| Revista: | Revista Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia |
| Base de datos: | |
| Número de sistema: | 000563380 |
| ISSN: | 0120-6230 |
| Autors: | Prieto Escobar, Nicolás1 Saldarriaga Aristizábal, Pablo Andrés1 Chaparro Muñoz, Valentina1 |
| Institucions: | 1Universidad EAFIT, Medellín, Antioquía. Colombia |
| Any: | 2018 |
| Període: | Jul-Sep |
| Número: | 88 |
| Paginació: | 26-39 |
| País: | Colombia |
| Idioma: | Inglés |
| Tipo de documento: | Artículo |
| Resumen en español | El bioproceso de fermentación continua Zymomonas mobilis tiene la capacidad de producir energía a partir del catabolismo de la glucosa, lo que promete una aplicación relevante para la conversión de biomasa en combustible, y por ende representa una alternativa de producción a escala industrial para nuestro país. Sin embargo, éste ha demostrado una alta complejidad debido a algunas de las propiedades no lineales y no gaussianas de su dinámica. Varios trabajos se han enfrentado no solo con modelar el bioproceso, sino también con el diseño e implementación de controladores. Estos trabajos han desarrollado estrategias de estimación de estados y parámetros basadas en filtros de partículas y métodos gaussianos, así como cerrando el ciclo con controladores no lineales. Aun así, es necesario mejorar los resultados previos de estimación de parámetros, permitiendo el futuro diseño de estrategias de control para aplicaciones industriales. Se presenta un conjunto de algoritmos heurísticos para la estimación de parámetros de sistemas no lineales, evaluados con datos de 150 horas de fermentación. Algunos algoritmos tales como métodos de búsqueda local, recocido simulado, heurísticos de población, evolución diferencial, quimiotactismo bacteriano y otros más fueron probados para el bioproceso. Las simulaciones del modelo del microorganismo y las verificaciones experimentales mostraron el buen desempeño en la precisión de los parámetros y la velocidad de convergencia de algunos de los métodos heurísticos aquí propuestos. Además, la precisión y los aceptables costos computacionales de estos métodos demuestran que también podrían aplicarse como estimadores de parámetros para otros bioprocesos de una complejidad similar. |
| Resumen en inglés | Zymomonas mobilis continuous fermentation bioprocess has the ability of producing energy from glucose catabolism, which promises a relevant application for biomass conversion into fuel, and therefore it represents an industrial scale production alternative for our country. However, it has demonstrated high complexity regarding the non-linear and non-Gaussian characteristics of its dynamics. Several Works have been dealing not only with the bioprocess modeling but also with controller design and implementation. These works have developed state and parameter estimation strategies based on particle filters and Gaussian methods, as well as closing the loop with nonlinear controllers. Nevertheless, there is a need to improve previous parameter estimation results, enabling future design of control strategies for industrial applications. We present a set of heuristics algorithms for the non-linear system parameter estimation evaluated with data from 150 hours of fermentation. Some algorithms such as local search methods, simulated annealing, population heuristics, differential evolution, bacterial chemotaxis and other techniques were tested for the bioprocess. Simulations of the microorganism model and experimental verifications showed the good performance in parameter accuracy and convergence speed of some of the heuristic methods proposed here. Moreover, the reliability and acceptable computational costs of these methods demonstrate that they could also be applied as parameter estimators for other bioprocesses of a similar complexity. |
| Disciplines | Química, Ingeniería |
| Paraules clau: | Algoritmos heurísticos, Métodos de búsqueda local, Quimiotactismo bacteriano, Estimación de sistema de tiempo continuo, Zymomonas mobilis, Fermentaciones, Ingeniería química |
| Keyword: | Heuristic algorithms, Local search methods, Bacterial chemotaxis, Continuous time system estimation, Zymomonas mobilis, Fermentation, Chemical engineering |
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