Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-10-01Bitstream added on 2014-06-13T19:26:15Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_ksm_me_rcla.pdf: 637533 bytes, checksum: f315d101c191461c95fee11e9fd4d042 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A goma xantana é um biopolímero produzido por Xanthomonas campestris muito utilizado como agente espessante. A síntese do biopolímero pode ocorrer em variadas condições, no entanto a qualidade a goma produzida também muda. Alguns trabalhos sugerem que a produção de goma xantana por batelada alimentada pode resultar num desempenho melhor em concentração de goma, rendimento e produtividade quando comparado à batelada simples. Nesse trabalho foram avaliados a influência de diferentes metodologias de oferta de sacarose na produção de goma xantana e sua qualidade, e também a produtividade e rendimento do processo. As melhores metodologias foram testadas em bioreator de 7,5L. Também foram avaliadas diferentes metodologias de separação do biopolímero (com o acréscimo de sais ao caldo ou ao etanol na etapa de extração da goma), bem como a influência de surfactantes e sais na viscosidade da goma em solução. Em incubadora com agitação orbital a quantidade e qualidade de goma xantana produzida a 25°C foram mais interessantes. Em fermentador, a produção de xantana a 30°C em meio contendo 2% de sacarose pode ter seu tempo reduzido sem que isso afete a concentração e a viscosidade da goma obtida. A viscosidade do biopolímero produzido a 25°C em meio contendo 4% de sacarose foi superior (365,9 cP) quando comparado ao biopolímero produzido a 30°C, em meio contendo 2% de sacarose. A produtividade e concentração de goma obtidos estão entre os encontrados na literatura (0,34 g xantana L-1 h-1 e 24 g xantana L-1). O uso de sais na extração da goma permite a redução do solvente utilizado e uma goma de melhor qualidade. Destacaram-se a utilização dos sais NaCl na concentração de 0,01% e CaCl2 a 0,05%. O tratamento térmico aumenta a quantidade e a viscosidade do biopolímero além de eliminar as células. A adição de 0,01% de SDS e de 0,001% de Tween 80 na solução de goma xantana aumenta sua viscosidade. / Xanthan gum is a biopolymer produced by Xanthomonas campestris, used as a thickener. Its synthesis can happen in different conditions, but quality of xanthan produced also changes. Studies suggest that fed batch xanthan gum production can result in better performance in gum concentration, yield and productivity, when compared to batch. This work evaluates the influence of different methods of sucrose supply on xanthan gum quantity and quality, as well its productivity and process efficiency. The best methods were tested in a bioreactor of 7.5 L. Were also evaluated different separation methods (with the addition of salt in broth or ethanol during the separation phase) and the influence of surfactants on viscosity on xanthan solution. In shaker incubator, the gum produced at 25°C was more interesting. In bioreactor, the xanthan production at 30°C using 2% sucrose can be reduced to 40 hours, without affecting concentration and viscosity of the gum obtained. The viscosity of the biopolymer produced at 25°C using 4% sucrose were higher (365.9 cP) when compared to biopolymer produced at 30°C with 2% sucrose. Concentration and yield are similar than those found in the literature (0.34 g xanthan L-1 h-1 and 24 g xanthan L-1). The use of salts in xanthan extraction reduces the input and a better quality gum. The salts NaCl (concentration of 0.01%) and CaCl2 (0.05%) showed best results. Heat treatment increases the xanthan quantity and viscosity and eliminates cells from broth. The addition of 0.01% SDS and 0.001% Tween 80 in the solution of xanthan gum increases its viscosity.

