Simulação da dinâmica do biorreator de fermentação em estado sólido em CFD

Orientador : Prof. Dr. Luiz Fernando de Lima Luz JuniorCoorientador : Prof. Dr. David Alexander MitchellDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 30/03/2016Inclui referências : f.101-108Resumo:A fermentação em estado sólido (FES) demonstra grande potencial por apresentar grande produtividade volumétrica e baixos custos de operação. Porém existem grandes desafios para que esta rota de produção seja aplicada em grandes escalas. Corridas de fermentação e testes para a larga escala são demasiadamente caras e demoradas e, devido a isto, os modelos matemáticos e as simulações computacionais tornam-se ainda mais importantes para a superação destes desafios. As técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD) estão cada vez mais acessíveis, contudo não se encontra na literatura nenhuma aplicação do CFD em sistemas de FES. No trabalho atual, utilizou-se o software comercial de fluidodinâmica computacional ANSYS Fluent® 16.0 para desenvolver um modelo matemático para a transferência de calor e massa, juntamente ao crescimento microbiano em um biorreator em escala piloto de leito fixo. As simulações levam em consideração a dinâmica do fluxo em meios porosos, o não equilíbrio térmico e de concentrações de água entre as fases sólida e gasosa, o crescimento da biomassa (microrganismo), a geração de calor e água metabólicos, e a variação da permeabilidade do leito ao longo do tempo. Este modelo foi manualmente incluído no software por meio de UDFs (User Defined Functions). O uso do CFD apresenta a vantagem de prever possíveis gradientes de temperatura e de transferência de massa radiais gerados pela geometria complexa do sistema. A geometria foi baseada no biorreator piloto localizado nas instalações da Universidade Federal do Paraná. Ela foi desenhada em 3D no software ANSYS ICEM CFD® 16.0 e transportada para o Fluent para configurar todas as condições de operação. Baseou-se as simulações em dois experimentos de condições distintas, visando representá-los e compará-los aos resultados obtidos por CFD. Um experimento de FES foi promovido através do cultivo do fungo Aspergillus niger no biorreator piloto, cujas condições iniciais foram aplicadas para a simulação final do cultivo. Para a obtenção de parâmetros de permeabilidade, foram feitas medições de perda de carga em corridas de fermentação no biorreator piloto. O valor da perda de carga predita é similar à medida no experimentalmente. O mesmo modelo matemático foi capaz de descrever coerentemente as dinâmicas de transferência de calor e massa de ambos os experimentos. A predição do crescimento biológico ao longo do cultivo também produziu perfis de concentração de biomassa e de temperatura do leito concordantes com observações experimentais. Desta forma, se desenvolveu um meio robusto e confiável de testar condições de operação para produções de larga escala em biorreatores de fermentação em estado sólido. Palavras-Chave: Fermentação em Estado Sólido, FES, Fluidodinâmica Computacional, CFD, ANSYS Fluent.Abstract: Solid-state fermentation (SSF) has potential advantages for the production of certain biotechnological products, due to its large volumetric productivity and low operating costs. However, there are major challenges in obtaining adequate heat and mass transfer when this fermentation method is used at large scales. Mathematical models and computer simulations are useful tools for designing strategies to overcome these challenges, given the cost of large-scale fermentation experiments. It is therefore surprising that, to date, there are few examples of the application of computational fluid dynamics (CFD) to SSF bioreactors. In the current work, we used the commercial CFD software ANSYS FLUENT® 16.0 to develop a mathematical model for heat and mass transfer along the microbial growth in a pilot-scale packed-bed bioreactor. On the simulation were taken into account: the dynamics of airflow in the porous substrate bed; the lack of thermal and moisture equilibrium between the solid and gas phases; and the influence of the biological growth on the solid consumption, bed porosity and permeability and on the balances due the metabolic heat and water productions The model was inserted into the commercial CFD software ANSYS Fluent® 16.0 through UDF's (user defined functions). CFD models can predict radial temperature and mass transfer gradients in complex geometries of flow. The mesh and geometry were based on the pilot-scale bioreactor, located at the Federal University of Paraná facilities. The 3D geometry was drawn using ANSYS ICEM CFD® 16.0 and exported to Fluent in order to set all the operational conditions. The simulation conditions were based on two different experiments, aiming to represent them and compare them to the obtained CFD results. A SSF experiment was performed by growing the fungus Aspergillus niger on the pilot-scale bioreactor, which initial conditions were applied on the final cultivation simulation. The permeability parameters were estimated by the pressure drop data taken from the SSF run. The predicted pressure drop values were similar to the experimental readings. The same mathematical model was capable of describe coherently the dynamics of mass and heat transfer of both experiments. The biological growth prediction over the cultivation also produced biomass concentration and temperature profiles showed to be accordant to the experimental observations. Thus, the work intends to provide the basis for the development of a robust and reliable model for testing operating conditions and control strategies for large-scale cultivation in SSF bioreactors. Keywords: Solid State Fermentation, SSF, Computational Fluid Dynamics, CFD, ANSYS Fluen

