Estratégias de Controle de Plantas

Vista previa del material en texto

Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
1
1- ESTRATEGIAS DE CONTROL DE PLANTAS 
 
Mediante los siguientes ejemplos se desarrollarán estrategias de control de 
plantas, empezando por un lazo de control simple para terminar en otros más 
complejos, como el caso del ejercicio 3. 
 
Ejemplo 1 
 
Un estanque recibe el producto de un molino de bolas donde se disminuye el 
tamaño de un mineral de cobre. El producto es una pulpa que contiene un 23% de 
sólidos, con un tamaño de partículas inferior a 1 [mm], con un flujo de 60 [m3/h]. La 
pulpa es bombeada (bomba centrífuga con motor eléctrico de 2300 rpm) a una 
batería de hidrociclones a fin de separar los sólidos finos que van al proceso de 
flotación, de los más gruesos que retornan al molino. Se desea controlar el nivel 
del estanque con el flujo de agua y conocer el flujo de pulpa que va a los 
hidrociclones. Suponga todo lo necesario. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1 Esquema de la planta sin control. 
 
• Como se necesita controlar el nivel del estanque, es necesario implementar 
un LIC, que es un indicador – controlador del nivel, si el nivel baja se abre 
una válvula que regula el flujo de agua que ingresa al estanque, y si el nivel 
sube, la válvula se cierra. 
 
• Para conocer el flujo de pulpa que va a los hidrociclones sólo se necesita 
de un FI, que es un indicador de Flujo, éste no va a controlar. 
 
• Finalmente la planta queda como se ve en la figura 1.2. 
 
 
 
 
 
 
Agua
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.2. Esquema de la planta controlada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agua
FI
LIC
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
3
Ejemplo 2 
 
Instrumentar la planta, de manera que se cumplan los siguientes objetivos: 
 
� Procesar todos los gases alimentados con concentración variable de SO2 (6 
a 12%). 
� Obtener ácido sulfúrico concentrado de 98% en peso a 28 º C. 
� La emisión de SO2 por chimenea debe ser menor a 2000 ppm y la de SO3 
inferior a 100 ppm (no medible, sólo visible como humo blanco). 
� La reacción es exotérmica y para obtener una conversión de al menos 97%, 
es necesario que la temperatura de los gases al primer lecho sea de 420 º 
C y al segundo lecho de 440 º C. La razón O2/S2 debe ser al menos 1.5. Si 
la temperatura aumentase sobre 660 º C entonces el catalizador de 
pentóxido de vanadio se desactiva y disminuye notablemente la conversión. 
� La capacidad de absorción del SO3 aumenta si la temperatura disminuye, si 
el flujo de ácido es mayor que 1200 [L/h], y si la concentración del ácido se 
mantiene mayor a 97.5% y menor a 98.5%. 
� Proteger los equipos (compresores, bombas, etc.). 
� Minimizar los costos de inversión y mantención. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.3. Esquema de la planta controlada. 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
4
Desarrollo 
 
La concentración del 98% en peso de Acido Sulfúrico se obtiene analizando la 
concentración de salida del absorbedor con AIC-1, si la concentración es menor 
que lo necesario se cierra la válvula del agua que ingresa al absorbedor y si es 
mayor se abre, permitiendo el ingreso de una mayor cantidad de agua al 
absorbedor para que exista a la salida de éste un acido mas diluido. 
La temperatura de salida del ácido se regula con TIC-3 que mide y controla la 
temperatura a la salida del intercambiador HX 5, si la temperatura del ácido es 
mayor que 28 º C se abre la válvula de ingreso del agua a HX 5 y si es menor se 
cierra para que exista una menor transferencia de calor entre el ácido formado en 
el absorbedor y el agua que ingresa al HX 5. 
 
La emisión de gases a la salida del absorbedor sólo se mide, no se controla, por lo 
tanto, con el analizador de gases AI -3 se tiene un registro de las emisiones, de 
esta forma, si la concentración de SO2 y SO3 es mayor que 2000 ppm y 100 ppm 
respectivamente, se acciona una alarma de alta concentración denominada en el 
diagrama del proceso AAH. 
 
