2- Material e Métodos
2.5. Utilização do Programa
O primeiro passo para utilização do programa é a digitação dos dados experimentais obtidos pelas análises das amostras coletadas nas usinas para cada um dos biorreatores e para a digitação destes dados é necessário clicar no ícone escrito dados experimentais, que pode ser visto na Figura 12, que automaticamente abre a tela apresentada na Figura 13. Os dados necessários são: qual o biorreator que está sendo descrito, as concentrações de ART, etanol e celular em g/L , o volume do biorreator em m3 e a temperatura de operação em ºC.
Figura 12: Tela de inicialização do programa.
O programa é constituído de duas fases distintas. A primeira de ajuste dos parâmetros cinéticos, que será descrita no item 2.5.1, que é acionada com um clique duplo no ícone de ajuste de parâmetros da tela, apresentada na Figura 12. A outra é a de simulação do processo, que será exposta no item 2.5.2, quando os parâmetros cinéticos já devem ser conhecidos. Esta etapa é acionada com um clique no botão simulação da tela de entrada do programa.
2.5.1.
Ajuste dos Modelos Cinéticos
O ajuste de parâmetros tem o intuito de avaliar, dentre os modelos cinéticos implementados no programa, aquele que se adequa aos dados coletados nas usinas em operação. O programa possui uma tela onde é feita a escolha do modelo a ser testado, que está apresentada na Figura 14, a partir daí uma outra tela, Figura 15, é aberta quando os intervalos das constantes cinéticas devem ser definidos para o cálculo do ajuste. Para evitar trabalho desnecessário, somente as constantes cinéticas existentes no modelo escolhido aparecem ativas para manipulação. Na tela apresentada na Figura 15 devem ser colocadas as condições de operação da usina no momento do ensaio, que foi estabilizado pela malha de controle além da velocidade específica de crescimento celular, fixada em 0,5h-1, o rendimento em etanol, Yp/s, calculado a partir dos dados das análises laboratoriais e o
rendimento em células,Yx/s, fixado em 0,026 e as concentrações de etanol e células no
reciclo e de ART no mosto, obtidas das análises laboratoriais.
Figura 15: Tela de entrada dos intervalos das constantes cinéticas dos modelos e dos dados de operação da usina.
Os cálculos são feitos de acordo com os intervalos das constantes cinéticas e uma nova tela é gerada apresentado os valores estimados para cada uma das constantes e o desvio de ajuste do modelo, como pode ser visto na Figura 16. Esta tela pode ser diretamente impressa ou pode-se pedir para que um relatório de terminação .txt seja gerado para que estes dados possam ser manipulados em outros programas gráficos.
O desvio ocasionado pelo ajuste dos parâmetros pode calculado como a minimização da somatória do quadrado da diferença entre os valores calculados
( )
~ e yiexperimentais
( )
yi , normalizados pela média entre o valor calculado e o experimental em cada ponto (TAVARES, 2005). A fórmula do desvio que descreve este procedimento estáapresentada na Equação (22). O desvio foi calculado a partir das concentrações de substrato, por se tratar do componente mais variável no processo fermentativo.
∑
−= yi yi
Os intervalos das constantes cinéticas devem ser modificados até que o menor desvio associado ao modelo seja obtido, sem causar inconsistência física.
Figura 16: Tela de valores das constantes cinéticas, desvio de ajuste associado ao modelo e representação gráfica deste resultado.
2.5.2.
Simulação
As constantes cinéticas obtidas no ajuste dos modelos passam a ser dados de entrada para a simulação juntamente com dados de operação que se deseja no processo. A simulação tem como objetivo calcular as concentrações etanol, açúcares redutores e células em cada um dos biorreatores a partir dos dados de operação desejados.
-
Estado Estacionário
Os dados operacionais para simulação do processo, em regime permanente, devem ser colocados no programa pela tela apresentada na Figura 17.
Figura 17: Tela de entrada das constantes cinéticas e dados de produção para simulação do processo em regime permanente.
Ao clicar no ícone Calcular que pode ser visto na Figura 17, o programa calcula as concentrações obtidas em cada um dos reatores e apresenta uma tela de saída de resultados que pode ser visualizada na Figura 18. Estes dados podem também ser armazenados em forma .txt ao se optar pela obtenção do relatório.
-
Estado Transiente
Os valores das constantes cinéticas do modelo Tosetto(2002), definidas no item 3.3, são colocadas na tela apresentada na Figura 19. A entrada de dados para simulação em regime transiente começa com os dados do regime permanente anterior á modificação do processo, Figura 20, onde as condições do regime permanente anterior às alterações do sistema são registradas e a modificação do sistema é definido, Figura 21, onde as possíveis a vazão de mosto, vazão de fermento e concentração de ART podem ser modificadas provocando alteração no processo. O resultado da simulação é o novo regime permanente a ser atingido com essa modificação, onde estão os valores dos componentes na entrada do processo e em cada um dos biorreatores, além do tempo necessário para atingir esse novo equilíbrio do processo fermentativo.
Figura 19: Tela de entrada das constantes cinéticas do modelo Tosetto (2002).
As condições de operação do sistema em regime permanente, anterior à perturbação que desvia o processo para um regime transiente, devem ser registradas, o programa armazena os dados digitados pelo usuário na tela apresentada na Figura 20.
Figura 20: Tela de entrada das condições do sistema em regime permanente, antes da perturbação do sistema.
A última tela antes dos cálculos, Figura 21, é onde a perturbação do sistema deve ser colocada para verificação das novas condições em que o processo passa a trabalhar em regime transiente até atingir o novo regime permanente.
Figura 21: Tela de entrada dos valores que podem ser perturbados no processo de produção de álcool.