EFEITOS DA LASERTERAPIA NAS ALTERAÇÕES EXTRAPULMONARES OCASIONADAS PELO ENFISEMA EXPERIMENTAL EM RATTUS NOVERGICUS

O enfisema pulmonar é um processo inflamatório pulmonar e tem repercussões extrapulmonares. O objetivo desta pesquisa é investigar os efeitos da laserterapia nessas alterações extrapulmonares. Foram selecionados 24 ratos, divididos em três grupos de 8 animais: grupo controle (GC: recebeu apenas solução salina); grupo DPOC (GD: instilação de papaína 2mg/kg); grupo DPOC + laser (GDL: instilação de papaína + 15 dias de laserterapia ).Para análise dos dados foi coletado e observado: CKMB e o LBA.. Houve diminuição no número de células inflamatórias no LBA do GDL (p<0,05) quando comparado com GC E GD, aumento dos níveis de CKMB no grupo GD (p<0,05) e diminuição significativa no GDL (p= 0,0009) quando comparado com o GD. A fotobiomodulação diminui a liberação de células inflamatórias responsáveis pela liberação do CKMB na corrente sanguínea,assim diminuindo os níveis de CKMB e reduzindo os riscos de infarto do miocárdio

Efeitos do treinamento com a realidade virtual (Kinect Sports®) sobre os níveis de equilíbrio e agilidade em jogadores de badminton: estudo clínico controlado e randomizado

A realidade virtual (RV) é uma ferramenta terapêutica que vem sendo amplamente utilizada em diferentes áreas da reabilitação fisioterapêutica, favorecendo o ganho de força muscular, melhora do equilíbrio estático e dinâmico, agilidade e o nível de atividade física. Avaliar os efeitos da RV através do treinamento com Kinect Sports® sobre os níveis de agilidade e equilíbrio em jogadores de badminton. 20 jogadores de badminton participaram do estudo. Os jogadores foram avaliados pelos questionários (questionário sociodemográfico e o questionário de prontidão esportiva com enfoque nas lesões musculoesqueléticas (MIR-Q)). Os testes físicos realizados foram: Star Excursion Balance Test (SEBT) e os testes de agilidade (SEMO e ZIG-ZAG). Após a triagem, os participantes foram distribuídos aleatoriamente em 2 grupos (controle e experimental). Os voluntários do grupo experimental (GE) foram submetidos ao protocolo de RV a partir do treino com Kinect Sports®, enquanto, que o grupo controle (GC) realizaram apenas a rotina de treinamento específica da modalidade esportiva. Observou-se diferenças significativas no GE no teste de equilíbrio (SEBT) em relação aos domínios avaliados: membro inferior direito (MID) (p&lt;0.05; p&lt;0,001 e p&lt;0,0001) e membro inferior esquerdo (MIE) (p&lt;0.05; p&lt;0,001 e p&lt;0,0001) na análise intragrupos. Já nos testes de agilidade (SEMO e ZIG-ZAG) verificou-se reduções significativa no tempo de execução dos protocolos de agilidade (p &lt;0,05) no GE. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que a RV possibilitou efeitos benéficos sobre agilidade e o equilíbrio em jogadores de badminton em relação aos atletas que não foram submetidos à rotina de treino habitual do badminton

Análise dos efeitos imediatos entre a Manipulação Quiroprática e TENS em indivíduos com cervicalgia: ensaio clínico randomizado

