Fermentacion alcoholica

CONTROL DE UN BIORREACTOR PARA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA EN CONTINUO N. Echeverry, O. Quintero, M. Ramírez y H. Álvarez* Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín Facultad de Minas carrera 80 barrio Robledo. - Medellín –COLOMBIA *Grupo de Automática de la Universidad Nacional (GAUNAL), Instituto de Automática y Procesos Industriales (IAPI) Resumen: La fermentación alcohólica en continuo conla Zymomonas Mobilis presenta altos rendimientos de etanol, pero con comportamientos altamente oscilatorios en las variables del proceso. Desde el punto de vista del control esto representa una gran dificultad. En este trabajo se plantean algunas soluciones para el control de las variables biotecnológicas del proceso usando el algoritmo tradicional PID, haciendo un análisis dinámico de losresultados y planteando estructuras multilazo y multivariable usando desacopladores entre algunas variables para la optimización del proceso. Palabras claves: Biorreactor, Fermentación alcohólica en Continuo, Controladores PID, Z. Mobilis, Control Multilazo, Control Multivariable, Desacopladores, Sistemas no lineales. 1. INTRODUCCIÓN multivariable. conclusiones. Finalmente se presentan las

En laliteratura está ampliamente registrado el uso de problemas de referencia (bechmarks) de procesos de fermentación en continuo usando modelos con dos variables de estado Biomasa y Sustrato, y ecuaciones de tasas de crecimiento que acoplan ambas variables, de este modo dichos modelos presentan altas no linealidades. También, se investigan las dinámicas complejas de los biorreactores para el diseño dediferentes técnicas de control no lineal estabilizantes para procesos de fermentación en continuo relativamente simples, usando para este propósito métodos lineales como referencia para los métodos no lineales. El control de biorreactores ha sido estudiado por muchos investigadores, incluidos los esquemas basados en control adaptable, control óptimo y control usando técnicas de Inteligencia Artificial.Sin embargo, las investigaciones en este campo permanecen en un estado latente, y parece que se necesita mucho tiempo antes que un esquema de control bien desarrollado pueda ser implementado en biorreactores prácticos con alto desempeño (Aguilar et al, 2001; Onder et al, 1998; Hodge and Nazmul, 2002; Sing and Xiao, 1998). El presente trabajo enfrenta el reto de controlar un proceso defermentación alcohólica en continuo en el que se usa un microorganismo con altas complejidades cinéticas, lo que hace que en el sistema modelado se presenten dinámicas altamente no lineales muy difíciles de controlar. Se proponen controladores simples de realimentación y luego del análisis dinámico se proponen dos estructuras multilazo y

2. FERMENTACIÓN ALCOHOLICA EN CONTINUO El presente trabajo estábasado en un reactor quimióstato para la fermentación en continuo de las Zymomonas mobilis. (Echeverry, Quintero y Ramírez, 2003). Dicho reactor se caracteriza por presentar un problema de difícil solución para el control, ya que los microorganismos usados para esta fermentación exhiben un comportamiento cinético altamente no lineal y oscilatorio, acompañado del beneficio de principal interés que es sualta productividad de etanol. En la Figura 1. se presenta un diagrama del proceso continuo en consideración. Este consta de un reactor quimióstato, y de un separador (no se especifica el tipo) en el cual se garantiza un 100 % de eficiencia en la separación de microorganismos asumiendo que divide su corriente afluente en ¼ hacia la recirculación y ¾ hacia la corriente efluente final rica enetanol.

Figura 1. Diagrama del proceso continuo de Fermentación.

Modelo Matemático: El modelo propuesto tiene en cuenta el comportamiento oscilatorio del proceso de cultivo y fermentación en continuo de la Z. Mobilis. Para este microorganismo el efecto de inhibición producido por el histórico de la concentración de etanol es insignificante, mientras que el efecto de inhibición producido por un...