Para controlar que la temperatura al primer lecho del reactor (Reactor 1) sea 420 º 
C, se implementa un TIC-1 que acciona la válvula que se encuentra en el reciclo 
del intercambiador de calor 1 (HX 1) cerrándola para así poder transferir más calor 
entre el fluido que sale del lecho 2 del reactor (reactor 2), que se encuentra más 
caliente y el fluido que entra al lecho 2 (reactor 2), si baja la temperatura se 
acciona la alarma TAL. 
 
Para controlar que la temperatura de ingreso del fluido al segundo lecho del 
reactor sea 440 º C, se controla la circulación del aire que ingresa al 
intercambiador de calor 2 (HX 2), si la temperatura es menor, el controlador TIC-2 
abre la válvula de control del reciclo para que exista una menor transferencia de 
calor entre el aire y el fluido, si es mayor la cierra, para que un mayor flujo de aire 
ingrese por el intercambiador, transfiriéndose así más calor entre el aire que esta 
más frío y el fluido, también existe una alarma TAL que se acciona si disminuye la 
temperatura. 
 
Con AI-1 se mide la concentración de O2 y con AI-2 se mide la concentración de 
S2, los dos valores ingresan al controlador en razón ArIC-1, que acciona la válvula 
del aire que ingresa al compresor centrífugo, si la razón es menor que 1.5 se abre 
la válvula para que aumente la cantidad de O2 que ingresa al compresor y que se 
mezcla con los gases, este flujo no puede ser modificados, ya que es necesario 
procesar todos los gases alimentados. 
Son necesario, para tener en los dos lechos una temperatura menor de 660 º C, 
dos alarmas de alta temperatura: TAH-1 y TAH-2, para que el catalizador no se 
desactive. 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
5
Para que el flujo de ácido que circula al absorbedor sea menor que 1200[L/h] y 
que se mide con FI-1, se acciona la alarma de bajo flujo FAL-1, para así permitir la 
máxima absorción posible, además se mide la temperatura con TI-2 a la salida del 
HX 4. 
 
Ejemplo 3 
 
En el proceso de isomerización de gasolina, la carga líquida entra al acumulador 
de carga donde debe mantenerse a unas 5 [Kg/cm2]. El gas en exceso se envía a 
la red de Fuel Gas. El líquido se mezcla con el gas de reciclo para vaporizarse 
completamente en un horno y alimentar a los reactores catalíticos donde se 
produce el proceso de isomerización. El producto de los reactores se junta con 
otras corrientes, se enfría y luego se separa. El líquido (conteniendo el isómero) va 
a la estabilizadora de gasolina, mientras que el gas es comprimido y enviado al 
reactor. Importante es mantener la presión en los reactores en 30 [Kg/cm2], evitar 
el "surge" en el compresor y mantener una razón estable de gas de reciclo y 
alimentación, pudiendo fijar esta última. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4. Esquema de la planta sin controlar 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
6
 
Desarrollo 
 
Para cumplir con la presión requerida en el acumulador de carga (5 [Kg/cm2]), se 
necesita de un PIC el cual va a regular la válvula de salida de los gases Fuel Gas, 
si la presión del acumulador aumenta se debe abrir la válvula, permitiendo así que 
la presión dentro del equipo baje. 
 
Se implementa una alarma de nivel dentro del acumulador, que “avisa” cuando el 
nivel sube o baja demasiado, es decir, si se aleja de cierto rango. 
 
Para mantener la presión en los reactores, se instala un PI en la corriente que 
ingresa a ellos y luego un PIC en la corriente que sale de ellos, el PIC controla la 
válvula del flujo de gas de make up. Si la presión comienza a subir, la válvula se 
cierra ya que los gases aumentan la presión. 
 
Como es de sumo cuidado mantener la presión estable en los reactores, se instala 
un PAL, que es una alarma de presión, la cual se activa cuando ésta se sale de 
cierto rango antes establecido, es decir, aumenta o baja demasiado. 
 
Para mantener una razón estable de gas de reciclo y alimentaciónse implementa 
un FI en la corriente de reciclo y otro en la corriente de alimentación, los cuales 
envían una señal al FrIC, y éste controla una válvula que aumenta o disminuye el 
flujo de gas que va a mezclarse con la línea de productos que vienen de los 
reactores. 
 
Para evitar el surge en el compresor, se regula el flujo de salida con el FIC de la 
línea de alimentación y con el FrIC. 
 
