Sistema de control

A lo largo del proceso de producción debe controlarse que los resultados obtenidos, las variables involucradas y/o las condiciones de operación se establezcan dentro de los límites teóricos desarrollados. Esto es esencial para obtener la producción deseada, así como para garantizar que tanto los equipos, como los dispositivos y todos los elementos

Diseño de una planta de producción de bioetanol Facultad de Ingeniería – UNMDP

127 involucrados en el proceso no sufran daños debido, por ejemplo, a una reducción en el pH, un aumento de la presión de trabajo, un aumento en la temperatura, etc.

Por lo tanto, se emplean sistemas de control con el fin de reducir las probabilidades de fallo y verificar el logro de los objetivos que se establecen en la planificación. Un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema. Los mismos, deben ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos, así como eficientes evitando comportamientos bruscos e irreales.

Así, un sistema de control involucra la determinación de un valor deseado para la

“variable a controlar”; realizar una medición; detectar desviaciones, es decir descubrir las diferencias que se presentan entre la ejecución y la planeación; y establecer medidas correctivas a través de la “variable manipulada”. Por otro lado, a la hora del diseño de los mismos debe tenerse en cuenta la naturaleza de las variables a controlar y los posibles problemas involucrados en su modificación para la determinación de factores de control, cantidades, tiempo, costo y calidad del sistema.

En el presente proyecto las variables controlar y manipuladas serán las que se muestran en la Tabla 4.9.

Variable de control Valor deseado Variable manipulada Temperatura de entrada al

reactor 35ºC Caudal de agua del intercambiador

tanque de preacondicionamiento Temperatura de salida del

reactor 35ºC Caudal de agua de enfriamiento del

serpentín

pH del caldo de fermentación pH=5 Caudal de solución de H2SO4

Nivel

20,72 m (para respetar el 20% de

seguridad)

Caudal de ingreso al reactor

Presión de CO2 1 atm Caudal de gas a absorbedor Velocidad de agitación 7 r.p.m Velocidad de giro del motor

A continuación, se presentan algunas observaciones generales relativas a las variables a controlar:

■ Dado el importante papel que juega el tiempo de residencia en los valores de concentración de etanol que se obtienen a la salida del arreglo, es recomendable el empleo de un sensor de nivel para controlar el volumen en cada reactor de forma de garantizar que la corriente cumplan el tiempo de residencia planificado.

■ Debido a la complejidad de la cinética de la obtención de bioetanol, la concentración de reactivos y productos no se incluye dentro del sistema de control, dado que no

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128 podría controlarse automáticamente, sino que solamente se podría realizar un seguimiento a partir del análisis en laboratorio, ya que aún logrando una medición indirecta de la concentración adecuada de los compuestos involucrados, nuevamente los largos tiempos de residencia impedirían corregir cualquier inconveniente que surja de manera rápida. Las posibles formas de medición que podrían plantearse para una comprobación rutinaria de la producción son la medición de concentración de etanol a la salida del proceso, la cual podría llevarse a cabo mediante cromatografía gaseosa; así como la concentración de glucosa a la entrada, para la cual El-Mansi [4.13] proponen el empleo de un analizador enzimático industrial YSI 27A (Yellow Springs Instrument, Co, OH).

■ Con el monitoreo del pH y el control de temperatura es posible realizar un cierto monitoreo de la concentración de levadura, dado que influyen directamente sobre el desarrollo de este microorganismo. Si bien no son las únicas variables vinculadas con su desarrollo, ya que también dependen de las concentraciones de etanol y glucosa, por ejemplo, son estrictamente necesarias para garantizar la actividad de la levadura.

■ Respecto al control del pH, se debe destacar la importancia de realizar una buena calibración del instrumento de medición en el rango ácido.

■ Para la medición de temperatura, se recomienda utilizar más de un transmisor, dado que los reactores son de elevado tamaño y la temperatura podría no ser homogénea en todo el caldo de fermentación.

■ En muchas ocasiones, la medición de la velocidad de agitación, se lleva a cabo midiendo el consumo de energía eléctrica del motor o utilizando detectores de proximidad.

En cuanto a los controladores, en este tipo de procesos suelen utilizarse controladores tipo PID (proporcional integral derivativo), ya que actúan de manera rápida y permiten llevar a cabo la acción de control de manera suavizada, tal como se observa en la figura 4.10. Las principales características de este tipo de controladores son:

■ El control proporcional provee una salida, cuya magnitud es proporcional a la desviación entre la variable medida y el valor deseado.

■ El control integral tiende a reducir el efecto de oscilación del control proporcional actuando sólo, ayudando a llevar la variable medida a su valor deseado de forma más rápida, minimizando la integral del error.

■ El control derivativo también tiende a reducir el efecto del control proporcional, estimando la pendiente de la variable medida con el tiempo y maximizándolo en comparación al valor deseado.

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129 En la Tabla 4.10 se indican posibles instrumentos de medición a emplear en el control de las variables previamente desarrolladas.

Variable de control Instrumento de medición

Temperatura Termocupla

pH del caldo de fermentación pH-metro

Nivel Sensor de nivel

Presión de CO2 Manómetro

Velocidad de agitación Tacómetro