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7/25/2019 BBME_U1_EA_ROGP

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INGENIERA EN BIOTECNOLOGA

Evidencia de aprendizaje

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

Alumno: Rosa Mara Guadalupe Gutirre! "analesMatr#ula: AL12535518

Do#ente:Claudia Gon!$le! Ol%un

Introduccin


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En el art#ulo Aplicacin de balances de masa y ener!a al proceso de"ermentacin en estado slido de baazo de ca#a de az$car con Aspergillusniger.&ue reali!'Dusted Mendoza et al( #omprende un modelo matem$ti#o dedispersi'n para des#ri)ir el #omportamiento temporal del per*il de temperatura delaire + de otras ,aria)les en el pro#eso de *ermenta#i'n-

En este art#ulo se planteo el o).eti,o de en#ontrar un modelo matem$ti#o /ue lespermitiera rela#ionar el #omportamiento temporal del per*il de temperatura del aire#on respe#to a la altura de la #ama de los s'lidos- 0no de los puntos #on ma+orrele,an#ia de este art#ulo radi#a en /ue el estudio *ue reali!ado impli#ando eluso de mi#roor%anismos( por lo #ual este tipo de pro#esos re/uiere de un modelomatem$ti#o espe#i*i#o- Anali!ando el pro#eso reali!ado por Dusted Mendoza et al,podremos #omprender de una *orma sen#illa las di*eren#ias + seme.an!as entreun pro#eso /umi#o + un )iopro#eso-

%esarrollo

0n pro#eso es un tratamiento o series de tratamientos por el #ual se trata a lamateria o a una me!#la de materiales para e*e#tuarle un #am)io( +a sea en suestado( en su #ontenido ener%ti#o o en su #omposi#i'n- De tal *orma /ueen#ontramos la e1isten#ia de tres pro#esos esen#iales:

I- "ro#esos *si#os

II- "ro#esos /umi#osIII- "ro#esos )iol'%i#os

0n pro#eso )il'%i#o es un pro#eso industrial /ue in,olu#ra el uso de #lulas ,i,aso sus #omponentes #elulares para pro,eer )ienes #omo anti)i'ti#os( 2ormonas(*ermentos( ,a#unas et#3 o ser,i#ios #omo )iorremedia#i'n( )ioli1i,ia#i'n et#-

En los pro#esos )iol'%i#os los sustratos son trans*ormados por a##i'n )iol'%i#a en)iomasa + di,ersos produ#tos( por lo #ual estos pro#esos se #ara#teri!an por usarun #atali!ador )iol'%i#o + un )iorrea#tor siendo este un e/uipo donde se reali!a elpro#eso de #ulti,o( teniendo en #uenta las #ondi#iones 'ptimas ne#esarias para el

#re#imiento de #ulti,o( ase%urando la o)ten#i'n de la )iomasa + de los produ#tos-

0n pro#eso /umi#o no in,olu#ra el uso de or%anismos ,i,os( solo un #on.unto oserie de rea##iones ordenadas para la trans*orma#i'n de sustan#ias en produ#tos


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*inales + a #ada una de estas rea##iones es una opera#i'n unitaria /ue sein,olu#ra en el pro#eso para la o)ten#i'n *inal del produ#to-

"ara el desarrollo de in,esti%a#i'n usaron el )iopro#eso de la *ermenta#i'n enestado s'lido( el #ual se #ara#teri!a por usar un soporte s'lido( /ue tiene un )a.o#ontenido de 2umedad( apro1imadamente 456 #omo lmite in*erior3 este tipo de*ermenta#i'n produ#e una alta #on#entra#i'n de produ#to #on un relati,amente)a.o re/uerimiento ener%ti#o 7Dusted Mendo!a et al8-

9in em)ar%o( este + otros )iopro#esos presenta la di*i#ultad de /ue no se #uenta#on las e#ua#iones preesta)le#idas /ue permitan lle,ar los resultados de ni,ella)oratorio a una es#ala industrial( todo esto es de)ido a la #omple.idad de los*en'menos in,olu#rados rela#ionados #on los or%anismos ,i,os #on los /ue seest$ lle,ando a #a)o el )iopro#eso3 +a /ue estos %eneran #alor meta)'li#o +adem$s los pro#esos in,olu#rados de trasporte de ener%a + masa dentro delsistema-

Esta es una de las di*eren#ias /ue e1isten entre los )iopro#esos + los pro#esos/umi#os( resulta m$s #ompli#ado #ontrolar + modelar un )iopro#eso /ue unpro#eso /umi#o( de)ido a /ue los or%anismos ,i,os por si solos lle,an a #a)o unaserie de rea##iones /ue no pueden ser #ontroladas por los In%enieros a #ar%o delpro#eso-

