manual de prácticas del laboratorio de biorreactores2

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGA

LABORATORIO DE BIORREACTORES MANUAL DE PRCTICAS

M. EN C. DYNORA VZQUEZ GURROLA M. EN C. CARLOS OROZCO LVAREZ

M. EN C. LEOBARDO ORDAZ CONTRERAS DR. SERGIO GARCA SALAS

AGOSTO, 2007.

Laboratorio de Biorreactores. Manual de Prcticas

Vzquez Gurrola, Orozco lvarez, Ordaz Contreras, Garca Salas

2

PRESENTACIN

La Biotecnologa, concebida como la aplicacin del conocimiento para la obtencin de

productos y servicios mediante el uso de seres vivos o enzimas, hace necesaria la

participacin de profesionales que posean capacidades y habilidades para la operacin

y control de biorreactores. En ellos es en donde los seres vivos o enzimas llevan a cabo

las transformaciones de materias primas a productos.

Este manual de prcticas del Laboratorio de Biorreactores se centra en el desarrollo de

habilidades de los alumnos para el manejo de equipos auxiliares e instrumentos

necesarios para la operacin y control de biorreactores, mediante la descripcin

funcional de los equipos, as como de la calibracin y uso de instrumentos. Tambin, el

manual se enfoca en que el alumno reconozca las diferencias del funcionamiento de

diversos tipos de biorreactores, mediante la determinacin experimental y comparacin

de sus parmetros hidrodinmicos, de transferencia de masa y de calor. As mismo, el

manual est diseado para que el alumno distinga el funcionamiento de cultivos en lote,

lote alimentado y continuo.

Este manual consta de diez prcticas de laboratorio. Cada prctica tiene una

introduccin, objetivos e instrucciones paso a paso para que el alumno alcance los

objetivos planteados. Tambin, tiene instrucciones para la recopilacin, anlisis y

discusin de los resultados obtenidos, as como para que el alumno haga un reporte

escrito del trabajo prctico realizado.

La prctica 1 est diseada para que los alumnos conozcan y distingan los diferentes

tipos de biorreactores que existen en la industria biotecnolgica. La prctica 2 tiene el

propsito de que los alumnos manejen sistemas de medicin y control de variables de



3

operacin de biorreactores. En la prctica 3 se revisarn los servicios auxiliares que son

necesarios para la operacin de biorreactores. En la prctica 4 se determinarn

parmetros hidrodinmicos como el tiempo de mezclado y el tiempo de circulacin en

biorreactores. La prctica 5 est diseada para que los alumnos aprendan a determinar

la velocidad de transferencia de oxgeno en biorreactores. La prctica 6 servir para

que los alumnos conozcan y aseguren la operacin asptica de biorreactores. En la

prctica 7 los alumnos llevarn a cabo un ciclo de esterilizacin de un medio de cultivo.

En las prcticas 8, 9 y 10 los alumnos realizarn diferentes formas de operar un

biorreactor con base en la alimentacin y descarga del medio de cultivo.

La apropiacin del conocimiento prctico de este curso por parte de los alumnos, les

facilitar la comprensin y el anlisis de los contenidos temticos de la asignatura de

Ingeniera de Biorreactores, situada un nivel adelante del Laboratorio de Biorreactores

en el plan de estudios de la carrera de Ingeniera Biotecnolgica.



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CONTENIDO

Prctica 1. Presentacin de biorreactores diversos ......................................................... 5 Prctica 2. Instrumentacin para el seguimiento y control de la biorreaccin ............... 10 Prctica 3. Servicios auxiliares ...................................................................................... 26 Prctica 4. Tiempo de mezclado en biorreactores ......................................................... 38 Prctica 5. Transferencia de oxgeno en biorreactores agitados y neumticos ............. 48 Prctica 6. Mantenimiento de asepsia en biorreactores ................................................ 57 Prctica 7. Esterilizacin del sistema de biorreaccin ................................................... 64 Prctica 8. Produccin de biomasa en cultivo por lote .................................................. 75 Prctica 9. Produccin de biomasa en cultivo por lote alimentado ................................ 85 Prctica 10. Produccin de biomasa en cultivo continuo ............................................... 98



5

PRCTICA 1

Prctica 1. Presentacin de biorreactores diversos

Presentacin de biorreactores

diversos

INTRODUCCIN

Cualquier proceso biotecnolgico de nivel industrial tuvo que haber pasado por las

siguientes escalas de operacin: laboratorio, planta piloto e industrial (en ese orden

temporal).

Cada escala tiene sus propias caractersticas y objetivos, mismos que sern tratados en

otra asignatura (Ingeniera de Bioprocesos), sin embargo, al hablar de biorreactores,

habr que hacer la distincin entre tamaos, forma de operacin y configuracin

geomtrica.

El biorreactor puede considerarse como el corazn de todo proceso biotecnolgico, ya

que en l se lleva a cabo la transformacin de la materia prima al producto de inters y

su operacin deber garantizar la maximizacin en la conversin, por lo que su



6

funcionamiento es de vital importancia en la rentabilidad del bioproceso, sobre todo en

aquellos catalogados como de altos volmenes de produccin y bajo valor agregado.

Entre las caractersticas que debe reunir un biorreactor se encuentran las siguientes:

1. Calidad de mezclado; incluyendo tiempo de mezcla y patrones de flujo que

favorezcan tanto la distribucin de la materia prima en el biorreactor como su

conversin a producto.

2. Altas velocidades de transferencia de masa, momento y calor, a bajo costo o con

economa aceptable.

3. Factibilidad tcnica y econmica en la construccin de unidades de gran

volumen.

4. Bajos costos de operacin y mantenimiento.

5. Operacin asptica.

Los biorreactores pueden clasificarse de la siguiente forma:

A continuacin se describe cada tipo de biorreactor.

Biorreactores agitados

Este tipo de biorreactor es muy empleado, en todas las escalas de produccin, en

laboratorios de investigacin o en la industria de fermentaciones, pueden utilizarse

incluso para fermentaciones de reologa compleja y en procesos en los que se exigen

Agitado

Columna Biorreactores Propelas

Airlift

Jet Circulacin



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altas velocidades de transferencia de masa y de calor. Consisten de un cuerpo cilndrico

con tapas elipsoidales, semiesfricas o toriesfricas. Generalmente su relacin

altura/dimetro es menor a 3 y ms comnmente menor a 2. Cuentan con un motor al

que se acopla la flecha de transmisin que contiene a su vez los impulsores que

agitarn el lquido. Dependiendo del tamao del reactor, el motor puede colocarse en la

tapa superior o en la inferior, pero invariablemente se requiere de sellos mecnicos para

garantizar el trabajo asptico. Generalmente la aireacin se realiza a travs de tubos

(o placas) perforados, efectundose la dispersin del aire en las zonas cercanas a los

impulsores.

A pesar de su versatilidad, sus costos de construccin, operacin y mantenimiento son

muy onerosos. Por limitaciones tcnicas referentes a la transmisin de potencia y a los

problemas de sostenimiento del conjunto flecha de transmisin impulsores, no es

posible construir unidades mayores a los 300 m3.

Biorreactores de columna

Este tipo de biorreactores carece de sistema de transmisin mecnica para mezclar el

caldo de cultivo. El mezclado se realiza por la inyeccin de aire en el lquido desde el

fondo del recipiente, al dispersarse el aire en burbujas y al ascender causan la

turbulencia del lquido. Generalmente la relacin altura/dimetro es mayor a 3. Si las

columnas son grandes se pueden emplear platos perforados colocados en posiciones

intermedias de las mismas para redispersar las burbujas de gas.

Al carecer de partes mviles tanto la construccin, operacin y mantenimiento de este

tipo de biorreactores son ms econmicos que cualquier otro tipo. Quiz el mayor gasto

de operacin sea el de compresin de aire, en razn de los altos flujos requeridos.

Generalmente se emplean para fermentaciones de baja viscosidad.



8

Biorreactores de circulacin

La denominacin de esto tipo de reactores se debe al patrn de circulacin definido del

lquido en el reactor. Se clasifican en dos grandes grupos: de circulacin externa o

interna. Externa si el lquido es inducido a circular por un brazo lateral conectado al

cuerpo principal del biorreactor en su parte inferior y superior, mientras que es interna si

el lquido circula en forma definida sin salir del cuerpo principal del reactor. Los primeros

solo se han empleado a nivel experimental, mientras que los segundos se han llegado a

utilizar a nivel industrial, generalmente en el tratamiento de aguas residuales,

alcanzando volmenes de hasta 13,600 m3.

OBJETIVOS

Dado que uno de los aspectos formativos de los alumnos de la carrera de Ingeniera

Biotecnolgica se relaciona con el diseo, construccin, implementacin, operacin y

mantenimiento de biorreactores industriales, en la presente prctica se propone como

objetivo que el alumno identificar y describir los diferentes tipos de biorreactores y

sus partes accesorias. As mismo, describir de que forma se operan, se controlan,

esterilizan, cargan y descargan, etc.

PROCEDIMIENTO

Para la sesin de introduccin de esta prctica el alumno deber haber consultado en

todas las fuentes posibles el tipo de biorreactores que se emplean a nivel laboratorio,

planta piloto e industrial.

Se mostrarn a los alumnos los diversos tipos de biorreactores de nivel laboratorio y

planta piloto de la Unidad para el estudio de sus componentes.



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Tambin se propone visitar la planta de tratamiento Aguas de San Juan Ixhuatepec, S.

U., o la planta de FERMIC, ambas ubicadas en la Ciudad de Mxico.

