Trabajo Final Automatización - Control Columna Despropanizadora

Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria – UNCuyo

Automatización y Control Trabajo Final “Control de una columna despropanizadora” Integrantes: 

Emiliano Andrés Valverde



Cristian Fabián González



Manuel González Vital

Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria

Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital

Tabla de contenido Memoria descriptiva del proceso ........................................... ............................................. ...... 2 Fundamentos del control de una columna col umna de destilación ............................................... ............ 4

Grados de libertad de control ..................................................................................................... 4 Variables manipuladas fundamentales ....................................................................................... 5 Esquemas de control típicos ....................................................................................................... 6 Criterio para la elección del mejor plato de control de temperatura ....................... .................... 9 Identificación de las variables a controlar .............................................. .................................. 10 Selección de la estructura de control ............................................ ........................................... 11 Diagrama de proceso e instrumentación ................................................................................. 12 Selección del plato de control ................................................................................................. 13 Selección de los elementos de control .......................................... ........................................... 14

Sensores .................................................................................................................................. 15 Válvulas de control ................................................................................................................... 15 Procedimiento de dimensionamiento y selección de válvulas de control .............................. 15 Selección del controlador ......................................................................................................... 17 Esquema del controlador ......................................................................................................... 19 Parametrización de las variables .............................................................................................. 21 Bibliografía ............................................................................................................................. 22 Anexos ................................................................................................................................... 23

Automatización y Control - 2010

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Memoria descriptiva del proceso Una despropanizadora es una columna de destilación diseñada para separar propano de isobutano y otros componentes más pesados. Es ampliamente utilizada en plantas de tratamiento y procesamiento de gas natural y en refinerías para separar los componentes de los gases licuados de petróleo (GLP), que son el propano y los butanos. De esta manera se logra la purificación de dichos componentes. A continuación se describe el proceso de separación tomando como referencia datos típicos del proceso que serán utilizados posteriormente para diseñar el control de la columna. La corriente de alimentación consiste en una mezcla de propano (30% molar), isobutano (40% molar) y n-butano (30% molar). El flujo de la misma es de 2000 lbmol/h a 90ºF y 223 psia. Antes de introducirla a la columna se la hace pasar por una válvula que le provoca una caída de presión de 20 psia. Esta corriente ingresa en el plato Nº 15 de l a columna. Al Condensador

Condensador

Reflujo

Salida_V1

Alimento

Destilado

Columna Despropanizadora

V1

Revaporizado

Fondos

Al Reboiler

Reboiler

Fig.1 Esquema general de la despropanizadora

La columna de destilación, de 64 pies de altura y 1,5 pies de diámetro, cuenta con 30 platos perforados para alcanzar las composiciones deseadas. Por la cabeza de la torre, sale una corriente de vapor a 106,5ºF (41,4ºC) que se condensa totalmente en un condensador horizontal


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital que opera a 200 psia (13,6 atm). Del mismo egresa una corriente líquida de pureza 98% molar de propano que es dividida para ser enviada nuevamente nuevamente a la columna como reflujo y por otra parte como destilado de salida. La corriente de fondo de la despropanizadora, a 186,8ºF (86ºC), pasa a un rehervidor tipo kettle que operando a 202,6 psia (13,8 atm) revaporiza parte de la corriente que vuelve a la columna. El líquido que desborda en el reboiler sale como corriente de fondo con una composición de 1% molar de propano. Las corrientes de servicios son: agua de enfriamiento a 77ºF (25ºC) en el condensador y vapor a 80 psig. A continuación se detallan los datos de las corrientes y las características de los equipos del proceso. Corriente

Alimento

Temperatura Temperatura (º F)

Salida_V1 Al Conde nsador

Re fl ujo

Destilado

Al re boil e r Re vaporizado

Fondos

90,0

90,0

106,5

105,4

105, 4

186, 8

188,2

188,2

Presión (psia)

223,0

203,0

200,0

200,0

200, 0

202, 6

202,6

202,6

Flujo molar (lbmol/h)

2.000

2.000

2.723

2.125

598

4.724

3.322

1.402

107.800

107.800

120.850

94.310

26.540

273.500

192.200

81.300

30

30

98

98

98

1, 6

1,86

1

40

40

1,95

1, 95

1,95

59,02

60,21

56, 23

30

30

0,05

0, 05

0,05

39,38

37,93

42, 77

100

100

100

100

100

100

100

100

Flujo másico (lb/h) Composición (%molar)

