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DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL PARA P ARA UN BIORREACTOR DE TANQUE AGITADO Morgan G. Vásquez

Resumen  El presente trabajo muestra de forma general los elementos elementos que hacen parte del sistema sistema de control control de un biorreactor de tanque agitado. Se presentan los  sensores y actuadores comúnmente utilizados y un esquema de conexiones para el proceso.

Palabras Clave: Biorreactor de tanque agitado.

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BIORREACTORES

El bior biorre reac acto tor, r, es sin sin du duda da,, un unoo de los los equi equipo poss fundamentales de la microbiología industrial. Es el recipiente donde se realiza el cultivo,  su dise!o debe ser tal que asegure un ambiente uniforme  adecuado para los microorganismos "#$. %as %as &tare &tareas as&& qu quee real realiz izaa el bior biorre reac acto torr pu pued eden en resumirse del siguiente modo: a' Mantener las c(lulas uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo a fin de prevenir la sedimentaci)n o la flotaci)n.  b' Mantener constante  *omog(nea la temperatura. temperatura. c' Minimi Minimizar zar los gradie gradiente ntess de con conce centr ntraci aci)n )n de nutrientes. d' +umin +uminis istr trar ar o oíg ígen enoo a un unaa velo veloci cida dadd tal tal qu quee satisfaga el consumo. e' El dise!o debe ser tal que permita mantener el cultivo puro- una vez que todo el sistema *a sido este esteri riliz lizad adoo  po post ster erio iorm rmen ente te semb sembra rado do con con el microorganismo deseado. ara ara sati satisf sfac acer er los los cuat cuatro ro prim primer eros os pu punto ntoss es necesa necesario rio que el biorre biorreact actor or est( est( provis provisto to de un sistema de agitaci)n, además para el punto d' se requiere de un sistema que inecte aire en el cultivo.

1.1 1.1

ELEM ELEMEN ENTO TOS S DEL DEL BIOR BIORRE REAC ACTO TOR  R 

El bior biorre reac acto torr de tanq tanque ue agita agitado do es de uso uso mu mu difundido. difundido. %a agitaci)n agitaci)n se realiza realiza mecánicame mecánicamente nte mediante un e/e provisto de turbinas accionado por un motor, como muestra la figura #. El aire se inecta por la parte inferior del tanque  es distrib distribuid uidoo por una corona corona que posee posee peq peque! ue!os os orificios espaciados regularmente. El c*orro de aire que sale de cada orificio es &golpeado& por las paletas de la turbina inferior generándose de este modo miles de peq peque! ue!as as burbu/ burbu/as as de aire, aire, desde desde las cuales cuales difunde el 01 *acia el seno del líquido. El sistema de agitaci)n se completa con cuatro o seis deflectores qu quee tien tienen en po porr fina finali lida dadd cort cortar ar o romp romper er el movimiento movimiento circular que imprimen imprimen las turbinas al líquido, generando de este modo maor turbulencia  me/or mezclado. El tanque está rodeado por una camisa por la que circula agua, lo que permite controlar la temperatura. ara tanques maores maores que #000 o 1000 litros este sistema a no es eficiente  es reemplazado por un serpentín que circula adacente a la pared interior del tanque. 2ebe tenerse en cuenta que a medida que es mao maorr el vo volu lume menn de cult cultiv ivoo tamb tambi( i(nn lo es la cant cantid idad ad de calo calorr gene genera rado do,, po porr lo qu quee se *ace *ace necesa necesario rio una maor maor área área de refrig refrigera eraci) ci)n. n. %os tanques son de acero inoidable  están pulidos a fin de facilitar la limpieza  posterior esterilizaci)n. El aire que ingresa al biorreactor debe estar est(ril, lo que se consigue consigue *aci(ndolo *aci(ndolo pasar por un filtro cuo diámetro de poro es de 0,34 micrones, que impide el  paso de microorganismos  esporos.

E*e 'rasm%s#r $e "#'en&%a : es una barra cilíndrica de acero inoidable 7#8%  por lo general se dise!a en diámetros estándar: =>, ?>, etc(tera para maor facilidad de a/uste a los estándares de motores a.c. +u longitud depende de la profundidad del contenedor tanque'. Puer'# $e en'ra$a $el b%#rrea&'#r : se denomina  puerto a la superficie física sobre el cual se instala un dispositivo de entrada o salida al biorreactor, un ancla/e o un aparato mecánico o de medici)n- el  puerto es el medio por el cual, se a/usta o fi/a, tal dispositivo o artefacto a la pared o superficie del tanque o del biorreactor. Sell# me&+n%&#: su funci)n es triple: evitar la contaminaci)n, mantener *erm(tico el sistema, servir de amortiguador de fricci)n. El sello mecánico tambi(n debe permitir la esterilizaci)n in situ del  biorreactor, mediante una línea de vapor sobrecalentado. 5igura #: Biorreactor de tanque agitado.

1.

ELEMENTOS B!SICOS

ara lograr los ob/etivos, un biorreactor de tipo tanque agitado debe contar con los siguientes componentes "1$:

Cuer"# $el b%#rrea&'#r : recipiente o contenedor que alberga al cultivo o microorganismo. El contenedor es la frontera física entre el ambiente eterno contaminado  el ambiente interno controlado. 6n tanque contenedor o cuerpo del biorreactor se debe construir en acero inoidable austenítico, por sus características químicas  físicas superioresusualmente se prefiere los aceros de las series 7#8. S%s'ema $e a(%'a&%)n: tiene la funci)n de generar la  potencia necesaria para producir una mezcla perfecta  para el sistema de cultivo  producir un r(gimen de agitaci)n adecuado que, maimice la difusi)n de gases en el líquido  minimice la producci)n de esfuerzos cortantes  la presi)n *idrodinámica local  global, para optimizar los fen)menos de transferencia de momentum, calor  masa. 6n sistema de agitaci)n consta de las siguientes  partes mecánicas:

M#'#r %m"uls#r: Motor de 9nducci)n ;. al controlador de pF, la situaci)n del medio. " 5"'%m#: toda c(lula  microorganismo  poseen un rango de acidez pF' dentro del cual, es posible su crecimiento con normalidad- dentro de ese rango, eiste un  pF )ptimo en el cual el crecimiento es máimo  mu bien definido. SISTEMA DE DI7USI5N DE O89GENO DISUELTO

2ebe optimizar al máimo la transferencia de oígeno disuelto al medio líquido. El sistema consta de dos partes mecánicas: boquilla  difusor de aireuna parte de medici)n: sensor de oígeno disuelto  una de control: controlador de oígeno disuelto.

D%us#r $e a%re : los cultivos aer)bicos requieren que la corriente de aire est(ril se difunda en la forma de miles de peque!as burbu/as, desde el difusor de aire, *acia el volumen del líquido- esta acci)n se realiza mediante un plato o domo cilíndrico de acero inoidable finamente perforado. ;lternativamente  si el sistema es peque!o o mediano en escala, se  puede utilizar un difusor de material cerámico poroso el cual, tiene la venta/a de que, provee una cama más fina de burbu/as de menor diámetro'  maor área de transferencia volumen de burbu/as'. C#n'r#l : re(ula&%)n $el lu*# $e a%re: las membranas que filtran el aire tienen un punto de  burbu/a  un flu/o máimo por encima del cual, se rompen- por eso, se debe regular el flu/o de aire  controlar la presi)n en la línea de aire. %a forma más econ)mica de *acerlo es manualmente, con un man)metro para presi)n. Eiste tambi(n la versi)n digital, más costosa, pero que, controla de forma automática el flu/o de aire  la presi)n, seg@n se esco/a.