Modelagem matemática e simulações de fotobiorreatores tubulares compactos para cultivo de microalgas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, Robert Luis Lara
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/44172
Resumo: Orientador: Prof. José Viriato Coelho Vargas, Ph.D.
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spelling Mariano, André Bellin, 1977-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPEVargas, José Viriato Coelho, 1958-Ribeiro, Robert Luis Lara2024-05-09T19:04:46Z2024-05-09T19:04:46Z2014https://hdl.handle.net/1884/44172Orientador: Prof. José Viriato Coelho Vargas, Ph.D.Coorientador: Prof. André Bellin Mariano, D.ScTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 16/12/2014Inclui referências : f. 119-130Área de concentração: Engenharia e ciência de materiaisResumo: O presente trabalho trata do desenvolvimento de um modelo matemático e computacional para analisar cultivos de microalgas em fotobiorreatores tubulares compactos. Este sistema físico (fotobiorreator) é composto de um reservatório, tubulações transparentes, tubulações opacas, conexões opacas, coluna de gaseificação e bomba hidráulica. O modelo matemático tem como base os princípios físicos presentes em Dinâmica Populacional, Cinética Química, Termodinâmica Clássica e correlações empíricas de Mecânica dos Fluidos, Transferência de Calor e Massa e também Óptica. Desta forma, geram-se equações diferenciais ordinárias (EDO), cuja finalidade é obter o comportamento da evolução temporal do sistema de cultivo de microalgas em fotobiorreatores tubulares compactos a partir de dados iniciais conhecidos. O sistema EDO é resolvido utilizando o método de Runge-Kutta de quarta ordem, como solução são apresentados os perfis de radiação solar, temperatura e de concentrações no fotobiorreator. A discretização do domínio computacional, modelagem matemática e numérica tem como base o Método de Elementos de Volumes (MEV). Uma interface de fácil acesso para usuários foi desenvolvida, com ferramentas que auxiliam na simulação do cultivo das microalgal e visualização 3D. Os resultados apresentados da evolução temporal do crescimento microalgal são satisfatórios e condizem com a realidade. O modelo matemático e computacional de estimar a produtividade de óleo de microalgas (L/m2.ano) e também o consumo de CO2 pelas microalgas.Abstract: The present work deals with the development of a mathematical and computational model to analyze cultures of microalgae in compact tube photobioreactors. This physical system (fotobiorreator) consists of a reservoir, transparent tubes, opaque tubes, opaque connections, column gasification and the hydraulic pump. The mathematical model is based on physical principles to the present in Population Dynamics, Chemical Kinetics, Thermodynamics Classical and empirical correlations of Fluid Mechanics, Heat and Mass Transfer and Optics. Thus, it generates ordinary differential equations (ODE), whose purpose is to describe the time evolution of the system for cultivation of microalgae photobioreactors compact tube from known initial data. The system ODE is solved using the Runge-Kutta fourth order solution is presented and how the profiles of solar radiation, temperature and concentration in fotobiorreator. The discretization of the computational domain and numerical and mathematical modeling is based on the volume element method (VEM). The final stage of the software shows an interface easy access to user with tools that assist in the cultivation of microalgal simulation and 3D visualization. The presented results of the temporal evolution of microalgal growth are satisfactory and in line with reality. The mathematical and computer model to estimate the productivity of microalgae oil (L/m2.ano) and also the consumption of CO2 by microalgae.140 f. : il. algumas color., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalEngenharia de Materiais e MetalurgiaEquações diferenciaisBioreatoresMicroalgaModelagem matemática e simulações de fotobiorreatores tubulares compactos para cultivo de microalgasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - ROBERT LUIS LARA RIBEIRO.pdfapplication/pdf6378726https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/44172/1/R%20-%20T%20-%20ROBERT%20LUIS%20LARA%20RIBEIRO.pdf252fe0de46000ad8448489f9377d7699MD51open accessTEXTR - T - ROBERT LUIS LARA RIBEIRO.pdf.txtExtracted Texttext/plain198939https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/44172/2/R%20-%20T%20-%20ROBERT%20LUIS%20LARA%20RIBEIRO.pdf.txteee106f10bf0ec310e338dcaabb66068MD52open accessTHUMBNAILR - T - ROBERT LUIS LARA RIBEIRO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1214https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/44172/3/R%20-%20T%20-%20ROBERT%20LUIS%20LARA%20RIBEIRO.pdf.jpge2c40159a4bf776c963354e64f039289MD53open access1884/441722024-05-09 16:04:46.22open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/44172Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-05-09T19:04:46Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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