Líneas de investigación que se realizan sobre el área de simulación Unidad5

1. Líneas de investigación que se realizan sobre el área de Simulación
1.- Process System Engineering
El campo de la Ingeniería de Sistemas de Proceso trata de utilizar un enfoque
sistémico, y con toma de decisiones basadas en modelos y herramientas
matemáticas, en problemas de modelado, diseño, control y optimización en la industria
de procesos. Dentro del mismo, el grupo de investigación trabaja en los siguientes
temas, muchos de los cuales están interrelacionados.
Simulación dinámica de procesos
El objetivo de estas actividades es la construcción de modelos, entornos de
simulación y simuladores que permitan disponer de un entorno realista de emulación
de diferentes procesos para su uso en diversos ámbitos. Estos comprenden
simuladores de sala de control para entrenamiento de personal, en particular de
factorías azucareras completas, simuladores de procesos petroquímicos para
predicción y soporte de sistemas de control y optimización y para enseñanza,
simuladores de plantas desaladoras, sistemas eléctricos con fuentes de energía
renovables, etc. Los modelos están basados fundamentalmente en leyes físico-
químicas y los estudios involucran también problemas multi-escala, métodos de
identificación de parámetros y validación de dichos modelos, así como el desarrollo de
librerías en el entorno del lenguaje EcosimPro.
Monitorización de procesos
En este punto, se trata de estimar el estado de un proceso a partir de medidas
parciales o imprecisas del mismo en funcionamiento normal, utilizando una
combinación de valores medidos, modelos, indicadores y algoritmos de cálculo.
Ejemplos típicos están ligados al estudio y aplicación de métodos de reconciliación de
datos y estimación de variables no medidas en sistemas de gran escala como fábricas
azucareras o redes de distribución de hidrógeno en refinerías de petróleo. Otro campo
de estudio comprende los métodos de supervisión automática de controladores para
seleccionar aquellos que necesitan resintonía.

2. Diseño Integrado del proceso y su sistema de control.
Esta línea de trabajo va orientada al desarrollo de métodos para el diseño conjunto de
un proceso y su sistema de control garantizando simultáneamente el cumplimiento de
sus especificaciones de operación y unas determinadas características dinámicas
minimizando un cierto índice de coste económico. Los estudios consideran los casos
de uso de superestructuras e incertidumbre en la operación, así como el desarrollo de
entornos de cálculo.
Sistemas complejos de gran escala.
Esta línea de trabajo comprende actividades de control y optimización de procesos
complejos, tanto por su dimensión como por la incertidumbre asociada a su operación.
Normalmente se usa un enfoque jerárquico y se busca plantear un problema integrado
de optimización económica en un marco de control predictivo del proceso con
consideración explícita de la incertidumbre en la toma de decisiones. Campos de
aplicación incluyen la gestión óptima del vapor en factorías azucareras, la gestión
optima de la energía en sistemas combinados de producción de agua potable y
electricidad con energías renovables y plantas desaladoras, la gestión óptima de las
redes de hidrógeno o de plantas HDS en refinerías de petróleo y el control
multivariable de una red de distribución de oxígeno.
Control predictivo e híbrido.
El control predictivo utiliza un modelo interno del proceso para predecir su
comportamiento futuro y permitir la selección de las acciones que optimizan dicho
comportamiento. Junto a la consideración de no-linealidades, restricciones,
factibilidad, estabilidad, etc., en este contexto, esta línea de trabajo incorpora el control
de sistemas híbridos. Muchos procesos reales involucran no solo variables o sistemas
que evolucionan continuamente en el tiempo, si no también decisiones discretas,
restricciones lógicas, operaciones por lotes, etc., que dan un carácter híbrido a los
sistemas de proceso. En este punto se han formulado soluciones al control y
optimización de dichos procesos y se pretende desarrollar métodos eficientes que
permitan resolver estos problemas en tiempo real en el contexto de control predictivo.
En particular, se estudian soluciones para transformar los problemas MIDO en NLP y