También es necesario controlar el nivel del estanque, esto se hace a través de un 
LIC en el separador, el cual actúa sobre una válvula que regula la cantidad de 
líquido que contiene el isómero, el que se va a la estabilizadora de gasolina. Esto 
también se hace para cuidar el compresor. 
 
Se debe instalar una alarma en el separador que avise cuando baje o suba el 
nivel. 
 
Y también un PI en el separador que indique la presión en la columna, a fin de 
evitar cualquier aumento en ésta. 
 
Finalmente se requiere de un TI en la línea del fluido que enfría el producto de los 
reactores, y de un TI en la salida de la corriente ya enfriada. 
 
 
A continuación, en la figura 1.5 se muestra la planta contralada. 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
7
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.5. Esquema de la planta controlada 
 
 
 
 
 
 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
8
Ejemplo 4 
 
En el siguiente ejemplo se utilizarán dos estrategias de control, con dos objetivos 
diferentes, uno de ellos, producir una cantidad determinada de producto y la otra, 
utilizar todo el reactivo límite que entra a la planta. 
 
1. Se quiere producir cloruro de vinilo (VMC), a partir de etileno (proveniente de 
una planta de olefina) y de cloro (proveniente de una planta de cloro soda). 
 
Para esto se requiere un exceso de un 50% de cloro, con respecto al etileno 
ingresado a la planta, la reacción se presenta a continuación: 
 [ ]2 4 2 2 4 2 C H + Cl C H Cl +180 KJ mol
 (Etileno) (Cloro) (EDC)
→
 (1.1) 
 
La reacción para que ocurra, necesita de una alta temperatura, a saber 140º C, 
por otro lado de 1.1 se sabe que es exotérmica, por lo que se debe retirar esa 
cantidad de calor, esto se hace mediante enfriamientos intermedios dentro del 
mismo reactor. 
 
Se condensa el EDC y el etileno vapor es recirculado a la corriente de entrada del 
reactor. 
 
Posteriormente se hace un craqueo del EDC en el horno, a altas temperaturas y 
corto tiempo (450-500º C, 1-30 [s]), en donde ocurre la siguiente reacción: 
 
 [ ]2 4 2 2 3C H Cl C H Cl + HCl -57 KJ mol
 (EDC) (VMC) (Ac. Cl)
→
 (1.2) 
 
En el horno se utiliza Fuel Gas, por lo cual no viene completamente puro. 
 
En la Torre Quench se produce un rápido enfriamiento de la corriente que sale del 
horno, esto para evitar la formación de subproductos. 
 
En la 1º torre de destilación se separa el HCl y VMC por el tope y el EDC por el 
fondo, siendo este último recirculado a la torre de separación de etileno. La 
corriente de tope se envía a una segunda torre de destilación, en la cual se separa 
finalmente el HCl del producto, es decir, del VMC. 
 
El VMC se utilizará en la producción de PVC en otra planta. En la planta 1 a y 1 b 
se muestra la planta sin y con control, respectivamente (ver Figura 1.6 y 1.7). 
 
2. En este caso se requiere utilizar todo el etileno proveniente de la planta de 
olefina. Por lo que se sigue utilizando la planta 1 a, el cual muestra el proceso, y 
para mostrar el control necesario se hace a través de la planta 2 (ver figura 1.8). 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
9
Debido a que la corriente de etileno no se puede modificar se le denomina como la 
“corriente amo”. 
 
 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
10
Planta 1 a 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6 Planta productora de cloruro de vinilo 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
11
Planta 1 b 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.7 Planta productora de cloruro de vinilo controlada
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
12
Planta 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.8 Planta productora de cloruro de vinilo controlada 
RPM
C2H4
Cl2
C2H4
EDC
C2H4
EDC
AireGasVMC
EDC
HCl
VMC
EDC
HCl
EDC
HCl
VMC
HCl
VMC
FI
FI
FI
PI
TIC
FrIC
TIC
PIPIC
TI
TIC
LIC
TIC
AIC
FrIC
FITIC
LIC
TIC
PIC
LIC
TIC
TIC
PIC
LIC
TIC
LIC
TIC
TIC
LIC
PIC
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
13
A continuación se mostrarán 3 lazos típicos de control, los cuales podemos 
apreciar en la planta. 
 
