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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO. Dado que el propósito fundamental de este trabajo es realizar una

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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.

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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

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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.

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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:

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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.

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