BERTUCCI NETO, V.

FARINAS, C. S.

FONSECA, R. F.

RAMOS, R. A.

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II Simpósio sobre Inovação e Criatividade Científica na EmbrapaEmpresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, 2010Instrumentação para Processos de Fermentação Sólida Visando à Produção deEnzimasVictor Bertucci-Neto1, Rafael Frederico ronsecet.». Cristiane Sanchez Ferines', Rodrigo Andrade Ramos'Unidades: Embrapa Instrumentação Agropecuária (1) e Departamento de Engenharia Elétrica da Escola de Engenharia de São certos, USP (2)victor@cnpdia.embrapa.brRESUMOUm Processo de Fermentação em Estado Sólido (FES) pode ser descrito como o crescimento de microorganismos em substratos sólidos, na ausência de água livre, tendo sido usado pormilhares anos no preparo de alimentos como. Apesar dessa prática tradicional os FES possuem um futuro promissor na valorização de produtos agroindustriais, biodegradação de resíduossólidos, na atenuação de poluentes orgãnicos em solos, e na redução da poluição atmosférica por biofiltração. Além desses, também existe um renovado interesse na produção de enzimaspara fazer a hidrólise da Celulose visando à produção de etanol chamado de segunda geração. Entretanto, os FES raramente são realizados em grande escala, a despeito de algumasvantagens em relação a processos de Fermentação Submersa (FS). Dentre algumas vantagens há, além da possibilidade de bioconversão de resíduos sólidos, o menor uso de água, emenor quantidade de dejetos produzidos. O uso de FES também se mostra vantajoso na produção de enzimas, possibilitando maior produtividade em relação ao FS. Apesar disso, o FESesbarra em uma desvantagem limitante de sua aplicação em processos industriais: a dificuldade de controlar e mesmo medir algumas das diversas variáveis envolvidas no processo. Osprincipais parãmetros a serem medidos e controlados em FES são: temperatura do meio, aeração homogênea, pH, e conteúdo de água no leito. A instrumentação e automação dessesprocessos têm sido determinantes para aumentar a eficiência de produção. Neste trabalho é apresentado um sistema de alimentação de ar para reatores de FES com instrumentação eautomação para manter ajustes de umidade e fluxo segundo o operador, visando estudar as condições adequadas de cada processo.DESCRiÇÃO DO SISTEMA E RESULTADOSO princípio de funcionamento do sistema é manter uma razão entre fluxo de ar seco com outro de ar saturado com água de forma a obter um fluxo de ar constante com umidade tambémconstante, conforme a necessidade do operador. Conforme mostra o diagrama nas Figuras 1 e 2, o sistema é composto de uma entrada de ar saturado de água e outra de ar seco. Cadauma dessas linhas de entrada possui um controlador de fluxo de massa (CF1 e CF2) que são comandados por sinais elétricos entre O e 5 VDC, através dos sinais de comando C1 e C2. Oscontroladores possuem saída de medida de fluxo indicadas por M1, e M2. As duas tubulações de ar seco e úmido são ligadas entre si para fazer a mistura ajustada pelos comandos. Umconjunto senso r mede a umidade relativa e a temperatura do ar resultantes dessa mistura, indicados por URTl. Um segundo conjunto senso r mede a umidade e a temperatura resultantesdo ar de saída do reator. As medidas de temperatura e umidade de cada conjunto sensor são dadas por M3, M4, M5, e M6. Os experimentos foram feitos em bancada, sendo utilizadossensores de fluxo, de umidade, de pressão relativa (para a linha de alimentação de ar), e de temperatura. Para o controle de fluxo de massa em linha foram usados dois controladores,sendo um deles para a linha de ar saturado, e outro para a linha de ar seco. Foram usados três sensores de fluxo entre O a 1000 mililitros/minuto. Os controladores de fluxo de massacontrolam o fluxo de ar entre O e 1 litro/minuto, conforme o comando via sinal elétrico. As medidas são armazenadas através de uma placa de aquisição de dados, com 16 canais deentradas analógicas, e dois canais de saídas analógicas para acionamento externo. Cada canal de entrada, ou de saída, usado no sistema para medida de um sensor, ou de acionamentode um controlador, é configurado individualmente de acordo com as característícas específicas. A seqüência de medidas, armazenamento de dados, desenhos de gráficos em tempo real, eacionamento dos controladores de fluxo de massa, é feita com auxílio de um pacote de programação por interface gráfica, chamado LabView, da Nationa/lnstruments. Este pacote permiteo desenvolvimento de instrumentos virtuais que fazem interface com placas de aquisição de dados, a exemplo do que foi usado no sistema. Na Figura 2 vê-se a interface gráfica de uminstrumento virtual desenvolvido no trabalho usado para aquisição e armazenamento de dados, e acionamento dos controladores de fluxo de massa. Além dessas medidas e acionamento,o sistema também permite a medida de concentração de C02 na saída, de forma que se possa averiguar a atividade biológica. O programa desenvolvido possibilita o uso de até 32sensores, com conversão de dados de voltagem para as unidades desejadas. As medidas e acionamentos são feitas em intervalos de tempo escolhidos pelo operador, bastando para istoacionar o botão de amostragem de dados. Na Figura 4 é mostrado o comportamento da umidade relativa do ar quando comandada em 60%, em relação à variação de temperatura do arfornecido.Ar r;saturadol••••.••__ ~_·, J"'1"--'- ''',.I~'I.C''~'"'·b- .".•,.,._••__"~.,.~.,,__,,... J.j'.1Ci-!.·Fig.3. Instrumento virtualdesenvolvido para osistema de aquisição dedados e controle de fluxo dear.CF1 -,-1 oCl Ml J1 URT1- ,Reator---l URT2CF2 M3 M4 M5 M6A'seco r:C2 M2Fig.l. Diagrama em blocos do sistema de controle de fluxo de ar.Coluna defermentaçãoComputador J-7dIgital ..•••.b.J~,~-PlacadeaqUlsiçAoe controleFig.2. Esquema decontrole de fluxo eumidade relativa do arde entrada no reator.::;.,,::~,!.~:~t::: <. .:::;!.:-i:L:,·"~I ::;. "~ « ,,_ ••••.• ..,.. ••• - •• <•••.•• -,_5:]:..:._~"'-~.".ü .,, .::~1".-.,_ ....r_.3 . ','I~'~'~",CONCLUSÕESO sistema desenvolvido permite versatilidade suficiente para trabalhar emdiferentes faixas de fluxo, umidade, e temperatura, mantendo com bastantefidelidade o que for comandado pelo operador. Dessa forma, estudos decinética de crescimento de fungos por processos de FES podem serbeneficiados segundo o desempenho de crescimento dos microrganismos eprodução de enzimas de interesseREFERÊNCIA1. BERTUCCI NETO, V. ; FONSECA, R. F. ; FRANCISCO. R. A. ; FARINAS, C. S. ; COURI. S.. Controleautomático de fluxo e ajuste de umidade do ar de alimentação em reatores de fermentaçãosólida. In: XVII Simpósio Nacional de Bioprocessos SINAFERM 2009, 2009, Natal. Anais do XVIISimpósio Nacional de Bioprocessos, 2009.Tempo (10s)Fig.4. Resposta da umidade relativa para minimizar o erro entre ovalor medido e o escolhido pelo usuário em função da variação detemperatura.AGRADECIMENTOS: @1c N p. PJFINEP tnstrumenteçõo AgropecuáriaMinistério daAgricultura, Pecuáriae Abastecimento

Instrumentação para processos de fermentação sólida visando à produção de enzimas.

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