[pt] O objetivo deste trabalho é analisar as transferências de momentum, calor e massa num canal bidimensional inclinado, onde escoam um filme líquido descendente e uma corrente turbulenta de ar de sentido oposto, ou de mesmo sentido oposto, ou de mesmo sentido. O filme líquido, suposto laminar, consiste numa solução fraca, ou degenerada, de trietileno glicol em água. A placa inferior do canal é mantida aquecida numa temperatura uniforme, de modo a facilitar a remoção de água do líquido para a fase gasosa. A corrente de ar deve ser turbulenta, para garantir taxas convenientes da massa de água transferida. Considera-se, não obstante, a possibilidade do ar também escoar liminarmente. A placa superior do canal, ou cobertura é adiabática e ambas as placas são impermeáveis à transferência de água. A parte hidrodinamica do problema é resolvida separadamente. Atribui-se maior importância à determinação dos perfis de temperatura e concentração de águas nas duas fases. Pretende-se que a aparelhagem acima descrita opere como um regenerador da substância líquida higroscópica, tendo este sido previamente usado num secador de ar, em aplicação de fim industrial ou agrícola. A tarefa proposta pelo problema é a simulação das condições operativas do trocador de massa. Como resultado desta simulação, tenciona-se predizer os valores dos coeficientes de transferências de calor e massa, variando amplamente as taxas de escoamento, tanto da fase gasosa, quanto da líquida. Na verdade, diversos pesquisadores têm revelado, nos últimos anos, um grande interesse no estudo de regeneradores do tipo aqui analisado. Toda vez que se tem disponibilidade de energia a temperaturas moderadas e baixo custo, como energia solar ou calor de rejeito industrial, parece indicado regenerar desta forma o desumidificante líquido nas instalações de condicionamento de ar por resfriamento evaporativo. Estabelecidas as equações diferenciais parciais do problema e as condições de contorno pertinentes, elas são resolvidas através de algoritmos obtidos por diferenças finitas, dentro do enfoque de volumes de controle. O procedimento numérico é interativo, usando-se o computador digital na obtenção da solução. Verifica-se que os resultados se mantêm dentro da analogia entre transferência de calor e massa, conforme era esperado. A partir dos resultados, podem-se estabelecer algumas correlações para os principais parâmetros do problema. Propõe-se, por fim, uma metodologia para o projeto do equipamento. Para isto, não é necessário fazer uso direto do método numérico, pois existem algumas poucas equações analíticas, simples, que podem ser facilmente manipuladas num microcomputador ou, até mesmo, numa calculadora eletrônica. Estas equações são deduzidas a partir da aplicação da teoria de penetração ao problema. As correlações dos resultados numéricos são, entretanto, essenciais ao bom emprego da teoria penetração. / [en] The combined momentum, heat and mass transfer is analysed in a two domensional inclined channnel for a countercurrent, or co-current turbulent air strem flowing past a liquid falling film. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or co-current tubulent air stream flowing past a liquid falling film. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or degenerate, solution of triethylene glycol and water. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or degenerate, solution of triethylene glycol and water. The lower plate of the channel is maintained at a constant, relatively high from the liquid to the gas phase. The stream of air is usually turbulent, thus assuring convenient rates of tranferred mass of water. Nevertheless, the possibility of laminar flow in the gas is not avoided. The second plate of the channel is considered as adiabatic and both plates are impervious to water. The hydrodynamic part of the problem is solved separately, and the determination of temperature and concentration of water profiles in the two phases is of major importance. The apparatus above described is intended to be a regenerator of the hygroscopic liquid, previously used in an air dryer, for industrial or agricultural purposes. The tash suggested by the problem is then to simulate the conditions, under which this mass exchanger will operate. Following the simulation, heat and mass transfer coefficientes can be predicted for a large range of flow rates of both gas an liquid phases. In fact, in recent years several investigators have manifested an increasing interest in developing studies of such equipment. In situations where a source of energy at low temperature is freely available, and this is the case of solar energy or industrial rejects, the employment of liquid dehumidifier regenerators is particularly attractive for evaporative cooling air conditioning systems. The partial differential equations of the problem, accompanied by suitable boundary conditions, are solved by a finite difference scheme, based on the volume of control approach. There are iterative procedures involved and solutions is reached in a mainframe computer. The results seem to be in accordance with the expected analoggy between heat and mass transfer. Some correlations are presented for the principal parameters of the problem. Lastly, a methodology is proposed for the design of the equipment. In spite of the complexity of the problem, it is possible to provide the user with a few simple analytic equations, which can be solved in any micro-computer or even in a pocket calculation. Theses equations arise from the employment of the penetration theorym briefly discussed and compared with numerical results. Indubitably, the use of this theory must be in compliance with the previously obtained numerical correlations.

