Apresenta-se na tese proposta uma contribuição ao método aplicado no projeto de plantas de biogás composto de seis passos. Inicia-se com o levantamento de dados do local de instalação da planta de biogás, o planejamento, dimensionamento da planta de biogás e a escolha de tecnologias. Por fim segue a modelagem mecânica computacional em CAD e por último a simulação dos tanques biorreatores com programas computacionais. A metodologia desenvolvida foi testada no projeto de uma planta de biogás para biodigestão de silagem de milho (35000 m3 ao ano) no município de São Francisco de Paula-RS. O biorreator foi dimensionado com volume de 2100 m3 e um volume de biogás gerado foi estimado em 18219 m3 por dia. As simulações mecânicas computacionais foram executadas para a escolha da espessura das chapas a serem utilizadas nos tanques biorreatores. Foram dimensionados os biorreatores da planta e simulados em três materiais metálicos distintos, o aço duplex AISI 318, o aço austenítico AISI 316L e o aço carbono laminado ASTM A36. A melhor chapa verificada para o caso foi a do aço AISI 318 utilizando-se chapas de 1,5 a 3,0 mm de espessura. A diminuição da espessura reduz em 29% em massa o material empregado na fabricação dos tanques biorreatores em comparação com o uso de espessuras de chapas 3 mm em todo o tanque. Já para o aço AISI 316 L e ASTM A-36 diminui-se em 34% em massa do material a ser empregado na fabricação dos tanques biorreatores caso sejam utilizadas diferentes espessuras. / This thesis presents a contribution to the method for the biogas plant project and consists of six steps. Start with the location of data collection biogas plant installation, planning, biogas plant design and the choice of technologies. Finally follows the computational mechanical modeling in CAD and simulation of bioreactor tanks with computer programs. The methodology was tested in a design of a biogas plant for digestion of corn silage (35,000 m3 per year) in São Francisco de Paula-RS. The bioreactor was sized with a volume of 2100 m3 for a volume of 18,219 m3 of biogas per day. The mechanical computer simulations were performed to select the thickness of the sheets to be used in the bioreactor tank. The bioreactor plant and were scaled simulated in three different metallic materials, the duplex steel AISI 318, AISI 316L austenitic steel and rolled carbon steel ASTM A36. The plate most suitable for the manufacturing was the AISI 318 steel with thickness of 1.5 to 3.0 mm. With the simulation we obtained a decrease of plate thickness. This generated a mass reduction of 29% of the material used in manufacturing the tank bioreactors compared to using a 3 mm plate thickness throughout the tank. For steel AISI 316L and ASTM A-36 we subtract 34% by weight of the material to be used in manufacturing the tank bioreactors where different thicknesses are used as computer simulation.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-03-17T12:09:57Z No. of bitstreams: 1 PDF - Thales Lacerda Querino de Albuquerque.pdf: 9461957 bytes, checksum: fdb6c4eaac7cffec8adb8d1366435b61 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T12:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Thales Lacerda Querino de Albuquerque.pdf: 9461957 bytes, checksum: fdb6c4eaac7cffec8adb8d1366435b61 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / With the growth of sewage collection networks, sludge production in Sewage Treatment Plants (ETEs) has been growing steadily as these networks are expanded and new treatment plants are deployed. The sludge generated in the ETEs presents a composition of constituents that can pose risks to the health of the population and the environment, and it is necessary to make adequate final disposal of this residue or to reuse the nutrients that can be obtained in membrane filtration processes. Recent studies have shown that nutrient recovery from sewage sludge can be performed in Anaerobic Membrane - AnMBR systems, which include a feed reservoir, an anaerobic digester, a membrane filtration module and a permeate storage reservoir. Some factors contribute to the performance of the bioreactor process, making constant monitoring of some parameters necessary. The constant monitoring was performed through the automation of the system, using the micro controller Arduino board, connected to pressure and temperature sensors, where values are displayed through reports generated by the software. The software shows information in real time, but also provides a tool where you can query data from the bioreactor according to the desired date. At the end of the research it was possible to verify that the software facilitates the storage and processing of data, offering a better management of information of extreme importance in the aid of decision making in the management of membrane bioreactors. / Com o crescimento das redes de coleta de esgotos, a produção de lodos em Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) vêm crescendo continuamente à medida que estas redes são ampliadas e novas estações de tratamento são implantadas. O lodo gerado nas ETEs apresenta uma composição de constituintes que podem trazer riscos para a saúde da população e ao meio ambiente, sendo necessário realizar disposição final adequada a este resíduo ou reaproveitar os nutrientes que podem ser obtidos em processos de filtração por membranas. Estudos recentes demonstram que a recuperação de nutrientes do lodo de esgoto pode ser realizada em sistemas de Biorreatores Anaeróbios de Membrana - AnMBR, que incluem um reservatório de alimentação, um digestor anaeróbio, um módulo de filtração de membrana e um reservatório de armazenamento de permeado. Alguns fatores contribuem no desempenho do processo do biorreator, tornando necessário o acompanhamento constante de alguns parâmetros. O acompanhamento constante foi realizado através da automação do sistema, utilizando a placa micro controladora Arduino, conectada a sensores de pressão e temperatura, onde os valores são exibidos através de relatórios gerados pelo software. O software mostra informações em tempo real, como também disponibiliza uma ferramenta onde é possível consultar dados do biorreator de acordo com a data desejada. Ao término da pesquisa foi possível constatar que o software facilita a armazenagem e tratamento de dados, oferecendo um melhor gerenciamento das informações de extrema importância no auxílio à tomada de decisão na gestão de biorreatores de membrana.

