dc.contributor.author | Sales, Éverton Holanda | |
dc.date.accessioned | 2023-04-19T13:27:24Z | |
dc.date.available | 2023-04-19T13:27:24Z | |
dc.date.issued | 2023-02-28 | |
dc.identifier.citation | SALES, Éverton Holanda. Análise da transferência de calor e parâmetros térmicos em leito empacotado de fermentação em estado sólido. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17809. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17809 | |
dc.description.abstract | Aiming at expanding the scale of solid-state fermentation processes (SSF), it is necessary to
develop and improve appropriate bioreactors. Of note are the packed-bed bioreactors (PBBs),
which have already been studied for the production of enzymes useful in the biofuel processing
chain, such as cellulases for second-generation ethanol. However, one of the main problems in
the operation of these bioreactors is the overheating of the bed, so that heat transfer studies in
these systems are necessary. In this context, the objective of this project was to evaluate the
thermal behavior of a bed packed with solid agro-industrial waste, with and without the
occurrence of cultivation. For tests without cultivation, the bed was packed with the the humid
substrate (mixture of sugarcane bagasse and wheat bran in a 3:7 weight ratio), but not
inoculated. With the aid of thermocouples and a thermal imager, the radial thermal profiles
were evaluated in a steady state, for a fixed bed height, with water flowing through the jacket
and air percolating through the bed in co-current directions (water and air ascending) and
counter-current (ascending air and descending water) and under flows of 175 and 350 L/h
percolation of air saturated in humidity. Effective parameters were determined through the
traditional two-parameter model, based on which modified dimensionless numbers were
defined and calculated to allow a better thermal analysis of the system. For a given flow, the
thermal parameters were higher for fluid flow in counter-current, as well as increased with the
increase in air flowrate. The cultivation case study was the production of cellulases by
Myceliophthora thermophila. During cultivation, transient temperature profiles were recorded
at various radial and axial positions. With fluid flow through the jacket and percolating air again
in co and counter-current, maximum temperature reached was around 52°C, around 7°C above
the optimum for cultivation. Finally, to test a strategy to possibly mitigate the overheating of
the system, cultivations were carried out with periodic reversal of the percolating air flow.
Although the maximum temperature reached was the same, greater thermal homogeneity was
observed in the bed, probably due to the better air distribution between the fermenting modules. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Bioprocessos | por |
dc.subject | Fungos filamentosos | por |
dc.subject | Cultivo em estado sólido | por |
dc.subject | Leitos empacotados | por |
dc.subject | Modo de operação | por |
dc.subject | Biorreatores | por |
dc.subject | Bioprocesses | eng |
dc.subject | Filamentous fungi | eng |
dc.subject | Solid-state cultivation | eng |
dc.subject | Packed-beds | eng |
dc.subject | Modes of operation | eng |
dc.subject | Bioreactors | eng |
dc.title | Análise da transferência de calor e parâmetros térmicos em leito empacotado de fermentação em estado sólido | por |
dc.title.alternative | Analysis of heat transfer and thermal parameters in packaged solid state fermentation bed | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Casciatori, Fernanda Perpétua | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1269950652196294 | por |
dc.description.resumo | Visando à ampliação de escala de processos de fermentação em estado sólido (FES), torna-se
necessário o desenvolvimento e o aprimoramento de biorreatores apropriados. Destacam-se os
biorreatores de leito empacotado (BLEs), que já vem sendo estudados para produção de enzimas
úteis à cadeia de processamento de biocombustíveis, como celulases para etanol de segunda
geração. No entanto, um dos principais problemas na operação destes biorreatores é o
superaquecimento do leito, de modo que estudos de transferência de calor nestes sistemas se
fazem necessários. Neste contexto, o objetivo do presente projeto foi avaliar o comportamento
térmico de um leito empacotado com resíduos sólidos agroindustriais, sem e com a ocorrência
de cultivo. Para ensaios sem cultivo, o leito foi empacotado com o substrato úmido (mistura de
bagaço de cana e farelo de trigo na proporção mássica de 3:7), mas não inoculado. Foram
avaliados, com auxílio de termopares e de um termovisor, os perfis térmicos radiais em regime
permanente, para uma altura de leito fixa, com escoamento de água pela camisa e de ar
percolando o leito nos sentidos co-corrente (água e ar ascendentes) e contra-corrente (ar
ascendente e água descendente) e sob as vazões de 175 e 350 L/h de percolação de ar saturado
em umidade. Foram determinados parâmetros efetivos através do modelo a dois parâmetros
tradicional, com base nos quais foram definidos e calculados números adimensionais
modificados para permitir uma melhor análise térmica do sistema. Para uma dada vazão, os
parâmetros térmicos foram maiores para escoamento dos fluidos em contra-corrente, assim
como aumentaram com o aumento da vazão de ar. O estudo de caso de cultivo foi o da produção
de celulases por Myceliophthora thermophila. Ao longo do cultivo, foram registrados os perfis
transientes de temperatura em várias posições radiais e axiais. Com escoamento dos fluidos
pela camisa e ar percolante novamente em co e contra-corrente, a temperatura máxima atingida
foi em torno de 52ºC, cerca de 7ºC acima da ótima para cultivo. Por fim, para testar uma
estratégia para possivelmente amenizar o sobreaquecimento do sistema, foram realizados
cultivos com reversão periódica do fluxo de ar percolante. Embora a máxima temperatura
atingida tenha sido a mesma, foi observada maior homogeneidade térmica no leito,
provavelmente melhor distribuição de ar entre os módulos. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | 001 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/3175764863332015 | por |