A transferência de oxigênio é um fator limitante para grande parte dos cultivos em biorreatores que operam com organismos estritamente aeróbios devido à baixa solubilidade do oxigênio em meios de cultivo. A introdução de meios não convencionais, como polidimetilsiloxanos (PDMS), em biorreatores pode ser vista como uma melhoria para o ajuste desses processos. Este trabalho propõe uma investigação do emprego de polidimetilsiloxano fluido e emulsificado, usados como carreadores de oxigênio, em meios de cultivo na produção de lipases de Staphylococcus warneri EX17, cepa capaz de utilizar glicerol residual como substrato, visando melhorar a disponibilidade de oxigênio e aperfeiçoar a produtividade. Inicialmente, foram realizados estudos para selecionar o uso de glicerol residual, oriundo da síntese química de biodiesel como fonte de carbono. A atividade lipolítica foi semelhante com glicerol comercial e residual. Após a seleção do glicerol foram realizados experimentos em incubadora rotatória horizontal nas condições previamente otimizadas em trabalhos anteriores do grupo, adicionando PDMS. Dois tipos de PDMS foram testados, fluido e emulsificado. A produção de lipase foi significativamente maior no meio contendo PDMS. Assim, ferramentas de planejamento experimental, delineamento composto central (DCC) foram utilizadas para verificar a influencia do PDMS no coeficiente de transferência de oxigênio kLa em meio de cultivo produtor de lipase livre de células. O kLa aumentou significativamente no meio de cultivo contendo PDMS. Dois novos planejamentos foram desenhados, para otimizar a produção de lipase em meio de cultivo com células. Um para PDMS fluido e outro para PDMS emulsificado. No meio contendo PDMS fluido, a atividade lipolítica foi cinco vezes maior, enquanto que no meio contendo silicone emulsificado a atividade lipolítica foi três vezes maior. Este estudo demonstrou que a lipase de S. warneri EX17 pode ser produzida utilizando glicerol residual como fonte de carbono, e polidimetilsiloxanos como carreadores de oxigênio aumentando a transferência de oxigênio no meio e elevando a produção da enzima, que apresenta diversas possibilidades de aplicação, principalmente na indústria de alimentos. / The oxygen transfer is a limiting factor in many bioreactors cultivations, in which strictly aerobic organisms are grown due to the low solubility of oxygen in culture media. The introduction of unconventional media, such as polydimethylsiloxanes (PDMS) in bioreactors can be seen as a potential improvement for these processes. This work proposes an investigation of the use of polydimethylsiloxane in its two forms, fluid and emulsified, used as carriers of oxygen in culture media for the lipase production of Staphylococcus warneri EX17, strain capable of using glycerol as substrate, to improve the oxygen availability and improve enzyme productivity. Initially, studies were performed to select the use of residual glycerol, derived from the chemical synthesis of biodiesel as a source of carbon. The lipase activity was similar in both commercial and residual glycerol. Experiments were performed on orbital shaker, using conditions previously optimized in another work of the group, but with the addition of PDMS. Two types of PDMS were tested, the fluid and the emulsified. The lipase production was significantly higher in medium containing PDMS. Experimental design and central composite design (CCD) were used to evaluate the influence of PDMS on the oxygen transfer coefficient kLa in culture medium free of lipase-producing cells. The kLa increased significantly in the medium containing PDMS. Two new experimental plannings were designed to optimize the production of lipase in culture medium with cells. In the medium containing the PDMS fluid lipase activity was five times higher than medium without the oxygen carrier, while in the medium containing the emulsified silicone lipase activity was three times higher. This study showed that the lipase from S. warneri EX17 can be produced using residual glycerol as carbon source and that polydimethylsiloxanes works as interesting carrier of oxygen by increasing oxygen transfer rates, improving enzyme production, which has several possible applications, especially in the food industry.

