Análisis de las estrategias de control seleccionadas

En el capítulo anterior se seleccionaron tres estrategias que cumplían con las condiciones de la torre de fraccionadora T-102 de la Refinería de Petróleo “Camilo Cienfuegos”. Ahora se explican las mismas con mayor profundidad con vistas a poder seleccionar una, las combinaciones entre ellas, o sus variantes para realizar la propuesta.

Control de la tasa de enfriamiento con aire.

En la figura 1.1 del capítulo 1 se muestra el esquema de la estrategia que se trata y a la vez es muy común en la industria por sus distintas variantes y sencillez. Funciona sensando la presión en la línea de salida del tope de la torre y a partir de este valor, según las variantes, una de ellas, puede encender o apagar motores del sistema de enfriamiento lo que aumentaría o disminuiría el flujo de aire, esto es determinante en la condensación y por

tanto en el control de la presión, otro método también muy común es la manipulación de rejillas que distribuyan el aire de enfriamiento.

Otra variante de este control se logra con la manipulación de la velocidad del o los ventiladores del sistema de enfriamiento o extracción de calor. Esta variante es poco usada según la literatura consultada por sus costos. Aunque también se plantea que debe estudiarse la relación costo beneficio para poder tomar una decisión sobre su aplicabilidad, puesto que de ser viable daría excelentes resultados (Sloley, 2001).

El control de la tasa de enfriamiento con aire, se usa en sistemas como el de la torre T-102, donde la cantidad de gases incondensables es despreciable para el control. Aunque se puede, de forma manual, mediante una válvula situada en la parte superior del tambor de reflujo, eliminar periódicamente cualquier presencia de esos gases y así evitar posibles acumulaciones que con el tiempo puedan aumentar la presión.

Dentro de los problemas frecuentes que pude presentar esta estrategia, está el constante mantenimiento de rejillas en caso de su uso. Con el empleo de motores para enfriamiento por aire, debe tenerse especial cuidado a casos donde se presenten variaciones de presión rápidas y repetidas que sometan los motores a una operación de casi on-off, lo que traería como consecuencia que, producto de que estos se enciendan y apaguen de manera continua, se aumente el gasto por corriente de arranque que es varias veces mayor que la nominal, se incremente la posibilidad de roturas en los reductores, eje y otros componentes. Debe también considerarse que el proceso requiera de una mayor velocidad de respuesta en un momento determinado.

El enfriamiento por aire en relación con el enfriamiento por agua tiene varias ventajas. La poca disponibilidad de esta última y su alta demanda para otros procesos así como los tratamientos a que debe ser sometida para su uso, hacen del aire en muchos casos la mejor opción ya que es sencillamente tomado del ambiente. En la industria moderna, de manera provisoria, se está tratando de sustituir agua por otro refrigerante debido a la creciente escases de este recurso.

Control de la temperatura de entrada del refrigerante del condensador. Enfriador de aire.

Este control mostrado en la Figura 1.2 también es usado en sistemas donde los gases inertes son despreciables para el control. Utiliza enfriamiento por aire con las ventajas que esto implica. Consiste en una sección cerrada con dos puntos de acceso, uno para la entrada de aire más frío y otro para la salida del aire caliente, que es producido en el intercambio entre el aire que entra al enfriador y el vapor caliente que viene del tope de la torre. Esta salida es regulada por un grupo de rejillas manipulables que permiten, estando totalmente abiertas una circulación normal de aire al sistema, con lo cual el enfriamiento por aire es máximo y se favorece la condensación y con ello la disminución de la presión de la torre. A medida que se cierran, se empieza a acumular el aire caliente, esto hace que se aumente la temperatura del suministro de aire que entra al enfriador, reduciendo la transferencia de calor a este aire por parte del flujo de vapor del tope. Esto provoca que se disminuya la condensación y por tanto aumente la presión.

Las principales desventajas de esta estrategia para su aplicación residen en que para un correcto funcionamiento debe producirse una buena mezcla de aire, las rejillas pueden ser un problema, además de su control la posibilidad de averías es elevada por lo que requieren un mantenimiento constante. Para poder aplicar esta estrategia en la refinería de petróleo “Camilo Cienfuegos” es necesario el montaje de la sección cerrada con las rejillas puesto que solo se cuenta con el enfriador por aire. Esto sería una inversión a considerar a la hora de hacer una selección de la estrategia a implementar.

Bypass de gas caliente

En la figura 1.3 se muestra un método usado comúnmente en la destilación de petróleo, es versátil en cuanto a variantes y es relativamente sencillo y rápido. Su método consiste en aumentar o disminuir la cantidad de gas en el tambor de reflujo, ya que esta influye directamente en el valor de presión del tope de la torre. El bypass se le realiza al condensador el cual se encuentra funcionando al máximo y opera de la siguiente forma: una caída de presión en la columna hace que el controlador envíe la señal de apertura de la válvula del bypass permitiendo un mayor paso de gases, con ello se aumenta la presión del sistema. Con un aumento de la presión por encima del punto establecido se cierra el bypass, mayor flujo pasa a través del condensador lo que provoca un aumento del volumen de líquido con relación al gas lo que disminuye la presión del sistema.

La principal desventaja de este tipo de estrategia está dada en la temperatura del reflujo, la cual puede ser variable producto de una mezcla incompleta en el tambor de reflujo. Los gases que pasan a través del bypass tienen la temperatura aproximada del tope de la torre mientras que a la salida del condensador se tendrá un valor inferior, el intercambio térmico dentro del tambor de condensado es lo que dará la temperatura de salida del reflujo. El condensador está funcionando al máximo en todo momento si sobre él no se ejerce ningún control, esto puede generar cierta ineficiencia energética. Con una disminución de la presión producto del aumento de la condensación no se actuaría sobre lo que lo provoca, el condensador, sino que se mantendría el funcionamiento de este y se procedería a abrir la válvula de bypass.

Al igual que en los casos anteriores la presencia de gases inertes debe ser insignificante y también se puede utilizar una válvula extra en la parte superior del tambor de condensado para de forma manual poder eliminar pequeñas cantidades de forma sistemática evitando la acumulación.

2.4.1 Estrategia de control más adecuada.

Luego de analizar las tres estrategias se puede llegar a conclusiones relacionadas con la factibilidad de la aplicación de una de ellas en la T-102. La estrategia “Control de la tasa de enfriamiento con aire” planteada por Sloley (Sloley, 2001) y su variante con el uso de variadores de velocidad resulta ser la más adecuada para nuestro caso teniendo en cuenta importantes factores:

Las modificaciones a la planta serían mínimas puesto que ya se encuentra montado el enfriamiento por aire y sólo se le debe agregar los variadores de velocidad.

No se requeriría una buena mezcla de aire ni es necesario el montaje de la sección cerrada con las problemáticas rejillas como en el caso de la segunda estrategia.

A diferencia de la estrategia del bypass en este caso la acción se realizaría sobre el funcionamiento del condensador y se ganaría en eficiencia energética al controlar la tasa de enfriamiento con el aumento o disminución de la velocidad de los motores.