2023
Fundamentos de Engenharia Biológica
Nome: Fundamentos de Engenharia Biológica
Cód.: QUI13624L
6 ECTS
Duração: 15 semanas/156 horas
Área Científica:
Bioquímica, Química
Língua(s) de lecionação: Português
Língua(s) de apoio tutorial: Português, Inglês
Regime de Frequência: Presencial
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Objetivos de Aprendizagem
Efetuar balanços de massa e energia com e sem reação a bioprocessos. Conhecer a diferença entre fluxo laminar e turbulento. Conhecer o que são fluidos newtonianos e não-newtonianos; descrever os mecanismos de mistura; Correlacionar as propriedades físicas dos fluidos com o crescimento celular. Conhecer os mecanismos de condução e convecção na transferência de calor; Conhecer a lei de Fourier; Descrever equipamentos usados para a transferência de calor em bioprocessos. Conhecer a Lei de Fick; Identificar as etapas que apresentam maior resistência à transferência de oxigénio das bolhas para as células; compreender como a transferência de oxigénio e o kla podem limitar a densidade de biomassa nos fermentadores.
Conteúdos Programáticos
Balanços de massa e energia
Dinâmica de fluidos.
Classificação dos fluidos, Movimento dos fluidos. Camada limite. Viscosidade. Fatores que afetam a viscosidade dos meios fermentativos. Mecanismo de agitação. Potência do sistema de agitação. Otimização dos sistemas de agitação. Importância das forças de atrito no comportamento dos fermentadores.
Transferência de calor
Balanços de transferência de massa e energia. Mecanismos de transferência de calor. Equipamento de transferência de calor. Condução. Convecção. Transferência de calor entre os fluidos. Relações entre transferência de calor, composição dos meios de cultura, concentração celular e condições de agitação. Dimensionamento dos permutadores. Aumento de escala.
Transferência de massa.
Difusão molecular. Teoria da difusão. Teoria do filme. Transferência de massa por convecção. Transferência entre líquido-líquido.
As necessidades de oxigénio nas células. Determinação do kLa.
Dinâmica de fluidos.
Classificação dos fluidos, Movimento dos fluidos. Camada limite. Viscosidade. Fatores que afetam a viscosidade dos meios fermentativos. Mecanismo de agitação. Potência do sistema de agitação. Otimização dos sistemas de agitação. Importância das forças de atrito no comportamento dos fermentadores.
Transferência de calor
Balanços de transferência de massa e energia. Mecanismos de transferência de calor. Equipamento de transferência de calor. Condução. Convecção. Transferência de calor entre os fluidos. Relações entre transferência de calor, composição dos meios de cultura, concentração celular e condições de agitação. Dimensionamento dos permutadores. Aumento de escala.
Transferência de massa.
Difusão molecular. Teoria da difusão. Teoria do filme. Transferência de massa por convecção. Transferência entre líquido-líquido.
As necessidades de oxigénio nas células. Determinação do kLa.
Métodos de Ensino
As aulas teóricas terão uma exposição dos temas em desenvolvimento. Nas aulas teórico-práticas serão resolvidos problemas sobres as matérias lecionadas. Na aula prática laboratorial será realizado um trabalho prático.
A UC tem 4 módulos: Mecânica de fluidos; Balanço de massa e energia; Transferência de calor e Transferência de Massa.
Avaliação:
No final de cada módulo será realizado um mini-teste. A nota do módulo de Mecânica de fluidos é 0,85xNota do mini-teste + 0,15x Nota do relatório do trabalho laboratorial. A nota do módulo de Balanços de Massa e Energia, do módulo Transferência de Energia e do módulo Transferência de Massa será a nota do respetivo mini-teste (avaliação contínua). Durante o semestre serão realizados 4 mini-testes (avaliação contínua).
Haverá a hipótese de exame final.
A nota final será a soma das notas dos módulos/4 ou a nota do exame.
O aluno poderá sempre realizar um exame sobre a componente laboratorial.
A UC tem 4 módulos: Mecânica de fluidos; Balanço de massa e energia; Transferência de calor e Transferência de Massa.
Avaliação:
No final de cada módulo será realizado um mini-teste. A nota do módulo de Mecânica de fluidos é 0,85xNota do mini-teste + 0,15x Nota do relatório do trabalho laboratorial. A nota do módulo de Balanços de Massa e Energia, do módulo Transferência de Energia e do módulo Transferência de Massa será a nota do respetivo mini-teste (avaliação contínua). Durante o semestre serão realizados 4 mini-testes (avaliação contínua).
Haverá a hipótese de exame final.
A nota final será a soma das notas dos módulos/4 ou a nota do exame.
O aluno poderá sempre realizar um exame sobre a componente laboratorial.
Bibliografia
Doran, Pauline M., (2000) Bioprocess engineering principles. Academic Press. London.
Riet, K., Tramper, J., (1991) Basic bioreactor design. Marcel Dekker. New York.
Bailey, J. E. & Ollis, D. F. (1990) Biochemical Engineering Fundamentals 3rd edition McGraw Hill International.
Katoh, S., Jun-ichi Horiuchi, Yoshida, F. (2015) Biochemical Engineering: A Textbook for Engineers, Chemists and Biologists 2nd Edition, Wiley-VCH.
Riet, K., Tramper, J., (1991) Basic bioreactor design. Marcel Dekker. New York.
Bailey, J. E. & Ollis, D. F. (1990) Biochemical Engineering Fundamentals 3rd edition McGraw Hill International.
Katoh, S., Jun-ichi Horiuchi, Yoshida, F. (2015) Biochemical Engineering: A Textbook for Engineers, Chemists and Biologists 2nd Edition, Wiley-VCH.
