Diseño, construcción e instalación de un tanque cilíndrico horizontal, para calcular la variación del nivel del líquido en función del tiempo en la FIQ-UNAP

Abstract

El ingeniero químico, es un profesional con conocimiento de: balances de materia y energía, mecánica de fluidos y el control automático de las variables de un proceso. Ello hace posible, que se encuentre en la capacidad de mejorar y optimizar los diferentes procesos que se realizan en la industria. Una de las aplicaciones de los cilindros horizontales en la industria, es que sirven como acumuladores de un determinado líquido que se ha obteniendo como producto. Por ejemplo, el destilado que sale por el domo de una columna de destilación pasa a un condensador y luego a un acumulador que tiene la forma de un cilindro horizontal (tanque salchicha). El control del nivel del líquido en el acumulador resulta ser complicada, pues no es simplemente una operación de drenaje donde el líquido que está contenido en el tanque acumulador se descarga por gravedad, más bien la operación debe ser continua, es decir en todo momento habrá una corriente de entrada y salida del acumulador, esto se da debido a que se necesita que una parte de la corriente de salida debe retomar a la columna de destilación y otra parte debe enviarse a un tanque reservorio donde se almacena el producto final. El control del nivel del líquido en el acumulador implica la ecuación de balance de materia donde se incluyen los términos de entrada, salida y acumulación, mediante la cual se determina la relación matemática del nivel del líquido en función del tiempo o viceversa. Otra aplicación importante del tanque cilíndrico horizontal, es el almacenamiento de combustibles. Actualmente resulta complicado conocer el volumen ocupado por el líquido en este tanque a partir del nivel del líquido, esto se debe a que el volumen ocupado por el líquido en este tanque forma una figura irregular y no se puede calcular de la misma forma como si el líquido estaría en un tanque cilíndrico vertical. Tratando de dar solución a este problema, es que en el presente trabajo de tesis se ha diseñado y construido un equipo que tiene como componente principal a un tanque cilíndrico horizontal, donde se validó una ecuación que se ha deducido en el desarrollo del informe final y que permite calcular el volumen del líquido contenido en un tanque cilíndrico horizontal, a cualquier nivel que se encuentre el líquido, para este caso también se deben conocer las dimensiones principales del tanque, como el radio y la longitud. El tanque cilíndrico horizontal tiene una capacidad de 196.350 litros y contará con corrientes de entrada y salida. Si se quisiera determinar el tiempo que se requiere para vaciar o llenar con líquido al tanque cilíndrico horizontal, es decir que el nivel del líquido varié desde un nivel inicial hasta otro final en este tiempo, se tendría que conocer la geometría del tanque y los caudales de entrada y salida al mismo. En el presente trabajo, también se dedujo una ecuación que permite calcular este tiempo, la cual es consecuencia de aplicar la ecuación general de balance de masa al equipo. El caudal de entrada al tanque cilíndrico horizontal será . aproximadamente constante, pues para esto se cuenta con un tanque reservorio y la electrobomba 2. La electrobomba 2 impulsará el líquido que se encuentra en el tanque reservorio, enviándolo al tanque cilíndrico horizontal. De esta manera, se realizará el llenado del tanque cilíndrico horizontal. La electrobomba 2, está conectada a un PLC, mediante el cual se le puede prender y apagar en el tiempo que se requiera. El caudal de salida del tanque cilíndrico horizontal, también será aproximadamente constante, para eso se cuenta con la electrobomba 1 que también está conectada al PLC pudiéndose prender durante el tiempo que se desee. En ambas corrientes, tanto de entrada como de salida, se tiene un contómetro de 4 rotores que permite ver la cantidad de volumen que entra y sale del tanque cilíndrico horizontal. Las fórmulas matemáticas que se han obtenido de la aplicación de la ecuación general de balance de masa al equipo, relacionan a las variables involucradas en las operaciones a llevarse a cabo en el equipo. Para el cálculo rápido de las variables de operación, se ha realizado una serie de hojas de cálculo en Excel, las cuales están basadas en dichas fórmulas. Las variables de diseño y construcción del equipo, están relacionadas directamente con la cantidad de material a emplearse. En toda la programación del PLC que se ha hecho para las diferentes operaciones a llevarse en el equipo, se ha utilizado el Software conocido como Zelio Soft 2, donde primeramente se ha realizado la simulación de cada una de las operaciones, para que posteriormente se realice la conexión física de los componentes eléctricos con el PLC. Después de todo esto, recién se hace la transferencia de datos de la PC (laptop) al PLC. Además, el equipo podrá ser usado para efectuar trabajos de investigación tecnológica, como: • Probar la validez de modelos matemáticos complejos en sistemas dinámicos de primer y segundo orden, como tanques en serie-sistema interactivo y no interactivo, haciendo uso de ecuaciones de continuidad aplicadas a un volumen de control, diagrama de bloques y las funciones de transferencia. En este tipo de investigación, se prueba la validez de un modelo matemático que podría ser una hipótesis. (INT)