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):
\text{Bulk Gás} \;\xrightarrow{R_1}\; \boxed{\text{Filme Gasoso}} \;\xrightarrow{R_2}\; \boxed{\text{Interface G–L}} \;\xrightarrow{R_3}\; \boxed{\text{Filme Líquido}} \;\xrightarrow{R_4}\; \text{Bulk Líquido} \;\xrightarrow{R_5}\; \boxed{\text{Floco/Biofilme}} \;\xrightarrow{R_6}\; \boxed{\text{Parede Celular}} \;\xrightarrow{R_7}\; \boxed{\text{Citoplasma + Enzima}} \;\xrightarrow{R_8}\; \text{Reação}áííçã
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).

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