Modelización polinomial y optimización empleando dos fermentadores en seri para la producción de vinagre de vino

Abstract

En la presente tesis doctoral se ha realizado un estudio dirigido a la optimización del funcionamiento de dos biorreactores conectados en serie para la elaboración de vinagre de vino. Trabajos previos de nuestro de investigación orientados a la modelización y optimización de este proceso, sugerían la necesidad de investigar esta posibilidad como una forma de poder incrementar la productividad global del sistema al mismo tiempo que se garantizara un aprovechamiento máximo del etanol (sustrato principal en este bioproceso). Con el objetivo citado, se ha estudiado cuáles son las variables operacionales que más afectan al proceso para, tras su modelado, encontrar los valores de cada una de ellas con los que se puede conseguir una velocidad máxima de acetificación y/o una producción máxima del sistema. Estudios previos de modelado del proceso han permitido evaluar las ventajas e inconvenientes de las principales alternativas seguidas en la práctica para este fin. Esta experiencia nos ha llevado a modelar el proceso mediante una aproximación tipo “caja negra”, en concreto mediante un modelo polinómico de segundo grado. Además, se ha llevado a cabo un estudio previo sobre la disponibilidad y variación de las fuentes de nitrógeno del medio con el objetivo de tener una mínima seguridad de que los cambios que se observen al variar las condiciones operativas que se pretenden investigar, no se deban a limitaciones en este nutriente fundamental para la actividad bacteriana. Por lo tanto, y de acuerdo con los objetivos planteados: - En primer lugar se han analizado cuáles son las principales variables operacionales con las que se ha de trabajar. La conexión en serie de los dos fermentadores limita el número de grados de libertad que se tiene en el sistema; de este modo, algunas variables quedan automáticamente fijadas si se eligen otras como operacionales. En concreto, se ha encontrado que las variables de operación que han de elegirse son las siguientes: - Concentración de etanol durante la carga en el primer biorreactor (Ec1). - Concentración de etanol en el momento de la descarga en el primer biorreactor (Ed1). - Volumen descargado del primer biorreactor (Vd1). - Temperatura de trabajo en el primer biorreactor (T1). - Concentración de etanol durante la carga en el segundo biorreactor (Ec2)...