Otimização simultânea de processos dinâmicos: aplicação a biorreatores em operação descontínua alimentada.

• Ano de defesa: 2001
• Autor(a) principal: Martinez Riascos, Carlos Arturo
• 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: Nonlinear programming; Programação não linear
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-15092025-104429/

A procura por maior produtividade nos processos produtivos tem levado a uma crescente utilização das ferramentas computacionais de modelagem matemática e otimização. No entanto, a operação descontínua alimentada (fed-batch) dos processos dinâmicos é normalmente executada de forma pouco sistemática. Porém, sabe-se que o controle ótimo possibilita importantes benefícios econômicos, sendo este um importante e desafiador campo de pesquisa com relevância prática. Por diversas razões a modelagem de processos biotecnológicos tem sido objeto de pesquisa e os resultados têm atingido melhoramentos nas condições e nas estratégias de operação. No entanto, as características inerentes destes sistemas impossibilitam a aplicação de algoritmos de otimização convencionais, fazendo necessário o desenvolvimento de estratégias e métodos especializados. Os métodos empregados para a análise destes problemas de otimização de processos dinâmicos são: o método de programação dinâmica, que é inviável para muitos problemas com relevância prática; os métodos indiretos, que funcionam muito bem para problemas de otimização dinâmica sem restrições mas têm deficiências no tratamento de inequações; e os métodos diretos, que empregam a discretização das variáveis e podem ser seqüenciais ou simultâneos dependendo da interrelação entre os cálculos de integração e otimização. Visa-se desenvolver estratégias de programação matemática para a otimização simultânea de processos biotecnológicos dinâmicos ecomparar o seu desempenho com o de outras metodologias. Inicialmente é analisado um problema simples: a biossíntese de penicilina a partir de glicose (Cuthrell e Biegler, 1989). ) Posteriormente, a metodologia é aplicada a um processo modelado por um sistema de equações diferenciais mais complexo e com múltiplas variáveis de controle: a produção de PHB e copolímeros por via fermentativa, descrito por um modelo cibernético estruturado e otimizado mediante uma estratégia seqüencial (Piccoli, 2000). Observa-se que a discretização dos sistemas de equações algébrico-diferenciais (DAE) por colocação ortogonal global e em elementos finitos transforma eficientemente os problemas de otimização dinâmicos em problemas de programação não-linear (NLP) e com a implementação do controle do erro por restrição direta obtém-se uma aproximação satisfatória. Na otimização do processo de produção de PHB e copolímeros, mostra-se que esta metodologia permite a resolução simultânea de problemas dinâmicos complexos com múltiplas variáveis de controle, os quais são insolúveis pela estratégia seqüencial.