Repositorio Dspace/Manakin

Estratégia de otimização em tempo real do processo de fermentação alcóolica usando metamodelagem.

Mostrar el registro sencillo del ítem

dc.creator.ID MORAIS, M. S. N. pt_BR
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/2976479926951488 pt_BR
dc.contributor.advisor1 ARAÚJO, Antonio Carlos Brandão de.
dc.contributor.advisor1ID ARAÚJO, A. C. B. pt_BR
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/7308979392690336 pt_BR
dc.contributor.referee1 NUNES , Bruno Rafael Pereira.
dc.contributor.referee2 RAMOS, Wagner Brandão.
dc.description.resumo Em um mundo em constante crescimento, os processos produtivos em que a humanidade consegue obter seus bens e produtos de consumo vem passando por avanços a cada dia, nisso a otimização em tempo real de processos vem para agregar e inovar esse avanço, a fim de tornar os processos mais versáteis e capazes de suprir as necessidades das unidades fabris para atender um mercado cada vez mais exigente e com um comportamento tão variante, da forma mais atrativa do ponto de vista econômico. A otimização em tempo real é uma técnica de otimização de desempenho que se fundamenta em modelos matemáticos para aderir a mais assertiva condição de operação de um processo e expandir a rentabilidade de uma planta industrial, permitindo que as instalações operacionais respondam com eficiência e eficácia às condições em constante mudança de taxas de alimentação e composição, equipamentos e economia de processamento dinâmico. Um software fica responsável por cruzar as variáveis, executar os cálculos e realizar as simulações de desempenho para induzir novos setpoints aos sistemas de automação, contudo cabe aos operadores da planta deliberar se as sugestões do software serão utilizadas ou não. Por meio disto, este projeto tem como finalidade o desenvolvimento de estratégias de otimização do processo de fermentação alcóolica explorando a metamodelagem, incluindo Multiple Linear Regression e Kriging, com Real Time Optimization para aplicação industrial, proporcionando a operação ótima do processo em tempo real. O processo foi simulado no SIMULINK® e metamodelado no MATLAB®, sempre no ponto ótimo. A proposta deste trabalho inicialmente almeja a obtenção de um algoritmo (por meio da metamodelagem), que permita um aumento na velocidade de resolução e eficiência de problemas propostos por meio de um estudo de caso, mediante a aplicação de um otimizador em tempo real com uma frequência de execução alta o suficiente para permitir a sua aplicação. A simulação foi realizada de acordo com dados apresentados na tese de Andrietta (1994), que se tratava de um processo industrial de fermentação alcoólica, com o sistema equipado com o reator de mistura perfeita. E tendo como base o programa desenvolvido na tese de Fernandes (2022), programa este capaz de construir modelos substitutos ou metamodelos de forma automática, onde não é necessário informar os dados de amostras ou metamodelo, pois o algoritmo fornece ao usuário o número de amostras necessárias para a construção do modelo, as transformações das variáveis respostas e o melhor modelo que representa os dados. A modelagem inserida ao software MATLAB® possibilitou o acompanhamento do comportamento estacionário das variáveis de concentração de produto, celular e substrato, além de uma forma rápida, pode-se obter comportamento previsível para o processo fermentativo ao alterar parâmetros adotados, onde os valores das modificações serviram apenas como estudo comparativo em relação às considerações iniciais. E a aplicação da metodologia ao sistema estudado permite concluir dentre os sete solvers estudados que o “Nomad”, se tornou o melhor otimizador desse processo, pois apresentou bons resultados de rendimento com um Q²<0,97, e com um tempo de processamento rápido em comparação aos demais. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department Centro de Ciências e Tecnologia - CCT pt_BR
dc.publisher.program PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA pt_BR
dc.publisher.initials UFCG pt_BR
dc.subject.cnpq Engenharia química. pt_BR
dc.title Estratégia de otimização em tempo real do processo de fermentação alcóolica usando metamodelagem. pt_BR
dc.date.issued 2023-03-13
dc.description.abstract In a world in constant growth, the production processes in which mankind can obtain their goods and consumer products are going through advances every day, in this the real-time optimization of processes comes to add and innovate this advance, in order to make processes more versatile and able to meet the needs of manufacturing units to meet an increasingly demanding market and with a behavior so variant, in the most attractive way from the economic point of view. Real-time optimization is a performance optimization technique that relies on mathematical models to adhere to the most assertive operating condition of a process and expand the profitability of an industrial plant, allowing operating facilities to respond efficiently and effectively to changing conditions of feed rates and composition, equipment, and dynamic processing economics. Software is responsible for cross-referencing the variables, performing the calculations, and running the performance simulations to induce new setpoints for the automation systems, but it is up to the plant operators to deliberate whether the software's suggestions will be used or not. Through this, this project aims to develop optimization strategies for the alcoholic fermentation process exploring metamodeling, including Multiple Linear Regression and Kriging, with Real Time Optimization for industrial application, providing the optimal operation of the process in real time. The process was simulated in SIMULINK® and metamodeled in MATLAB®, always at the optimal point. The proposal of this work initially aims to obtain an algorithm (through metamodeling), which allows an increase in the speed of resolution and efficiency of problems proposed through a case study, by applying a real-time optimizer with a high enough execution frequency to allow its application. The simulation was performed according to data presented in the thesis of Andrietta (1994), which dealt with an industrial process of alcoholic fermentation, with the system equipped with the perfect-mix reactor. And having as base the program developed in the thesis of Fernandes (2022), this program is capable of building substitute models or metamodels in an automatic way, where it is not necessary to inform the sample or metamodel data, because the algorithm provides the user with the number of samples necessary for the construction of the model, the transformations of the response variables and the best model that represents the data. The modeling inserted into the MATLAB® software made it possible to follow the stationary behavior of the variables of product, cell and substrate concentration, besides a fast way, it can be obtained predictable behavior for the fermentative process when changing adopted parameters, where the values of the modifications served only as a comparative study in relation to the initial considerations. And the application of the methodology to the system studied allows us to conclude among the seven solvers studied that the "Nomad", became the best optimizer of this process, because it showed good yield results with a Q²<0.97, and with a fast processing time compared to the others. pt_BR
dc.identifier.uri http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/32120
dc.date.accessioned 2023-10-17T19:15:26Z
dc.date.available 2023-10-17
dc.date.available 2023-10-17T19:15:26Z
dc.type Dissertação pt_BR
dc.subject Fermentação pt_BR
dc.subject Otimização pt_BR
dc.subject Metamodelagem pt_BR
dc.subject Processo pt_BR
dc.subject Fermentation pt_BR
dc.subject Optimization pt_BR
dc.subject Metamodeling pt_BR
dc.subject Process pt_BR
dc.subject Fermentación pt_BR
dc.subject Mejoramiento pt_BR
dc.subject Metamodelado pt_BR
dc.subject Proceso pt_BR
dc.subject Fermentation pt_BR
dc.subject Optimisation pt_BR
dc.subject Métamodélisation pt_BR
dc.subject Processus pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.creator MORAIS, Maria Suenia Nunes de.
dc.publisher Universidade Federal de Campina Grande pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.title.alternative Real-time optimization strategy for the alcoholic fermentation process using metamodeling. pt_BR
dc.identifier.citation MORAIS, Maria Suenia Nunes de. Estratégia de otimização em tempo real do processo de fermentação alcóolica usando metamodelagem. 2023. 105 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023. pt_BR


Ficheros en el ítem

Este ítem aparece en la(s) siguiente(s) colección(ones)

Mostrar el registro sencillo del ítem

Buscar en DSpace


Búsqueda avanzada

Listar

Mi cuenta