Control robusto del pH en un fotobiorreactor raceway
- Hoyo Sánchez, Ángeles 1
- Guzmán Sánchez, José Luis 1
- Moreno Úbeda, José Carlos 1
- Baños Torrico, Alfonso 2
-
1
Universidad de Almería
info
-
2
Universidad de Murcia
info
ISSN: 1697-7920
Año de publicación: 2022
Volumen: 19
Número: 3
Páginas: 274-283
Tipo: Artículo
Otras publicaciones en: Revista iberoamericana de automática e informática industrial ( RIAI )
Resumen
Este trabajo presenta una primera aproximación al control robusto del pH en un fotobiorreactor raceway para el cultivo de microalgas. En este tipo de procesos el pH es la variable más crítica a controlar teniendo una relación directa con la productividad del sistema. La dinámica del pH posee un carácter fuertemente no lineal estando afectada por numerosos factores tales como el aporte del CO2 al medio de cultivo o la realización de la fotosíntesis por parte de las microalgas. Esta no linealidad genera una gran fuente de incertidumbre en el proceso incluso cuando el sistema es controlado alrededor del punto de operación deseado. Por tanto, en este artículo se ha procedido a realizar el modelado del sistema con incertidumbre paramétrica cubriendo los rangos de trabajo típicos del pH, y posteriormente se ha realizado el diseño de un controlador robusto con la técnica Quantitative Feedback Theory (QFT) para conseguir unos requisitos de rendimiento y estabilidad robustos determinados. El algoritmo de control resultante se ha evaluado en simulación y mediante ensayos reales frente a distintas condiciones de trabajo y en distintos puntos de operación, obteniéndose resultados satisfactorios.
Información de financiación
Financiadores
-
Ministerio de Ciencia e Innovación
- proyectos de I+D+i PID2020-112709RB-C21 y PID2020-112709RB-C22
Referencias bibliográficas
- Åström, K. J., Hägglund, T., 2006. Advanced PID control. ISA - The Instrumentation, Systems and Automation Society.
- Acien, G., Fernandez-Sevilla, J. M., Molina-Grima, E., 08 2017. Microalgae: The Basis of Mankind Sustainability. https://doi.org/10.5772/67930
- Barceló Villalobos, M., Serrano, C., Sanchez Zurano, A., Garc'ıa, L., Maldonado, S., Peña, J., Fernández, F., 2019. Variations of culture parameters in a pilot-scale thin-layer reactor and their influence on the performance of scenedesmus almeriensis culture 6. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2019.03.007
- Berenguel, M., Rodríguez, F., Acién, J. G., 2004. Model predictive control of ph in tubular photobioreactors. Journal of Process Control 14, 377-387. https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2003.07.001
- Bernard, O., 12 2011. Hurdles and challenges for modelling and control of microalgae for co2 mitigation and biofuel production. Journal of Process Control 21, 1378-1389. https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2011.07.012
- Bernard, O., Rémond, B., 2012. Validation of a simple model accounting for light and temperature effect on microalgal growth. Bioresource Technology 123, 520-527. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.07.022
- Chen, C. Y., Yeh, K. L., Aisyah, R., Lee, D. J., Chang, J. S., 2011. Cultivation, photobioreactor design and harvesting of microalgae for biodiesel production: A critical review. Bioresource Technology 102 (1), 71-81, special Issue: Biofuels - II: Algal Biofuels and Microbial Fuel Cells. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.06.159
- Costache, T. A., Acién, F. G., Morales, M., Fern'andez-Sevilla, J. M., Stamatin, I., Molina, E., 2013. Comprehensive model of microalgae photosynthesis rate as a function of culture conditions in photobioreactors. Applied Microbiology and Biotechnology, 7627-7637. https://doi.org/10.1007/s00253-013-5035-2
- Fernández, I., Acién, F. G., Guzmán, J. L., Berenguel, M., Mendoza, J. L., 2016. Dynamic model of an industrial raceway reactor for microalgae production. Algal Research 17, 67-78. https://doi.org/10.1016/j.algal.2016.04.021
- Fernández, I., Acién, F. G., Berenguel, M., Guzman, J. L., 2014. First principles model of a tubular photobioreactor for microalgal production. Industrial and Engineering Chemistry Research 53 (27), 11121-11136. https://doi.org/10.1021/ie501438r
