Políticas ótimas de alimentação de substrato e enzima em reator de hidrólise operado em batelada alimentada: uma abordagem de controle ótimo com validação automatizada

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dc.contributor.advisor-co1Montaño, Inti Doraci Cavalcanti
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8547423775951223eng
dc.contributor.advisor1Suarez, Carlos Alberto Galeano
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5911055089145779eng
dc.contributor.referee1Suarez, Carlos Alberto Galeano
dc.contributor.referee2Nucci, Edson Romano
dc.contributor.referee3Castiglioni, Gabriel Luis
dc.creatorBorges, Alex de Souza
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8465110244682524eng
dc.date.accessioned2019-10-09T15:10:53Z
dc.date.issued2019-08-29
dc.description.abstractThe use of fossil fuels contributes to the increase in the amount of free carbon in the atmosphere, because most of the released carbon does not return to the Earth's surface, boosting the global temperature increase. Biofuels are a renewable and environmentally safe alternative, inasmuch as in its production depends that the carbon present in the atmosphere be captured through photosynthesis forming a cycle of production and consumption of carbon. The use of cellulosic leavings is a Muito promising alternative for the production of biofuels as 2G ethanol. The main reason is the fact that these leavings do not enter the competition "food vs fuels " what happens with 1G ethanol. For the consolidation of the industrial production of 2G bioethanol, the economic improvement of the process is necessary. For this reason, there are several researches that seek to make feasible the technique, in this project, a way is presented to improve the feeding of bioreactors, in order to increase the efficiency of cellulose hydrolysis by releasing reducing sugars, which could be converted into second generation alcohol. The use of fed-batch reactors reduces production costs and increases yields, enjoying of rational feed policies of substrates and biocatalysts. Then, this project intends to determine by means of a computational study, the optimized feeding profiles of cellulosic substrate and fed batch enzyme. For this, a semi- mechanistic model is developed, and the optimal control theory for the development of feed profiles is used. For the application of the feed profiles, a system was designed and built, able to automate the feed for both bioreactors and reactors, which alBaixo s to operate with different feeding profiles. The prototype used 3D printing technology to manufacture the mechanical devices, the entire control is done by two microcontrollers in half duplex network, in charge of acting on a helical conveyor. Due to the ability to work with nonlinear systems, the fuzzy nebulous logic was established as the base of the system, being responsible for carrying out the operations necessary to keep the feeder fully operational.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2019-10-08T15:27:45Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Alex de Souza Borges - 2019.pdf: 2764467 bytes, checksum: 3bd1f0c462f22fd0c3e48d192dfbd1ff (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)eng
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dc.description.resumoA utilização de combustíveis fósseis contribui para o aumento da quantidade de carbono livre na atmosfera, devido a maior parte do carbono liberado não retornar a superfície terrestre, impulsionando o aumento da temperatura global. Em contrapartida os biocombustíveis, em razão do ciclo de captura e liberação de carbono, são uma alternativa renovável, sua produção depende da captura do carbono presente na atmosfera através da fotossíntese o que possibilita o ciclo. A utilização de resíduos celulósicos é uma alternativa bastante promissora para a produção de biocombustíveis, como por exemplo o do etanol de segunda geração (2G). A principal razão é ofato de que esses resíduos não entram na competição “alimentos vs combustíveis” como é o caso do etanol 1G. Para a consolidação da produção industrial do etanol 2G é necessário a melhoria econômica e tecnológica do processo. De forma que há várias pesquisas que buscam viabilizar a produção etanol a partir da biomassa lignocelulósica, neste projeto é apresentado um aprimoramento no modo em que é conduzida a alimentação de biorreatores de hidrólise. A utilização de reatores em batelada alimentada proporciona redução dos custos de produção e aumentam a produtividade, tirando proveito de políticas de alimentação racionais de substratos e biocatalisadores. Sendo o objetivo do trabalho traçar por meio de um estudo computacional, os perfis de alimentação otimizados para o substrato bagaço de malte, e para os biocatalizadores utilizados na hidrólise do material lignocelulósico. Para validação dos perfis de alimentação foram projetados e construídos dispositivos, capaz de automatizar a alimentação de biorreatores. Os protótipos permitem realizar a alimentação de substrato e de enzima conforme perfis desejados. Os protótipos foram desenvolvidos utilizando tecnologia de impressão 3D para fabricação de dispositivos mecânicos, enquanto o controle foi realizado por dois microcontroladores em rede half duplex, encarregados de atuar sobre um transportador helicoidal para o transportador de sólidos. Devido a capacidade de atuar sobre sistemas não lineares a lógica nebulosa foi estabelecida como base do sistema, sendo encarregada de fazer as operações necessárias para manter em pleno funcionamento os alimentadores. Os dispositivos se mostraram capazes de aplicar de formar inexorável os perfis propostos, atuando a cada quatro segundo sobre o reator, dosando mg por mg durante 150 horas, algo impossível de ser feito manualmente.eng
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEGeng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationBORGES, A. S. Políticas ótimas de alimentação de substrato e enzima em reator de hidrólise operado em batelada alimentada: uma abordagem de controle ótimo com validação automatizada. 2019. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2019.eng
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/10085
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RG)eng
dc.publisher.initialsUFGeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Química (IQ)eng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectFuzzypor
dc.subjectDosadorpor
dc.subjectControle ótimopor
dc.subjectBiorreatorpor
dc.subjectHidrólisepor
dc.subjectFuzzyeng
dc.subjectFeedereng
dc.subjectOptimal controleng
dc.subjectBioreactoreng
dc.subjectHydrolysiseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAeng
dc.titlePolíticas ótimas de alimentação de substrato e enzima em reator de hidrólise operado em batelada alimentada: uma abordagem de controle ótimo com validação automatizadaeng
dc.title.alternativeOptimum substrate and enzyme feed policies in a fed batch-operated hydrolysis reactor: an optimal control perspective with automated validationeng
dc.typeDissertaçãoeng

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