Validación del diseño del sistema de automatización para un reactor de polimerización de monómero de acetato de vinilo (VAM)

Abstract

La presente investigación plantea el diseño de un sistema de control automatizado mediante PLCSIM para un reactor de polimerización en emulsión, enfocado específicamente en aplicaciones del sector de adhesivos a partir del vinil acetato monómero (VAM). La finalidad de este estudio es brindar una herramienta complementaria para el control del proceso, que fortalezca la seguridad operativa, contribuyendo a la estabilidad y desempeño del sistema. A nivel industrial, la polimerización presenta múltiples desafíos, especialmente por los riesgos asociados a la inestabilidad de la reacción, la cual puede originarse por variaciones inesperadas en variables como la temperatura o presión. Actualmente, los avances tecnológicos en sistemas de control (fijos, de lazo abierto, de lazo cerrado, entre otros) ofrecen nuevas posibilidades para mejorar la operación de estos procesos, muchos de los cuales continúan gestionando de forma manual o semiautomática. Para enfrentar este reto, la investigación se desarrolló a partir de los siguientes objetivos, primero se identificaron y clasificaron las variables del proceso de polimerización, incluyendo los parámetros químicos y la naturaleza de las perturbaciones. Segundo, se seleccionaron los componentes del sistema de control, los cuales forman parte del diagrama funcional del proceso de polimerización. Posteriormente, se diseñó un modelo que permitiera evaluar el impacto de la automatización sobre los parámetros operativos del proceso. Finalmente, se validó el diseño propuesto analizando el desempeño del sistema bajo distintos escenarios, determinando su impacto en la seguridad y la eficiencia productiva; constituyéndose en una herramienta para la toma de decisiones en la industria química.

This research proposes the design of an automated control system using PLCSIM for an emulsion polymerization reactor, specifically focused on applications in the adhesive sector based on vinyl acetate monomer (VAM). The purpose of this study is to provide a complementary tool for process control that enhances operational safety and contributes to system stability and performance. At the industrial level, polymerization processes present multiple challenges, particularly due to the risks associated with reaction instability, which may arise from unexpected variations in variables such as temperature or pressure. Currently, technological advances in control systems (fixed, open-loop, closed-loop, among others) offer new opportunities to improve the operation of these processes, many of which are still managed manually or semi-automatically. To address this challenge, the research was developed based on the following objectives. First, the critical variables of the polymerization process were identified and classified, including chemical parameters and the nature of potential disturbances. Second, the components of the control system were selected as part of the functional diagram. Subsequently, a model was designed to evaluate the impact of automation on the process operating parameters. Finally, the proposed design was validated by analyzing system performance under different scenarios, determining its impact on safety and productive efficiency, thus constituting a decision-support tool for the chemical industry.