- Fernández, I., Peña, J., Guzmán, J. L., Berenguel, M., Acién, F. G., 2010. Modelling and control issues of ph in tubular photobioreactors. IFAC Proceedings Volumes 43 (6), 186 - 191, 11th IFAC Symposium on Computer Applications in Biotechnology. https://doi.org/10.3182/20100707-3-BE-2012.0046
- González-Hernández, J., Rodríguez-Miranda, E., Guzmán, J. L., Acién, F., Visioli, A., 2022. Optimizacion de temperatura en reactores raceway para la produccion de microalgas mediante regulacion de nivel. Revista Iberoamericana de Automatica e Informatica industrial 0 (0). https://doi.org/10.17979/spudc.9788497498043.301
- Guzmán, J. L., Acién, F. G., Berenguel, M., 12 2021. Modelling and control of microalgae production in industrial photobioreactors. Revista Iberoamericana de Automatica e Informatica Industrial 18 (1), 1-18. https://doi.org/10.4995/riai.2020.13604
- Guzmán, J. L., Moreno, J. C., Berenguel, M., Rodrıguez, F., Sanchez- Hermosilla, J., 2011. A frequency domain quantitative technique for robust control system design. In: Robust Control. IntechOpen, Rijeka, Ch. 17. DOI: 10.5772/16027
- Horowitz, I., 1988. Quantitative feedback theory (QFT). In: 1988 American Control Conference. pp. 2032-2037. https://doi.org/10.23919/ACC.1988.4790059
- Hoyo, A., Guzman, J. L., Moreno, J. C., Berenguel, M., Septiembre 2017. Control robusto con QFT del pH en un fotobiorreactor raceway. In: Actas de las Jornadas de Autom'atica. Gijon, Spain, pp. 6-8. DOI: 10.17979/spudc.9788497497749.0077
- Ippoliti, D., Gomez, C., Morales-Amaral, M., Pistocchi, R., Fern'andez-Sevilla, J., Aci'en, F. G., 2016. Modeling of photosynthesis and respiration rate for Isochrysis galbala (T-Iso) and its influence on the production of this strain. Bioresource Technology 203, 71-79. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.12.050
- Jebali, A., Acien, F. G., Gomez, C., Fernandez-Sevilla, J. M., Mhiri, N., Karray, F., Dhouib, A., Molina-Grima, E., Sayadi, S., 2015. Selection of native tunisian microalgae for simultaneous wastewater treatment and biofuel production. Bioresource Technology 198, 424-430. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.09.037
- Moreno, J. C., Baños, A., Berenguel, M., 2006. Improvements on the computation of boundaries in QFT. International Journal of Robust and Nonlinear Control 16 (12), 575-597. https://doi.org/10.1002/rnc.1078
- Pawlowski, A., Mendoza, J. L., Guzman, J. L., Berenguel, M., Acien, F. G., Dormido, S., 2014. Effective utilization of flue gases in raceway reactor with event-based ph control for microalgae culture. Bioresource Technology 170, 1 - 9. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.07.088
- Pawlowski, A., Mendoza, J. L., Guzman, J. L., Berenguel, M., Acien, F. G., Dormido, S., 2015. Selective ph and dissolved oxygen control strategy for a raceway reactor within an event-based approach. Control Engineering Practice 44, 209 - 218. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2015.08.004
- Rodrıguez-Miranda, E., Guzman, J. L., Acien, F. G., Berenguel, M., Visioli, A., 2021. Indirect regulation of temperature in raceway reactors by optimal management of culture depth. Biotechnology and Bioengineering 118, 1186-1198. https://doi.org/10.1002/bit.27642
- Rodrıguez-Miranda, E., Guzman, J. L., Berenguel, M., Acien, F. G., Visioli, A., 2020. Diurnal and nocturnal pH control in microalgae raceway reactors by combining classical and event-based control approaches. Water Science and Technology 82 (6), 1155-1165. https://doi.org/10.2166/wst.2020.260
- Sanchez-Zurano, A., Serrano, C., Acien, F. G., Fernandez-Sevilla, J. M., Molina-Grima, E., 11 2020. Modeling of photosynthesis and respiration rate for microalgae-bacteria consortia. Biotechnology and Bioengineering 118 (2), 952-962. https://doi.org/10.1002/bit.27625
- Vilanova, R., Alcantara, S., Pedret, C., 2021. Sintonıa de controladores PID: un enfoque analıtico basado en el moldeo de la funcion de sensibilidad. Revista Iberoamericana de Automatica e Informatica industrial 18 (4), 313. https://doi.org/10.4995/riai.2021.15422
- Weissman, J. C., Goebel, R. P., 1987. Design and analysis of microalgal open pond systems for the purpose of producing fuels: A subcontract report. Solar Energy Research. https://doi.org/10.2172/6546458