Automatización de plantas químicas: Ventajas, tecnologías y aplicación

Las plantas químicas son la columna vertebral de la fabricación química moderna. Sus intrincados flujos de trabajo, así como los peligros que entrañan, exigen una rigurosa precisión, seguridad y automatización en los procesos. La automatización ya no es sólo un medio de mejorar la productividad, sino también una garantía de funcionamiento fiable de la planta y de equilibrio ecológico. Para cualquier empresa química, incluidos los fabricantes de productos químicos, seguir siendo competitivo en el mercado requiere comprender los fundamentos de la automatización en la industria química, sus principales tecnologías y el impacto que tiene la tecnología.

¿Cuáles son los fundamentos de la automatización de plantas químicas?

Las tecnologías y sistemas utilizados en una instalación de producción como una planta química que pueden ayudar o sustituir completamente la intervención humana se denominan automatización de plantas químicas. El objetivo de supervisar, controlar y optimizar los procesos de producción química se consigue mediante la automatización. La automatización abarca todas las actividades, desde el control básico de encendido y apagado hasta la optimización avanzada de los procesos y los sistemas de enclavamiento de seguridad. El control de los parámetros clave del proceso (temperatura, presión, caudal, nivel, etc.) con precisión se realiza como objetivo del proceso. El resultado es una calidad constante del producto, una mayor eficacia de la producción, una reducción de los costes de explotación y una mayor seguridad para el personal y los equipos. Sustituir los procesos manuales y reducir las intervenciones manuales son aspectos clave. El "sistema nervioso" y el "cerebro" de la planta son los sistemas de automatización. Supervisan los cambios en el sistema en tiempo real y emiten órdenes para corregir los niveles de producción.

Principales ventajas de la automatización en las plantas químicas

Para empezar, una de las principales ventajas de la automatización es que mejora enormemente la seguridad operativa. La automatización proporciona sistemas especializados que pueden llevar la planta a un estado seguro durante situaciones peligrosas, evitando así incidentes de seguridad y reduciendo el riesgo de accidentes. Por ejemplo, las válvulas automatizadas con certificación SIL pueden cortar o permitir automáticamente el flujo de fluidos en situaciones de emergencia. Desempeñan un papel fundamental en los sistemas de enclavamiento de seguridad.

En segundo lugar, la automatización mejora la eficacia y la eficiencia de los procesos de producción con una mayor uniformidad. Los sistemas automatizados responden a los cambios con mayor frecuencia y precisión que una persona. Las variaciones en la producción inducidas por el hombre se reducen al mínimo y las condiciones de reacción se optimizan de forma heurística. Esto mejora la producción y el rendimiento global. Un control más preciso de las reacciones químicas y del proceso de fabricación mejora la uniformidad de la calidad y reduce la tasa de rechazo.

En tercer lugar, las cuestiones dedicadas a los costes de producción se benefician directamente de los sistemas automatizados implantados. Con un aumento de la automatización, el trabajo manual se sustituye por maquinaria, lo que disminuye el gasto en mano de obra. Además, el control óptimo de los procesos puede disminuir la cantidad de materias primas y el consumo de energía, así como las tasas de residuos de productos. Esto contribuye a ahorrar más costes y energía. La automatización eficaz también minimiza el desgaste excesivo de máquinas y equipos, lo que aumenta su longevidad y reduce los costes de mantenimiento, lo que aumenta la eficiencia operativa. Todo ello proporciona una importante ventaja competitiva.

Además, la automatización puede aumentar la flexibilidad y capacidad de respuesta de la planta. Cuando cambia la demanda del mercado, los sistemas de automatización pueden ajustar rápidamente los programas de producción y los parámetros del proceso. Esto permite fabricar muchos productos diferentes en lotes pequeños. La supervisión remota y las funciones de diagnóstico también ayudan a solucionar los problemas más rápidamente, reduciendo el tiempo de inactividad.

