Reestructuración del sistema de control de la torre de destilación empacada del laboratorio de operaciones unitarias de la Universidad de Antioquia

Abstract

RESUMEN: Este trabajo tiene como finalidad re-estructurar el sistema de control de la torre de destilación empacada ubicada en el laboratorio de operaciones unitarias de la Universidad de Antioquia, mediante la implementación de lazos de control PID apropiados y que garanticen el correcto funcionamiento de diferentes modos de operación pre-definido, que corresponde a operación en continuo, batch con y sin reflujo, los cuales pueden operar con dos medios diferentes de suministro de calor en el rehervidor, vapor y resistencia. En la fase inicial se llevó a cabo la revisión del estado del arte, por medio de la búsqueda en literatura acerca de las estrategias de control más convenientes para operar una columna de destilación, diseño de sistemas de control, métodos de sintonización de los parámetros de un controlador PID y evaluación de su desempeño. De esta forma se establecieron lazos de control de temperatura en la zona empacada de la columna, control de temperatura de la alimentación y control de temperatura del condensado, también se estableció un lazo de control de nivel de líquido en el rehervidor. En la segunda fase se realizó la identificación del equipo, qué elementos y estructuras conforman todo el sistema, para posteriormente complementar el diagrama P&ID existente del proceso. En la tercera etapa se elaboró y desarrolló el programa del sistema SCADA, para la adquisición de datos. En esta etapa también se actualizó el programa de la interfaz gráfica HMI del panel touch, por medio de la cual se puede operar el sistema. En la etapa final se sintonizó los controladores PID establecidos en el sistema de control, haciendo uso de los métodos de Ziegler-Nichols, Cohen-Coon y Ciancone. Finalmente se evaluó el desempeño del sistema de control, en el cual los parámetros de los controladores estimados por el método de Ziegler-Nichols presentaron un mejor desempeño en la mayoría de los modos de operación y lazos de control. La concentración resultante al destilar una mezcla agua-etanol (30 %V/V de etanol) para los modos de operación en continuo con vapor y resistencia, fue de 92%-95% V/V de etanol en producto de tope. Para el producto de fondo la concentración obtenida fue de 1%-4%V/V de etanol. En los modos de operación batch con reflujo con vapor la concentración promedio al finalizar la prueba, fue de 94 %V/V de etanol, para el producto descargado del rehervidor se tuvo una concentración de 2%V/V de etanol. En los modos de operación batch con reflujo con resistencia la concentración promedio al finalizar la prueba fue de 93 %V/V de etanol, para el producto descargado del rehervidor se tuvo una concentración de 4%V/V de etanol. Por lo tanto, se concluyó que la reestructuración del sistema de control implementado, logró mejoras significativas con respecto a lo que se encontraba previamente instalado.