Proyectos Actuales

 

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Ingeniería de Procesos para Biocombustibles

de Segunda Generación y Superiores

 

 

Becas Doctorales Disponibles

 

 

En este proyecto estudiamos aspectos relacionados con la producción a nivel industrial de etanol a partir de materiales lignocelulósicos. 

 

 

1. Diseño Conceptual de plantas para la producción de etanol basada en materiales lignocelulósicos.

 

En esta línea de trabajo utilizamos técnicas de ingeniería de procesos para  diseñar plantas de producción de etanol de segunda generación. Ya contamos con un análisis paramétrico de los costos de producción para una planta de producción de etanol basado en paja de trigo. Utilizando el método de Valor Presente Neto (VPN) se calculó el precio del etanol en función de los flujos y costos de materia prima, gastos de inversión y financieros así como costos de producción. Estos datos se obtuvieron a partir del diseño conceptual en estado estacionario de una planta hipotética de bioetanol el cual se basa en un procedimiento estándar de ingeniería de procesos. Decidimos construir los balances de materia de la planta y encontrar expresiones algebraicas útiles para el análisis VPN para no depender de simuladores comerciales. Los resultados obtenidos de este análisis son similares a datos reportados en la literatura abierta e indican que el uso de esta materia prima puede ser financieramente viable.

Actualmente estamos considerando tecnologías novedosas para las etapas de pretratamiento y fermentación. Esto incluye la construcción de modelos en estado estacionario y la determinación, en algunos casos experimental, de los parámetros de diseño y operación. Así mismo, nos hemos involucrado en la integración energética de corrientes y la optimización del diagrama de flujo.

 

 

2. Estudio del comportamiento dinámico de reactores de fermentación en estado sólido y desarrollo de controladores para su operación

 

Mediciones preliminares que hemos realizados nos indican que la composta de desecho de algunos procesos agroindustriales puede ser utilizada como materia prima para la obtención de etanol. Esto hace muy importante que su procesamiento industrial sea controlado adecuadamente para que se obtenga una composta de desecho bajo las mejores condiciones posibles para este fin.

El proceso de composteo puede considerarse como una fermentación en estado sólido, que en el caso de algunas agro-industrias, se realiza en reactores especiales. En la práctica estos reactores se operan de manera muy conservadora y con formulaciones que contienen excesos de nutrientes, manteniendo condiciones que se han determinado empíricamente para que la composta no se dañe.  Sin embargo, poco se hace por mejorar los rendimientos en estos reactores. Aún manteniendo las condiciones de operación correctas, la selectividad y productividad de la composta varía considerablemente entre partidas y con frecuencia, en una misma partida, los rendimientos de la composta varían dentro del mismo reactor. Por lo tanto, el estudio del comportamiento de estos reactores se planea como un problema cuya solución puede tener un impacto importante en:

·        La disminución de la variabilidad en el rendimiento de la composta

·        La mejora de formulaciones para abaratar costos aumentando la biomasa producida

·        Una producción mas eficiente y barata para minimizar la cantidad de energía requerida

·        La minimización de los polisacáridos consumidos y así aumentar el valor de la composta de desecho.  

 

Con la información proveniente de nuestros socios industriales y el trabajo realizado durante varios años en estos reactores, actualmente estamos estudiando su comportamiento dinámico para diseñar leyes de control que maximicen la producción de biomasa con la composición adecuada y minimicen el uso de energía. Se decidió adoptar una estrategia de sistemas consistente en construir modelos dinámicos basados en principios fundamentales para estudiar el comportamiento de dichos reactores.  Actualmente estamos realizando el diseño de controladores optimizantes en intervalos isotérmicos. También estamos terminando la construcción de un reactor piloto que nos permita reproducir fenómenos a nivel macro (e.g. perfiles de temperatura en la cama de composta, canalizaciones de flujo, compresiones de material) relacionados con la operación y desempeño de estos reactores. Este lo utilizaremos para validar los modelos dinámicos y controladores, así como para probar desarrollos tecnológicos en materia de sensórica, control y supervisión que surjan de este proyecto antes de  utilizarlos a escala industrial.

 

 

 



Desarrollo Formal de Sistemas de Control Lógico/Secuencial (de Eventos Discretos) para Procesos Industriales

 

En este ámbito estudiamos técnicas de control lógico y secuencial aplicadas a procesos industriales que se pueden modelar como sistemas de eventos discretos. Estos controladores se utilizan con frecuencia en los sistemas de proceso (por ejemplo, industria farmacéutica, alimenticia, química, etc.) y manufactura (por ejemplo, industria automotriz, metalmecánica, ensamble) para implementar los procedimientos de operación, secuencias de arranque, paro, procedimientos de emergencia, controlar asignación de recursos, etc., tanto en niveles de control básico como en ámbitos de coordinación. Su importancia como parte fundamental de un sistema de control ha sido reconocida sobre todo a raíz del aumento de complejidad en la operación de los sistemas y el abaratamiento de los dispositivos de cómputo. Estos controladores típicamente se implementan como programas en PLCs, DCSs, microcontroladores u otros dispositivos de cálculo.

En particular nos enfocamos en sistemas (de eventos discretos) que pueden ser moldeados como autómatas de estados finitos. Nuestras áreas de trabajo abarcan todo el ciclo de desarrollo de estos controladores (especificación, diseño, implementación y mantenimiento) tanto desde el punto de vista teórico como práctico. De principal interés ha sido reducir el abismo entre los desarrollos teóricos y su aplicación en procesos industriales. Ya contamos con herramientas experimentales de síntesis basadas en técnicas simbólicas de cálculo incremental que nos ha permitido atacar problemas de síntesis de controladores para procesos industriales complejos. Por ejemplo, diseñamos y sintetizamos los controladores lógicos para la operación normal de la planta de mezclado de petróleo crudo más grande de México. Actualmente estamos avocados al diseño formal de arquitecturas de control para sistemas de manufactura a gran escala que considere la integración de tareas de planeación de la producción con la coordinación de recursos físicos.

 

También contamos con una maqueta experimental que está formado de un sistema automatizado de manufactura que hemos construido con Lego® y software en Matlab® que nos permite tanto probar con rapidez ideas novedosas de investigación como realizar prácticas en los cursos relacionados con esta área de investigación. Esta maqueta ha sido desarrollada en colaboración con el Dr. Eduardo Aranda de la sección de mecatrónica del Cinvestav D.F.

 

 

 



Operación Integrada de Procesos Industriales

 

 

En este ámbito estudiamos como diseñar e implementar arquitecturas de control que contemplen todas las actividades que se realizan en un proceso industrial, desde las actividades de planeación y programación de la producción, pasando por actividades de coordinación de recursos hasta tareas de control convencional. Contamos con modelos funcionales y de información inspirados en los estándares industriales ISA 95 y 88 que pueden ser utilizados para construir arquitecturas de control para sistemas continuos, discretos o por lotes. Estos modelos los hemos probado en la construcción de arquitecturas de control para diversos casos de estudio. Estos incluyen nuestro propio sistema automatizado de manufactura Lego, un sistema para la administración y control de operaciones de mezclado de petróleo crudo diseñado para el I.M.P. y un prototipo de un sistema de ejecución de manufactura para procesos de cultivo de productos perecederos.

 

 



Última modificación: 17/08/08

 

 

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