Proyectos de Control Automático

Construcción de un reactor de pretratamiento hidrotérmico para la producción de biocombustibles de segunda generación

Objetivo: 
La primera operación de una plataforma bioquímica para la producción de biocombustibles de segunda generación a partir de biomasa es la ruptura de las cadenas de polisacáridos solubles por medio de la adición de una molécula de agua y el debilitamiento de la estructura de la lignina de la biomasa para facilitar los pasos subsiguientes de depolimerización de celulosas cristalinas y recalcitrantes. Esta operación se conoce como pretratamiento.
Innovación: 
Trabajos de investigación previos en nuestro grupo han dado como resultado el diseño y construcción de un reactor a escala piloto de pretratamiento continuo con vapor a presión con una capacidad de 2 kg/h de biomasa BS cuyo principio de operación (en proceso de patente nacional e internacional) combina la extrusión mecánica con hidrólisis termoquímica y explosión de vapor.
Aplicaciones: 
En los procesos de producción de biocombustibles de segunda generación, ya que el rendimiento del proceso de producción de biocombustibles (y por lo tanto su costo de producción) está en función del rendimiento de esta etapa.
Trabajo Futuro: 
Actualmente estamos caracterizando su comportamiento dinámico para luego diseñar controladores avanzados e implementar políticas de operación que maximicen la producción de oligosacáridos y minimicen subproducto o coproductos de reacción no deseados.

Análisis multidimensional de sustentabilidad en la producción de energías renovables a partir de biomasa

Objetivo: 
El impacto de la producción de energía utilizando fuentes renovables y su sustentabilidad suele determinarse de manera separada para dimensiones ambientales, económicas y sociales. Esto dificulta, en muchas ocasiones, hacer un análisis consistente de la sustentabilidad de las energías renovables.
Innovación: 
Como parte del proyecto Nerixis (www.gdl.cinvestav.mx/nerixis) hemos desarrollado un marco de análisis que considera de manera unificada las dimensiones ambientales, económicas y sociales para analizar la sustentabilidad de la producción de biocombustibles de segunda generación y algunos biomateriales a partir de la biomasa.
Aplicaciones: 
Con este marco de análisis es posible evaluar los impactos de los elementos antes mencionados que afectan principalmente a su entorno y a los involucrados en su periodo de vida y, posterior a ello, determinar alternativas para disminuir dichos impactos.
Trabajo Futuro: 
Actualmente estamos incorporando herramientas de control óptimo en el marco de análisis para realizar análisis retrospectivo y estudiar el impacto de la producción de estos biocombustibles en el Plan Nacional Energético

Bio-refinerías para la coproducción de biomateriales y biocombustibles de segunda generación.

Objetivo: 
Nerixis es un proyecto multidisciplinario e interinstitucional que inició en la Unidad de Ingeniería Avanzada del Cinvestav, Guadalajara, México en el año 2008. Dividido en tres etapas, este proyecto tiene como objetivo desarrollar conceptos de bio-refinerías para la coproducción de biomateriales y biocombustibles de segunda generación tomando en cuenta tanto los sectores agrícolas regionales, la economía nacional y las tecnologías de proceso que han alcanzado una madurez suficiente para su uso en el corto plazo en el ámbito mexicano.
Innovación: 
El proyecto contempla la investigación científica sobre aspectos relacionadas con el aprovechamiento de la biomasa para la producción de biocombustibles y biomateriales, así como el desarrollo de tecnologías a escala semi-piloto y su transferencia a entidades interesadas en hacer el escalamiento industrial con la finalidad de incorporarlos ya sea como mejoras o innovaciones en procesos nuevos o existentes.
Aplicaciones: 
Actualmente en su segunda etapa, participan 9 grupos de investigación de 7 instituciones en toda la república Mexicana con el objetivo de crear el diseño conceptual de una bio-refinería para una escala de 10² ton/día BS que contempla la co-producción de bioetanol, biogás y biohidrógeno como biocombustibles, así como el aprovechamiento de la lignina residual para la producción de compuestos con alto valor agregado
Trabajo Futuro: 
Se espera contar con un análisis detallado del impacto ambiental, económico y energético de estas tecnologías en el Plan Nacional Energético (desarrollado por la Secretaría de Energía, México) y con equipo de demostración a una escala de 1 kg MP BS para todas las etapas de proceso consideradas.

Vehículos Autónomos Cooperativos

Objetivo: 
Tener una cama de pruebas para aplicar control a sistemas híbridos, diagnóstico de faltas y formación de robots.
Innovación: 
Integración de sistemas independientes para realizar tareas u objetivos en colaboración mutua y adaptación automática ante condiciones peculiares.
Aplicaciones: 
Integración en sistemas de rescate robotizado, sistemas de trabajo organizado con robots, detección de faltas y apoyo entre sistemas.