C3 i-C4 n-C4 Total

Corri ente

Agua Entrada Agua Salida

Temperatura (ºF)

Condensado

77

100

324

324

0

0

80

80

696.900

696.900

24.210

24.210

Presión (psig) Flujo másico (lb/h)

Vapor

Equipo: Columna despropanizadora despropanizadora

Número de platos Plato de alimentación alimentación

30 15

Sección 1 s a c i t s í r e t c a r a C

Platos Diámetro Diámetro de la columna (pies)

1 al 14 6,5

Sección 2

Platos 15 al 30 Diámetro Diámetro de la columna (pies) 9 Altura de la columna (pies) (p ies) 60 Distancia Distancia entre platos (pies) 2 Tipos de platos Perforados


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Equipo: Reboile Reboilerr

s a c i t s í r e t c a r a C

Tipo TEMA Diámetro de marmita (pulg) Diámetro de carcasa (pulg) Diámetro de tubos (pulg) Número de tubos Distancia entre tubos (pulg) Largo de tubos (pie) Número de pasos 2

Área total (pie ) Flujo de calor (MM Btu/h)

BKU 91,7 56 1 1452 1,3 20 2 8183 22,2

Equipo: Condensador

s a c i t s í r e t c a r a C

Tipo TEMA Diámetro Diámetro de carcasa (pulg) ( pulg) Diámetro de tubos (pulg) Número de tubos Distancia Distancia entre tubos (pulg) (p ulg) Largo de tubos (pie) Número de pasos 2

Área total (pie ) Flujo de calor (MM Btu/h)

BXM 56 0,75 2977 0,9375 20 2 11691 15,2

Fundamentos del control de una columna de destilación Antes de determinar las variables a controlar es importante mencionar algunos fundamentos del control de columnas de destilación.

Grados de libertad de control En una columna de destilación básica existen 6 válvulas de control asociadas (ver (ver Fig.2) Fig.2) por lo tanto existe 6 grados gr ados de libertad de control. Las válvulas son: válvula de alimentación, válvula de vapor, válvula de reflujo, válvula de destilado, válvula de fondos y válvula de agua de enfriamiento.


4


Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital Fig.2 Válvulas de control en una columna

Uno de esos grados de libertad es utilizado para fijar la tasa de producción de la columna. Esto se logra típicamente con la válvula de alimentación, pero en algunas columnas pueden emplearse las válvulas de producto. Algunas veces, la válvula de agua de enfriamiento fija el rendimiento (si la capacidad está limitada por condiciones de máximo enfriamiento o máxima presión) o por la válvula de vapor del reboiler (si la capacidad está limitada por la entrada de calor o la inundación de la columna). Dos de los otros grados de libertad deben ser ocupados para controlar el nivel de los dos líquidos de proceso: el nivel del acumulador de reflujo y el nivel de fondo de la columna. El nivel del acumulador de reflujo puede fijarse cambiando el caudal de destilado, reflujo, revaporizado, enfriamiento en el condensador, o de alimentación (en caso de que la alimentación se encuentre parcialmente vaporizada). La selección más común es usar el destilado para controlar el nivel del acumulador de cabeza, excepto en columnas de alto reflujo (>4) donde es mejor emplear la válvula de reflujo para dicho propósito. El nivel de fondo de la columna (o nivel del reboiler cuando se utiliza un reboiler tipo kettle) se fija mediante el caudal de los fondos, de revaporizado, o de alimentación (si la alimentación está parcialmente líquida y la zona de stripping no contiene demasiados platos). Un cuarto grado de libertad se consume para el control de presión de la columna. Las válvulas disponibles son la de enfriamiento del condensador (por lejos la más utilizada), la de vapor del reboiler, y la l a de alimentación (si la alimentación está parcialmente vaporizada). Finalmente nos quedan dos grados de libertad para controlar otras dos variables, por ejemplo, dos composiciones, dos temperaturas, un caudal y una temperatura. Debido a que el propósito de toda columna es provocar una buena separación entre el componente clave liviano y el componente clave pesado, se prefiere controlar las composiciones de destilado y fondos. Sin embargo, las medidas de la composición directas son muy raras debido a su costo. Por lo tanto, muchas columnas operan empleando temperaturas para inferir las composiciones.

