RESUMO -Dentre várias possíveis aplicações industriais, leitos empacotados podem ser empregados como biorreatores de fermentação em estado sólido (FES), processo biotecnológico no qual uma matriz sólida porosa é fermentada por fungos. Modelos de duas fases são apropriados para predizer a transferência de calor e de água nesses biorreatores, mas dependem do conhecimento dos coeficientes de transferência de calor (α) e de massa (β) na interface gás-sólido e da razão de área superficial de troca por unidade de volume (At/V). Visando dar suporte a trabalhos de modelagem e simulação de biorreatores de FES, o objetivo do presente trabalho foi propor uma metodologia para cálculo de tais coeficientes com base em correlações de Nusselt (Nu) e Sherwood (Sh) e empregar o conceito de volumes-finitos para calcular At/V. Para Nu, a geometria da partícula e a direção do escoamento do fluido foram consideradas e correlações clássicas foram empregadas. Com base na analogia entre transferência de calor e de massa, Sh foi considerado numericamente igual a Nu. Para cálculo de At/V, a geometria das partículas do substrato foi considerada e o leito foi dividido em elementos finitos. Deste modo, os coeficientes de interface podem ser calculados para biorreatores empacotados com diferentes tipos partículas, para leitos de diferentes geometrias e para várias condições operacionais.
INTRODUÇÃOLeitos empacotados são extensivamente usados em importantes operações unitárias nas indústrias químicas, de alimentos e de processos em geral. Alguns exemplos de aplicação incluem seus usos como separadores, absorvedores, secadores, filtros, trocadores de calor e reatores químicos e bioquímicos (Thoméo et al., 2004). Os biorreatores de fermentação em estado sólido (FES) são um caso particular de leitos empacotados que estão em destaque na literatura. A FES pode ser definida como o crescimento de microrganismos sobre partículas sólidas úmidas, em situações nas quais o espaço entre as partículas contêm uma fase gasosa contínua e a água está ou impregnada nas partículas ou forma um fino filme de água sobre elas. Entretanto, o conteúdo de água da matriz porosa deve ser suficientemente alto para assegurar adequadas condições de crescimento ao metabolismo microbiano (Mitchell et al., 2006).