Objective: To analyze the immediate effects of transcutaneous nerve stimulation (TENS) and chiropractic manipulation associated or not with individuals with chronic neck pain.Methods: 40 volunteers were randomized into four groups that received a single intervention: G1: chiropractic manipulation; G2: Control; G3: TENS and G4: TENS + chiropractic manipulation. The variables analyzed were: Visual Analogue Scale, Range of Motion (ROM) and Neck Disability Index (NDI).Results: There was a significant reduction in pain in G1 compared to G2 (p <0.0001). In the movements of flexion and right lateral inclination, there was a significant increase (p <0.05) in groups 1 and 4 in relation to groups 2 and 3. In the items of the NDI: weight lifting, specific headache, quality of sleep and leisure, groups 1 and 4 showed significant improvement in relation to G2.Conclusion: Chiropractic care with and without TENS was effective in increasing ROM and NDI items. The combination of therapies did not result in gains in the management of neck pain compared to unimodal treatments.Primary Identifier Number: RBR-6c65dw - Brazilian Clinical Trials Registry (ReBEC).Objetivo: Analisar os efeitos imediatos da estimulação transcutânea de nervos (TENS) e manipulação quiroprática associados ou não a indivíduos com cervicalgia crônica.Métodos: 40 voluntários foram randomizados em quatro grupos que receberam uma única intervenção: G1: manipulação quiroprática; G2: Controle; G3: TENS e G4: TENS + manipulação quiroprática. As variáveis analisadas foram: Escala Visual Analógica, amplitude de movimento (ADM), e Índice de Incapacidade Pescoço (NDI).Resultados: Houve uma redução significativa da dor no G1 em comparação ao G2 (p <0,0001). Nos movimentos de flexão e inclinação lateral direita, houve um aumento significativo (p <0,05) nos grupos 1 e 4 em relação aos grupos 2 e 3. Nos itens do NDI: levantamento de peso, dor de cabeça, qualidade de sono e lazer, grupos 1 e 4 apresentaram melhora significativa em relação ao G2.Conclusão: O tratamento quiroprático com e sem TENS foi eficaz no aumento dos itens de ADM e NDI. A combinação de terapias não resultou em ganhos no manejo da cervicalgia comparados aos tratamentos unimodais.Número principal de identificação: RBR-6c65dw - Registro Brasileiro de Ensaios Clínicos (ReBEC)

LASERTERAPIA NA INFLAMAÇÃO PULMONAR EXPERIMENTAL EM RATTUS NORVEGICUS OCASIONADO PELA PAPAÍNA

Resumo: A Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) é caracterizada pela limitação do fluxo aéreo decorrente da dilatação dos espaços aéreos distais aos bronquíolos terminais. Analisar os efeitos da laserterapia quanto ao processo cicatricial na lesão pulmonar experimental em Rattus Novergicus. Utilizaram-se trinta animais agrupados em três grupos de dez animais: grupo controle (GC) (não recebeu nada), grupo DPOC (GD) (foi pulverizado 3 doses de papaína 3mg/kg) e grupo DPOC + Laser (GDL) (após 7 dias da indução da lesão com papaína foi tratado com laser de 660 nm durante 15 dias).Para analise dos resultados foi realizado o lavado broncoalveolar. Quanto ao Lavado: GC (número de células normais), GD (aumento de células inflamatórias) e GDL (diminuição de células inflamatórias). A laserterapia diminui o numero de células inflamatórias, entretanto, não possui efeito reconstrutor do parênquima pulmonar apenas estabiliza a lesão comprovando sua ação anti-inflamatória

INCIDÊNCIA DE DISTÚRBIOS MUSCULOESQUELÉTICOS EM POLICIAIS MILITARES PELO IMPACTO DO USO DE COLETE BALÍSTICO

Resumo: As lesões por esforço repetitivo (LER) representam um grande problema para a saúde pública. Este trabalho tem como objetivo, analisar a prevalência de distúrbios osteomusculares em policiais militares. O estudo trata-se de uma pesquisa do tipo observacional, transversal de caráter descritivo, participaram da pesquisa 26 policiais militares do sexo masculino, foram submetidos à aplicação dos questionários Nórdico de Sintomas Osteomusculares e do índice de Oswestry para Avaliação da Dor. Os resultados apontam que os maiores índices de dor musculoesquelética prevaleceram na região da coluna dorsal e lombar e na região do pescoço, já em relação ao índice de Oswestry foi constatado que 30% da amostra sentiram dor em nível moderado. O uso diário do colete balístico por policiais militares pode ocasionar distúrbios osteomusculares, bem como desencadear dor, mesmo não sendo fator de limitação funcional grave para desempenho das atividades diárias

