Consideraciones computacionales y de implementación para simulaciones de biodiversidad con el modelo de digestión anaerobia No 1 extendido (ADM1_N) en Matlab/Simulink

Resumen

El proceso de digestión anaerobia comprende toda una red de reacciones secuenciales y paralelas, de doble nturaleza: bioquímica y fisicoquímica. Los Modelos matemáticos diseñados con el objetivo de ayudarnos  a comprender y optimizar este proceso, describen estas reacciones de forma estructurada. Siendo el modelo de digestión anaerobia Nº 1 (ADM1) el más extendido y bien establecido. Mientras que este y otros modelos distinguen diferentes microorganismos involucrados en diversas reacciones, a nuestro conocimiento ninguno de ellos describe la diversidad entre organismos con la misma función, es decir, que participan en la misma reacción. Sin embargo, la evidencia experimental disponible sugiere que la estructura y propiedades de una comunidad microbiana pueden estar influenciadas por las condiciones operacionales del proceso y a su vez también determinan el funcionamiento del reactor. Con el fin de describir adecuadamente estos  fenómenos, los modelos matemáticos deberían considerar la diversidad microbiana subyacente. Así quedó mostrado en uno de nuestros trabajos anteriores, extendiendo ADM1 con objeto de describir la diversidad microbiana entre organismos de un mismo grupo funcional. El modelo resultante fue llamado ADM1_N. Debido a su complejidad y rigidez, la implementación del modelo no es una tarea sencilla y deben considerarse varios aspectos computacionales. En este trabajo, se presentan las experiencias obtenidas de algunas implementaciones en Matlab/Simulink de ADM1 y de ADM1 extendido (ADM1_N). Aspectos relacionados con las implementaciones en ecuaciones deferenciales ordinarias (EDO) vs Ecuaciones Algebraico diferenciales (EAD), la rigidez del sistema, las variables y constantes de tiempo, problemas algebraicos para el cálculo del pH y otras variables de estado problemáticas, algoritmos numéricos de solución y tiempos de simulación son discutidos. El modelo resultante ha sido comparado con el tradicional ADM1 para simular datos experimentales provenientes de un reactor piloto anaerobio hibrido de lecho fluidizado y filtro con flujo ascendente. Los resultados obtenidos muestran que el modelo extendido mejora el ajuste de datos experimentales.