Numerical algorithms for simulation and optimization of bioreactors with multiple elementary reactions

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Michelon, Michel
Data de Publicação: 2023
Outros Autores: Fronza, Juliana, Santos, Marlene Guevara dos
Tipo de documento: Artigo
Idioma: por
Título da fonte: Remat (Bento Gonçalves)
Texto Completo: https://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/6919
Resumo: Alongside the technological advances of the last decades, there was an increase in the demand for electric energy, which cannot be supplied by the actually employed processes. Among the emerging alternatives to supply the increasing consumption is the biogas, with the advantage of being produced from organic residues generated by an exponentially growing population. The study of bioreactors is, in this panorama, essential to, not only soften the growing crisis, but to optimize the processes actually employed. Thus, the main objective of this paper was to create algorithms that automate the simulation of different types of reactors, starting with the ones subjected to multiple elementary reactions, but which can be updated in the future to deal with multiple simultaneous microbiological reactions. These algorithms were developed in Scilab, a free software, and the obtained results were compared with the ones available in the literature, obtaining numerical convergence, which indicates their effectiveness.
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spelling Numerical algorithms for simulation and optimization of bioreactors with multiple elementary reactionsAlgoritmos numéricos para simular y optimizar biorreactores con múltiples reacciones elementalesAlgoritmos numéricos para simulação e otimização de biorreatores com múltiplas reações elementaresalgoritmo matricialcálculo de reaçõesreações múltiplasmatrix algorithmmultiple reactionsreaction calculationalgoritmo matricialcálculo de reaccionesreacciones múltiplesAlongside the technological advances of the last decades, there was an increase in the demand for electric energy, which cannot be supplied by the actually employed processes. Among the emerging alternatives to supply the increasing consumption is the biogas, with the advantage of being produced from organic residues generated by an exponentially growing population. The study of bioreactors is, in this panorama, essential to, not only soften the growing crisis, but to optimize the processes actually employed. Thus, the main objective of this paper was to create algorithms that automate the simulation of different types of reactors, starting with the ones subjected to multiple elementary reactions, but which can be updated in the future to deal with multiple simultaneous microbiological reactions. These algorithms were developed in Scilab, a free software, and the obtained results were compared with the ones available in the literature, obtaining numerical convergence, which indicates their effectiveness.Junto con los avances tecnológicos de las últimas décadas, se ha producido un aumento de la demanda de electricidad, que ya no puede suministrarse con los procesos y recursos actuales. Entre las alternativas que se presentan para hacer frente al aumento del consumo está el biogás, cuya ventaja es que puede producirse a partir de los residuos orgánicos producidos por una población en crecimiento exponencial. En este contexto, el estudio de los biorreactores es fundamental no sólo para paliar la posible crisis en curso, sino también para optimizar los procesos actualmente en uso, abaratando las tecnologías. Por ello, el objetivo principal de este trabajo fue crear algoritmos para automatizar la simulación de diferentes tipos de reactores, comenzando por la modelización de reactores con múltiples reacciones elementales, pero que puedan ser actualizados en el futuro para tratar múltiples reacciones microbiológicas simultáneas. Estos algoritmos fueron desarrollados en el software libre Scilab y los resultados obtenidos se contrastaron con valores disponibles en la literatura, obteniéndose convergencia numérica, lo que indica su eficacia.Junto com os avanços tecnológicos das últimas décadas, houve aumento na demanda por energia elétrica, que já não pode ser suprida pelos atuais processos e recursos. Dentre as alternativas apresentadas para suprir o aumento no consumo, está o biogás, cuja vantagem é poder ser produzido a partir dos rejeitos orgânicos gerados por uma população em crescimento exponencial. Nesse panorama, o estudo de biorreatores é essencial para, não apenas amenizar a possível crise em curso, mas também otimizar os processos atualmente utilizados, barateando as tecnologias. Assim, o presente trabalho teve como objetivo principal a criação de algoritmos que automatizassem a simulação de diferentes tipos de reatores, iniciando a modelagem por reatores com múltiplas reações elementares, mas que pode, futuramente, ser atualizado para tratar de múltiplas reações microbiológicas simultâneas. Esses algoritmos foram desenvolvidos em software livre Scilab e os resultados obtidos foram verificados a partir de comparação com valores disponíveis na literatura, obtendo-se convergência numérica, o que indica a efetividade dos mesmos.Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul2023-12-29info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionArtigo avaliado pelos paresapplication/pdfhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/691910.35819/remat2023v9i2id6919REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; Vol. 9 No. 2 (2023); e3011REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; Vol. 9 Núm. 2 (2023); e3011REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; v. 9 n. 2 (2023); e30112447-2689reponame:Remat (Bento Gonçalves)instname:Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul (IFRS)instacron:IFRSporhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/6919/3496Copyright (c) 2023 REMAT: Revista Eletrônica da Matemáticahttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessMichelon, MichelFronza, JulianaSantos, Marlene Guevara dos2023-12-29T14:30:48Zoai:ojs2.periodicos.ifrs.edu.br:article/6919Revistahttp://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMATPUBhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/oai||greice.andreis@caxias.ifrs.edu.br2447-26892447-2689opendoar:2023-12-29T14:30:48Remat (Bento Gonçalves) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul (IFRS)false
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