Download - Proyecto_biorreactores
-
Sistemas de aireacin, agitacin, transferencia de calor y transferencia demasa de un biorreactor para satisfacer Produccin de goma de Xantano
para encapsulacin, a partir de Xanthomonas campestris, utilizando cscarade pia.
INTRODUCCIN
En fermentadores, las propiedades del fluido afectan los requerimientos energticos delproceso y la eficacia de mezclado, los cuales pueden tener una influencia importante sobrela productividad y el xito del escalamiento de equipo. Se debe examinar elcomportamiento del fluido cerca de las superficies e interfaces ya que todas estascaractersticas presentan muchos cambios en el diseo de los bioprocesos.
Para una determinada velocidad de agitacin, la potencia necesaria depende de laresistencia ofrecida por el fluido a la rotacin del rodete. Adems de Las caractersticasfisicoqumicas del medio a agitar as como el tipo de impulsor empleado en el tanqueagitado.
Debido a ello y conociendo las caractersticas del medio de cultivo de Xanthomonascampestris as como las condiciones en que el crecimiento de esta cepa es viable, sellevarn a cabo los clculos de potencia de agitacin as como de parmetros detransferencia de masa y de calor.
Potencia de agitacin
Para poder calcular la potencia de agitacin, primero hay que determinar las dimensionesde nuestro biorreactor tanque agitado, para este clculo partiremos de un volumen deltanque de 15 L (0.015 m3), como lo menciona la bibliografa un biorreactor nunca se utilizaa su mxima capacidad de volumen, por lo tanto el volumen de operacin ser del 80% delvolumen total del tanque (12 L= 0.012 m3).
El biorreactor tanque agitado ser diseado con turbinas tipo Rushton, por lo tanto DT=HL,donde DT es el dimetro total del tanque y HL altura del medio en el biorreactor. Por lotanto:
V= (DT
2 )(H L)4
Sustituyendo DT=HL:
-
V= (DT
2 )(DT)4
V= (DT
3 )4
Despejando DT:
DT=3 4 (V )
DT=3 4 (0.012m3)
DT=0.248m
Una vez obtenido el dimetro total del tanque se puede determinar el dimetro de laturbina con la relacin:
Di=DT3
Di=0.248m
3
Di=0.082m
Por lo tanto:
H i=0.082m
Con las dimensiones del biorreactor calculadas y establecidas se procede a calcular lapotencia de agitacin. De la bibliografa se obtuvieron datos como: N i, , y vvm. SegnSierra, Zapata y Enid (2008), para un cultivo en suspensin de Xanthomonas campestris, la= 1200 Kg/m3, Ni= 140 rpm (2.33 rps) y a= 1.12 cps (1.12x10-3 Kg/m*s), vvm=Fg= 0.651/min (0.0108 1/s).
Para estimar el Np, se determina el nmero de Re con la siguiente ecuacin:
-
=N iDi
2a
=(2.33 rps )(0.082m)2(1200 Kg
m3)
1.12 x 103 Kgms
= 16785.98
Por lo tanto a una velocidad de 140 rpm, el comportamiento del fluido en el tanque sevuelve turbulento y el nmero de potencia (Np) tiende a la estabilidad en un valoraproximado a:
N p=5
(Doran, 1995)
Con el valor del nmero de potencia, podemos calcular la potencia de agitacin sinaireacin, a partir de la siguiente ecuacin.
P=N p N i3Di
5
P=(5 ) (2.33 rps )3 (0.082m )5(1200 Kgm3
)
P=0.281W
Una vez obtenida la potencia sin aireacin, podemos estimar la potencia con aireacinpartiendo de la siguiente ecuacin:
PgP=0.10(
FgN iV
)0.25
(N i
2Di4
gW iV23
)0.20
(Doran, 1995)
Donde:
-
Pg= Consumo de potencia con aireacin. P= Consumo de potencia sin aireacin. Fg= Caudal volumtrico de aire. Ni= Velocidad de la agitacin. V= Volumen del lquido. Di= Dimetro de la turbina. g= Gravedad Wi= Anchura de la pala de la turbina.
Para nuestro biorreactor, donde estamos utilizando una turbina Rushton, encontramos larelacin entre la anchura de la pala de la turbina y el dimetro de la turbina:
W iD i
=0.2
(Doran, 1995)
Con esto podemos calcular la anchura de la pala de la turbina, haciendo el siguientedespeje:
W i=0.2Di=0.2 (0.082m )
W i=0.0164m
Posteriormente despajamos la Pg:
Pg=0.10( FgN iV )0.25
( N i2Di
4
gW iV23 )
0.20
(P)
Pg=0.10( 0.0108 s1
(2.33 rps ) (0.012m3 ) )0.25
( (2.33 rps )2 (0.082m )4
(9.81ms2 ) (0.0164m ) (0.012m3 )23 )
0.20
(0.281W )
-
Pg=0.072W
Sabemos que este resultado est bien, ya que Doran (1995), menciona que la potencia conaireacin disminuye como poco a la mitad del valor sin aireacin, dependiendo del caudalde gas.
BIBLIOGRAFA
Doran, Pauline M. 1995. Bioprocess Engineering Principles. Academic Press. 7:155-160. Sierra Tobn, Ricardo A.; Zapata Arcila, Jose D.; Enid Ramrez, Margarita. 2008.
PRODUCCIN DE GOMA DE XANTANO EMPLEANDO CSCARA DE PIA.Universidad Pontificia Bolivariana, Facultad de Ingeniera Qumica. Cq. 1 #70-01, of.11-8, Medelln, Colombia.