Noticias

Visita de la Presidenta del Consejo Social de la Universidad de Almería al CIESOL

La Presidenta del Consejo Social de la Universidad de Almer

Ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores 2016

Plataforma Solar de Almería. Plazos de solicitud 13/09/2016

Nueva Campaña de Acceso SFERA2

Ya se ha abierto la cuarta y última campaña de acceso de S

Diversificando el uso de la Energía Solar

Modelling, SimulAtion, ContRol and Optimization of photoBIOreactors (MACROBIO)

CIESOL responsiva
CONTACTOS
F. Gabriel Acién
FUENTE DE FINACIACIÓN

Ministerio de Ciencia e Innovación

FECHA DE INICIO

2012

FECHA DE FINALIZACIÓN

2014

Ciencia E Innovacin

Participantes:

  • Departamento de Lenguajes y Computación, Universidad de Almería

  • Departamento de Ingeniería, Universidad de Almería

  • Departamento de Informática y Automática, UNED

Situación: Finalizado

Resumen:

El proyecto trata sobre el análisis, estudio y aplicación de estrategias de modelado, control y optimización basadas en técnicas de control predictivo basado en modelos (MPC) y estrategias de control basadas en eventos (EBC) con el objetivo de alcanzar una producción eficiente de biomasa de microalgas en fotobiorreactores de gran tamaño. El problema se compone de diferentes niveles de control, debido a que según el uso final que se le vaya a dar a la biomasa resultante, se plantearán diferentes clases de objetivos (productivos, económicos, aspectos de calidad y medioambiental, etc.). Esto hecho da lugar a un problema jerárquico multiescala que será abordado mediante el uso de técnicas de MPC no lineal y multiescala y mediante el uso de estrategias EBC. Para ello, será necesario el desarrollo de modelos, estimadores y predictores de las variables que determinan la concentración de biomasa, de las variables ambientales y del resto de variables asociadas al proceso. Existen en la actualidad muy pocas aplicaciones industriales de los procesos tratados en este proyecto, de ahí su gran interés. El cumplimiento de los objetivos del proyecto sería una contribución significativa en este campo con un impacto evidente en la gestión y producción de esta clase de procesos. Por estas razones, esta propuesta ha despertado el interés de diferentes compañías y centros de investigación como, por ejemplo, Acciona, AlgaEnergy, Repsol YPF, Fundación Cajamar o CIESOL. Aunque la propuesta plantea una nueva línea de investigación para los grupos de ingeniería de control que participan, es también una continuación natural de todos los trabajos previos que han llevado a cabo. Los grupos participantes han tenido una estrecha colaboración durante los últimos años en el marco de diversos proyectos de investigación y publicaciones conjuntas. El equipo resultante posee una gran experiencia en control de sistemas, respaldada por numerosos artículos publicados en revistas de prestigio internacional. El carácter multidisciplinar del grupo se complementa con investigadores del campo de la ingeniería química con gran experiencia en la producción de biomasa de algas mediante fotobiorreactores. Además, la colaboración internacional se enfatiza en el proyecto ya que dos reputados investigadores del área de la ingeniería de control, pertenecientes a dos prestigiosas universidades europeas (sueca e italiana), formarán parte del equipo de trabajo. Creemos que con el trabajo desarrollado a partir de esta propuesta se pueden aportar contribuciones significativas ya que el equipo de investigación tiene una sólida experiencia en ingeniería de control y en el modelado de procesos basados en microalgas y se beneficiarán de las estrechas relaciones con otros grupos de investigación europeos.

Objetivos: 

  • Desarrollo y propuesta de estrategias de modelado e identificación para procesos basados en la producción de biomasa de microalgas. Se obtendrá modelos detallados y complejos para los requisitos de los niveles superiores y modelos simplificados para los diseños de control.

  • Desarrollo de estrategias de control predictivo y metodologías basadas en eventos para la producción óptima de biomasa en fotobiorreactores de gran tamaño mediante una adecuada reducción de costes y de la contaminación medioambiental.

  • Implementación y validación de las estrategias desarrolladas en diferentes plantas experimentales con clara relevancia industrial. Para este objetivo se utilizarán distintos tipos de fotobiorreactores.

Resultados durante 2014:

Durante 2014 se ha dado conclusión a este proyecto que ha permitido desarrollar y validar diversos modelos de fotobiorreactores para al producción de microalgas. Entre ellos cabe mencionar el modelo de reactor tubular de 3000 L así como en este último año el modelo para un reactor raceway de 20.000 L. ambos modelos incluyen los aspectos biólogos de la producción de microalgas como consumo de CO2 y producción de oxígeno en función de la disponibilidad de luz, así como los aspectos ingenieriles. Además se han desarrollado controladores adecuados para este tipo de sistemas que han sido validados demostrándose el incremento en la eficiencia de estos sistemas bajos controles adecuados de las condiciones de operación. Los modelos desarrollados han sido implementados en diversas plataformas (EJS, Modellica, Matlab) y el software desarrollado ha sido utilizado en clases prácticas de master y formación de personal investigador.

Publicaciones:

  • Pérez-Castro, A., Sánchez, J., Acién, F.G., Fernández, I., Guzmán, J.L. PhotoBioLib: una librería de Modelica para el modelado y simulación de fotobiorreactores. Actas de las XXXV Jornadas de Automática. 3- 5 de Septiembre de 2014.
  • Pawlowski, A., Mendoza, J.L., Guzman, J.L., Berenguel, M.,.Acien, F.G, Dormido, S. Effective utilization of flue gases in raceway reactor with event-based pH control for microalgae culture. Bioresource Technology, 2014. 170, pp. 1-9.
  • Fernández, I., Acién, F.G., Berenguel, M., Guzmán, J.L. First principles model of a tubular photobioreactor for microalgal production. Industrial and Engineering Chemistry Research 2014. 53 (27): 11121-11136.
  • Fernandez, I., Berenguel, M., Guzman, J.L., Acien, F.G., Andrade, G.A., Pagano, D.J. Hierarchical Control of Tubular Photobioreactors in Microalgal Production. Journal of Process Control 2014. Aceptado
  • Fernández, I., Acién, F.G., Berenguel, M., Guzmán, J.L., Andrade, G.A., Pagano, D.J. A Lumped Parameter Chemical-Physical Model for Tubular Photobioreactors. Chemical Engineering Science 2014. 112: 116–129.
  • Pawlowski, A., Fernandez, I., Guzman, J.L., Berenguel, M., Acien, F.G., Normey-Rico, J. E. Event-Based Predictive Control of pH in Tubular Photobioreactors. Computers and Chemical Engineering 2014. 65: 28–39.