Comparación de dos esquemas de control en cascada aplicados a un proceso de digestión anaerobia a escala piloto para el tratamiento de las vinazas tequileras

Abstract

En el presente trabajo de tesis se muestra el desempeño de dos esquemas de control en cascada aplicados a un proceso de digestión anaerobia (DA) a escala piloto para el tratamiento de las vinazas tequileras, ambos implementados en el digestor anaerobio de lecho fijo de flujo ascendente del cuerpo académico de ingeniería de bioprocesos de la Universidad de Guadalajara con una duración de 85 días. El propósito de este caso de estudio es presentar las ventajas de un sistema de control en cascada que emplea una alta ganancia adaptativa, cuyo lazo de control externo opera de manera discreta y que regula la concentración de la materia orgánica (MO) en el efluente medida en términos de demanda química de oxígeno (DQO), alrederdor de una referencia deseada que se actualiza en cada periodo de muestreo equivalente a un día, al modificarse la consigna de la concentración de ácidos grasos volátiles (AGV) en el lazo interno de control que opera en forma continua, manipulando la tasa de dilución aplicada al digestor. Las ventajas de este esquema de control se muestran a través de la realización de una comparación directa entre su desempeño con el de otro que posee la misma configuración en cascada solo que carece de la propiedad de alta ganancia adaptativa, mediante la utilización de dos enfoques: ( i) simulaciones numéricas; y ( ii) pruebas experimentales. En la fase experimental se ilustran el comportamiento de los dos controladores para la regulación de la concentración de DQO y AGV en el efluente, abordando la eficiencia de remoción de estos dos índices de desempeño, y la respuesta de la tasa de dilución ante las distintas perturbaciones inducidas en el proceso y cambios de consigna. También se presentan los balances de AGV y DQO equivalente en el influente y a la salida, además de las tasas de producción y rendimientos de biogas y metano. Por otro lado, se muestra el comportamiento del digestor anaerobio bajo la acción de los dos esquemas de control a través de la apreciación de otras variables del proceso como son temperatura y presión en el reactor, pH del efluente, carbono orgánico total ( COT), entre otras. En estos resultados, se verifica un desempeño y robustez más satisfactorio por parte del sistema de control implementado en este trabajo de tesis, en comparación al propuesto por otros investigadores para el mismo caso de estudio. La evaluación del desempeño entregado por ambos controladores en cascada se realizó mediante el uso de un análisis estadístico de los dos lazos de control, en el que se utilizó como variables del diseño el valor absoluto de la diferencia de las concentraciones de DQO y AGV que se miden fuera de línea y en línea respectivamente con respecto a las que se establecen como referencia, verificandose una mejor respuesta por parte del controlador de alta ganancia.