Community 1.1.1. Um tanque agitado (STR) em batelada, no computador do operador. Sem alimentação.
A cinética do perfil B. japonicum multiplica Monod pelos fatores de oxigênio, temperatura, pH e lag; X também sofre decaimento celular.
μ = μMonod · fO₂ · fT · fPH1,25 · [1 − exp(−t/8 h)]; dX/dt = μX − 0,003X
fT e fPH usam a função cardinal de [R10], igual a zero nos limites, a um no ótimo e limitada ao intervalo [0, 1]: g(z) = ((z − zmax)(z − zmin)²) / ((zopt − zmin)((zopt − zmin)(z − zopt) − (zopt − zmax)(zopt + zmin − 2z))). Para temperatura, os pontos são 10/28/37 °C; para pH, 4,5/6,8/9,0, com expoente 1,25.
O consumo de oxigênio segue Pirt, qO₂ = μ/1,1 + 0,007 gO₂/(gX·h). O CSV inclui a conversão configurada para UFC/mL e, ao final, X viável, X total, end_reason e a versão do aplicativo. O histórico SQLite recebe migração aditiva entre versões.
O passo permanece Δt = 0,05 h: a formação de biomassa e o consumo de substrato usam a taxa avaliada no início do passo; a morte aplica o fator exp(−kd·Δt) à biomassa após a formação. O oxigênio continua com solução analítica exata por passo. A telemetria da interface é publicada a cada 0,25 h simuladas; o relógio de integração avança 0,05 h a cada 0,2 s.
O kLa mantém a correlação de van’t Riet [R4], com potência de agitação aerada reduzida pelo fator 0,5. Para o tanque cilíndrico, H = D; a geometria nominal e o volume total estimam D, enquanto o volume de trabalho define a altura do líquido e é o volume usado no cálculo de P/V. Para os setpoints padrão, kLa ≈ 131,0455 h⁻¹. Referências e parâmetros em Fundamentos · versão 1.1.1.
O volume nominal vai de 50 L a 10.000 L. A fração de trabalho vai de 70% a 80%. A carga de referência usa 100 L e 75% útil, portanto 75 L. A vazão de alimentação é zero. Volume, biomassa e substrato fecham o balanço a cada passo.
μ = μmax · S / (Ks + S)
massa formada = μ · X · V · Δt, limitada pelo substrato disponível
substrato consumido = biomassa formada / Yxs
Este conjunto de equações descreve a versão 1.0.0. Na versão atual, consulte o modelo 1.1.1 acima.
A saturação de referência é 7,8 mg/L. O consumo específico é 0,12 g de O₂ por g de biomassa por hora. No passo, a concentração segue a solução de dCL/dt = β − α·CL, com α = kLa na batelada.
O kLa mostrado no console estima a transferência a partir do volume, da rotação e da aeração em vvm (correlação de Van’t Riet). É estimativa do simulador. Hipóxia entra no registro e não reescala μ.
Na carga de referência — 1 vvm, 400 rpm, X inicial 0,20 g/L, S inicial 20 g/L — o substrato se esgota por volta de 40 h, a biomassa fica em 8,6 g/L e o oxigênio depois do esgotamento fica perto de 1,2 mg/L. O erro relativo do rendimento fica abaixo de 10⁻⁶.
O passo de integração é Δt = 0,05 h (3 min simulados). Biomassa e substrato usam Euler explícito, avaliando μ no início do passo; o substrato é limitado a zero e a biomassa formada é limitada pelo substrato disponível:
mX,formada = min(μn Xn V Δt, Yx/s Sn V)
Xn+1 = (Xn + mX,formada/V) · exp(−kd·Δt); Sn+1 = Sn − mX,formada/(Yx/s·V)
A taxa μ é avaliada no início do passo; a morte é aplicada depois da formação. O oxigênio dissolvido não usa Euler: para α = kLa e β = kLa·CL* − qO₂·1000·X, o programa resolve exatamente CLn+1 = β/α + (CLn − β/α) · exp(−αΔt), usando a taxa de consumo do início do passo.
A tela avança um passo de 0,05 h a cada 0,2 s de relógio real: uma hora simulada leva cerca de 4 s na tela (escala nominal de 900×). É uma escala visual fixa, não tempo de fermentação física.
end_reasonEm batelada, o primeiro critério automático atingido encerra a execução. Os limites abaixo são os padrões do perfil; o tempo máximo e a tolerância de estagnação podem ser configurados.
SUBSTRATE_DEPLETED: S ≤ 0,001 g/L.DO_SPIKE: com S abaixo de 5% do valor inicial, o OD aumenta pelo menos 15% da saturação numa janela de até 1 h.STALLED: após a fase lag, a variação absoluta de X fica abaixo de 0,0001 g/L/h durante 12 h consecutivas.MAX_TIME: alcança o tempo máximo, 240 h por padrão.STOPPED: o operador encerra manualmente antes de um fim automático.O motivo é gravado na coluna end_reason do CSV e no registro do lote. Na carga padrão de 1.1.1, o término é SUBSTRATE_DEPLETED aos 122,55 h. Estes nomes e limites descrevem o simulador, não alarmes de um equipamento real.
Para meio coalescente, a versão aplica a correlação empírica de van’t Riet [R4]:
kLa = 0,026 · (P/V)0,4 · us0,5
Na equação, kLa é calculado em s⁻¹, P/V em W/m³ e us em m/s; o resultado é convertido para h⁻¹ multiplicando por 3600. A constante 0,026 e os expoentes pertencem à correlação empírica citada, não são universais para qualquer caldo.
A potência de agitação usa P = Np·ρ·n³·Di⁵, com número de potência de Rushton Np = 5, densidade assumida ρ = 1000 kg/m³ e Di = D/3. A geometria nominal usa H = D e o volume total do tanque para estimar D; a altura efetiva do líquido é recalculada a partir do volume de trabalho. O P/V da correlação usa a potência aerada dividida pelo volume de trabalho, não pelo volume nominal. A potência de aeração é uma estimativa ideal com queda de pressão de 0,5 bar e eficiência assumida de 55% [R5]. São hipóteses geométricas e energéticas do simulador, não especificações de projeto.
Referências: [R4] van’t Riet, 1979; os parâmetros do perfil foram mantidos da versão 1.1.0 [R5], e kLa/encerramento foram conferidos no pacote 1.1.1, cujos artefatos estão publicados. Ver a bibliografia e os limites dos parâmetros.
O histórico da Community persiste no computador do operador. A série completa sai em CSV. Não há serviço de nuvem no caminho do lote. Os artefatos da versão 1.1.1 estão publicados como MSI e ZIP sem assinatura digital; o BioReator40.exe fica dentro do ZIP.
O histórico SQLite fica em %APPDATA%\CaraCore\BioReator40; os CSVs exportados ficam em %LOCALAPPDATA%\CaraCore\BioReator40\laudos.
Contagem de viáveis, contaminação, preparo de meio e identidade da cepa continuam no laboratório. A série da tela não é garantia comercial de rendimento microbiológico.
A versão 1.1.1 inclui aproximações configuradas para fase lag, morte celular, limitação de crescimento por oxigênio, pH e temperatura e quatro critérios automáticos de término. Parâmetros não foram validados experimentalmente; o modelo não simula contaminação nem mede viabilidade. O OD pode recuperar-se quando a demanda de oxigênio cai.
A versão paga está prevista para 2027; escopo e condições comerciais ainda podem mudar. Bacillus thuringiensis permanece apenas uma cinética de crescimento no material que descreve a edição futura.
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