Development and evaluating the performance of predictive and adaptative controllers applied to an extractive fermentative process

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Laercio EnderTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo:0 objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar diferentes algoritmos de controle para o processo extrativo de fermentação alcoólica contínua. Para isto foram comparados controladores do tipo preditivo e adaptativo. Para o controle preditivo, foi avaliado o Controle por Matriz Dinâmica (DMC) e foi desenvolvido um algoritmo de controle preditivo baseado em modelo usando redes neurais artificiais (MPC Neural) com aprendizagem em tempo real das redes. Para o controle adaptativo, foi proposto o aperfeiçoamento do algoritmo de controle CONDEG (Controle Neural Direto Baseado no Erro Global) Modificado, desenvolvido por Duarte (2004), O algoritmo está baseado em redes neurais artificiais, com aprendizagem em tempo real, de acordo com as alterações que ocorrem no processo. Os parâmetros de penalização das ações de controle, que são parâmetros de projeto do controlador, foram ajustados ao longo do tempo através da aplicação de um algoritmo do Filtro de Kalman. Para o procedimento de investigação foi utilizada a simulação computacional para o qual todos os algoritmos de controle estudados foram implementados em linguagem de programação Fortran 90 e aplicados a um processo extrativo de fermentação alcoólica contínua para produção de etanol desenvolvido por Silva (1999). O modelo matemático utilizado foi desenvolvido por Costa et al(2001). As simulações em malha fechada realizadas utilizando os algoritmos propostos mostraram melhores resultados para os algoritmos de controle usando redes com aprendizagem ao longo do tempo e que o algoritmo de controle CONDEG Modificado usando filtro de Kalman com fator de velocidade associado foi eficiente e robusto, pois apresentou bons resultados em problemas dos tipos servos e regulador.Abstract: The objective of the present work is to develop and to evaluate the performance of predictive and adaptive controllers, applied to an extractive fermentative process. As predictive controllers the Dynamical Matrix Control (DMC) and a model predictive control based on artificial neural networks with on-line learning were considered. The adaptive controller is an improvement of the Modified Condeg strategy control (Direct Neural Control based on Global Error), developed by Duarte (2004). The strategy is based on artificial neural networks, with on-line learning, according to modifications that occur in the process. The control actions penalization parameters, that are in fact controller design parameters, are on-line adjusted through an algorithm based on Kalman filter. The performance evaluation was carried out through computer simulation with all algorithms implemented in Fortran 90,.As a case study, an extractive fermentation alcoholic process developed by Silva (1999) was taken into account with the mathematical model developed by Costa et. al (2001). The results obtained from closed-loop simulations using the proposed algorithms showed better results for the neural networks with on-line learning. The Modified Condeg wsth Kalman Filter plus velocity factor is efficient and robust for servo and regulatory applications.DoutoradoDesenvolvimento de Processos QuímicosDoutor em Engenharia Químic

Avaliação de parâmetros de destilação extrativa por simulação numérica

A destilação consiste na separação de misturas de substâncias voláteis miscíveis nos seus componentes individuais ou em grupos de componentes, exceto para misturas azeotrópicas ou misturas cuja curva de equilíbrio se situa próximo da diagonal, em um diagrama de equilíbrio líquido-vapor. Para estas misturas, os custos do projeto da coluna são elevados e é quase impossível obter componentes puros por meio da destilação convencional. Por isso, são empregados os processos de destilação extrativa ou destilação azeotrópica cujo objetivo é o de modificar as volatilidades relativas da mistura original mediante a adição de um componente estranho à mistura. O objetivo deste trabalho é de avaliar a influência da razão de refluxo (RR), a relação solvente/alimentação (S/F) e a eficiência de transferência de massa sobre a pureza do componente mais volátil no topo de uma coluna (XD) de destilação extrativa. Para a execução deste trabalho, foi utilizado um simulador comercial (PRO II) usado nas indústrias petroquímicas para avaliar processos químicos reais, baseado nas técnicas de simulação numérica. Empregou-se a mistura etanol/água, avaliando-se o etileno glicol, o trietileno glicol, o tetraetileno glicol, a morfolina e a glicerina como solventes alternativos para a obtenção de álcool anidro. Registrou-se similaridade no comportamento do etileno glicol quando comparado com o trietileno glicol e o tetraetileno glicol quanto à capacidade de recuperação do etanol no topo da coluna. Para estes solventes existe uma faixa da RR e S/F que permite a obtenção de alta pureza do etanol no destilado. A morfolina se mostrou pouco habilitada para a separação da mistura proposta, pois os valores da pureza do destilado são dificilmente alcançados. Para a glicerina, constata-se que grandes concentrações do etanol no topo da coluna são possíveis mediante baixa razão de refluxo e valores reduzidos da relação S/F, ocasionada pelas características físicas desse componente. Pode-se concluir que cada solvente modifica diferentemente o ponto de azeotropia e proporciona a capacidade de separação dependente da razão de refluxo e da relação dos fluxos de alimentação utilizados nesse processo. Palavras-Chave: Solventes. Processos de separação. Azeotropia

