Modificações estruturais e operacionais de biorreatores utilizando impressão 3D: caracterização hidrodinâmica e automatização da coleta e tratamento de dados

• Autor(a) principal: Mazziero, Vítor Teixeira
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/215890
• topic: Impressão 3D; Biorreatores Airlift; Biorreatores Tanque Agitado; 3D Printing; Stirred-tank Bioreactor; Airlift Bioreactor

Os biorreatores podem ser modificados para atender as necessidades de cada bioprocesso específico. Tais modificações estruturais e operacionais são realizadas no âmbito comparativo, necessitando de um método de produção rápido e barato. Nesse contexto, a impressão 3D é utilizada para confecção de novas estruturas capazes de alterar a fluidodinâmica interna de biorreatores. Assim, os resultados de diferentes parâmetros fluidodinâmicos, como kLa, retenção gasosa, tempo de mistura e potência consumida auxiliam na escolha e comparação de diversas geometrias. Por isso, o tratamento de dados de forma objetiva e uniforme se fez necessário tanto para tanques agitados quanto para airlift. O foco principal para melhoria de tanques agitados está relacionado ao estudo de diversos tipos de impelidores e suas dimensões. Os valores de kLa, potência consumida e tempo de mistura se mostraram dependentes do tipo de escoamento manifestado pela interação das pás do impelidor com o fluido. Os impelidores foram modificados de forma a incluir atributos não convencionais, como a autoindução de gás. Tais impelidores indutores de gás, que foram caracterizados empregando parâmetros específicos, como a rotação crítica e vazão de gás nas pontas das pás, apresentaram-se, em diferentes configurações, como alternativas à adição e dispersão de gás no meio. De modo análogo, a impressão 3D foi aplicada à reatores airlift de circulação interna buscando melhorias no escoamento multifásico ao substituir o tubo interno padrão por tubos que exibem características singulares. Empregando uma cesta de tubo interno sólido, o airlift foi adequado para operação como leito fixo. Como as partículas sólidas do leito são um obstáculo para o escoamento, um equacionamento específico, dado a partir da retenção gasosa, foi proposto e relacionado com valores de tempos de residência médios obtidos. A modificação operacional de airlifts também foi realizada ao aplicar um controle de escoamento axial, com a alternância de riser e downcomer, por meio de um sistema modular que possibilita cultivos em semicontínuo. O sistema modular não demonstrou efeitos negativos no kLa e resultou em uma maior retenção gasosa, no entanto necessitou de alterações na forma de alimentação para alcançar tempos de mistura globais compatíveis com o tubo interno padrão, o que indica sua utilização em airlifts com grandes variações internas de volume de meio.