INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
DE BIOPROCESSOS
1. Aspectos Gerais
Desenvolvimento eficiente de um bioprocesso
Condições adequadas para o biocatalisador atuar
Objetivos da indústria:
Fazer o processo funcionar com eficiência Obter produto de alta qualidade
Diminuir custo
Diminuir tempo
Aumentar produção
Aumentar produtividade
Para se alcançar tais objetivos é preciso empregar técnicas
avançadas de controle e otimização de processo
Fundamental no
mercado competitivo
Para estabelecer as condições adequadas é preciso:
MEDIR ANALISAR
DADOS CONTROLAR
MEDIR
ANALISAR DADOS SISTEMA
Instrumentos Dispositivos Equipamentos
Eletricidade Ótica
Mecânica Eletrônica
Matemática Química
Física
Bioquímica Biologia
Para os três casos empregam-se:
Qual a principal diferença entre Medir e Analisar Dados e Controlar?
Obter valores Alterar ou manter valores
Não muda o sistema
Muda ou não o sistema
Medir o que?
• Oxigênio dissolvido (O.D.)
• pH
• Conc. de substrato
• Conc. de produto
• Conc. de células
• Temperatura
• CO
2“Respostas” do biocatalisador
• Temperatura
• Espuma
• Massa
• Volume
• Vazão de gases e líquidos
• Pressão
• Potência de agitação
• Velocidade de agitação
Variáveis ou respostas do sistema
Instrumento ou sistema de instrumentação Possui três elementos básicos
1. Detector
2. Dispositivo de transferência intermediário (transdutor)
3. Dispositivo de saída
Dispositivo de saída Dispositivo
intermediário Detector
Aplicações industriais
• Indústrias químicas
• Indústrias do petróleo
• Indústrias de papel e celulose
•Indústrias de Bioprocessos
Equipamentos básicos de medida de um fermentador padrão. F vazão, FO espuma, P pressão, RPM velocidade
Bioprocesso
Qualquer processo que utiliza células vivas ou seus componentes para realizar mudanças químicas ou físicas desejadas.
É “governado” por multifatores, necessitando de um tratamento multidisciplinar
É realizado em biorreatores, de forma a
permitir a obtenção de grandes quantidades
do produto de interesse e sem interrupções
Grandes quantidades escala industrial Para isso é necessário realizar o processo de forma CONTROLADA
Para controlar é necessário MEDIR
Para medir é necessário INSTRUMENTO
Formas de se medir variáveis de bioprocessos:
in situ
in situ com desvio (by-pass) ex situ
externo (off-line)
Formas de se monitorar um bioprocesso:
-Contínua (on line) (registro contínuo ou descontínuo) -Descontínua (off line) (com registro descontínuo)
Medida e monitoramento
Conceitos e definições
Erro: diferença entre valor verdadeiro e valor medidoErro
Os erros podem ser Os erros podem ser:
Acidentais – Devido a causas irregulares, que se apresentam em grande número e são de natureza complexa. Tem efeito é negligenciável no valor da média aritmética de um conjunto de medições.
Sistemáticos
Sistemáticos - influenciam no registro da medida. - Estão geralmente no mesmo sentido.
São da mesma ordem de grandeza.
Causas: erros do instrumento de medição e erros do operador.
Condição ideal de uma boa instrumentação
Condição ideal de uma boa instrumentação: todos os : todos os erros reduzidos aos do tipo casual (acidental).
erros reduzidos aos do tipo casual (acidental).
Retardamento
Retardamento
:
Intervalo de tempo entre o instante em que o sinal é gerado e o instante em que o instrumento indica, registra ou aciona um controle.Dependendo da duração do retardamento, pode não haver tempo para a(s) mudança(s) necessária(s), ocorrendo perda do processo.
Tempo morto
Tempo morto
:
É o tempo durante o qual um novo sinal ou uma variação de um sinal não podem ser detectados.Crítico em operações dinâmicas.
O tempo morto de um instrumento não deve exceder
Faixa de medição
Faixa de medição: Valores inicial e final de medida do instrumento. (por exemplo, 20 a 150 oC).
A largura da faixa é a diferença entre estes valores (no exemplo anterior, 130 oC).
As condições de operação do processo devem ser bem conhecidas para se possa dimensionar adequadamente o instrumento, em relação à faixa de medição, evitando o emprego de um instrumento impróprio ou, por outro lado, de capacidade muito acima da necessária.
Calibração
Calibração: Forma de garantir que os instrumentos tenham a precisão e a faixa de operação exigidas para manter sistemas em condições economica- mente controladas.
Instrumento não calibrado não é confiável.
Impossibilidade de calibração: DEFEITO !!
Tipos de padrão
Primário: unidade de valor absoluto, garantida pelo INMETRO como estando dentro das especificações.
Secundário: obtido por comparação com o padrão primário ou correspondem a um equipamento de
