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Previous issue date: 2007-03-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / In biochemical processes, shear rate ( γ&) in the system is an important variable on design
and operation of bioreactors. Shear can result in damage to the cells and the microorganisms,
taking to the viability loss and even to the cellular breaking and the microbial death. In the
present work was proposed a methodology to quantify average shear rate ( av γ & ) in stirred
bioreactor with a 4 L working volume, through volumetric oxygen transfer coefficient (kLa),
varying the operating conditions, as the impeller rotational speed (N: 600, 700, 800, 900 and
1000 rpm) and the specific air flow rate (Φar: 0.50 and 1.00 vvm). Five different glycerol
solutions and distilled water were utilized as Newtonian fluids and six different xantham gum
solutions were utilized as non-Newtonian fluids. Dynamic viscosity (µ) of the glycerol solutions
and rheological parameters (K, n) for the xantham gum solutions, were determined at 28ºC from
rheograms using a digital concentric-cylinders rheometer. Based on the obtained results, a
correlation for average shear rate ( av γ & ) as function of the impeller rotational speed (N),
rheological parameters (K, n) and volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) was proposed. The
correlation obtained for the average shear rate ( av γ & ) showed appropriate to estimate av γ & , because
the estimated values approximated of others values described in literature for another
correlations. In a second stage, four cultivations of Streptomyces clavuligerus ATCC 27064 was
realized in a stirred bioreactor, aerated 0.50 vvm and agitated in 700, 800, 900 and 1000 rpm.
Process variable values, as consistency index (K), flow index (n), cellular concentration (Cx),
glicerol concentration (CGlic) and
2 CO n& produced ag of the cultivations were evaluated. It was
observed that the consistency index (K), flow index (n) and cellular concentration (Cx) varied
due to shear conditions imposed to the cultivations. Finally, based on experimental literature
results, average shear rate ( av γ & ) was determined in function of the time for cultivation of S.
clavuligerus in stirred bioreactor for 600, 800 and 1000 rpm and specific air flow rate (Φar) of
0.50 vvm, using the proposed methodology, the obtained values were more consistent, because
the experimental values of kLa were obtained by gaseous balance. / Em processos bioquímicos, a velocidade de cisalhamento ( γ &) no meio reacional é uma
importante variável no projeto e operação de biorreatores. O cisalhamento pode resultar em dano
às células e aos microrganismos, levando à perda de viabilidade e até mesmo ao rompimento
celular e à morte microbiana. No presente trabalho propôs-se uma metodologia para quantificar a
velocidade de cisalhamento média ( γ &m) em biorreator convencional tipo tanque agitado e aerado
com 4 litros de volume útil, através do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa),
variando-se as condições de operação, no caso freqüência de rotação do impelidor (N: 600, 700,
800, 900 e 1000 rpm) e vazão específica de alimentação de ar (Φar: 0,50 e 1,00 vvm). Utilizaramse
cinco diferentes soluções de glicerol e água destilada como fluidos Newtonianos, e seis
diferentes soluções de goma xantana como fluidos não-Newtonianos. As viscosidades dinâmicas
(µ) para as soluções de glicerol e as constantes reológicas (K e n) para as soluções de goma
xantana foram obtidas a 28ºC em reômetro de cilindros concêntricos a partir de reogramas. Com
base nos resultados obtidos, propôs-se uma correlação para a velocidade de cisalhamento média
( γ &m) em função da freqüência de rotação do impelidor (N), das propriedades reológicas dos
fluidos (K e n) e do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa). A correlação
obtida para a velocidade de cisalhamento média ( γ &m) mostrou-se adequada para estimativas de
γ &m, pois os valores estimados aproximaram-se de outros estimados por diferentes correlações
propostas na literatura. Numa segunda etapa, realizaram-se quatro cultivos com Streptomyces
clavuligerus ATCC 27064 em biorreator convencional tipo tanque agitado e aerado a 0,50 vvm e
agitado em 700, 800, 900 e 1000 rpm. Valores de variáveis do processo como o índice de
consistência (K), índice de comportamento de escoamento (n), concentração celular (Cx),
concentração de glicerol (CGlic) e quantidade de dióxido de carbono produzido ( 2 CO n& ) foram
obtidos ao longo dos cultivos. Observou-se que o índice de consistência (K), índice de
comportamento de escoamento (n) e a concentração celular (Cx) sofreram variações decorrentes
das condições de cisalhamento impostas aos cultivos. Por fim, com base em resultados
experimentais de literatura, determinou-se a velocidade de cisalhamento média ( γ &m) em função
do tempo para cultivos de S. clavuligerus em biorreator convencional, a 600, 800 e 1000 rpm e
vazão específica de alimentação de ar de 0,50 vvm, empregando-se a metodologia proposta, os
resultados obtidos foram mais consistentes, pois se utilizou valores experimentais de kLa obtidos
pelo balanço gasoso.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/3979 |
| Date | 12 March 2007 |
| Creators | Campesi, Alexandre |
| Contributors | Badino Júnior, Alberto Colli |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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