control diseñadas para el sistema.