Estimativa de parâmetros de modelos não-lineares usando o EMSO, um programa de código aberto para modelagem, simulação, controle e otimização de processos

• Rodrigues Pinheiro, Thaís ^[1] ; Marina Pinotti, Laura ^[1] ; Cordeiro Mancini, Maurício ^[2] ; Barroso Soares, Vinícius ^[1]
  1. [1] Universidade Federal do Espírito Santo-UFES
  2. [2] Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro–UFRRJ
• Localización: Latin American Journal of Energy Research - LAJER, ISSN-e 2358-2286, Vol. 11, Nº. 1, 2024, págs. 37-44
• Idioma: portugués
• Títulos paralelos:
  • Parameter estimation of non-linear models using EMSO, an open-source program for modelling, simulation, control and optimization processes
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• Resumen
  • English

    Simulators are useful tools for applications ranging from project validation, plant operability to increased production and cost reduction. These characteristics, and others, have increased industrial interest in software for modeling, simulation, control, and optimization of processes. However, there is still great dissatisfaction among users, mainly regarding use/learning and high cost. In the present work, non-linear parameter estimation routines were developed on the EMSO (Environment for Modelling, Simulation and Optimization) platform, a free and open-source program, aiming at the simulation and discrimination of the most suitable models for describing the kinetics of cell growth of the yeast Saccharomyces cerevisiae in a batch bioreactor for alcohol production. The experimental data used in this work were adopted from works available in the literature. The kinetic models of Monod, Moser, Contois and Andrews were evaluated. The criteria used to discriminate the models were the mean absolute deviation, the mean absolute percentage error and the square of the correlation coefficient between predicted and observed values. Based on the results obtained, it was possible to conclude that the Contois model presented the best results with an absolute mean deviation of 4.1683 g/L and 0.2451 g/L for the substrate and cell growth curve, respectively, and an error average absolute percentage of 9.82% and 17.67% for the substrate and cell growth curve, respectively. Furthermore, it presented correlation coefficient values above 0.98 for both curves.

  • português

    Simuladores são ferramentas valiosas para aplicações que vão desde a validação de projetos, operabilidade de plantas, até aumento de produção e redução de custos. Essas características, e outras, fizeram crescer o interesse industrial por softwares para modelagem, simulação, controle e otimização de processos. Todavia, ainda existe uma grande insatisfação dos usuários, principalmente com relação ao uso/aprendizado e custo elevado. No presente trabalho, rotinas de estimativa não-linear de parâmetros foram desenvolvidas na plataforma EMSO (Environment for Modelling, Simulation and Optimization), um programa livre e de código aberto, visando a simulação e a discriminação dos modelos mais adequados à descrição da cinética de crescimento celular da levedura Saccharomyces cerevisiae em biorreator batelada para a produção de álcool. Os dados experimentais aqui utilizados foram adotados de trabalhos disponíveis na literatura. Os modelos cinéticos de Monod, Moser, Contois e Andrews foram avaliados. Os critérios usados para a discriminação dos modelos foram o desvio médio absoluto, o erro percentual absoluto médio e o quadrado do coeficiente de correlação entre valores preditos e observados. Com base nos resultados obtidos, foi possível concluir que o modelo de Contois apresentou os melhores resultados com desvio médio absoluto de 4,1683 g/L e 0,2451 g/L para a curva de substrato e de crescimento celular, respectivamente e ainda erro percentual absoluto médio de 9,82% e 17,67% para a curva de substrato e de crescimento celular, respectivamente. Além disso, apresentou valores de coeficiente de correlação acima de 0,98 para ambas as curvas.