A pesar de la %ran di*eren#ia men#ionada anteriormente e1isten seme.an!as entrelos dos pro#esos3 en am)os pro#esos de)e e1istir un o ,arios *lu.o de entrada oalimenta#i'n( as #omo ,aria)les de pro#eso + *lu.os de salida( #ara#tersti#os de#ual/uier pro#eso industrial-

"ara am)os pro#esos se de)e reali!ar una modela#i'n matem$ti#a /ue #onsisteen una serie de rela#iones /ue se esta)le#en para e/uipo /ue *orma parte delsistema( di#2as rela#iones pueden ser:

Balan#e de #antidad + mo,imiento

Balan#e de materia

Balan#e de ener%a

E#ua#iones de diseo

Rela#iones termodin$mi#as + e#ua#iones #inti#as Espe#i*i#a#i'n de al%unas ,aria)les o restri##iones parti#ulares

El resultado de di#2a modela#i'n es un #on.unto de e#ua#iones no lineales +a#opladas( #u+a solu#i'n depende si el sistema es simple o #omple.o-

El modelo de )iopro#eso de este estudio es la *ermenta#i'n en estado s'lido( paralo #ual emplearon dos tipos de modelos:


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Ma#ros#'pi#os /ue ;ni#amente se )asan en el )alan#e %lo)al de ener%adentro del *ermentador( donde el #alor meta)'li#o se e1presa en *un#i'n delpatr'n de #re#imiento de los mi#roor%anismos- Este modelo permite estimarel *lu.o de aire ne#esario para mantener la temperatura del #ulti,o-

Dispersi'n( estos modelos se )asan en la apli#a#i'n de las e#ua#iones a*en'menos de transporte lo /ue permite des#ri)ir el per*il de la temperaturadel aire en el interior del )iorrea#tor( para lo /ue los modelosma#ros#'pi#os no son ade#uados-

E1isten e#ua#iones /ue representan un patr'n de #re#imiento de losmi#roor%anismos + e1presiones rela#ionadas #on el )alan#e de masa /uepermiten des#ri)ir la e,olu#i'n del #ulti,o( el #onsumo de o1%eno + la %enera#i'nde produ#tos meta)'li#os-

El modelo matem$ti#o para des#ri)ir el pro#eso de *ermenta#i'n en estado s'lidodel )a%a!o de #aa #on el 2on%o #elulti#oAspergillus niger( est$ #ompuesto porel #on.unto de e#ua#iones si%uientes:

a8 E#ua#iones *enomenol'%i#as de )alan#es de a%ua + de ener%a-

La e#ua#i'n /ue representa el )alan#e de ener%a /ue se utili!a para estimar el*lu.o de aire se#o ne#esario para mantener una di*eren#ia de temperatura en ladire##i'n altura del rea#tor-

Te

H (Tw )H

Fa

0=R0. H

0

E#ua#i'n del )alan#e de a%ua en el sistema /ue se rela#iona #on el )alan#e de

ener%a e,olu#ionada en *orma de #alor meta)'li#o


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TwTe

y

(1 ) .dCwdt =(YwoXws .Y xo). RoFa .

)8 E#ua#iones termodin$mi#as para la estima#i'n de los #oe*i#ientes derendimiento /ue rela#ionan las di*erentes ,elo#idades de #am)io en elpro#eso

#8 E#ua#iones #inti#as para la des#rip#i'n de las di*erentes ,elo#idades de#am)io #onsideradas en el pro#eso-

&peraciones unitarias y variables de proceso'

La opera#i'n unitaria apli#ada en este pro#eso es la *ermenta#i'n en la #ualinter,ienen ,aria)les #omo

Con#entra#i'n de solidos Con#entra#i'n de a%ua


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Con#lusi'n

El es/uema matem$ti#o utili!ado en esta in,esti%a#i'n posee apli#a#ionesparti#ulares + determinadamente termodin$mi#as /ue permiten estimar

#oe*i#ientes de rendimiento de #omple.o a##eso de modo empri#o o e1perimental-Este es/uema matem$ti#o 2a#e posi)le representar por medio del len%ua.ematem$ti#o el #omportamiento de las ,aria)les #on ma+or importan#ia en elpro#eso( al i%ual /ue las de las ,elo#idades de #am)io /ue esta)le#ieron unarela#i'n #on el #re#imiento del mi#roor%anismo-


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Bi)lio%ra*a


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@- A- Ru!JLe!a( R- M- Rodr%ue!Jasso( R- Rodr%ue!J@errera( - C- ContrerasJEs/ui,el + C- N- A%uilar DISEO DE BIORREACTORES PARAFERMENTACIN EN MEDIO SLIDO Departamento de In,esti%a#i'n en

Alimentos(

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