RESULTADOS Y DISCUSIN

El alumno realizar un informe detallado de los biorreactores presentados en el que

deber reportar los siguientes puntos:

Tipo de biorreactor. Capacidad. Caractersticas geomtricas (incluyendo esquema del

biorreactor). Sistema de carga y descarga. Sistema de agitacin del lquido de reaccin.

Patrones de flujo. Sistema de aireacin. Sistemas de control (incluyendo el sistema de

enfriamiento). Mtodo o forma de esterilizacin de: medios de cultivo, reactor

(incluyendo su limpieza), aire, aditivos de fermentacin (cidos, lcalis, antiespumante,

etc.). Mtodos de Cultivo (Lote, Lote Alimentado o Cultivo Continuo) que se lleva a cabo

en el biorreactor. Produccin. Dispositivo de toma de muestra y de Inoculacin.

BIBLIOGRAFA

1. Bull, D.N., Thoma, R.W., Stinnett, T.E. 1983. Bioreactors for submerged culture. Adv.

Biotech. Process. 1: 1-30.

2. Charles, M. 1985. Fermentation scale-up: problems and possibilities. Trends in

Biotech. 3: 80-84.

3. Schegerl, K. 1982. New biorreactors for aerobic processes. Int. Chem. Eng. 22:

591-610.

4. Schegerl, K. 1985. Nonmechanical agitated biorreactor systems. En:

Comprehensive Biotechnology, 2: 99-118. Ed. M. Moo-Young, Pergamon Press.

5. Sitting, W. 1983. Fermentation reactors. Chem. Tech. 13: 606-613.

6. Zlokarnik, M. 1985. Tower-shaped reactors for aerobic biological waste water

treatment. En: Biotechnology. 2: 537-569. Edited by Rehm, H. J. y G. Reed.



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PRCTICA 2

Prctica 2. Instrumentacin para el seguimiento y control de la biorreaccin

Instrumentacin para el seguimiento y control

de la biorreaccin INTRODUCCIN

Los biorreactores estn equipados con distintos instrumentos. Estos se utilizan para

facilitar el registro y anlisis de variables de operacin y de parmetros especficos que

sirven para mantener, dentro de ciertos intervalos de valores, las condiciones de

operacin de la biorreaccin con fines de maximizar la productividad y garantizar el

xito de la biorreaccin. La instrumentacin ha sido definida como una ventana al

proceso y su objetivo es mantener al mnimo la diferencia entre el valor medido y un

valor deseado. El control de un parmetro particular se lleva a cabo a travs de un

sistema que consta de un sensor (o electrodo), un medidor y un controlador: el sensor

es un dispositivo que transforma una magnitud de una propiedad que se quiere medir,

en otra que facilita su medida. El medidor recibe la medida del valor de la propiedad que

emite el sensor. El controlador compara dicha medida con un valor fijo. Del resultado de

la comparacin, el controlador toma una decisin enviando una seal (generalmente



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elctrica) a algn dispositivo que ajustar el valor medido de la propiedad hasta el valor

predeterminado o de control (set point). La seal implica usualmente la modificacin

del estado de una vlvula, el encendido o apagado de una bomba dosificadora, la

modificacin de la velocidad de giro de un motor de algn equipo, etc. Si, por ejemplo,

se hace necesario el uso de una determinada fuerza para modificar el estado de una

vlvula, se requerir de un transductor y de un actuador. El transductor es un

dispositivo que convierte un tipo de energa en otro tipo de energa, mientras que los

actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de energa elctrica,

gaseosa o lquida. Existen tres tipos de actuadores:

1. Hidrulicos

2. Neumticos

3. Elctricos

Los actuadores elctricos son usados pera manejar aparatos electrnicos o

mecatrnicos. Los hidrulicos se usan cuando lo que se necesita es potencia, mientras

que los neumticos son simples posicionamientos.

Los sensores pueden estar conectados directamente al biorreactor (en contacto directo

con la masa lquida o slida de fermentacin), en cuyo caso se dice que estn en

lnea, si no estn conectados directamente al biorreactor entonces se dice que estn

fuera de lnea.

Debido a la naturaleza de la biorreaccin, se requiere que la gran mayora de los

sensores en lnea renan, entre otros, los siguientes requisitos: i) que sean capaces

de resistir el proceso trmico al que se somete el caldo de cultivo en el biorreactor

(esterilizacin con calor hmedo); ii) que sean capaces de resistir las presiones de

operacin; iii) que sean de fcil calibracin; iv) que muestren valores estables; v) que su

mantenimiento sea fcil y econmico y vi) que tengan una adecuada vida media til.

Estos sensores (en lnea), se utilizan, bsicamente, para medir propiedades fsicas o

variables de operacin tales com temperatura, presin, intensidad de agitacin o

velocidad de giro de los impulsores, velocidades de flujo de lquidos y gases, y para



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medir ciertas propiedades qumicas como pH, concentracin de oxgeno disuelto y

gaseoso, concentracin de dixido de carbono disuelto y en el gas, concentracin de

azcares disueltos, concentracin de algunos productos celulares, etc.

Para conocer el estado de una variable de operacin o de un parmetro especfico con

sensores fuera de lnea, se deber tomar aspticamente una muestra para que en ella

se mida la propiedad.

Por los tiempos y necesidades de los Bioprocesos, es fcil concluir que los sensores en

lnea son mucho ms adecuados para controlar el valor de una propiedad en una

biorreaccin.

Entre las propiedades ms comunes que se miden en un biorreactor estn las

siguientes:

1. Temperatura

2. pH

3. Flujo de aire

4. Presin

5. Intensidad de agitacin

6. Nivel o Volumen de medio de cultivo

7. Espuma

8. Concentracin de oxgeno disuelto

9. Concentracin celular

10. Concentracin de sustrato

11. Concentracin de producto



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Medicin y control de pH

El pH es una medida de la actividad de los iones hidronio (H+) en una disolucin acuosa

y est definida por la siguiente ecuacin:

pH = - log10 [H+] (1)

Para la medicin y control del valor de pH, se utiliza un electrodo de vidrio colocado, en

forma asptica, en el biorreactor y que est directamente en contacto con el caldo de

fermentacin. El electrodo, normalmente esterilizable, se conecta directamente a un

medidor-controlador de pH, con el cual se puede establecer el valor de control (Set

Point) o ajustar el valor de la lectura que proporcione el electrodo de medicin.

Un electrodo de pH consiste de dos celdas: un elemento sensor del pH y un elemento

de referencia. El elemento sensor consiste de un alambre de plata cubierto con cloruro

de plata inmerso en una solucin buffer (usualmente de pH 7), en un tubo sellado que

termina con un fino bulbo de vidrio sensible al pH. El elemento de referencia consiste de

otro alambre de plata cubierto con cloruro de plata inmerso en una solucin buffer

saturada de cloruro de potasio y un diafragma poroso que comunica con la sustancia a

la que se medir el pH. Dicho electrodo comnmente se construye como una sola

unidad, con el sensor de referencia construido en una parte anular del elemento sensor,

tal como puede apreciarse en la figura 1.

El mtodo se fundamenta en la existencia de una diferencia de potencial entre las dos

caras de la membrana de vidrio, expuestas a disoluciones acuosas que difieren en su

valor de pH. A temperatura constante, la magnitud de esta diferencia de potencial es

directamente proporcional a la diferencia de pH entre dichas disoluciones.



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Figura 1. Esquema de un electrodo de pH

Debido a que el electrodo de vidrio y los electrodos de referencia comerciales tienen un

comportamiento imperfecto, es preciso calibrar el dispositivo de determinacin del pH

con dos disoluciones patrn antes de usarlos en los biorreactores. Para ello, se

sumergen los electrodos sucesivamente en dos disoluciones patrn con valor conocido

denominados P1 y P2, a la misma temperatura que la disolucin problema y

seleccionadas de forma que el valor de pH de la disolucin problema est comprendida

entre los valores de pH P1 y P2.

Como el valor del pH del caldo de fermentacin puede cambiar despus de ser

esterilizado, por causas del drstico tratamiento trmico, se recomienda recalibrar el

electrodo. Para esto, se hace necesario tomar aspticamente una muestra del caldo de

fermentacin y medirle, con un medidor y un electrodo fuera de lnea, su valor de pH.

En caso de que el valor que muestre el electrodo en lnea sea distinto del que marca

el fuera de lnea, se ajustar el valor de aqul con el equipo de medicin empleado en

el biorreactor.



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Una vez realizado todo lo anterior, se est en posibilidades de medir y controlar el valor

del pH de una biorreaccin en un biorreactor. Si el valor medido del pH es diferente al

valor del Set Point, entonces el controlador emitir una seal elctrica con la cual se

podr activar alguna bomba para adicionar cido o lcali, dependiendo de la

diferencia entre el valor medido y el Set Point.

En la figura 2 se puede observar la disposicin de un sistema de medicin y control del

valor de una variable cualquiera de un caldo de cultivo contenido en un biorreactor.