To understand the physical mechanism underlying the cross-field transport of mass and energy in magnetoplasmas is a long-standing problem in fusion research. Woods (1987) has recently developed a second-order transport theory which has been used to explain a number of transport-related phenomena observed in tokamaks. Here, we apply second-order transport theory to the reverse field pinch (RFP) and a phenomenon observed in tokamaks known as 'snakes'. Expressions for the mass and energy confinement times in the RFP, τ_p and τ_e, are deduced and agreement with experimental results from HBTX is found. For typical operating conditions the times τ_p ~ 0.1ms and τ_e ~ 0.2ms are observed in HBTX. Second-order transport theory predicts τ_p ~ 0.4ms and τ_e ~ 0.4ms for this machine. Scaling laws for β_p versus η_e,β_p versus I_φ and τ_e versus I_φ are compared with measurements from HBTX and agree well with observation. Snakes are large density perturbations observed in JET after fuel pellet injection. Typical snakes in JET are remarkably stable and are found to have density decay times longer than predictions based on neoclassical theory (Stringer 1987). After their formation, snakes have even been observed to grow (Weller <i>et al.</i> 1987), which suggests the presence of an inward diffusion mechanism. There is also some evidence for a temperature depression in the snakes region. An explanation of the stability and energy balance in snakes based on second-order transport theory is proposed.

This Thesis develops a mathematical model for predicting the thermal response in the surgical drilling of bone. The model accounts for the bone, chip and drill bit interactions by providing a detailed account of events within a cylindrical control volume enveloping the drill, the cut bone chip within the drill bit flute and the solid bone. Lumped parameter approach divides the control volume into a number of cells and cells within the sub-volumes representing the drill solid, the bone chip and the bone solid are allowed to interact. The contact mechanics of rough surfaces is used to model chip-flute and chip-bone frictional interaction. In this way not only the quantification of friction due to sliding contact of chip-flute and chip-bone rough surface contact are treated, but also the contact thermal resistances between the rubbing surfaces are included in the model. A mixed combination of constant and adaptive mesh is employed to permit the simulation of the heat transfer as the drill bit penetrates deeper into the bone during a drilling process. Using the model the effect of various parameters on the temperature rise in bone, drill and the chip are investigated. It is found that maximum temperature within the bone occurs at the location adjacent to the corner of the drill-tip and drill body. The results of the model are found to agree favorably with the experimental measurements reported in the existing literature on surgical drilling.

