Control predictivo no lineal aplicado a columnas de destilación

Non-linear predictive control system applied to distillation columns

En este documento, se presenta una alternativa aproximada al control predictivo no lineal. Esta alternativa está basada en una linealización iterativa de la respuesta del modelo, de manera que las respuestas en lazo cerrado sean las mismas que las obtenidas con el método no lineal pero con un tiempo de cálculo mucho menor y unas herramientas de optimización mejores. Este documento aplica estos conceptos a una columna de destilación de separación de etanol-agua. Para la solución de los modelos presentados en el estudio, se ha realizado el modelamiento del proceso en el lenguaje EcosimPro, en el cual el sistema predictivo no lineal está desarrollado en C++ y es invocado desde EcosimPro. El control de procesos basado en modelos (MPC) es reconocido en el mundo como una herramienta capaz de solucionar una gran cantidad de problemas de control multivariable con restricciones. Sin embargo, la mayor parte de los controladores industriales están basados en modelos lineales, lo cual limita la aplicación de este tipo de control.

Trabajo de aplicación : diseño de controladores P, PI y PID

Application work : design of P, PI and PID controllers

En el desarrollo del presente trabajo práctico, se emplea la disponibilidad denominada s-function de MATLAB®. Esta herramienta permite trabajar con un conjunto de ecuaciones diferenciales que describen el fenómeno de transferencia de masa y energía que se produce en la planta a controlar. Dicho conjunto de ecuaciones es luego sometido a una integración numérica, empleando alguno de los métodos disponibles en este programa. El uso de esta herramienta también favorece el desarrollo de modelos matemáticos más rigurosos que una simple función de transferencia. Por otra parte, desde el punto de vista del control, es posible evaluar la evolución temporal de las variables claves del proceso y tener una idea más cercana del comportamiento real del sistema.

En este trabajo se trata de controlar uno de los lazos correspondiente al equipo denominado columna de destilación, que forma parte de una planta configurada adicionalmente por un reactor. Para efectuar una descripción breve de una columna de destilación o también llamada stripper, se podría decir que se trata de un equipo que permite efectuar la separación de mezclas líquidas, teniendo en cuenta los diferentes puntos de ebullición de los componentes de la misma. En el caso de una destilación continua, la alimentación F ingresa permanentemente al equipo para ser procesada. El mecanismo de separación se logra a través del calentamiento de la mezcla del fondo hasta alcanzar la evaporación de la misma en el rehervidor y generando vapor denominado boilup.

En el caso más sencillo de una mezcla de dos componentes, el más volátil sale en forma de vapor por el tope para condensarse y por último pasar al acumulador de reciclo. Aquí, una parte de esta corriente se obtiene como producto terminado (destilado, D) y otra reingresa al reactor (reciclo). Por otra parte, el componente menos volátil sale por el fondo en estado líquido (B). En general, el proceso de destilación constituye un formidable problema de control de procesos ya que conlleva una innumerable serie de variables a tener en cuenta, una minuciosa selección del apareamiento de variables controlada-manipulada, como manera de lograr un esquema de control más eficiente.

Self-tuning and conventional control of an industrial scale packed distillation column

Control automático y convencional de una columna empacada de destilación a escala industrial

En este documento se describe el funcionamiento de los controladores en self-tuning y de una variedad de estrategias convencionales del control, que se examinan cuando son aplicadas al control de la concentración de cima de una columna empacada de destilación. La idea del presente trabajo es comparar el funcionamiento de los controladores en ambas configuraciones (convencional y self-tunning) para una columna de destilación.

Estas estrategias de control se prueban bajo diversas condiciones en una columna empacada de destilación. El control de este sistema se realiza mediante un controlador PID, que es puesto a prueba mediante los dos esquemas a comparar: en operación convencional y en operación self-tunning. La mejor acción convencional de PID se compara con control self-tuning de PID.

El éxito de las diversas acciones del control se estima usando un cuadrado integral del criterio del error (ISE), y se demuestra que el control self-tuning de PID proporciona un mejor control que la acción convencional de PID para los casos estudiados.