Análise de controlador multivariável aplicado a fotobiorreatores de microalgas

Abstract

No presente teórico trabalho analisou-se o controle multivariável da taxa de diluição (D) e intensidade luminosa (I) em fotobiorreatores de microalgas. Através de simulações feitas com modelos matemáticos que descrevem o comportamento da taxa de crescimento das microalgas em diferentes condições de luz e concentração de substrato, verificou-se a o impacto dessas variáveis sobre a produtividade e tento de assentamento. Foram parametrizados controladores multivariáveis, PI multi SISO e controladores preditivos baseados em modelo (MPC), junto com controladores mono variáveis. Verificou-se que a utilização de controladores multivariáveis permitem atingir o estado estacionário estabelecido mais rapidamente. Com o uso de controladores o estado estacionário pôde ser atingido até 6 dias antes do sistema em malha aberta. Através dos modelos verificou-se que o controle da intensidade luminosa é pertinente quando a cultura de microalgas está diluída, com concentrações abaixo de 106 células/mL. O controlador MPC é capaz de melhor manipular a intensidade luminosa em comparação ao controlador PI, podendo evitar a foto inibição e chegando ao estado estacionário cerca de 1 dia mais rapidamente. No entanto, em condições iniciais mais concentradas é necessário apenas que a intensidade luminosa seja mantida no máximo para atingir o estado estacionário em menos tempo. Verificou-se, também, que atingir o estado estacionário em um tempo menor não garante uma produtividade maior durante o estado transiente. Assim, a estratégia de controle dependerá do objetivo do cultivo. Recomenda-se experimentos para validação dos modelos utilizados e da estratégia de controle analisada. Recomenda-se, também, o uso de controladores MPC por serem mais robustos e com melhor controle quando a foto inibição deve ser considerada. O uso de controladores MPC lineares mostrou um bom resultado, apesar da não linearidade do sistema. No entanto a parametrização de controladores adaptativos ou não lineares tem o potencial de melhorar os resultados obtidos no presente trabalho.