Título: ESTUDO DA HIDRODINÂMICA DE UM BIORREATOR AIRLIFT DE CIRCULAÇÃO INTERNA VIA SIMULAÇÃO CFD
Autoria de: Alice Monteiro Vardiero do Nascimento
Orientação de: Isabele Cristina Bicalho
Presidente da banca: Isabele Cristina Bicalho
Primeiro membro da banca: Suellen Mendonça Nascimento
Segundo membro da banca: Luciano Jacob Corrêa
Palavras-chaves: biorreator pneumático, hidrodinâmica, retenção gasosa, velocidade de circulação de líquido, fluidodinâmica computacional
Data da defesa: 13/02/2023
Semestre letivo da defesa: 2022-2
Data da versão final: 09/03/2023
Data da publicação: 09/03/2023
Referência: Nascimento, A. M. V. d. ESTUDO DA HIDRODINÂMICA DE UM BIORREATOR AIRLIFT DE CIRCULAÇÃO INTERNA VIA SIMULAÇÃO CFD. 2023. 65 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
Resumo: Biorreatores são equipamentos utilizados para converter matérias-primas em produtos de valor agregado através do uso de células ou enzimas como biocatalisadores. Os biorreatores pneumáticos são caracterizados pela ausência de partes móveis em sua configuração, sendo a agitação e aeração do meio reacional realizada através da injeção de gás na base do equipamento. A Fluidodinâmica Computacional (CFD) tem se mostrado como uma importante ferramenta nos estudos de otimização envolvendo biorreatores pneumáticos. Por meio de técnicas de CFD é possível estudar os fenômenos de transporte que ocorrem no interior desses equipamentos com um maior nível de detalhamento, o que auxilia no projeto, operação e variação de escala de biorreatores. Portanto, no presente trabalho escolheu-se estudar a hidrodinâmica de um biorreator airlift de circulação interna através da modelagem numérica do escoamento ar-água no equipamento por meio de técnicas de CFD. Para validar a modelagem numérica utilizada no trabalho, os resultados obtidos através das simulações CFD foram comparados com os resultados experimentais do trabalho de Ziegenhein et al. (2016), sendo analisados os parâmetros de desempenho retenção gasosa e velocidade de circulação de líquido. Visando avaliar a influência do modelo de arraste nos resultados, foram utilizados os modelos de arraste de Schiller e Naumann (1933) e de Grace et al. (1976). As simulações foram realizadas utilizando a versão acadêmica do software ANSYS Fluent® 2022 R2. Para simplificar as simulações, considerou-se um diâmetro uniforme para as bolhas de ar. Na região do riser, verificou-se uma boa concordância entre os valores simulados e experimentais, sendo o modelo de arraste de Grace et al. (1976) o que permitiu a melhor aproximação entre os dados, tanto para a velocidade de circulação de líquido quanto para retenção gasosa. Do ponto de vista hidrodinâmico observou-se que o perfil de retenção gasosa não varia com a altura do biorreator, sendo o escoamento das bolhas caracterizado por um perfil estreito e contínuo ao longo do equipamento. Na região do downcomer, houve uma boa aproximação entre os valores da velocidade de circulação de líquido simulados e experimentais, porém para a retenção gasosa, os resultados simulados não foram satisfatórios para nenhum dos dois modelos de arraste testados, visto que, a presença da fase gasosa nessa região foi praticamente nula, ao contrário do que era esperado experimentalmente. Acredita-se que a ausência de bolhas nessa região foi devido ao desprendimento das mesmas da fase líquida ao atingirem o topo do biorreator, visto que a mistura gás-líquido não retornou para descer pelo downcomer após subir pelo riser, em razão do valor da altura do biorreator simulado não ter sido suficiente para permitir tal movimento de retorno. Ainda que não tenham sido obtidos resultados satisfatórios para a região do downcomer, considera-se que o presente trabalho trouxe contribuições positivas ao campo de estudo da hidrodinâmica de biorreatores pneumáticos, visto que foi possível validar uma metodologia para modelar o escoamento ar-água na região do riser em um biorreator airlift de circulação interna por meio da técnica de CFD.
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Alice Monteiro Vardiero do Nascimento e Universidade Federal de Lavras
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