Traduccion Del Hipopotamo

 

La ingeniería química tiene un alcance amplio y tiene implicaciones de largo alcance. Las teorías que subyacen a la ingeniería de reacción son capaces de modelar sistemas más allá de los procesos industriales. Un sistema de este tipo que veremos, que puede modelarse mediante el uso de ecuaciones de diseño de reactores químicos y algunos supuestos simplificadores, es el sistema digestivo de los animales. Específicamente, se explorarán las propiedades del tracto digestivo de un hipopótamo. Hipopótamo "significa" caballo de río "en griego. Los hipopótamos machos pueden tener hasta 15 pies de largo, 5 pies de alto y 8,000 libras de peso, lo que los convierte en uno de los mamíferos terrestres más grandes. Solo los elefantes y algunos rinocerontes blancos son más grandes.  Al nacer, un hipopótamo p pesa esa entre 30 y 60 kg, kg, y tarda de 4 a 5 años años en alcanzar la madurez y un peso de 3600 kg. Los labios de hipopótamo miden aproximadamente 2 pies de ancho. Los hipopótamos pueden girar cada oreja en una dirección diferente al mismo tiempo. El bramido de un hipopótamo ha sido medido a 115 decibelios. Los hipopótamos nosepueden flotar sus músculos pesados pesan y hacen que hundan. Estoporque no presenta un problema, ya los que pueden remar para mantenerse a flote o simplemente caminar a lo largo del fondo del río. La alimentación siempre ocurre en tierra. Sin embargo, el cortejo, el parto y la lactancia tienen lugar bajo el agua. Los hipopótamos adultos pueden permanecer bajo el agua durante cinco a seis minutos. Sin embargo, los hipopótamos bebés solo pueden permanecer bajo el agua durante veinte segundos.

 

Pocos animales pueden abrir la boca tanto como los hipopótamos. Usan esta habilidad para ahuyentar a otros animales.  A principios del del siglo XVIII, lo loss colmillos de hipopótamo hipopótamo se utilizaron utilizaron para fabricar dientes artificiales. Cuando los hipopótamos luchan entre sí, usan sus dientes, se tiran agua unos a otros, se acostan con una variedad de sonidos y balancean sus enormes cabezas.  Aunque todos todos los hipopótamos hipopótamos son herbívoros herbívoros y prefieren prefieren escapar escapar antes que pelear, varios cientos de personas al año no sobreviven a un encuentro cercano de hipopótamos. Además, los hipopótamos son más mortales que muchos depredadores depredadores temidos, incluidos los leones. Un hipopótamo enojado puede correr mucho más rápido que un humano; han sido cronometrados en cortocircuitos corriendo a 30 mph. Las madres hipopótamos a menudo forman viveros para hasta 40 hipopótamos jóvenes en playas arenosas cerca del agua. Cuando viajan, las mujeres mantienen a los jóvenes en una sola fila detrás de ellos. Se sabe que las madres hipopótamos matan leones y muerden cocodrilos por la mitad. Se especula que los gases producidos durante la digestión a partir de la fermentación pasan a través de las fosas nasales de un hipopótamo. Fghfg Dentro de la familia de la hipopótamo, que es una subclase de artiodactila (que se distingue por tener un plano de simetría que pasa por el tercer y cuarto dígito de su pie, como hipopótamos, jirafas y camellos), existen dos especies diferentes de hipopótamos. Uno se llama Choeropsis liberiensis, que es el hipopótamo pigmeo común. Un hipopótamo pigmeo adulto pesa alrededor de 250 kg y se puede encontrar principalmente en áreas boscosas. El hipopótamo pigmeo es la versión más pequeña y menos social de su pariente, el

 

Hippopotamus amphibius, o más comúnmente el hipopótamo de río, que a partir de este momento se denominará genéricamente hipopótamo. Se sabe que los hipopótamos viven en manadas de hasta cuarenta animales, y un hipopótamo adulto puede pesar hasta 3600 kg. Los hipopótamos se pueden encontrar en los lagos, ríos y arroyos del África central y subsahariana. Los hipopótamos son anfibios y son excelentes nadadores. De hecho, los terneros nacen en el agua y deben ir inmediatamente a la superficie para respirar, e incluso se alimentan bajo el agua.