Tecnologías esenciales para la automatización

La automatización de una planta química es una estructura compleja. Depende de varias tecnologías básicas que trabajan juntas. Estas tecnologías constituyen el marco del sistema de automatización. Proporcionan la capacidad de supervisar, razonar y controlar de forma excelente los procesos de producción. Saber integrar y apreciar las tecnologías clave es vital para construir y mejorar los sistemas de automatización. Entre las tecnologías clave se encuentra el sistema DCS. A este respecto, a continuación se indican otras tecnologías clave que facilitan la automatización de las plantas químicas:

Tipo de tecnología	Acrónimo	Función principal	Papel en las plantas químicas
Sistema de control distribuido	DCS	Control distribuido, gestión centralizada, supervisión de procesos, gestión de alarmas	Controla grandes procesos continuos o por lotes, proporciona un control coordinado en toda la planta
Controlador lógico programable	PLC	Control lógico, control de secuencias, adquisición de datos	Controla equipos individuales o subsistemas, a menudo utilizados para enclavamientos y secuencias de arranque/parada.
Control de supervisión y adquisición de datos	SCADA	Supervisión remota, adquisición de datos, almacenamiento de datos, generación de informes	Supervisa los equipos y sistemas dispersos, proporciona una visión operativa global, admite el funcionamiento remoto y el análisis de datos.
Sistema Instrumentado de Seguridad	SIS	Separado del sistema básico de control de procesos, detecta condiciones peligrosas y realiza funciones de seguridad	Lleva el proceso a un estado seguro en caso de emergencia, reduce el riesgo y cumple las normas de seguridad funcional.
Bus de campo y Ethernet industrial	Bus de campo/Ethernet industrial	Conecta los dispositivos de campo (sensores, actuadores) con los sistemas de control para la transferencia de datos y la comunicación.	Simplifica el cableado, mejora la eficacia y fiabilidad de la transferencia de datos y admite el control distribuido.
Sensores y transmisores	Sensores y transmisores	Medición de parámetros de proceso (temperatura, presión, caudal, nivel, etc.), conversión de señales analógicas a digitales para su transmisión	Obtienen datos del proceso en tiempo real, son los "ojos" del sistema de automatización
Actuadores	Actuadores	Recibir señales de control, accionar elementos de control final (como válvulas, motores) para realizar acciones.	Convierten los comandos del sistema de control en acciones físicas, son las "manos y los pies" del sistema de automatización.

Todo funciona conjuntamente como un solo sistema. Se combinan mediante software y estructuras de red. Por ejemplo, los datos de los sensores se transmiten por bus de campo o Ethernet industrial al DCS o PLC. El controlador procesa la información recibida utilizando lógica y algoritmos predefinidos. A continuación, ajusta los equipos en el campo con automatismos que incluyen válvulas automatizadas clave. Los operadores obtienen el estado de la planta con la posibilidad de realizar ajustes a través del sistema SCADA que proporciona una visión general centralizada. La seguridad de la planta se gestiona por separado del sistema central de control de procesos mediante sistemas SIS que se centran por completo en garantizar la máxima seguridad posible.

Aplicaciones de automatización en los procesos químicos

El papel de la automatización en el campo de la ingeniería química abarca casi todo el ámbito de fabricación de una planta química:

• Control de procesos: La automatización mantiene el caudal, la temperatura y la presión de un flujo de trabajo para reactores, columnas de destilación, intercambiadores de calor o cualquier equipo vital. La automatización supervisa y controla los procesos continuamente.
• Control de lotes: En los sectores de la química fina y farmacéutica, los sistemas de automatización se utilizan para la adición de materiales, la temporización de los intervalos de reacción y la conformación de los perfiles de temperatura. Este estricto control garantiza la repetibilidad entre lotes.
• Enclavamiento de seguridad y parada de emergencia (ESD): Los sistemas SIS detectan las situaciones anómalas. Para mitigar el empeoramiento de las situaciones, el bombeo y el cierre de válvulas, así como otras acciones de seguridad predefinidas, se realizan automáticamente.
• Gestión de activos y mantenimiento predictivo: Los sistemas de automatización recopilan mediciones sobre la utilización de los equipos. La evaluación de esta información permite prever las averías de los equipos, lo que posibilita un mantenimiento planificado. La automatización minimiza los tiempos de inactividad reactivos.
• Gestión de la energía: Los sistemas de control de servicios públicos tienen capacidad multitarea. Además de supervisar procesos más importantes, también pueden supervisar procesos menos críticos como: agua de refrigeración, electricidad y vapor. Esto optimiza la reducción de los costes de funcionamiento.
• Gestión de alarmas: Los sistemas de automatización alertan a los operarios de situaciones anómalas. Las alarmas se filtran a través de sistemas inteligentes que ayudan a los operarios a responder rápidamente a los problemas críticos. La automatización ayuda a gestionar eficazmente los programas de producción y a manipular con seguridad los materiales peligrosos en el momento adecuado.