Variables manipuladas fundamentales Sin importar que válvulas empleemos para el control de la composición o cómo las usemos, existen fundamentalmente dos cosas que podemos manipular: el fraccionamiento y la división de la alimentación. El fraccionamiento El fraccionamiento representa la cantidad de energía y el número de etapas utilizadas para lograr la separación. Para una columna con un número fijo de platos, el fraccionamiento es reflejado por la relación de reflujo o el ingreso de calor en el reboiler. El fraccionamiento puede


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital ser fijado directamente y explícitamente utilizando el ingreso de calor del reboiler o la relación de reflujo para controlar una composición (o temperatura). O puede ser fijado indirectamente e implícitamente, por ejemplo, empleando el revaporizado para mantener el nivel de base de la columna y manipular los productos de fondos f ondos y así controlar una composición (o temperatura). La división de la alimentación representa la fracción de la alimentación que sale en una corriente de producto, por ej., la relación D/F. La división de la alimentación puede ser fijada directamente utilizando D o B para controlar una composición. O puede ser fijada indirectamente utilizando el reflujo o el revaporizado para controlar una composición y remover D o B para mantener el nivel del acumulador o el fondo de la columna. La división de la alimentación es la variable más importante de control; debe estar bien para alcanzar altas purezas tanto en la cabeza como en el fondo de la columna. Mientras que el fraccionamiento debe ser lo suficientemente grande para obtener la pureza deseada y sólo se emplea para un control fino de la composición. Cuando se selecciona una variable a manipular para controlar la composición es importante asegurarse que sea capaz de ajustar la división de la alimentación.

Esquemas de control típicos Existe un gran número de alternativas para el control de columnas de destilación. Aquí se presentan algunas de ellas y sus s us características. El control simultáneo de dos composiciones o temperaturas se conoce como control de composición dual. Esto es lo ideal ya que provee la separación requerida con el mínimo consumo de energía. Sin embargo, algunas columnas de destilación operan con un único control de composición. Se denomina control de un único extremo de composición. Esto se debe a varias razones. Los controles duales requieren dos controladores que interactúen entre sí, haciendo más difícil su afinación. Frecuentemente la diferencia de consumo de energía entre los dos sistemas de control es pequeña y no vale la pena la complejidad adicional. adicional. Quizás la razón más importante por la cual la mayoría de las columnas operan con un control de único extremo es que la temperatura de un único plato es una variable dominante del comportamiento de la columna. La temperatura dominante usualmente ocurre en la zona de stripping o en la de rectificación donde hay un quiebre significativo del perfil de temperatura. Al controlar esta única variable se tiene un control parcial de ambas composiciones de productos. A continuación se mencionan estructuras de control típicas: 1. R-V: se refiere a un sistema de control en cual el reflujo y el vapor se emplean para controlar dos composiciones (o temperaturas). El caudal de reflujo controla la composición de destilado. La tasa de calor controla la composición de fondos. Por


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital defecto, se usa el caudal de destilado para mantener el nivel del acumulador de cabeza y el caudal de fondos para mantener el nivel de fondo. Esta estructura de control (en su versión de único extremo) es la más usada. Una de las principales fortalezas de este sistema es que maneja muy bien los cambios en la composición de alimentación.

Fig.3 Estructura de control R-V

2. D-V: (Destilado-Vapor) Si la columna opera a alto reflujo (>4), debe utilizarse esta

estructura porque el caudal de destilado es demasiado pequeño como para controlar el nivel del acumulador de cabeza. Pequeños cambios en el vapor del condensador requerirían grandes cambios en el caudal de destilado para controlar el nivel. Cuando se utiliza la estructura D-V, la afinación del nivel de acumulador de cabeza deber ser muy fina para que cambios en el caudal de destilado resulten en cambios inmediatos en el caudal de reflujo.


7



Fig.4 Estructura de control D-V

3. RR-V: La relación de reflujo se emplea para controlar la composición del destilado

y el flujo de calor controla la composición de fondos.

Fig.5 Estructura de control RR-V

4. R-B: Cuando la relación de revaporizado (V/B) es alta, al ta, el flujo de fondos debe ser

controlado utilizado para controlar la composición de fondos y el flujo de calor para controlar el nivel de fondo. Sin embargo, en algunas columnas una respuesta inversa potencial puede crear problemas en el control de nivel de fondo con revaporizado.


