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Otimização de biorreatores de estado semi-sólido contínuos através da modelagem do escoamento multifásico interno

Processo: 10/00442-5
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
Vigência: 01 de setembro de 2010 - 31 de agosto de 2012
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
Pesquisador responsável:Paulo Seleghim Júnior
Beneficiário:Paulo Seleghim Júnior
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Pesq. associados:Analice Costacurta Brandi ; Gherhardt Ribatski ; Grazieli Luiza Costa Carosio ; Igor Polikarpov ; Oscar Mauricio Hernandez Rodriguez ; Vanessa Rolnik Artioli
Assunto(s):Fenômenos de transporte  Reatores biológicos  Dinâmica dos fluidos  Etanol  Dinâmica dos fluidos computacional  Problemas inversos 
Publicação FAPESP:http://media.fapesp.br/bv/uploads/pdfs/pasta_bioen_jun2012_113_114.pdf

Resumo

Diversos fatores limitam a eficiência de processos de conversão fermentativa de açúcares em etanol e de transesterificação na produção de biodiesel, sobretudo em biorreatores de grandes escalas (centenas ou milhares de metros cúbicos). Em uma dorna de fermentação de caldo de cana por exemplo, a distribuição de tempos de residência afeta a eficiência da reação bioquímica: tempos muito pequenos resultam em uma conversão incompleta (alto teor de açúcar no vinho) e tempos excessivamente longos propiciam a perda do etanol por evaporação. A otimização desse tipo de equipamento resulta em um problema inverso e, portanto, intrinsecamente mal condicionado. A solução deste problema através da minimização de funcionais de erro, apesar de extremamente interessante por não depender de simplificações muitas vezes grosseiras, ainda não é possível através de métodos numéricos clássicos. Além disso, o esforço computacional associado é extremamente grande, senão impraticável, devido a complexidade do fluido e das geometrias envolvidas, bem como da escala do problema. O desenvolvimento de técnicas capazes de chegar a uma otimização com precisão suficiente em tempos computacionais razoáveis terá um grande impacto no projeto e na operação de biorreatores de alto desempenho e, conseqüentemente, no aumento de sua eficiência operacional. Neste contexto, este projeto de pesquisa pretende contribuir para o avanço do conhecimento científico e tecnológico através do desenvolvimento de métodos integrados de otimização combinando as características de estratégias determinísticas e de busca aleatória. Com isso pretende-se desenvolver as bases de uma metodologia de projeto otimizado bem como de operação de biorreatores de escala industrial. (AU)

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
ANSONI, JONAS LAERTE; SANTIAGO, PATRICIA A.; SELEGHIM, JR., PAULO. Multiobjective optimization of a flat-panel airlift reactor designed by computational fluid dynamics. Chemical Engineering Science, v. 195, p. 946-957, FEB 23 2019. Citações Web of Science: 1.
OSAKI, MARCIA R.; SELEGHIM, JR., PAULO. Bioethanol and power from integrated second generation biomass: A Monte Carlo simulation. ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, v. 141, n. SI, p. 274-284, JUN 1 2017. Citações Web of Science: 6.
ANSONI, JONAS LAERTE; SELEGHIM, JR., PAULO. Optimal industrial reactor design: development of a multiobjective optimization method based on a posteriori performance parameters calculated from CFD flow solutions. ADVANCES IN ENGINEERING SOFTWARE, v. 91, p. 23-35, JAN 2016. Citações Web of Science: 5.
ANSONI, J. L.; BRANDI, A. C.; SELEGHIM, JR., P. Resolution of an inverse thermal problem using parallel processing on shared-memory multiprocessor architectures. Inverse Problems in Science and Engineering, v. 23, n. 2, p. 351-375, FEB 17 2015. Citações Web of Science: 1.

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