INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
DE BIOPROCESSOS
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
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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
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Para estabelecer as condições adequadas é preciso:
MEDIR
ANALISAR
DADOS
SISTEMA
CONTROLAR
MEDIR
ANALISAR
DADOS
CONTROLAR
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Para os três casos empregam-se:
Instrumentos
Dispositivos
Eletricidade
Equipamentos
Ótica
Matemática
Mecânica
Química
Eletrônica
Física
Bioquímica
Biologia
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Qual a principal diferença entre
Medir e Analisar Dados e Controlar?
Obter valores
Alterar ou manter valores
Mudamuda
o sistema
Não
o sistema
Não muda
o sistema
(Não deve mudar o sistema!)
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Instrumento de medida ou sistema de
instrumentação
Possui três elementos básicos
1. Detector
2. Dispositivo de transferência intermediário
(transdutor)
3. Dispositivo de saída
Detector
Dispositivo
intermediário
Dispositivo
de saída
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Aplicações industriais
• Indústrias químicas
• Indústrias do petróleo
• Indústrias de Alimentos
• Indústrias de papel e celulose
• Indústrias de Bioprocessos
• Etc...
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Medir o que?
•
•
•
•
•
•
•
Oxigênio dissolvido (O.D.)
pH
Conc. de substrato
Conc. de produto
Conc. de células
Temperatura
CO2
“Respostas” do
biocatalisador
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•
•
•
•
•
•
•
•
Temperatura ?
Espuma
Massa
Volume
Vazão de gases e líquidos
Pressão
Potência de agitação
Velocidade de agitação
Variáveis ou
respostas do
sistema
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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
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Grandes quantidades  escala industrial
Para isso é necessário realizar o processo
de forma CONTROLADA
Para controlar é necessário  MEDIR
Para medir é necessário  INSTRUMENTO
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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
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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 (com registro descontínuo)
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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.
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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).
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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.
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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, o emprego de um instrumento de
capacidade muito acima da necessária.
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Calibração: Forma de garantir que os instrumentos
tenham a precisão e a faixa de operação exigidas
para manter sistemas em condições economicamente 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.
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Propriedades gerais de um sensor
-
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
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- Segurança de uso
Requisitos adicionais para sensores de
bioprocessos
-
Higiene
Esterilização
Assepsia
Material de construção
Inserção e remoção
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