INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DE BIOPROCESSOS

Condições adequadas para o biocatalisador atuar 1. Aspectos Gerais Desenvolvimento eficiente de um bioprocesso Condições adequadas para o biocatalisador atuar Objetivos da indústria: Fazer o processo funcionar com eficiência Obter produto de alta qualidade Diminuir custo Diminuir tempo Aumentar produção

Aumentar produtividade Diminuir tempo Aumentar produção Aumentar produtividade Para se alcançar tais objetivos é preciso empregar técnicas avançadas de controle e otimização de processo Fundamental no mercado competitivo

Para estabelecer as condições adequadas é preciso: MEDIR ANALISAR DADOS CONTROLAR MEDIR ANALISAR DADOS CONTROLAR SISTEMA

Para os três casos empregam-se: Instrumentos Dispositivos Equipamentos Eletricidade Ótica Mecânica Eletrônica Matemática Química Física Bioquímica Biologia

Qual a principal diferença entre Medir e Analisar Dados e Controlar? Obter valores Alterar ou manter valores Muda o sistema Não muda o sistema Não muda o sistema (Não deve mudar o sistema!)

Medir o que? Oxigênio dissolvido (O.D.) pH Conc. de substrato Conc. de produto Conc. de células Temperatura CO2 “Respostas” do biocatalisador

Vazão de gases e líquidos Pressão Potência de agitação Temperatura Espuma Massa Volume Vazão de gases e líquidos Pressão Potência de agitação Velocidade de agitação Variáveis ou respostas do sistema

Instrumento ou sistema de instrumentação Possui três elementos básicos Detector Dispositivo de transferência intermediário (transdutor) Dispositivo de saída Dispositivo de saída Dispositivo intermediário Detector

Aplicações industriais Indústrias químicas Indústrias do petróleo Indústrias de papel e celulose Indústrias de Bioprocessos

Equipamentos básicos de medida de um fermentador padrão Equipamentos básicos de medida de um fermentador padrão. F vazão, FO espuma, P pressão, RPM velocidade de agitação (rotações por minuto), T temperatura, M motor

Bioprocesso Qualquer processo que utiliza células vivas ou seus componentes para realizar mudanças químicas ou físicas desejadas. É “governado” por multifatores, necessitando de um tratamento multidisciplinar É realizado em biorreatores, de forma a permitir a obtenção de grandes quantidades do produto de interesse e sem interrupções

Grandes quantidades  escala industrial Para isso é necessário realizar o processo de forma CONTROLADA Para controlar é necessário  MEDIR Para medir é necessário  INSTRUMENTO

Medida e monitoramento Formas de se medir variáveis de bioprocessos: in situ in situ com desvio (by-pass) ex situ externo (off-line) Formas de se monitorar um bioprocesso: Contínua (on line) (registro contínuo ou descontínuo) Descontínua (off line) (com registro descontínuo)

Conceitos e definições Erro: diferença entre valor verdadeiro e valor medido Os erros podem ser: Acidentais – Devido a causas irregulares, que se apresentam em grande número e são de natureza complexa. Tem efeito negligenciável no valor da média aritmética de um conjunto de medições.

Sistemáticos - influenciam no registro da medida. Estão geralmente no mesmo sentido. São da mesma ordem de grandeza. Causas: erros do instrumento de medição e erros do operador. Condição ideal de uma boa instrumentação: todos os erros reduzidos aos do tipo casual (acidental).

Retardamento: Intervalo de tempo entre o instante em que o sinal é gerado e o instante em que o instrumento indica, registra ou aciona um controle. Dependendo da duração do retardamento, pode não haver tempo para a(s) mudança(s) necessária(s), ocorrendo perda do processo. Tempo morto: É o tempo durante o qual um novo sinal ou uma variação de um sinal não podem ser detectados. Crítico em operações dinâmicas. O tempo morto de um instrumento não deve exceder a 10% do retardamento envolvido na medição total.

Faixa de medição: Valores inicial e final de medida do instrumento (por exemplo, 20 a 150 oC). Largura da faixa: é a diferença entre os valores da faixa de medição (no exemplo anterior, 130 oC). As condições de operação do processo devem ser bem conhecidas para se possa dimensionar adequadamente o instrumento, em relação à faixa de medição. Isso evita o emprego de um instrumento impróprio ou, por outro lado, de capacidade muito acima da necessária.

Calibração: Forma de garantir que os instrumentos tenham a precisão e a faixa de operação exigidas para manter sistemas em condições economica-mente controladas. Instrumento não calibrado não é confiável. Impossibilidade de calibração: DEFEITO !! Tipos de padrão Primário: unidade de valor absoluto, garantida pelo INMETRO como estando dentro das especificações. Secundário: obtido por comparação com o padrão primário ou correspondem a um equipamento que gera o padrão para calibrar outros instrumentos.