Resumo: A fermentação no estado sólido é um processo capaz de produzir diversos compostos de interesse comercial. Uma das dificuldades para a aplicação industrial deste método é a falta de sensores economicamente viáveis capazes de realizar medidas on-line da umidade da fase sólida, que se for reduzida demasiadamente pode limitar o crescimento do microrganismo e a produção dos metabólitos. O objetivo deste trabalho foi de desenvolver um modelo matemático determinístico para inferir a umidade da fase sólida em um biorreator com aeração forçada e agitação intermitente. A combinação de duas características distingue este modelo de inferência de modelos anteriores: a primeira, é que o modelo descreve os gradientes axiais da umidade do leito ao invés de assumir que o leito é homogêneo; a segunda, é que o modelo descreve as transferências de massa e energia entre a fase gasosa e sólida dentro do leito ao invés de assumir que estas fases estão em equilíbrio. As medidas do processo fornecidas ao modelo de inferência eram as temperaturas da fase gasosa em diferentes alturas do leito. Inicialmente, o modelo de inferência foi testado com um modelo preditivo do biorreator: quando as temperaturas da fase gasosa do modelo preditivo foram fornecidas ao modelo de inferência, o modelo de inferência calculou corretamente a umidade da fase sólida. Na seqüência, motivado pelo fato que um biorreator real possui um número limitado de sensores de temperatura, o modelo preditivo foi utilizado para gerar curvas de temperatura da fase gasosa em função da altura do leito em diferentes tempos de cultivo. Equações empíricas foram ajustadas a estes perfis de temperatura, com a intenção de usar estas equações no modelo de inferência para estimar temperaturas dentro do leito do biorreator de escala piloto nos pontos intermediários aos sensores, que estão localizados nas alturas de 0, 5, 18, 33 e 50 cm, representando a base, três alturas intermediárias e o topo do leito. Entretanto, em um teste no qual o modelo preditivo foi utilizado para gerar temperaturas da fase gasosa nestas alturas do leito, o modelo de inferência estimou melhor a umidade da fase sólida quando temperaturas nas regiões intermediárias dos sensores foram obtidas por interpolação linear. No terceiro passo, o modelo de inferência, com interpolação linear das temperaturas, foi empregado para investigar o melhor posicionamento dos três sensores internos no leito. Foi observado que as melhores estimativas da umidade do leito eram obtidas quando os sensores estavam concentrados na região inferior do leito. Na última parte do trabalho, o modelo de inferência foi testado em cultivos de Aspergillus oryzae sobre uma mistura de soja e farelo de trigo no biorreator de escala piloto. Durante estes cultivos as temperaturas do gás de entrada e saída do biorreator e nas alturas internas do leito de 5,18 e 33 cm foram monitoradas. Amostras do leito foram removidas nas mesmas alturas dos sensores para a determinação da umidade do leito. Na altura de 5 cm o modelo inferiu o ressecamento do leito mais acentuado do que as medidas experimentais. Nas alturas do leito de 18 e 33 cm a umidade real estava abaixo da umidade inferida. Foi concluído que o modelo de inferência tem potencial para fornecer estimativas adequadas da umidade da fase sólida, mas em trabalhos futuros seria necessário obter melhores estimativas dos parâmetros chaves, especialmente dos coeficientes de transferência de massa e calor.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/24023 |
| Date | 17 June 2010 |
| Creators | Lima, Tiago |
| Contributors | Luz Junior, Luiz Fernando de Lima, 1966-, Mitchell, David Alexander, Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia Química |
| 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 UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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