8



Fig.6 Estructura de control R-B

5. RR-BR: La relación de reflujo controla la composición de destilado y la relación de

revaporizado controla la composición de fondos.

Fig.7 Estructura de control RR-BR

Criterio para la elección del mejor plato de control de temperatura En vez de emplear analizadores de composición directamente, frecuentemente es posible


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital alcanzar una muy buena calidad de producto controlando la temperatura en algún plato de la columna y manteniendo una variable manipulada constante. Casi siempre la mejor alternativa es mantener fijo el caudal de reflujo, r eflujo, pero otras posibilidades incluyen mantener constante el flujo de calor o la relación r elación de reflujo. El procedimiento típico para seleccionar el plato de control es mirar el perfil de temperatura en estado estacionario de la columna. Se busca la localización donde exista el mayor salto de temperatura de plato a plato. Este método funciona bien siempre y cuando los efectos de variables que afectan la temperatura, como presión y otros componentes, sean pequeños comparados con los efectos de las composiciones de los componentes claves. Otro criterio es entrar el plato de control que sea más sensible a la variable manipulada. Por ejemplo se varía el flujo de calor y se observa cómo se modifica el perfil de temperatura. El plato que represente el mayor cambio de temperatura para las distintas condiciones condiciones es el elegido. Un tercer criterio es encontrar el plato de control donde las respuestas de estado estacionario sean similares para cambios positivos y negativos de la variable manipulada. Este procedimiento tiende a evitar problemas de no idealidad. Como cuarto criterio se emplea encontrar la localización del plato que alcance el objetivo fundamental de controlar las composiciones de producto. Por ejemplo puede observarse como responden las composiciones de destilado y fondo cuando se varían las composiciones de alimentación manteniendo la temperatura de un plato específico constante. Aquél que muestre mejores respuestas de control se elige. Existe un método final para seleccionar un plato de control de temperatura que utiliza técnicas SVD. Este enfoque fue presentado por Downs and Moore y resumido en p. 458 de Luyben y Luyben (1997). Por su complejidad no se explicará aquí.

Identificación de las variables a controlar Por tratarse de una columna de destilación simple existen entonces 6 variables a controlar: • • • • • •

Producción de la columna. Nivel de líquido en el acumulador de reflujo. Nivel de líquido en la salida del reboiler. Presión en la cabeza de llaa columna. Composición de propano en destilado. Composición de propano en fondos.


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Selección de la estructura de control Para determinar la estructura de control a emplear se utilizaran las reglas que se dan en el paper de Fruehauf y Mahoney, “Distillation Column Control Design Using Steady State Models: Usefulness and Limitations”. 1. Se determina primero cuál de las tres corrientes, alimentación, fondos o destilado, será la corriente que controle la producción. En nuestro caso será la corriente de alimentación mediante la válvula allí instalada. 2. Se determina cómo se controlarán los niveles de líquido del acumulador y del fondo de la columna. Esto se hace comparando la relación entre el caudal de reflujo y el de destilado, y por otro lado el de revaporizado con el de fondo. Si dicha relación es mayor o igual a 10, debe controlarse el caudal de la corriente más grande. Para nuestro caso:

  2125 598  3,55   3322 1402  2,37

Por lo que se concluye que las corrientes a manipular para controlar los niveles son la de destilado y la de fondos. 3. Se determina el método de control de las composiciones. Ya se mencionó que lo más común es inferir las composiciones por medio de temperaturas. Por su simplicidad y por las características del perfil de temperatura de nuestra columna se elige utilizar un esquema de control de extremo único, único , es decir, medir una única temperatura y con esta variar el caudal de vapor del reboiler mientras se mantiene constante el caudal de reflujo. Por lo tanto la estructura de control utilizada será del tipo R-V en su variante de extremo único.

4. Finalmente se adopta como sistema de control de presión el más habitual de todos que es mediante el manipuleo del caudal de agua de enfriamiento. Finalmente las variables a controlar son: 

Caudal de alimentación.



Nivel de líquido en el acumulador de reflujo.



Nivel de líquido en la salida del reboiler.



Presión en la cabeza de la columna.



Temperatura de plato.



Caudal de reflujo.


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Diagrama de proceso e instrumenta instrumentación ción A continuación se muestra el diagrama de proceso con los lazos de control que resultan del esquema de control elegido.

