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http://hdl.handle.net/11612/6959| Autor(a): | Maia, Mariana Moreira Sidel |
| Orientador: | Agudelo, Lina María Grajales |
| Título: | Simulação da transferência de calor e massa na produção de celulases por fermentação em estado sólido em biorreator de bandejas |
| Palavras-chave: | Agroenergia; Fenômenos de transporte; Modelagem matemática; Myceliophthora thermophila; Etanol de segunda geração; Biocombustíveis; Agroenergy; Transport specifications; Mathematical modeling; Myceliophthora thermophila; Second-generation ethanol; Biofuels |
| Data do documento: | 1-Ago-2024 |
| Editor: | Universidade Federal do Tocantins |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Agroenergia - PPGA |
| Citação: | MAIA, Mariana Moreira Sidel. Simulação da transferência de calor e massa na produção de celulases por fermentação em estado sólido em biorreator de bandejas.2024. 65. Dissertação (Mestrado em Agroenergia) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Agroenergia, Palmas, 2024. |
| Resumo: | Os resíduos agroindustriais vêm se tornando uma matéria prima promissora quando se buscam alternativas sustentáveis ao uso de combustíveis fósseis. Diante deste cenário, as celulases vêm ganhando atenção global, devido a sua utilização para produção de biocombustíveis à base de biomassa de resíduos celulósicos, entre outras vantagens, por ser uma tecnologia de produção de combustível limpo e verde. Devido à relevância temática, a presente dissertação tem como objetivo adequar um modelo e simular a transferência de calor e umidade no processo de produção de celulases por Fermentação em Estado Sólido (FES) a partir do fungo Myceliophthora thermophila I1D3b, utilizando bagaço de cana e farelo de trigo como substratos em um biorreator de bandejas em escala piloto. Para isto, foram elencadas e adaptadas equações de equilíbrio individuais disponíveis na literatura, tanto para fase sólida quanto para fase gasosa e, um balanço de matéria para água. As demais propriedades físicas e térmicas do leito, condições do processo fermentativo e parâmetros microbianos foram extraídos de trabalhos encontrados na literatura científica. Posteriormente, elaborou-se uma rotina para simulação em MatLab® R2023b (MathWorks Inc., Natick, Massachusetts, Estados Unidos) dos modelos propostos. Os modelos propostos foram capazes de prever os perfis de temperatura, umidade e a cinética de produção de celulases, ao longo do processo de cultivo e em qualquer posição do leito. Os resultados das simulações mostraram que a entrada de ar com 50% de umidade relativa causa um aumento na temperatura próximo a bordo de saída da bandeja e uma redução severa do conteúdo de umidade da matriz sólida até aproximadamente os primeiros 30 cm do comprimento total das bandejas do biorreator. Posteriormente, ar e sólido entram em equilíbrio e a secagem cessa. Mesmo ocorrendo um aumento na temperatura nas posições finais do leito, esta não se mostrou tão deletéria para o crescimento fúngico quanto a limitação pela sua atividade de água. Nos dados das simulações, foi observado então, que a secagem do leito é mais impactante ao crescimento fungíco, do que o aumento de temperatura, quando se trabalha com fungos termofílicos. |
| Abstract: | Agro-industrial waste has become a promising raw material when seeking sustainable alternatives to the use of fossil fuels. In this scenario, cellulases have been gaining global attention due to their use in the production of biofuels based on cellulosic waste biomass, among other advantages, as it is a clean and green fuel production technology. Due to the thematic relevance, this dissertation aims to adapt a model and simulate the heat and moisture transfer in the cellulase production process by Solid State Fermentation (SSF) from the fungus Myceliophthora thermophila I1D3b, using sugarcane bagasse and wheat bran as substrates in a pilot-scale tray bioreactor. For this, individual equilibrium equations available in the literature were listed and adapted, both for the solid and gas phases, and a matter-to-water balance. The other physical and thermal properties of the bed, fermentation process conditions and microbial parameters were extracted from studies found in the scientific literature. Subsequently, a routine for simulation of the proposed models was developed in MatLab® R2023b (MathWorks Inc., Natick, Massachusetts, United States). The proposed models were able to predict the temperature, humidity and cellulase production kinetics profiles throughout the cultivation process and in any position of the bed. The simulation results showed that the entry of air with 50% relative humidity causes an increase in temperature near the outlet edge of the tray and a severe reduction in the moisture content of the solid matrix up to approximately the first 30 cm of the total length of the bioreactor trays. Subsequently, air and solid reach equilibrium and drying ceases. Even though there is an increase in temperature at the final positions of the bed, this was not shown to be as deleterious to fungal growth as the limitation by its water activity. The simulation data showed that bed drying has a greater impact on fungal growth than temperature increases when working with thermophilic fungi. |
| URI: | http://hdl.handle.net/11612/6959 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Agroenergia |
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