Inverse problem for estimating and optimization of parameters of batch ethanol fermentation process using Bayesian techniques / Problema inverso para estimativa e otimização de parâmetros no processo de fermentação de etanol em reator batelada usando técnicas Bayesianas

Authors

  • Renan Teixeira Baia Brazilian Journals Publicações de Periódicos, São José dos Pinhais, Paraná
  • Selma Lidia Azevedo Lobato
  • Emanuel Negrão Macêdo
  • Kleber Bittencourt Oliveira
  • Eduardo Magalhães Braga
  • Diego Cardoso Estumano

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv6n5-197

Keywords:

Análise de sensibilidade, Etanol, Problema inverso.

Abstract

Com o objetivo de descrever o modelo cinético para o processo de fermentação em função das concentrações de Biomassa (CB), sacarose (CS), glicose (CS1) e etanol (CE), foram analisados os parâmetros que envolvem esse processo: cinética máxima (µmax); constante cinética (K e K1); taxa específica de morte celular (Kd); fator de conversão substrato em produto (YB/E) e fator de conversão de substrato em biomassa (YB/S). As medidas simuladas foram realizadas a partir da resolução do modelo direto do processo fermentativo. Adotou-se a aquisição aleatória de dados a partir de uma distribuição gaussiana, com média obtida a partir do modelo direto e desvio padrão de 2% do valor máximo da variável de estado. Para identificar os parâmetros que geram magnitudes significativas no sistema e eliminar parâmetros linearmente dependentes, foi realizada uma análise de sensibilidade. O Método Monte Carlo da Cadeia de Markov foi aplicado para resolver o problema inverso. Na análise do problema inverso, foram adotadas variações no desvio padrão, número de iterações, estimativa inicial, frequência de aquisição de dados e variáveis de estado. Os resultados levaram à definição do modelo para atingir valores de parâmetros mais próximos dos obtidos na resolução do modelo direto. Assim, com um desvio padrão de 2%, na aquisição de dados usando as variáveis de estado Glicose (CS1) e Etanol (CE), 10000 iterações na cadeia de Markov, estimativa inicial igual a 2 e 10 minutos para a frequência de aquisição de dados, foram obtidos resultados satisfatórios para os parâmetros determinados como significativos (µmax, K1, YB/S, YB/E).

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Published

2020-05-11

How to Cite

Baia, R. T., Lobato, S. L. A., Macêdo, E. N., Oliveira, K. B., Braga, E. M., & Estumano, D. C. (2020). Inverse problem for estimating and optimization of parameters of batch ethanol fermentation process using Bayesian techniques / Problema inverso para estimativa e otimização de parâmetros no processo de fermentação de etanol em reator batelada usando técnicas Bayesianas. Brazilian Journal of Development, 6(5), 26496–26516. https://doi.org/10.34117/bjdv6n5-197

Issue

Section

Original Papers