TRANSFERÊNCIA DE GASES EM FERMENTADORES

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ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS E BOTECNOLOGIA 
UNIVERDIDADE FEDERAL DO TOCANTINS 
DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTES 
DOCENTE: LEANDRA CRISTINA CREMA CRUZ 
 
 
 
 
TRANSFERÊNCIA DE GASES EM FERMENTADORES 
 
 
 
 
 
GABRIEL SILVA SOARES 
RAYSSA SILVA DE SOUZA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gurupi - TO 
2021 
SUMÁRIO 
 
INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 3 
DISCUSSÃO ................................................................................................................... 4 
Reator UASB ............................................................................................................... 4 
Biorreator airlift ......................................................................................................... 6 
CONCLUSÃO ................................................................................................................. 7 
REFERENCIA ................................................................................................................ 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUÇÃO 
 A transferência de massa é um fenômeno que envolve a transferência de 
componentes de uma área de alta concentração para outra de baixa concentração, este 
fenômeno é um dos pilares fundamentais de muitos processos químicos, além de alguns 
processos de clivagem, nos quais os componentes sempre se movem em um potencial 
químico decrescente (Hamborg et al., 2010; Griskey, 2002). O processo de transferência 
pode ocorrer por duas formas distintas de transporte: transporte de massa molecular 
(difusão molecular) e transporte de massa convectiva. 
 A transição dos gases pode ocorrer em diferentes fases, como gás - líquido, sólido. 
O comportamento das moléculas de gás durante o transporte dentro de qualquer recipiente 
está sujeito a certas leis, desde sua agitação até a velocidade de movimento, por isso é 
necessário descrever os principais fundamentos das equações deste tópico. 
 Lei dos gases ideias - De acordo com Castellan, a lei do gás ideal deriva das leis 
de Boyle e Charles, onde a lei de Boy é descrita da seguinte forma: o volume de um gás 
é inversamente proporcional à pressão em uma temperatura constante. Para Charles, o 
volume de um gás é diretamente proporcional à temperatura constante. Portanto, a 
seguinte equação obedece a essas leis: 𝐏𝐕 = 𝐧. 𝐑. 𝐓. Quando temos T equivalente para 
a temperatura em Kelvin, P é dito ser a pressão total, V é o volume ocupado pelo gás, 
n o número de moles, e R representa a constante universal dos gases. (Castellan et 
al., 2010). Com a equação, o volume molar da mistura gasosa é obtido em diferentes 
temperaturas e pressões devido à variedade de compostos químicos no estado 
gasoso. 
 Lei de Dalton - É caracterizada por uma mistura de gases, sendo a pressão de 
uma dada independentemente das demais, sendo a pressão total a soma das somas 
das pressões (Castellan et al., 2010). 
 A lei de Dalton infere que as moléculas de gás ideais não se repelem ou se 
atraem, a colisão das duas não é afetada pela presença uma da outra. Por esse 
motivo, dois gases exercem a mesma pressão em uma mistura de gases como se 
estivessem sozinhos, isso é chamado de pressão parcial de um gás. 
 A soma das pressões que atuam na parede do reservatório de mistura é 
medida como a soma das pressões parciais. Para se ter uma ideia básica dessa lei, 
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em combinação com a lei de Henry, é útil considerar o cálculo dos fenômenos de 
transporte de massa em reatores (SAWYER et al., 1994). 
 Lei de Henry - Aprendemos sobre a solubilidade de um gás determinando que 
um determinado gás pode se dissolver em um determinado volume, temperatura 
constante, que é proporcional à pressão sob a qual o gás atua. Onde temos uma 
equação que é: 𝐂 = 𝐊𝐡. 𝐏𝐠á𝐬 . Onde C é a concentração do gás dissolvido no líquido, 
Kh é a constante da Lei de Henry para um gás a uma temperatura e Pgas é a pressão 
parcial do gás acima do líquido. 
Depois de compreender a física teórica sujeita à transferência de gases, este 
trabalho tem como objetivo apresentar a transferência de gases em fermentadores. 
 
DISCUSSÃO 
Reator UASB 
O UASB é um biorreator aplicado ao tratamento de efluentes, sendo o reator 
anaeróbio mais utilizado em sistemas de tratamento (VAN HAANDEL, 2006). 
O reator foi denominado UASB (UpflowAnaerobicSludgeBlanketReactor), termo 
adotado por especialistas brasileiros. Inicialmente, a tecnologia foi aplicada 
exclusivamente em efluentes com altas concentrações de Demanda Química de Oxigênio 
(DQO) e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), como para resíduos industriais 
específicos. Esgotos domésticos com baixa concentração de matéria orgânica só vieram 
a ter este processo aplicado com êxito a partir da metade dos anos 1990 (Jordao et al.). 
De acordo com Lettinga et al. (1988), as principais condições que precisam ser 
atendidas no reator UASB são: 
• Deve-se ter uma separação efetiva do biogás, do líquido e do lodo; 
• O lodo anaeróbio deve atingir uma forma facilmente assentável, 
preferencialmente deve desenvolver-se como um lodo granular; 
• O afluente bruto deve ser introduzido no fundo do reator, de maneira mais 
uniforme possível. 
A literatura relata os quatro elementos principais de um reator UASB: o fundo do 
lodo, o fundo do lodo, o separador trifásico e o reservatório. A camada de lodo 
corresponde a uma camada de biomassa em suspensão misturada com os gases gerados 
durante o processo de tratamento. Após a decomposição da biomassa, sólidos e gases 
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seguem para a parte superior do reator, onde está localizado um separador trifásico, que 
separa líquido, gás e sólidos (NELO, MORAIS T. 2012). 
 
