Diseño e implementación de un sistema de control de un prototipo de producción de gas natural sintético a partir de biogás

Abstract

En el presente proyecto se detallan las características físicas de un reactor catalítico de metanación a partir de hidrógeno y dióxido de carbono, asimismo se describe el comportamiento inestable del proceso que provoca la inactivación del catalizador utilizado, disminución del volumen final de metano, aumento prematuro desgaste de componentes, daño a la infraestructura interna del reactor, en consecuencia, provoca un aumento de costos de producción y tiempos de reprocesamiento innecesarios. Los datos utilizados para el desarrollo se han obtenido en el laboratorio del Instituto de Investigación de Energía de Cataluña, que dispone de los medios necesarios para controlar el proceso como son software e instrumentación de caudal, presión y temperatura. Los sensores, actuadores, cableado eléctrico y tuberías de gas se ensamblaron en el reactor catalítico. Luego se programaron y sintonizaron los controladores con el uso del software Labview para la supervisión, control y registro de datos de todo el proceso, así como el desarrollo de la interfaz gráfica de usuario intuitiva e interactiva con el operador. Además, se agregaron bloques de condiciones de seguridad de forma flexible y configurable en base a la experiencia de los especialistas químicos del proceso. Luego de la ejecución con los controladores implementados, se vincularon los caudales de los gases de entrada a partir de la relación estequiométrica, se estabilizó la variable presión de manera que se asegure que el suministro de gas metano a la salida del reactor cumpla con el estándar requerido de 5 bar y, a su vez, minimizar las fluctuaciones de la señal de salida en la válvula de control proporcional para lograr una mayor vida útil del dispositivo electromecánico. Por otro lado, se mejoraron en un 35% los tiempos de alcance del set point de la variable temperatura, así mismo, se registró el perfil de temperatura del reactor en condiciones básicas de operación (250°C y 5 bar) con el fin de identificar las menores zonas térmicamente estables para tomar acciones de aislamiento que optimicen la reacción. Finalmente, una de las principales ventajas de la centralización fue la posibilidad de modificar las 14 variables físicas de temperatura en la interacción con el programa, evitando la reconexión de cables eléctricos en los módulos de control, en consecuencia, permitió personalizar la zona de análisis en todo el reactor y mejorar la experiencia del usuario que opera el programa.