A preocupação com a qualidade das águas está intensificando estudos com tecnologias avançadas para tratamento de efluentes. Uma tecnologia promissora no Brasil é a de biorreatores à membrana (MBR), pois há a possibilidade de trabalhar com altas taxas de aplicação e ainda pode obter um efluente tratado passível de reuso. Assim, o presente trabalho teve por objetivo estudar um MBR com módulo de membranas externo. Para tanto, foram estipulados os parâmetros operacionais em ensaios preliminares, tais como compactação da membrana, permeabilidade hidráulica e permeabilidade ao lodo ativado. Desta forma, efetuou-se a montagem do MBR, o qual foi inicialmente alimentado com um efluente sintético e posteriormente com efluente de curtume coletado pós-tratamento convencional. Operando com efluente sintético, obteve-se redução superior a 95% para DQO e turbidez. Com efluente de curtume pós-tratamento, obteve-se eficiência de 46%, 88%, 16%, 67% e 48% para DQO, DBO5, NTK, P-Total e cromo, respectivamente. Ademais, após 15 dias de operação, o sistema estabilizou com fluxo permeado elevado: 43 L/m².h. / The preoccupation with the quality of water resources is intensifying studies about advanced technologies for wastewater treatment. A promising technology in Brazil is the membrane bioreactors (MBR), due its capacity to operate with high application rates and may also obtains a treated effluent able to reuse. Thus, this work aimed to study a MBR with external membrane module. Firstly, it has been determined operational parameters by preliminary studies, namely: membrane compactation, hydraulic permeability and permeability to activated sludge. After that, the MBR was setting. Then, it was initially fed a synthetic wastewater and, then, with tannery wastewater collected after conventional treatment. Operating with synthetic wastewater, it was obtained a reduction of more than 95% for COD and turbidity. The operation with tannery wastewater post treatment resulted in efficiency of 46%, 88%, 16%, 67% and 48% for COD, BOD5, TKN, Total-P and chromium, respectively. Moreover, after 15 days of operation, the system has stabilized with high permeate flux: 43 L/m².h.

