Contenido principal del artículo

Miguel Novoa Lorenzo
Grupo de Biosistemas e Ingeniería de Bioprocesos, IIM-CSIC
España
José Luís Pitarch Pérez
Control de Sistemas Complejos, Instituto de Automática e Informática Industrial (ai2), Universitat Politècnica de València
España
Luís Taboada Antelo
Grupo de Biosistemas e Ingeniería de Bioprocesos, IIM-CSIC
España
Carlos Vilas Fernández
Consejo Superior de Investigaciones Científicas
España
Núm. 45 (2024), Modelado, Simulación y Optimización
DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45.10915
Recibido: jun. 5, 2024 Aceptado: jul. 5, 2024 Publicado: jul. 12, 2024
Derechos de autor

Resumen

La esterilización es uno de los procesos más utilizados para incrementar la vida útil de productos de la industria alimentaria. Sin embargo, es un proceso que consume energía y tiempo y que puede resultar en productos inseguros o de baja calidad. El modelado matemático y la optimización de procesos son herramientas útiles para evitar estos problemas.


En este trabajo proponemos un nuevo modelo matemático para la descripción del proceso de esterilización. Nuestra alternativa presenta dos claras ventajas respecto a otros modelos publicados. (1) Es capaz de describir los siguientes fenómenos físicos: cambios de estado discretos derivados de condiciones de no equilibrio entre agua y vapor mediante la ecuación de Fischer-Burmeister; entrada de aire por la purga; y salida de gases por el drenaje. (2) La simulación del modelo es eficiente y permite su uso en un esquema de control predictivo no lineal basado en modelos.


Además, estimamos los parámetros desconocidos del modelo a partir de datos experimentales.

Detalles del artículo

Citas

Alonso, A.A., Arias-Méndez, A., Balsa-Canto, E., Garcı́a, M.R., Molina, J.I., Vilas, C., Villafı́n, M., 2013. Real time optimization for quality control of batch thermal sterilization of prepackaged foods. Food Control 32, 392–403. doi:https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2013.01.002. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2013.01.002

Alonso, A.A., Banga, J.R., Perez-Martin, R., 1997. A complete dynamic model for the thermal processing of bioproducts in batch units and its application to controller design. Chemical engineering science 52, 1307–1322. doi:https://doi.org/10.1016/S0009-2509(96)00484-8. DOI: https://doi.org/10.1016/S0009-2509(96)00484-8

Biegler, L.T., 2010. Nonlinear programming: concepts, algorithms, and applications to chemical processes. SIAM. DOI: https://doi.org/10.1137/1.9780898719383

Casp, A., Abril, J., 2003. Procesos de conservación de Alimentos. 2 ed., Ediciones Mundi-Prensa.

Erdogdu, F., Balaban, M.O., 2003. Complex method for nonlinear constrained multi-criteria (multi-objective function) optimization of thermal processing. Journal of Food Process Engineering 26, 357–375. doi:https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2003.tb00607.x. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2003.tb00607.x

Hindmarsh, A.C., Brown, P.N., Grant, K.E., Lee, S.L., Serban, R., Shumaker, D.E., Woodward, C.S., 2005. Sundials: Suite of nonlinear and differential/algebraic equation solvers. ACM Transactions on Mathematical Software (TOMS) 31, 363–396. doi:https://doi.org/10.1145/1089014.1089020. DOI: https://doi.org/10.1145/1089014.1089020

Pitarch, J.L., Vilas, C., de Prada, C., Palacén, C., Alonso, A.A., 2021. Optimal operation of thermal processing of canned tuna under product variability. Journal of Food Engineering 304, 110594. doi:https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110594. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110594

Simpson, R., Abakarov, A., 2011. Optimization of food thermal processing: Sterilization stage and plant production scheduling, in: Aguilera, J.M., Simpson, R., Welti-Chanes, J., Bermudez-Aguirre, D., Barbosa-Canovas, G. (Eds.), Food Engineering Interfaces, Springer New York. pp. 261–284. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7475-4_12

Smith, C.A., Corripio, A.B., 2005. Principles and practices of automatic process control. John wiley & sons.

Stechlinski, P., Patrascu, M., Barton, P.I., 2018. Nonsmooth differential-algebraic equations in chemical engineering. Computers & Chemical Engineering 114, 52–68. doi:10.1016/j.compchemeng.2017.10.031. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2017.10.031

Storn, R., Price, K., 1997. Differential evolution – a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces. Journal of Global Optimization 11, 341–359. doi:https://doi.org/10.1023/A:1008202821328. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1008202821328

Vilas, C., Garcı́a, M.R., Banga, J.R., Alonso, A.A., 2008. Desarrollo de una librerı́a de componentes en ecosimpro para la operación de plantas de procesamiento térmico de alimentos. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI 5, 51–65. doi:https://doi.org/10.1016/S1697-7912(08)70123-7. DOI: https://doi.org/10.1016/S1697-7912(08)70123-7