INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DE BIOPROCESSOS

2

1. Aspectos Gerais

Desenvolvimento eficiente de um bioprocesso

Condições adequadas para o biocatalisador atuar

Objetivos da indústria:Fazer o processo funcionar com eficiênciaObter produto de alta qualidadeDiminuir custoDiminuir tempoAumentar produção

3

Diminuir tempoAumentar produção

Aumentar produtividade

Para se alcançar tais objetivos é preciso empregar técnicas avançadas de controle e otimização de processo

Fundamental no mercado competitivo

4

Para estabelecer as condições adequadas é preciso:

MEDIR ANALISAR DADOS

CONTROLAR

MEDIR

ANALISAR DADOS

CONTROLAR

SISTEMA

5

Instrumentos

Dispositivos

EquipamentosEletricidade

Ótica

Mecânica

Eletrônica

Matemática

Química

Física

Bioquímica

Biologia

Para os três casos empregam-se:

6

Qual a principal diferença entre Medir e Analisar Dados e Controlar?

Obter valores Alterar ou manter valores

Não muda o sistema

Muda o sistema

(Não deve mudar o sistema!)

Não muda o sistema

7

Medir o que?

• Oxigênio dissolvido (O.D.)• pH• Conc. de substrato• Conc. de produto• Conc. de células• Temperatura• CO2

“Respostas” do biocatalisador

8

• Temperatura• Espuma• Massa• Volume• Vazão de gases e líquidos• Pressão• Potência de agitação• Velocidade de agitação

Variáveis ou respostas do sistema

?

9

Instrumento ou sistema de instrumentação

Possui três elementos básicos1. Detector2. Dispositivo de transferência intermediário

(transdutor)3. Dispositivo de saída

Dispositivo de saída

Dispositivo intermediário

Detector

10

Aplicações industriais

• Indústrias químicas

• Indústrias do petróleo

• Indústrias de Alimentos

• Indústrias de papel e celulose

• Indústrias de Bioprocessos

11

12

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

13

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 multidisciplinarÉ realizado em biorreatores, de forma a permitir a obtenção de grandes quantidades do produto de interesse e sem interrupções

14

Grandes quantidades escala industrial

Para isso é necessário realizar o processo de forma CONTROLADA

Para controlar é necessário MEDIR

Para medir é necessário INSTRUMENTO

15

Formas de se medir variáveis de bioprocessos:in situin situ com desvio (by-pass)ex situexterno (off-line)

Formas de se monitorar um bioprocesso:

-Contínua (on line) (registro contínuo ou descontínuo)

-Descontínua (off line) (com registro descontínuo)

Medida e monitoramento

16

Conceitos e definições

ErroErro: diferença entre valor verdadeiro e valor medido

Os erros podem serOs 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.

17

SistemáticosSistemáticos - - 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 instrumentaçãoCondição ideal de uma boa instrumentação: todos os : todos os erros reduzidos aos do tipo casual (acidental).erros reduzidos aos do tipo casual (acidental).

18

RetardamentoRetardamento: 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 mortoTempo 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.

19

Faixa de mediçãoFaixa de medição: Valores inicial e final de medida do instrumento (por exemplo, 20 a 150 oC).Largura da faixaLargura 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, o emprego de um instrumento de capacidade muito acima da necessária.

20

CalibraçãoCalibração: 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 padrãoPrimário: 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.

Propriedades gerais de um sensor

21

- Ótima exatidão de medida- Durabilidade- Facilidade de recalibração e recondicionamento- Sensibilidade- Seletividade- Resposta rápida- Estabilidade por longo período de trabalho- Operação contínua- Insensibilidade a interferentes e outros fatores

ambientais- Aceitabilidade pelo usuário- Segurança de uso

- Higiene- Esterilização- Assepsia- Material de construção- Inserção e remoção

22

Requisitos adicionais para sensores de bioprocessos