Microalgas são micro-organismos fotossintetizantes que convertem CO2 majoritariamente em lipídios, proteínas e carboidratos. A produção de microalgas é indicada atualmente como alternativa para biomitigação de CO2 e para geração de biocombustíveis, a partir da conversão da biomassa através de processos químicos e biotecnológicos. As vantagens das microalgas estão na sua maior velocidade de crescimento em relação a vegetais oleaginosos superiores e em seu teor lipídico, que para algumas espécies pode chegar a valores maiores que 50%. Apesar do potencial envolvendo as microalgas, muitos desafios ainda precisam ser superados para tornar viável a aplicação desses micro-organismos para fins energéticos. São necessários desenvolvimentos nas mais diversas áreas, abordando os seguintes aspectos: seleção e melhoramento genético de espécies, alcance de maior eficiência fotossintética, desenvolvimento de sistemas de produção e de seu escalonamento, desenvolvimento de sistemas e processos de colheita, extração e processamento, aproveitamento de nutrientes provenientes de resíduos, otimização de condições operacionais, dentre outros. Este trabalho teve por objetivo determinar as melhores condições de crescimento da microalga marinha Nannochloropsis oculata em um fotobiorreator airlift. Os experimentos foram realizados seguindo um delineamento composto central rotacional com temperatura, (19 a 29 °C), concentração de nitrato no meio de cultivo (f/2) (25 a 125 mg.l-1) e intensidade luminosa (3636 a 10364 lux) como variáveis de estudo. Uma planta laboratorial com 12 fotobiorreatores foi construída, permitindo realizar os experimentos do referido planejamento em dois blocos. As variáveis de resposta estudadas e os respectivos melhores resultados experimentais obtidos foram de 482,7 mg.l-1 para a máxima concentração de biomassa, nas condições de 21 °C, 105 mg.l-1 de NaNO3 e 9000 lux, taxa instantânea de crescimento no período exponencial de 0,5624 d-1, nas condições de 24 °C, 75 mg.l-1 de NaNO3 e 7000 lux e percentual de lipídios em biomassa liofilizada de 30,36%, nas condições de 21 °C, 45 mg.l-1 de NaNO3 e 5000 lux. / Microalgae are photosynthetic microorganisms that convert CO2 mainly into lipids, proteins and carbohydrates. Microalgae production is currently pointed out as an alternative for CO2 biomitigation and generation of renewable biofuels, from biomass conversion by chemical and biotechnological processes. Microalgae advantages are fastest growth comparing with oil crops and their higher lipid content, which for some species can reach values above 50%. Despite the potential involving microalgae, many challenges remain to be overcome to make feasible the application of these microorganisms for energy purposes. We need to develop several areas, addressing the following issues: selection and genetic improvement of species, reaching higher photosynthetic efficiency, development of production systems and their scale up, development of systems and procedures for harvest, extraction and processing, use of nutrients from flue gases and wastewater, optimization of operating conditions, etc. This study aimed to determine the best conditions for growth of the marine microalgae Nannochloropsis oculata in airlift phootobioreactor. Experiments were carried out following a central composite design of the following variables: temperature (19 to 29 ° C), nitrate concentration in the culture medium (f/2) (25 to 125 mg.l-1) and irradiance (3636 to 10364 lux). A laboratory plant was built with 12 photobioreactors, allowing perform the central composite design in two blocks. The response variables studied and the best experimental results obtained were 482,7 mg.l-1 for maximum biomass concentration under conditions of 21 °C, NaNO3 concentration 105 mg.l-1 and 9000 lux, instantaneous rate of increase in exponential period equal to 0.5624 d-1 under the conditions of 24 °C, NaNO3 concentration 75 mg.l-1 and 7000 lux and percentual lipid content in lyophilized biomass of 30.36% under the conditions of 21 °C, NaNO3 concentration 45 mg.l-1 and 5000 lux.

A bactéria Zymomonas mobilis atraiu considerável interesse nas últimas décadas devido ao seu metabolismo único e a suas eficientes características fermentativas na produção de etanol através de açúcares simples. Além disso, dependendo do substrato utilizado outros produtos podem ser obtidos como ácido lático, ácido acético, ácido fórmico, acetona, levana, e sorbitol. Na literatura, a Z. mobilis tem sido proposta como microrganismo mais promissor que a convencional levedura Sacharomyces cerevisiae para a produção industrial de etanol. Na fermentação em modo contínuo o microrganismo apresenta oscilações (i.e., bifurcações Hopf) em baixas taxas de diluição (Df < 0,1/h). Diversos modelos têm sido propostos para descrever a dinâmica oscilatória do cultivo contínuo de Z. mobilis. Entre tais está o modelo de Jöbses et al. (1986) que foi ajustado experimentalmente em baixas taxas de diluição (Df < 0,1/h) e concentrações médias de substrato alimentado (Cso = 150 kg/m³). Recentemente, o modelo foi extrapolado por Elnashaine et al. (2006) que encontrou uma região operacional muito mais rentável a altas taxas de diluição (Df < 2,0/h) e concentração de substrato (Cso = 200 kg/m³). Embora o modelo de Jöbses não tenha sido validado nesta região, nossa contribuição assumirá que esta extrapolação é aceitável e então uma estratégia de controle foi proposta para manter o sistema trabalhando nesta região operacional. Para uma aplicação industrial bem sucedida da Z. mobilis, é necessário uma estratégia de controle eficiente e simples. Esse trabalho