L’oxydation du cyclohexane est l’un des procédés les plus importants dans la chaîne de production du Nylon où l’oxygène et le cyclohexane entrent en contact pour former le cyclohexanol, la cyclohexanone puis l’acide adipique. Le rendement est influencé à la fois par le transfert de l’oxygène et par le mélange des réactifs en phase liquide. Des réacteurs de type colonne à bulles sont généralement utilisés pour fournir une aire interfaciale importante et garantir une agitation efficace en phase liquide. Cependant, la complexité des mécanismes impliqués (hydrodynamique, transfert, réaction, fort taux de vide) rend difficile la prédiction des performances des réacteurs. Ce travail est consacré à l’amélioration des lois de fermetures (quantité de mouvement et transferts) pour la modélisation Euler/Euler des réacteurs industriels utilisés pour le procédé d’oxydation du cyclohexane. Dans un premier temps, des expériences de laboratoire avec le système eau/air ont été réalisées jusqu’à de forts taux de vide (> 30%) pour mesurer les effets collectifs sur la force de traînée et le transfert de masse dans un essaim de bulles homogène. Les résultats ont confirmé que le coefficient de traînée des bulles augmente de manière significative avec le taux de vide alors que de manière surprenante l’effet est très faible sur le transfert. Dans un second temps, des expériences ont été réalisées avec le système cyclohexane/diazote dans des conditions industrielles (P = 1 - 20 bar, T = 30 - 150°C). L’analyse des résultats de transfert en condition industrielle a nécessité la simulation numérique directe du transfert à l’intérieur d’une bulle sphérique / Cyclohexane oxidation is one of the most important processes in the production line of Nylon, where oxygen and cyclohexane get in contact to produce cyclohexanol, cyclohexanone and then adipic acid. The production yield is influenced by both the oxygen transfer and the reactants mixing in liquid phase. Bubble column type reactors are usually used to provide a large interfacial area and efficient liquid phase agitation. However, the complexity of the mechanisms involved (hydrodynamic, transfer, reaction, high void fraction) makes it difficult to predict the performance of such reactors. This work is devoted to improve the associated closure laws of momentum and transfer equations used in Euler/Euler modelling of industrial reactors for cyclohexane oxidation. Bench-scale experiment for air-water system has been firstly carried out to measure the collective effects on the drag force and the mass transfer of a bubble in a homogenous bubble swarm with a high void fraction up to 30%. The results confirmed that bubble’s drag coefficient increases significantly with the void fraction. Meanwhile surprisingly, weak effect has been observed on the transfer. Nextly, pilot experiments with nitrogen-cyclohexane system have been performed under industrial conditions (P = 1 - 20 bar, T = 30 - 150°C). Analysis of the results of transfer under industrial conditions required finally direct numerical simulation of transfers inside a spherical bubble.

A transferência de oxigênio é um fator limitante para grande parte dos cultivos em biorreatores que operam com organismos estritamente aeróbios devido à baixa solubilidade do oxigênio em meios de cultivo. A introdução de meios não convencionais, como polidimetilsiloxanos (PDMS), em biorreatores pode ser vista como uma melhoria para o ajuste desses processos. Este trabalho propõe uma investigação do emprego de polidimetilsiloxano fluido e emulsificado, usados como carreadores de oxigênio, em meios de cultivo na produção de lipases de Staphylococcus warneri EX17, cepa capaz de utilizar glicerol residual como substrato, visando melhorar a disponibilidade de oxigênio e aperfeiçoar a produtividade. Inicialmente, foram realizados estudos para selecionar o uso de glicerol residual, oriundo da síntese química de biodiesel como fonte de carbono. A atividade lipolítica foi semelhante com glicerol comercial e residual. Após a seleção do glicerol foram realizados experimentos em incubadora rotatória horizontal nas condições previamente otimizadas em trabalhos anteriores do grupo, adicionando PDMS. Dois tipos de PDMS foram testados, fluido e emulsificado. A produção de lipase foi significativamente maior no meio contendo PDMS. Assim, ferramentas de planejamento experimental, delineamento composto central (DCC) foram utilizadas para verificar a influencia do PDMS no coeficiente de transferência de oxigênio kLa em meio de cultivo produtor de lipase livre de células. O kLa aumentou significativamente no meio de cultivo contendo PDMS. Dois novos planejamentos foram desenhados, para otimizar a produção de lipase em meio de cultivo com células. Um para PDMS fluido e outro para PDMS emulsificado. No meio contendo PDMS fluido, a atividade lipolítica foi cinco vezes maior, enquanto que no meio contendo silicone emulsificado a atividade lipolítica foi três vezes maior. Este estudo demonstrou que a lipase de S. warneri EX17 pode ser produzida utilizando glicerol residual como fonte de carbono, e polidimetilsiloxanos como carreadores de oxigênio aumentando a transferência de oxigênio no meio e elevando a produção da enzima, que apresenta diversas possibilidades de