Reducción del modelo ASM1 mediante invariantes de reacción : Aplicación a etapas batch - Santa Cruz, Judith A. (2015)
En todo sistema existen algunas propiedades, elementos, cantidades o relaciones que permanecen inalteradas a pesar de las transformaciones que se apliquen sobre ellos, denominados invariantes del sistema. Para un sistema de reacción en recinto cerrado con n reacciones linealmente independientes y m componentes (n<m), existen combinaciones lineales de las concentraciones que no son afectadas por las velocidades de reacción y, por lo tanto, independientes del progreso de las reacciones: son los invariantes de reacción. Se recurre al concepto de invariante de reacción para implementar una metodología de reducción de modelos para su aplicación al modelo de barros activados ASM1 de IWA para remoción de C y N de aguas residuales municipales e industriales. El propósito de contar con una metodología sistemática y eficiente de reducción de modelos se fundamenta en la necesidad de incorporar en las estrategias de optimización dinámica y control, desarrolladas en sistemas orientados a ecuaciones de tipo algebraico, modelos de pequeño tamaño y/o que disminuyan la complejidad numérica -tanto como sea posible-, pero que capturen fielmente la dinámica del sistema. El objetivo que se persigue aquí es disminuir tal complejidad numérica a través de la sustitución de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales que describen los estados del sistema por relaciones algebraicas lineales de esos estados, conservando la dinámica exacta del modelo original. A diferencia de otros casos, el interés central no radica en disminuir los tiempos de cómputo sino en describir la dinámica exacta del fenómeno con el mínimo número de ecuaciones diferenciales. La metodología seguida es apta para su aplicación a un sistema reaccionante de cualquier naturaleza operado en modo discontinuo o batch. La metodología se aplica a dos casos de estudio: el primero (1 invariante) es lo suficientemente sencillo y pequeño para describir la metodología puntualmente; el segundo (5 invariantes) es más realista, aplicado a la fase anóxica de la etapa de bioconversión de un proceso del tipo SBR (sequenced batch reactor). Se compara el comportamiento dinámico que predice el modelo original y su versión reducida.