analisa o problema de controle e otimização de um biorreator contínuo de biosíntese de etanol pela bactéria modelado por Jöbses et al. (1986). Esse sistema apresenta multiplicidade de equilíbrios em determinadas condições operacionais. A idéia é manter o processo próximo à região de maior produtividade, localizada nas proximidades de um conjunto de bifurcações sela (onde o sistema torna-se instável). Baseado em uma análise sistemática da controlabilidade do sistema usando o índicie não-linear RPN percebe-se que é possível controlar o processo usando um controlador linear. Finalmente o trabalho aborda algumas características importantes no sistema de controle como a utilização de uma transformada nas ações do controlador com vistas a manter o biorreator no ótimo operacional. / Zymomonas mobilis has attracted considerable interest over the past decades pursuant to its unique metabolism and ability to rapidly and efficiently produce ethanol from simple sugars. In addition to ethanol depending on the substrate other fermentation products can occur, such as lactic acid, acetic acid, formic acid, acetone, and sorbitol. In the literature, Zymomonas mobilis has been proposed as a more promising microorganism than conventional yeast Saccharomyces cerevisiae for industrial production of ethanol. The major drawback of this microorganism is that it exhibits sustained oscillations (i.e., Hopf bifurcation) for low dilution rates (i.e., ,Df <=0.1 h-1) when grown in continuous mode. This leads to decreased ethanol productivity and less efficient use of available substrate. Various models have been proposed to describe the oscillatory dynamics of continuous Zymomonas mobilis cultures. One of them is the Jöbses et al. (1986) model that was fitted to experimental data with low dilution rate (i.e.,Df <= 0.1 h-1) and middle inlet substrate concentration (i.e., Cso~=150 kg/m³). Later, it was extrapolated outside of this operating region by Elnashaie et al. (2006), who have found a much more profitable operating region at higher dilution rates (Df~= 2.0 h -¹) and inlet concentrations (Cso~= 200 kg/m³). Notwithstanding the Jöbses's models has not been validated at this region, our contribution will assume that this extrapolation is acceptable and we will propose a control strategy to maintain the system working at this more profitable operating region. For a successful application of any industrial Z. mobilis facility, it is necessary to have an efficient and simple control strategy. This work analyzes the control and optimization problem of a continuous Z. mobilis bioreactor modeled by Jöbses et al. (1986). This system has steady state multiplicity in part of the operating range. The idea is to maintain the process close to the manifold border where is achievable the highest ethanol production. Based on a systematically analysis of the operational controllability using the nonlinear RPN indices it is identified that the process can be controlled using a linear controller. Finally in this work is proposed a variable transformation that makes easy to maintain the bioreactor close to the optimum.

O presente estudo analisa dois tipos de aços inoxidáveis, o Austenítico AISI 316L e o Duplex AISI 318, para a fabricação de biorreatores. Esses aços possuem propriedades físicas e químicas que podem suprir as necessidades de resistências mecânicas e anticorrosivas dos ambientes dos biorreatores anaeróbicos. Para comparar os dois tipos de aço, foram feitos testes das propriedades mecânicas e químicas antes e depois da exposição ao ambiente de biorreação. Um protótipo de biorreator foi projetado no software Autodesk Inventor 2013 e construído com uma das ligas metálicas em estudo, o aço AISI 316L, criando um ambiente favorável aos testes de campo. Para tal utilizou-se processos de conformação e união de chapas por rebitagem e soldagem. As amostras dos aços para os testes mecânicos e de corrosão foram preparadas e inseridas no biorreator onde permaneceram por 14 meses. Os resultados dos ensaios mostraram que não houve alterações significativas nas propriedades mecânicas dos aços Duplex, porém as amostras de aço Austenítico apresentaram aumento na tensão de escoamento, na tensão limite de resistência e no módulo de elasticidade, demonstrando aumento na rigidez do material após a biorreação. Quanto às propriedades anticorrosivas os resultados apresentam uma leve vantagem do aço Duplex AISI 318 em relação ao Austenítico AISI 316L. Em relação à construção, os aços Austeníticos, por serem mais dúcteis, possuem melhor conformação; o Duplex AISI 318, por ter maior resistência mecânica, possibilita a construção com chapas mais finas, o que acarreta em redução de peso final do biorreator. O aço AISI 318 apresenta maior estabilidade nas propriedades mecânicas do que o AISI 316L. A relação favorável de custo-benefício da aplicação dos aços inoxidáveis na construção de biorreatores anaeróbios é comprovada pelas plantas de produção de biogás existentes em várias partes do mundo, principalmente na Europa. / The present study analyzes two kinds stainless steel, the Austenitic AISI 316L and the Duplex AISI 318 for manufacturing bioreactors. These kinds of stainless steel have the physical and chemical properties to meet the need the anticorrosive and mechanical resistances from the anaerobic bioreactors environments. Before and after the exposition to the bioreaction environment, both kinds of stainless steel were compared by testing their mechanical and chemical properties. A prototype bioreactor was designed in Autodesk Inventor 2013 software and built with on of the alloys in study, the AISI 