aplicação, principalmente na indústria de alimentos. / The oxygen transfer is a limiting factor in many bioreactors cultivations, in which strictly aerobic organisms are grown due to the low solubility of oxygen in culture media. The introduction of unconventional media, such as polydimethylsiloxanes (PDMS) in bioreactors can be seen as a potential improvement for these processes. This work proposes an investigation of the use of polydimethylsiloxane in its two forms, fluid and emulsified, used as carriers of oxygen in culture media for the lipase production of Staphylococcus warneri EX17, strain capable of using glycerol as substrate, to improve the oxygen availability and improve enzyme productivity. Initially, studies were performed to select the use of residual glycerol, derived from the chemical synthesis of biodiesel as a source of carbon. The lipase activity was similar in both commercial and residual glycerol. Experiments were performed on orbital shaker, using conditions previously optimized in another work of the group, but with the addition of PDMS. Two types of PDMS were tested, the fluid and the emulsified. The lipase production was significantly higher in medium containing PDMS. Experimental design and central composite design (CCD) were used to evaluate the influence of PDMS on the oxygen transfer coefficient kLa in culture medium free of lipase-producing cells. The kLa increased significantly in the medium containing PDMS. Two new experimental plannings were designed to optimize the production of lipase in culture medium with cells. In the medium containing the PDMS fluid lipase activity was five times higher than medium without the oxygen carrier, while in the medium containing the emulsified silicone lipase activity was three times higher. This study showed that the lipase from S. warneri EX17 can be produced using residual glycerol as carbon source and that polydimethylsiloxanes works as interesting carrier of oxygen by increasing oxygen transfer rates, improving enzyme production, which has several possible applications, especially in the food industry.

Inspiré par la technique couche par couche traditionnelle (LBL), Ce travail de thèse démontre le premier effort pour développer une nouvelle méthodologie pour l’auto-assemblage des multicouches sur la base des interactions hydrophobes et d'adsorption physique pour fabriquer des films composites stratifié en Polyéthylène (LLDPE) - organoargile (OMMT). Contrairement à la technique LbL électrostatique, ici, les films multicouches ont été synthétisés en partant d'un substrat de polymère non polaire/non chargé et successivement le dépôt de couches d’organo-argile apolaire et de couches de PE non polaires/non chargés avec des dépôts répétitifs qui se suivent. La variation alternative de l'angle de contact (85° en moyenne pour l’organo-argile et 107° pour les couches de PE) a confirmé la profilométrie et les résultats de la microscopie électronique à balayage, ainsi que le modèle de croissance linéaire, la formation très stratifiée réussie de bicouches répétitives composées de 450 nm couches d’organo-argiles et 2,25 µm couches de PE. Ultérieurs essais de caractérisation ont été effectués pour évaluer l'effet de la variation des principaux paramètres de processus identifiés (concentration, température, les étapes de rinçage et de séchage, et le type de solvant), sur la formation et la croissance d'épaisseur des films. En conséquence, la forte dépendance de l'auto-assemblage aux paramètres du procédé testés a été montrée par les résultats expérimentaux obtenus. Les propriétés de barrière des films multicouches ont également été évaluées par la caractérisation de la perméabilité à la vapeur d'eau, à l'oxygène (O2) et au dioxyde de carbone (CO2), ainsi que la sorption de la vapeur d'eau. Un revêtement de 5 bicouches (OMMT/PE) (~ 14 µm d'épaisseur) a réduit la perméabilité à l'O2 d'un film de PE de 160 µm d'épaisseur de 84,4% et la perméabilité au CO2 de 70%, tandis que la perméabilité a la vapeur d’eau a été réduite de 45%. Ces réductions de perméabilité obtenues par seulement l’ajout de 2,4% (v/v) de nano-argile se sont révélés être significativement plus élevée par rapport aux valeurs de réduction rapportées dans la littérature pour les nanocomposites dispersés préparés à base de PE/organo-argile. Cette connaissance peut être utilisée dans la mise en place d'une approche pour produire des micro/nanostructures stratifiés ayant des propriétés de barrière sur mesure pour l'application dans l'emballage alimentaire. / Inspired by the traditional Layer-by-Layer (LbL) assembly technique, this PhD study demonstrates the first effort to develop a novel methodology for multilayer self-assembly on the basis of hydrophobic interactions and further physical adsorption to fabricate stratified Polyethylene(LLDPE)-organoclay(OMMT) nano-enabled composite film. In contrary to the electrostatic LbL technique, here, the multilayer films were synthesized by starting from an uncharged apolar polymer substrate and successively depositing apolar organoclay and uncharged apolar PE layers with subsequent repeating depositions. The alternate variation of contact angle (85° average for organoclay and 107° for PE layers) confirmed the profilometry and the scanning