Modelagem em digestão anaeróbia e em bioprocessos a partir do princípio da entropia máxima.

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Silveira, Antonio Gabriel L. C. Xavier da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Anaerobic digestion; Biogas; Biogás; Bioprocesses; Bioprocessos; Digestão anaeróbia; Modelagem; Modelling; Princípio da entropia máxima; Principle of maximum entropy
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3147/tde-31012025-090953/

A Digestão Anaeróbia é um processo carente de modelos simples e robustos para descrevê-la. Falta conhecimento fenomenológico quanto às cinéticas das reações microbianas envolvidas, e os modelos que as descrevem são em sua maior parte empíricos e possuem abordagens determinísticas. De forma a criar um paradigma, neste trabalho foram desenvolvidos três novos modelos para a cinética de bioprocessos com base no Princípio da Entropia Máxima (PEM): o Mon-EGK, que representa a taxa de crescimento microbiano específico mesmo processo descrito pelo modelo de Monod e o Exp-EUK e o Mos-EUK, que representam a taxa de consumo de substrato limitante, a partir de diferentes premissas. Dos três modelos emerge o parâmetro de entropia, um número adimensional capaz de contemplar as incertezas que se têm acerca do sistema modelado: quanto maior seu valor, mais as taxas cinéticas modeladas se afastam da considerada a priori e se aproximam da máxima. Os modelos Exp-EUK e Mos-EUK puderam representar com alta correlação dados sintéticos gerados por uma cinética do Monod, mesmo apresentando dinâmicas fundamentalmente diferentes, indicando seu potencial de englobar aspectos adicionais de bioprocessos. Estes mesmos dois modelos tiveram seus parâmetros identificados e foram validados com dados de 19 séries experimentais, provenientes de 4 trabalhos distintos. Em 14 destas sérias, o desempenho do ajuste foi razoável ou ótimo (R² > 0,95) e o teste de randomicidade atestou o sinal randômico dos resíduos; nas 5 séries restantes, o ajuste foi pior provavelmente devido à ocorrência simultânea de diferentes etapas da Digestão Anaeróbia ou a processos inibitórios. O grande número de parâmetros dos modelos a serem identificados (quatro) não impactou na qualidade do ajuste. Ambos atenderam aos critérios de simplicidade e causalidade, e, mesmo não tendo sido realizada uma validação cruzada, há indícios da capacidade preditiva de Exp-EUK.