Titulo:
Propuesta de automatización para el proceso químico de elaboración de un polímero funcional en un reactor discontinuo
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Sumario:
En este artículo se presenta una propuesta de automatización de un reactor discontinuo para la elaboración de polímeros por adición, en el cual tiene lugar una reacción química de carácter exotérmico generada en el proceso de polimerización. Se propone controlar la temperatura del producto mediante una estrategia de control de gama partida con controladores en cascada considerando el lazo de temperatura del producto como lazo primario y el de la temperatura de la camisa como lazo secundario. Se realiza el modelamiento fenomenológico del reactor a partir de balances de materia y energía para obtener la función de transferencia del sistema y estimar los parámetros de los controladores. Los resultados obtenidos en la simulación y el control de... Ver más
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Revista Mutis - 2023
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Propuesta de automatización para el proceso químico de elaboración de un polímero funcional en un reactor discontinuo Automation Proposal for the Chemical Process of Producing a Functional Polymer in a Batch Reactor En este artículo se presenta una propuesta de automatización de un reactor discontinuo para la elaboración de polímeros por adición, en el cual tiene lugar una reacción química de carácter exotérmico generada en el proceso de polimerización. Se propone controlar la temperatura del producto mediante una estrategia de control de gama partida con controladores en cascada considerando el lazo de temperatura del producto como lazo primario y el de la temperatura de la camisa como lazo secundario. Se realiza el modelamiento fenomenológico del reactor a partir de balances de materia y energía para obtener la función de transferencia del sistema y estimar los parámetros de los controladores. Los resultados obtenidos en la simulación y el control del proceso evidencian el buen desempeño del sistema trabajando con el set-point de temperatura del proceso entre 92 °C y 96 °C; además, en este rango se observa una mejora significativa en la conversión monómero-polímero del producto. This article presents a proposal for the automation of a batch reactor for the production of addition polymers, in which an exothermic chemical reaction, generated in the polymerization process, takes place. We propose to control the temperature of the product through a split range control strategy with cascade controllers considering the product temperature loop as the primary loop and the jacket temperature loop as the secondary loop. The phenomenological modeling of the reactor was carried out from material and energy balances to obtain the transfer function of the system and estimate the parameters of the controllers. The results obtained in the simulation and control of the process show the good performance of the system working with the process temperature set-point between 92 °C and 96 °C. In addition, a significant improvement in the monomer-polymer conversion of the product is observed in this range. Garcia Jaimes, Luis Eduardo Cruz Cárdenas, Santiago Rivera González , Ángela Bibiana Batch reactor; Automation; Split range control. Batch type reactor automation split range control engineering reactor tipo Batch automatización control gama partida ingeniería 13 2 Núm. 2 , Año 2023 : Dossier. XI congreso CIIMA Artículo de revista Journal article 2023-03-03T00:00:00Z 2023-03-03T00:00:00Z 2023-03-03 application/pdf Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano Revista Mutis 2256-1498 https://revistas.utadeo.edu.co/index.php/mutis/article/view/Propuesta-automatizacion-proceso-quimico-elaboracion-polimero-funcional-reactor-discontinuo 10.21789/22561498.1936 https://doi.org/10.21789/22561498.1936 spa https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 Revista Mutis - 2023 Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0. 1 16 Álvarez, J. (2017). Automatización mediante controlador lógico programable del reactor Batch de tanque agitado del proceso de fabricación de jabón como alternativa de mejora en la dosificación de insumos utilizados [Tesis de grado, Universidad Nacional Tecnológica De Lima Sur]. Campus, C. y Rodríguez, F. (2016) Automatización de un reactor tipo Batch para la obtención de biodiesel en el laboratorio de procesos industriales de la facultad de ciencias [Tesis de grado, Escuela superior politécnica de Chimborazo Facultad de Informática y Electrónica. Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y Redes Industriales]. Cargua, W. et al. (2018). Comparación de esquemas de control para reactores quími-cos tipo CSTR. Ciencia e Ingeniería, (39)2, pp. 177-189. https://www.redalyc.org/journal/5075/507557606009/html/ Espinoza, P. (2008). Diseño, simulación y control automático de temperatura para reactores batch en producción de resinas [Tesis de grado, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso]. http://opac.pucv.cl/pucv_txt/txt-9500/UCI9954_01.pdf Fernández, L. (2017). Instrumentación y control de plantas industriales. Instrumentación hoy. https://instrumentacionhoy.blogspot.com/2017/05/control-rango-partido.html González, J. (2017). Control en cascada de la temperatura para optimizar consumo de combustible de un horno térmico [Tesis de maestría, Universidad Nacional del Callao]. López, P. (2017). Automatización de un biorreactor piloto [Tesis de posgrado, Universidad Tecnológica de la Mixteca. Huajuapan de León, Oaxaca] Llácer, J. (2018). Control en cascada de la temperatura de un reactor continuo de tanque agitado encamisado [Tesis de pregrado, Universidad Politécnica de Valencia]. Luyben, W. (1999). Process modeling, simulation, and control for chemical engineers. McGraw-Hill Publisbing Company. Mushtaq, F. (2019). Analysis and Validation of Chemical Reactors performance models developed in a commercial software platform [Master of Science Thesis, KTH School of Industrial Engineering and Management Energy Technology]. Ortiz, D. et al. (2022). Split-range control for improved operation of solar absorption cooling plants. Elsevier, Renewable Energy, 192, pp. 361-37. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.04.064 Pérez, A., Peña, E. y Aljibes, P (2003). Modelación, simulación y control de un reactor exotérmico por lotes utilizando Matlab–Simulink. Revista Ingeniería, 10(2). Pierri, F. (2006). Modeling, Control and Fault Diagnosis for Chemical Batch Reactors [Tesis de maestría. Università degli Studi Regione Basilicata della Basilicata]. https://revistas.utadeo.edu.co/index.php/mutis/article/download/Propuesta-automatizacion-proceso-quimico-elaboracion-polimero-funcional-reactor-discontinuo/2035 info:eu-repo/semantics/article http://purl.org/coar/resource_type/c_6501 info:eu-repo/semantics/publishedVersion http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 info:eu-repo/semantics/openAccess http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 Text Publication |
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This article presents a proposal for the automation of a batch reactor for the production of addition polymers, in which an exothermic chemical reaction, generated in the polymerization process, takes place. We propose to control the temperature of the product through a split range control strategy with cascade controllers considering the product temperature loop as the primary loop and the jacket temperature loop as the secondary loop. The phenomenological modeling of the reactor was carried out from material and energy balances to obtain the transfer function of the system and estimate the parameters of the controllers. The results obtained in the simulation and control of the process show the good performance of the system working with the process temperature set-point between 92 °C and 96 °C. In addition, a significant improvement in the monomer-polymer conversion of the product is observed in this range.
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