BIORREACTORES

MAURICIO ANDRES MARTINEZ TORRES

SEBASTIAN ROMAN BADEL

CONTENIDO

1. DEFINICION

2. OBJETIVOS

PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO

3. MARCO TEORICO TIPOS DE BIORREACTORES

APLICACIONES AGROINDUSTRIALES

4. CONCLUCION

5. BIBLIOGRAFIA

1. DEFINICION

El biorreactor es la parte principal de cualquier proceso bioquímico en el que

se emplea sistemas microbianos.

La función principal de un biorreactor es proveer un medio controlado para

alcanzar el crecimiento y la formación de productos óptimos. El termino

fermentado también hace referirse en algunas ocasiones al biorreactor

1. DEFINICION

El funcionamiento de cualquier biorreactor depende de varios

factores.

La [ ] de biomasa.

El mantenimiento de las condiciones estériles.

Agitación uniforme

Eliminación de calor

Condiciones correctas de corte.

2. OBJETIVOS

General

•Asimilar conceptos teóricos y procedimientos para el diseño

de un biorreactor.

Específicos

•Conocer el funcionamiento y factores que afectan el diseño

de un biorreactor.

• Identificar los diferentes tipos de Biorreactores.

3. MARCO TEÓRICO

3.1 factores que afectan el diseño de un biorreactor.

Principalmente son dos:

• Transferencia de oxigeno y medición de kLa

• Cortes

3.1 FACTORES QUE AFECTAN EL DISEÑO DE UN BIORREACTOR

Transferencia de oxigeno y medición de kLa.

Se desarrolla en varias etapas:

Interfase gas-liquido

Interfase del liquido diferencia entre la [O2] en el gas

Microorganismo y el m.o.

TRANSFERENCIA DE OXIGENO Y MEDICIÓN DE KLA.

Transferencia de oxigeno en la interfase liquida.

Na , flujo de O2 (Kmol m-2 s-1)

Na=kL (C°- C) kL , coeficiente de trasferencia de mas en el liquido (M s-1)

C° , [O2] en la interfase liquida (Kmol m-3)

C , [O2] en el seno del liquido (Kmol m-3)

kg , coeficiente de transferencia de masa en el gas (Kmol m-2 s-1

Na=kg (P°- P) bar-1)

P°, presión parcial de O2 en la interfase

P, presión parcial de O2 en el seno del gas

TRANSFERENCIA DE OXIGENO Y MEDICIÓN DE KLA.

Na=kL (C*- C)

kL , coeficiente de trasferencia de masa basado en la

diferencia de [ ] equivalente en el seno del liquido (M s-1)

C* , [O2] equivalente en el liquido en equilibrio con la presión

parcial en el seno del gas (Kmol m-3)

TRANSFERENCIA DE OXIGENO Y MEDICIÓN DE KLA.

Medición de kLa

Na= kLa (C*- C) ; a = área superficial de las burbujas por unidad de volumen.

Depende de las características físico-químicas de medio del biorreactor, de las propiedades físicas y condiciones de operación de biorreactor.El conocimiento de kLa permite la operación de Biorreactores en condiciones en las cuales O2 no es factor limitante para el crecimiento.La técnica de régimen estacionario.

TRANSFERENCIA DE OXIGENO Y MEDICIÓN DE KLA.

Para medir la [O2] Electrodo de O2 disuelto

Sonda de O2 disuelto

Técnica dinámica

𝑑𝑐

𝑑𝑡= 𝑘𝐿𝑎 𝐶 ∗ − 𝐶 − 𝑁𝑎

𝐶 ∗ − 𝐶 𝑘𝐿𝑎

𝑑𝑐𝑑𝑡

𝑘𝐿𝑎

CORTES

Debido a la susceptibidad de algunas células vegetales y animales.

Diseñó especial de un biorreactor

TIPOS DE BIORREACTORES

Biorreactores de tanque con agitación.

Es el mas importante por su

aplicación industrial.

Bajo costo capital y operación.

BIORREACTORES DE TANQUE CON AGITACIÓN.

La espuma

Antiespumante

Rastrillos montados

Fundafoam system (chemap)

BIORREACTORES DE TANQUE CON AGITACIÓN.

Agitadores

La finalidad de la agitación es:

• Dispersar el aire en la solución de un nutriente

• T° de confianza y una [ ] en todo el recipiente

• Suspender los m.o.s y nutrientes solidos

• Dispersar cualquier liquido inmicibles presente.

Turbinas

Impulsores

MIG/INTERMIG

BIORREACTORES DE TANQUE CON AGITACIÓN.

Turbina Rushtos

Flujo axial

BIORREACTORES CON ELEVACIÓN DE AIRE

VENTAJAS DESVENTAJAS

Presentan menor corte.

Comprensión de aire.

Requerimientos de energía bajos.

Transportación de biomasa.

Mas simples de construir.

Altos costos.

Dificultad de

esterilización.

Mayores costos de

energía.

BIORREACTORES FLUIDIFICADOS

Son usados principalmente para células inmovilización.

Mayor transferencia de mas y calor.

Mezclado adecuado en las tres fases.

Requerimientos de energía relativamente bajos.

Bajas velocidades de corte.

BIORREACTORES DE MEMBRANA (FIBRA HUECA Y MEMBRANA GIRATORIA)

Se crearon para probar el crecimiento de células vegetales y de mamíferos y

para la inmovilización de bacterias, levaduras y enzimas.

VENTAJAS DESVENTAJAS

• Alta productividad por unidad de

volumen.

• Separación simultanea de las células.

• Eliminación del “desgate” debido a que

las células están atrapadas.

• Obstrucción de los poros de la membrana.

• Crecimiento celular excesivo.

• La difusión de nutrientes y productos a través

de la membrana limita el crecimiento celular.

• La acumulación de productos tóxicos en la

fibra hueca puede inhibir la actividad

metabólica.

APLICACIONES AGROINDUSTRIALES

En la producción industrial actualmente se utilizan tres tipos de

Biorreactores:

No agitados, sin aeración.

No agitados, con aeración.

Agitados, con aeración.

Los agitados con aeración son usados para los productos tradicionales

como el vino, la cerveza, el queso y procesos con m.o.s anaerobios.

APLICACIONES AGROINDUSTRIALES

EMPRESA PROCESO PRODUCTOS

Fermentación con

anaerobios estrictos.

Cerveza.

Procesos fermentativos. Levadura.

Fermentaciones como base

de procesos productivos a

partir de azúcar y melaza.

Etanol

Vinagre

Acido citrico

CONCLUSIÓNES

• Para diseño de un biorreactor se deben tener el control de los

factores mas críticos como; tener un consumo mínimo de energía,

contar con un sistema de control de pH, un sistema de toma de

muestras, un sistema adecuado de aireación y agitación para

cubrir las necesidades metabólicas de los microorganismos y

sistema de control de temperatura.

• De acuerdo al tipo de m.o.s y finalidad del proceso (producto que

se sesea obtener) se especifica el tipo de biorreactor con el que

se desea trabajar.

• Los Biorreactores mas usados a nivel industrial son los agitados sin

aeración para la obtención de productos tradicionales (vinos,

cerveza, entre otros.); y la síntesis de la mayoría nuevos productos

requiere el crecimiento de m.o.s en recipientes areados con

agitación.

BIBLIOGRAFÍA

• Biotecnología para ingenieros sistemas biológicos

• Rafael H. Aramades y Osiris C. Ocando. Experiencia en

biotecnología empresa y centro de vinculación universidad-

empresa en América latina y el caribe. Tercer mundo editores S.A.

2000

PREGUNTAS/INQUIETUDES