Determinação do Perfil Ótimo de Alimentação de Substrato no Processo de Fermentação Alcoólica - Influência da Condição Inicial

Abstract

A otimização dinâmica do processo de fermentação batelada alimentada, através do controle da vazão de alimentação de substrato, caracteriza um problema de controle singular de difícil solução devido à flutuação do índice diferencial e da ativação das restrições. Nesse caso, a estratégia ótima de alimentação é obtida através da aplicação do Princípio de Pontryagin e de procedimentos de redução de índices superiores para a determinação da Função Identificadora de Fases. Dessa forma, o problema original é transformado em um problema de identificação dos instantes em que as fases ocorrem e da estratégia de controle em cada fase. No presente trabalho é avaliado o efeito da concentração inicial de substrato dentro do fermentador sobre os perfis ótimos de alimentação. Os resultados mostram diferentes estratégias de alimentação de substrato em função da concentração inicial de substrato no meio fermentativo, configurando assim novas possibilidades para a otimização do processo em escala industrial.

- Abstract: The dynamic optimization of fermentation processes, through the control of the substrate feed rate, characterizes a singular control problem of difficult solution due to differential index fluctuation and constraints activation. In this case, the optimal feed strategy is obtained through the application of the Pontryagin' Principle and of the procedures for reduction of superior indexes through the Phases Identification Function. In this way, the original problem is transformed in a similar problem for events identification and for control strategy. The effect of substrate initial concentration in optimal profiles is evaluated. The results show that it is possible to obtain different strategies of substrate feed rate, configuring new alternatives for the use in industrial context.