Desenvolvimento de modelos mecanísticos via CFD: análise dos fenômenos de transporte para fins de biosseparação em matrizes cromatográficas monolíticas

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Coimbra, Jamille Coelho
• Orientador(a): Minim, Luis Antônio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Programa de Pós-Graduação: Ciência e Tecnologia de Alimentos
• Área do conhecimento CNPq: Ciência e Tecnologia de Alimentos
• Link de acesso: https://locus.ufv.br//handle/123456789/30071

Desenvolvimento de modelos mecanísticos via CFD: análise dos fenômenos de transporte para fins de biosseparação em matrizes cromatográficas monolíticas. Orientador: Luis Antônio Minim. Coorientador: Marcio Arêdes Martins. Muitos estudos foram desenvolvidos referente ao preparo, modificação e caracterização de matrizes macroporosas monolíticas. Por outro lado, a investigação dos fenômenos de transporte nestas matrizes permanece pouco explorado. Neste sentido, a área de modelagem matemática oferece alternativas para melhor compreender os processos a nível micro e macro nestas matrizes. No campo da cromatografia preparativa, as características geométricas e estruturais do meio monolítico têm efeito significativo nas propriedades de transporte, mas poucos estudos incorporam tais características nos modelos matemáticos para melhoria das predições. Este trabalho objetivou desenvolver modelos matemáticos, via dinâmica dos fluidos computacional (CFD), que sejam capazes de prever diferentes cenários de processos e viabilizar a tomada de decisões mais assertivas para propósitos de biosseparação. O suporte cromatográfico analisado foi a matriz polimérica, esponjosa, macroporosa e altamente interconectada conhecida como criogel. Estes adsorventes oferecem baixa resistência a transferência de massa e a advecção tende a ser predominante. A fim de melhor avaliar estes mecanismos, a abordagem aqui adotada combina a transferência simultânea de massa e a dinâmica dos fluidos, acoplando as leis de conservação de momento no modelo de conservação de massa. Em todos os modelos propostos desta tese, percebe-se uma predominância da advecção, por meio da análise de escala, representado pelo número adimensional de Péclet. Além disso, verifica-se que o processo de adsorção é sensível a alterações nos perfis de velocidade que, por sua vez, são afetados pela geometria do meio poroso. Paralelamente, a geometria do meio monolítico influencia os perfis de aceleração, vorticidade e desaceleração do escoamento, que podem promover respostas diferentes ao processo de transferência de massa. Novas propostas de geometria representativas de meios porosos monolíticos têm sido encorajadas há alguns anos, embora poucas aplicações sejam atribuídas aos criogéis. Portanto, a tese apresenta estratégias de estudo e avaliação de fenômenos de transporte nos criogéis macroporosos por meio da modelagem mecanística, utilizando representações simplificadas da rede monolítica. Palavras-chave: Modelagem matemática. Criogel. Rede monolítica. Fenômenos de transporte. Cromatografia. Fluido Dinâmica Computacional (CFD).