PC

E-101

V-104

PT

D-101

LT

LC P-102

FC

V -102

V- 103

FC

V-101 P-101

TT

TC

V-105 LT T-101

R-101 P-103

LC

V-106

Fig.8 P&ID Columna despropanizadora


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Selección del plato de control Para seleccionar el plato donde debe instalarse el sensor de temperatura es necesario observar el perfil de temperaturas dentro de la torre de destilación. A continuación se muestra uno obtenido mediante el software Aspen HYSYS® v7.2.

Fig.9 Perfil de temperatura dentro de la columna

Aquí se utilizará el criterio más sencillo de selección, es decir, se buscará la localización donde exista el mayor salto de temperatura de plato a plato. Para ello, emplearemos una tabla con los datos del perfil térmico brindada por Aspen HYSYS® y calcularemos la variación de temperatura plato a plato. Etapa

Condensador Plato 1 Plato 2 Plato 3 Plato 4 Plato 5 Plato 6 Plato 7 Plato 8


T (ºF)

105,4 106,5 108,2 110,6 113,9 118,2 123,2 128,5 133,8

ΔT (ºF)

1,1 1,7 2,4 3,3 4,2 5,0 5,4 5,2 13


Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital Plato 9 Plato 10 Plato 11 Plato 12 Plato 13 Plato 14 Plato 15 Plato 16 Plato 17 Plato 18 Plato 19 Plato 20 Plato 21 Plato 22 Plato 23 Plato 24 Plato 25 Plato 26 Plato 27 Plato 28 Plato 29 Plato 30 Reboiler

138,5 142,4 145,7 148,3 150,4 152,2 153,8 155,6 157,6 160,0 162,7 165,5 168,4 171,3 174,0 176,5 178,7 180,7 182,5 184,0 185,4 186,8 188,2

4,7 4,0 3,2 2,6 2,1 1,8 1,6 1,8 2,1 2,4 2,6 2,8 2,9 2,9 2,7 2,5 2,2 2,0 1,7 1,5 1,4 1,4 1,4

Obsérvese que sin duda el plato elegido debe ser el plato 7, ya que en su entorno existen los saltos de temperatura más grandes de toda la columna (5,4 y 5,2). Por lo tanto, se supone que la temperatura de dicho plato será la más representativa de los cambios de composición de los componentes claves. La temperatura de estado estacionario de dicho plat o es de 128,5 ºF.

Selección de los elementos de control Para la selección de los elementos de control se tomó como referencia un artículo publicado en la revista Chemical Engineering en su edición de Marzo 2008 por Ruth R. Sands titulado “Column Instrumentation Basics”, Basics ”, donde se mencionan los elementos típicos. Se consultaron diversos sitios web de fabricantes de elementos de automatización y control y se seleccionaron los acordes a esta aplicación.


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital A continuación se presenta una tabla resumen con las características de cada uno de ellos:

Sensores

Variable

Marca

Modelo

Nivel de líquido Presión absoluta

Vegapuls Vega 66 Vegabar Vega 52 Spirax RTD Temperatura Sarco Pt100 Sitrans Caudal Siemens FX300

Presión de proceso

-14.5 - 2320 psia -14.5 - 1045 psia

14.5 - 1450 psia

Temperatura de proceso

Señal de salida

Tensión de trabajo

-76 - 752ºF

4-20 mA

20-72 V DC

104 - 212ºF

4-20 mA

12-36 V DC

32 - 482ºF

4-20 mA

12-45 V DC

-40 - 454ºF

4-20 mA

24 V DC

Válvulas de control Debido a que los componentes involucrados en el proceso son inflamables y explosivos se seleccionaron válvulas con actuadores de tipo neumático, las cuales deberán instalarse con sus respectivos transductores I/P para convertir señales de tipo eléctricas en neumáticas y así poder accionar los actuadores de las mismas. El tipo de válvula que se cree más conveniente es la tipo globo ya que es apta para regulación de caudal. Con respecto al tipo de control de la válvula se emplearán las de igual porcentaje para las válvulas V-104 y V-105, por ser óptimas para lazos de control de presión y temperatura, en cambio, para los lazos de control de nivel y caudal (V-101, V-102, V-103, V-106), se emplearan las de control lineal. Procedimiento de dimensionamiento y selección de válvulas de control

