Universidade Federal do Ceará
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Teleinformática

Defesa de Dissertação de Mestrado – Antonio Felype Ferreira Maciel

Título: Modelling, Control, and Estimation of an Up-Flow Anaerobic Sludge Blanket Reactor Treating Blackwater

Data: 28/09/2026
Horário: 10:00
Local: Google Meet – meet.google.com/oes-aosn-vpx

Banca Examinadora:
Michela Mulas (UFC, Presidente – Orientadora)
Antonio Carlos Brandão de Araújo (UFCG)
Otacílio Bezerra Leite Neto (UFC)

Resumo:
No contexto da crescente demanda energética e da escassez cada vez maior de recursos naturais impulsionadas pelo crescimento populacional e pela atividade humana, Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs) desempenham um papel crucial ao permitir a recuperação de recursos. O biogás produzido em sistemas de digestão anaeróbia é uma fonte de energia limpa, dada a presença de metano em sua composição, que pode ser utilizado para geração de calor e eletricidade. O reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB, do inglês Up-flow Anaerobic Sludge Blanket) é um exemplo de tais sistemas, caracterizado por ser uma tecnologia de tratamento eficiente com baixos requisitos operacionais, especialmente em regiões de clima quente. A recuperação de recursos em reatores UASB pode ser aprimorada por meio do uso de estratégias de controle, como a otimização da produção de metano, mantendo a qualidade do efluente tratado. Este trabalho investiga a calibração do modelo, a estimação dos estados e o controle de um reator UASB com o objetivo de aumentar sua produção de metano, mantendo a qualidade do efluente tratado. Um modelo dinâmico baseado no Modelo de Digestão Anaeróbia n° 1 (ADM1, do inglês Anaerobic Digestion Model No.1) é calibrado utilizando dados experimentais de uma estação de tratamento de águas negras localizada em Helsingborg, Suécia. Utilizando este modelo, uma arquitetura de controle por retroalimentação é projetada, na qual um otimizador de ponto de operação determina as condições ótimas de operação do reator e um controlador por retroalimentação determina as ações de controle necessárias para conduzir o sistema em direção a esses pontos de ajuste.Duas abordagens alternativas para o controlador por retroalimentação são propostas: um controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) e um Controlador Preditivo de Modelo (MPC, do inglês Model Predictive Control) acoplado a um Estimador de Horizonte Móvel (MHE, do inglês Moving Horizon Estimator). As soluções de controle são avaliadas em experimentos simulados de operação do reator UASB sob diferentes cenários de perturbação do influente e comparadas com a operação nominal em malha aberta. Os resultados mostram que, para as duas estratégias de controle, a operação controlada é capaz de aumentar a produção de biogás e metano, além de melhorar a qualidade do efluente tratado e rejeitar perturbações. Ambas as abordagens de controle apresentam desempenhos semelhantes no rastreamento do ponto de ajuste, sendo o MPC ligeiramente mais econômico e robusto a perturbações na entrada. Por fim, a estratégia MHE é capaz de reconstruir os estados do sistema a partir de medições de saídas ruidosas.

Palavras-chave: Reator UASB; Identificação de Sistemas; Controle por Retroalimentação; Estimação de Estados; Otimização; Estações de Tratamento de Esgoto; Biogás; Metano; Recuperação de Recursos.