CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
1. TIPO DE INVESTIGACIÓN.
Dado que el propósito fundamental de este trabajo es realizar una
estrategia de control inteligente para minimizar efectos perturbadores en la
calidad de producto en torre desetanizadora, la investigación se enmarca en
los siguientes tipos:
Según el nivel a alcanzar en los objetivos, la investigación es descriptiva,
ya que para realizar el análisis se recopiló información teórica y de campo
para definir en forma detallada el problema, así como estudiar las distintas
alternativas de solución. Chávez (1994), plantea que son aquellas en las que
se orienta a la recolección de información relacionada con el estado real de
las personas, objetos, situaciones o fenómenos.
Según urbe (2010, p. 2) se entiende por investigación de campo, el
análisis sistemático de problemas con el propósito de describirlos, explicar
sus causas y efectos, entender su naturaleza y factores constituyentes o
predecir su ocurrencia. Los datos de interés son recogidos en forma
directa de la realidad por el propio investigador; en este sentido se trata de
Investigaciones a partir de datos originales o primarios.
2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.
El estudio se centra en un no experimental puesto que los datos no fueron
manipulados deliberadamente, por el contrario se observaron los fenómenos
tal y como se dan en su estado natural para luego describir la variable. Es
transversal porque se recolectaron datos en un tiempo único. Su propósito
fue describir variables y analizar su incidencia e interrelación en un momento
dado.
Según Hernández, Fernández y Baptista (2003), en la investigación no
experimental los cambios en la variable independiente ya ocurrieron y el
investigador tiene que limitarse a la observación de situaciones ya existentes
dada la incapacidad de influir sobre las variables y sus efectos.
Al mismo tiempo, el estudio se identificó como diseño transversal, el cual
tiene como objetivo indagar la incidencia y los valores en que se manifiestan
una o más variables, en este caso estudio de factibilidad. La investigación se
adapta a este tipo de diseño dado que el estudio se realizó dentro de un
período de tiempo determinado.
Este estudio se caracteriza por ser una investigación de campo, debido a
que se realiza directamente en las plantas de procesos productivos. Esto se
dedujo siguiendo los criterios de expertos.
informaciones obtenidas directamente con la realidad permitiendo al
investigador cerciorarse de las condiciones reales en que se han conseguido
los datos.
Zorrilla (1993), define que la investigación de campo o investigación
directa es la que se efectúa en el lugar y tiempo en que ocurran los
fenómenos objeto de estudio.
3. POBLACIÓN Y MUESTRA 3.1 POBLACIÓN
Hernández (2004), “dice que la población es el conjunto de todos los
casos que concuerdan con una serie de especificaciones” (p.170).
Para Sabino (1992), “la población o universo es el conjunto de elemento o
unidades a los cuales se refiere la investigación y para la cual serán validas
las conclusiones que se obtengan” (p.155).
A continuación se determino como población que está compuesta por una
planta compresoras de gas que contemplan grandes volúmenes productivos
de condesando estabilizados.
3.2 MUESTRA
Se realizó un muestreo no probabilístico y seleccionaron esta planta de
engorroso el acceso a la información de los demás complejos de compresión
de gas.
Según Hernández (2004), la muestra puede ser definida como un
subgrupo de la población. Para su debida selección debe delimitarse las
características de la población.
El tipo de muestreo es intencional ya que como señala Sabino C. (1996),
se “escoge sus unidades no en forma fortuita, sino en forma arbitraria,
designando a cada unidad según características que al investigador resulten
de relevancia”. Se considera que la selección de la muestra en esta
investigación fue intencional debido a que se escoge toda la población que
está involucrada en los procesos productivos.
