Modeling, optimization and automatic control for sustainable spirit production in a batch packed column
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Date
2024
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Abstract
Esta tesis doctoral presenta un estudio integral sobre el modelado, la optimización y el control de los procesos de destilación de vino de frutas. El trabajo se basa en el desarrollo de cuatro Artículos, siguiendo una narrativa coherente, comenzando con una exploración experimental en el Artículo 1 para entender la respuesta dinámica de un destilador, investigar estrategias de control y calibrar un modelo fenomenológico. Los resultados experimentales proporcionan valiosas perspectivas sobre el comportamiento del proceso de destilación y sirven como base para el desarrollo de un riguroso modelo fenomenológico presentado en el Artículo 2. Este modelo captura el comportamiento intrincado del proceso de destilación, incorporando análisis de sensibilidad paramétrica y modificaciones del modelo de perdidas de calor para mejorar su precisión y confiabilidad. Además, es importante destacar que un resultado relevante indicado en el Artículo 2, es que el método para resolver el sistema de ecuaciones fue muy eficiente, permitiendo utilizar el modelo para los fines de los Artículos 3 y 4.En el Artículo 3 se comparan diversas estrategias de diseño de controladores con el modelo de destilador de vino, estableciendo una base para seleccionar un enfoque de control efectivo. El estudio revela un mejor rendimiento y la simplicidad del controlador PI-IMC para lograr el rendimiento de control deseado, sentando las bases para una investigación mas profunda. Finalmente, el Artículo 4 integra los hallazgos de los artículos anteriores, enfocándose en el modelado de perturbaciones, la optimización de las trayectorias operativas y una comparación entre los controladores PI-IMC y MPC. Los escenarios de perturbación modelados capturan efectivamente la variabilidad experimental observada en el Artículo 1, permitiendo la exploración de trayectorias operativas óptimas para manipular la potencia de calentamiento utilizando técnicas de optimización multiobjetivo. Estas trayectorias incluyen consideraciones de sostenibilidad y calidad del producto. El rendimiento de los controladores PI-IMC y MPC se evalúa rigurosamente, destacando las capacidades avanzadas de MPC en el manejo de la dinámica compleja de la destilación de vino de frutas. Al reunir los resultados de estos cuatro artículos, esta tesis presenta una comprensión integral de los procesos de destilación de vino de frutas. El modelo fenomenológico desarrollado, las estrategias de control y las técnicas de optimización contribuyen a una mayor sostenibilidad, mejora de la calidad del producto y estrategias operativas eficientes. La investigación ofrece valiosas perspectivas para el diseño de sistemas de control confiables y el avance de las practicas de destilación de vino de frutas. Estudios futuros podrán basarse en este trabajo para explorar mas a fondo la optimización basada en simulaciones, el control robusto y la implementación práctica de estrategias de control avanzadas, promoviendo la sostenibilidad y la excelencia de los procesos de destilación de vino de frutas y las industrias relacionadas.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024.
Keywords
Destilación de vino de frutas, Optimización multiobjetivo, Diseño de controladores, Sostenibilidad, Modelación fenomenológica