Caracterização de fotobioreator air-lift para cultivo de microalgas

Abstract

Neste trabalho foram realizados experimentos para a obtenção de parâmetros de transferência de calor (coeficientes globais de transferência de calor), de quantidade de movimento (tempo de mistura e tempo de circulação) e de massa (kLa) de um fotobioreator air-lift de placas verticais de circulação externa dotado de camisa interna de arrefecimento. Para a transferência de calor foram obtidos os coeficientes globais de transferência de calor: Ue, coeficiente de troca térmica entre o reator e o meio externo, e Ui, coeficiente de troca térmica entre a camisa interna e o meio reacional. Nessa análise, de transferência de calor, observou-se a variação da temperatura interna do reator assim que a temperatura da camisa de arrefecimento atingiu 40ºC. Os resultados foram simulados no software EMSO - Environment for Modeling, Simulation and Optimization, de forma a estimar os parâmetros mencionados. Esses tiveram aproximações a resistências: condutiva do acrílico da parede da camisa de arrefecimento, para Ui, e convectiva natural do ar externamente ao bioreator, para Ue . O valor de Ue ficou em torno de 7 W m-2 ºC-1 e de Ui, em torno de 47 W m-2 ºC-1. Coeficientes de transferência de massa foram obtidos para diferentes vazões de ar (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 L min-1) a 30ºC e correlacionados através de equações da literatura. Os resultados foram promissores, pois apresentaram valores superiores de kLa àqueles que as correlações publicadas na literatura (Chisti, 1989; Popovic, 1989; Merchuk, 1999) estimaram. O tempo de mistura e o tempo de circulação foram obtidos através do método ácido-traço (Chisti, 1989). Para os resultados de tempo de circulação observaram-se valores que variaram entre 5 e 6 segundos para as mesmas vazões de ar dos experimentos de transferência de massa. Já os resultados de tempo de mistura mostraram-se diferentes entre as vazões analisadas, contudo, apresentaram comportamento crescente com o aumento da vazão de ar. Para efetivar o objetivo da caracterização do fotobioreator foram realizados cultivos em duplicata da microalga: Dunaliella tertiolecta.

In this work were performed experiments in order to obtain heat transfer parameters (global heat transfer coefficients), movement transfer parameters (mixing time and cycling time) and mass transfer parameter (volumetric mass transfer coefficient) from a flat-panel external-loop air-lift photobioreactor with internal refrigerated jacket. For heat transfer were obtained the global heat transfer coefficients: Ue, heat exchange coefficient between the reactor and the external ambient, and Ui, heat exchange coefficient between the internal jacket and the reactional medium. In this heat transfer analysis was observed the fluctuation of internal temperature in reactor, since the temperature of the refrigerated jacket reached 40 ºC. The results were simulated at EMSO software - Environment for Modeling, Simulation and Optimization, in order to estimate the mentioned parameters. These were closed estimated to: conductive resistance of the refrigerated jacket’s wall, for Ui, and air’s natural convective resistance, for Ue. The value of Ue was around 7 W m-2 ºC-1 and of Ui, around 47 W m-2 ºC-1. Volumetric mass transfer coefficients were obtained for different air flows (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 L min-1) at 30ºC and were correlated through equations from literature. The results were promising, because they presented superior kLa values from the published correlations estimated in literature (Chisti, 1989; Popovic, 1989; Merchuk, 1999). The mixing time and the cycling time were obtained by acid trace method (Chisti, 1989). For cycling time the results fluctuated between 5 and 6 seconds for the same air flows cited for mass transfer experiments. For mixing time, results were different for each analyzed flow, although they showed up an increasing behaviour with increasing air flows. Putting into effect the objective of photobioreactor’s characterization were performed duplicate cultures of microalgae: Dunaliella tertiolecta.