Estudo númerico da hidrodinâmica de um fotobiorreator com campo elétrico moderado

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Grings, Matheus Furtado
• Orientador(a): Marczak, Ligia Damasceno Ferreira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Dinâmica dos fluidos computacional; Microalgas; Fotobiorreatores
• Palavras-chave em Inglês: Computational fluid dynamics; Airlift; Microalgae; MEF
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/193374

As microalgas são microrganismos capazes de sintetizar diversos compostos, como proteínas, lipídeos e carotenoides, que possuem diversas aplicações comerciais. Sistemas de cultivo para essas espécies estão sendo cada vez mais estudados, de forma a aumentar a viabilidade da sua produção. Fotobiorreatores são sistemas fechados de cultivo capazes de fornecer um controle adequado das variáveis de processo, além de evitar o contato com contaminantes. A aplicação de tratamentos elétricos tem se mostrado uma alternativa ao cultivo tradicional, aumentando tanto a extração de produtos quanto o crescimento celular. No presente trabalho, foi apresentado um modelo numérico, construído no ANSYS CFX 18.2, com o objetivo de estudar um fotobiorreator do tipo airlift com circulação externa, destinado ao cultivo de microalgas com a aplicação de um campo elétrico e que atinja o estado estacionário com temperatura média de 28 °C. O modelo computacional desenvolvido foi validado através da comparação com dois trabalhos disponíveis na literatura. Resultados mostraram a formação de uma pluma de bolhas através do riser, com baixa circulação de ar ao downcomer. Foram aplicadas diferenças de potencial entre os eletrodos iguais a 100, 120 e 140 V, em conjunto de temperaturas de resfriamento iguais a 15,75, 10,35 e 3,95 °C. O aumento do potencial elétrico entre os eletrodos acarretou em maiores gradientes de temperatura, observando-se superprocessamento nas proximidades das regiões superiores dos eletrodos e um subprocessamento abaixo do trocador de calor, que atinge 24,27 °C para a diferença de potencial igual a 140 V. Devido à geometria da entrada de ar, observou-se transferência de calor convectiva não uniforme ao longo do riser. As regiões de maior concentração de cisalhamento foram nas proximidades da entrada de ar, junto da pluma de bolhas e nas arestas do trocador de calor e dos eletrodos. A metodologia numérica proposta se mostrou adequada para descrever o comportamento hidrodinâmico e térmico no fotobiorreator e pode servir como base para simulações numéricas do cultivo de microalgas assistida por campos elétricos com diferentes variáveis de processo.