Automação de fotobiorreatores para cultivo de microalgas em regime contínuo visando aumento da produtividade

Abstract

Resumo: O objetivo deste trabalho consistiu em automatizar um fotobiorreator para cultivo de microalgas em regime contínuo em escala laboratorial e realizar e monitoramento remoto. Para tanto foi desenvolvido um sensor de concentração celular, utilizando o princípio de espalhamento de luz (light scattering), ou seja, através da medida da turbidez do meio de cultivo pelo uso de um conjunto de foto-transistor e um LED verde. Este sensor apresentou um erro percentual absoluto médio de 8,46% durante o experimento. Também foi montado no fotobiorreator uma sonda de pH, temperatura e um sensor de iluminância. A aquisição dos sinais dos sensores foi realizado por meio de um microcontrolador Arduino Mega 2560. Para o controle e monitoramento remoto do experimento, um banco de dados, para o registro das variáveis, foi elaborado e implementado em um Raspberry Pi conectado à rede. Através de um script em Python, os gráficos e dados coletados ficam disponíveis em uma página HTML que permite alterações nas formas de operação do fotobiorreator, por exemplo, através da alteração das taxas de diluição. O controlador foi capaz operar o fotobiorreator em regime contínuo com o registro automático das variáveis medidas. Operar fotobiorreatores em modo contínuo aumentou em 74,5% a produtividade de biomassa em comparação ao sistema em batelada e 28,2% em relação ao processo semicontínuo.

Abstract: The objective of this work was to design and develop sensors and controllers to automate microalgae cultivation on a continuous basis in laboratory scale and allow remote monitoring and control. For this, a sensor were developed capable of measuring cell concentration . The cell concentration sensor used the principle of light scattering, that is, by measuring the turbidity of the culture medium by the use of a set of phototransistor and green led. It presented an mean absolute percentage error of 8,46% during the experiment. A pH, temperature and light sensor were also installed.The control of all the sensors was accomplished by means of an Arduino Atmega2560 microcontroller. For remote control and monitoring of the controller, a database was designed and implemented on a Raspberry Pi connected to the network. Through a Python script, the graphics and data collected are available on an HTML page that allows changes in the ways the photobioreactor works, for example by changing the dilution rates. The controller was able to operate the photobioreactor in batch mode, as well as to maintain the culture operating in continuous regime. The continuous production of microalgae biomass in a continuous regime showed productivity 74,5% higher than the traditional batch process and 28,2% higher than semicontinuous cultivation.