BIOINGENIERIA DE BIOREACTORES

“Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y Seguridad Alimentaria”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Norte de la Universidad Peruana

Fundada por Ley 14015 del 13 de febrero de 1962

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA ACADÈMICO PROFESIONAL DE INGENIERÌA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

BIOINGENIERÍA DE BIORREACTORES.

CURSO: BIOINGENIERÍA

INTEGRANTES: Aranda Espejo, Betty Esther

Cerquín Cueva, Roberto Carlos

Delgado Coronel, luz Elita

Jiménez Vargas, Miriam

Juárez Aguilar, Rosila

DOCENTE: Ing. Miguel Sánchez García

CICLO: IX

Cajamarca, Junio del 2013

INGENIERIA DE BIORREACTORES

INTRODUCCIÓN.

El biorreactor es la parte principal de cualquier proceso bioquímico en el que se emplean sistemas microbianos fungales o sistemas celulares mamíferos o plantas para la manufactura económica de una amplia variedad de productos biológicos útiles. La función principal de un biorreactor diseñado apropiadamente es la de proveer un medio controlado para alcanzar el crecimiento y la formación de productos óptimos, o cualquier de ambos, en el sistema celular particular empleado. A menudo, el término “fermentado” se usa en las publicaciones para referirse al “biorreactor”. En este repaso se usará el término “biorreactor” debido a su aplicación global.

El funcionamiento de cualquier biorreactor depende de muchas funciones incluyendo:

La concentración de biomasa, la cual debe permanecer alta

El mantenimiento de las condiciones estériles;

Agitación efectiva para que la distribución de los substratos y microorganismos en el reactor sea uniforme;

Eliminación de calor;

Creación de las condiciones correctas de corte; las rapideces altas de corte pueden ser dañinas para el organismo pero la rapidez de corte bajas también pueden ser indeseables debido a la floculación o al crecimiento de biomasa inconvenientes sobre la pared del reactor y sobre el agitador.

MARCO TEÓRICO.

Aspectos básicos de los biorreactores

Definición

El equipo donde se realiza el proceso se denomina biorreactor o fermentador. El mismo provee todos los servicios que son necesarios para el cultivo, tales como mezclado, termostatización, suministro de oxígeno, entradas para adición de nutrientes, control del pH, etc. Por otra parte, cuando se habla de sistemas de cultivo o, también, métodos de cultivo, se hace referencia al modo de operar del biorreactor, esto es en forma continua, discontinua o semicontinua.

Para un componente cualquiera del cultivo, incluida la biomasa, se puede plantear el siguiente balance de materia en el biorreactor.

Velocidad de Acumulación = Velocidad de Ingreso –Velocidad de Salida + Velocidad de Formación – Velocidad de Consumo

Según sea el modo de operación, es decir, continuo, discontinuo o semi-continuo, se tendrán unos términos de la ecuación u otros, así se plantearán los balances del proceso.

Selección del biorreactor

La utilización de células libres o inmovilizadas en transformaciones químicas es un área de gran interés industrial por sus enormes posibilidades industriales.

Es frecuente el uso de columnas de relleno, reactores continuos provistos de sistemas de agitación, de lecho fijo y también reactores de lecho fluidizado.

Los criterios tomados para la selección y forma de operación son los siguientes:

Dificultad de retener a los microorganismos en el interior del reactor.

Dificultad de reutilización de las células usadas.

Dificultad en mantener la actividad de los microorganismos durante largos periodos de operación.

Formación de espumas

Control del proceso global mediante los fenómenos de transferencia.

Efectos electrostáticos.

Obturación del sistema con la consiguiente dificultad en el mantenimiento del flujo de reactantes.

En el diseño del reactor se deben de tener en cuenta las siguientes indicaciones:

Selección del mejor tipo de reactor para obtener una cantidad determinada de producto deseado.

Determinar el tamaño óptimo del reactor o del sistema de reacción.

Establecimiento del mejor método de operación: fijar las variables de operación (presión, temperatura, pH, composición de la alimentación, caudales entre otros) del reactor.

Objetivos y diseño de un fermentador

Se han de tener en cuenta una serie de factores a la hora de diseñar el reactor.

Existen grandes avances en las técnicas de fermentación. Los procesos convencionales en la producción de etanol son de menor eficacia que los procesos altamente tecnológicos. Pero estos últimos también son más costosos.

La eficacia de los procesos de fermentación generalmente está limitada por causas como una baja productividad debido a una operación discontinua, o problemas de inhibición por sustrato o producto. También se ve restringida por una baja concentración celular. Y las limitaciones por transferencia de materia condicionan de manera considerable la eficacia global, sobre todo si se usan biocatalizadores inmovilizados.

Cuando se plantea el problema de la elección del reactor se debe estudiar cuál de estos parámetros influye más en el proceso.

Por ello dependiendo de qué factor hace aumentar más el rendimiento del proceso convendrá operar con un tipo de reactor u otro, sea de mezcla perfecta, flujo pistón, o estableciendo un modo de operar, continuo, discontinuo, con recirculación…

Para mantener la concentración de sustrato por debajo del nivel en que se da la inhibición y al mismo tiempo conseguir la concentración óptima de sustrato para que se dé un proceso efectivo conviene el uso de reactores de mezcla completa.

Cuando se requiere minimizar los efectos provocados por la inhibición causada por el producto se plantean dos estrategias diferentes: eliminación del producto obtenido a medida que se está formando; o sino conseguir una configuración del sistema de reacción en cuyo modelo de flujo tenga un comportamiento próximo al de flujo en pistón.

Cuando lo que se desea es aumentar la concentración celular en el reactor se acude a los mecanismos anteriormente descritos, es decir a la inmovilización de las células. Además de esta manera de aumentar

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