316L, creating a favorable environment for fielding testing. For this purpose, we used the processes of forming and joining the plates by riveting and welding. The stainless steel samples for the mechanical and corrosion tests were prepared and placed in the bioreactor and they stayed there for fourteen months. Results show that there weren't significant changes in the mechanical properties of Duplex steel. However, Austenitic steel samples showed an increase in yield strength, resistence limit and in the elastic modulus, demonstrating an increase in the stiffness of the materials after bioreaction. The results show that there were not significant changes in mechanical properties, as the corrosive properties, results show a slight advantages of Duplex 318 compared to Austenitic AISI 316L. Regarding the construction, the Austenitic steel has better conformation, because it is more ductile and the Duplex steel has greater mechanical resistance and it enables the construction with thinner plates. Thus, the bioreactor becomes lighter. The AISI 318 steel has higher stability in mechanical properties than AISI 316L. The cost-benefit of the application of stainless steel in the construction of anaerobic bioreactors is proven by production plants of biogas worldwide, mainly in Europe.

Buscando compreender o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), o presente trabalho teve por objetivo desenvolver um modelo numérico utilizando ferramentas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) para a simulação do comportamento do escoamento trifásico (líquido, gás e sólido) em um reator UASB utilizado na produção de biogás a partir da vinhaça, e validar este modelo utilizando técnicas de Velocimetria de Partículas por Imagem (PIV). Para tanto, inicialmente foi projetado o reator UASB e em seguida foram desenvolvidas a geometria e a malha. As simulações foram executadas no software Fluent, utilizando uma malha com 528.000 volumes de controle. Foram inicialmente realizadas simulações do escoamento monofásico do líquido e em seguida simulações bifásicas gás/líquido e sólido/líquido foram realizadas adotando-se uma abordagem Euleriana-Euleriana, isotérmica, transiente e tridimensional. Por fim, os modelos bifásicos já validados foram associados em um modelo trifásicos. Técnicas de PIV foram utilizadas na validação dos modelos bifásicos e do trifásico. Na etapa de validação dos modelos numéricos, foi verificada uma diferença máxima entre resultados experimentais e computacionais menor de 4% para todos os casos. Foi verificado que a força de arraste é a que exerce a maior influência no perfil do escoamento gás/líquido. Com relação ao escoamento sólido/líquido, o modelo de Gidaspow foi escolhido para o cálculo do coeficiente de arraste, após comparação com resultados experimentais. Nas simulações trifásicas, verificou-se o gás foi o principal responsável pela qualidade da mistura dentro do reator, reduzindo de 44% o percentual de zonas mortas no reator no caso sólido/líquido para 0,02% no caso trifásico e aumentando em cerca de oito vezes a magnitude da velocidade das fases sólida e líquida. O sistema de distribuição de gás exerceu forte influência no perfil do escoamento, tendo induzido recirculação interna no reator. A compreensão do escoamento permitirá otimizações no processo e no reator de forma a buscar o aumento da eficiência de tratamento bem como da geração de biogás. / PETROBRAS, Brasil. / Aiming to understand the hydrodynamics of a Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor, this work aimed to apply multiphase modeling through computational fluid dynamics (CFD) to assess the behavior of the three phase flow (liquid, gas and solid) in a UASB reactor, which is used in the biogas production using vinasse as substrate and the to validate the results using Particle Image Velocimetry (PIV) techniques. Therefore, the UASB reactor was designed and then the geometry and mesh were developed. The simulations were performed using the software Fluent and a mesh with 528.000 control volumes. Initially, monophasic simulations of the liquid phase were carried out. Next, two phase simulations were performed considering the pairs of phases gas/liquid and solid/liquid. An Eulerian-Eulerian approach was adopted, together with isothermal, transient and tridimensional conditions. After validated, the two-phase models (solid/liquid and gas/liquid) were combined into a three-phase model. PIV was used for the experimental validation of the two and three-phase models. The numerical model validation showed maximum differences lower than 4% between experimental and computational results for the three cases (gas/liquid, solid/liquid and liquid/gas/solid). Numerical results showed that the drag force plays the major role on the gas/liquid flow profile. Regarding the solid/liquid flow, Gidaspow model was chosen to estimate the drag force coefficient after comparisons between numerical and experimental results. Three-phase simulations showed that the gas was the main responsible for the mixing quality within the reactor. Dead zones were reduced from 44% in the solid/liquid simulations to 0,02% in the three-phase simulations and the liquid and solid velocity magnitude increased in about eight times. The configuration of the gas distribution system played a major role on the overall flow profile and drove liquid recirculation along the axial position. Understanding the multiphase flow within this reactor will allow optimizations on the process as well as on the reactor, in order to seek an increase on the efficiency both in the treatment and biogas in the production.