Interconexión de Energías Renovables a la Red Eléctrica (Smart Grid)

Objetivo: 
Interconexión de la energía proveniente de diferentes fuentes renovables a la red eléctrica, así como la administración de la energía para hacer eficiente el consumo de la energía.
Innovación: 
Uso de los algoritmos no lineales para controlar la producción y el consumo de la energía, proveniente de fuentes renovables de energía.
Aplicaciones: 
La “Smart Grid” puede ser aplicada para optimizar el uso de energía eléctrica en un hogar o en la industria, para reducir los costos.
Trabajo Futuro: 
Realización de algoritmos de optimización de energía. Implementación de un prototipo a gran escala.

Corte de objetos deformables en tiempo real para cirugías virtuales.

Objetivo: 
Desarrollar un nuevo marco de trabajo para cirugías virtuales, capaz de simular de forma estable, precisa y en tiempo real el corte de objetos deformables considerando el uso de dispositivos “hápticos”. Para ello nos apoyamos del método del elemento finito y esquemas explícitos de integración de tiempo.
Innovación: 
Los simuladores actuales, con el fin de asegurar la estabilidad, reducen la precisión de la simulación física y no logran proveer de la tasa de actualización requerida para los dispositovos “hápticos”. En este proyecto se busca incrementar el margen de la estabilidad en los métodos explícitos y así obtener mayor desempeño, logrando mayor precisión en la simulación y en el renderizado de los “hápticos”.
Aplicaciones: 
Aunque el enfoque puede ser aplicado de forma general, nosotros trabajamos en la implementación de simuladores médicos. En particular se están diseñando diversos escenarios para cirugía laparoscópica.

Localización de Fugas en Tuberías transportando agua a presión.

Objetivo: 
Diseñar sistemas computacionales que localicen fugas en tuberías de agua de manera casi inmediata. El diseño de estos entes deberá estar basado en métodos analíticos y deberán usar sólo la información de los sensores de presión y gasto colocados en los extremos de una tubería.
Innovación: 
Actualmente las fugas se localizan mediante la ayuda de aparatos sofisticados como lo son generadores de ultrasonidos, infrarrojos, aparatos electromagnéticos, los cuales requieren de personal muy especializado, son de alto costo, y pueden tardar un buen tiempo en localizar una fuga. Los métodos investigados en este proyecto están basados en la predicción que se obtiene a partir de un modelo matemático que describe la dinámica del agua dentro de la tubería, este modelo lleva al diseño de observadores que se implementan mediante un algoritmo computacional. De esta forma la computadora realiza un monitoreo permanente de la tubería, activando una alarma en el momento que se produce una fuga y localizándola prontamente, con lo cual se superan los inconvenientes que poseen los métodos que localizan fugas mediante equipos sofisticados.
Aplicaciones: 
Los métodos investigados en este proyecto están dirigidos a tuberías de grandes longitudes sin derivaciones, como lo son los acueductos que llevan agua de las fuentes a las ciudades.
Trabajo Futuro: 
Actualmente los métodos están siendo probados en un prototipo de tuberías plásticas que se encuentra en esta institución, así que el trabajo a futuro es probar e implementar dichos algoritmos en un acueducto de la región Occidente de México.

Control de Clima en Invernaderos.

Objetivo: 
Lograr una regulación automática adecuada de las variables internas de un invernadero tales como: Temperatura, porcentaje de Humedad en aire, luminosidad, niveles de CO2, todo ello tomando en cuenta las interacciones que existen entre estas variables.
Innovación: 
Lograr una automatización tal que la intervención humana sea mínima, ya que actualmente la mayoría de los invernaderos solamente están semiautomatizados y se requiere de supervisión humana para verificar que los automatismos existentes están llevando las variables al punto deseado. Además las variables que se regulan son en general solamente la temperatura y la humedad y estos controles pueden no tomar cuenta las relaciones que existen entre esas variables y otras más existentes en el invernadero.
Aplicaciones: 
Este proyecto impactaría directamente en un incremento en la producción de la agricultura protegida, ya que al tener buenas condiciones de clima, la planta producirá más y con mejor calidad.
Trabajo Futuro: 
Actualmente este proyecto se está llevando a cabo en un prototipo de invernadero de dimensiones pequeñas e inicialmente se va a controlar únicamente la temperatura y la humedad De este modo el trabajo a futuro sería la regulación de más variable y construir un invernadero de dimensiones cercanas a los encontrados normalmente en nuestro país.