Selección de un modelo matemático y diseño de un sistema de control para la fermentación abe a partir de glucosa empleando clostridium acetobutylicum atcc 824

Abstract

Se estudiaron las dinámicas de pH y temperatura durante la fermentación ABE a escala laboratorio. Se ajustó un modelo matemático para describir el proceso y se diseñó un sistema de control para las variables mencionadas. En la primera etapa se realizaron pruebas en un biorreactor BioFlo 110 de 5 litros, operando en discontinuo; el volumen de reacción fue de 2L. El biorreactor fue alimentado con 10%v/v de inóculo (Clostridium acetobutylicum ATCC 824) y 40.15 g/L de glucosa. Mediante un análisis de la fenomenología del proceso y utilizando los datos obtenidos experimentalmente, se ajustó un modelo matemático para la descripción de la fermentación ABE. Durante la segunda etapa se determinó la estrategia de control por retroalimentación como la más adecuada, de acuerdo con los objetivos del proyecto. Así mismo, se analizó el sistema en lazo abierto y cerrado para corroborar la precisión y ajuste del modelo y diseño propuestos. Entre los resultados se destaca el ajuste de un modelo para el proceso bajo estudio, el cual presenta una alta complejidad al considerar la interacción de todos los metabolitos (intermediarios y finales) y ofrece una adecuada predicción de todas las variables consideradas. Este hecho permitió sentar las bases para el diseño del sistema de control. Por otra parte, el análisis en lazo abierto y lazo cerrado corroboró la necesidad de controlar pH y temperatura. Evidenciando un comportamiento del proceso caracterizado por ser estable y no oscilatorio, que conllevó a recomendar la sintonización experimental del controlador de pH y a emplear el método de relé para sintonizar el controlador de temperatura.