A continuación se ejemplifica el procedimiento empleado para la selección de válvulas de control, tomando como referencia el procedimiento presentado en http://www.cheresources.com/valvezz.shtml y las reglas prácticas presentes en el artículo “Easy Way to estimate realistic control valve pressure drops” de Frank C. Yu publicado en Agosto del 2000 en la revista Hydrocarbon Processing. Como ejemplo se toma el dimensionamiento y la selección de la válvula V-103. 1) Definir el sistema Por esta válvula circulará la corriente de destilado, que consiste principalmente de


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital propano líquido a 105,4 ºF. El caudal normal de operación es de 113,25 gpm (galones por minuto). Como regla práctica suele considerarse en sistemas de control con fluctuaciones importantes (como en control de nivel) que el caudal máximo es un 20% más que el caudal normal. Entonces:

á  1,20 á  1,20.113,25  136

La gravedad específica de la corriente es:

     29, 2 1   /    61,95/   0,47 2) Definir la caída de presión máxima admisible en la válvula de control Existen diversos métodos para estimar la caída de presión máxima admisible. Entre ellos: la ecuación de Cornell y otras reglas prácticas que consideran 10-15% de la caída de presión total en el sistema. Nosotros tomaremos el que propone Yu, que es 10-15 psi considerando caudal máximo en el límite superior de apertura de válvula de 80%. 3) Calcular la constante característica de la válvula

   ∆ Entonces,

  136 0,015,47  24,1 4) Selección preliminar de la válvula Ahora empleando las tablas de selección que proveen los fabricantes de válvulas vamos a seleccionar una con control lineal, cuyo CV se corresponda con el calculado para una apertura del 80% aproximadamente. Utilizando el catálogo de válvulas de control globo de Valtek Sudamericana se elige una válvula de 1,5” de diámetro nominal con tamaño nominal de internos de 32 mm cuyo CV para 80% es 29. 5) Chequear el CV y el porcentaje de apertura con caudal normal y mínimo.


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital Se debe verificar que el porcentaje de apertura con los caudales mínimo y normal caiga dentro del rango óptimo que se considera entre 20-80% para un buen control. Para el caudal normal,

  113,25 0,015,47  20 Que en la válvula elegida corresponde a un porcentaje de abertura del 50%. No tenemos especificado el caudal mínimo pero como aproximación vamos a suponer un 20% menos que el caudal normal.

  90,6 0,015,47  16 Lo que corresponde a alrededor de 30%, por lo que podemos decir que la válvula va a regular bien dentro de dichos caudales. De la misma manera se procede con las demás válvulas. Como resumen se muestra una tabla con las selecciones selecciones realizadas.

Válvula

Tipo

Control

Marca

Modelo

DN (pulg)

Internos (mm)

Clase

V-101

Globo

Lineal

Valtek

GLs

4

57

300

V-102

Globo

Lineal

Valtek

GLs

4

57

300

V-103

Globo

Valtek

GLs

1,5

32

300

V-104

Globo

Valtek

GLs

8

159

300

V-105

Globo

Lineal Igual Porcentaje Igual Porcentaje

Valtek

GLs

6

127

150

V-106

Globo

Lineal

Valtek

GLs

3

51

300

Actuador

Neumático 50 Neumático 50 Neumático 25 Neumático 100 Neumático 50 Neumático 50

Selección del controlador Se optó por un controlador lógico programable de la marca Siemens, específicamente el


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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital Simatic S7-400. Este PLC modular es recomendado por Siemens para la industria de procesos y

dentro de esta para la industria química y petroquímica. La CPU elegida fue la 416 por ser bastante potente y adecuada para aplicaciones de alto rendimiento.

Fig.10 Siemens Simatic S7-400

Para seleccionar el tipo y número de módulos a utilizar es importante considerar: • • • •

Número de señales de entradas. Tipo de señales de entrada. Número de señales de salida. Tipo de señales de salida.

