CAPÍTULO I EL PROBLEMA El presente capítulo desarrolla el planteamiento y formulación del problema, así como también el objetivo general que persigue la investigación. De igual forma, se presentan los objetivos específicos a desarrollar, seguidos de las razones que justifican el estudio, el contexto de tiempo y espacio que lo delimita. 1. Planteamiento del Problema Aunque en el pasado podía considerarse que el único objetivo del control consistía en mantener una operación estable del proceso, actualmente la industrias se enfrentan a un mercado cambiante y difícil de predecir, lo que les obliga a operar sus procesos productivos en consonancia con la evolución del mercado para poder mantenerse competitivas y rentables. Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten influir en el funcionamiento del mismo. La finalidad de un sistema de control es conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio 5 6 sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen valores prefijados (consigna). Actualmente, los sistemas de control en la industria de procesos deben satisfacer criterios económicos, asociados con el mantenimiento de las variables de proceso en sus referencias, minimizando dinámicamente una función de coste de operación, criterios de seguridad, medioambientales, y de calidad en la producción, la cual debe satisfacer ciertas especificaciones sujetas a una demanda normalmente variable. Hoy día, uno de los avances más desarrollados por su versatilidad son las estrategias de control, ya que a través de ellas el sistema puede actuar en función a los cambios que puedan presentarse a nivel operacional, dando esto un notable crecimiento de distintas técnicas ?ables que permitan la operación de diversos procesos industriales con gran e?ciencia y alto grado de ?exibilidad. Y es por ello que hoy día, en los procesos industriales, son aplicadas dichas estrategias de control, con el fin de establecer el mejor comportamiento de los procesos y lograr cumplir con los requerimientos establecidos. La mayoría de los procesos industriales en Refinerías, Petroquímicas, Plantas Eléctricas y Siderúrgicas necesitan Sistemas de Agua de Enfriamiento para alcanzar temperaturas y presiones específicas requeridas por los mismos. El enfriamiento involucra la transferencia de calor de una sustancia a otra. La sustancia que pierde calor se dice que es enfriada y la que lo recibe se denomina medio de enfriamiento. 7 El principal medio de enfriamiento utilizado en la refinería es el agua salada. Esto se debe a la poca disponibilidad de agua dulce en la Península de Paraguaná y por permitir costos reducidos, los cuales se limitan a los gastos por energía y mantenimiento de los equipos para bombear y transportar el agua desde la bahía hasta las unidades de proceso. La Planta EBAS, está conformada por diez (10) bombas, las cuales, fueron concebidas para el suministro de agua salada al sistema de enfriamiento de las plantas de la Refinería. En origen, el sistema fue concebido para operar con ocho (08) bombas en servicio y dos (02) en reserva disponible para entrar en servicio, aunque dependiendo de la cantidad de plantas en operación, el número de bombas en servicio puede ser menor a ocho (8). Las 10 bombas de la estación de bombeo están interconectadas para mantener una presión por el orden de las 58-60 lbs. en el cabezal para garantizar la disponibilidad de agua a la presión requerida para los diferentes consumidores. Hay que tener en cuenta un parámetro importante como lo es el consumo de agua para el sistema de enfriamiento, el cual es en mayor grado en función de las bombas que se requieren y las bombas que se tienen disponibles en la estación de bombeo. En este caso, se debe mantener como disponibilidad mínima en la estación de bombeo, el equivalente a la capacidad de una bomba, esto con la finalidad de no alterar el suministro normal de agua de enfriamiento a las unidades de proceso, en caso de falla de una bomba centrífuga vertical. 8 Sin embargo, debido a la demanda producida por las distintas plantas de la Refinería, las bombas en su totalidad son operadas continuamente, es decir, las bombas que por diseño debían operar solo de reserva, operan constantemente para o l grar abastecer o cubrir la demanda del sistema de enfriamiento de la Refinería, es por ello que se han venido presentando una serie de inconvenientes, ya que el sistema no es operado como fue diseñado inicialmente. Actualmente, la Estación de Bombeo es operada en forma manual, ya que existe deterioro en la comunicación eléctrica (mazos de cables), que transportan las señales desde Sala de Control hasta las subestaciones, provocando fallas en los comandos de arranque/pare de las bombas, así como también, en la apertura y cierre de sus respectivas válvulas motorizadas, lo que conduce el sistema a presentar fallas, un menor grado de rendimiento y seguridad. Es conocido que el funcionamiento de otras plantas depende del correcto desempeño de estas bombas, por tanto es notable y esencial que las mismas sean operadas bajo un sistema de control eficiente permitiendo que el proceso se lleve a cabo de la manera más óptima posible. De lo contrario las bombas centrífugas asociadas al proceso pueden presentar distintas fallas o peor aún dejar de funcionar; lo que implicaría entre muchas cosas, un gasto adicional para la empresa en cuanto a la sustitución de las bombas. Sin embargo esto no sería la solución para el problema existente. 