Proyectos Actuales

 

 

 

 

 


Ingeniería de Procesos para Biocombustibles

de Segunda Generación y Superiores

 

 

 

1. Diseño Conceptual de plantas para la coproducción de biocombustibles de segunda generación

 

En esta línea de trabajo utilizamos técnicas de ingeniería de procesos para diseñar plantas de co-producción de biocombustibles de segunda generación. El diseño incluye un modelado detallado de cada etapa de producción, así como la integración energética. Los resultados obtenidos indican que el uso de algunos materiales lignocelulósicos puede ser técnica, económica y ambientalmente viable.

Actualmente estamos considerando tecnologías novedosas para las etapas de pretratamiento, sacarificación y separación. Esto incluye la construcción de modelos en estado estacionario y la determinación, experimental de algunos 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. Bio-refinerías para la coproducción de biomateriales y biocombustibles de segunda generación

 

Nerixis es un proyecto multidisciplinario e interinstitucional que inició en la Unidad de Ingeniería Avanzada del Cinvestav, Guadalajara, México en el año 2008. Dividido en tres etapas, este proyecto tiene como objetivo desarrollar conceptos de bio-refinerías para la coproducción de biomateriales y biocombustibles de segunda generación tomando en cuenta tanto los sectores agrícolas regionales, la economía nacional y las tecnologías de proceso que han alcanzado una madurez suficiente para su uso en el corto plazo en el ámbito mexicano.

El proyecto contempla la investigación científica sobre aspectos relacionadas con el aprovechamiento de la biomasa para la producción de biocombustibles y biomateriales, así como el desarrollo de tecnologías a escala semi-piloto y su transferencia a entidades interesadas en hacer el escalamiento industrial con la finalidad de incorporarlos ya sea como mejoras o innovaciones en procesos nuevos o existentes.

Actualmente en su segunda etapa, participan 8 instituciones en toda la república Mexicana con el objetivo de crear el diseño conceptual de una bio-refinería para una escala de 10² ton/día BS que contempla la co-producción de bioetanol, biogás y biohidrógeno como biocombustibles, así como el aprovechamiento de la lignina residual. Se espera contar con un análisis detallado del impacto ambiental, económico y energético de estas tecnologías en el Plan Nacional Energético (desarrollado por la Secretaría de Energía, México) y con equipo de demostración a una escala de 1 kg MP BS para todas las etapas de proceso consideradas.

 

Para mas detalles de este proyecto ver (www.gdl.cinvestav.mx/nerixis)

 

 

3. Análisis multidimensional de sustentabilidad en la producción de energías renovables a partir de biomasa

 

El impacto  de la producción de energía utilizando fuentes renovables  y su sustentabilidad suele determinarse de manera separada para dimensiones ambientales, económicas y sociales. Esto dificulta, en muchas ocasiones, hacer un análisis consistente de la sustentabilidad de las energías renovables.  

Como parte del proyecto Nerixis (www.gdl.cinvestav.mx/nerixis) hemos desarrollado un marco de análisis que considera de manera unificada las dimensiones ambientales, económicas y sociales para analizar la sustentabilidad de la producción de biocombustibles de segunda generación.

Actualmente estamos incorporando herramientas de control óptimo en el marco de análisis para realizar análisis retrospectivo y estudiar el impacto de la producción de estos biocombustibles en  el Plan Nacional Energético

 

 

4. Construcción de un reactor de pretratamiento hidrotérmico para la producción de biocombustibles de segunda generación

La primera operación de una plataforma bioquímica para la producción de biocombustibles de segunda generación a partir de biomasa es la ruptura de las cadenas de polisacáridos solubles por medio de la adición de una molécula de agua y el debilitamiento de la estructura de la lignina de la biomasa para facilitar los pasos subsiguientes de depolimerización de celulosas cristalinas y recalcitrantes. Esta operación se conoce como pretratamiento y tiene una gran importancia en el proceso ya que el rendimiento del proceso de producción de biocombustibles (y por lo tanto su costo de producción) está en función del rendimiento de esta etapa.

Trabajos de investigación previos en nuestro grupo han dado como resultado el diseño y construcción de un reactor a escala piloto de pretratamiento continuo con vapor a presión con una capacidad de 2 kg/h de biomasa BS cuyo principio de operación (en proceso de patente nacional e internacional) combina la extrusión mecánica con hidrólisis termoquímica y explosión de vapor.

Actualmente estamos caracterizando su comportamiento dinámico para luego diseñar controladores avanzados e implementar políticas de operación que maximizen la producción de oligosacáridos y minimicen subproducto o coproductos de reacción no deseados.

 

 

 

 

 


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. 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 nos hemos ocupado del 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.

 

 

 

 

 


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