Levando-se em consideração a importância econômica que a indústria sucroalcooleira e do biodiesel representam para o Brasil, bem como a posição de destaque do país neste cenário econômico mundial, uma gestão adequada do efluente gerado pelas indústrias torna-se fundamental. A fim de minimizar os impactos ambientais associados, tendo em vista que um litro de etanol produzido gera até quinze litros de vinhoto e que cada tonelada de biodiesel gera cem quilos de glicerol, tecnologias disponíveis podem ser utilizadas, como no caso de processos anaeróbios. Este estudo avaliou doze experimentos em processo anaeróbio em escala laboratorial utilizando efluente de vinhoto e glicerol pós tratamento por processo de acidogênese, oriundo da indústria sucroalcooleira e do biodiesel. Foram determinados parâmetros de produção de metano, entre outros aspectos. Os três reatores dos quatro experimentos que apresentaram resultados mais significativos em termos de produção de metano no período de tempo monitorado, utilizando somente vinhoto residual, foram o V4.3, V2.3 e o V3.3, em volumes de 6.241 mL, 6.087 mL e 4.845 mL, respectivamente. Já nos experimentos utilizando também glicerol, os resultados apresentaram produções máximas de metano de 8.687 mL, 7.990 mL e 6.640 mL, para relações de proporções de vinhoto e glicerol de 80/20, 60/40 e 20/80, respectivamente. / Taking into account the economic importance that the sugar-alcohol industry and biodiesel represent for Brazil, as well as the country's leading position in this world economic scenario, adequate management of the effluent generated by the industries becomes fundamental. In order to minimize the associated environmental impacts, given that one liter of ethanol produced generates up to fifteen liters of vinasse and that each ton of biodiesel generates one hundred kilos of glycerol, available technologies can be used, as in the case of anaerobic processes. This study evaluated twelve experiments in anaerobic process in laboratory scale using effluent of vinasse and glycerol post treatment by acidogenesis process, coming from the sugar-alcohol industry and biodiesel. Methane production parameters were determined, among other aspects. The three reactors of the four experiments that presented the most significant results in terms of methane production in the monitored time period, using only residual vinasse, were V4.3, V2.3 and V3.3, in volumes of 6,241 mL, 6,087 mL and 4,845 mL, respectively. In the experiments using also glycerol, the results presented maximum methane yields of 8,687 mL, 7,990 mL and 6,640 mL, for vinasse and glycerol ratios of 80/20, 60/40 and 20/80, respectively.

O presente estudo analisa dois tipos de aços inoxidáveis, o Austenítico AISI 316L e o Duplex AISI 318, para a fabricação de biorreatores. Esses aços possuem propriedades físicas e químicas que podem suprir as necessidades de resistências mecânicas e anticorrosivas dos ambientes dos biorreatores anaeróbicos. Para comparar os dois tipos de aço, foram feitos testes das propriedades mecânicas e químicas antes e depois da exposição ao ambiente de biorreação. Um protótipo de biorreator foi projetado no software Autodesk Inventor 2013 e construído com uma das ligas metálicas em estudo, o aço AISI 316L, criando um ambiente favorável aos testes de campo. Para tal utilizou-se processos de conformação e união de chapas por rebitagem e soldagem. As amostras dos aços para os testes mecânicos e de corrosão foram preparadas e inseridas no biorreator onde permaneceram por 14 meses. Os resultados dos ensaios mostraram que não houve alterações significativas nas propriedades mecânicas dos aços Duplex, porém as amostras de aço Austenítico apresentaram aumento na tensão de escoamento, na tensão limite de resistência e no módulo de elasticidade, demonstrando aumento na rigidez do material após a biorreação. Quanto às propriedades anticorrosivas os resultados apresentam uma leve vantagem do aço Duplex AISI 318 em relação ao Austenítico AISI 316L. Em relação à construção, os aços Austeníticos, por serem mais dúcteis, possuem melhor conformação; o Duplex AISI 318, por ter maior resistência mecânica, possibilita a construção com chapas mais finas, o que acarreta em redução de peso final do biorreator. O aço AISI 318 apresenta maior estabilidade nas propriedades mecânicas do que o AISI 316L. A relação favorável de custo-benefício da aplicação dos aços inoxidáveis na construção de biorreatores anaeróbios é comprovada pelas plantas de produção de biogás existentes em várias partes do mundo, principalmente na