Relevamiento de señales: Entradas Señal

Tipo

Pulsador arranque Pulsador parada Relé térmico Caudalímetro Indicador Presión

Digital Digital Digital Analógica Analógica


Cantidad

3 3 3 2 1

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Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital Indicador Nivel Pt-100

Analógica Analógica

2 1

Salidas Señal

Tipo

Contactora Alarma RT Transductores I/P

Digital Digital Analógica

Cantidad

3 3 6

En total se tienen 9 entradas digitales, 6 entradas analógicas, 6 salidas digitales y 6 salidas analógicas. El Simatic S7-400 presenta un módulo funcional de regulación PID continua, el FM 455C. Consiste de un módulo de control de lazo cerrado universal para control de temperatura, presión, caudal y nivel, donde los sensores y actuadores pueden conectarse directamente. Tiene 16 entradas y salidas analógicas. Como este último no tiene salidas digitales, se deben utilizar otros dos módulos: uno de entradas digitales y otro de salidas digitales. Para dicho fin se eligieron los módulos: SM 421 de 16 entradas digitales y SM 422 de 16 salidas digitales. Finalmente, se seleccionó seleccionó la fuente de alimentación para el PLC, se optó por la fuente: PS 407.

A modo de resumen se muestra una tabla con el controlador elegido: Marca

Modelo

CPU

Módulos

Fuente

Siemens

S7-400

416

SM 421 SM 422 FM 455C

PS 407

Esquema del controlador En la siguiente página se muestra un esquema con los distintos módulos del PLC elegido para la automatización de la columna despropanizadora. Los dibujos se obtuvieron del sitio web de Siemens.


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumnos: Cristian González, Emiliano Valverde, Manuel González Vital

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Parametrización de las variables

Módulo Parámetro

I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 Módulo Parámetro

Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3

SM 421 Detalle

Pulsador de arranque bomba P-101 (NA) Pulsador de parada bomba P-101 (NC) Contacto auxiliar relé térmico de la bomba P-101 (NC) Pulsador de arranque bomba P-102 (NA) Pulsador de parada bomba P-102 (NC) Contacto auxiliar relé térmico de la bomba P-102 (NC) Pulsador de arranque bomba P-103 (NA) Pulsador de parada bomba P-103 (NC) Contacto auxiliar relé térmico de la bomba P-102 (NC) SM 422 Detalle

Contactor bomba P-101 (K1) Alarma luminosa RT bomba P-101 (L1) Contactor bomba P-102 (K2) Alarma luminosa RT bomba P-102 (L2)



Parametrización de las variables

Módulo

SM 421

Parámetro

I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 Módulo

Detalle

Pulsador de arranque bomba P-101 (NA) Pulsador de parada bomba P-101 (NC) Contacto auxiliar relé térmico de la bomba P-101 (NC) Pulsador de arranque bomba P-102 (NA) Pulsador de parada bomba P-102 (NC) Contacto auxiliar relé térmico de la bomba P-102 (NC) Pulsador de arranque bomba P-103 (NA) Pulsador de parada bomba P-103 (NC) Contacto auxiliar relé térmico de la bomba P-102 (NC) SM 422

Parámetro

Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Módulo

Detalle

Contactor bomba P-101 (K1) Alarma luminosa RT bomba P-101 (L1) Contactor bomba P-102 (K2) Alarma luminosa RT bomba P-102 (L2) Contactor bomba P-103 (K3) Alarma luminosa RT bomba P-103 (L3) FM 455 C

Parámetro

I1 I2 I3 I4 I5 I6 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6

Detalle

Caudalímetro Sitrans FX300 - Alimentación Caudalímetro Sitrans FX300 - Reflujo Indicador de presión Vegabar 52 Indicador de nivel Vegapuls 66 - Acumulador de reflujo Indicador de nivel Vegapuls 66 - Reboiler RTD Pt 100 Spirax Sarco - Plato Nº 7 Transductor I/P - Válvula V-101 Transductor I/P - Válvula V-102 Transductor I/P - Válvula V-104 Transductor I/P - Válvula V-103 Transductor I/P - Válvula V-106 Transductor I/P - Válvula V-105


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Bibliografía 

LUYBEN, W.L, TYRÉUS & B.D, LUYBEN, M.L. Plantwide Process Control. New York (USA), Mc Graw-Hill, 1999. 395 p.



LIEBERMAN, N. & LIEBERMAN, E. A E. A Working Guide To Process Equipment. New York (USA), Mc Graw-Hill, 1996. 425 p.

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YU, F.C. Easy Way to estimate realistic control valve pressure drops. Hydrocarbon Processing. August 2000.


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Anexos


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Trabajo Final Automatización - Control Columna Despropanizadora

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