Sistema para classificação de méis baseado em redes neurais

A classificação do mel está relacionada com a origem da matéria prima utilizada pelas abelhas na sua elaboração. O objetivo deste trabalho foi programar um sistema que utiliza redes neurais artificiais (RNA) para classificação do tipo de mel, utilizando como entrada da rede o pH e % de açúcar redutor. RNA é um modelo matemático que pode ser facilmente traduzida para uma linguagem comum de programação e bastante aplicado em diversas áreas. O tipo de rede neural utilizada foi Multilayer Perceptron com algoritmo de aprendizagem do tipo Backpropagation. Para o modelo neural foram testadas diferentes arquiteturas de redes sendo escolhida a com quatro neurônios na camada intermediária. Para o treinamento e teste das redes avaliadas foram utilizadas 25 amostras de méis. O sistema desenvolvido mostrou-se eficiente na classificação dos méis, utilizando apenas dois parâmetros físico-químicos, diminuindo os custos e tempo para classificação, além de possuir uma interface amigável

Sistema para Classificação de Méis Baseado em Redes Neurais

A classificação do mel está relacionada com a origem da matéria prima utilizada pelas abelhas na sua elaboração. O objetivo deste trabalho foi programar um sistema que utiliza redes neurais artificiais (RNA) para classificação do tipo de mel, utilizando como entrada da rede o pH e % de açúcar redutor. RNA é um modelo matemático que pode ser facilmente traduzida para uma linguagem comum de programação e bastante aplicado em diversas áreas. O tipo de rede neural utilizada foi Multilayer Perceptron com algoritmo de aprendizagem do tipo Backpropagation. Para o modelo neural foram testadas diferentes arquiteturas de redes sendo escolhida a com quatro neurônios na camada intermediária. Para o treinamento e teste das redes avaliadas foram utilizadas 25 amostras de méis. O sistema desenvolvido mostrou-se eficiente na classificação dos méis, utilizando apenas dois parâmetros físico-químicos, diminuindo os custos e tempo para classificação, além de possuir uma interface amigável

Redes neurais artificiais aplicadas para o estudo da produção de ácido succínico via processo fermentativo

O ácido succínico, metabólito comum de microrganismos, utilizado no mercado alimentício é produzido exclusivamente por via fermentativa e grande atenção tem sido dada para o uso de matérias-primas renováveis para esse fim. Este trabalho teve como objetivo determinar as variáveis que influenciam na produção de ácido succínico por via fermentativa utilizando a cepa Actinobacillus succinogenes (CIP 106512) por meio de um planejamento fatorial fracionário e testar diferentes arquiteturas de redes neurais artificiais para modelar esse processo. As redes neurais artificiais (RNAs) utilizadas possuem três camadas e foram do tipo Multilayer Perceptron (MLP), com o algoritmo de aprendizagem Backpropagation. Utilizaram-se 13 e 6 dados experimentais para a aprendizagem e teste das redes, respectivamente. Variaram-se os números de neurônios da camada intermediária, a taxa de aprendizagem e as funções de ativação. Após a avaliação das arquiteturas, verificou-se que a função de ativação sigmoidal apresentou um melhor desempenho comparada à tangente hiperbólica e que o número de neurônios e taxa de aprendizagem influenciam diretamente no erro. O modelo neural que apresentou o menor erro quadrático foi a rede com a função sigmoidal, taxa de aprendizagem 0,1 e 5 neurônios na camada intermediária. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível determinar as variáveis que mais influenciam na produção do ácido succínico e a construção do modelo neural para o processo. Palavras-chave: Biotecnologia. Inteligência artificial. Modelagem. Otimização