9 De no aplicar un nuevo sistema de control, el funcionamiento de las distintas plantas de la Refinería se encuentra en riesgo, ya que muchas de ellas necesitan el agua proveniente de estas bombas, destinada al sistema de enfriamiento. Según experiencias vividas en la estación de bombeo y otras plantas, la demanda de agua salada que se produce cada día es mayor, y por tanto es necesario no solo que las bombas sean las adecuadas para el abastecimiento de agua salada hacia el sistema de enfriamiento, sino que también, ellas deben ser controladas por un sistema que permita cubrir con dicha demanda sin ningún inconveniente, empleando la estrategia de control con la cual se logre el mayor beneficio para todos los elementos que conformen el sistema. Un sistema que sea robusto frente a perturbaciones y errores en los modelos, eficiente como sea posible, según criterios preestablecidos, que sea fácilmente implementable y cómodo de operar en tiempo real, que garantice la estabilidad, confiabilidad así como también la disponibilidad operacional de la planta.. 2. Formulación del Problema Sobre la base de la problemática antes planteada resulta necesario e importante dar respuesta a la siguiente interrogante: ¿Cómo será un Sistema de Control para las bombas Centrífugas Verticales, en Estación de Bombeo de Agua Salada (EBAS) en Refinería?. 10 3. Objetivos de la Investigación 3.1 Objetivo General Proponer un Sistema de Control para las bombas Centrífugas Verticales, en Estación de Bombeo de Agua Salada en Refinería (EBAS). 3.2 Objetivos Específicos • Diagnosticar el funcionamiento actual de las bombas Centrífugas Verticales, en Estación de Bombeo de Agua Salada en Refinería (EBAS). • Definir las variables operativas en las bombas Centrífugas Verticales, en Estación de Bombeo de Agua Salada en Refinería (EBAS). • Modelar matemáticamente el sistema de las bombas centrífugas verticales en EBAS. • Diseñar el Sistema de Control aplicado a las bombas Centrífugas Verticales, en Estación de Bombeo de Agua Salada en Refinería (EBAS). • Validar el Sistema de Control aplicado a bombas Centrífugas Verticales, en Estación de Bombeo de Agua Salada en Refinería (EBAS) a través de su simulación. 4. Justificación de la Investigación Considerando la importancia del agua de enfriamiento para las unidades de proceso del complejo industrial, las dimensiones y la criticidad de los 11 equipos asociados; tomando en cuenta el deterioro de las líneas de comunicación, fallas porcentuales en la medición de los estados físicos de los sistemas y hasta reportes equívocos, así como la inversión que ellos representan dentro del sistema, no se permite la toma de acciones proactivas, las que en caso de contingencias o mal funcionamiento de los equipos críticos de EBAS, funcionarían irregularmente debido a todas las fallas que los problemas anteriores son capaces de hacer. La investigación presenta una justificación teórica debido a la presentación de un modelo matemático que describe el comportamiento del sistema asociado a las bombas centrífugas verticales. De igual forma, la investigación ahonda en teorías enfocadas al diseño y selección de controladores basados en las estrategias de control P, PI y PID. Desde la perspectiva práctica, la investigación proporciona una guía de procedimientos prácticos para el modelado del sistema en estudio, así como también para el Sistema de Control para Bombas Centrífugas Verticales en la Estación de Bombeo de Agua Salada, y por ultimo determinar las estrategias de control que mejor apliquen para el sistema. El mayor beneficio que se obtendrá con esta propuesta es el aumento de la confiabilidad y disponibilidad del sistema de agua de enfriamiento que impacta a toda la Refinería. En cuanto al aporte metodológico, la presente investigación representa una gran contribución para el desarrollo de investigaciones futuras, en cuanto a la metodología utilizada y las técnicas empleadas durante la ejecución de 12 la misma. De igual forma, la presente investigación impulsará el inicio a futuras investigaciones relacionadas a la temática planteada, es decir, investigaciones en el área de diseño de sistemas de control o siendo más específico en el estudio de bombas centrífugas verticales, dándole punto de partida a nuevas investigaciones o sirviendo de antecedentes. Por último, desde el punto de vista social, muchas de las plantas en refinería, se ven afectadas por lo sucedido en esta estación de bombeo, traduciendo un beneficio a las personas que laboran en ella, mejorando la seguridad de las operaciones realizadas en las plantas, disminuye el riesgo de accidentes y por ende la probabilidad de usuarios lesionados, a causa de la ocurrencia de eventos indeseados en el proceso. 5. Delimitación de la Investigación En el presente estudio se realizó el Sistema de Control a las Bombas Centrífugas Verticales, en la Estación de Bombeo de Agua Salada en Refinería (EBAS), a fin de garantizar la confiabilidad y disponibilidad operacional de dicha planta. La presente investigación se enmarca dentro de la línea potencial de investigación: Automatización de Procesos. El desarrollo de la investigación se realizará en un tiempo estimado de 2 años de duración, iniciado en el mes de Marzo de 2012 y finalizado en el año 2014, en la Universidad Rafael Belloso Chacín, ubicada en Maracaibo, Estado Zulia.