Para el primer caso se tiene que producir una cierta cantidad de VMC, por lo que 
las corrientes de etileno y de cloro deben ser seteadas por el controlador. Esto se 
debe a que las corrientes antes mencionadas son puras y con sólo saber la 
estequiometría de la reacción y la cantidad a producir, se puede obtener la 
cantidad necesaria, por un balance de materiales. 
 
El primer lazo de control típico, se muestra en la Figura 1.8, en donde se deben 
relacionar los flujos de entrada, que son etileno y cloro, para poder producir una 
cierta cantidad de VMC, esto se hace conociendo la estequiometría de la reacción, 
ecuación (1.1). 
 
También se debe tomar en cuenta que hay una recirculación de etileno por lo que 
se debe implementar un controlador de razón (FrIC) entre el flujo de etileno y el de 
cloro. Esto se hace colocando un FI en las dos líneas de entrada y cada una le 
envía su señal al FrIC, éste abre o cierra la válvula de cloro, dependiendo si se 
necesita más o menos cantidad, respectivamente. 
 
Pero, también es necesario controlar con un FIC el flujo de etileno que viene de la 
planta, ya que si se tiene lo suficiente con la recirculación la válvula se cierra y si 
se necesita más, ésta se abre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 1.9 Producción fija Figura 1.10 Utilizar todo el 
 reactivo límite 
 
 
 
 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
14
El segundo lazo de control típico es el del horno, mostrado en la Figura 1.8, hay 
dos casos, el primero en donde se utiliza Fuel Gas como combustible, es decir, se 
tiene un gas de composición variable, por lo cual se debe implementar un AIC en 
la salida de los gases, para verificar la combustión completa, éste le envía su 
señal a un FrIC, el cual también recibe la señal del flujo que ingresa de gas, con 
esto el controlador de razón abre o cierra la válvula de aire, esto se hace ya que 
el oxígeno debe estar en exceso con respecto al gas, en aproximadamente un 4% 
o más. 
 
La otra variable que se controla es la temperatura dentro del horno, esto se hace 
mediante un TIC en la salida de los productos (VMC, EDC, HCl) el cual actúa 
sobre una válvula a la entrada de gas. 
 
Para el caso en que el gas con que se alimenta el horno sea gas natural, es decir, 
de composición fija, no es necesario poner un AIC en la salida de los gases del 
horno, ya que sería redundante, por lo que se implementa un FrIC entre las 
corrientes de entrada solamente, esto se muestra en la Figura 1.12. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 1.11 Gas oil Figura 1.12 Gas natural 
 
 
 
 
 
 
 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
15
El tercer lazo de control típico es el de una columna de destilación, este se 
muestra en la Figura 1.13. 
 
En una torre de destilación se pueden apreciar dos zonas importantes, la primera 
es la zona de tope en el cual sale el producto más volátil, la cual consta de un 
condensador y de un tanque acumulador, y la zona de fondo, que consta de un 
rehervidor, en el que sale el producto menos volátil o más pesado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.13. Lazo de control en columna de destilación. 
 
Como se puede ver en la zona del tope se tiene un TIC elcual controla el flujo que 
se recircula a la columna, el cual viene condensado. Se tiene un PIC el cual 
controla la presión dentro del estanque acumulador, éste abre o cierra la válvula 
de CW (agua de refrigeración), dependiendo si la presión aumenta o disminuye 
respectivamente. 
 
Se tiene un LIC para el control del nivel en el estanque, éste se regula abriendo o 
cerrando la válvula de salida de producto volátil, dependiendo si el nivel aumenta o 
disminuye respectivamente. 
 
En cuanto al fondo de la columna se tiene un LIC que regula el nivel de líquido 
condensado que hay, esto lo hace mediante una válvula en la línea de salida del 
producto más pesado. Y se tiene un TIC el cual controla la temperatura en la zona 
y lo hace a través de la válvula de la línea de steam (vapor). 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
16
Con respecto a los otros lazos de control de la planta, a continuación se 
especificará cada uno de ellos, indicando su tipo y función (ver Tabla 1.1). 
 