electron microscopy results as well as the linear growth pattern, i.e. the successful highly stratified assembly of repetitive bilayers comprised of 450 nm organoclays and 2.25 µm PE layers. Further characterization tests were performed to evaluate the effect of the main identified process parameters (concentration, temperature, rinsing and drying steps, and solvent type) variation on the formation and thickness growth of the films. As a consequence, the high dependence of the self-assembly’s growth to the tested process parameters was showed by the obtained experimental results. The barrier properties of the multilayer films were also evaluated by characterizing the Water vapour, Oxygen (O2), and Carbon dioxide (CO2) permeability as well as the water vapour sorption. A 5-bilayer (OMMT/PE) coating (∼14 µm thick) reduced the O2 permeability of a 160 µm-thick PE film by 84.4% and the CO2 permeability by 70%, while the WVP was reduced by 45%. These permeability reductions obtained by only 2.4 v/v % of nanoclay addition level were found to be significantly greater compared to the reduction values reported in the literature for prepared blend PE/organoclay nanocomposites. This knowledge can be used in the establishment of an approach to produce stratified micro/nanostructures with tailored barrier properties for food packaging application.

O processo estudado utilizou tubos cerâmicos porosos fabricados predominantemente com alumina e produzidos pela técnica da colagem de barbotina e sinterizados a temperaturas próximas a 1450 graus Celsius, para seleção de uma temperatura. O meio micro poroso foi caracterizado pela técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio, apresentando tamanho médio de poro de 0,5 'mü'm. Os tubos foram submetidos à impregnação com solução de citrato de zircônio (precursor) por capilaridade. Posteriormente, os tubos foram calcinados e tratados termicamente até 600 e 900 graus Celsius, com o objetivo de eliminar componentes orgânicos voláteis e transformar o precursor no óxido metálico. A impregnação foi realizada em diferentes proporções e os tubos microporosos foram testados na bancada de micro-filtração, onde foram variados parâmetros fluidodinâmicos do processo (Reynolds e pressão transmembrana) e analisada as propriedades físico-químicas do volume de permeado, através de medidas da concentração de carbono orgânico total (TOC), condutividade elétrica, pH e a caracterização da mistura (concentrado) através de microscopia óptica. O meio micro poroso impregnado foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), para analisar a morfologia do material impregnado e sua composição qualitativa. Os resultados do fluxo de permeado foram analisados e observou-se que os melhores resultados quanto ao fluxo transmembrana foram obtidos para o tubo impregnado a 900 graus Celsius. O tubo impregnado a 600 graus Celsius apresentou melhor desempenho relativo à desemulsificação, por apresentar menores valores de TOC. Em relação ao processo de transferência de massa, o tubo impregnado 900 graus Celsius obteve maiores valores de Sherwood, portanto a temperatura após impregnação influenciou no transporte de massa durante o processo de separação. A retenção da fase óleo analisada através de medidas de TOC foi de até 99%. / The studied process used porous ceramic tubes manufactured predominantly with alumina and produced by the technique of the collage with barbotina and sintered to close temperatures for 1450 Celsius degrees, for selection of a temperature. The microporous enviroment was characterized by mercury porosimetry, presenting medium size of pore of 0,5 'mü'm. The tubes were submitted to the impregnation with solution of citrate of zirconium (precursory) by capillarity. Later on, the tubes were burned and thermally treated up to 600 and 900 Celsius degrees, with the objective of to eliminate volatile organic components and to transform the precursory in the metallic oxide. The impregnation was accomplished in different proportions and the microporous tubes were tested in apparatus of microfiltration process, where were varied fluid dynamics parameters of the process (Reynolds and transmembrane pressure) and analyzed the physical-chemical properties of the volume of permeated, through measures of the concentration of total organic carbon (TOC), electric conductivity, pH and the characterization of the mixture (concentrated) through optical microscopy. The enviroment impregnated microporous was characterized by scanning eletronic microscopy (SEM), to analyze the morphology of the impregnated material and its qualitative composition. The results of the flow of having permeated were analyzed and it was observed that the best results with relationship to the transmembrane flux were obtained for the tube impregnated for 900 Celsius degrees. The tube impregnated for 600 Celsius degrees presented better relative acting to the demulsifying, for presenting smaller values of TOC. In relation to the process of mass transfer, the impregnated tube 900 Celsius degrees obtained larger values of Sherwood, therefore the temperature after impregnation influenced in the mass transport during the separation process. The retention of the phase oil analyzed through measures of TOC was of up to 99%.

