Diseño de un controlador no lineal para regular las variables de estado de un fotobiorreactor
Las microalgas cultivadas en fotobiorreactores (FBR) se utilizan para producir biocombustibles renovables (biodiésel, bioetanol, biogás y biohidrógeno) por su capacidad de poder producir 20-50% lípidos del peso seco de la biomasa, además para producir bienes y diseño de servicios. El modelado del F...
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| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Universidad De La Salle Bajío
2025-01-01
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| Series: | Nova Scientia |
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| Online Access: | https://novascientia.lasallebajio.edu.mx/ojs/index.php/Nova/article/view/3490 |
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| author | Christian Ariel Cabrera-Capetillo Luis Fernando Villaseñor Villagómez Omar S. Castillo Baltazar Micael Gerardo Bravo Sánchez Vicente Peña Caballero |
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Las microalgas cultivadas en fotobiorreactores (FBR) se utilizan para producir biocombustibles renovables (biodiésel, bioetanol, biogás y biohidrógeno) por su capacidad de poder producir 20-50% lípidos del peso seco de la biomasa, además para producir bienes y diseño de servicios. El modelado del FBR mediante el modelo Droop, o Droop Model, se ha utilizado para describir la dinámica y la limitación de sustratos en este bioproceso. Así, muchos procesos de producción de microalgas en FBR están normalmente controlados mediante controladores clásicos todo/nada sin considerar el modelo sistema. Debido a la importancia de mantener el/los sustrato(s) dentro de valores determinados para maximizar la productividad, en este estudio, abordamos el problema de regulación de la concentración de sustrato en el FBR mediante la implementación numérica de un nuevo controlador no lineal en la dinámica de un FTB basado el modelo Droop. La respuesta de la dinámica no lineal del sistema a lazo abierto ante diferentes tasas de dilución (D=0.5,1.0,1.5 ,2.0 1/d) fue estable y controlable y la influencia del parámetro cinético K_q en las concentraciones biomasa, quota y sustrato en el FBR fueron más sensible a diferencia de los parámetros cinéticos ρ_m, K_m, μ_m en el modelo de Droop. El controlador propuesto se compara con un controlador clásico Proporcional-Integral PI. Los resultados del desempeño de los controladores fueron evaluados numéricamente mediante el índice de desempeño ITSE frente a diferentes perturbaciones. Como resultado, se encuentra que el controlador propuesto presento un mejor desempeño para diferentes cambios de los valores de referencia de la concentración de sustrato.
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| format | Article |
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| institution | Kabale University |
| issn | 2007-0705 |
| language | English |
| publishDate | 2025-01-01 |
| publisher | Universidad De La Salle Bajío |
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| series | Nova Scientia |
| spelling | doaj-art-1e4d5c01c98841df8179c03bcd0fec8b2025-01-13T17:34:42ZengUniversidad De La Salle BajíoNova Scientia2007-07052025-01-01163310.21640/ns.v16i33.3490Diseño de un controlador no lineal para regular las variables de estado de un fotobiorreactorChristian Ariel Cabrera-Capetillo0https://orcid.org/0000-0003-4729-8038Luis Fernando Villaseñor Villagómez 1https://orcid.org/0009-0008-3254-5095Omar S. Castillo Baltazar 2https://orcid.org/0000-0002-2212-3736Micael Gerardo Bravo Sánchez3https://orcid.org/0000-0003-3083-4172Vicente Peña Caballero4https://orcid.org/0000-0002-8622-646XTecnológico Nacional de México en CelayaUniversidad de GuanajuatoUniversidad de GuanajuatoTecnológico Nacional de México en CelayaUniversidad de Guanajuato Las microalgas cultivadas en fotobiorreactores (FBR) se utilizan para producir biocombustibles renovables (biodiésel, bioetanol, biogás y biohidrógeno) por su capacidad de poder producir 20-50% lípidos del peso seco de la biomasa, además para producir bienes y diseño de servicios. El modelado del FBR mediante el modelo Droop, o Droop Model, se ha utilizado para describir la dinámica y la limitación de sustratos en este bioproceso. Así, muchos procesos de producción de microalgas en FBR están normalmente controlados mediante controladores clásicos todo/nada sin considerar el modelo sistema. Debido a la importancia de mantener el/los sustrato(s) dentro de valores determinados para maximizar la productividad, en este estudio, abordamos el problema de regulación de la concentración de sustrato en el FBR mediante la implementación numérica de un nuevo controlador no lineal en la dinámica de un FTB basado el modelo Droop. La respuesta de la dinámica no lineal del sistema a lazo abierto ante diferentes tasas de dilución (D=0.5,1.0,1.5 ,2.0 1/d) fue estable y controlable y la influencia del parámetro cinético K_q en las concentraciones biomasa, quota y sustrato en el FBR fueron más sensible a diferencia de los parámetros cinéticos ρ_m, K_m, μ_m en el modelo de Droop. El controlador propuesto se compara con un controlador clásico Proporcional-Integral PI. Los resultados del desempeño de los controladores fueron evaluados numéricamente mediante el índice de desempeño ITSE frente a diferentes perturbaciones. Como resultado, se encuentra que el controlador propuesto presento un mejor desempeño para diferentes cambios de los valores de referencia de la concentración de sustrato. https://novascientia.lasallebajio.edu.mx/ojs/index.php/Nova/article/view/3490control no linealdroop modelcultivo de microalgassensibilidad paramétricafotobiorreactor |
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