 
Figura 1. Esquema do processo em um reator UASB 
Fonte: Adaptado de Chernicharo, 2007. 
 
 Entre os gases gerados a partir dos resíduos sanitários está o metano, que tem valor 
agregado e pode entrar na cadeia produtiva como matriz energética. coluna, quantificação 
de metano dissolvido e determinação de parâmetros (NELO, MORAIS T. 2012). 
 A transição gasosa é entendida como o movimento da matéria no espaço, 
partículas movendo-se de regiões mais concentradas para regiões menos concentradas 
(VON SPERLING, 1996). 
 O papel do metano é fornecer elétrons para a desnitrificação de águas residuais 
estáveis, por isso a fase líquida do reator de desnitrificação não é saturada, havendo uma 
tendência natural do metano fluir em direção à fase líquida e, portanto, aumentar. 
concentração de biogás dissolvido (NELO, MORAIS T. 2012). A quantidade de massa 
transferida por unidade de massa é dada pela equação de FISCK: 
𝐷𝑚
𝐷𝑡
= −𝐷. 𝐴.
𝜕𝑐
𝜕𝑥
 
Equação de FISCK. 
Onde: 
𝐷𝑚
𝐷𝑡
 = taxa de transferência por massa; 
D= coeficiente de massa; 
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A= área interfacial; 
X= distancia da interface do gás; 
C/X = gradiente de concentração. 
No processo de transferência de gás existem muitos parâmetros a serem analisados, desde 
a conversão gás-líquido até a quantificação, mas seria impensável converter o gás do gás 
em um biorreator sem diferenças nas concentrações de partículas e nas taxas de fluxo 
flutuantes dessas moléculas e o que melhor explica a abordagem fenomenal é a equação 
do peixe de que não importa qual gás e reator tenha que ser aplicado (NELO, MORAIS 
T. 2012). 
 
Biorreator airlift 
 O objetivo de um sistema de aeração é fornecer oxigênio aos microrganismos 
aeróbios. Assim, em um produto fermentado, onde o produto da fermentação é um 
líquido, o gás deve ser dissolvido no líquido. O volume de ar que precisa ser injetado em 
meio minuto é o VVM, muito importante na construção de um biorreator. 
 O biorreator pneumático de transporte aéreo consiste em duas áreas 
interconectadas na parte superior e inferior do dispositivo. Uma área ascendente, um duto 
de transporte (riser) para oqual o gás é fornecido e uma área de circulação (tubo 
descendente) com circulação de líquido dentro. Ou externamente, isso distingue entre 
uma ponte aérea de recirculação interna ou uma ponte aérea de recirculação. Esta 
recirculação tem como objetivo retornar o meio de reação à base do reator. O que torna 
uma ponte aérea diferente de um biorreator de coluna de bolha é que essa recirculação 
existe na ponte aérea. 
 
Figura 2. Esquema estrutural do reator: o primeiro é um reator com coluna de bolhas de ar (tubo de 
sucção), depois dois reatores de recirculação internos e o último de circulação externa. 
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Pode-se observar que o biorreator de recirculação interna pode ter placas ou tubos 
concêntricos. Pode-se observar que na figura 1, da esquerda para a direita, há um aumento 
na eficiência da separação dos gases na região de circulação. 
 A menor eficiência de difusão gás-líquido de biorreatores airlift precisa ser 
analisada em comparação com biorreatores de aeração agitada convencionais, onde a 
difusão de gás também dependerá da velocidade de agitação e da potência do agitador. 
No entanto, o transporte de massa gás-líquido pode ser aumentado modificando outras 
variáveis, como sobre pressão do reator, temperatura, taxa de aeração, viscosidade do 
fluido, etc. 
 
CONCLUSÃO 
 Portanto, o suprimento de oxigênio utilizado para manter as atividades no tanque 
de fermentação é utilizado para atender às necessidades da obra em andamento. Para se 
obter um bom rendimento, existem vários requisitos de acordo com o processo para 
atender a demanda dos gases em o processo de fermentação. O processo de fermentação 
da célula permite a conversão necessária do substrato em seu produto de interesse. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERENCIA 
CASTELLAN, Gilbert William. Fundamentos de físico-química. Rio de Janeiro: Livros 
Técnicos e Científicos, 2010. 
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engineering 3. Ed. New York, McGraw-Hill, Inc., 1994. 532 p 
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Editor. 
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JORDÃO, E. P.; PESSÔA, C. A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 6ª edição. Rio de 
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SAWYER, C. N., Mc CARTY, P. L., PARKIN, G. F. Chemistry for environmental 
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VAN HAANDEL, A.; LETTINGA, G. Tratamento anaeróbio de esgoto. Um manual 
VON SPERLING, M. Princípios básicos do Tratamento de Esgotos. Belo Horizonte: