Desenvolvimento de um modelo diferencial para o cultivo de microalgas em sistema tipo rampa

Abstract

Os conceitos de vida saudável, recuperação ambiental, combustíveis e obtenção de produtos de alto valor agregado são assuntos que estão sempre sendo explorados. Em meio a todo este contexto, a utilização de microalgas vem tomando espaço e se destacando como a precursora de inúmeras matérias-primas e produtos com potencial para suprir este vasto mercado consumidor. Tendo em vista a obtenção de biomassa em sistema aberto, este trabalho tem por objetivo a modelagem matemática de crescimento da microalga da espécie Scenedesmus acuminatus. A unidade experimental utilizada para o desenvolvimento deste trabalho está localizada no Laboratório de Cultivo de Algas (LCA) ? UFSC. Os cultivos tiveram o mesmo tempo de duração sendo executados em batelada com e sem aporte de CO2. A modelagem consistiu no balanço individual de cada subsistema. Nas cinéticas de geração e consumo foram aplicados modelos conhecidos e consolidados pela literatura, em busca de melhor representar os fenômenos que acontecem durante o período reacional, em função dos componentes limitantes do processo. Os resultados mostraram-se satisfatórios, apresentando coeficientes de ajuste (R²) maiores que 0,8288 para todas as situações e representando bem as particularidades apresentadas pelos pontos experimentais. Variações paramétricas utilizando o modelo e as constantes cinéticas obtidas nos ajustes apresentaram um aumento teórico de 45,45 % na concentração final de biomassa para o cultivo 2, aumentando a largura da rampa de 1 para 2 m e 47,26 % para o cultivo 4 sob as mesmas condições. Ao duplicar a largura e comprimento da rampa, o cultivo 2 apresentou aumento de 139,67 % na concentração enquanto nestas mesmas condições, o cultivo 4 teve aumento previsto de 146,05 %. A partir do ajuste, conseguiu-se estabelecer a eficiência do tanque perante a rampa, como sendo 0,80 para as propriedades físicas do sistema e os dados experimentais fornecidos. Pode-se concluir que para que o sistema seja mais eficiente, ou seja, que a rampa domine o processo de crescimento, uma característica importante é a relação S/V e que esta deve ser otimizada.<br>

Abstract : Life healthy concept, environmental recuperation, fuel, obtaining high value products are subjects that are always being explored. In this context, the use of microalgae is taking space and standing out as the precursor of many materials and products that can potentially fill this vast consumer market. In order to obtain biomass into open system, this paper aims to mathematical modeling of growth of microalgae of the species Scenedesmus acuminatus. The experimental unit used for the development of this work is located in Algae Cultivation Laboratory (ACL) - UFSC. The experimental cultivation had the same execution period in batches with and without CO2 addition. Modeling consisted of the individual balance of each subsystem. The kinetics of generation and consumption were applied known models and consolidated in literature in search of better represent the phenomena occurring during the reaction period, according to the limitation of the process components. The results were satisfactory with coefficients (R²) greater than 0.8287 for all situations and well represent the particularity indicated by the experimental points. Parametric variations showed an increase of 45.45 % in final concentration of biomass for cultivation 2, increasing the width of the ramp of 1 to 2 m and 47.26 % for cultivation 4 under the same conditions. Doubling the width and length of the ramp, cultivation 2 increase of 139.67 % in concentration as these same conditions, the cultivation 4 had an expected increase of 146.05 %. From fit, it was possible to establish the efficiency of the tank towards the ramp to be 0.80 for the physical properties of the system and provided experimental data. It can be concluded that for the system to be more effective, and the ramp dominates the growth process an important characteristic is the S/V ratio and that this must be optimized.