Propuesta de automatización de un proceso de producción de inóculo de levadura a escala industrial para producción de etanol

Approach to automation of a process of yeast inoculum production on industrial scale for ethanol production

Este artículo presenta los resultados de una investigación aplicada, orientada a automatizar la etapa de reproducción de inóculo de levadura Saccaharomyces Cerevisiae en el proceso de producción de etanol. Con base en el análisis del funcionamiento y operación del proceso a escala industrial, se identifican las variables que van a instrumentarse, los requerimientos de la instrumentación y se propone un esquema de control para el proceso.

1. INTRODUCCIÓN

La etapadoreproducción de inóculo de levadura, es un proceso de fermentación aerobia. Los procesos de fermentación son ampliamente usados para obtener diferentes productos, entre ellos el etanol. En Colombia hay cinco ingenios azucareros que producen etanol apartir de la fermentación de miel B, meladura y jugo de caña. Los procesos desarrollados en este tipo de industria presentan problemas en su funcionamiento y operación ocasionados por su eje operativo, el cual es una reacción bioquimica, Esta situación reduce el rendimiento del proceso.

Concebir un esquema de automatización basado en el análisis propio del proceso a escala industrial, permite garantizar que las condiciones establecidas por la ingeniería de procesos y la microbiología, se cumplan, contribuyendo a mejorar el rendimiento. Además, el control antomático de esos procesosreduce costos de operación, mejora la calidad del producto y la productividad (Thatipamala de Bill, 1993).

Diferentes trabajos realizados en simulación, laboratorio y plantas piloto (Ashoori et al, 2008; Meleiro et al., 2009; Dovzan & Skijanc, 2010; Atsushi & Aoyama, 1995; Hernández, 2007; Echeverry et al., 2003; Quintero et al., 2009), presentan novedosas técnicas de instrumentación y control para bioprocesos. Sin embargo, en escala industrial es aún dificil aplicarlas, ya que no se cuenta con herramientas comerciales lo suficientemente confiables y robustas.

La ausencia de sensores en línea, de modelos matemáticos precisos y el comportamiento complejo y no lineal del proceso (Thatipamala& Hill, 1993), impide concebir esquemas totalmente automáticos.

No obstante, bajo esta realidad, los procesos de fermentación en la industria deben ser operados y controlados. El control de un bioproceso a escala industrial se efectúa bajo la consigna de “proveer un ambiente cercano al óptimo para el crecimiento de los microorganismos, su reproducción y la generación de productos deseados”. Esto incluye proveer una adecuada concentración de nutrientes al medio (fuente de carbono, nitrógeno, oxigeno, fosforo, sulfuros y minerales), removiendo cualquier producto metabólico toxico (CO₂) y controlando parámetros importantes de la célula como temperatura y pH (Alford, 2006).