Figura 2. Diagrama de bloques de un sistema de control

Medicin y control de temperatura

Aunque no existe un consenso para establecer cual de todas las variables de operacin

es la ms importante de mantener y controlar en una biorreaccin, la temperatura se

cuenta entre las ms importantes. El control, la medicin precisa y adecuada de la

temperatura resultan esenciales para la biorreaccin. Un sistema de medicin de la

ELEMENTO DE CONTROL

BIORREACTOR

MEDICION

CONTROLADOR

COMPARADOR

V VM

VSP

E = VM -VSP



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temperatura debe presentar una precisin menor a los 0.5 C respecto a la temperatura

de medicin y en muchos casos, una variacin de 1 a 1.5 C durante la biorreaccin,

puede dar lugar a grandes prdidas econmicas en el bioproceso, por lo que se

recomienda que la diferencia entre el valor medido y el de control se encuentre entre

0.5 y 1.5 C. Generalmente, la temperatura en un bioproceso se mide con sensores

RTD (resistance temperature devices) ya que estos son los que presentan las mejores

caractersticas antes mencionadas. Consta de un elemento metlico cuya resistencia

elctrica cambia con la temperatura, hecho en el que se basa la medicin de la misma.

Generalmente se utiliza platino por sus mejores caractersticas lineales de cambio

respecto a la temperatura, aunque tambin se utiliza nquel, cobre y aleaciones de

nquel. Una desventaja es su precio moderamente alto.

La resistencia es medida con un dispositivo y convertida por un transductor a valores de

temperatura (en C o K). El valor medido de la temperatura es comparado con el de

control y de la diferencia entre los valores, el controlador emitir una seal que servir

para realizar una accin de control de la misma.

La accin puede consistir en hacer pasar agua de enfriamiento o vapor, a travs de un

serpentn inmerso en el caldo de biorreaccin o a travs de la chaqueta del

biorreactor, para ajustar la temperatura al punto de control.

Para sensores RTD la relacin entre la temperatura y la resistencia est descrita por la

siguiente ecuacin:

+=100

1100

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TTTRRT (2)

Ecuacin en la que:

TR = resistencia a la temperatura T [=] 0R = resistencia a 0C [=]

= una constante (0.00382 0.00393 para Platino)



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T = temperatura [=] C = una constante (1.48 1.51 para Platino)

Dicha ecuacin aplica para intervalos de temperatura comprendidos entre 0 y 630 C.

Medicin y control del oxgeno disuelto

El oxgeno disuelto es muy importante para el desarrollo de una biorreaccin aerbica,

por lo que su medicin y control es un parmetro importante para el desarrollo y

produccin econmicamente rentable de bioproductos.

El oxgeno disuelto generalmente proviene del aire que es introducido en el fondo del

caldo de biorreaccin. Una parte del oxgeno contenido en el aire se disuelve en el

caldo y otra parte sale tal cual con el aire agotado. El oxgeno disuelto es el que

utilizarn los microorganismos para vivir y para realizar el proceso de transformacin de

la materia prima a producto. Por esta razn es importante distinguir entre oxgeno

disuelto y oxgeno en el gas.

La medicin del oxgeno disuelto se realiza de forma amperomtrica, por la reduccin

del oxgeno en la superficie del ctodo y la formacin de cloruro de plata en el nodo.

Una solucin electroltica une al nodo establecindose un voltaje de polarizacin entre

ellos. Cuando un fluido que contiene oxgeno disuelto se pone en contacto con el

electrodo, el oxgeno difunde a travs de una membrana semipermeable

establecindose la siguiente reaccin:

Ctodo: O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

nodo: 4Ag + 4Cl- 4AgCl + 4e-



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El resultado es una corriente elctrica que es proporcional a la actividad del oxgeno

disuelto o presin parcial de oxgeno disuelto.

En el comercio especializado existen distintos tipos de electrodos y de medidores

controladores de oxgeno disuelto que los usuarios podrn elegir.

El control del oxgeno disuelto en una biorreaccin ocurre a travs de la modificacin

del flujo de gas (aire u oxgeno puro) o de la intensidad de agitacin del caldo de cultivo.

Medicin y control de espuma

Cuando en el caldo de cultivo existen compuestos orgnicos, como por ejemplo

protenas y carbohidratos, generalmente se forma espuma. Esto se favorece a altos

flujos de aire y alta intensidad de agitacin.

La formacin de espuma es crtica en los biorreactores por muchas razones, las ms

destacadas son las siguientes:

1. Disminucin del volumen del lquido en el interior del biorreactor si la espuma

sale por el venteo o salida del gas agotado.

2. Contaminacin microbiolgica del bioproceso si la espuma alcanza a salir por el

venteo o salida del gas agotado.

3. Disminucin de la actividad biolgica del bioproducto si posee propiedades

tensoactivas y es sensible a fuerzas de torsin.

Por las razones anteriores, la medicin y control de la espuma es imprescindible en los

Bioprocesos.



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El control del volumen de la espuma se logra a travs de un rompedor mecnico o

mediante la adicin controlada de un antiespumante. El rompedor de espuma es un

impulsor, colocado generalmente por encima del caldo de cultivo, que gira a altas

velocidades que al girar y estar en contacto con la espuma acta en forma semejante a

una centrfuga, impulsando a la fase pesada al fondo y dejando pasar la fase ligera (el

gas). El antiespumante rompe la espuma cambiando la tensin superficial del caldo de

cultivo.

La seleccin del sistema de control de espuma ocurrir despus de evaluar las

caractersticas tcnicas y econmicas de ambos sistemas. Un rompedor mecnico

requiere de energa adicional y de acciones costosas de mantenimiento preventivo y

correctivo, mientras que los antiespumantes, son compuestos qumicos extraos al

sistema biolgico de la biorreaccin que potencialmente pueden llegar a contaminar el

producto final, a pesar de que existan antiespumantes aprobados por instituciones

internacionales.

A pesar de lo anterior, el sistema ms comnmente empleado para controlar la

formacin de espuma es usando antiespumantes. El control de espuma se basa en la

conductividad elctrica que presentan los medios de cultivo. Cuando la espuma

asciende y hace contacto con el sensor, que es una varilla metlica colocada en la parte

superior del biorreactor, cierra un circuito elctrico que enva una seal a un controlador

que acciona la bomba de adicin de antiespumante. Una vez que la espuma se ha

destruido, deja de hacer contacto con el sensor y la bomba deja de adicionar

antiespumante.



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OBJETIVO

El alumno manejar los sistemas de medicin y control de variables de operacin de

biorreactores de tanques agitados, a travs de las determinaciones en lnea de la

temperatura, pH, oxgeno disuelto y espuma.

MATERIALES Y MTODOS

Equipo: Biorreactor tipo tanque agitado

Instrumentacin. Sistema de medicin y control de temperatura

Sistema de medicin y control de pH

Sistema de medicin y control de oxgeno disuelto

Sistema de medicin y control de espuma

El sistema de medicin y control de temperatura consta de: 1. Sensor RTD

2. Cables

3. Medidor

4. Controlador

5. Recipiente de agua de enfriamiento con una resistencia elctrica de inmersin

6. Bomba de agua de enfriamiento

El sistema de medicin y control de pH consta de: 1. Electrodo de pH con su camisa presurizable y conectores para el biorreactor

2. Cables

3. Medidor



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4. Controlador

5. Bombas de adicin de cido o lcali

El sistema de medicin y control de oxgeno disuelto consta de: 1. Electrodo polarogrfico

2. Cables

3. Medidor

4. Controlador

El sistema de medicin y control de espuma consta de: 1. Electrodo

2. Medidor

3. Controlador

4. Bomba de adicin de antiespumante

Materiales

Tanque de nitrgeno puro con vlvula de control de presin y de flujo.

Vasos de precipitados de 250 mL, 500 mL y de 2000 mL.

Probetas de 1000 mL.

Mangueras de silicn para bombas peristlticas

Reactivos

Solucin de NaOH 0.5N

Solucin de HCl 0.5N

Antiespumante Mazu al 10% v/v en agua

Solucin proteica o un detergente



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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Actividades previas 1. Medir las dimensiones de todas las partes del biorreactor.

2. Consultar los manuales de operacin tanto del biorreactor como de los equipos

de medicin y control que se utilizarn.

3. Identificar, en el biorreactor, los sistemas de medicin y control de temperatura,

pH, oxgeno disuelto y espuma.

4. Llenar el biorreactor con agua de la llave o con una solucin protica o de

detergente (su profesor se lo indicar).

5. Calibrar los electrodos de temperatura, pH y oxgeno disuelto.

6. Establecer las condiciones de operacin (Todo lo anterior auxiliado por sus

instructores).

Medicin y control del pH

Establecer una velocidad de agitacin del biorreactor siguiendo las indicaciones

establecidas en el manual de operacin del equipo. Encender el equipo de medicin y

control y verificar que el valor de pH que registra el mismo sea igual que el de la

muestra tomada del biorreactor y medida fuera de lnea. De no ser as, ajustar el equipo

de acuerdo a las indicaciones del manual.

Ajustar el pH a un valor de 5 con una disolucin de cido clorhdrico 0.5 N. y establecer

en el equipo un valor de Set Point de 5 (Consultar el manual del equipo).

El equipo de medicin y control debe tener acoplado el sistema de adicin de lcali que

consta de una bomba peristltica capaz de agregar al biorreactor una disolucin de

NaOH 0.5 N, de acuerdo a la seal del controlador.



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Agregar al biorreactor 10 mL de una disolucin de cido clorhdrico 0.5 N con objeto de

simular una biorreaccin acidognica (disminuye el valor del pH conforme pasa el

tiempo). Observe como el controlador enviar una seal a la bomba peristltica para

adicionar el lcali. La bomba dejar de funcionar (de adicionar lcali) cuando el pH

alcance o sobrepase el valor del Set Point.

Repita el procedimiento hasta que quede comprendido el sistema de medicin y control.

