Engenharia de Bioprocessos

Mecânica de fluidos e fenómenos de transporte em fluidos Newtonianos

Aulas teóricas orientadas para a compreensão das noções básicas da disciplina complementadas com aulas de teórico-práticas para a resolução de problemas.

1. Reconhecer a importância da mecânica de fluidos, agitação, transferência de massa e transferência de calor em processos biológicos.

2. Identificar a metodologia de resolução de problemas no âmbito da mecânica de fluidos, agitação, transferência de massa e transferência de calor em processos biológicos.

3. Saber aplicar os conhecimentos adquiridos na resolução de novas situações.

1. Mecânica de fluidos em bioprocessos

Reologia dos fluidos: fluidos Newtonianos e não-Newtonianos. Noções básicas de mecânica de fluidos Newtonianos: Balanço geral de escoamento; Perdas de carga; Potência da bomba. Escoamento em fluidos newtonianos: Regime de escoamento; Perdas de carga. Escoamento laminar e turbulento não-Newtoniano: Regimes de escoamento; Pseudoplásticos e dilatantes; fluidos de Bingham; Perdas de carga.

2. Agitação de fluidos em bioprocessos

Tipos de reatores biológicos: Tanque agitado; Leito fixo e fluidizado; Colunas de bolhas e air lifts; escolha do reator. Tipos de agitadores e padrões de fluxo; Eliminação de vórtices. Noções básicas de agitação de fluidos: Potência de agitação; Regime de agitação. Agitação de fluidos Newtonianos: Número e função de potência; Arejamento. Agitação de fluidos não-Newtonianos: Potência em não-Newtonianos; Fluidos de Bingham e Pseudoplásticos. Suspensões de sólidos. Tempo de mistura: tanques agitados; colunas de bolhas e air lift. Mudança de escala: Scale-up.

3. Transferência de calor em bioprocessos

Balanço energético: Exemplos de aplicação; Reação biológica; Agitação e arejamento. Transferência de calor em fluidos (convecção): Balanço num fluido, entre fluido e parede e entre dois fluidos; Coeficientes convectivos; Correlações empíricas. Transferência de calor em fluidos Newtonianos: Escoamento em tubos; Tanques agitados; Leito fixo e fluidizado; Coluna de bolhas e air lift. Transferência de calor em fluidos não-Newtonianos: Escoamento em tubos; Tanques agitados. Transferência de calor em sólidos (condução): Transferência por uma só face; Transferência em corpo submerso com resistência do meio desprezável e não desprezável. Arrefecimento e congelação de alimentos e materiais biológicos. Pasteurização e esterilização de alimentos e materiais biológicos: Cinética de morte térmica; Tempo de redução decimal e tempo de destruição térmica; Esterilizações sucessivas e a temperatura variável; Pasteurização.

4. Transferência de massa em bioprocessos

Noções básicas de transferência de massa. Transferência de massa entre fases. Coeficientes de transferência de massa sólido-líquido: Partículas em suspensão; Tanques agitados; Leitos fixos e fluidizados. Transferência de massa e calor. Processos biológicos: Transferência do oxigénio; Determinação experimental do KLa. Coeficientes de transferência de massa gás-líquido: Principais correlações; Hold-up; Velocidade terminal; Diâmetro de bolhas; Área específica. Mudança de escala.

NAO

1. Amaral, A.L. Sebenta da disciplina, Coimbra, 2021.

2. Johnson. Biological process engineering, John Wiley and Sons, 1999.

3. Geankoplis. Transport processes and separation processes principles, 4th Ed., Prentice Hall, 2003.

4. Ibarz, A., Barbosa-Cánovas, G.V. Unit operations in food engineering, CRC Press, 2003.

5. Doran. P.M. Bioprocesses Engineering Principles, Academic Press, 1995

6. Artigos diversos