OXIMETRIA DE PULSO: PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO E APLICAÇÕES

A monitorização padrão em unidades de terapia intensiva, centros cirúrgicos, áreas de recuperação, ambulâncias, dentre outros ocorre por meio da oximetria de pulso, onde os oxímetros de pulso são utilizados na determinação do nível de saturação de oxigênio (SpO2) no sangue arterial. Essa quantificação é feita através de sensores ópticos posicionados externamente ao paciente. O princípio da oximetria de pulso fundamenta-se na absorção da luz de comprimento de onda conhecido (660 e 940 nm) pela hemoglobina oxigenada. Este trabalho trata-se de uma revisão integrativa e bibliográfica de publicações científicas no período entre 2006 e 2016, além de livros, dissertação de mestrado, tese de doutorado e manuais técnicos. O conhecimento dos princípios básicos de funcionamento da oximetria é importante porque permite o reconhecimento de leituras errôneas e suas limitações. A oximetria é capaz de distinguir hemoglobina oxigenada da desoxigenada, constituindo um método não invasivo, de fácil utilização, responsável por captar a saturação arterial de forma contínua e segura.

Time response of increases in muscle performance after Low-Level Laser Therapy (LLLT) in weight training practitioners

Many studies have demonstrated the effectiveness of low-level laser therapy (LLLT) on muscle performance. Nonetheless, ideal application parameters are not known yet. The interval from the laser application moment until the time of the exercise is amongst them. In addition, the literature does not offer adequate studies that analyse different interval times in the same test in humans. Thus, the present study proposes the examination of the two distinct intervals, from the irradiation moment to the instant of the exercise performance. Forty male volunteers were recruited and randomly divided into four groups - control, placebo, immediate laser and 10 min after laser – to participate in this study. The therapy was performed with laser at 830 nm, with a power of 30 mW, energy of 3 J, during a time of 100 seconds per point irradiation, in the belly of the biceps brachii muscle. The comparison of the groups consisted in the Max force analysis, muscular power and muscle fatigue tests executed in the isokinetic dynamometer, and the recruitment of fibers by electromyography surface (EMG) and blood lactate levels in the brachial biceps muscle of weight training practitioners. A significant level of 5% (p &lt;0.05) was considered for data analysis. The parameters adopted in the application of LLT significantly increased muscle activity (RMS) in all protocols (peak force, power and muscular endurance). In addition, LLLT was also effective in maintaining muscle performance. It was concluded that the interval time from the moment of application of the LLLT until the performance of the exercise can influence in a different way the physical capacities tested.Many studies have demonstrated the effectiveness of low-level laser therapy (LLLT) on muscle performance. Nonetheless, ideal application parameters are not known yet. The interval from the laser application moment until the time of the exercise is amongst them. In addition, the literature does not offer adequate studies that analyse different interval times in the same test in humans. Thus, the present study proposes the examination of the two distinct intervals, from the irradiation moment to the instant of the exercise performance. Forty male volunteers were recruited and randomly divided into four groups - control, placebo, immediate laser and 10 min after laser – to participate in this study. The therapy was performed with laser at 830 nm, with a power of 30 mW, energy of 3 J, during a time of 100 seconds per point irradiation, in the belly of the biceps brachii muscle. The comparison of the groups consisted in the Max force analysis, muscular power and muscle fatigue tests executed in the isokinetic dynamometer, and the recruitment of fibers by electromyography surface (EMG) and blood lactate levels in the brachial biceps muscle of weight training practitioners. A significant level of 5% (p &lt;0.05) was considered for data analysis. The parameters adopted in the application of LLT significantly increased muscle activity (RMS) in all protocols (peak force, power and muscular endurance). In addition, LLLT was also effective in maintaining muscle performance. It was concluded that the interval time from the moment of application of the LLLT until the performance of the exercise can influence in a different way the physical capacities tested

Ação do gel Anacardium Occidentale L. associado ao ultrassom terapêutico no processo de cicatrização em camundongos