Medicin y control de la temperatura

Agregue al biorreactor 10 litros de agua a temperatura ambiente (25C) y establezca

una velocidad de agitacin de 300 rpm, ayudados por su instructor. Verifique que las

vlvulas del circuito de circulacin del agua de enfriamiento a travs de la chaqueta

estn abiertas y encienda el equipo de medicin y control de la temperatura que consta

de los elementos ya descritos. Establezca en el controlador de temperatura un valor de

Set Point de 33C (ayudados por su instructor). Encienda la bomba de circulacin del

agua y espere hasta que la temperatura en el interior del biorreactor alcance la

temperatura del Set Point.

Medicin del oxgeno disuelto

Agregue al biorreactor 10 litros de agua a temperatura ambiente (25C) y establezca

una velocidad de agitacin de 300 rpm, ayudados por su instructor. Establezca un flujo

de aire a un valor de 0.5 vvm (verifquelo en el rotmetro). Encienda el equipo de

medicin de oxgeno disuelto y espere unos 15 minutos hasta que la lectura

permanezca estable. Con este valor, establezca en el equipo el 100% del valor de

saturacin.



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Ayudados por sus instructores, conecte un tanque de nitrgeno puro al sistema de

introduccin de aire del biorreactor y haga pasar un valor de flujo de nitrgeno tal que

no sobrepase los 0.75 vvm totales (verifquelo en el rotmetro), con objeto de disminuir

la presin parcial de oxgeno en el aire. Esto provocar que la concentracin de

oxgeno disuelto sea menor que cuando se burbujea aire solamente.

Observe como el oxgeno disuelto baja en el equipo de medicin.

Ahora cierre completamente el flujo de nitrgeno y observe como el valor de oxgeno

disuelto volver a su valor normal (100% del de saturacin).

Medicin y control de la espuma Agregue al biorreactor 10 litros de agua con un 2% de detergente (o de ser posible una

disolucin protica) a temperatura ambiente (25C) y establezca una velocidad de

agitacin de 250 rpm, ayudados por su instructor y un flujo de aire de 0.15 vvm

(verifquelo en el rotmetro).

A esta velocidad observe si se forma espuma. Incremente la velocidad de agitacin en

intervalos de 50 rpm, hasta llegar a 400. Mantenga las diferentes velocidades durante

10 minutos y observe lo que ocurre con la formacin de espuma (debe incrementarse

su velocidad de formacin) y anote sus observaciones. Estando a 400 rpm, incremente

el flujo de aire hasta un valor de 0.75 vvm, observe y anote lo que pasa con la

formacin de espuma.

Conecte el sistema de control de espuma. La bomba peristltica de adicin de

antiespumante debe estar conectada y la manguera debe estar inmersa en una

solucin de antiespumante Mazu al 10% en agua.



25

Elija una velocidad de agitacin y un flujo de aire que tengan la ms alta formacin de

espuma, con objeto de que el controlador enve la seal de adicin de antiespumante.

Anote y discuta sus observaciones.

RESULTADOS Y MANEJO DE DATOS

Elabore diagramas (en autocad) en los que se observen los sistemas de medicin y

control de pH, temperatura, oxgeno disuelto y espuma en un biorreactor.

Elabore un reporte por equipo en los que establezca sus conclusiones respecto a las

necesidades de instrumentacin y control en las biorreacciones.

BIBLIOGRAFA

1. Aiba, S., Humphrey, A.E., Millis N.F. 1973. Biochemical engineering, 2nd. Edition

Academic.

2. Harper, E.H. 2000. El ABC de la instrumentacin en el control de procesos

industriales. Limusa. 1 Edicin. Mxico.

3. Lydersen, B.K., D'Elia N. A., Kim, L. N. 1994. Bioprocess engineering: systems,

equipment and facilities. John Wiley and Sons, Inc., USA.

4. Wang, D.I.C., Cooney, C.L., Demain, A.L., Dunill, P., Humphrey, A.E., Lilly, M.D.

1978. Fermentation and enzyme technology. John Wiley and Sons.



26

PRCTICA 3

Prctica 3. Servicios Auxiliares

Servicios Auxiliares

INTRODUCCIN

Los servicios auxiliares necesarios en la operacin de un biorreactor incluyen aire

comprimido, diversos gases comprimidos (nitrgeno, oxgeno, etc.), agua de

enfriamiento (agua helada y agua de torre), agua para servicios varios, vapor de planta

y energa elctrica.

Aire:

El aire tiene varios usos en un biorreactor, entre ellos por orden de importancia

mencionaremos:

1. Proveer oxgeno al medio de cultivo.

2. Como fuerza motriz para la transferencia de momento y masa.

3. Como fuerza motriz para transferir lquidos de un recipiente a otro.



27

4. Para accionar instrumentacin de control de tipo neumtico.

5. Como medio de enfriamiento para los recipientes despus de la esterilizacin.

La eleccin del tipo de aire a utilizar depender del uso que se haga de l. El aire debe

ser seco y libre de aceite. Adems, cuando se requiera que el proceso o producto no se

afecte por la introduccin de microorganismos ajenos, contenidos en la corriente de

aire, ser necesario que ste sea estril.

En la actualidad, para la esterilizacin del aire que se introducir al biorreactor se

utilizan prefiltros y filtros absolutos. Los prefiltros son casi obligatorios para compresores

lubricados con aceite, para eliminar partculas de este lubricante, sin embargo,

actualmente los compresores libres de aceite van ganando terreno, por lo que en estos

casos los prefiltros sirven para aumentar la eficiencia y la vida media de servicio de los

filtros absolutos. Estos ltimos debern tener un 100% de retencin de partculas de

hasta 0.01 m en el aire de servicio. Los filtros constan de dos elementos principales: el cartucho que contiene el elemento filtrante y la camisa en la que se coloca el cartucho. En el comercio especializado, se encuentran varios tipos de filtros absolutos. Algunos

de los materiales utilizados para los cartuchos son: steres de celulosa, polisulfonas,

fluoruro de polivinilo y politetrafluoroetileno, mientras que el material ms utilizado para

la camisa es el acero inoxidable (304, 316 o 316L) con mecanismos de sellado rpido y

hermtico. El dimetro de los cartuchos es de 2 a 2, con longitudes variables que

van desde 10 (0.25 m) hasta 40 (1m). Se recomienda que los filtros a emplear en los

biorreactores sean del tipo de membrana hidrofbica. La naturaleza hidrofbica (que

repele el agua) de estas membranas pueden alcanzar 100% de remocin de bacterias y

bacterifagos en condiciones de operacin hmedas o secas. La esterilizacin de los

filtros se realiza con vapor saturado que circula en el sentido de la introduccin del aire

al biorreactor.

Los sistemas de compresin de aire constan de los siguientes componentes:

compresor, filtro de admisin de aire, sistema de enfriamiento (si lo tiene), depsito de



28

almacenamiento y sistema de control de presin. En varios puntos del sistema de

distribucin se deben colocar trampas o purgas para eliminar condensados.

Los compresores de aire para plantas biotecnolgicas son generalmente de dos tipos:

rotatorios y reciprocantes de accionamiento positivo. Tambin existen los compresores

de tipo centrfugo para grandes volmenes de aire a bajas presiones. El aire es tomado

directamente de la atmsfera. Independientemente del tipo, preferentemente debern

ser especificados como libres de aceite.

La tubera de distribucin puede ser especificada en diferentes materiales dependiendo

del servicio: desde acero al carbn para aire de equipos y motores hasta acero

inoxidable 304 316 acabado sanitario para el aire proveniente del filtro absoluto hacia

el punto de suministro al biorreactor o para lneas de distribucin instaladas en un

cuarto limpio.

Adems del aire comprimido algunos gases comprimidos tambin tienen aplicaciones

en biorreactores. Los ms comunes son nitrgeno y oxgeno puros: el nitrgeno para la

formacin de atmsferas inertes, mientras que el oxgeno se usa para enriquecer el aire

y alcanzar una mayor velocidad de transferencia de oxgeno en el biorreactor. Estos

gases son generalmente suministrados en cilindros a una presin mayor que la

atmosfrica de tal manera que se pueden transportar al lugar de uso. La tubera de

distribucin y suministro debe cumplir con las mismas caractersticas que la del aire.

Vapor:

El vapor de planta es utilizado como el medio principal de calentamiento en miles de

industrias, y para la generacin de energa elctrica como uso secundario. Adems, el

vapor limpio o puro se utiliza en el procesamiento de alimentos y medicinas, en la

esterilizacin de productos y equipos, etc. Su uso generalizado se debe a las

siguientes razones:



29

1. La generacin de vapor es una de las formas ms econmicas de generacin de

energa.

2. El vapor puede controlarse de manera relativamente sencilla debido a que circula

de una zona de alta presin a una de menor presin sin necesidad de otro

equipo.

3. El vapor es fcil de producir ya que se obtiene del agua que adems puede ser

reutilizable.

Un generador de vapor o caldera es aquel equipo que transforma el agua en vapor

aprovechando el calor generado por la combustin de un material combustible, teniendo

como caracterstica principal que es un recipiente cerrado sujeto a una presin mayor a

la atmosfrica.

Existen dos tipos de generadores de vapor:

1. Generadores de Tubos de Agua.- En stos el agua circula al interior de una serie

de tubos (serpentn), mientras que el calor se transfiere de la cmara de

combustin hacia el interior de los tubos, as el agua contenida dentro de los

tubos comienza a elevar su temperatura hasta evaporarse. Este es el tipo ms

comn y con el que cuenta la UPIBI.