Desenvolvimento de um sistema para classificação do mel em floral e melato por parâmetros físico químicos combinados com redes neurais artificiais

A classificação do mel depende da matéria prima utilizada, sendo importante na valorização e identificação do produto. A caracterização pode ser obtida pela análise de parâmetros físico-químicos. Neste trabalho foram diferenciadas 25 amostras de mel floral e melato, por meio do método de Kirkwood. Foi desenvolvido um modelo neural com redes do tipo multilayer percentron, algoritmo de aprendizagem backpropagation e um sistema de fácil operação para utilização pelos apicultores. Dessa forma, foi possível verificar a eficiência das redes em classificar o mel com precisão de 100%, utilizando parâmetros de pH e açúcar redutor que são determinados de forma simples, barata e rápida. Palavras-chave: Inteligência artificial. Modelagem. Caracterização. Mel de melato.

ATIVIDADE INTEGRALIZADORA: O ENSINO DE ENGENHARIA SOB UMA NOVA PERSPECTIVA

Ao se observar as barreiras encontradas por acadêmicos de períodos distintos durante a graduação em Engenharia Química da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Campus Ponta Grossa (UTFPR – PG), constatou-se que as principais dificuldades envolviam o correlacionamento das matérias básicas da área de Engenharia e o reconhecimento acerca da importância do aprendizado envolvido nessas disciplinas. Inserido na função de auxiliar na formação interdisciplinar do acadêmico a fim de buscar soluções para as problemáticas em questão, o Programa de Educação Tutorial do curso de Engenharia Química (PET EQ) da UTFPR – PG, caracterizado por ações implementadas junto às graduações das Instituições de Ensino Superior, desenvolveu a Atividade Integralizadora. A atividade buscou facilitar o processo de aprendizagem do acadêmico e permitir a ele a visualização das áreas de atuação do profissional Engenheiro. A realização de uma abordagem lúdica e dinâmica instigou os acadêmicos a provar o conhecimento adquirido nas salas de aula e provocou abertura a novos conceitos de ensino.AbstractBy observing the barriers faced by academics from different periods during graduation in Chemical Engineering from the Federal Technological University of Paraná - Campus Ponta Grossa (UTFPR - PG), it was found that the main difficulties involved correlating the core subject area of Engineering and recognition of the importance of learning involved in these disciplines . Inserted in the auxiliary function in interdisciplinary academic and seek solutions to the problem in question, the Tutorial Education Program of the course of Chemical Engineering (PET EQ) from UTFPR - PG, actions implemented with the graduations of Institutions of Higher Education, developed the Integrated Activity. The activity aimed to facilitate the learning process of academic and allow him to visualize the areas of the professional Engineer. Conducting a playful and dynamic approach urged academics to prove the knowledge acquired in the classroom and caused the opening to new concepts of teaching

Trajetórias da Educomunicação nas Políticas Públicas e a Formação de seus Profissionais

Esta obra é composta com os trabalhos apresentados no primeiro subtema, TRAJETÓRIA – Educação para a Comunicação como Política pública, nas perspectivas da Educomunicação e da Mídia-Educação, do II Congresso Internacional de Comunicação e Educação. Os artigos pretendem propiciar trocas de informações e produzir reflexões com os leitores sobre os caminhos percorridos, e ainda a percorrer, tendo como meta a expansão e a legitimação das práticas educomunicativas e/ou mídia-educativas como política pública para o atendimento à formação de crianças, adolescentes, jovens e adultos, no Brasil e no mundo

Educomunicação e suas áreas de intervenção: Novos paradigmas para o diálogo intercultural

oai:omp.abpeducom.org.br:publicationFormat/1O material aqui divulgado representa, em essência, a contribuição do VII Encontro Brasileiro de Educomunicação ao V Global MIL Week, da UNESCO, ocorrido na ECA/USP, entre 3 e 5 de novembro de 2016. Estamos diante de um conjunto de 104 papers executivos, com uma média de entre 7 e 10 páginas, cada um. Com este rico e abundante material, chegamos ao sétimo e-book publicado pela ABPEducom, em seus seis primeiros anos de existência. A especificidade desta obra é a de trazer as “Áreas de Intervenção” do campo da Educomunicação, colocando-as a serviço de uma meta essencial ao agir educomunicativo: o diálogo intercultural, trabalhado na linha do tema geral do evento internacional: Media and Information Literacy: New Paradigms for Intercultural Dialogue