O processo de absorção do CO2 em soluções aquosas de alcanolaminas foi estudado em uma coluna de parede molhada empregando-se uma tela metálica, de 28 mesh, como promotor de película e operando em contracorrente. As alcanolaminas testadas nos diferentes experimentos foram: monoetanolamina (MEA), 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP) e piperazina (PZ). Os experimentos de absorção foram realizados nas soluções aquosas individuais da MEA e AMP; e, nas misturas MEA:AMP e AMP:PZ; visando avaliar a velocidade de absorção do CO2 em diferentes vazões do líquido, a saber: 3.10-7, 6.10-7 e 10.10-7 m3/s. O presente sistema de absorção foi caracterizado através da determinação dos principais parâmetros de transferência de massa: área interfacial efetiva, coeficiente de transferência individual da fase gasosa e o coeficiente volumétrico global médio de transferência de massa. Determinou-se a área interfacial efetiva da coluna, por meio da absorção do CO2 diluído em ar em uma solução aquosa de NaOH, para as diferentes vazões de líquido, sendo os resultados obtidos igual a 106, 126 e 144 m2/m3, respectivamente. O coeficiente volumétrico de transferência de massa da fase gasosa foi determinado por meio da absorção de SO2 diluído em ar em uma solução aquosa de NaOH. Os resultados experimentais mostram que o coeficiente volumétrico individual de transferência de massa e a área interfacial são função da vazão do líquido. As velocidades de absorção do CO2 diluído em ar, em soluções de aminas e suas misturas foram determinadas experimentalmente para diferentes vazões de líquido, sendo os resultados expressos na forma de coeficientes globais de transferência de massa e parâmetros cinético-difusivos da fase líquida. As velocidades de absorção em MEA são bem superiores aos de AMP e NaOH. No caso das misturas foram obtidas velocidades superiores em comparação às das aminas individuais. A velocidade de absorção em AMP é fortemente incrementada na presença de PZ, mesmo em baixa concentração. / The CO2 absorption process in alkanolamine aqueous solutions was studied in a wetted wall column employing a film promotor of thin stainless steel woven wire, 28 mesh, which was operated in countercurrent. The tested alkanolamines were monoethanolamine (MEA), 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) and piperazine (PZ). The absorption experiments were performed in individual aqueous solutions of MEA and AMP and the mixtures MEA:AMP and AMP:PZ, with the aim of evaluating the CO2 absorption rate in different liquid flow rates, namely: 3.10-7, 6.10-7 e 10.10-7 m3/s. This absorption system was characterized through determining of the main parameters of mass transfer: effective interfacial area, individual mass transfer coefficient of the gas phase and the average overall mass transfer volumetric coefficient. The effective interfacial area was determined by the absorption of CO2 diluted in air into an aqueous solution of NaOH for the different liquid flow rates, and the results obtained are 106, 126 and 144 m2/m3, respectively. The mass transfer volumetric coefficient of the gas phase was determined by chemical method of the absorption of SO2 diluted in air into an aqueous solution of NaOH. The experimental results show that the individual mass transfer coefficient and interfacial area are a function of liquid flow rate. On the other hand, the results of the performance of CO2 absorption into amine aqueous solutions were expressed in function of the average overall mass transfer volumetric coefficient and liquid phase diffusive kinetic parameters, which were measured experimentally for different liquid flow rates. The absorption rate in MEA are higher in comparison with AMP and NaOH. In the case of the blended, the absorption rate in AMP is enhanced by piperazine, even in low concentration.