2. Generadores de Tubos de Humo.- En forma totalmente opuesta, en este tipo de

generadores los gases de combustin circulan por los tubos, mientras que el

agua se encuentra almacenada en la cmara exterior. As el calor se transfiere

del interior de los tubos hacia el agua almacenada alrededor de stos.

La capacidad de un generador de vapor se mide bajo un estndar internacional llamado

Caballo Caldera el cual es equivalente a generar 15.65 kg/h de vapor con una temperatura de 100 C a presin atmosfrica y que es alimentado con agua a 100 C.

Otra definicin nos dice que con estos 15.65 kg/h de vapor es posible obtener 8,430

kcal/h de calor aprovechable en un proceso. As un generador de vapor que tenga una

capacidad de 100 caballos caldera ser capaz de generar 1565 kg/h de vapor.



30

Las calderas generalmente vienen como paquetes en tamaos estandarizados que

incluyen:

1. El tanque de condensados que se instala generalmente 2 m arriba de la bomba de alimentacin de agua al generador.

2. La bomba de agua que enva el agua a presin hacia el serpentn del generador. 3. El generador de vapor de tubos de agua por donde circulan en sentido contrario el

agua y los gases de combustin, de tal manera que a medida que el agua avanza en

su recorrido encuentra temperaturas ms altas, por lo que incrementa su temperatura

hasta convertirse en vapor. Los componentes bsicos del generador son:

o Serpentn o Quemador-ventilador o Cmara de combustin

4. El separador de vapor en donde por medios mecnicos se provoca el desprendimiento de pequeas partculas de agua (humedad) que arrastra el vapor.

5. La trampa de vapor que desaloja los condensados removidos del vapor y los enva de regreso al tanque de condensados para repetir nuevamente el ciclo.

6. Sistema de control y de seguridad, entre los que destacan: vlvulas de alivio y de seguridad, manmetros, control principal de temperatura con termopar, interruptores

del termostato, interruptor de presin de vapor e interruptor del nivel de aceite.

El agua que entra a una caldera requiere de un acondicionamiento previo (ver tabla 1)

para proteger los equipos contra la incrustacin, la corrosin y otras complicaciones.

Por eso es necesario acoplar a sta un sistema de acondicionamiento previo del agua

que generalmente incluye un suavizador y un tanque de salmuera.

El suavizador consiste en una columna empacada con una resina catinica depositada

sobre un lecho de grava que le sirve de soporte y a la vez de filtro. En la resina se lleva

a cabo el intercambio de los iones calcio y magnesio que son los responsables de la

dureza del agua por iones sodio que contiene la resina. El tanque de salmuera tiene



31

como funcin regenerar la resina a fin de que recupere su capacidad de intercambio

inico.

Tabla 1. Caractersticas del agua de alimentacin a una

caldera.

Dureza cero

Oxgeno disuelto, CO2 cero

Sulfitos 50 100 ppm

pH 10.5 a 11.5

Slidos en suspensin cero

Slidos disueltos < 6000 ppm

El sistema de distribucin de vapor se realiza por medio de tuberas, generalmente de

acero al carbn cdula 40, cuidando que las velocidades y cadas de presin estn

comprendidas en los intervalos recomendados para el dimensionamiento de las

mismas. El vapor puro requerir de tuberas de acero inoxidable con acabado sanitario.

En adicin al sistema de distribucin de vapor debern preverse los sistemas de manejo

de condensados, ya que stos pueden reutilizarse con un importante ahorro en el

acondicionamiento del agua de alimentacin a la caldera y en la energa requerida para

el calentamiento de la misma hasta el punto de ebullicin.

Agua de enfriamiento: El agua como servicio auxiliar se utiliza como fluido de enfriamiento para el control de la

temperatura del caldo de fermentacin en los biorreactores. Esta agua, a diferencia del

agua de proceso, nunca entra en contacto con las materias primas o productos de la



32

biorreaccin, ni con las superficies en contacto con stos; sino que circula a travs de

las chaquetas o serpentines segn el diseo del biorreactor.

En la prctica el agua es un servicio escaso y es necesario recircularla, enfriarla y

reutilizarla. Dependiendo de la temperatura requerida para el agua de enfriamiento sta

puede ser:

o Agua de torre.- Con una temperatura de entre 10 C y 25 C dependiendo del diseo de la torre y de las condiciones ambientales del lugar. Los equipos ms

utilizados en la industria biotecnolgica por su tamao compacto son las torres

de enfriamiento por evaporacin. Otros sistemas para mayores capacidades son

las torres atmosfricas y los estanques de enfriamiento, los cuales requieren

grandes espacios para su instalacin. El agua de torre es susceptible de

degradacin debido al crecimiento de organismos o bien al aumento en la

concentracin de sales que favorecen la incrustacin. Por lo tanto las torres de

enfriamiento requieren un mantenimiento constante que implica: tratamiento con

algunos qumicos para impedir la incrustacin de sales, cloracin para impedir la

formacin de microorganismos y purgas frecuentes para impedir la acumulacin

de slidos.

o Agua helada.- Con una temperatura de entre 5C y 10 C: Los componentes principales de un sistema de agua helada son los mismos que los de un ciclo de

refrigeracin: el compresor, el condensador, la vlvula de expansin, el

evaporador, la bomba de recirculacin, y el tanque de expansin. El evaporador

es simplemente un intercambiador de calor donde el refrigerante se vaporiza a

expensas de la energa que toma del agua, que como resultado de este proceso

se enfra. Esta agua helada se dirige a los puntos donde se necesita y de ah se

retorna al evaporador por medio de la bomba de recirculacin. Por otro lado el

gas refrigerante se comprime, se enfra en el condensador y se dirige

nuevamente al evaporador pasando por una vlvula de expansin donde se

vaporiza parcialmente disminuyendo an ms su temperatura.



33

Para dimensionar un sistema de enfriamiento ser necesario conocer la demanda de

agua (flujo) y el intervalo de temperaturas entre el agua que sale hacia el proceso y la

que regresa al sistema. Las tuberas de transporte y suministro del agua de

enfriamiento son por lo general de acero al carbn y cobre en un dimetro adecuado

para los flujos que se manejen.

Agua para servicios varios:

Este tipo de agua se utiliza para las operaciones de lavado y limpieza del biorreactor y

del rea de proceso. Esta agua puede ser potable, debe estar libre de sedimentos, pero

no requiere ningn tratamiento adicional.

Energa elctrica:

La instalacin elctrica tiene como propsito proporcionar la energa para accionar

bombas, compresores, motores elctricos y otros equipos mecnicos, instrumentos,

tableros de control y alumbrado. El sistema se debe adecuar para entregar en el punto

que se requiera la energa necesaria sin causar sobrecalentamiento o cambios de

voltaje innecesarios.

Esto se logra a travs de lneas de alambrado que unen el generador con el punto

donde se necesita la energa conectando todos los componentes y que se dividen en

secciones segn el servicio y el rea dando lugar a los circuitos.

El sistema elctrico bsico est constituido por la fuente, el equipo de transformacin,

los dispositivos de proteccin, las lneas de distribucin y los puntos de uso.

Voltajes de distribucin.- La energa comprada o generada se suministra a voltajes muy altos y para usarse en la planta debe ser reducida al voltaje de utilizacin, para



34

esto se requiere el uso de subestaciones reductoras o transformadores. El voltaje de

operacin recomendado por los fabricantes de motores y dems equipo elctrico

aparece en la placa o en las instrucciones de operacin de dicho equipo. La

especificacin tpica para motores elctricos y dems equipos accionados

elctricamente es de 120 V, 240 V y en algunos casos hasta 480 V, los instrumentos

generalmente necesitan voltajes de 12-24 V.

Corriente.- La corriente puede ser de dos tipos: la corriente alterna (AC) que es peridica con pequeas oscilaciones, desde un valor mximo en un sentido hasta el

mismo valor pero en sentido contrario, de tal manera que su intensidad media es nula; y

la corriente continua o directa (DC CC) que proporciona un valor constante todo el

tiempo, como la producida por dnamos, pilas y acumuladores.

Dispositivos de Proteccin.- Los circuitos y equipos deben ser protegidos por dispositivos que abran los circuitos para que la corriente no fluya en condiciones de

sobrecarga o falla. Esto se hace por medio de interruptores. Mediante los

transformadores se obtienen voltajes reducidos que alimentan los diferentes circuitos,

cada uno de los cuales debe tener su interruptor de desconexin.

Equipo elctrico para reas peligrosas.- Cuando las materias primas o productos de la biorreaccin son potencialmente peligrosos, es decir que emiten a la atmsfera

grandes cantidades de partculas muy pequeas que pueden penetrar hacia los

circuitos elctricos e iniciar una chispa (p.ej. polvos, solventes, etc), tanto el equipo

elctrico como los transformadores, mecanismos de distribucin y motores deben ser

especificados a prueba de explosin.



35

Conductores.- Del punto de suministro al punto de utilizacin (equipo, compresores, bombas, etc.) la corriente elctrica se distribuye por medio de conductores que pueden

ser alambres, cordones o cables, los cuales pueden ser vistos como las arterias y venas

por donde viaja la corriente.

o Hilo o alambre: Es un conductor constituido por un nico alambre macizo, generalmente de cobre.

o Cordn: Es un conductor constituido por varios hilos unidos elctricamente enrrollados helicoidalmente alrededor de uno o varios hilos centrales.

o Cable: Es un conductor formado por uno o varios hilos o cordones aislados elctricamente entre s. Segn el nmero hilos o cordones que lleva un cable se

denomina unipolar, bipolar, tripolar, etc.

