Procesofermentacion Articulo

Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 19 Nº 2, 2011, pp. 210-218

Modelación, simulación y control de procesos de fermentación
Modeling, simulation and control of fermentation processes
Nelson Aros1   Marcelo Cifuentes1   Javier Mardones1
Recibido 6 de octubre de 2009, aceptado 19 de mayo de 2011
Received: October 6, 2009   Accepted: May 19, 2011
RESUMEN
Se presenta un simulador enambiente Matlab/Simulink para controlar el proceso de fermentación,
diseñando una ley de control invariante, luego un control estabilizante para mantener la planta dentro
del sistema de referencia y finalmente un control estabilizante mejorado con la implementación de un
controlador difuso. El modelo Monod es utilizado y vía simulación se prueban las estrategias aludidas
para controlar la tasa decrecimiento específica de la biomasa. El control estabilizante aplicado es
superior a la ley invariante y con el PI difuso se logró mejorar el comportamiento en comparación con
el PI tradicional.
Palabras clave: Proceso de fermentación, modelo Monod, simulación, control estabilizante, control PI
difuso.
ABSTRACT
We present a simulator in Matlab/Simulink environment to control the fermentation process,designing
an invariant control law, after that a stabilizing control to keep the plant within the reference system
and finally a stabilizing control improved with the implementation of a fuzzy controller. The Monod
model is used and tested via simulation above strategies in order to control the specific growth rate
of biomass. The stabilizing control is applied above the invariant law and thefuzzy PI was improved
behavior compared with traditional PI control.
Keywords: Fermentation process, Monod model, simulation, stabilizing control, fuzzy PI control.
INTRODUCCIÓN
En [1] se presentan varios modelos de biorreactores,
donde se identifica que el problema real está dado en
la escasez de medidas en línea. Además, la variable
de estado dominante, como la concentración de
sustrato en el medio,es muy difícil de medir. Otros
problemas son la fuerte incertidumbre paramétrica
y la presencia de no-linealidad significativa. Como
consecuencia de esto, todos los reguladores aplicables
deben utilizar la menor cantidad de medidas posibles
y ser absolutamente robustos. La importancia de
los diseños presentados en [1] es apoyada por un
hecho dominante, existen dos modelos o estructuras

1estándares que representan por lo menos el 95% de
todos los cultivos puros de interés industrial.
En este trabajo se investiga un modelo de fermentación
lo suficientemente robusto para realizar un simulador
en ambiente Matlab/Simulink para propósitos de
control y, a la vez, desarrollar controladores que sean
capaces de regular la tasa de crecimiento específica
y aumentar la robustez ante variación delas entradas.
Así, se presenta la siguiente estructura: se hace una
breve descripción de la problemática general, luego
se examina un conjunto de modelos matemáticos
para biorreactores y sus funciones cinéticas más
representativas, luego se describe el problema de

Universidad de La Frontera. Avenida Francisco Salazar 01145, Temuco. Chile. E-mail: naros@ufro.cl

Aros, Cifuentes y Mardones:Modelación, simulación y control de procesos de fermentación

control, junto con las entradas de control y las
salidas medibles en el proceso, posteriormente se
aborda el diseño de los controladores, después se
discuten las pruebas realizadas con cada uno de
los controladores implementados y se entregan las
conclusiones generales del trabajo realizado.
MODELADO DE BIORREACTORES
Modelos fenomenológicos
Elcrecimiento de microorganismos o biomasa
(como las bacterias y levaduras) procede por el
consumo de nutrientes apropiados o sustratos
(carbono, nitrógeno, oxígeno), bajo condiciones
medioambientales favorables (como la temperatura,
pH y otros), ver [3-4]. Asociadas con el desarrollo
celular, pero a menudo procediendo en un rango
diferente, están las reacciones enzimo catalizadas
en las cuales...