Future work

La estrategia propuesta: Control de la Tasa de Enfriamiento con Aire, en su variante con variadores de velocidad resulta una solución viable para el control de la presión en el tope de la torre T-102 de la refinería de petróleo “Camilo Cienfuegos”. Con la eliminación de la válvula de bypass y la adición del variador de velocidad, se logra un mayor ahorro y eficiencia energética. Además, se logra estabilidad en la extracción de productos con la calidad deseada y se evitan roturas de componentes. Por lo que esta estrategia de control cumple con la tendencia actual en la destilación que es tener procesos más eficientes, tanto en el área de fraccionamiento como en la conservación de energía (Petropar, 2011).

Según la Schneider Electric, una empresa especialista global en la administración de la energía, en la industria el 72 % de la electricidad consumida se utiliza para girar motores. El 63% de esta energía se emplea para aplicaciones de fluidos como bombas y ventiladores.

Los variadores de velocidad permiten reducir el consumo en un 50% en ventiladores en comparación con las soluciones convencionales (variación de flujo con dispositivos mecánicos) y del 20 al 30% en bombas según sus características (Electric, 2011).

Lo que hace el variador de velocidad es reducir la cantidad de energía empleada por el motor para lograr su fin. Incluso una reducción en la velocidad pequeña puede representar ahorros significativos. Por ejemplo, una bomba centrífuga o un ventilador funcionando al 80% de la velocidad consume sólo la mitad de la energía comparado con otro funcionando a plena velocidad (ABB, 2011).

El control de la velocidad también brinda protección, mediante el control flexible se evitan las averías en los equipos y se reducen los costes de mantenimiento. Este control permite definir saltos de rangos de velocidad, algo que resulta muy práctico, en aplicaciones de ventiladores, para eliminar las vibraciones pasando rápidamente las frecuencias de resonancia conocidas.

En la estrategia propuesta, se elimina la válvula de bypass y se adiciona un variador de velocidad. En el actual funcionamiento es necesario que la PV – 004 abra o cierre totalmente para que se ejerza una acción sobre los motores de los enfriadores. Cuando la presión se reduce la acción que se toma no es disminuir el enfriamiento que es una de las causas principales que lo provoca, sino que se abre la válvula para dejar pasar los gases del tope, manteniendo al máximo la labor de los enfriadores. Estas dos acciones son inversas, el enfriamiento disminuye la presión y la apertura de la válvula la aumenta.

El actual funcionamiento no es eficiente puesto que se desperdicia todo el trabajo desarrollado por los motores durante el período en que se mantienen dos acciones opuestas simultáneamente. Según datos reales obtenidos de la planta, el segundo motor del enfriador por aire 2A -102 permanece encendido aproximadamente el 35% del tiempo de trabajo. Esto significa que en todo este tiempo está funcionando al 100% de su capacidad, en su mayor parte, de manera innecesaria.

Los motores de los enfriadores de 440V-3Ø-60HZ, tienen una potencia de 30 KW y su corriente nominal es de 56 A. El tiempo que demora en arrancar uno de estos motores ronda los seis segundos y como promedio puede repetirse entre 35 y 50 veces en una hora.

Por lo que con una corriente de arranque seis veces la nominal demandada durante este tiempo, reporta un consumo considerable.

Estos motores tienen un costo aproximado de 1000 USD en el mercado. El mantener este funcionamiento on - off continuo para el que no fueron diseñados puede traer aparejado roturas con graves consecuencias. Por ejemplo, cada vez que se apaga un motor, al detenerse este comienzan a girar en sentido contrario al normal, para un nuevo arranque se debe cambiar este sentido de giro de forma brusca, lo que puede desgastar y dañar los rotores y ejes.

Con el control de la tasa de enfriamiento con aire mediante el uso de variadores de velocidad se garantiza un control estable de la presión. Esta estabilidad minimiza los requerimientos de compensación para el control de temperatura (Sloley, 2001). Además influye directamente en la extracción de productos (Gonçalves and Martins, 2010). La figura 3.2 muestra un ejemplo del actual comportamiento de la presión en el tope de la torre, las variaciones en la extracción de productos dadas por la presión se pueden inferir de la figura 3.3.

Un aumento de presión con respecto al punto de operación, aumenta la temperatura de ebullición de los compuestos en la torre. Fracciones de productos que debían evaporarse en determinado plato lo hacen en otro anterior, como consecuencia: disminuye la cantidad a extraer en los platos superiores y aumenta la de los inferiores, en ambos casos con la composición y calidad alterada. La disminución de la presión provoca por su parte un aumento de la extracción por los platos superiores y una disminución en los inferiores, manteniendo los problemas de calidad y composición. Todo lo anterior conlleva a tener que reprocesar estos productos para obtenerlos dentro de las especificaciones requeridas para su comercialización y esto se traduce en un mayor gasto de tiempo, energía y otros recursos.