Los cables son canalizados en las instalaciones dentro de tuberas metlicas o canales

para protegerlos de agentes externos como la humedad, la corrosin los golpes, etc.,

que se sujetan al techo o paredes por medio de soportes. En algunos lugares se

entierran dichas tuberas bajo el piso, aunque esto lo hace de difcil acceso y

mantenimiento.

OBJETIVOS

El alumno identificar los servicios auxiliares necesarios para la operacin de un

biorreactor, describir sus componentes y explicar su funcionamiento.

PROCEDIMIENTO

Para la sesin de introduccin de esta prctica el alumno buscar, en todas las fuentes

posibles, informacin sobre los tipos de sistemas de compresin de aire, generacin de



36

vapor y agua de enfriamiento que se emplean en la industria biotecnolgica. Tambin

investigar los elementos bsicos de una instalacin elctrica industrial.

Para la sesin experimental:

1. Se mostrar a los alumnos el cuarto de calderas, se les pedir que identifiquen

todos sus componentes y que elaboren el diagrama de flujo de este sistema.

2. Se mostrar a los alumnos los diversos compresores con que cuenta la planta

piloto y los laboratorios, se les pedir que identifiquen y describan sus

componentes y los clasifiquen de acuerdo con los tipos encontrados en la

literatura.

3. El profesor y el tcnico a cargo describirn los procedimientos de arranque y paro

de la caldera y los compresores, as como una breve descripcin de su

funcionamiento.

4. Los alumnos identificarn las lneas de agua, vapor, aire y electricidad de la planta

piloto, observando su ruta y registrando sus caractersticas: (materiales,

aislamiento, dimetros, color, etc.), se har lo mismo en el laboratorio de

biorreactores indicando la clasificacin de colores en caso que la haya. Los

alumnos realizarn un esquema tipo lay-out de la planta piloto indicando las rutas

de estos servicios hasta los biorreactores que se utilizarn en prcticas

posteriores.

5. Se mostrar a los alumnos el biorreactor New Brunswick Scientific para que

identifiquen en ste las lneas de suministro de agua, aire, vapor y condensados,

as como sus accesorios (filtros, trampas de vapor, reguladores de presin,

vlvulas, etc.). Se har especial nfasis en los filtros para aire y vapor, y en el

sistema de esterilizacin para las lneas de agua y aire. Los alumnos observarn

el cambio de materiales en las tuberas de entrada al biorreactor.

En cada actividad los alumnos debern anotar sus observaciones en la bitcora,

acompandolas de esquemas, dibujos, etc.



37

RESULTADOS Y DISCUSIN

El alumno realizar un informe de las actividades desarrolladas que deber contener los

siguientes puntos:

Introduccin, objetivo, tipo y descripcin de caldera, tipo y descripcin de compresores,

diagrama de flujo de servicios, diagrama de ruta de servicios, observaciones sobre cada

una de las actividades realizadas, conclusiones generales sobre el desarrollo de la

prctica y bibliografa.

BIBLIOGRAFA

1. Clayton, A. 2000. Curso de operacin y mantenimiento preventivo a generadores de

vapor.

2. Lydersen, B.K., D'Elia N. A., Kim, L. N. 1994. Bioprocess engineering: systems,

equipment and facilities. John Wiley and Sons, Inc., USA.

3. Perry, R.H., Green, D.W. 2004. Manual del Ingeniero Qumico. McGraw-Hill.

4. Rase, H.F., Barrow, M.H. 1981. Ingeniera de proyectos para plantas de proceso.

CECSA.



38

PRCTICA 4

Prctica 4. Tiempo de mezclado en biorreactores

Tiempo de mezclado en biorreactores

INTRODUCCIN

Tanque agitado La agitacin y aireacin en un biorreactor se realiza para alcanzar los siguientes

propsitos:

1. Suministrar el oxgeno necesario a los microorganismos para que se realicen

apropiadamente sus actividades metablicas.

2. Mantener en suspensin a los microorganismos.

En los biorreactores de tanque agitado, la agitacin del caldo de cultivo se lleva a cabo

mediante las dos formas siguientes:

1. Por el movimiento de dispositivos mecnicos tales como impulsores de tipo

turbina o de propelas.



39

2. Por el movimiento ascendente de burbujas de aire.

Por lo tanto, la intensidad de agitacin depende de la velocidad de movimiento de los

impulsores y de la velocidad de aireacin.

La agitacin puede describirse mediante el tiempo de mezclado, el cual se define como

el tiempo que transcurre despus de la adicin de un trazador para alcanzar un

determinado grado de homogeneidad, generalmente del 95%, del lquido contenido en

el biorreactor.

Un mezclado insuficiente puede causar regiones en las que haya altas concentraciones

de inhibidores de crecimiento, deficiencia de oxgeno o de algn otro nutriente,

gradientes importantes de temperatura y pH, que se pueden reflejar en lo obtencin de

bajas productividades y bajos rendimientos. Por ello, es importante estudiar el efecto de

las variables de operacin sobre el grado de mezclado que se pueda alcanzar en el

biorreactor.

Columna En los biorreactores de columna la agitacin del caldo de cultivo se lleva a cabo

mediante el movimiento ascendente de las burbujas de aire. El nmero y tamao de las

burbujas de aire dependen de la velocidad de aireacin, de las propiedades fsicas del

caldo de cultivo, del tipo de dispersor, de la altura de la columna y de la presencia de

dispersores colocados a lo largo de la columna. Un aumento en la velocidad de

aireacin, aumentar la fraccin de gas retenido y las velocidades locales del lquido.

Junto con esto, se hacen ms pronunciados los perfiles parablicos de la fraccin de

gas retenido a travs de la seccin transversal de la columna con su mximo en el

centro.



40

El elemento estructural a travs del cual tiene lugar la dispersin del gas se llama

dispositivo de dispersin primaria. El gas dispersado inicialmente puede ser

redispersado. Esto se lleva a cabo por dispositivos de dispersin secundaria. En las

columnas de burbujas de una etapa y en las columnas de burbujas multietapa, el aire se

introduce a travs de dispositivo de dispersin primaria, tal como un tubo perforado, un

plato perforado o un plato sinterizado, en donde es dispersado finamente. Tambin, las

burbujas de aire que aumentan de tamao debido a la coalescencia pueden ser

redispersadas al pasar a travs de dispositivos de dispersin secundaria, tales como

mallas o bandejas perforadas colocados a lo largo de la columna. En los biorreactores

de columna de burbujas multietapa, la dispersin de aire se lleva a cabo

predominantemente en los dispositivos de dispersin primaria

Airlift Los biorreactores airlift tienen forma de columna o torre, en su interior tienen al menos

dos zonas, una de flujo ascendente y otra de flujo descendente. El movimiento del

lquido se debe a que en dichas zonas la densidad de la dispersin gas-lquido es

diferente porque hay mayor cantidad de aire en la zona de flujo ascendente que en la

de flujo descendente. La diferencia de las fracciones de gas retenido, es una medida de

la diferencia de densidades entre las dispersiones gas-lquido en dichas zonas, la cual

es la fuerza motriz para la circulacin del lquido en el biorreactor.

Debido al movimiento del lquido, las burbujas de gas en la zona de flujo ascendente

subirn ms rpido, disminuyendo la fraccin de gas retenido y la diferencia de presin

hidrosttica. En contraste con las condiciones de una columna de burbujas, los

biorreactores airlift se caracterizan por tener fracciones de gas retenido menores y por

una distribucin ms uniforme de la fase gaseosa a travs de la seccin transversal de

la zona de flujo ascendente, con un mximo de la fraccin de gas retenido local cerca

de la pared de la zona de flujo ascendente. Tambin, en contraste con las columnas de

burbujas, los airlift muestran velocidades de lquido mucho ms altas. La velocidad del



41

lquido afecta decisivamente todos los parmetros que caracterizan el desempeo del

biorreactor, tales como la fraccin de gas retenido, el tiempo de mezclado y el

desempeo en cuanto a transferencia de masa y calor. En general, la velocidad del

lquido en los biorreactores airlift se determina por la velocidad de aireacin, la

geometra del biorreactor y las propiedades fsicas de la fase lquida.

El mezclado del lquido es predominantemente producido por la circulacin del lquido y

en menor grado por la dispersin axial debida al ascenso de las burbujas de aire. El

mezclado ocurre predominantemente en las zonas de deflexin superior e inferior,

debido a las diferencias de velocidad ah existentes. Para una geometra definida, la

rapidez del mezclado puede expresarse en trminos del tiempo de circulacin, el cual

se define como el tiempo requerido para que el lquido circule una vez dentro del

biorreactor. Por ello, el conocimiento del tiempo de circulacin y de los factores que lo

afectan es necesario para el diseo, modelado y operacin de un biorreactor airlift.

OBJETIVOS

Tanque agitado El alumno determinar el tiempo de mezclado en un biorreactor de tanque agitado bajo

diferentes condiciones de aireacin y agitacin.

Columna El alumno determinar el tiempo de mezclado en un biorreactor de columna de burbujas

bajo diferentes condiciones de aireacin, utilizando dos diferentes tipos de dispersores.

Airlift El alumno determinar el tiempo de circulacin, el tiempo de mezclado y las fracciones

de gas retenido global, en la zona de flujo ascendente y en la zona de flujo descendente

en un biorreactor airlift bajo diferentes condiciones de aireacin.



42

MATERIALES Y MTODOS

Biorreactores 1. Biorreactor de tanque agitado.

2. Biorreactor de columna de burbujas

3. Biorreactor airlift

Instrumentacion 1. Cronmetros.

