Instrumentacion y control en los biorreactores

Instrumentación y control en los biorreactores.

Instrumentación para el control de la temperatura:

La temperatura es un parámetro importante de control a la hora de una fermentación, ya que muchos microorganismos tienen un intervalo o una temperatura optima de crecimiento, en la cual se facilita la reproducción de los microorganismos utilizados para el proceso y por consecuencia lograr la productividad deseada en el biorreactor, además con el control de la temperatura no solo se resguarda la vida del sistema productor, también el control de este parámetro nos servirá para mantener al producto sintetizado en buenas condiciones y no se degrade por efecto de la temperatura.

La instrumentación más utilizada para el control de este parámetro son los sensores de temperatura, los cuales, son dispositivos encargados de transformar los cambios de temperatura en señales eléctricas. Cabe destacar que los instrumentos mas utilizados en la industria son:  

• Termómetros de resistencia: Se basan en el principio de que la resistencia de los metales incrementa con la temperatura. Cuando la corriente pasa a través del rollo, un cambio de voltaje se produce y este a su vez, se relaciona con la temperatura. Este tipo de instrumentación tiene una respuesta lineal, proporcionan mediadas de temperatura muy exactas y tienen un margen de temperatura bastante amplio. Los termómetros de resistencia industriales se construyen siempre de platino, cobre o níquel.

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• Termistores: Son sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica que experimenta un material semiconductor cuando es sometido a un cambio de temperatura. Son sensores sensibles pequeños y semiconductores los cuales exhiben un incremento en su conductividad con la temperatura. Estos dispositivos no guardan una relación lineal entre la resistencia y la temperatura, pero si se adecuan a los pequeños cambios de temperatura que exhiben los fermentadores. Son utilizados cuando se necesita una resolución alta, un tiempo de respuesta rápido y cuando se esta dentro de un rango de temperaturas bajas, este tipo de sensores se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio y titanio.[pic 2]
• Pirómetro: miden la temperatura sin la necesidad de estar en contacto con el fluido. Se suele utilizar cuando se trabaja con temperaturas muy elevadas y miden la radiación térmica.[pic 3]

• Termopares: Son dispositivos basados en la unión de dos metales diferentes que genera una fuerza electromotriz función de la temperatura. Son unos equipos de bajo coste, con una respuesta rápida y con capacidad de medir a altas temperaturas. El rango de temperatura al que pueden trabajar y la precisión que estos tengan a la hora de la medición, depende del tipo de material que los constituyen.

 [pic 4]

Instrumentación para el control de la viscosidad del medio:

Es importante el conocimiento de la variación en las propiedades reológicas de los caldos de cultivo pues afectan las velocidades de transferencia de masa y de calor. Para eso es importante el control de la viscosidad, para esta determinación es necesario llevar una muestra fuera de línea, en viscosímetros los cuales pueden ser de varios tipos de acuerdo con el tipo de fluido al que se le quiere medir la viscosidad.

Se utilizan equipos de medición de viscosidad como:

• Viscosímetro de cono y plato: consiste en un plato horizontal y cono invertido cuya punta se encuentra en contacto con el plato, el fluido a ser medido se sitúa entre el espacio existente entre el plato y el cono, posteriormente se hace girar el cono y se mide la viscosidad angular y el par de torsión [pic 5]

• Viscosímetro rotatorio de cilindro coaxial: El fluido a medir se coloca en el anillo existente entre dos cilindros concéntricos, uno de los cuales permanece inmóvil y el otro gira, un flotador cilíndrico de radio R1, se suspende en el fluido situado en un cilindro de radio R2, el liquido cubre el flotador hasta una altura h desde el fondo del cilindro exterior, al girar el cilindro interior se logra medir la velocidad angular y el par de torsión, este tipo de rotores son de alta sensibilidad.[pic 6]

• En consideración de que el medio puede adquirir una mayor viscosidad debido a que se presenta a base de una fase liquida y otra gaseosa. Según (Sherman, P. 1970), estas dos fases dispersas aumentan la viscosidad aparente del medio de fermentación, ya que no son rígidas y están sujetas a un fenómeno de coalescencia, así como a una redispersión, conduciendo a una suspensión de tipo No-Newtoniano, en el cual su viscosidad aparente es sensible al esfuerzo cortante. Muchos operadores industriales optan por tomar en consideración dicha observación, y para resolver este tipo de problemas utilizan un impulsor a los cuales se le anexan viscosímetros rotacionales mientras que el impulsor se agita, analizando la distribución del esfuerzo cortante relacionando la potencia con el numero de Reynolds.

Instrumentación para el control de la espuma:

La formación de espuma representa un problema serio en las fermentaciones ya que se fomenta la contaminación mermando el rendimiento u obstaculizando filtros. Comúnmente muchos medios de cultivo fomentan la formación de espuma, principalmente en los cultivos aerobios por la producción de agentes espumantes como proteínas, polisacáridos y ácidos grasos, y se favorece la producción de espuma con altos flujos de aire y alta intensidad de agitación. El control puede realizarse por métodos mecánicos, químicos o una combinación de los dos.

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