En la presente investigación fueron estudiado un sistema de extracción de
líquido por refrigeración mecánica de la planta compresora de gas tía Juana
dos que representa la muestra del estudio
4 TÉCNICA E INSTRUMENTO PARA LA RECOLECCIÓN DE LOS DATOS. Según Méndez (1998, p. 105) en su trabajo expresa que la observación
como fuente primaria de recolección de datos puede definirse como el uso
sistemático de los sentidos en la búsqueda de los datos que necesarios para
resolver un problema de investigación.
Igualmente, Se utilizaran las técnicas instrumentales de la investigación
referentes, manuales, investigaciones internacionales que permitieron
conocer el principio de funcionamiento, sus etapas, los sistemas que lo rigen
su modelado, Empleándose de ellas fundamentalmente, para el análisis de
las fuentes documentales.
En este caso el análisis de contenidos, a la operación y control de la
planta de extracción de líquido de tía Juana 2, de manera de determinar las
desviaciones del mismo, para realizar la estrategia de control inteligente,
para minimizar los efectos perturbadores en la calidad del producto en torres
desetanizadora.
4.1. Recolección de la Información
La recolección de la información se efectuó en varias etapas:
- Reconocimiento de las instalaciones del área de la expansión de las dos
planta TÍA JUANA dos y tres.
- Revisión de información del proceso de extracción de líquido por
refrigeración mecánica de la expansión, a través de libros y documentación
existente en la planta y en la biblioteca ubicada en el edificio principal de tía
Juana y consultando la intranet de PDVSA.
- Revisión de trabajos similares de investigación, visitando diferentes
bibliotecas tales como: la de la universidad Rafael Belloso chacin, la del
de la Universidad de suiza, universidad de Oviedo, Madrid España,
universidad de los andes.
- Estudio de los manuales de los instrumento de recolección de datos,
tales como el modulo de historia del TDC-3000 y el sistema de información
de la planta (PI).
- Estudio de los sistemas de identificación de proceso, utilizando el
TOOLBOX de MATLAB.
4.2. Recopilación de Datos.
La recopilación de datos se llevo a cabo en la sala de control de la planta
compresora de gas tía Juana dos, utilizando como instrumento de Modulo de
historia del TDC-3000, durante un periodo de una semana de la planta en
plena producción donde se observo las variaciones del proceso. Con la
finalidad de realizar una base de dato y así determinar la influencia de la
variable independiente (flujo de alimentación de la torre) sobre las variables
dependiente (flujo de reflujo, temperatura de tope, temperatura de fondo,
temperatura de alimentación). La base de dato se elaboro en una hoja de
cálculo de Excel.
4.3. Instrumentos
Para la recolección de datos de la planta de compresión de Gas tía juanas
Inteligente para la torre desetanizadora se utilizaron los siguiente
instrumentos; el sistema de información de planta (PI): es un software para
recolectar, almacenar y presentar información de planta, cuenta con dos
paquetes, uno para enlace de datos (PI Data Link) y otros es un graficados
(PI-ProcessBook).
El sistema PI de enlace de datos: es un paquete de funciones que tanto la
entrada del sistema PI la hoja electrónica del programa corren dentro de un
Microsoft Windows. Con el PI de enlace de datos se puede usar para extraer
información desde la base de datos del sistema PI (las señales provienen del
sistema de control distribuido) y llevarla hasta una hoja de cálculo.
Esta información del proceso es “tiempo real” debido a que la misma se
genera en un sitio y esta a disposición en cualquier otro punto distante o
remoto en un intervalo de tiempo relativamente corto. La información
proviene del sistema de control distribuido (TDC-3000) puede ser
concentrada, almacenada, procesada y transferida, para ofrecerla a los
diferentes usuarios del sistema.
Luego dicha información es capturada por un nodo remoto del PI (PI NET)
a través de un computador que sirve de intérprete entre el sistema de control
distribuido (SCD) y el PI NET, lo datos son capturados posteriormente por el
computador central del sistema o PI HOME el cual realiza dos funciones:
- Almacenar la información capturada para llevar data histórica.
