Gemelo digital y control predictivo para la optimización térmica del proceso de fermentación y maduración cervecera como aproximación hacia la Industria 4.0

Resumen

La fermentación y maduración cervecera en tanques cilindrocónicos constituye una etapa decisiva para la estabilidad del proceso y la calidad final del producto. En esta fase, la temperatura influye directamente en la actividad de la levadura, el consumo de extracto fermentable, la formación de alcohol, la generación de dióxido de carbono y la evolución fisicoquímica de la cerveza. En plantas con procesos semiautomatizados, el control térmico suele depender de estrategias convencionales, lo que limita la posibilidad de simular, anticipar y optimizar el comportamiento del sistema. Este artículo propone una metodología para desarrollar una etapa inicial de gemelo digital del proceso de fermentación y maduración cervecera tipo pilsener/lager en tanque cilindrocónico, integrada con control predictivo basado en modelo. El trabajo se apoya en modelado dinámico, simulación computacional, definición de una trayectoria térmica referencial de 15 días y comparación entre control PID y MPC mediante indicadores cuantitativos. Los resultados muestran que el MPC redujo el error cuadrático medio entre 84,10 % y 87,90 %, el error absoluto integral entre 69,96 % y 76,75 %, y la desviación estándar del error entre 60,52 % y 65,63 % respecto al PID. Asimismo, redujo el tiempo acumulado fuera de banda, aunque incrementó el esfuerzo de control entre 130,77 % y 135,38 %. El desarrollo corresponde a una aproximación computacional previa, sin conexión en tiempo real con planta, orientada a una futura integración industrial bajo el enfoque de Industria 4.0.