A transferência de oxigênio é um fator limitante para grande parte dos cultivos em biorreatores que operam com organismos estritamente aeróbios devido à baixa solubilidade do oxigênio em meios de cultivo. A introdução de meios não convencionais, como polidimetilsiloxanos (PDMS), em biorreatores pode ser vista como uma melhoria para o ajuste desses processos. Este trabalho propõe uma investigação do emprego de polidimetilsiloxano fluido e emulsificado, usados como carreadores de oxigênio, em meios de cultivo na produção de lipases de Staphylococcus warneri EX17, cepa capaz de utilizar glicerol residual como substrato, visando melhorar a disponibilidade de oxigênio e aperfeiçoar a produtividade. Inicialmente, foram realizados estudos para selecionar o uso de glicerol residual, oriundo da síntese química de biodiesel como fonte de carbono. A atividade lipolítica foi semelhante com glicerol comercial e residual. Após a seleção do glicerol foram realizados experimentos em incubadora rotatória horizontal nas condições previamente otimizadas em trabalhos anteriores do grupo, adicionando PDMS. Dois tipos de PDMS foram testados, fluido e emulsificado. A produção de lipase foi significativamente maior no meio contendo PDMS. Assim, ferramentas de planejamento experimental, delineamento composto central (DCC) foram utilizadas para verificar a influencia do PDMS no coeficiente de transferência de oxigênio kLa em meio de cultivo produtor de lipase livre de células. O kLa aumentou significativamente no meio de cultivo contendo PDMS. Dois novos planejamentos foram desenhados, para otimizar a produção de lipase em meio de cultivo com células. Um para PDMS fluido e outro para PDMS emulsificado. No meio contendo PDMS fluido, a atividade lipolítica foi cinco vezes maior, enquanto que no meio contendo silicone emulsificado a atividade lipolítica foi três vezes maior. Este estudo demonstrou que a lipase de S. warneri EX17 pode ser produzida utilizando glicerol residual como fonte de carbono, e polidimetilsiloxanos como carreadores de oxigênio aumentando a transferência de oxigênio no meio e elevando a produção da enzima, que apresenta diversas possibilidades de aplicação, principalmente na indústria de alimentos. / The oxygen transfer is a limiting factor in many bioreactors cultivations, in which strictly aerobic organisms are grown due to the low solubility of oxygen in culture media. The introduction of unconventional media, such as polydimethylsiloxanes (PDMS) in bioreactors can be seen as a potential improvement for these processes. This work proposes an investigation of the use of polydimethylsiloxane in its two forms, fluid and emulsified, used as carriers of oxygen in culture media for the lipase production of Staphylococcus warneri EX17, strain capable of using glycerol as substrate, to improve the oxygen availability and improve enzyme productivity. Initially, studies were performed to select the use of residual glycerol, derived from the chemical synthesis of biodiesel as a source of carbon. The lipase activity was similar in both commercial and residual glycerol. Experiments were performed on orbital shaker, using conditions previously optimized in another work of the group, but with the addition of PDMS. Two types of PDMS were tested, the fluid and the emulsified. The lipase production was significantly higher in medium containing PDMS. Experimental design and central composite design (CCD) were used to evaluate the influence of PDMS on the oxygen transfer coefficient kLa in culture medium free of lipase-producing cells. The kLa increased significantly in the medium containing PDMS. Two new experimental plannings were designed to optimize the production of lipase in culture medium with cells. In the medium containing the PDMS fluid lipase activity was five times higher than medium without the oxygen carrier, while in the medium containing the emulsified silicone lipase activity was three times higher. This study showed that the lipase from S. warneri EX17 can be produced using residual glycerol as carbon source and that polydimethylsiloxanes works as interesting carrier of oxygen by increasing oxygen transfer rates, improving enzyme production, which has several possible applications, especially in the food industry.