Lista 01 - Biorreatores

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Lista 01 – Biorreatores 
03/06/2022 
Guilherme Tonani | R.A.: 181111144 
 
 
1.a) kLa é o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio. 
1.b) 
 
 
 
1.c) A partir do tratamento dos dados no Excel, foi obtida a coluna -ln(1-(C0/C*) 
mostrada na tabela abaixo: 
 
 
 
 
 
Para determinar o kLa, com os dados da tabela, foi plotado o gráfico a seguir: 
 
O kLa corresponde ao coeficiente angular da reta, ou seja, 0,0503. 
1.d) A transferência de oxigênio em um biorreator pode ser afetada pela 
temperatura do meio, a agitação de operação do biorreator, a viscosidade do 
meio, substâncias presentes do meio, entre outros fatores. 
 
1.e) Um fluído com viscosidade maior que a água apresentaria uma maior 
dificuldade de na transferência de oxigênio do meio gasoso para o meio líquido, 
isso provocaria a redução do kLa. 
 
1.f) No caso de uma maior vazão de ar, o kLa também seria maior. Como o kLa 
é o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio, maiores vazões 
promoveriam maior oxigenação do meio, logo o kLa seria maior. 
 
1.g) A escolha do aspersor depende do biorreator ao qual será aplicado e qual 
a finalidade de seu uso. Dito isso, é importante pensar que um aspersor com 
furos menores produz bolhas menores e, consequentemente, gera uma maior 
interface de contato gás-líquido, o que aumenta a concentração de oxigênio 
dissolvido no meio reacional. 
 
2.) O reator Airlift fera um fluxo de bolhas direcionado devido a presença de um 
cilindro concêntrico em seu interior. Isso cria um movimento cíclico e ordenado 
durante a operação do reator, o que promove uma mistura mais homogênea 
devido a sua hidrodinâmica. O reator coluna de bolhas apresenta um fluxo de 
bolhas desornado e em sentido ascendente apenas e está mais sujeito a criar 
caminhos preferenciais. 
 
3.) A taxa de cisalhamento está diretamente ligada a agitação de um biorreator. 
A agitação é importante para a aeração e mistura do meio, porém altas taxas de 
cisalhamento podem destruir as células dos microrganismos presente no 
biorreator, o que diminui a produtividade da reação de interesse. Alguns 
biorreatores são usados com determinados tipos de microrganismos, por 
exemplo, com fungos filamentosos não se deve utilizar biorreatores 
convencionais (agitados por impelidores), pois isso pode destruir a células e 
prejudicar a homogeneização do meio reacional; o mais adequado seria optar 
por um reator agitado pneumaticamente. 
 
4.) Para evitar a formação de vórtices são utilizadas chicanas dentro do 
biorreator. Elas promovem a mistura do meio e evita o falso efeito de mistura, 
que ocorre quando todas as partículas e moléculas giram na mesma velocidade. 
 
5.) Regimes de circulação: 
1. Baixa vazão volumétrica: a velocidade de circulação não é suficiente para 
arrastar as bolhas para a região de descida do biorreator, fazendo com que elas 
se concentrem apenas no centro deste. 
2. Estacionário: com valores maiores de vazão específica, as bolhas conseguem 
chegar até a região de descida, porém não percorrem todo o regime de 
circulação e ficam estacionadas na mesma posição. 
3. Recirculação das bolhas: com altas velocidades de entrada de ar, o biorreator 
entra em regime de circulação no qual as bolhas conseguem percorrer toda a 
região de descida e retorna para a região de subida, no centro do biorreator. 
 
6.a) O tempo de mistura é o tempo no qual ocorre a homogeneização completa 
do meio presente no biorreator. 
6.b) No biorreator convencional, o volume útil e a agitação do impelidor (rpm) 
são fatores que influenciam no tempo de mistura. 
No biorreator pneumático há somente a vazão de entrada de ar. 
6.c) Para calcular o tempo de mistura pode ser feito testes utilizando indicadores 
de pH (como a fenolftaleína), termopares para detectar a temperatura de 
equilíbrio e sensores de pH. 
 
7.) A solubilidade do oxigênio pode ser afetada pela temperatura, salinidade e 
agitação do meio. 
 
8.) OTR (Oxygen Transfer Rate) é a taxa de transferência de oxigênio para o 
meio, ou seja, a taxa de entrada de oxigênio. 
OUR (Oxygen Uptake Rate) é a taxa de consumo de oxigênio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.a) 
 
 
9.b) 
 
 
10.) Segundo a teoria das duas resistências, a etapa limitante é a interface gás-
líquido, na qual o oxigênio deve passar das bolhas de ar para o meio líquido do 
biorreator. 
 
11.) A força motriz que faz o oxigênio sair da fase gasosa e passar para a fase 
líquida é a diferença de pressão e concentração. 
 
12.) O coeficiente volumétrico mensura a eficiência da transferência de oxigênio 
em um biorreator. Este pode ser medido pelo método de esgotamento de 
oxigênio. 
 
13.) Os biorreatores convencionais podem possuir diferentes tipos de pás como 
hélice, pás inclinadas, âncora, turbina de pás planas, entre outros tipos. Em 
relação a hidrodinâmica do meio, ela pode ter fluxo radial, no qual o meio é 
empurrado contra a parede do biorreator e, devido a isso, apresenta maior taxa 
de cisalhamento, ou fluxo axial, no qual a corrente do meio pode seguir caminho 
paralelo para cima ou para baixo. Dependendo da situação, determinado 
impelidor pode se mostrar extremamente vantajoso ou prejudicial para o 
rendimento final do processo de interesse.