3. se aplican a una amplia gama de procesos, entre los que se encuentran sistemas
mixtos continuos y batch, o el control de temperatura criogénica del LHC en el CERN.
Optimización dinámica.
Esta línea de trabajo está asociada al desarrollo de herramientas para optimización
dinámica de procesos, asociadas al entorno de simulación EcosimPro. Se busca la
integración eficiente de métodos de optimización en EcosimPro, en particular mixta-
entera, que permitan abordar la resolución de problemas de control y optimización y la
generación de código para la implementación en tiempo real de las soluciones
obtenidas en el marco de sistemas SCADA.
Control, planificación de experimentos y optimización de procesos
biotecnológicos.
Esta línea de actividad se relaciona con el desarrollo de algoritmos para optimización y
control de reactores biológicos usando modelos eficientes. Combina aspectos de
desarrollo de modelos con el nivel de detalle apropiado para el uso esperado (control
u optimización), con enfoques específicos para el tratamiento de la incertidumbre
asociada y diseño óptimo de experimentos. Se evalúan los modelos realizando un
análisis de su sensibilidad. El objetivo de este análisis es determinar el grado de
respuesta (sensibilidad) del comportamiento del modelo a cambios en algunos de sus
componentes. Para cuantificar la importancia de los parámetros y sus interacciones
con la salida del modelo se quieren utilizar y comparar distintos métodos de análisis
de sensibilidad global que servirá como paso previo al diseño de experimentos
óptimos. Para la optimización dinámica usando modelos se aborda la problemática de
una optimización iterativa de la política de operación a partir de una secuencia de
experimentos que permiten una reducción sistemática de la incertidumbre de los
modelos empleados por medio de un programa óptimo de muestreos en cada
experimento y discriminación de modelos alternativos. También se investiga una
adecuada integración de modelos cibernéticos de reactores biológicos en el control
predictivo y la optimización dinámica para el desarrollo de nuevas metodologías de
operación de biorreactores.

4. Sistemas de parámetros distribuidos.
Muchos sistemas reales están descritos por ecuaciones en derivadas parciales, tanto
por su distribución espacial como por involucrar balances de población y su control
presenta retos especiales por la dimensionalidad de los mismos. En este campo se
estudian problemas que abarcan desde el modelado, y en particular la reducción de
modelos con técnicas como POD, hasta el control y optimización en sistemas de
cristalización, de filtrado con membranas, de reactores de placas, o fabricación de
helados.
2.- Ingeniería de Procesos.
En el Área de Procesos de aplicación industrial se incardinan trabajos orientados al
diseño de producto, fundamentalmente en industria agroalimentaria, a la optimización
de etapas de proceso (reacción y separación) o al análisis de viabilidad tecnológica,
con un claro referente en las industrias azucareras y de cereal. Dentro de este campo,
adquiere especial relevancia el estudio de alternativas que permitan la valorización y
aprovechamiento de subproductos/residuos. Por un lado, se trabaja en la
transformación de subproductos en productos de alto valor, pudiendo reseñarse la
obtención de bioproductos (concepto de biorefinería), o el incremento en el valor
nutricional de co-productos procedentes de la industria alimentaria. Por otra parte, se
estudian tratamientos específicos de residuos y efluentes industriales que permitan la
reutilización de estas corrientes en proceso.
Pueden significarse dentro de esta Área la transformación de co-productos de
industrias de cereales en componentes con mayor contenido proteico o en
carbohidratos de fácil metabolización o el diseño de plantas para recuperación de
disolventes o procesos de tratamiento con tecnologías de oxidación avanzada o
tratamientos específicos que permitan la reutilización de aguas de proceso.
3.- Automatización Industrial y Robótica
En este campo se trata de estudiar los sistemas de automatización industrial con
todos los elementos que conllevan, como pueden ser PLCs (controladores lógicos
programables), autómatas finitos, robots, etc. Se pretende trabajar desde el punto de
vista teórico, como son los lenguajes formales para describir los sistemas de
fabricación desde el punto de vista de un autómata finito, con estados y acciones. O