Instrumentos Función 
FI-1 Mide el flujo del etileno proveniente de la planta de olefina, esto 
se hace para mantener un inventario de lo utilizado y para 
realizar el balance de materiales. 
FI-2 Mide el flujo de cloro proveniente de la planta de cloro soda, por 
el mismo motivo anterior. 
FI-3 Mide el flujo total de etileno que entra a la planta, ya que a partir 
de este se regula cuánto cloro ingresa. 
FI-4 Mide el flujo de Fuel Gas que ingresa al horno, para mantener un 
inventario y para chequear el balance de energía. 
FIC-1 Mide y controla el flujo de etileno que se recircula desde el 
estanque de separación, para producir una cantidad fija de VMC. 
FrIC-1 Controla la razón que debe existir entre los flujos de cloro y 
etileno según la estequiometría de la reacción. 
FrIC-2 Controla la razón de aire que debe ingresar, sabiendo el flujo de 
gas que entra al horno y la composición de los gases de salida 
de éste. 
TI-1 Mide la T ª que existe a la salida del reactor, para verificar que la 
reacción esté ocurriendo a las condiciones necesarias. 
TIC-1 Mide y controla la T ª en la línea de recirculación del horno, ya 
que la reacción es exotérmica y se debe enfriar, por lo que regula 
el flujo de CW que ingresa al intercambiador. 
TIC-2 Mide y controla la T ª a la entrada del reactor ya que la reacción 
necesita de una temperatura de 140º C, este regula el flujo de 
steam que ingresa al intercambiador de calor correspondiente. 
TIC-3 Mide y controla la T ª de la entrada del vapor al 1º rehervidor, lo 
cual funciona como precalentamiento para el ingreso posterior al 
horno. 
TIC-4 Mide y controla la T ª de la corriente de salida del horno, 
regulando la entrada de gas oil a éste, ya que en el proceso de 
cracking se necesita de una T ª de entre 450-500º C para que la 
reacción ocurra. 
TIC-5 Mide y controla la T ª de la corriente de salida de la torre quench, 
ya que ésta se debe enfriar para evitar la formación de 
subproductos. Regula el flujo de CW que ingresa al 
intercambiador de calor, a través del cual la corriente se recircula 
y cae como lluvia fría, disminuyendo la temperatura a lo largo de 
toda la torre. 
TIC-6 Mide y controla la T ª en el fondo de la 1ª columna de destilación, 
esto lo hace regulando el flujo de steam que ingresa al 
intercambiador de calor respectivo. 
TIC-7 Mide y controla la T ª en el tope de la 1ª columna de destilación, 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
17
esto lo hace regulando el flujo de CW que ingresa al 
intercambiador de calor respectivo. 
TIC-8 Mide y controla la T ª de la entrada del vapor al 2º rehervidor, el 
cual funciona como precalentamiento para el ingreso a la 2ª torre 
de destilación. 
TIC-9 Mide y controla la T ª en el fondo de la 2ª columna de destilación, 
esto lo hace regulando el flujo de steam que ingresa al 
intercambiador de calor respectivo. 
TIC-10 Mide y controla la T ª en el tope de la 2ª columna de destilación, 
esto lo hace regulando el flujo de CW que ingresa al 
intercambiador de calor respectivo. 
TIC-11 Mide y controla la T ª en el estanque de separación, esto lo hace 
regulando el flujo de CW que ingresa al condensador, ya que se 
quiere condensar el EDC y no el etileno. 
PI-1 Mide la presión a la entrada del reactor, para verificar que el 
compresor está trabajando en una zona segura. 
PI-2 Mide la presión en el condensador, para regular el 
funcionamiento de éste. 
PIC-1 Mide y controla la presión del reactor a través del compresor, 
esto se hace ya que hay pérdidas de carga en todos los equipos 
que debe recorrer la corriente. 
PIC-2 Mide y controla la presión a la entrada de la 1ª torre de 
destilación, lo hace a través del compresor, también debido a las 
perdidas de carga. 
PIC-3 Mide y controla la presión en el tanque de nivel ubicado en el 
tope de la 1ª torre de destilación, esto lo hace regulando el flujo 
de cw que ingresa al intercambiador de calor 
PIC-4 Mide y controla la presión en el tanque de nivel ubicado en el 
tope de la 2ª torre de destilación, esto lo hace regulando el flujo 
de cw que ingresa al intercambiador de calor. 
LIC-1 Mide y controla el nivel en el estanque de separación, ya que si 
este se vacía, la bomba cavita o sino se puede rebalsar, esto se 
hace regulando el flujo de salida después de la bomba, el cual 
ingresará al rehervidor. 
LIC-2 Mide y controla el nivel en la torre quench, esto se hace 
regulando el flujo de salida después de la bomba y que se juntará 
con la recirculación de EDC proveniente de la 1ª torre de 
destilación. 
LIC-3 Mide y controla el nivel en la 1ª torre de destilación, esto se hace 
regulando el flujo de salida después de la bomba siendo ésta la 
recirculación de EDC que ingresa al estanque de separación. 
LIC-4 Mide y controla el nivel en el estanque de nivel de la 1ª torre de 
destilación, esto se hace regulando el flujo de salida, el cual 
ingresa al rehervidor. 
LIC-5 Mide y controla el nivel en la 2ª torre de destilación, esto se hace 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
18
regulando el flujo de salida después de la bomba siendo ésta la 
corriente de VMC. 
LIC-6 Mide y controla el nivel en el estanque de nivel de la 2ª torre de 
destilación, esto se hace regulando el flujo de salida, siendo ésta 
la corriente de HCl. 
AIC-1 Mide y controla la composición de los gases de salida del horno, 
para verificar que no haya combustión incompleta, esto se hace 
regulando a través de un FrIC-2, antes mencionado, el ingreso 
de aire al horno. 
 
