Modelado, identificación y estimación de estados en procesos biotecnológicos discontinuos : aplicaciones en biolixiviación

Silvina Inés Biagiola.

2001.

152 págs. : ilustraciones ; 30 cm.

Director de tesis: Ruben Milocco y codirector: Mario Jordán.

Tesis(doctoral)--Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica, 2001.

Resumen: Esta tesis trata diferentes aspectos de estimación de variables de estado relacionándolos con los tópicos de modelado e identificación en procesos biotecnológicos discontinuos (batch). El trabajo de investigación ha sido motivado por la necesidad creciente de tener un fácil acceso al conocimiento del estado interno del bioproceso que se estudia. Actualmente, la presión económica para incrementar el rendimiento de producción, mejorar la calidad del producto y reducir los costos en la industria biotecnológica, conduce a que la implementación de técnicas avanzadas para el monitoreo, estimación y control sean naturalmente bienvenidas. En este contexto, el problema de esimación de estados constituye un punto clave para alcanzar las mejoras deseadas. Una razón fundamental que motiva el desarrollo de métodos de estimación es la escasez de sensores adecuados para variables de proceso. Esto es particularmente cierto y crítico en lo que respecta a la determinación de biomasa presente en el medio de cultivo. Por otra parte, dado que los algoritmos que permiten obtener una estimación de los estados requieren de un modelo lo más exacto posible del sistema, éstos encuentran una barrera natural que obedece a la complejidad propia de los bioprocesos. Luego, resulta prácticamente imposible contar con un modelo exacto del proceso. En esta tesis, se consideran los bioprocesos batch en general, tomando como caso particular de aplicación la biolixiviación de ión ferroso por la bacteria Thiobacillus ferrooxidans. Se desarrolla un modelo no estructurado que no requiere de expresiones matemáticas para describir las cinéticas específicas. La construcción de dicho modelo utiliza un observador no lineal y una técnica sencilla de interpolación. El método propuesto se valida experimentalmente empleando datos obtenidos de vultivos batch de biolixiviación por Thiobacllus ferroxidans. Una vez obtenido el modelo no estructurado, el objetivo fundamental de la tesis consiste en proponer un estimador de estados basado en este tipo de modelo. Este tópico, el de estimar eficientemente biomasa cuando no se dispone de modelo blanco del bioproceso, constituye uno de los puntos más importantes de la tesis. Por este motivo, se propone un observador no lineal de estado que puede hacer uso de un modelo no estructurado. El desempeño del estimador se verifica utilizando resultados experimentales, a partir de mediciones de sustrato y también de potencial redox. El algoritmo muestra ser un eficiente estimador de biomas en línea, basando la estimación en la salida medida por un sensor. Para aquellos casos en que se requiere estimación fuera de línea, el estimador también resulta apropiado. CALIFICACION DEPARTAMENTO DE GRADUADOS Calificación de la defensa oral: Sobresaliente - 10 (diez) Fecha: 10/05/01

Incluye referencias bibliográficas.