El papel vital de las válvulas en los sistemas automatizados

Las válvulas son componentes cruciales del control del flujo de fluidos en cualquier sistema de automatización química. Sirven como elemento decisivo para los flujos de fluidos y, por tanto, influyen en la precisión y seguridad de todo el proceso. Incluso las acciones de encendido y apagado más sencillas requieren una mecánica de válvulas precisa.

Las válvulas automatizadas están equipadas con actuadores, ya sean neumáticos, eléctricos o hidráulicos. El sistema de control les ordena alterar la dirección, la velocidad o la presión del fluido. Las válvulas de control son de gran importancia, ya que pueden realizar ajustes de equilibrio en la velocidad del fluido según el cambio en las señales de control que se les envían. Son esenciales para el control en bucle cerrado. Las válvulas de seguridad o de alivio son vitales desde el punto de vista de la seguridad, ya que actúan como primera línea de defensa al purgar el exceso de presión cuando se superan los umbrales automáticos preestablecidos, salvaguardando los aparatos y las tuberías.

Las válvulas son de vital importancia en cualquier sistema de automatización. Por muy avanzado que sea un sistema de control, unas válvulas demasiado descuidadas, lentas o imprecisas anularán el control. A veces, estos sistemas también plantean riesgos para la seguridad. Por eso, para que el sistema de automatización de una planta química funcione sin problemas, se necesitan válvulas automatizadas precisas que tengan en cuenta el medio, la temperatura, la presión y los requisitos del proceso.

Superar los retos de la automatización

La ejecución de proyectos de automatización de plantas químicas no siempre es fácil y plantea numerosos retos:

Integración técnica y compatibilidad

La integración de equipos y sistemas de automatización de distintos proveedores es un reto debido a sus diferentes interfaces de comunicación. El intercambio de información entre los componentes del sistema requiere una integración de sistemas perfecta.

Riesgos para la seguridad de las redes

Cuanto más cerca están los sistemas de automatización de las redes de la empresa, mayores son las amenazas para la ciberseguridad. Los virus de control, el malware y los ciberataques a los sistemas de control requieren defensas sólidas y planes de contingencia.

Formación y perfeccionamiento del personal

La integración de la automatización cambia los flujos de trabajo de los operarios y el personal de mantenimiento. El personal necesita ahora una formación completa para manejar, supervisar y mantener los sistemas. También debe organizarse una formación multidisciplinar.

Control de costes y rendimiento de la inversión

Los proyectos de automatización suelen conllevar una elevada inversión financiera inicial. Garantizar el rendimiento y la fiabilidad del sistema al tiempo que se controlan los costes y se evalúa con precisión el rendimiento de la inversión tiene un gran impacto en los responsables de la toma de decisiones.

Mantenimiento y gestión de piezas de recambio

Al igual que cualquier otro sistema, los sistemas de automatización requieren una gestión eficaz en términos de competencias y herramientas. La aplicación de estrategias de mantenimiento y la conservación de inventarios de piezas de repuesto críticas agilizan la recuperación y sustitución sin esfuerzo de piezas en sistemas no funcionales dentro de un plazo definido. A su vez, esto ayuda a fomentar un funcionamiento continuo y coherente y reduce, o incluso elimina, los fallos del sistema en toda la automatización.

