Control robusto de un secador para la producción de fibra acrílica hilada en seco

Abstract

La presente investigación fue realizada en una planta de producción de fibras sintéticas: tiene como objetivo reducir la variación de la temperatura del aire de cada una de las zonas de calefacción del secador de fibra acrílica hilada en seco debido a perturbaciones externas, con la implementación del control robusto también se logró reducir el consumo de vapor. Debido a que en el secador se procesan diferentes productos como 1,7dTex, 2,3dTex, 4,2dTex y 6,8dTex es necesario recalcular los parámetros de los controladores de tal manera que se alcance un equilibrio entre la estabilidad y performance de estos últimos para todas las condiciones de operación y ello puede lograrse mediante la aplicación de la teoría de control robusto. En la investigación se demostró que los controladores actuales presentan estabilidad robusta pero no performance robusta. La necesidad de aplicar el control robusto para optimizar la performance de los controladores se demuestra por el hecho de que las funciones de transferencia de cada zona de calefacción de aire del secador son distintas para cada producto: debido a ello se recurrió a obtener una función de transferencia nominal y a representar la desviación según la recomendación de los investigadores de esta estrategia de control. Según la bibliografía consultada la función de transferencia que mejor describe la relación entre la desviación de la temperatura respecto a su valor nominal con la desviación del porcentaje de abertura de la válvula de control automático es la de segundo orden con tiempo muerto, para obtener la función de transferencia se utilizó la prueba de pulso, con los datos de esta prueba se utilizó el método de identificación de procesos por modelos de respuesta en frecuencia, el modelo ARX y el modelo OE. La técnica de Akaike fue utilizada para escoger un modelo que se ajuste mejor a los datos experimentales. Con el modelo nominal seleccionado, se procedió a calcular los parámetros de los controladores por retroalimentación utilizando la metodología de Ziegler y Nichols, el control por modelo interno y la metodología basada en la ponderación del cuadrado del error con el tiempo para funciones de segundo orden con tiempo muerto. Los controladores obtenidos por estas metodologías fueron sometidos a los criterios de la teoría del control robusto para evaluar tanto su estabilidad y performance robusta; de las 3 metodologías empleadas para recalcular los parámetros de los controladores la única que cumplió satisfactoriamente con los criterios de robustez fue la basada en la ponderación del cuadrado del error con el tiempo para funciones de segundo orden con tiempo muerto. Luego de la implementación de los controladores por retroalimentación que cumplen con los criterios de estabilidad y performance robusta, se logró: Reducir el consumo promedio de vapor al secador cuando las condiciones de estabilidad fueron alcanzadas. Esta reducción es aproximadamente de 301.7 Ton por año lo que equivale a ahorrar 2579.2 US$/Año solo por la implementación en un secador; de implementarse la estrategia de control robusto en los demás secadores el ahorro total sería 7737.5 US$ por año. Ahorrar 15500 US$ en la adquisición de un sistema de control avanzado para el secador de la línea de producción por la mejora de los parámetros del controlador de la temperatura del aire de calefacción utilizando el control robusto, de implementarse la estrategia de control robusto en los demás secadores el ahorro total sería de 46500 US$.