Modelagem e estimação de parâmetros do processo de produção de etanol em reator batelada por Saccharomyces cerevisiae

Resumo

No presente trabalho foi realizado o estudo cinético da fermentação em batelada com o objetivo de descrever a produção de etanol utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae. A fermentação alcoólica foi realizada em biorreator sob agitação de 175 rpm, condição de temperatura igual a 32ºC e pH igual a 3,0. Com o intuito de descrever o comportamento do crescimento microbiano, da formação de produto e do consumo de substratos foram propostos três modelos matemáticos: um modelo clássico baseado nos balanços de massa para o reator batelada; um modelo baseado na cinética microbiana ponderada pela concentração máxima de microrganismo; e, por último, um modelo proposto na tentativa de prever o comportamento de decaimento celular observado experimentalmente. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o modelo clássico proposto com base na cinética de Monod. Todos os modelos foram implementados em FORTRAN e resolvidos aplicando a sub-rotina DASSL, por fim, o programa ESTIMA foi utilizado para realizar a estimação dos parâmetros cinéticos de cada modelo, a função objetivo adotada foi a de mínimos quadrados.  Os valores estimados dos parâmetros obtidos para o modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foram estatisticamente significativos e fisicamente realistas e descreveram com boa precisão os dados experimentais: µ_máx = 0,1155 h^-1; K₁ = 0,8984 h^-1; K = 0,4738 h^-1; Y_X/S = 0,0242; Y_X/P = 0,0451 e K_S = 24,3852 g.L^-1.