Tendencias futuras en la automatización de plantas químicas

La automatización de las plantas químicas tiende a ser más inteligente, más conectada y más independiente:

• Internet industrial de las cosas (IIoT) y análisis de macrodatos: Se utilizarán más sensores y dispositivos inteligentes para recopilar grandes cantidades de datos de producción. Los análisis de macrodatos extraerán información valiosa de estos datos. Se utilizarán para optimizar procesos, predecir fallos y ayudar a tomar decisiones.
• Inteligencia Artificial (IA) y Aprendizaje Automático: El uso de algoritmos va a mejorar la optimización del control, la predicción del rendimiento de los equipos, la detección de anomalías y eventos, la gestión inteligente de alarmas y el rendimiento general del sistema. De este modo se mejorarán los comportamientos de aprendizaje y adaptación de los sistemas.
• Digital Twin: Construcción virtual de un modelo de planta. Dicho modelo puede simular el funcionamiento de la planta utilizando datos en tiempo real que pueden optimizar los procesos y ayudar en la formación de los operarios y la evaluación de riesgos, por lo tanto, predecir y optimizar. La transformación digital está impulsando la adopción de estas tecnologías.
• Computación en nube y Edge Computing: La computación en nube proporciona un sólido procesamiento y almacenamiento de datos, mientras que la computación de borde acerca el procesamiento y el control de los dispositivos a la planta de producción. Esto aumenta el tiempo de respuesta al tiempo que mejora la seguridad de los datos.
• Realidad Aumentada (RA) / Realidad Virtual (RV): La tecnología AR/VR se utilizará para el mantenimiento sobre el terreno, las operaciones de guiado y la formación del personal, lo que mejorará la eficacia y la seguridad.

Selección de las soluciones de automatización adecuadas

Seleccionar las soluciones de automatización adecuadas es fundamental para una planta química. Contar con un socio fiable que realmente aporte valor es muy crucial. Durante la última década, VINCER se ha centrado en las válvulas automatizadas como empresa tecnológica y ahora se encuentra entre los líderes del sector. VINCER ofrece servicios de alta calidad y gran valor con nuestros servicios integrales de válvulas automatizadas.

VINCER proporciona válvulas eléctricas, válvulas neumáticas, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas solenoides y otros productos de válvulas automatizadas de notable calidad. Con amplios conocimientos en diversos sectores, VINCER ofrece opciones de válvulas configurables especializadas y profesionales. VINCER estudia los requisitos del cliente dentro de ocho parámetros: análisis del medio, análisis de la temperatura, análisis de la presión del medio, determinación de la norma de conexión, método de control (manual/eléctrico/neumático), requisitos del material, tiempo de apertura/cierre del medio y posición y espacio de instalación. Este enfoque garantiza una adaptación precisa a los requisitos del cliente. Los productos de VINCER cumplen certificaciones internacionales como CE, RoHS, SIL y FDA, y cuenta con la certificación ISO9001, lo que garantiza una producción fiable y un control de calidad en la gran fábrica de VINCER, dotada de equipos avanzados. VINCER ofrece una respuesta rápida y un servicio profesional, con presupuestos rápidos y plazos de entrega eficaces. Se proporciona un soporte postventa profesional.

Elegir a VINCER como socio le proporciona valor por las soluciones profesionales personalizadas, los tiempos de reacción rápidos y la precisión fiable de sus válvulas automatizadas. Esto hace que su planta química sea más productiva, segura y rentable.

Conclusión

Para mejorar la rentabilidad empresarial, es esencial automatizar las plantas químicas. La competitividad va más allá de la producción y los costes; incluye también la seguridad, la sostenibilidad y el futuro de la planta. El control de las tecnologías básicas de automatización hará que el futuro de las plantas químicas sea más seguro y eficiente. Superar los retos de implantación, hacer uso de los fundamentos de la automatización y elegir a los socios adecuados da lugar a plantas inteligentes. Los avances en la tecnología de automatización fortalecerán las manos de la automatización en las industrias químicas y, por tanto, desarrollarán ese segmento de la industria.