Tabla 1.1 Especificaciones de cada uno de los controladores de la planta 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
19
Ejemplo 5 
 
En el siguiente ejemplo se muestra la producción de cumeno a partir de benceno y 
propileno, esto se realiza en un reactor de lecho fijo, que se encuentra a una T ª 
de 350º C y a una presión de 25(bar). Como la reacción es exotérmica se debe 
retirar calor a través de una corriente de enfriamiento. La reacción tiene una 
conversión del 92%, por lo que en la corriente de salida del 1º reactor existe, a 
parte de cumeno y DIPB, benceno y propileno. 
 
Las reacciones que ocurren en el primer reactor se muestran a continuación. 
 
 (1.1) 
 
 
 
 (1.2) 
 
 
En el segundo reactor ocurre la transalquilación, donde también se produce 
cumeno, mostrado en la siguiente reacción: 
 
 
 (1.3) 
 
En la primera torre de destilación (Columna Despropanizadora) se separa el 
propano y el propileno, los cuales salen por el tope, (es decir, son más volátiles),del cumeno, DIPB y benceno, los que salen por el fondo, (es decir, son más 
pesados). Estos últimos son enviados a la segunda torre de destilación. 
 
En la segunda torre de destilación (Columna del benceno), se separa el benceno, 
que sale por el tope, del cumeno y DIPB que salen por el fondo, el benceno se 
recircula y se une a la corriente de benceno que ingresa a la planta. El cumeno y 
el DIPB se envían a una tercera torre de destilación. 
 
En la tercera torre de destilación (Columna del cumeno), se separa el cumeno, 
que sale por el tope y después se junta con la corriente de cumeno que sale del 2º 
reactor, del DIPB que sale por el fondo y es enviado a un mezclador, en donde se 
une una parte de la corriente de benceno recirculada y el DIPB para luego ingresar 
al horno y finalmente al segundo reactor en donde ocurre la reacción (1.3). 
 
En la planta 1 a y 1 b, se muestra la planta sin y con control, respectivamente. 
 
 
 
 
 
3 6 6 6 9 12 
3 6 9 12 12 18
 C H + C H C H
(Propileno) (Benceno) (Cumeno) 
 C H + C H C H
(Propileno) (Cumeno) (DIPB)
→
→
12 18 6 6 9 12C H + C H 2 C H
(DIPB) (Benceno) (Cumeno)
→
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
20
Planta 1 a 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.14 Planta productora de Cumeno sin controlar. 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
21
 Planta 1 b 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.15 Planta productora de Cumeno con control 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
22
En esta planta se quiere producir una cantidad de cumeno fija, por lo que esta 
cantidad es la que fija el set-point del benceno y propileno. Esto se hace a 
través de un control de razón entre el benceno y el propileno, en donde el 
benceno que viene de otra planta también se controla, ya que hay una corriente 
de recirculación, el FrIC controla el flujo de propileno. Se muestra en la Figura 
1.16. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.16 Control de razón entre propileno y benceno. 
 
