1. Contexto del Problema e Impacto Industrial

1.1 Planteamiento del Problema

En la industria de procesos químicos, el almacenamiento y dosificación de reactivos líquidos en tanques exige un monitoreo continuo, determinista y tolerante a fallos. El proyecto parte de la pregunta rectora de ingeniería planteada en la especificación técnica:

"How can industrial automation be utilized to automate the monitoring of chemical liquid tank levels, thereby reducing both energy consumption and liquid waste?" [1]

El sistema bajo estudio consta de un tanque de almacenamiento químico instrumentado con tres sensores discretos de nivel instalados a distintas alturas geométricas y cinco indicadores luminosos de estado en el panel de supervisión:

• Sensores de Nivel (Entradas):

  • B1 (Tank empty): Sensor ubicado en la cota inferior (fondo del tanque). Entrega un 1 lógico cuando existe presencia de líquido por encima del nivel crítico de vaciado y 0 cuando el tanque se encuentra completamente vacío.
  • B2 (Minimum fill level): Sensor ubicado en la cota intermedia. Entrega un 1 lógico cuando el fluido supera el umbral mínimo de operación normal.
  • B3 (Overflow): Sensor ubicado en la cota superior de seguridad. Entrega un 1 lógico cuando el fluido alcanza la zona de alerta por sobrellenado o rebose.

• Indicadores Luminosos (Salidas):

  • H1 (Fill level correct): Nivel operativo óptimo (B1=1, B2=1, B3=0).
  • H2 (Fill level too low): Nivel por debajo del mínimo recomendado (B1=1, B2=0, B3=0).
  • H3 (Fill level too high): Nivel excesivo o riesgo de desbordamiento (B1=1, B2=1, B3=1).
  • H4 (Tank empty): Tanque sin líquido (B1=0, B2=0, B3=0).
  • H5 (Error / Faulty sensor): Alarma crítica de diagnóstico de instrumentación.

[!WARNING] Condición de Diagnóstico de Fallos de Instrumentación:
De acuerdo con las especificaciones del problema: "In case a signal status which does not make sense due to a faulty sensor, the signal light H5 indicates an error. The case that all three sensors do not deliver a signal is not regarded as an error."
Por gravedad, el líquido llena el recipiente de abajo hacia arriba. Cualquier combinación donde un sensor superior marque presencia de fluido (1) mientras un sensor inferior marque ausencia (0) constituye un estado físicamente imposible atribuible a una falla de sensor, activando de inmediato la alarma H5 y deteniendo el bombeo.

1.2 Reducción del Consumo Energético y Desperdicio de Líquido Químico

La automatización de este proceso impacta directamente en la sostenibilidad y eficiencia de planta:

1. Prevención de Derrames y Desperdicio Químico: Al detectar el estado de sobrellenado (H3) o una incongruencia en los sensores (H5), el PLC corta instantáneamente el suministro de la válvula de entrada, evitando el desbordamiento de sustancias químicas.
2. Optimización Energética en Sistemas de Bombeo: Las bombas centrífugas de llenado solo se energizan cuando el proceso se encuentra activo y por debajo del límite superior, evitando el trabajo en vacío y la sobrepresión hidráulica.

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