Reseña Control en Bioprocesos

Instrumentación y control automático en bioprocesos

Edson Alejandro Vital Vazquez 17310488 6B

Casillas, A. V., & Reyes, J. C. (2019). Instrumentación y control automático en bioprocesos. Gaceta Instituto de Ingeniería, UNAM, 1(137), 11-13.

En el artículo “Instrumentación y control automático en bioprocesos” por Alejandro Vargas Casillas, Julián Carrillo Reyes, Iván Moreno Andrade, Jaime Pérez Trevilla y Germán Buitrón Méndez, se pretende dar a conocer la manera en que se aplica el control automático en procesos biotecnológicos. Un sistema de control está integrado por tres operaciones básicas: medida de la variable a controlar, decisión del controlador para mantener la variable en el valor deseado y acción en la que se ve materializada la decisión. Usando herramientas de la ingeniería y matemáticas aplicadas al proceso especifico, es posible lograr que un sistema se mantenga estable y en el camino deseado a pesar de perturbaciones externas, casi sin intervención humana.

Se toma como caso de estudio un biorreactor donde se produce biogás a la vez que se limpia el agua residual de materia orgánica contaminante. Esto es posible gracias a diversos microorganismos que, en las condiciones adecuadas de temperatura, pH, mezclado, etcétera, llevan a cabo las bio-transformaciones necesarias. Para lograr estas condiciones es necesario medir las variables de interés, para ello se emplean sensores especializados. Esta información es procesada por el microcontrolador y, a partir de un algoritmo desarrollado por el programador (muchas veces basado en un modelo matemático del proceso), es capaz de tomar decisiones que acerquen y mantengan a las variables en el valor deseado realizando cambios físicos en el sistema a partir de actuadores, por ejemplo, si se detecta que el pH está bajando, la decisión podría ser activar una bomba que dosifique alguna sustancia alcalina para subirlo.

Por un momento parece sencillo, pero en un biorreactor productor de gas intervienen una gran cantidad de variables y algunas de ellas ni siquiera se pueden medir debido a la no existencia de sensores. Aunque existen modelos matemáticos aproximados, hay desconocimiento de los procesos involucrados (en conjunto con la falta de sensores) provoca que los modelos sean poco certeros. Además, son pocas las variables que el controlador puede manipular a discreción por la falta de actuadores. Junto con que existen gran cantidad de perturbaciones como las distintas concentraciones de microorganismos en el flujo de entrada, así como las condiciones ambientales externas.

En la Unidad Académica Juriquilla se han desarrollado e implementado un gran numero de estrategias de control automático en diversos bioprocesos para el tratamiento de residuos. Con esta experiencia se ha definido que el primer paso es realizar la instrumentación de los procesos lo que engloba la determinación y uso de sensores adecuados, el procesamiento de las señales generadas por éstos, el almacenamiento y despliegue al usuario de los datos obtenidos, y la interacción con un controlador para la manipulación adecuada de otras variables de proceso a través de los actuadores. Para contar con un ambiente de instrumentación robusto y fácil de escalar se utilizan controladores lógicos programables (PLC) y se almacenan los datos en un servidor central. Además, se han propuesto novedosos sistemas para la cuantificación de variables para las que no existen sensores comerciales o no son completamente lo requerido.

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