Ya que con el DIPB y el benceno también se produce cumeno, ecuación (1.3), 
el DIPB que sale de la columna de cumeno, se reutiliza y se mezcla con una 
parte del benceno que sale de la columna de benceno, controlando el reciclo a 
través de un FrIC. Esto es mostrado en la Figura 1.17. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.17 Control de razón entre el benceno y el DIPB. 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
23
En la planta se tienen dos hornos que funcionan a las mismas condiciones, es 
decir a las mismas T ª y con el mismo Fuel Gas como combustible, el control 
por lo tanto en ambos hornos será el mismo (ver Figura 1.18). 
 
El control de T ª del horno se hace a través de un TIC que actúa sobre la 
válvula de Fuel Gas que ingresa al horno. 
 
Para evitar que se produzca combustión incompleta se pone un AIC en la 
salida de los gases de combustión el cual le envía su señal a un FrIC, que 
además recibe la señal de un FI en la corriente de fuel gas, el FrIC controla el 
flujo de aire que ingresa al horno. Debido a que el combustible que se utiliza 
en el horno es un Fuel Gas (composición variable), la estrategia de control se 
hace de esta manera, en el caso que el combustible fuese un gas natural, 
donde la composición es fija el control sólo se realiza con una razón entre las 
líneas de combustible y de aire, y no se usa un AIC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.18 Control en el horno 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
24
En esta planta se observan 3 torres de destilación con objetivos diferentes, 
pero la estrategia de control usada es la misma en los 3 casos. Se puede ver 
en la Figura 1.19. 
 
El control realizado en el tope consta de 3 lazos de control: 
 
Lo 1º es controlar la T ª a través de un TIC en el tope de la columna y que 
regula la válvula de recirculación a la torre la cual viene fría del condensador. 
 
Lo 2º es controlar el nivel en el tanque de nivel, que acumula el condensado, 
este se hace mediante un LIC que regula el flujo de salida de propileno en este 
caso. 
 
Lo 3º es controlar la presión en el tanque de nivel, se realiza a través de un PIC 
que regula el flujo de cw que ingresa al intercambiador de calor. 
 
El control realizado en el fondo costa de 2 lazos de control: 
 
Lo 1º es controlar el nivel de condensado que se acumula en el fondo de la 
columna, esto se hace a través de un LIC que regula el flujo de salida del 
fondo. 
 
Lo 2º es controlar la T ª del fondo de la columna, esto se hace mediante un TIC 
que regula el flujo de steam que ingresa al intercambiador de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.19 Control en una torre de destilación. 
 
 
En la planta se tienen dos reactores que funcionan a las mismas condiciones, 
por lo que la estrategia de control será la misma en ambos casos. 
Se tienen 3 lazos de control mostrados en la Figura 1.20: 
 
1º lazo es el control de la T ª del reactor, ya que la reacción es exotérmica, se 
debe controlar a través de un TIC, que regula el flujo de cw que ingresa como 
fluido refrigerante. 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
25
 
2º lazo es el control de la presión de la columna, esto se hace a través de un 
PIC que regula una válvula de la línea de salida del reactor. 
 
3º lazo es el control de la T ª a la salida del reactor ya que se quiere bajar ésta, 
por ser muy alta, esto se hace mediante un TIC, que controla el flujo de CW 
que ingresa al intercambiador de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.20 Control en el reactor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
26
Ejemplo 6 
 
Una planta trata todo el monómero A producido en presencia de un solvente B, 
que se agrega en exceso en un reactor. El producto de la reacción de 
polimerización es enviado a estanque, separándolo del solvente sobrante por 
vaporización. Este solvente es recirculado al reactor, donde no hay efectos 
térmicos importantes. En el vaporizador se usa vapor de 50 psig entregado por 
una caldera, que alimenta a varios usuarios, y que funciona quemando una 
mezcla de gas natural y de diesel, privilegiando el uso de gas natural, por su 
menor costo. Para ello se dispone de quemadores especiales alimentados por 
un flujo de aire común. Instrumentar la planta para cumplir al menos los 
siguientes objetivos. 
 