2. Rotmetros.

3. Manmetros.

4. Termmetros.

5. Medidor de pH con adquisicin de datos en lnea.

6. Computadora y software para la adquisicin de datos en lnea.

Reactivos 1. Solucin de NaOH 6N.

2. Solucin de HCl 6N.

3. Solucin de azul de bromocresol.

4. Soluciones reguladoras de pH, de 4 y 9.

Determinacin del tiempo de mezclado en los biorreactores:

Tanque agitado y columna El mtodo que se utilizar es del de adicin de trazadores tales como cidos y bases.

Airlift a) Determinacin del tiempo de circulacin y del tiempo de mezcla



43

El mtodo que se utilizar es el de adicin de trazadores tales como cidos y

bases.

b) Determinacin de la fraccin de gas retenido local

Utilizando el mtodo manomtrico.

c) Determinacin de la fraccin de gas retenido global

Midiendo el volumen del lquido aireado y el volumen del lquido sin airear.


Actividades previas 1. Medir las dimensiones de todas las partes del biorreactor.

2. Llenar el biorreactor con agua de la llave.

3. Agregar al biorreactor 0.2 ml de la solucin de indicador.

4. Una vez conectado el sistema de medicin de pH a la computadora, calibrar el

electrodo y colocarlo en el biorreactor.

Condiciones de operacin Tanque agitado

o Las velocidades de agitacin sern: 300, 500 y 700 rpm. o Para cada velocidad de agitacin, se probarn las siguientes velocidades de

aireacin: 0.3, 0.6, 1.0, 1.3, 1.6 vvm.

Columna o Velocidades de aireacin: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 y 2.5 vvm o Tipos de dispersores: tubo perforado y plato poroso.



44

Airlift o Velocidades de aireacin: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 y 2.5 vvm o Tipos de tubos de arrastre: 2 dimetros diferentes.

Medicin del tiempo de mezclado Mtodo de adicin de pulsos.

1. La adicin de pulsos se realizar a travs de la boquilla inferior de los

biorreactores.

2. Al momento de adicionar un pulso de cido o base, registrar el tiempo que

transcurre hasta lo obtencin de la homogenizacin del color del lquido en el

biorreactor. Simultneamente a la adicin del pulso, ejecutar el programa de

adquisicin de datos de pH de manera que registre el valor de pH cada 0.16 seg.

3. Ajustar el pH a un valor entre 8.5 y 9.0.

4. Adicionar 1 mL de la solucin de HCl 6N, el indicador virar a azul.

5. Adicionar 1 mL de la solucin de NaOH 6N, el indicador virar a amarillo.

6. Medir el nivel del lquido aireado.

7. Cambiar las condiciones de operacin y una vez alcanzado el estado estacio-

nario, de nuevo agregar pulsos y medir el nivel del lquido aireado.

Medicin de la fraccin de gas retenido local para el biorreactor airlift

1. Medir la diferencia de alturas del agua contenida en los manmetros de presin

diferencial de cada zona del biorreactor.

2. Medir la distancia entre las tomas de presin esttica de la zona de flujo

ascendente y las de la zona de flujo descendente.

Medicin de la fraccin de gas retenido global 1. Medir el nivel del lquido sin airear en el biorreactor.

2. Medir el nivel del lquido aireado para cada condicin de operacin.



45

RESULTADOS Y MANEJO DE DATOS

Tanque agitado 1. Elaborar grficas de pH en funcin del tiempo.

2. Calcular el tiempo de mezclado.

3. Construir grficas del tiempo de mezcla en funcin de la velocidad de aireacin

(expresada como vvm y vs).

4. Calcular la potencia de agitacin sin aireacin y con aireacin.

5. Calcular la potencia de aireacin.

6. Obtener las correlaciones matemticas de las relaciones del tiempo de mezclado

con las variables de operacin empleadas.

Columna 1. Elaborar grficas de pH en funcin del tiempo.

2. Calcular el tiempo de mezclado.

3. Construir grficas del tiempo de mezcla en funcin de la velocidad de aireacin

(expresada como vvm y vs).



con la velocidad de aireacin (expresada como vvm y vs).

Airlift 1. Elaborar grficas de pH en funcin del tiempo.

2. Calcular el tiempo de circulacin y el tiempo de mezclado.

3. Construir grficas del tiempo de circulacin en funcin de la velocidad de

aireacin (expresada como vvm y vs) y del

4. Elaborar grficas de tiempo de mezclado en funcin de la velocidad de aireacin

(expresada como vvm y vs) para cada tipo de tubo de arrastre.

5. Calcular las fracciones de gas retenido en la zona de flujo ascendente y en la

zona de flujo descendente.

6. Calcular la fraccin de gas retenido global.



46


8. Construir grficas del tiempo de circulacin en funcin de las fracciones de gas

retenido y del tiempo de mezclado en funcin de las fracciones de gas retenido.


con la velocidad de aireacin (expresada como vvm y vs).

DISCUSIN Y CONCLUSIONES

Tanque agitado y columna La discusin deber incluir al menos lo siguiente:

1. Comparacin de los tiempos de mezclado obtenidos en cada condicin de

operacin.

2. Comparacin de las potencias de aireacin y de agitacin.

3. Comentarios sobre el aspecto de la dispersin gas-lquido.

Airlift La discusin deber incluir al menos lo siguiente:

1. Comparacin de los tiempos de circulacin y de mezclado obtenidos en cada

velocidad de aireacin.

2. Comparacin de las fracciones de gas retenido.

3. Comentarios sobre el aspecto de la dispersin gas-lquido.

4. Investigacin sobre la relacin de dimetros entre el tubo de arrastre y el del

biorreactor que ofrece la mnima resistencia al flujo.



47

BIBLIOGRAFA

Tanque agitado 1. Aiba, S., Humphrey A.E., Millis, N.F. 1973. Biochemical engineering, 2nd. Edition

Academic.

2. Hicks, R.W., Gates, L.E. 1976. How to select turbine agitators for dispersing gas into

liquids. Chem. Eng. July 19: 141-148.

3. Moser, A. 1988. Bioprocess technology. Kinetics and reactors. Ed. Springer - Verlag.

4. Wang, D.I. C., Cooney, C L., Demain, A.L., Dunill, P., Humphrey, A.E., Lilly, M.D.


Columna 1. Miyahara, T., Matsuba, Y., Takahashi, T. 1983. The size of bubbles generated from

perforated plates. Int. Chem. Engng. 23. 3: 517-523.

2. Schegerl, K. 1982. New bioreactors for aerobic processes. Int. Chem. Engng. 22. 4:

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3. Schegerl, K., Lucke, J., Oels, U. 1980. Bubble column biorreactors. Adv. In

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2. Joep, J.M. 1988. Gas hold up measurements in bioreactors. Trends in

Biotechnology. 6: 19-22.

3. Weiland, P., Onken, V. 1981. Differences in the behaviour of bubble columns and

airlift loop reactors. Ger. Chem. Eng. 4: 174-181.



48

PRCTICA 5

Prctica 5. Transferencia de oxgeno en biorreactores agitados y neumticos

Transferencia de oxgeno en biorreactores agitados y neumticos

INTRODUCCIN

Tanque agitado

Las conversiones microbianas aerbicas son reacciones de oxidacin que requieren

oxgeno molecular disuelto. Una gran diferencia del oxgeno con respecto a otros

nutrientes, es su extremadamente baja solubilidad en agua. Consecuentemente, la

transferencia de oxgeno puede llegar a ser uno de los principales factores limitantes de

la productividad celular y/o de metabolitos, debido a la influencia de la concentracin del

oxgeno disuelto sobre las actividades metablicas de las clulas.

La velocidad de transferencia de oxgeno de un biorreactor de tanque agitado depende

de las condiciones de aireacin y agitacin y de las propiedades fsicas del caldo de

cultivo. La ecuacin que describe la velocidad de transferencia de oxgeno (VTO) es:



49

( )C*CakVTO L = (1)

donde:

kLa : coeficiente volumtrico de transferencia de oxgeno, h-1.

C* - C : fuerza impulsora de la transferencia de oxgeno, mMoles/L.

El kLa es un parmetro que sirve para conocer la rapidez con la que se transfiere

oxgeno del aire al lquido contenido en un biorreactor. Existen diferentes mtodos para

determinar la velocidad de transferencia de oxgeno. En esta prctica se combinan dos

de ellos, el de balance de oxgeno o medida directa con el del sulfito. Por lo tanto, se

emplear un sistema fsico aire-agua y no uno biolgico. Un balance de oxgeno del aire

considerando la entrada y la salida del biorreactor es:

=

0

510327T

yPQT

yPQV

x.VTO oooi

iii

L

(2)

donde:

VL : volumen de lquido en el biorreactor, litros.

Q : flujo volumtrico de aire, litros/min.

P : presin total absoluta, atm.

T : temperatura del aire, 0K.

y : fraccin mol de oxgeno.

7.32 x 105 : factor de conversin.

i = a la entrada del biorreactor.

o = a la salida del biorreactor.

En esta prctica para que haya una transferencia neta de oxgeno debe haber consumo

del mismo, por lo que como consumidor de oxgeno se emplea sulfito de sodio. En

este caso la reaccin de oxidacin es tan rpida que la concentracin de oxgeno

disuelto en el lquido es cero. La reaccin que se efecta es:



50

2 Na2SO3 + O2 2Na2SO4

Otro parmetro importante que determina la velocidad de transferencia de oxgeno de

un biorreactor es la fraccin de gas retenido o "gas holdup", definido como la fraccin

de la unidad de volumen de la mezcla gas-lquido que es ocupada por la fase gaseosa.

