Modelado dinámico de la producción de celulosa bacteriana utilizando cinética combinada dependiente del sustrato y de la biomasa
Autores: Rincón, Alejandro; Hoyos, Fredy E.; Candelo-Becerra, John E.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelado dinámico de la producción de celulosa bacteriana utilizando cinética combinada dependiente del sustrato y de la biomasa
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Modelos cinéticos
Producción de celulosa bacteriana
Consumo de sustrato
Crecimiento de biomasa
Biorreactor de tanque agitado por lotes
Velocidades de agitación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, se evalúan modelos cinéticos para describir la producción de celulosa bacteriana (BC), el consumo de sustrato y el crecimiento de biomasa en un biorreactor de tanque agitado por lotes, bajo tasas de agitación de 700 rpm y 500 rpm. Los modelos cinéticos comúnmente utilizados fueron ajustados a datos publicados y comparados utilizando el Criterio de Información de Akaike (AIC). Se propuso un procedimiento de ajuste escalonado para la selección del modelo a fin de reducir el esfuerzo computacional, que incluye una primera calibración en la que solo se simuló la biomasa y el sustrato, una selección de los tres modelos más efectivos en términos de AIC y una calibración de los tres modelos seleccionados con la simulación de biomasa, sustrato y producto. Además, se propone una ecuación de producto desacoplada que involucra una función de sustrato Monod modificada para una tasa de agitación de 500 rpm, lo que conlleva a una mejor predicción de la productividad de BC. Los modelos M2c y M1c fueron los más eficientes para el crecimiento de biomasa y el consumo de sustrato para el AIC combinado, bajo tasas de agitación de 700 rpm y 500 rpm, respectivamente. Los coeficientes promedio de determinación para las predicciones de biomasa, sustrato y producto fueron de 0.981, 0.994 y 0.946 para la tasa de agitación de 700 rpm, y de 0.984, 0.991 y 0.847 para la tasa de agitación de 500 rpm. Se muestra que la predicción de la productividad de BC se mejora a través de la función de sustrato propuesta, mientras que el esfuerzo computacional se reduce mediante el procedimiento de ajuste de modelo propuesto.
Descripción
En este trabajo, se evalúan modelos cinéticos para describir la producción de celulosa bacteriana (BC), el consumo de sustrato y el crecimiento de biomasa en un biorreactor de tanque agitado por lotes, bajo tasas de agitación de 700 rpm y 500 rpm. Los modelos cinéticos comúnmente utilizados fueron ajustados a datos publicados y comparados utilizando el Criterio de Información de Akaike (AIC). Se propuso un procedimiento de ajuste escalonado para la selección del modelo a fin de reducir el esfuerzo computacional, que incluye una primera calibración en la que solo se simuló la biomasa y el sustrato, una selección de los tres modelos más efectivos en términos de AIC y una calibración de los tres modelos seleccionados con la simulación de biomasa, sustrato y producto. Además, se propone una ecuación de producto desacoplada que involucra una función de sustrato Monod modificada para una tasa de agitación de 500 rpm, lo que conlleva a una mejor predicción de la productividad de BC. Los modelos M2c y M1c fueron los más eficientes para el crecimiento de biomasa y el consumo de sustrato para el AIC combinado, bajo tasas de agitación de 700 rpm y 500 rpm, respectivamente. Los coeficientes promedio de determinación para las predicciones de biomasa, sustrato y producto fueron de 0.981, 0.994 y 0.946 para la tasa de agitación de 700 rpm, y de 0.984, 0.991 y 0.847 para la tasa de agitación de 500 rpm. Se muestra que la predicción de la productividad de BC se mejora a través de la función de sustrato propuesta, mientras que el esfuerzo computacional se reduce mediante el procedimiento de ajuste de modelo propuesto.