Simulação da transferência de calor e massa na produção de celulases por fermentação em estado sólido em biorreator de bandejas - Maia, Mariana Moreira Sidel (2024)
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.