Europa. / The present study analyzes two kinds stainless steel, the Austenitic AISI 316L and the Duplex AISI 318 for manufacturing bioreactors. These kinds of stainless steel have the physical and chemical properties to meet the need the anticorrosive and mechanical resistances from the anaerobic bioreactors environments. Before and after the exposition to the bioreaction environment, both kinds of stainless steel were compared by testing their mechanical and chemical properties. A prototype bioreactor was designed in Autodesk Inventor 2013 software and built with on of the alloys in study, the AISI 316L, creating a favorable environment for fielding testing. For this purpose, we used the processes of forming and joining the plates by riveting and welding. The stainless steel samples for the mechanical and corrosion tests were prepared and placed in the bioreactor and they stayed there for fourteen months. Results show that there weren't significant changes in the mechanical properties of Duplex steel. However, Austenitic steel samples showed an increase in yield strength, resistence limit and in the elastic modulus, demonstrating an increase in the stiffness of the materials after bioreaction. The results show that there were not significant changes in mechanical properties, as the corrosive properties, results show a slight advantages of Duplex 318 compared to Austenitic AISI 316L. Regarding the construction, the Austenitic steel has better conformation, because it is more ductile and the Duplex steel has greater mechanical resistance and it enables the construction with thinner plates. Thus, the bioreactor becomes lighter. The AISI 318 steel has higher stability in mechanical properties than AISI 316L. The cost-benefit of the application of stainless steel in the construction of anaerobic bioreactors is proven by production plants of biogas worldwide, mainly in Europe.

Para produção de biofármacos protéicos, como a eritropoietina recombinante humana (EPOrh), são necessárias alterações pós-traducionais adequadas que garantam a sua especificidade e atividade biológica. Essas características são obtidas apenas em biorretores baseados em células eucarióticas, como as da glândula mamária. Sistemas baseados nesse tipo celular, tanto in vivo quanto in vitro, já são utilizados para produção estratégica e viável de proteínas recombinantes biologicamente ativas. Assim, tanto o estabelecimento de novas linhagens de células mamárias que apresentem boa expressão protéica quanto o desenvolvimento de sistemas in vivo que utilizem a estrutura da glândula mamária para essa produção de proteínas recombinantes são de grande valia. O presente trabalho teve como objetivo comparar dois métodos de estabelecimento de uma cultura de células de glândula mamárias ovinas, enzimático e não enzimático, e verificar sua capacidade de expressão das proteínas do leite &beta;-lactoglobulina, &alpha;-caseína, &beta;-caseína e &kappa;-caseína mediante o tratamento com SFB (soro fetal bovino) ou SOL (soro de ovelha lactante), na presença ou não de Matrigel. Para isso, foi realizado um experimento in vitro, no qual foi estabelecido o cultivo celular até a passagem 12 (P12) de duas linhagens celulares: digerida (LD) e não digerida (LND). Para a LD na P12 foi observado apenas um tipo celular, o qual era positivo para a marcação com vimentina. Essa linhagem apresentou expressão gênica de &beta;-caseína e &beta;-lactoglobulina apenas quando tratada com meio de cultivo acrescido de SFB, sendo a expressão inferior (P=0,001) ao grupo da LND submetido ao mesmo tratamento. Já a LND, quando tratada com meio adicionado com SFB expressou &kappa;-caseína além da &beta;-caseína e &beta;-lactoglobulina. A troca do SFB do meio de cultivo por SOL aumentou a expressão gênica de &beta;-lactoglobulina (P=0,001) para ambas linhagens. Foi realizada a curva de crescimento para LD e LND na P12 com o meio de cultivo acrescido com SFB ou SOL. Para a LND observou-se o efeito do meio na velocidade de crescimento celular, sendo que foi maior para o grupo tratado com SFB (P&lt;0,05). Para a LD, não ocorreu o efeito do meio na velocidade de crescimento celular (P&gt;0,05), não sendo observada diferença com a LND tratada com SOL (P&gt;0,05). A LND apresentou marcação positiva para a presença de vimentina e citoqueratina. Este trabalho visou, ainda, estabelecer um sistema de produção da EPOrh no leite de ovelhas não transgênicas pela técnica de infusão intra-mamária in vivo de dois plasmídeos diferentes e verificar a secreção qualitativa desta proteína por