Optimización y control robusto de un digestor anaerobio de dos etapas para el procesamiento de vinazas de tequila

Abstract

En el presente trabajo se aborda el problema de optimización y control de un digestor anaerobio continuo de dos etapas, específicamente para el procesamiento de vinazas de tequila. El problema del tratamiento de estas aguas residuales es de gran importancia debido al impacto ambiental en función de los volúmenes de producción de tequila. Adicionalmente el recuperar el agua de desecho de los procesos de producción de tequila por medio de procesos de digestión anaerobia trae consigo como todo proceso de este tipo, la obtención de biogas que se traduce en la generación de bioenergía. El problema de optimización y control de procesos de digestión anaerobia es difícil por su naturaleza no lineal, el presente trabajo tiene como objetivo la mejora en la operación de estos equipos y/o procesos. Por lo que para este fin se aplicaron primero, técnicas de optimización no lineal para minimizar la demanda química de oxígeno (DQO) a la salida del sistema de reactores y para maximizar la producción de biogas, principalmente constituido por metano. Después de encontrar los valores óptimos de las variables de estado, se propusieron diseños de controladores basados en el método de compensación del error de modelado (MEC), modos deslizantes (SMC) y control predictivo no lineal (NMPC). Se consideraron los casos de regulación de DQO a la salida del sistema y también de regulación de AGV en cada reactor, esto último con el fin de mediciones más continuas de la salida de control. Los diseños resultantes se implementaron numéricamente y se obtuvieron resultados adecuados de los controladores MEC y NMPC, que cumplieron con los objetivos de regulación antes mencionados. Pero, para el caso de los controladores SMC los resultados no fueron aceptables debido a un comportamiento con sobredisparos en la variable manipulable. Finalmente en este trabajo se propusieron y analizaron los elementos para una futura implementación física de los controladores diseñados que presentan un comportamiento adecuado, en este caso el algoritmo MEC resultó el más atractivo.