Cuando el tamao promedio de las burbujas es constante, una mayor fraccin de gas

retenido, implica una mayor rea interfacial gas-lquido y en consecuencia una mayor

transferencia de oxgeno.

Columna

La velocidad de transferencia de oxgeno es determinada de manera importante por el

rea superficial de las burbujas de aire, de aqu que el aire se disperse en forma de

burbujas pequeas para proveer una gran rea de contacto entre las fases lquida y

gaseosa. Sin embargo, en algunos caldos de fermentacin, las burbujas pequeas

tienden a unirse formando burbujas ms grandes. As que an con una dispersin

primaria muy fina y dependiendo de las propiedades fsicas del caldo de cultivo y de la

intensidad de la turbulencia dentro del biorreactor, las burbujas pueden crecer hasta

aproximadamente 6 mm de dimetro despus de dejar la zona de dispersin.

Este fenmeno conocido como coalescencia de las burbujas, es causado por el hecho

de que una pelcula lquida entre dos burbujas de aire adyacentes se hace cada vez

ms delgada hasta que eventualmente se rompe.

En una dispersin gas-lquido cuyo comportamiento es 100% coalescente, el lquido es

un lquido puro. Al ir aumentando la concentracin de electrolitos disueltos en dicho

lquido, se va inhibiendo la coalescencia de las burbujas. Tambin la presencia de

protenas, alcoholes y substancias surfactantes, afecta el grado de coalescencia de las

burbujas.

Cu2+



51

La coalescencia de las burbujas afecta entonces el dimetro de las burbujas. ste junto

con la fraccin de gas retenido determinan el rea superficial de contacto entre las

fases lquida y gaseosa, de acuerdo a la siguiente ecuacin:

( )( )= 1

6

bda (3)

donde:

a: rea interfacial gas-lquido. : fraccin de gas retenido. db : dimetro de las burbujas.

Airlift

Si el oxgeno molecular no fuera continuamente transferido del aire al caldo de cultivo

de microorganismos, el oxgeno disuelto sera consumido en pocos segundos bajo

condiciones normales de fermentacin, debido a la baja solubilidad del oxgeno en los

caldos de cultivo. El suministro del oxgeno al caldo de cultivo de microorganismos, es

por lo tanto, un aspecto muy importante en el diseo de biorreactores para procesos

aerbicos. En el transporte de oxgeno de la fase gaseosa al caldo de cultivo de

microorganismos, la resistencia de la pelcula lquida en la interfase gas-lquido es, en la

mayora de los casos, el paso limitante de la velocidad de suministro de oxgeno.

El kLa es un parmetro que sirve para conocer la rapidez con la que se transfiere

oxgeno del aire al lquido contenido en un biorreactor. Este coeficiente depende del

grado de coalescencia de las burbujas. Por ejemplo, el kLa empleando una solucin

acuosa con una fuerza inica de I=0.4, es ms grande, por un factor de seis, que el

obtenido con agua. Esto es debido a un aumento del rea interfacial.



52

Un efecto importante de la circulacin del lquido es que disminuye la frecuencia de la

coalescencia al aumentar la velocidad del lquido. Esto es resultado de que las

distancias entre las burbujas de gas son ms grandes debido a que las fracciones de

gas retenido son menores y a que la distribucin de gas es ms uniforme. Adems,

porque disminuye el movimiento transversal de las burbujas de gas.

En general, en los biorreactores de columna de burbujas se obtienen fracciones de gas

retenido ms grandes, mientras que el los biorreactores airlift, la fraccin de gas

retenido disminuye al aumentar la velocidad de circulacin del lquido. La velocidad del

lquido representa por lo tanto, un parmetro muy importante para adaptar la fraccin de

gas retenido y el tiempo de residencia promedio de las burbujas a los requerimientos de

proceso.

En los biorreactores airlift de gran altura, la velocidad de transferencia de masa cambia

a lo largo de la ruta de flujo de una manera complicada, debido a que el rea interfacial

y la diferencia de concentracin de oxgeno cambian de un punto a otro debido a la

expansin o compresin, al consumo de oxgeno y a cambios en la presin hidrosttica

y en la velocidad local del lquido.

OBJETIVO

El alumno determinar la velocidad de transferencia de oxgeno, el coeficiente

volumtrico de transferencia de oxgeno y la fraccin de gas retenido global en

diferentes tipos de biorreactores



53

MATERIALES Y MTODOS

Biorreactor 1. Biorreactor de tanque agitado.

2. Biorreactor de columna de burbujeo.

3. Biorreactor airlift

Instrumentos 1. Rotmetros.

2. Analizador de oxgeno en fase gaseosa.

3. Manmetros.

4. Termmetros.

5. Medidor de pH.

Reactivos 1. Na2SO3

2. Almidn en solucin al 1%.

3. HCL 3N

4. NaOH 3N

5. Soluciones reguladoras de pH, de 4 y 9.

Mtodos o Determinacin de la velocidad de transferencia de oxgeno: mediante el mtodo

combinado del balance de oxgeno con el del sulfito.

o Determinacin del kLa usando la siguiente ecuacin: kLa = VTO / C*

o C* se calcula con la ecuacin de la ley de Henry. o Determinacin de la fraccin de gas retenido global: mtodo de expansin de

gas.



54


Actividades previas 1. Preparar en el biorreactor una solucin de Na2SO3 0.6N.

2. Adicionar Cu2SO4 a la solucin de sulfito, para tener una concentracin final de

0.25 g/L.

3. Ajustar el pH a 7.6 y mantenerlo constante durante la experimentacin.

Condiciones de operacin Tanque agitado

o Las velocidades de agitacin sern: 300, 500 y 700 rpm. o Para cada velocidad de agitacin, se probarn las siguientes velocidades de

aireacin: 0.3, 0.6, 1.0, 1.3, 1.6 vvm.

Columna o Velocidad de aireacin: 0.3, 0.6, 1.0, 1.3, 1.6 vvm.

Airlift o Velocidad de aireacin: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 y 2.5 vvm. o Tipos de tubos de arrastre: de 2 dimetros diferentes.

Medicin de la concentracin de oxgeno gaseoso. 1. Una vez establecidas las condiciones de operacin, medir la concentracin del

oxgeno del aire que sale del biorreactor, utilizando el analizador de oxgeno

previamente calibrado.



55

Medicin de la fraccin de gas retenido global. Tanque agitado y columna

1. Medir el nivel del lquido sin airear y el nivel del lquido aireado para cada

condicin de operacin.

Airlift 1. Medir la diferencia de alturas del agua contenida en los manmetros de presin

diferencial de cada zona del biorreactor,

2. Medir la distancia entre las tomas de presin esttica de la zona de flujo

ascendente y entre las de la zona de flujo descendente.

RESULTADOS

1. Calcular la VTO, el kLa y la fraccin de gas retenido global, para cada condicin

de operacin.

2. Calcular C*.

3. Obtener la correlacin del kLa con la velocidad de aireacin, sta expresada en

vvm y en m/s.

4. Obtener la correlacin del kLa con la fraccin de gas retenido.

DISCUSIN Y CONCLUSIONES

La discusin deber contener al menos la siguiente informacin:

1. Comparacin de las diferentes condiciones de operacin y fracciones de gas

retenido con respecto a los valores del kLa.

2. Comparacin de los valores de kLa que obtuvo para cada uno de los biorreactores

empleados y explique el porqu de las diferencias.



56

3. Cul es el aspecto de la dispersin gas-lquido para cada condicin de operacin.

4. Explicacin de los valores de kLa de los lquidos que promueven la coalescencia y

de los lquidos que la inhiben.

BIBLIOGRAFA

Tanque agitado y columna 1. Aiba, S., Humphrey, A. E., Millis, N. F. 1973. Biochemical engineering. Academic

Press.

2. Vant Riet, K. 1991. Basic bioreactor design. Mercel Dekker, Inc. USA.

3. Wang, D .I .C., Cooney, C. L, Demain, A. D., Dunill, P., Humphrey, A. E., Lilly, M. D.


Airlift 1. Chisti, M. Y. 1989. Airlift bioreactors. Elsevier Applied Science. England.

2. Merchuk, J. C. 1990. Why use airlift reactors. TiBTech. 8. 66-71.

3. Vant Riet, K. 1991. Basic bioreactor design. Mercel Dekker, Inc. USA.

4. Weiland, P., Onken, U. 1981.Differences in the behaviour of bubble columns and

airlift loop reactors. Ger. Chem. Eng. 4: 174-181.



57

PRCTICA 6

Prctica 6. Mantenimiento de asepsia en biorreactores

Mantenimiento de asepsia en biorreactores

INTRODUCCIN

En esta prctica la asepsia se considera como el conjunto de procedimientos

destinados a eliminar o retirar microorganismos de un biorreactor y de todas las

tuberas conectadas a l, con el propsito de asegurar que nicamente estn presentes

el o los biocatalizadores, microorganismos o enzimas, responsables de efectuar la

bioconversin de materias primas a un producto especificado. En consecuencia, la

asepsia del biorreactor y de las tuberas asociadas a l, garantizan que los procesos de

bioconversin se lleven a cabo sin contaminaciones por microorganismos extraos.

Los microorganismos contaminantes pueden competir con el microorganismo cultivado

por el substrato o pueden desplazarlo al tener una velocidad de crecimiento ma

manual de prácticas del laboratorio de biorreactores2

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