Modelagem matemática da biodigestão anaeróbica em um biodigestor indiano, análise de estabilidade assintótica e otimização de variáveis de controle através da heurística VNS

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Tanaka, Gustavo Chaves [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Biodigestão; Biodigestor indiano; Biogás; Estabilidade assintótica; Teoria de Lyapunov; Otimização de Variáveis de Controle; Heurística VNS; Biodigestion; Indian biodigester; Asymptotic stability; Lyapunov theory; Control Variable Optimization; VNS heuristic
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/311007; https://lattes.cnpq.br/7847858254045955

Atualmente, a pesquisa sobre fontes de energia limpa e renovável tem se destacado na busca por alternativas que auxiliem no atendimento da demanda crescente de energia, bem como à preservação ambiental, principalmente para a diminuição dos impactos ambientais causados por fontes de energia que exploram combustíveis fósseis. A geração de energia que utiliza resíduos sólidos, através do processo de biodigestão da matéria orgânica e produção do biogás, apresenta-se como uma dessas alternativas. Inserem-se nesse contexto, os biodigestores indianos, que são estruturas projetadas para facilitar a conversão de resíduos orgânicos em biogás e biofertilizantes através da ação de um consórcio microbiológico. No bioprocesso, a biodigestão anaeróbia desempenha um papel fundamental, não apenas proporcionando uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, mas também contribuindo significativamente para a minimização do impacto ambiental. Este trabalho apresenta uma investigação sobre a modelagem matemática da biodigestão anaeróbica em um biodigestor indiano, explorando metodologias qualitativa e quantitativa, que incluem uma análise de estabilidade assintótica e a otimização de variáveis de controle. A modelagem é fundamentada em um sistema de equações diferenciais ordinárias, que captura dinamicamente o processo de biodigestão anaeróbica e, a partir desta propõe-se um modelo de otimização que maximiza a produtividade de biogás. Para a análise qualitativa, utiliza-se a teoria de Lyapunov, que possibilita a determinação da estabilidade assintótica dos pontos de equilíbrio do sistema e a análise da não negatividade na vizinhança desses pontos. Para a análise quantitativa e validação dos modelos, os resultados numéricos obtidos para a determinação dos pontos críticos, através do software Restudio e para a otimização da produtividade do biogás, através da heurística VNS, mostram a viabilidade destes. O software e a heurística utilizadas caracterizam-se como ferramentas eficientes para identificar soluções de equilíbrio e otimizadas no processo de biodigestão. Assim, as análises performadas confirmam a eficiência da modelagem matemática proposta e dos resultados numéricos obtidos, enquanto a pesquisa realizada contribui para a produção de uma fonte de energia renovável, que se baseia em biodigestores indianos e na produção de biogás.