Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Palma, Guilherme Meneghetti
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15895
Resumo: Microalgae are natural sources of biomass, unsaturated fatty acids, carotenoids, xanthophylls, vitamins, proteins, minerals and enzymes; compounds of great commercial importance. Furthermore, since biofuels have become a product of great interest to industry, especially in the energy sector, the production of microalgae has come to be widely explored by scientific institutions and private organizations. In addition to being one of the most photosynthetic efficient organisms, it requires a very small cultivation space when produced in bioreactors. Thus, the optimization of the microalgae production process in photobioreactors is of great economic interest. Currently, the measurement of biomass values and cell concentration inside reactors is one of the major limitations for the optimization and control of the process, after all, it occurs in a non-automated way by cell counting and dry mass determination methods. Therefore, the objective of this project was to evaluate the feasibility of using artificial neural networks to create a biomass instantaneous inference softsensor inside a bioreactor from light intensity data obtained by red, green and blue light sensors connected to a microcontroller. The study was carried out by cultivating the microalgae Scenedesmus obliquus in modified BG-11 culture medium in a 6L Airlift-type photobioreactor with illumination provided from a white LED panel. The content presented in this study showed artificial neural networks with MSE = 0,0278 [mg/L]2, R2=0,93 and provides substantial information for the accomplishment of the control and optimization of microalgal production inside bioreactors based only on light intensity information.
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Furthermore, since biofuels have become a product of great interest to industry, especially in the energy sector, the production of microalgae has come to be widely explored by scientific institutions and private organizations. In addition to being one of the most photosynthetic efficient organisms, it requires a very small cultivation space when produced in bioreactors. Thus, the optimization of the microalgae production process in photobioreactors is of great economic interest. Currently, the measurement of biomass values and cell concentration inside reactors is one of the major limitations for the optimization and control of the process, after all, it occurs in a non-automated way by cell counting and dry mass determination methods. Therefore, the objective of this project was to evaluate the feasibility of using artificial neural networks to create a biomass instantaneous inference softsensor inside a bioreactor from light intensity data obtained by red, green and blue light sensors connected to a microcontroller. The study was carried out by cultivating the microalgae Scenedesmus obliquus in modified BG-11 culture medium in a 6L Airlift-type photobioreactor with illumination provided from a white LED panel. The content presented in this study showed artificial neural networks with MSE = 0,0278 [mg/L]2, R2=0,93 and provides substantial information for the accomplishment of the control and optimization of microalgal production inside bioreactors based only on light intensity information.As microalgas são fontes naturais de biomassa, ácidos graxos insaturados, carotenoides, xantofilas, vitaminas, proteínas, minerais e enzimas; compostos de grande importância comercial. Além disso, desde que biocombustíveis se tornaram um produto de grande interesse para a indústria, especialmente no setor de energia, a produção de microalgas passou a ser amplamente explorada por instituições científicas e organizações privadas. Além de ser um dos organismos de maior eficiência fotossintética, requer um espaço de cultivo muito reduzido quando produzido em biorreatores. Dessa forma, a otimização do processo de produção de microalgas em fotobiorreatores é de grande interesse econômico. Atualmente, a medição de valores de biomassa e concentração celular no interior dos reatores é um dos grandes limitadores para a otimização e controle do processo, afinal ocorre de forma não-automatizada por métodos de contagem celular e determinação de massa seca. Assim, o objetivo deste projeto foi a avaliação da viabilidade de utilização de redes neurais artificiais para a criação de um softsensor de inferência instantânea da biomassa no interior de um biorreator a partir de dados de intensidade de luz obtidos por sensores de luz verde, vermelha e azul conectados a um microcontrolador. O estudo foi feito a partir do cultivo da microalga Scenedesmus obliquus em meio de cultura BG-11 modificado num fotobiorreator do tipo Airlift de volume útil de 6L e iluminação proveniente de um painel de LED. O conteúdo presente neste trabalho apresentou redes neurais artificiais com EQM = 0,0278 [mg/L]2, R2=0,93 e provisiona informação substancial para a realização de estudos de controle e otimização da produção no interior de biorreatores a partir de dados imediatos de biomassa microalgal baseado apenas em informações de intensidade de luz.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CNPq - Processo n. 132727/2020-0CAPES - Processo n. 2017/23950-5porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCultivoInterpolaçãoOtimizaçãoCultivationInterpolationOptimizationAirliftScenedesmus obliquusENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAAvaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreatorEvaluation of the feasibility of using artificial neural networks for the development of a microalgae biomass softsensor in a photobioreactorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600e2d68a62-20dd-44a1-a955-70b9eb98a9ecreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdfDissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdfDissertação Guilherme Palmaapplication/pdf3263355https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/3/Dissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf72165a3d511d5eeab9d98c8475efd736MD53Carta Comprovante_Versao Final_MS-DR.pdfCarta Comprovante_Versao Final_MS-DR.pdfCarta Comprovanteapplication/pdf105044https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/4/Carta%20Comprovante_Versao%20Final_MS-DR.pdf0bc1dc6985f0cc970201589331f891caMD54CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/5/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD55TEXTDissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.txtDissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.txtExtracted texttext/plain126784https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/6/Dissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.txt4dcaad55264900c301cf3760d4992097MD56Carta Comprovante_Versao Final_MS-DR.pdf.txtCarta Comprovante_Versao Final_MS-DR.pdf.txtExtracted texttext/plain1478https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/8/Carta%20Comprovante_Versao%20Final_MS-DR.pdf.txt001e13e16649987e5d975fe9682b1c30MD58THUMBNAILDissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.jpgDissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6233https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/7/Dissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.jpgb8d04598ba1a2f0bfe23d79cbb6fe2f9MD57Carta Comprovante_Versao Final_MS-DR.pdf.jpgCarta Comprovante_Versao Final_MS-DR.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg11805https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/9/Carta%20Comprovante_Versao%20Final_MS-DR.pdf.jpg31aaa42c0322329e5de12ca417b3f838MD59ufscar/158952023-09-18 18:32:18.721oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15895Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:18Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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