Análise matemática dos efeitos do atraso no sinal de sondas eletroquímicas sobre a determinação do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio em bioprocessos aeróbios

Mathematical analysis of the effects of the delay in the signal of electrochemical probes on the determination of the volumetric oxygen transfer coefficient in aerobic bioprocesses

Abstract

Neste artigo, uma equação que considera o atraso no sinal de sondas eletroquímicas usadas para medir o nível de oxigênio dissolvido (OD) em biorreatores agitados e aerados é desenvolvida e recomendada para o tratamento de dados experimentais de OD visando à estimativa correta do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (k_La), um parâmetro-chave no controle da oxigenação do meio durante bioprocessos aeróbios. Para o desenvolvimento de tal equação, utilizou-se o método da transformada de Laplace para resolver a equação diferencial que descreve o atraso no sinal de resposta da sonda, o qual é caracterizado por uma constante de delay k_d. Simulações da equação proposta e da equação tradicional utilizando valores de k_La e k_d iguais a 400 h^-1 e 350 h^-1, respectivamente, evidenciaram que o atraso no sinal de resposta da sonda afeta os níveis medidos de OD, levando a uma estimativa incorreta de k_La caso a equação tradicional seja utilizada para tratar dados obtidos em um ensaio típico de determinação deste parâmetro. Embora a equação proposta contenha um parâmetro adicional (k_d), isso não deve se constituir em impedimento para o seu uso uma vez que k_d  pode ser estimado individualmente por um ensaio experimental apropriado ou juntamente com k_La por um procedimento de regressão não linear.