Perspectivas del modelado matemático en el control de procesos de transferencia de oxígeno en biorreactores de tanque agitado por lotes para reducir el requerimiento energético
Autores: Fitzpatrick, John J.; Gloanec, Franck; Michel, Elisa
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Perspectivas del modelado matemático en el control de procesos de transferencia de oxígeno en biorreactores de tanque agitado por lotes para reducir el requerimiento energético
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Ahorro de energía
Biorreactores por lotes en tanque agitado aeróbico
Potencia del agitador
Caudal de aire
Concentración de oxígeno
Restricción de inundación del impulsor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Se pueden lograr ahorros significativos de energía en biorreactores por lotes de tanque agitado aeróbico mediante la manipulación de la potencia del agitador y la tasa de flujo de aire por unidad de volumen de trabajo. A menudo se implementa un control para mantener la concentración de oxígeno en el líquido de bioreacción en un valor constante. Este trabajo utilizó simulaciones de modelos para mostrar que controlar la potencia del agitador y la tasa de flujo de aire de manera continua a lo largo del tiempo, de modo que se opere en o cerca de la restricción de inundación del impulsor, resulta en el mínimo requerimiento de energía para la transferencia de oxígeno (estrategia Cmin); sin embargo, esto podría resultar impráctico de controlar y operar en la práctica. Como alternativa, el trabajo muestra que dividir el tiempo de bioreacción en un pequeño número de segmentos de tiempo constantes (5-10), donde se utiliza un controlador PID para controlar la tasa de flujo de aire y mantenerla constante en cada segmento, puede lograr gran parte del ahorro de energía asociado con Cmin. Durante cada segmento de tiempo, se aumenta la potencia del agitador y se utiliza una disminución repentina en la tasa de flujo de aire para detectar el inicio de la inundación, después de lo cual hay un aumento escalonado en la potencia del agitador. Esta secuencia de aumentos escalonados continúa hasta que se completa la bioreacción. Este enfoque de control práctico demostró ahorrar la mayor parte de la energía asociada con Cmin.
Descripción
Se pueden lograr ahorros significativos de energía en biorreactores por lotes de tanque agitado aeróbico mediante la manipulación de la potencia del agitador y la tasa de flujo de aire por unidad de volumen de trabajo. A menudo se implementa un control para mantener la concentración de oxígeno en el líquido de bioreacción en un valor constante. Este trabajo utilizó simulaciones de modelos para mostrar que controlar la potencia del agitador y la tasa de flujo de aire de manera continua a lo largo del tiempo, de modo que se opere en o cerca de la restricción de inundación del impulsor, resulta en el mínimo requerimiento de energía para la transferencia de oxígeno (estrategia Cmin); sin embargo, esto podría resultar impráctico de controlar y operar en la práctica. Como alternativa, el trabajo muestra que dividir el tiempo de bioreacción en un pequeño número de segmentos de tiempo constantes (5-10), donde se utiliza un controlador PID para controlar la tasa de flujo de aire y mantenerla constante en cada segmento, puede lograr gran parte del ahorro de energía asociado con Cmin. Durante cada segmento de tiempo, se aumenta la potencia del agitador y se utiliza una disminución repentina en la tasa de flujo de aire para detectar el inicio de la inundación, después de lo cual hay un aumento escalonado en la potencia del agitador. Esta secuencia de aumentos escalonados continúa hasta que se completa la bioreacción. Este enfoque de control práctico demostró ahorrar la mayor parte de la energía asociada con Cmin.