O aprimoramento dos meios para obtenção do bioetanol a partir de diferentes tipos de biomassa traz novos problemas e desafios para a engenharia. O Brasil, devido a fatores climáticos e uma produção de etanol a partir da cana de açúcar já estabilizada, possui uma posição mundial vantajosa na produção sucroalcooleira. Otimizar os meios já existentes e os em desenvolvimento pode não somente aumentar a eficiência da produção, como também reduzir os impactos ambientais causados pelo modelo de produção atualmente utilizado. O processo de fermentação é utilizado tanto na produção de etanol de primeira como de segunda geração, portanto melhorias no desempenho dos fermentadores contribui de maneira significante para o melhor aproveitamento da matéria prima. Diversas tentativas de melhorias são apresentadas na literatura, principalmente por meio do estudo de parâmetros do escoamento que podem influenciar o processo fermentativo, como tensão de cisalhamento, perfis de velocidade e tempo de residência, assim como a influência da geometria do fermentador sobre esses parâmetros. Em alguns estudos, algoritmos de otimização são utilizados para determinar os melhores coeficientes das reações químicas, mas não há estudos, até o momento, que proporcionem otimização simultânea dos parâmetros da geometria e do escoamento em um fermentador contínuo, presentes em cerca de 30% das usinas brasileiras. O objetivo deste trabalho é obter os parâmetros geométricos ideais para um fermentador contínuo, de forma a minimizar a tensão de cisalhamento a variância da distribuição de tempos de residência (DTR) no fermentador. O Ansys CFX® foi utilizado como ferramenta na simulação computacional do escoamento. As geometrias dos fermentadores ideais para cada um dessas análises, obtidas utilizando Algoritmos Genéticos e otimização univariada, respectivamente, foram propostas neste estudo. / The enhancement of bioethanol production means from different types of biomass presents significant problems and engineering challenges. Due to climate and a well-established sugar-cane ethanol production, Brazil is in a privileged position in the global ethanol production scenario. Providing effective means to optimize existing production methods can both improve the efficiency and reduce the environmental impact of the currently used production model. Improvements on this process can have a significant effect in several stages of production, once the production process is used both for first and second-generation ethanol. Several attempts to improve the ethanol production process are presented in the literature. Most studies have investigated how to improve parameters such as shear stress, velocity profiles and residence time, and of the influence of the bioreactor geometry on the parameters. The use of genetic algorithms has been reported in some cases, but there have not been reports on studies combining the optimization of flow parameters and algorithms to choose ideal geometric parameters for continuous fermenters, used in 30% of Brazilian industries in the field. The main aim of this study is to obtain ideal geometric parameters for a continuous fermenter, in order to maximize or minimize flow parameters that can influence on the fermenting process. The aim of this study is obtain the ideal geometry parameters for a continuous fermenter, minimizing two of flow parameters which can influence the fermentation process, namely the shear stress and the variance of residence time distribution (RTD). The flow parameters was obtained by computational fluid dynamics. The ideal fermenter geometries was obtained by two different optimization methods: the genetic algorithms and univariate optimization. The ideal geometries was proposed in this study.

O aprimoramento dos meios para obtenção do bioetanol a partir de diferentes tipos de biomassa traz novos problemas e desafios para a engenharia. O Brasil, devido a fatores climáticos e uma produção de etanol a partir da cana de açúcar já estabilizada, possui uma posição mundial vantajosa na produção sucroalcooleira. Otimizar os meios já existentes e os em desenvolvimento pode não somente aumentar a eficiência da produção, como também reduzir os impactos ambientais causados pelo modelo de produção atualmente utilizado. O processo de fermentação é utilizado tanto na produção de etanol de primeira como de segunda geração, portanto melhorias no desempenho dos fermentadores contribui de maneira significante para o melhor aproveitamento da matéria prima. Diversas tentativas de melhorias são apresentadas na literatura, principalmente por meio do estudo de parâmetros do escoamento que podem influenciar o processo fermentativo, como tensão de cisalhamento, perfis de velocidade e tempo de residência, assim como a influência da geometria do fermentador sobre esses parâmetros. Em alguns estudos, algoritmos de otimização são utilizados para determinar os melhores coeficientes das reações químicas, mas não há estudos, até o momento, que proporcionem otimização simultânea dos parâmetros da geometria e do escoamento em um fermentador contínuo, presentes em cerca de 30% das usinas brasileiras. O objetivo deste trabalho é obter os parâmetros geométricos