INTRODUCTION: Physical therapy resources positively influence the healing process, accelerating the different phases and reducing the time of injury through the application of electrophysical resources, such as therapeutic ultrasound (TUS). The interaction between TUS and biological tissues is capable of generating cellular changes by mechanical effects, ensuring satisfactory results. Studies based on plant extracts have been carried out to prove effective alternative therapies capable of inducing wound healing, since medicinal plants, when compared to modern drug therapies, have lower adverse effects and lower cost when compared to synthetic drugs, essential for acquisition for the low-income population. OBJECTIVE: To evaluate the associated effect between cashew bark gel (Anacardium occidentale L) and therapeutic ultrasound on the healing process of skin wounds in mice. METHODOLOGY: 24 male (Mus musculus) mice weighing 40 to 50 grams (g) from the Faculty of Medical Sciences (FACIME) were used in this study. The research consisted of 4 groups (control, pulsed ultrasound + phonorosis, Anacardium occidentale L bark gel and pulsed ultrasound), which were treated at different experimental times (8 and 15 days). RESULTS: It was observed that both histological and macroscopic analysis showed improvement of the initial inflammatory process and acceleration of tissue repair in the groups treated with UST, extract, as well as through their interaction. CONCLUSION: It is concluded that the therapies used in the present study presented satisfactory results on the tissue repair process, which were confirmed by macroscopic and histological analysis.INTRODUÇÃO: Os recursos fisioterapêuticos influenciam positivamente no processo de cicatrização, acelerando as diferentes fases e reduzindo o tempo de lesão através da aplicação de recursos eletrofísicos, tais como ultrassom terapêutico (UST). A interação entre o UST e os tecidos biológicos, é capaz de gerar alterações celulares, por efeitos mecânicos, garantindo resultados satisfatórios. Estudos à base dos extratos vegetais vêm sendo realizados visando comprovar terapias alternativas efetivas capazes de induzir a cicatrização de feridas, uma vez que as plantas medicinais quando comparadas com as modernas terapias medicamentosa, apresentam menores efeitos adversos e baixo custo, quando comparado aos fármacos sintéticos, sendo essenciais para aquisição para a população de baixa renda. OBJETIVO: Avaliar o efeito associado entre o gel à base da casca do cajueiro (Anacardium occidentale L) e o ultrassom terapêutico sobre o processo de cicatrização de feridas cutâneas em camundongos. METODOLOGIA: 24 camundongos (Mus musculus) machos, pesando entre 40 a 50 gramas (g), provenientes do biotério da Faculdade de Ciências Médicas (FACIME), foram utilizados neste estudo. A pesquisa foi composta por 4 grupos (controle, ultrassom pulsado + fonorose, gel à base de cascas da Anacardium occidentale L e ultrassom pulsado), os quais foram tratados em diferentes tempos experimentais (8 e 15 dias). Após a eutanásia dos camundongos, realizou-se as análises macroscópica e microscópica, enquanto o extrato vegetal à base do caule do cajueiro (Anacardium occidentale L) foi avaliado através da prospecção fitoquímica. RESULTADOS: Observa-se que tanto na análise histológica quanto macroscópica, houve melhora do processo inflamatório inicial e aceleração do reparo tecidual nos grupos tratados com o UST, extrato, assim como, através da sua interação. CONCLUSÃO: Conclui-se que as terapias utilizadas no presente estudo, apresentaram resultados satisfatórios sobre o processo de reparação tecidual, os quais foram comprovados pela análise macroscópica e histológica.

EFICÁCIA CLÍNICA DO LASER ACUPUNTURAL NO TRATAMENTO DA DESORDEM TEMPOROMANDIBULAR

A disfunção temporomandibular (DTM) é a condição mais frequente de dor orofacial crônica. A DTM é caracterizada pela a presença de sinais e sintomas na região orofacial. A acupuntura e Terapia a laser de baixa intensidade (TLBI) vêm sendo empregadas no tratamento da DTM. A acupuntura consiste na inserção de agulhas em acupontos específicos do corpo para promover efeitos terapêuticos. A TLBI é uma modalidade de tratamento não invasiva, que vem sendo utilizada com frequência na prática clínica para o tratamento das DTM. Diante do exposto, o objetivo deste estudo foi realizar revisão de literatura, acerca da eficácia clinica do laser acupuntural em pacientes com a DTM. O emprego do laseracupuntural no tratamento das DTM favorece o controle antálgico, miorrelaxante e anti-inflamatório, no entanto, são necessárias novas pesquisas acerca do tema para determinar a eficácia do laser acupuntural em longo prazo para o tratamento de desordens temporomandibulares