Desenvolvimento de uma correlação empírica para a transferência de massa de oxigénio em fluidos Newtorianos e não-Newtorianos - Azevedo, Fernando António Dias de Oliveira (2018)
Neste trabalho, procedeu-se ao estudo da transferência de massa de oxigénio à escala laboratorial em biorreactor mecanicamente agitado de 2 e 7 L com diversas condições operacionais (agitação e arejamento) e gama de viscosidades aparentes, através do estabelecimento de uma correlação empírica, que permita relacionar a transferência de massa de oxigénio com as condições operacionais e o tipo de cultura, tendo por base as características reológicas da cultura. Determinou-se o coeficiente de transferência de massa de oxigénio (kLa) em biorreactor de 2 L, através do método dinâmico, a diversas condições operacionais, com uma turbina de Rushton ou agitador em hélice e dispersor poroso, em fluidos Newtoniano (água destilada) e não-Newtonianos (soluções de goma de xantano). De forma geral, foram obtidos melhores resultados com a turbina de Rushton. O valor máximo de kLa obtido com a turbina de Rushton e com o agitador em hélice em fluido Newtoniano fixou-se nos 38,1 e 30,8 h-1 e nos fluidos não-Newtonianos em 20,5 e 13,3 h-1, respectivamente. O kLa foi também determinado no biorreactor de 7 L (volume útil: 5 L) em fluido Newtoniano, com dispersor poroso ou em L e com uma gama mais alargada de condições operacionais. Foram utilizados a turbina de Rushton e o agitador em hélice, de forma isolada ou dupla, ou a combinação entre estes agitadores. A combinação do agitador em hélice em posição inferior e a turbina de Rushton em posição superior garantiu melhores resultados. O valor de kLa máximo, 33,8 h-1, foi obtido com dispersor poroso e com a combinação de agitadores anterior. Seguidamente foi efectuada a comparação entre os valores de kLa máximos e entre as condições operacionais necessárias para obter valores de kLa idênticas no aumento de escala de biorreactor de 2 para 7 L. No biorreactor de 7 L, verificou-se que para atingir valores idênticos ao biorreactor de 2 L é necessário aumentar a velocidade de agitação, caudal de arejamento ou número de agitadores. Foram testadas correlações empíricas e determinadas as constantes ajustadas para este estudo. Estas constantes permitem aferir acerca da influência do aumento da velocidade de agitação, caudal de arejamento e viscosidade aparente. No entanto, foi impossível determinar uma ligação entre os dois agitadores utilizados. A correlação empírica que melhor se ajustou a todos os valores de kLa determinados em biorreactor de 2 L para fluidos Newtoniano e não-Newtonianos foi proposta inicialmente por García-Ochoa & Gómez (1998). Os valores de kLa obtidos no biorreactor de 7 L e dispersor poroso, com a turbina de Rushton ou agitador em hélice, foram comparados com os valores calculados com esta correlação. Foram obtidos resultados satisfatórios com um erro médio inferior a 25 %.