Western-blotting. Assim, foi feito um experimento in vivo no qual glândulas mamárias de ovelhas foram transfectadas com dois plasmídeos diferentes: ALAC (n=2), BGL (n=2) e controle negativo (n=2). Após a infusão dos plasmídeos, foi realizada a eletroporação de cada teto (3 choques de 500 volts com a duração de 15ms cada, sendo realizada a inversão da polaridade). Os animais foram ordenhados durante 20 dias após a transfecção, porém não foi possível detectar a presença de EPOrh nas amostras de leite analisadas. O limiar de detecção do teste utilizado foi de 67,5pg de EPOrh (Eritromax&reg;) em leite controle negativo de ovelha. Concluindo, foi possível estabelecer o cultivo in vitro das LD e LND com capacidade de expressar proteínas do leite, sendo a expressão da &beta;-lactoglobulina aumentada pelo tratamento com SOL. Ambas as linhagens apresentaram marcação positiva para vimentina, mas apenas LND para citoqueratina. Ainda, para o experimento in vivo, não foi possível detectar a expressão de EPOrh no leite das ovelhas transfectadas com os plasmídeos ALAC e BGL. / Some post-translational modifications are necessary for the production of biopharmaceutical proteins, such as recombinant human erythropoietin (rhEPO), with a good specific action and a high biological activity. These modifications are obtained only by bioreactors based on eukaryotic cell as mammary cells. Bioreactors, in vivo or in vitro, with this kind of cell have been used for a viable and strategic production of biologically active recombinant proteins. For this reason, the establishment of a new line of mammary cells with high milk protein expression and the development of systems for production of recombinant proteins by the mammary gland in vivo are essential studies. One of the main objectives of this study was to compare two methods, enzymatic and non-enzymatic, to establish ovine mammary cells culture and verify their gene expression of milk proteins such as &beta;-lactoglobulin, &alpha;-casein, &beta;-casein and &kappa;-casein with different treatments: LOS (lactating ovine serum) or FBS (fetal bovine serum) added to the culture medium, in the presence or absence of Matrigel&reg;. In this manner, an in vitro study was performed and the culture of two lines were established, digested (DL) and non-digested (NDL), of ovine mammary cell until the passage 12 (P12). In DL was observed just one cellular type that was positive for staining with vimentin. This cell line expressed &beta;-lactoglobulin and &beta;-casein genes with the FBS treatment and without Matrigel. The gene expression was lower (P=0,001) when compared to the NDL under the same conditions of culture. Then, the NDL expressed &beta;-lactoglobulin, &beta;-casein and &kappa;-casein genes when treated with FBS without Matrigel. The treatment with LOS in the culture medium increased the gene expression of &beta;-lactoglobulin for both cell lines. The growth curve was determined with both cell lines in P12 with FBS or LOS treatment. For the NDL, the type of medium had effect on the cell growth speed and was highest with the FBS treatment (P&lt;0,05). However, the medium did not have effect on growth speed of LD (P&gt;0,05) and no difference was observed at the NDL treated with LOS (P&gt;0,05). The NDL was positive for staining with vimentin and cytokeratin. The second main objective of this study was to establish an in vivo system for the production of rhEPO in milk of non-transgenic ewes by the intra-mammary infusion of two different plasmids and verify the qualitative milk secretion of this protein by western-blotting. In this way, in the in vivo experiment ovine mammary glands were transfected with two different plasmids: ALAC (n=2), BGL (n=2) and negative control (n=2). Each half udder was filled with plasmid solution and three 3 electric pulses of 500 volts were applied for 15ms each, followed by another three pulses with reversed polarity. The three animals were milked for 20 days after transfection, nevertheless it was not possible to identify rhEPO in any milk sample. The test threshold to identify rhEPO (Eritromax&reg;) in milk from a negative control animal was 67,5pg. In conclusion, the in vitro culture of NDL and DL was established up to the P12 with expression of milk protein and the LOS treatment increased the expression of &beta;-lactoglobulin. The two cell lines culture were positive for staining of vimentina but only NDL was positive for cytokeratin. In the in vivo experiment, rhEPO secretion was not detected in the milk from ewes transfected with ALAC and BGL plasmids.