Modelagem matemática da biodigestão anaeróbica em um biodigestor indiano, análise de estabilidade assintótica e otimização de variáveis de controle através da heurística VNS
Atualmente, a pesquisa sobre fontes de energia limpa e renovável tem se destacado na busca por alternativas que auxiliem no atendimento da demanda crescente de energia, bem como à preservação ambiental, principalmente para a diminuição dos impactos ambientais causados por fontes de energia que explo...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Universidade Estadual Paulista (UNESP) |
| Repositorio: | Repositório Institucional da UNESP |
| Idioma: | portugués |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.unesp.br:11449/311007 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/11449/311007 https://lattes.cnpq.br/7847858254045955 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Biodigestão Biodigestor indiano Biogás Estabilidade assintótica Teoria de Lyapunov Otimização de Variáveis de Controle Heurística VNS Biodigestion Indian biodigester Asymptotic stability Lyapunov theory Control Variable Optimization VNS heuristic |
| Sumario: | Atualmente, a pesquisa sobre fontes de energia limpa e renovável tem se destacado na busca por alternativas que auxiliem no atendimento da demanda crescente de energia, bem como à preservação ambiental, principalmente para a diminuição dos impactos ambientais causados por fontes de energia que exploram combustíveis fósseis. A geração de energia que utiliza resíduos sólidos, através do processo de biodigestão da matéria orgânica e produção do biogás, apresenta-se como uma dessas alternativas. Inserem-se nesse contexto, os biodigestores indianos, que são estruturas projetadas para facilitar a conversão de resíduos orgânicos em biogás e biofertilizantes através da ação de um consórcio microbiológico. No bioprocesso, a biodigestão anaeróbia desempenha um papel fundamental, não apenas proporcionando uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, mas também contribuindo significativamente para a minimização do impacto ambiental. Este trabalho apresenta uma investigação sobre a modelagem matemática da biodigestão anaeróbica em um biodigestor indiano, explorando metodologias qualitativa e quantitativa, que incluem uma análise de estabilidade assintótica e a otimização de variáveis de controle. A modelagem é fundamentada em um sistema de equações diferenciais ordinárias, que captura dinamicamente o processo de biodigestão anaeróbica e, a partir desta propõe-se um modelo de otimização que maximiza a produtividade de biogás. Para a análise qualitativa, utiliza-se a teoria de Lyapunov, que possibilita a determinação da estabilidade assintótica dos pontos de equilíbrio do sistema e a análise da não negatividade na vizinhança desses pontos. Para a análise quantitativa e validação dos modelos, os resultados numéricos obtidos para a determinação dos pontos críticos, através do software Restudio e para a otimização da produtividade do biogás, através da heurística VNS, mostram a viabilidade destes. O software e a heurística utilizadas caracterizam-se como ferramentas eficientes para identificar soluções de equilíbrio e otimizadas no processo de biodigestão. Assim, as análises performadas confirmam a eficiência da modelagem matemática proposta e dos resultados numéricos obtidos, enquanto a pesquisa realizada contribui para a produção de uma fonte de energia renovável, que se baseia em biodigestores indianos e na produção de biogás. |
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