Control Bioprocesos

1. EL CONTROL DE BIOPROCESOS
El control de Bioprocesos está basado en el
modelado matemático y la simulación
computacional. Además, las herramientas de la
teoría de control permiten monitorear, controlar,
optimizar, automatizar y detectar fallas en
Bioprocesos, desde micro procesos hasta plantas
industriales.
El control de bioprocesos se centra en la selección
y aplicación de tecnicas para satisfacer
restricciones de seguridad (como la calidad del
producto), regulacion ambiental (como las
emiciones contaminantes), operación (como los
niveles de tanques, la potencia de bombas) y
economia optima (como la variacion de los costos
de materias primas y ernergia).
En la ultima decada, la aplicación de los procesos
biotecnológicos a escala industrial ha crecido, ya
que ofrece rentabilidad y calidad para la obtencion
de productos. Los problemas que se presentan son
los mismos de cualquier industria de
transformacion, y se busca la automatizacion de
los procesos para asegurar el optimo desempèño
y productividad. Por lo tanto, son necesarios
sistemas de monitoreo, supervision, control y
seguimiento de los procesos a fin de mantener un
funcionamiento adecuado o detectar fallas.
Aplicaciones de control en Bioprocesos
Algunas aplicaciones del control de procesos se
encuentran en el area de medio ambiente,
tecnologia de fermentaciones y salud.
El uso de lodos activos es el tratamiento biologico
de mas amplia implantacion para la depuracuion
de agua residuales. Para este bioproceso es
imprescindible la obtencion de informacion
actualizada de los parametros basicos (como
concentraciones, constantes cineticas). De la
planta para lograr una operación eficiente para lo
cual se integran sensores en linea con el modelado
del proceso y lastecnicas de identificacion y
control.
Por otro lado, para procesos a partir de la
fermentacion son muy sensibles a variaciones de
temperatura, pH, concentracion de levaduras, etc.
Por lo que la deteccion temprana de problemas en
la fermentacion y la implementacion de acciones
de control, ayuda a mantener u optimizar la
calidad del producto.
En este sentido, existen diversos factores
importantes a considerar en la optimización del
bioproceso: a) Variables que no pueden medirse
en tiempo real por falta de sensores adecuados; b)
condiciones extremas de operación, lo cual
repercute en sensores diseñados a resistir
temperaturas altas, presión y diferentes pH, lo que
implica costos elevados; c) algunas variables no
pueden ser medidas en línea y necesitan pruebas
de laboratorio, en este rubro mucha de la
tecnología aplicada a este tipo de bioprocesos es
muy cara, por ejemplo: los equipos ópticos y
sensores vía enzimática que no pueden medir con
fiabilidad variables como biomasa o metabolitos
intracelulares en línea.
Estos factores se convierten en limitantes para el
buen funcionamiento de biorreactores, por lo que
es necesario llevar a cabo diversos análisis
dinámicos de sistemas biológicos modelados de
forma propia, además de diseñar, analizar, validar
e implementar estructuras de es timación y control
que permitan el monitoreo en línea del bioproceso
mediante la utilización de variables de fácil
adquisición (pH, O2, CO2,T, entre otras). Estos
esquemas son conocidos como observadores de
estado o estimadores (Virtual Software), los cuales
son desarrollados en paralelo a los esquemas de
control incorporando una interface con el usuario
en donde se verifica el estado del sistema en
tiempo real; estas estrategias de operación,
monitoreo y control son tecnologías clave en este
campo.
Bibliografia
- Lopez Perez, Rigel Analisis dinamico y
control bioprocesos, Departamento de
Biotecnologia y Bioingenieria
- López Arena, Maria Teresa. Control de
Bioprocesos, Universidad Auntonoma
Metropolitana, Mexico