ideais para um fermentador contínuo, de forma a minimizar a tensão de cisalhamento a variância da distribuição de tempos de residência (DTR) no fermentador. O Ansys CFX® foi utilizado como ferramenta na simulação computacional do escoamento. As geometrias dos fermentadores ideais para cada um dessas análises, obtidas utilizando Algoritmos Genéticos e otimização univariada, respectivamente, foram propostas neste estudo. / The enhancement of bioethanol production means from different types of biomass presents significant problems and engineering challenges. Due to climate and a well-established sugar-cane ethanol production, Brazil is in a privileged position in the global ethanol production scenario. Providing effective means to optimize existing production methods can both improve the efficiency and reduce the environmental impact of the currently used production model. Improvements on this process can have a significant effect in several stages of production, once the production process is used both for first and second-generation ethanol. Several attempts to improve the ethanol production process are presented in the literature. Most studies have investigated how to improve parameters such as shear stress, velocity profiles and residence time, and of the influence of the bioreactor geometry on the parameters. The use of genetic algorithms has been reported in some cases, but there have not been reports on studies combining the optimization of flow parameters and algorithms to choose ideal geometric parameters for continuous fermenters, used in 30% of Brazilian industries in the field. The main aim of this study is to obtain ideal geometric parameters for a continuous fermenter, in order to maximize or minimize flow parameters that can influence on the fermenting process. The aim of this study is obtain the ideal geometry parameters for a continuous fermenter, minimizing two of flow parameters which can influence the fermentation process, namely the shear stress and the variance of residence time distribution (RTD). The flow parameters was obtained by computational fluid dynamics. The ideal fermenter geometries was obtained by two different optimization methods: the genetic algorithms and univariate optimization. The ideal geometries was proposed in this study.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-04-26Bitstream added on 2014-06-13T20:08:54Z : No. of bitstreams: 1 martinsfilho_pc_me_bauru_prot.pdf: 4223424 bytes, checksum: bd55a8655c281a39d67ddb8401906d98 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Objetivou-se analisar estruturalmente um fermentador de 32 [m] de altura com colunas metálicas de sustentação, submetido ao carregamento de vento estático segundo o procedimento descrito pela norma NBR 6123 (1988), pressão hidrostática e pressão interna dos gases. Duas situações distintas foram consideradas para um melhor entendimento da análise: a primeira, sendo o fermentador vazio submetido aos esforços de vento; a segunda, o fermentador em operação submetido ao carregamento hidrostático e a pressão interna dos gases. Para se obter as tensões nos itens que compõem o fermentador (teto, costado, viga de transição, colunas e fundo cônico) e reações nas bases, foi utilizado o Método dos Elementos Finitos ou MEF. Para isso, foi elaborado um modelo geométrico bem próximo ao real, com os detalhes de chapas internas e externas. Determinou-se a espessura das chapas do costado pela norma NBR 7821 (1983) e verificou-se tensões, e possíveis pontos de falha já ocorridos no setor sucroalcooleiro. Apresenta-se também três problemas analisados pelo MEF que confrontados com os resultados analíticos, permitiu a constatação da validade dos resultados obtidos numericamente o ganho de confiança no uso da ferramenta. O MEF é uma ferramenta auxiliar em casos em que não é possível a utilização de cálculos tradidionais (analíticos) / The objective was to structurally analyze a 32 meter height Fermenter, with columns, submitted to static wind load according to the procedure described by the NBR 6123 (1988) norm, hydrostatic pressure and internal pressure of the gases. Two different situations have been considered for a better analyze comprehension: the first one with the empty Fermenter submitted to wind efforts; the second with the operating fermenter submitted to the hydrostatic load and the internal pressure of the gases. In order to obtain the stresses on the items that make up the fermenter (heads, shell, beam transition, columns and conic bottom) and bases reactions the Finite Element Method or FEM has been used. For this we have developed a geometric model very close to reality, with the details of internal and external plates. It was determined by the thickness of the side shell plating by the NBR 7821 (1983) and there were tensions, and possible points of failure that have already occurred in the alcohol sector. It was also presented three issues addressed by comparing FEM with analytical results, which allowed the verification of the validity of the results obtained numerically and gain of confidence in using the tool. The MEF is an auxiliary tool in cases where it is not possible to use traditional calculations (analytical)