5. desde un punto de vista más práctico, estudiando problemas de la robótica, como
generación de trayectorias para evitar obstáculos, estudio del trabajo con sistemas
multirrobot, robótica móvil, sistemas de control de robots abiertos, etc.
4. – Procesos de alta presión
Desarrollo del proceso de oxidación en agua supercrítica para el tratamiento de
aguas residuales industriales.
El proceso de oxidación en agua supercrítica se basa en la reacción homogénea
entre los compuestos orgánicos no polares y el oxigeno, realizada a temperatura y
presión superiores al punto crítico del agua, (374ºC, 22MPa). Es un proceso que no
presenta limitaciones medio ambientales. El objetivo del esta línea es aportar
solucione técnicas al desarrollo de reactores que minimicen el coste del reactor y
permitan la recuperación energética del efluente. Concretamente estamos
investigando en: 1) Propuesta de nuevos diseños de reactores para tratar residuos
específicos. 2) Diseño y construcción de prototipos. 3) Estudio experimental de la
influencia de las condiciones de operación a escala piloto y a escala demostración. 4)
Modelado usando modelos de flujos simples y herramientas CFD. 5) Optimización del
proceso, integración energética.
Formulación de compuestos naturales.
La correcta formulación de un compuesto natural permite aumentar sus aplicaciones y
su valor añadido. El objetivo de esta línea es desarrollar procesos y productos de
formulación de compuestos naturales mediante tecnologías limpias basadas en la
utilización de fluidos supercríticos. Los procesos que se están estudiados son
micronización de partículas utilizando CO2 como antidisolvente, proceso SAS,
utilizando el CO2 como disolvente, proceso RESS, o como soluto procesos PGSS.
Procesos de coprecipitación de un polímero con un compuesto activo mediante la
utilización de fluidos presurizados. Micronización y encapsulación en medio acuoso
mediante la formación y secado de emulsiones. Separación de enantiomeros. Control
del polimorfismo de compuestos activos. Los productos que se están desarrollando
son formulaciones de carotenoides para aditivos de industria alimentaría.
Formulaciones de aceites esenciales para su uso como biocida en agricultura y
ganadería. Formulación de antioxidantes del té verde.

6. Impregnación supercrítica
La impregnación supercrítica, basada en la utilización del CO2-SC como disolvente
alternativo frente a los líquidos convencionales, se presenta como un método de
interés científico y comercial, adecuado para la protección de la madera y mejora de
sus características finales (resistencia, protección contra la humedad o el desgaste,
poder ignífugo), viable técnica y medioambientalmente, y con importantes ventajas
frente a los procesos de tratamiento convencionales, entre las que se cuentan una
mejor distribución de la sustancia impregnante a lo largo de la estructura de la
madera, asociado a las buenas propiedades para la transferencia de materia del CO2-
SC (alta difusividad, baja tensión superficial y baja viscosidad), y el empleo de un
disolvente inocuo que no deja residuos en la matriz impregnada. Esta nueva técnica
de protección, objetivo básico de esta línea de investigación, permite aumentar la vida
útil de la madera, mejorar las características de acabado final de la misma y reducir el
volumen y la naturaleza tóxica de los efluentes generados con la consecuente ventaja
medioambiental.
Síntesis de materiales nanostructurados en medio supercrítico.
En esta línea de investigación se utiliza el CO2 supercrítico como medio de reacción
para obtener materiales inorgánicos a escala nanométrica y micrométrica: óxidos
inorgánicos, metales y materiales composite cerámico/metal. Se obtienen polvos,
láminas finas y materiales nanostructurados. Los campos de aplicación de estos
materiales son muy diversos y de gran interés como son: catálisis, electrónica,
aplicaciones biomédicas y ópticas, aerospaciales.
5.- Comunicaciones Industriales.
Un campo fundamental en los sistemas de control industrial son las comunicaciones.
En esta línea se pretende estudiar y trabajar con sistemas de comunicación industrial
que ya están comercializándose, pero que al mismo tiempo están cambiando y
estudiando nuevas funcionalidades que se le quieren incluir a los distintos sistemas de
comunicación. Hay que estudiar y resolver como es la comunicación entre los
elementos tan diversos y el software tan distinto que existe a nivel industrial.