1. Producir polímero tratando todo el monómero A que viene. 
2. Producir vapor de 50 [psig]. 
3. Vaporizar todo el solvente que sale del reactor. 
4. Evitar combustión incompleta en caldera. 
5. Atender la demanda variable de vapor. 
6. Minimizar el consumo de combustible diesel. 
7. Evitar problemas en equipos auxiliares (bombas, compresores). 
8. Recuperar los condensados, minimizando el consumo de agua tratada. 
9. Minimizar en esta etapa la inversión en instrumentación (presupuesto 
limitado). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.21 Planta de polimerización 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
27
Desarrollo 
 
 
Para producir el polímero tratando todo el monómero A, es necesario poner un 
LIC-1 en el reactor, este controlador regulará el flujo de solvente B de la 
entrada según sea necesario (que se encuentra en exceso) mediante una 
válvula. Si el nivel aumenta la válvula se cierra y si disminuye se abre. 
 
Para producir vapor de 50 [psig], se necesita controlar la línea de salida de 
vapor de la caldera la cual alimenta a varios usuarios, esto se hace con un PIC-
2 el cual indicará la presión en la línea antes mencionada y controlará a través 
de válvulas la línea de entrada tanto de Diesel como de Gas natural, con esto 
se logra regular la línea de vapor. 
 
Para lograr vaporizar todo el solvente que sale del reactor, es necesario 
implementar un TIC-1 en elestanque (vaporizador), con el fin de regular la 
temperatura en su interior de forma de lograr la completa vaporización del 
solvente B, el TIC-1 indicará y controlará la temperatura con una válvula en la 
entrada de vapor proveniente de la caldera, entonces si la temperatura baja se 
abre la válvula y viceversa. 
 
Si se quiere evitar la combustión incompleta en la caldera se debe instrumentar 
la salida de los vapores de la caldera con un AIC-1, el cual indica la 
concentración de estos, el AIC-1 cae en cascada al PIC-1, es decir, este último 
lo usa como referencia para cambiar la presión de aire a la entrada de la 
caldera, esto lo hace a través de la apertura o cierre de una válvula puesta en 
by - pass del compresor. 
 
Para atender la demanda variable de vapor, se debe controlar el flujo de éste a 
la salida de la caldera, esto se hace mediante un LIC-4, que controla la línea de 
entrada de agua mediante una válvula, si se demanda más vapor, ya sea de 
otros usuario o de el estanque vaporizador, se abre la válvula. 
 
Si se quiere minimizar la cantidad de combustible Diesel, se utiliza el PIC-2 ya 
que tiene un rango compartido entre el gas natural y el Diesel, es decir, al 
necesitar aumentar la presión a la salida del vapor de la caldera se controla con 
válvulas en estas dos líneas, como se dijo antes, por lo tanto se abre primero 
la válvula de la línea de gas natural y luego la de Diesel si es necesario. 
 
Ya que se quiere evitar problemas en equipos auxiliares (bombas, 
compresores), se utiliza un LIC-2 en el estanque vaporizador el cual actúa 
sobre la válvula de salida de éste (monómero A), de esta forma si el nivel de 
dicho estanque llegase a bajar mucho lo que puede dañar la bomba, se 
procede a cerrar la válvula, en el mismo sentido se implementa el LIC-3 
ubicado en el estanque que abastece de agua a la caldera, éste controla el 
nivel actuando sobre una válvula ubicada en la línea de agua tratada. Luego el 
PIC-1 mide la presión a la entrada de aire a la caldera y actúa sobre una 
válvula puesta en el by - pass que protege al compresor. 
 
Control de Plantas 
 
 
Control de Plantas 
 
28
Para recuperar los condensados, minimizando el consumo de agua tratada, se 
utiliza el LIC-3, el cual al indicar que el estanque está con un nivel alto, cierra 
la válvula de agua tratada, de tal forma que se utilice principalmente el 
condensado recuperado del estanque vaporizador. 
 
Finalmente la planta queda como se muestra a continuación (ver Figura 1.22). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.22 Planta de polimerización controlada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gas Natural
Solvente B
Monómero A
Solvente B
Otros Usuarios
Condensados
Agua Tratada
Agua
A estanque
Filtro
Aire
Diesel
Otros Usuarios
Gases
LIC1
LIC2
LIC3
LIC4
PIC1
PIPI
TIC1
PIC2
AIC1