Simulação de controle de temperatura em biorreator de leito empacotado de fermentação em estado sólido para produção de enzimas para biocombustíveis

dc.contributor.advisor1Casciatori, Fernanda Perpétua
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1269950652196294
dc.contributor.authorSilva, Victor Elias
dc.date.accessioned2026-02-10T19:02:35Z
dc.date.issued2025-07-14
dc.description.abstractStudies on solid state fermentation (SSF) have gained prominence in recent years due to their potential to produce enzymes for biofuels using agro-industrial solid waste, fitting into the biorefinery concept. Despite its advantages, SSF still faces challenges and limitations such as the formation of thermal gradients in packed bed bioreactors, which are the most suitable models for filamentous fungi, microorganisms that are better adapted to this type of bioprocess. Given this context, the objective of this work was to propose thermal control strategies to prevent or mitigate overheating in these bioreactors. To achieve this, one-dimensional pseudo-homogeneous energy transfer equations in porous media arranged in packed beds were used to model different aeration schemes and operational conditions, with the aid of MATLAB software. The strategies evaluated included varying the inlet air temperature and flow rate, as well as modifying the aeration configuration by implementing central or bidirectional aeration compared to the traditional unidirectional axial aeration model. The proposed schemes were simulated in a case study involving the production of cellulase, an enzyme of great interest to the biofuels sector, by two fungi: Myceliophthora thermophila I-1D3b (thermophilic) and Aspergillus niger (mesophilic). In addition to the proposed strategies, simulation results from the literature involving flow direction reversal aeration were compared with experimental data from a packed bed bioreactor using this same type of aeration. All the strategies tested showed promise in reducing overheating in the bed, based on the simulation results obtained in MATLAB. It was concluded that these alternatives have potential for experimental implementation, with particular emphasis on the modifications in aeration configuration, which showed greater efficiency in reducing overheating. This contributed to better fungal growth, especially for temperature-sensitive microorganisms such as A. niger.eng
dc.description.resumoEstudos sobre fermentação em estado sólido (FES) ganharam destaque nos últimos anos, por possibilitar a obtenção de enzimas para biocombustíveis a partir de resíduos sólidos agroindustriais, enquadrando-se no contexto de biorrefinarias. Apesar de suas vantagens, a FES ainda apresenta problemas e limitações como a formação de gradientes térmicos em biorreatores de leito empacotado, os quais são os modelos mais adequados para fungos filamentosos, microrganismos mais bem adaptados a esse tipo de bioprocesso. Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo propor esquemas de controle térmico para evitar ou mitigar o sobreaquecimento nesses biorreatores. Para isso, foram empregadas equações pseudo-homogêneas unidimensionais de transferência de energia em meios porosos dispostos em leitos empacotados, modelando diferentes esquemas de aeração e condições operacionais com auxílio do software MATLAB. As estratégias avaliadas incluíram a variação da temperatura e da vazão do ar de entrada, bem como alterações na configuração de aeração para aeração central ou bidirecional em comparação com o modelo clássico de aeração axial unidirecional. Os esquemas propostos foram simulados em um estudo de caso da produção da enzima celulase, de grande interesse do setor de biocombustíveis, por dois fungos, Myceliophthora thermophila I-1D3b (termófilo) e Aspergillus niger (mesófilo). Além das estratégias propostas, compararam-se resultados da literatura de simulação de aerações com inversão do sentido do fluxo com dados experimentais de um biorreator de leito empacotado com aeração com inversão de fluxo. Todas as estratégias testadas se mostraram promissoras para diminuir o sobreaquecimento no leito, com base nos resultados de simulação em MATLAB. Conclui-se que tais alternativas possuem potencial para implementação experimental, com destaque às alterações da configuração de aeração, que apresentaram maior eficiência na redução do sobreaquecimento, proporcionando melhor crescimento dos fungos, especialmente para o cultivo de microrganismos sensíveis à temperatura, como é o caso do A. niger.por
dc.description.sponsorshipFinanciadora de Estudos e Projetos (FINEP)
dc.identifier.citationSILVA, Victor Elias. Simulação de controle de temperatura em biorreator de leito empacotado de fermentação em estado sólido para produção de enzimas para biocombustíveis. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23614.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23614
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia Química - EQ
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectFermentação em estado sólidopor
dc.subjectBiorreator de leito empacotadopor
dc.subjectGradiente térmicopor
dc.subjectAeraçãopor
dc.subjectSimulaçãopor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.titleSimulação de controle de temperatura em biorreator de leito empacotado de fermentação em estado sólido para produção de enzimas para biocombustíveispor
dc.title.alternativeSimulation of temperature control in a packed bed bioreactor for solid-state fermentation aiming the production of enzymes for biofuelseng
dc.typeTCC

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