Para no sobrecargar la base de dato del PI, durante el estudio de los de
los procesos a identificar, se estudiaron y analizaron cuales serian las
variables físicas que afectan directamente al sistema de control de la torre
desetanizadora, para determinar los intervalos de muestreo necesarios.
Por esta razón se eligió un intervalo de muestreo de entre 2 y 3 segundo
desde las 6:00 am hasta las 9:00 am con la expansión arriba, es decir en
plena producción de GRE y LGN, se tomaron datos de los turno de tarde y
noche también para ver las variaciones de 4 días.
El Sistema De Control Distribuido Tdc-3000, para obtener una buena
eficiencia en el proceso, se deben controlar todas las variables principales
del mismo, las cuales pueden ser flujo, presión, nivel y temperatura.
En planta compresoras de gas así como otras plantas que conforman el
complejo sur y norte de tía Juana, el control se lleva a cabo mediante el
sistema de control distribuido TDC-3000.
El sistema en una red de control local (LCN) que se encuentra distribuido
en distintos módulos, donde se procesa la información y se implementa la
dinámica de las físicas de este sistema conforma un segmento funcional con
su propia configuraciones y con una dirección o nodo especifico.
El Matlab es un entorno de computación técnica que incluye cómputos
numéricos, cómputos simbólicos y visualización científica, El maltab es una
potente herramienta de cálculo matemático en el cual problemas de
ingeniería puedan resolverse usando esta herramienta, ya que ofrece la
operaciones especializadas, como el TOOL BOX de identificación de sistema
en donde se carga data se pre procesa luego se estima el parámetro para
obtener los modelos matemático que rigen la planta en estudio.
El Simulinke esta dentro del entorno de matlab aquí se simulan los
sistemas de control del proceso de la planta ya listo con todos sus elementos
que lo conforman.
5. ANÁLISIS DE LOS DATOS
El propósito del análisis de datos consiste en confrontar el problema
estudiado con el contexto teórico presentado en la documentación del
estudio para determinar las convergencias y divergencias obtenidas.
En relación a este aspecto, es importante destacar que una vez que los
datos fueron recolectados mediante los procedimientos antes descritos en
las técnicas de recolección de información, fueron procesados bajo la
aplicación del proceso de extracción de liquido en tiempo real, bajo este
ambiente fue analizado y estudiado el comportamiento del proceso; se
obtuvo cierta información que permitió identificar los efectos ocasionados
antes diferentes tipos de perturbaciones en el tope y fondo de la torre
desetanizadora D8-255.
Luego se procedió a simular las diferentes estrategias de control
repuesta de cada uno de los modelos en la torre desetanizadora, mediante
herramienta el software matlab usando simulink.
6. PROCEDIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN
La metodología de este trabajo especial de grado se estructuró en cinco
fases que involucran diversas actividades con el propósito de alcanzar cada
uno de los objetivos específicos y, por consiguiente, el objetivo general. Se
consideró la estruc tura secuencial desarrollada por Querales (1999), sin
embargo, el autor orientó cada fase a las condiciones de la instalación objeto
de estudio.
A continuación se describen cada una de las fases:
Cuadro N° 2.
OBJETIVO N° 1 Describir las variables del proceso que perturban la calidad del
producto en la extracción de líquidos de gas natural en torres desetanizadora
FASE 1 METODOLOGÍA
Describir las variables del proceso que perturban la calidad
del producto
Se describe el proceso de compresión de gas y extracción de líquido del gas natural con las composiciones del gas natural en las que tienes que estar el producto condesado estabilizado, para que este en normas, con el historial de producto fuera de especificación para entender la problemática presente que es perturbación en la calidad del producto.
Se describe los equipos asociados a la extracción de liquido del gas natural con el fin de obtener datos de los proceso que va a estar involucrados en la investigación con sus respectivos parámetro que debe estar trabajando la planta
Se definió las variables de entrada y de salida del sistema, es decir la variable manipulada y controlada del sistema de extracción de liquido del gas natural para logra el objetivo de logra estabilizarlas y minimizar las perturbaciones en la calidad del producto.