7. 6.- Obtención de alimentos funcionales
Los “Alimentos Funcionales” son alimentos o componentes en la dieta que pueden
aportar un beneficio para la salud más allá de la nutrición básica. En concreto, el
interés comercial de los betaglucanos, obtenidos mediante un proceso de extracción a
partir de cereales (cebada, avena, etc.), está determinado por sus aplicaciones
asociadas a sus propiedades terapéuticas como son la implicación en los procesos de
regulación de los niveles de glucosa y colesterol en sangre, y la mejora tanto de la
digestión de las grasas como del tránsito intestinal. Estas propiedades hacen que
estos productos sean cada vez más atractivos en el contexto de la sociedad actual.
Esta línea de investigación pretende optimizar el proceso convencional de extracción
de beta-glucanos a partir de cereales, gracias a la obtención de un extracto
enriquecido en beta-glucanos y almidón, que por sus propiedades terapéuticas se
pueda emplear como aditivo en la industria de cereales y derivados (panificación,
galletería, pastas alimenticias), industria farmacéutica y cosmética.
7.- Sistemas Inteligentes
Los sistemas inteligentes abarcan un conocimiento de evidente aplicación a infinidad
de campos de la ingeniería, y en particular a los distintos aspectos que abarca la
ingeniería de sistemas y automática. Mediante el estudio, desarrollo y aplicación de
técnicas de soft computing e inteligencia computacional se busca nuevas líneas de
investigación aplicada que aporten soluciones innovadoras en control, modelado, FDI,
reconocimiento de patrones etc... que a su vez tengan un marcado carácter práctico y
de aplicación al mundo industrial dadas las características de estas técnicas que
permiten utilizar y obtener provecho de la información disponible sobre el problema
mediante extracción y modelado del conocimiento y la experiencia.
8.- Ingeniería Verde y Química Verde
La Ingeniería Verde y la Química Verde es el resultado de la transformación de las
disciplinas de la Ingeniería Química y la Química tradicionales enfocadas a la
promoción del desarrollo sostenible de los productos, procesos y sistemas. Se definen
e investigan los siguientes campos dentro de la Ingeniería Verde: 1) Criterios de
sostenibilidad, 2) Bases de la Química e Ingeniería Verdes, 3) Herramientas para el
diseño creativo de productos, procesos y sistemas de producción, 4) Reacciones de

8. síntesis utilizando disolventes alternativos, 5) Reacciones de despolimerización de
polímeros.
9.- Procesos de separación
En esta línea de investigación se trabaja fundamentalmente en procesos de
cristalización via drowning-out y en procesos de adsorción y transporte de solutos en
suelos. Se estudian las variables que influyen en los procesos con objeto de buscar
condiciones óptimas que favorezcan los procesos.
10.- Sistemas Tolerantes a Fallos
Esta es una línea de investigación de total actualidad en la que se encuentran
trabajando varios de los investigadores del grupo. En ella se estudia y se desarrollan
métodos de Detección y Diagnóstico de Fallos, con los que se trata de detectar e
identificar cualquier cambio o malfunción de un proceso que le lleve fuera de su rango
normal de operación, es decir estos fallos pueden deberse a cambios en el sistema o
a fallos reales en los elementos de proceso, como los sensores, actuadores o la
propia planta. Un punto adicional consiste en la reconfiguración de los controlador o
en el re-diseño de controladores que hagan al sistema funcionar adecuadamente a
pesar de la presencia del fallo. A estos sistemas se les conoce como sistemas de
control tolerantes a fallos, que aseguren como mínimo la estabilidad y un
comportamiento adecuado aunque degradado del proceso. Es por tanto un tema de
gran actualidad e interés para la industria de procesos.
11.- Tecnología Ambiental
Es una línea de investigación en la que se tiene mucha experiencia, dado que se lleva
trabajando mucho tiempo y se han realizado numerosas colaboraciones tanto con
grupos nacionales como extranjeros. En esta línea de investigación se profundiza en
el estudio de distintos procesos de tratamiento tanto de residuos sólidos como líquidos
mediante tratamientos biológicos o mediante tratamientos de oxidación química. Se
dispone de distintas plantas de tratamiento tanto a escala de laboratorio como a
escala piloto industrial en las que se llevan a acabo los distintos tratamientos
biológicos y en las que se estudian las variables fundamentales de los respectivos
procesos.

