Controle da temperatura de um biorreator com ordem fracionária utilizado na produção de álcool

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Inacio, Danilo
• Orientador(a): Tusset, Angelo Marcelo
• Banca de defesa: Tusset, Angelo Marcelo , Oliveira, Clivaldo de , Lenzi, Giane Gonçalves
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Álcool; Fermentação; Energia - Fontes alternativas; Automação; Sistemas lineares de controle; Alcohol; Fermentation; Renewable energy sources; Automation; Linear control systems
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26563

Diversos impactos ambientais estão associados ao alto consumo de combustíveis fósseis. A matriz energética mundial é composta em sua maioria por fontes não renováveis, essa dependência relacionada a utilização intensa e exploração desenfreada desses recursos naturais, faz com que os níveis dos reservatórios diminuam cada vez mais. Neste cenário, o álcool surge como uma fonte de energia alternativa sustentável, sendo visto como positivo nas questões ambientais, por se tratar de uma substância renovável. A forma principal utilizada na produção do álcool é fermentação pela levedura Saccharomyces cerevisiae em um biorreator de tanque continuamente agitado, CSTR - Continuous Stirred-Tank Reactor. Uma variável importante para esse microrganismo é a temperatura, sendo que seu ponto ótimo para produção de álcool é 32°C. A análise dinâmica do processo foi realizada para o sistema sem controle de temperatura do biorreator e com controle de temperatura por fluxo da água na jaqueta para o controle do fluxo do refrigerante. Além disso, propõe-se considerar a troca de calor entre o biorreator e a jaqueta por meio da condução de calor em ordem fracionária. Em malha aberta, o biorreator de fermentação demora para estabilizar seu processo, neste ponto, a temperatura de estabilização fica em aproximadamente 36°C. Dessa forma, se faz necessário um sistema de controle para manter o biorreator na temperatura ideal de fermentação. A estratégia escolhida foi o LQR - Regulador Linear Quadrático, por ser uma técnica de controle de simples construção e robusta. Após a realização das simulações do biorreator em malha fechada inserindo uma entrada oscilatória considerando uma função de temperatura variável no tempo Tin(t), foi possível verificar que o biorreator apresentou um desempenho operacional satisfatório, controlando de forma rápida e eficiente a temperatura dentro da faixa aceitável de 2% a 5% em relação ao valor de setpoint do controlador.