Fuente: (García 2012)
Cuadro N° 3.
OBJETIVO N° 2 Obtener la data del proceso en estado dinámico del modulo
historial del TDC-3000 para procesarla.
FASE 2 METODOLOGÍA
Obtener la data del proceso en estado dinámico
Se recopilo la data del proceso con la planta en funcionamiento del modulo de historia del TDC-3000 durante un periodo de seis semana, bajando data de 3 horas de producción por día
Anterior a la toma de la data se estimo un tiempo de muestreo para cada variable que se está estudiando
Luego el preprocesador de la data almacenándola en hojas de Excel para su posterior modelado en el programa de simulación matlab
Fueron Tomados 5233 a lazo cerrado ya que la planta tienes cuatro PID que controlan las variables que influyen en la calidad del producto como es el flujo de alimentación, temperatura de alimentación, temperatura de fondo, temperatura de tope, flujo de reflujo. Fuente: (García 2012)
Cuadro N° 4
OBJETIVO N° 3 Obtener los modelos matemáticos del proceso mediante la
identificación de sistema
FASE 3 METODOLOGÍA
Obtener los modelos matemáticos del proceso mediante la identificación de sistema
Al tener una referencia clara al principio de que grado era la planta se aplacaron técnicas de identificación a lazo abierto basados en las teorías del tol box de maltad del autor lennar ljunt, para obtener las funciones de transferencias del proceso, se realizo un pre procesamiento de la data, se realizaron por tanteo distintos modelos tantos parametritos con no-para métricos, se realiza una grafica previa a la data para seleccionar un punto de operación, luego de obtener varios modelos, se selección el que tuviese mejor estabilidad según los Criterio de estabilidad de Nyquist. Se analizaron en total seis casos para obtener al igual número de funciones de transferencias, ajustado a las teorías de agota las variables salida entre las de entradas, las entrada del proceso son temperatura de alimentación, flujo de alimentación, flujo de reflujo, las salidas son temperatura de tope y fondo.
Hay un séptimo caso que es la temperatura de fondo con la rehervidor de LGN ya que hay no hay historial de data en el tdc-3000 se realizaron cálculo del CV de las válvulas, donde se realizo hasta balance térmicos Se realizo un cuadro de mejores FITS de todos los modelos encontrados, los seleccionados fueron por criterios de NYQUIST usando la grafica de seros y polos Aplicación de técnicas de identificación a lazo cerrados usando el modulo de entrenamiento de redes neurales de matlab, probando por tanteo con diferentes redes, resultando mejor estables mejores FITS las redes neurales feedforward, igualmente se usaron los casos descritos en el objeticos números dos (2) Fuente: (García 2012)
Cuadro N° 5
OBJETIVO N° 4 Diseñar el control inteligente basado en redes neuronales
FASE 4 METODOLOGÍA
Diseñar el control inteligente
Se probaron alrededor de 42 redes en varias configuraciones del tipo Feed forward y narx de números de neuronas distintas, las seleccionadas para la investigación fueron la que obtuvieron mejor FITS.
Para obtener el controlador inteligente seleccionar el que más estabilice el sistema en lazo cerrado:
Cuadro N° 6
OBJETIVO N° 5 Validar el sistema no lineal de la Estrategia De Control
Inteligente.
FASE 5 METODOLOGÍA
Validar el sistema no lineal
Se realizo simulaciones a lazo abierto para observar el comportamiento del Sistema de la torres desetanizadora con el modelo actual de la planta.
Se realizo simulaciones a lazo cerrado para observar el comportamiento del controlador del péndulo invertido rotativo
Se valido el sistema comparando el sistema actual de la planta controlado por estrategias de control convencionales con el sistema no lineal de la torres desetanizadora propuesto con controladores inteligente.