Bioreactor virtual

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BIO-REACTOR VIRTUAL PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES Manuel José Betancur Betancur 1 * Jaime Alberto Moreno Pérez* Germán Buitrón Méndez** § *Coordinación de Automatización, **Coordinación de Bioprocesos Ambientales Instituto de Ingeniería, UNAM, Ap. Postal 70-472, CP 04510 México, DF. Tel. (55) 562 23324; email: gbm@pumas.iingen.unam.mx § Autor para correspondenciaINTRODUCCIÓN Este trabajo presenta una herramienta de software desarrollada en el Instituto de Ingeniería de la UNAM para apoyar la docencia e investigación de estrategias de control para un bio-reactor usado en el tratamiento de aguas residuales industriales. La motivación para realizar este simulador amigable -denominado “BIOREV”- tiene múltiples facetas: • Cada nuevo operario encontraba dificultadesdiferentes para aprender a operar el bioreactor de manera óptima, llevando a errores de alto costo tanto en tiempo como en operación. • Se requería una herramienta que permitiese comprender el efecto de cada uno de los parámetros del sistema en el funcionamiento del reactor. • Era deseable disponer de un ambiente que permitiese probar nuevas estrategias de control, además de las tradicionales. • Sedeseaba sistematizar el análisis de los datos obtenidos experimentalmente y facilitar la obtención de los parámetros cinéticos a partir de estos. La decisión de crear un simulador propio parte del hecho de que, a pesar de que se disponía del software SIMBA (basado en los modelos de la IAWQ), no se encontró la manera de utilizarlo correctamente para el caso específico de reacciones con inhibición poraltas concentraciones de un sustrato tóxico y además, de su imposibilidad para involucrar datos experimentales en el ambiente de la simulación. Así pues se creó un bio-reactor virtual en un ambiente interactivo gráfico, que permite al usuario trabajar de varias maneras y en nivel creciente de dificultad práctica. Desde la simple simulación suponiendo condiciones ideales y parámetros completamenteconocidos, con la opción de agregar luego elementos de incertidumbre paramétrica y ruido en la simulación, también permitiendo involucrar datos experimentales del sustrato en una cinética batch para realizar identificación de la curva de velocidad de reacción, hasta finalmente permitir usar la cinética real del oxígeno para ajustar los demás parámetros del bio-reactor e incluso ensayar asídiversas estrategias de control.
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Profesor de la Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia, actualmente en la UNAM, México.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA EXPERIMENTAL El Bio-Reactor Virtual (BioReV) es un software que posee la capacidad de simular bio-reactor aeróbio para la degradación de un sustancias tóxicas. Los datos experimentales utilizados se han capturado de la operación de unpar de tales bio-reactores en el Instituto de Ingeniería de la UNAM. Ambos poseen características físicas similares, pero con diferentes sistemas de automatización.

Figura 1. Bio-Reactor experimental No.2 en el Instituto de Ingeniería - UNAM En la figura 1 se puede apreciar el esquema del montaje experimental de uno de los reactores utilizados y que se ajusta al modelo del BIOREV.

Losreactores fueron recipientes de acrílico de doble pared y con una capacidad de 10 litros. Se inocularon con lodos activados tomados de una planta municipal de tratamiento de aguas residuales (2500 mg/l). Ambos reactores fueron conectados a sendas computadoras personales, con tarjetas de adquisición de datos y paquetes de software adecuados para la intercomunicación con el reactor. El reactor No. 1 estáequipado con un sistema dSPACE mientras que el reactor No. 2 tiene tarjetas de National Instruments y el programa LabView. Se regula la temperatura a 20 o C en el interior del reactor mediante un sistema automático basado en la recirculación de agua. Se midió la concentración de oxígeno disuelto en el agua mediante sondas electrónicas (COS 4 de Endress + Hauser). Los flujos de entrada y de...
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