Figura 3.2. Presión medida por el transmisor PI – 004, del tope de la torre T – 102.

Figura 3.3. Variación de la salida de productos por variación de presión.

Los datos de la figura 3.3 fueron obtenidos mediante la simulación en el software de procesos PRO/II3. En ella se muestra la variación de extracción de productos por los platos superiores de la torre (corte I, platos 46 y 45. Temperaturas de extracción: 120 - 180 °C) en dependencia de la variación de presión. La mezcla de este corte y el II forma la fracción 120 - 230 °C, denominada Turbo-combustible (Jet-A14).

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Simulador de procesos en estado estacionario para diseñar, analizar y mejorar los procesos químicos y ayudar a los usuarios aumentar la productividad industrial.

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Una variación de presión por encima o por debajo del punto de operación (0.75kg/cm g) en un ±5% provoca pérdidas en la calidad del producto y esto hace necesario el reprocesamiento. Para brindar un estimado se considera esta producción como inutilizada, entonces: una variación de 0.01 kg/cm2g en la presión provoca que se dejen de producir 0.1m3/h de turbo-combustible. En un día esto representa 2.4 m3, si la cotización del Jet-A1 se mantiene a 1.20 USD el litro, en un día se perderían 2880 USD.

Si bien es cierto que en realidad esta producción no se pierde totalmente y lo anterior solo es para tener una idea, si es real que con un control estable ese monto se obtiene de forma directa, sin tener que invertir en su reprocesamiento. De la figura 3.2 se puede estimar que las variaciones de presión en el tope de la T - 102 en están en el orden de ±0.01 por lo que la estimación anterior puede aplicarse a ella.

Se realizó un búsqueda sobre variadores de velocidad acorde a las características de los motores y se tomó por ejemplo el variador modular SINAMICS G120 PM240 37 kW - 50 HP para motores de CA con un precio de $6280 y si a esto se le añade una cuantía de $1500 de cables, accesorios y soporte técnico tenemos que la inversión se compensa en alrededor de tres días de operación la planta. Lo que demuestra la factibilidad de la futura implementación de este tipo de equipamiento y estrategia para mejorar el control de la presión en el tope de la torre de destilación atmosférica T – 102.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

Tomando como base el objetivo fundamental de este trabajo, se ha realizado una propuesta para el control efectivo de la presión en el tope de la torre de destilación T-102 de la refinería de petróleo “Camilo Cienfuegos”, arribándose a las siguientes conclusiones:

1. Al comparar las características de las estrategias revisadas con las condiciones que existen en la torre fraccionadora T-102 se seleccionaron tres estrategias que pueden ser implementadas en dicha torre pues admiten las características que tiene la torre, las desventajas que estas presentan no influyen significativamente en el control de la presión y el sistema que se encuentra montado posibilita que las modificaciones necesarias sean menores con cualquiera de las tres estrategias seleccionadas, siendo este el criterio de selección más importante por lo que representa económicamente

2. En este trabajo se propuso una estrategia adecuada para el control de presión en el tope de la torre destiladora T–102: Control de la Tasa de Enfriamiento con Aire, en su variante con variadores de velocidad. Esta propuesta se hace porque las modificaciones a la planta serían mínimas, no se requerirá una buena mezcla de aire ni es necesario el montaje de la sección cerrada con problemáticas rejillas y se ganaría en eficiencia energética.

3. El experimento realizado permitió la obtención de un modelo matemático aproximado del comportamiento de la presión en el tope de la torre destiladora T–102 de la refinería de petróleo “Camilo Cienfuegos”. Esto fue de gran ayuda para la obtención del controlador y sus parámetros de ajuste.

4. Mediante la sintonía de un regulador se obtuvieron resultados satisfactorios para obtener un control adecuado de la presión en el tope. Con el cual se mejoró el funcionamiento del control de la presión al llegar este a un valor estable en tiempo relativamente corto.

Recomendaciones

Implementar la estrategia seleccionada con el fin de sustituir la actual, para lograr un control eficiente y eficaz de la presión en el tope de la T-102 de la refinería de petróleo “Camilo Cienfuegos”.

Fomentar el estudio de factibilidad de esta estrategia para ser aplicada en otras torres de destilación con características similares a la T- 102.

Hacer posible que este trabajo este disponible para su consulta en futuras investigaciones, ya que la bibliografía sobre el tema esta muy dispersa.

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WILLIS, M. J. 2000. Selecting a Distillation Column Control Strategy.

ANEXOS

Anexo I Interfaz de trabajo durante el diseño de los reguladores PI, PID en el

Control and Estimation Tools Manager.

Anexo II Interfaz de trabajo durante el diseño de los reguladores PI, PID en el

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