Explique o procedimento de transferência de massa em sistemas de aeração, considerando as 8 resistências envolvidas no processo. Esquematize graficamente e mencione quais são as mais relevantes.
Passo 1
O enunciado pede para descrever o mecanismo de transferência de oxigênio (por exemplo) de bolhas de ar para microrganismos em sistemas de aeração, modelando todas as “barreiras” ou resistências que o soluto encontra. Em engenharia de bioprocessos, usamos o conceito de resistências em série para relacionar o fluxo de massa ao gradiente de concentração, assim como em circuito elétrico.
Passo 2
Esquematizamos o transporte como uma soma de resistências R_i, de modo que a taxa molar de transferência N (mol m^{-} ^{2} s^{-} ^{1}) seja
N = \frac{\Delta C}{\sum_{i=1}^{8} R_i}
onde \Delta C é a diferença de concentração entre o centro da bolha (fase gasosa) e o interior da célula (fase reacional).
Passo 3
As oito resistências típicas são: 1. R_1: convecção no gás (mistura no bulk gas). 2. R_2: difusão na película gasosa em torno da bolha. 3. R_3: transferência interfacial gás-líquido (equilíbrio de Henry). 4. R_4: difusão na película líquida estável junto à interface. 5. R_5: convecção no bulk líquido (re-mesclagem na coluna). 6. R_6: difusão interna em flocos ou biofilme (micro-ambiente agregado). 7. R_7: transporte através da parede ou membrana celular. 8. R_8: difusão no citoplasma e consumo enzimático (reator intracelular).
Passo 4
Esquema gráfico (sentido do transporte da esquerda para a direita):
Aqui cada seta numerada indica a resistência correspondente R_i.
Passo 5
Em sistemas de aeração convencionais, as resistências que mais contribuem para \sum R_i são
R_4: a difusão na película líquida, pois o gradiente de concentração no filme líquido tende a ser grande;
R_6: a difusão interna em flocos ou no biofilme, quando a biomassa forma aglomerados;
as demais (especialmente R_1 e R_2) costumam ser pequenas e muitas vezes desprezadas para cálculos de projeto.
Resposta
As oito resistências em série são: 1. convecção no gás (R_1), 2. difusão no filme gasoso (R_2), 3. transferência interfacial (R_3), 4. difusão no filme líquido (R_4), 5. convecção no bulk líquido (R_5), 6. difusão em flocos/biofilme (R_6), 7. transporte pela parede celular (R_7), 8. difusão no citoplasma e reação enzimática (R_8).
As mais relevantes geralmente são R_4 (filme líquido) e R_6 (diffusão interna em flocos/biofilme).