Tesis ing quimica

UNIVERSIDAD DE VIGO DEPARTAMENTO DE INGENIER´ QU´ IA IMICA

´ MODELADO E IDENTIFICACION DE BIOPROCESOS

Memoria que para optar al grado de Doctora por la Universidad de Vigo presenta Mar´ Rodr´ ıa ıguez Fern´ndez a Vigo, 2006

Autorizaci´n o

El Doctor Julio Rodr´ ıguez Banga, Investigador Cient´ ıfico del Instituto de Investigaciones Marinas de Vigo (C.S.I.C.)

CERTIFICA: Que lamemoria adjunta, titulada “Modelado e Identificaci´n de Bioprocesos”, o a que para optar al grado de Doctora presenta D . Mar´ Rodr´ ıa ıguez Fern´ndez, ha sido a realizada bajo su inmediata direcci´n en el Instituto de Investigaciones Marinas del o C.S.I.C. y, considerando que constituye trabajo de Tesis, autoriza su presentaci´n o en la Universidad de Vigo.

Vigo, 9 de Octubre de 2006

Fdo.: Dr.Julio Rodr´ ıguez Banga

Agradecimientos
Son muchas las personas e instituciones que durante estos a˜os han participado n en este trabajo y a todas ellas quiero expresar mi gratitud por el apoyo prestado. En primer lugar deseo expresar mi m´s profundo agradecimiento al Dr. Julio a Rodr´ ıguez Banga por su labor de direcci´n en este trabajo y por su constante apoyo o y asesoramiento en todoslos aspectos de la investigaci´n y elaboraci´n de esta Tesis. o o A ´l debo agradecer la confianza depositada en mi al brindarme la oportunidad de e formar parte de su grupo as´ como todo su tiempo y permanente disponibilidad. ı Quisiera agradecer a todo el personal del Instituto de Investigaciones Marinas del CSIC, en especial al grupo de Ingenier´ de Procesos por todos los momentos comıa partidos,¡os echar´ de menos!. Me gustar´ destacar aqu´ a Eva por la colaboraci´n e ıa ı o prestada en todo momento. Asimismo, agradezco al Ministerio de Educaci´n y Ciencia por la financiaci´n de o o los proyectos AGL2001-2610-C02-02 y AGL2004-05206-C02-01/ALI y a la Xunta de Galicia por el proyecto PGIDIT02PXIC40211PN y por concederme una beca que me permiti´ realizar una estancia en la UCSB (University ofCalifornia Santa Barbara). o Quiero mandar desde aqu´ mi m´s sincero agradecimiento al Prof. Francis J. ı a Doyle III, a su grupo de investigaci´n de la UCSB y al equipo del Sansum Diabetes o Research Institute por la amabilidad y el afecto con el que me acogieron y por lo mucho que he aprendido de ellos. A la Comisi´n Europea, a trav´s del CTS (Control Training Site), por darme la o eoportunidad de realizar una estancia en Sup`lec y a la Prof. Fran¸oise Lamnabhie c Lagarrigue y al Prof. Eric Walter por la supervisi´n del trabajo all´ realizado. o ı A mi familia y amigos debo el cari˜o y los ´nimos necesarios para que este trabajo n a llegase a buen puerto, especialmente a mis padres y a mis hermanos, gracias es lo menos y a la vez lo m´s que puedo deciros. a No puedo acabar losagradecimientos sin recordar a la persona que m´s ha sufrido a este trabajo. Gracias Juan, por estar siempre ah´ ı. A todos los mencionados y a todos los que quedan en el tintero, muchas gracias por el apoyo prestado, el cari˜o recibido y los ´nimos proporcionados. n a

A mis padres y a mis hermanos A Juan

All models are wrong... but some are useful. George E. P. Box

Resumen
La ingenier´ deprocesos moderna se basa en el uso de modelos matem´ticos ıa a rigurosos para realizar tareas de an´lisis, dise˜o, optimizaci´n y control. En el caso a n o de bioprocesos (industria alimentaria y biotecnol´gica) estos modelos suelen tener o un car´cter din´mico y no lineal. a a El desarrollo de un modelo matem´tico puede considerarse como un ciclo: para tiendo de unos objetivos (finalidad delmodelo) y de unos conocimientos a priori (datos preliminares, an´lisis b´sico e hip´tesis iniciales), se propone una estructura a a o para el modelo. A partir de los datos experimentales, se realiza entonces la estimaci´n de par´metros dando lugar a un modelo inicial que debe ser validado con o a nuevos experimentos, lo que en la mayor´ de los casos revelar´ algunas deficiencias. ıa a En ese caso,...