Navegando por Autor "Cunha, Daniele Colembergue da"

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Constructal design of solid state fermentation bioreactors
(2009) Cunha, Daniele Colembergue da; Souza, Jeferson Avila; Costa, Jorge Alberto Vieira; Rocha, Luiz Alberto Oliveira
Constructal Design is applied to geometric optimization of an insulated wall bioreactor. The optimization of the bioreactor geometry allows that it to operate, below a certain temperature limit, without external cooling equipment. The possibility of using less equipment shows how geometric optimization can be used as a tool for the ecologically correct management of energy. For the geometric optimization, a mathematical model that represents the solid state fermentation by Aspergillus niger is validated and used to study a column fixed bed bioreactor with fixed volume. The model is solved numerically for an insulated wall bioreactor. According to Constructal Design the shape of the bioreactor is free to change subject to volume constraint and in the pursuit of better performance. The optimal ratio between the diameter and the length of the bioreactor, i.e., the ratio which corresponds to the optimal maximum temperature equal to 35 ºC, is calculated for several inlet velocities, volumetric flow rates and inlet air temperatures.
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Hexahedral modular bioreactor for solid state bioprocesses
(2009) Cunha, Daniele Colembergue da; Souza, Jeferson Avila; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Costa, Jorge Alberto Vieira
The design of a modular bioreactor for solid state fermentation is a promising development because it keeps the homogeneity of the bed at optimal levels. This study determines the optimum geometry of elementary modules of hexahedral bioreactors subjected to constant. The bioreactors have a square section and do not need an external cooling system, because the optimization limits the temperature of the bed to 35 C. The geometric optimization followed the Constructal principle of minimum heat resistance. The numerical simulations take into account the following parameters: inlet air temperature and velocity, and module volume. Once the elementary module has been selected, the total volume of the bioreactor can be calculated.
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Hexahedral modular bioreactor for solid state bioprocesses
(2009) Cunha, Daniele Colembergue da; Souza, Jeferson Avila; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Costa, Jorge Alberto Vieira
The design of a modular bioreactor for solid state fermentation is a promising development because it keeps the homogeneity of the bed at optimal levels. This study determines the optimum geometry of elementary modules of hexahedral bioreactors subjected to constant volume. The bioreactors have a square section and do not need an external cooling system, because the optimization limits the temperature of the bed to 35 C. The geometric optimization followed the Constructal principle of minimum heat resistance. The numerical simulations take into account the following parameters: inlet air temperature and velocity, and module volume. Once the elementary module has been selected, the total volume of the bioreactor can be calculated.
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Modelagem, simulação e otimização de biorreatores de leito fixo para fermentação/bioprocesso em estado sólido
(2009) Cunha, Daniele Colembergue da; Costa, Jorge Alberto Vieira; Rocha, Luiz Alberto Oliveira
Ao contrário dos bioprocessos submersos, que são amplamente utilizados e estudados, bioprocessos em estado sólido (BES) ainda são carentes de estudos de modelagem e simulação, o que aponta para o grande potencial de otimização. A dificuldade no aperfeiçoamento de BES está associada a problemas com a dissipação do calor gerado pelas atividades metabólicas do microrganismo durante o crescimento. Esta dificuldade na transferência de calor dentro do biorreator pode levar a zonas de altas temperaturas, que afetam adversamente a produtividade. A modelagem matemática é uma ferramenta essencial para otimizar bioprocessos. Através de modelos matemáticos é possível otimizar as variáveis operacionais para controle do bioprocesso e também analisar o design do biorreator. A otimização geométrica, de acordo com a Teoria Constructal, visa melhorar o desempenho do biorreator através, por exemplo, de minimizar a temperatura no interior do leito a níveis ótimos para o cultivo. O presente trabalho apresenta projetos de biorreatores para BES, todos com geometria otimizada, obtidos a partir de experimentação numérica, através de um software de computational fluid dynamics (CFD). O modelo matemático utilizado era preditivo e significativo ao nível de confiança de 95%. A otimização geométrica foi apresentada em função das condições operacionais do cultivo. Para o biorreator de coluna e leito fixo com paredes isoladas, foram apresentadas as geometrias ótimas em função da velocidade, da vazão e da temperatura do ar de admissão. Para uma temperatura do ar de admissão de 29,5 ºC, as configurações ótimas ((D/L)opt) variaram entre 1,0 e 2,4 para uma faixa de velocidade de admissão do ar entre 0,003 e 0,006 m s-1 . Relacionando com vazão, as razões mostraram-se ótimas entre 2,2 ≤ (D/L) ≤ 2,6 quando operando sob 3,3 a 3,5 10-5 m3 s-1 . Outro biorreator estudado foi o biorreator modular, composto de módulos elementares com geometria otimizada, sendo adaptável a diferentes escalas de produção e de fácil montagem. As configurações ótimas dos módulos de geometria retangular e seção quadrada foram apresentadas para diferentes volumes de módulos, em função da temperatura e da velocidade do ar de admissão. Foi observado que o volume máximo do módulo sem resfriamento externo é 5 L, para uma velocidade do ar de admissão acima de 0,0045 m s-1 e temperatura inferior ou igual 29,0 ºC O último biorreator proposto foi o biorreator hollow, semelhante a um biorreator de coluna e leito fixo, porém com um duto oco inserido nele. O duto interno tem inúmeros furos perpendiculares às suas paredes, mas sua saída é isolada, permitindo que o ar penetre no meio poroso. A geometria otimizada do biorreator hollow foi apresentada em função da fração de volume do duto interno, da razão entre os diâmetros de entrada e saída do duto interno, da vazão e da temperatura do ar de admissão. Em comparação com o biorreator de coluna convencional de mesmas dimensões e sob mesmas condições operacionais, o biorreator hollow apresentou temperatura máxima mais baixa, demonstrando que o projeto é eficiente para resfriar o meio poroso. Concluiu-se, enfim, no presente trabalho, que a geometria é um parâmetro importante e a sua otimização pode beneficiar o desempenho do biorreator.
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“Winterização” de óleo de pescado via solvente
(2009) Cunha, Daniele Colembergue da; Crexi, Valéria Terra; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
O fracionamento de óleos via “winterização” consiste numa cristalização fracionada, na qual os triacilgliceróis de óleos e gorduras são separados pela cristalização parcial na fase líquida. O objetivo deste trabalho consistiu na determinação das variáveis significativas e das condições operacionais do processo de “winterização” via solvente do óleo de pescado. Como matéria-prima empregou-se o óleo de pescado bruto de indústrias pesqueiras, o qual foi branqueado. Na etapa de “winterização”, o óleo branqueado foi resfriado progressivamente em três estágios, de 30 °C até –5 °C. Foram estudados os seguintes fatores: tipo de solvente, proporção de solvente e agitação no segundo estágio do resfriamento. As composições de ácidos graxos dos óleos de pescado foram determinadas através de cromatografia gasosa. Foram analisadas as variações percentuais dos ácidos graxos insaturados e dos ácidos graxos saturados. As condições recomendadas para o processo foram o emprego de hexano como solvente, na proporção de 40% em relação à massa de óleo, e sem o emprego de agitação no segundo estágio do resfriamento. Sob tais condições, obteve-se um óleo com teor de ácidos graxos poli-insaturados (PUFA) de 64,3%, sendo observado um aumento no percentual dos ácidos graxos insaturados de aproximadamente 9,2% e uma redução de 13,4% dos saturados, em relação ao óleo branqueado de pescado.