Simulador Dinámico de Cultivos Biológicos en Fotobiorreactores Tipo Raceway (RaceSim 1.0)

Abstract

El simulador RaceSim, desarrollado como un bloque funcional del entorno MATLAB-SIMULINK© permite reproducir el comportamiento dinámico de las principales variables que describen los cultivos de microalgas en foto-biorreactores abiertos del tipo Raceway. La estructura del simulador se diseñó con la finalidad de otorgarle la versatilidad suficiente como para representar adecuadamente diversas variantes en cuanto a variables climáticas, configuraciones geométricas, operativas, emplazamiento y orientación del foto-biorreactor, así como también incluir la caracterización de una amplia variedad de cepas de cultivo a través de una base de parámetros específicos. Una vez validada por contraste con procesos de cultivo reales, se busca que esta herramienta pueda usarse como banco de prueba fiable y así reemplazar parcialmente la realización de costosos y prolongados ensayos sobre plantas reales, así como también sortear la necesidad de disponer de plantas físicas instrumentadas en etapas tempranas de investigación. Si bien el objetivo original de este trabajo fue construir un simulador orientado al diseño y testeo de controladores y observadores, su construcción permite también reproducir los procesos de cultivo y monitorear las variables dinámicas en cualquier punto del sistema. En la actualidad existen otros dos simuladores de este tipo de procesos, uno creado como App de MATLAB© y otro que trabaja en forma ‘on line’ (https://www2.ual.es/sabana/data-center-2/). Sin embargo, ninguno de ellos presenta la posibilidad de incorporar bloques de control externo, datos ad-hoc, ni tampoco poseen la versatilidad que ofrece este desarrollo. Las principales ventajas del simulador RaceSim son las siguientes: •Permite incorporar los perfiles de radiación solar y temperatura a gusto del usuario •Incorpora la posibilidad de especificar las dimensiones principales del foto-biorreactor •Contempla el efecto de sombra de las paredes sobre el cultivo a partir de considerar la ubicación geográfica del foto-biorreactor y su orientación respecto del norte. •Permite especificar y situar dentro del año calendario el período en el cual se quiere realizar la simulación. •Permite especificar los parámetros característicos de la variedad de microalga cultivada. •Presenta como entradas de control los caudales de los gases inyectados cuyos valores y composición pueden ser modificados por el usuario. •Al estar construido como un bloque Simulink© permite ser incorporado a esquemas de lazo cerrado con controladores/Observadores diseñados por el usuario. •Pueden monitorearse todas las variables internas del sistema