Navegando por Autor "Pereira Filho, Renato Dutra"

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Estimating microalgae Synechococcus nidulans daily biomass concentration using neuro-fuzzy network
(2013) Furlong, Vitor Badiale; Pereira Filho, Renato Dutra; Margarites, Ana Cláudia Freitas; Goularte, Pâmela Guder; Costa, Jorge Alberto Vieira
In this study, a neuro-fuzzy estimator was developed for the estimation of biomass concentration of the microalgae Synechococcus nidulans from initial batch concentrations, aiming to predict daily productivity. Nine replica experiments were performed. The growth was monitored daily through the culture medium optic density and kept constant up to the end of the exponential phase. The network training followed a full 3³ factorial design, in which the factors were the number of days in the entry vector (3,5 and 7 days), number of clusters (10, 30 and 50 clusters) and internal weight softening parameter (Sigma) (0.30, 0.45 and 0.60). These factors were confronted with the sum of the quadratic error in the validations. The validations had 24 (A) and 18 (B) days of culture growth. The validations demonstrated that in long-term experiments (Validation A) the use of a few clusters and high Sigma is necessary. However, in short-term experiments (Validation B), Sigma did not influence the result. The optimum point occurred within 3 days in the entry vector, 10 clusters and 0.60 Sigma and the mean determination coefficient was 0.95. The neuro-fuzzy estimator proved a credible alternative to predict the microalgae growth.
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Monitoramento por microcontrolador do cultivo de spirulina em fotobiorreator raceway
(2014) Pereira Filho, Renato Dutra; Costa, Jorge Alberto Vieira
A oportunidade de produção de biomassa microalgal tem despertado interesse pelos diversos destinos que a mesma pode ter, seja na produção de bioenergia, como fonte de alimento ou servindo como produto da biofixação de dióxido de carbono. Em geral, a produção em larga escala de cianobactérias e microalgas é feita com acompanhamento através de análises físicoquímicas offline. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi monitorar a concentração celular em fotobiorreator raceway para produção de biomassa microalgal usando técnicas de aquisição digital de dados e controle de processos, pela aquisição de dados inline de iluminância, concentração de biomassa, temperatura e pH. Para tal fim foi necessário construir sensor baseado em software capaz de determinar a concentração de biomassa microalgal a partir de medidas ópticas de intensidade de radiação monocromática espalhada e desenvolver modelo matemático para a produção da biomassa microalgal no microcontrolador, utilizando algoritmo de computação natural no ajuste do modelo. Foi projetado, construído e testado durante cultivos de Spirulina sp. LEB 18, em escala piloto outdoor, um sistema autônomo de registro de informações advindas do cultivo. Foi testado um sensor de concentração de biomassa baseado na medição da radiação passante. Em uma segunda etapa foi concebido, construído e testado um sensor óptico de concentração de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 baseado na medição da intensidade da radiação que sofre espalhamento pela suspensão da cianobactéria, em experimento no laboratório, sob condições controladas de luminosidade, temperatura e fluxo de suspensão de biomassa. A partir das medidas de espalhamento da radiação luminosa, foi construído um sistema de inferência neurofuzzy, que serve como um sensor por software da concentração de biomassa em cultivo. Por fim, a partir das concentrações de biomassa de cultivo, ao longo do tempo, foi prospectado o uso da plataforma Arduino na modelagem empírica da cinética de crescimento, usando a Equação de Verhulst. As medidas realizadas no sensor óptico baseado na medida da intensidade da radiação monocromática passante através da suspensão, usado em condições outdoor, apresentaram baixa correlação entre a concentração de biomassa e a radiação, mesmo para concentrações abaixo de 0,6 g/L. Quando da investigação do espalhamento óptico pela suspensão do cultivo, para os ângulos de 45º e 90º a radiação monocromática em 530 nm apresentou um comportamento linear crescente com a concentração, apresentando coeficiente de determinação, nos dois casos, 0,95. Foi possível construir um sensor de concentração de biomassa baseado em software, usando as informações combinadas de intensidade de radiação espalhada nos ângulos de 45º e 135º com coeficiente de determinação de 0,99. É factível realizar simultaneamente a determinação inline de variáveis do processo de cultivo de Spirulina e a modelagem cinética empírica do crescimento do micro-organismo através da equação de Verhulst, em microcontrolador Arduino.