9. 12.- Visión Artificial
En esta línea de investigación se lleva trabajando una serie de años, y se trata de
estudiar y desarrollar técnicas de visión por computador, útiles en muchos campos,
por ejemplo en los sistemas multirrobot, en los sistemas de depuración de aguas,
algunas fases de los sistemas de control o también como elementos adicionales para
los sistemas robóticos de pintura, pulido, etc. En este tema se pretende trabajar en
técnicas de visión que den profundidad a la imagen, en visión en tres dimensiones, en
visión del color, etc.
13.- Herramientas de Sostenibilidad en Ingeniería de Procesos
En esta línea se desarrollan y definen fórmulas de aplicación de herramientas que
permitan cuantificar la sostenibilidad de diferentes procesos industriales, enmarcados
en el área de la Ingeniería de Procesos. Atendiendo a criterios ambientales,
económicos y sociales se diseñan herramientas específicas para cada tipo de sector
productivo, que permiten comparar empresas entre si o seguir la evolución temporal
de una empresa determinada.
14.- Dinámica de Sistemas Complejos
Esta línea de investigación aplica las técnicas de modelado y análisis de sistemas de
control adaptadas a sistemas complejos no necesariamente tecnológicos, como son
sistemas socio-económicos y sistemas medioambientales. El objetivo es desarrollar
modelos adecuados que permitan, en primer lugar comprender la dinámica de los
sistemas incluyendo los fenómenos de realimentación, y posteriormente ayudar a
tomar decisiones sobre los mismos actuando sobre las variables controlables. Estos
sistemas son casi siempre no lineales, presentan retardos y su modelado y análisis
está sujeto a incertidumbres mayores en general que otros sistemas técnicos. Esta
línea de investigación es muldisciplinar y con frecuencia participan investigadores del
ámbito de la economía, la sociología o las ciencias ambientales.
15.- Extracción por microondas
Se estudia la extracción de compuestos de productos naturales mediante la aplicación
de radiación microondas. El uso de esta tecnología reduce los tiempos de operación y
el consumo energético asociado al proceso, favoreciendo la liberación de los

10. productos de la matriz sólida en la que se encuentran alojados. Se estudia tanto la
simulación teórica del proceso que tiene lugar en el campo electromagnético como el
comportamiento experimental, para lo que se dispone de equipo de operación en
continuo.
16.- Estructuras Inteligentes, Estructuras Innovadoras (EIEI)
Esta línea de reciente creación se centra en la aplicación de las técnicas de la
Ingeniería de Sistemas al campo de la Ingeniería Civil con vistas a la mejora y
conservación de las infraestructuras, estructuras civiles esbeltas (p.e. edificios,
puentes, pasarelas peatonales, viaductos, infraestructura ferroviaria, diques, presas,
aerogeneradores, chimeneas) que por su uso diario o condiciones ambientales
desfavorables (viento, lluvias finas,) se ven afectadas llegando a niveles que pueden
ser perjudiciales para ellas mismas o afectando al confort de los usuarios. Para ello es
necesario: estudio de ellas mismas en base a la documentación de diseño o modelos
obtenidos in situ; diseño del sistema de sensorización más adecuado; envío/registro
de datos; tratamiento de los datos con vistas al diagnóstico y generación de
actuaciones necesarias. Las actuaciones necesarias servirán para facilitar la
conservación de las infraestructuras, así como para la consideración del diseño de
mecanismos adicionales de protección a incorporar a la estructura.
17.- Procesos Biotecnológicos
En esta línea de investigación se estudian y desarrollan procesos de obtención de
productos de elevado interés mediante la utilización de cultivos de microorganismos
puros o mediante la utilización directa de enzimas. Se estudian las variables que
influyen en los rendimientos de obtención así como los tipos de reactores más
adecuados para cada proceso.
18.- Biocombustibles/Bioingeniería
En el Área de Biocombustibles la investigación engloba la producción de
biocombustibles en diferentes estados de agregación, a partir de materia prima de
origen agrícola o forestal. Destaca la actuación en la producción de bioetanol de
segunda generación, abordando aspectos clave que inciden en la viabilidad
económica del proceso como son las etapas de pretratamiento, sacarificación

11. mediante hidrólisis enzimática y ácida y fermentación con diferentes cepas de
microorganismos en función de los monosacáridos generados. Respecto de
combustibles sólidos, la investigación se centra en el desarrollo de tecnología
implicada en la gasificación o pirólisis de la biomasa, pelletización y aprovechamiento
energético de la combustión.
19.- Bounding Observers
Se estudia el diseño de observadores que garantizan cotas sobre los estados. Para
ello, se utiliza un par de estimadores desarrollados utilizando técnicas de sistemas
positivos, que garantizan límites superiores e inferiores sobre los estados, utilizando
las medidas disponibles e información sobre el ruido esperado y las incertidumbres del
sistema. Las técnicas en desarrollo tienen aplicación inmediata en sistemas
biológicos.