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.
id SCAR_4438545e3dba0093c2c8dd1a9f4dd03a
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15895
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str 4322
spelling Palma, Guilherme MeneghettiHorta, Antonio Carlos Lupernihttp://lattes.cnpq.br/5923938048634505http://lattes.cnpq.br/5582496658768821c773a797-0897-4bbd-b8df-be236a7475772022-04-21T14:01:05Z2022-04-21T14:01:05Z2022-02-21PALMA, Guilherme Meneghetti. Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15895.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15895Microalgae 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.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
dc.title.por.fl_str_mv Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Evaluation of the feasibility of using artificial neural networks for the development of a microalgae biomass softsensor in a photobioreactor
title Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
spellingShingle Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
Palma, Guilherme Meneghetti
Cultivo
Interpolação
Otimização
Cultivation
Interpolation
Optimization
Airlift
Scenedesmus obliquus
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
title_short Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
title_full Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
title_fullStr Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
title_full_unstemmed Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
title_sort Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator
author Palma, Guilherme Meneghetti
author_facet Palma, Guilherme Meneghetti
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5582496658768821
dc.contributor.author.fl_str_mv Palma, Guilherme Meneghetti
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Horta, Antonio Carlos Luperni
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5923938048634505
dc.contributor.authorID.fl_str_mv c773a797-0897-4bbd-b8df-be236a747577
contributor_str_mv Horta, Antonio Carlos Luperni
dc.subject.por.fl_str_mv Cultivo
Interpolação
Otimização
topic Cultivo
Interpolação
Otimização
Cultivation
Interpolation
Optimization
Airlift
Scenedesmus obliquus
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Cultivation
Interpolation
Optimization
Airlift
Scenedesmus obliquus
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
description 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.
publishDate 2022
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2022-04-21T14:01:05Z
dc.date.available.fl_str_mv 2022-04-21T14:01:05Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2022-02-21
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv PALMA, Guilherme Meneghetti. Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15895.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15895
identifier_str_mv PALMA, Guilherme Meneghetti. Avaliação da viabilidade do uso de redes neurais artificiais para o desenvolvimento de um softsensor de biomassa de microalgas em fotobiorreator. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15895.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15895
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.confidence.fl_str_mv 600
600
dc.relation.authority.fl_str_mv e2d68a62-20dd-44a1-a955-70b9eb98a9ec
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/3/Dissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/4/Carta%20Comprovante_Versao%20Final_MS-DR.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/5/license_rdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/6/Dissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.txt
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/8/Carta%20Comprovante_Versao%20Final_MS-DR.pdf.txt
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/7/Dissertacao_Guilherme_FolhaAprovacao.pdf.jpg
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15895/9/Carta%20Comprovante_Versao%20Final_MS-DR.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 72165a3d511d5eeab9d98c8475efd736
0bc1dc6985f0cc970201589331f891ca
e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34
4dcaad55264900c301cf3760d4992097
001e13e16649987e5d975fe9682b1c30
b8d04598ba1a2f0bfe23d79cbb6fe2f9
31aaa42c0322329e5de12ca417b3f838
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1813715645755293696