 Ambas especies especies son similares en tipo de cuerpo. cuerpo. Tienen cuerpos en forma de barril y amplias bocas cuadradas. Para protegerlos del sol y como medida preventiva contra la deshidratación, los hipopótamos secretan una sustancia rosada conocida como sudor sanguíneo. Históricamente, esta secreción se llamaba así porque se creía que era la sangre del hipopótamo. Sin embargo, esto se ha demostrado que es falso. Las fosas nasales, los ojos y las orejas de un hipopótamo se encuentran en la parte superior de sus cabezas para que, después de la inmersión, estos órganos puedan permanecer sobre el agua 7. El hipopótamo de río pasa la mayor parte del tiempo durante el día en el agua y emerge por la noche para alimentarse terrestre. Además, comen plantas acuáticas, que obtienen al bucear y nadar. Un forrajeo de hipopótamos terrestre es de largo alcance; A menudo viajan unos cientos de metros donde pasan aproximadamente cinco horas por noche pastando intensamente. Esto ha llevado a que se les culpe por daños a los cultivos en regiones como el pantano del elefante en  África5. Los hipopótamos son herbívoros herbívoros estrictamente estrictamente no selectivos. selectivos. Sus dientes romos, hocico plano y labios anchos y rectos les permiten pastar cerca de las superficies del suelo, lo que significa que además de comer hierba, raíces y frutas digieren una cantidad de tierra 4. Los hipopótamos no rumian, lo que significa que no mastican sus pelos. Tienen estómagos de tres cámaras que consisten en el saco ciego parietal, el estómago y el estómago glandular 4. Sus estómagos están diseñados para derivar eficientemente la nutrición de los

 

alimentos de baja energía de los que existen. Dentro de la compleja estructura del estómago del hipopótamo tiene lugar la fermentación microbiana, que es seguida por la digestión catalizada por enzimas en el intestino delgado y grueso que son de tamaño y estructura similares. La fermentación microbiana del material ingerido antes de la fermentación catalizada por enzimas clasifica a los hipopótamos (junto con vacas, ovejas, cabras y canguros) como fermentadores del intestino anterior, a diferencia de los fermentadores del intestino posterior donde la fermentación catalizada por enzimas procede a la fermentación microbiana (como lo demuestran los caballos, rinocerontes, conejos, y koalas) 6. Los únicos depredadores naturales de los hipopótamos adultos son los humanos que los buscan por sus colmillos de marfil. Sin embargo, las hienas, leones, leopardos y cocodrilos se aprovechan de las crías de hipopótamo. El hipopótamo del río aún no está en peligro de extinción, pero debido a la pérdida de hábitat y la caza, sus poblaciones están disminuyendo. Fghfh Como primera aproximación en el análisis del sistema digestivo, se supondrá que el sistema funciona en condiciones estables. Sin embargo, en el caso real, las tasas de reacción digestiva pueden verse afectadas por cambios en la temperatura, el pH y la composición de la comunidad microbiana. Además, para aplicar las ecuaciones de diseño para reactores ideales, se supone que las variaciones en el volumen debido insignificantes insignificante s 2.a la absorción de productos digestivos son La tasa de digestión en el estómago complejo puede modelarse como una digestión catalizada por enzimas o como una fermentación microbiana autocatalítica. autocatalítica. En la digestión autocatalítica, los microbios descomponen la alimentación, y en el proceso produce más microbios  junto con un producto de digestión P. Gkjjk o más precisamente precisamente

 

 jhghjghj La ley de tasas para la tasa de desaparición de alimento en el estómago es de la siguiente forma. [Consulte el Capítulo 9 y las Notas de resumen] 1  Aquí CA es la concentración concentración de alimen alimentación tación de hipopótamos hipopótamos en (kg (kg / m3), CB es la concentración de microbios (kg microbios / m3 de estómago) y KM es la constante de Monod (kg / m3). Observamos que -rAM1 se basa en la masa por unidad de tiempo por unidad de volumen en lugar de moles por unidad de tiempo por unidad de volumen, que es la base de -rA. Dejando que X sea la conversión del alimento en el estómago, en kg convertidos por kg de alimento podemos llegar a X.

Derivar y la trama levenspiel correspondien correspondiente te es:

En el Capítulo 31 aprenderemos especificar una ley de en tasas en términos de concentración y luegocómo convertir la concentración conversión para que luego tengamos la ley de tasas como una función exclusiva de la conversión. khkhkjhj

Si, por otro lado, la digestión tiene lugar por las propias enzimas de los animales.

 

 

La ley de tasas tendría la forma [Ver Capítulo 7 y Notas resumidas en CD-ROM]

Donde k es la velocidad de reacción específica, que incluye la concentración concentració n de enzima total, y KM es la constante de MichealisMenten. Este proceso se conoce como digestión catalizada por enzimas. Esta ley de tasas puede expresarse en términos de conversión y luego usarse para llegar a la siguiente cifra: Derivar

 Ahora podríamos podríamos hacer la pregunta, para un volumen volumen estomacal estomacal fijo, V, ¿cuál sería el sistema más eficiente para convertir los alimentos en productos cuando:

a) la digestión es autocatalítica y solo ocurre en el estómago b) la digestión es catalizada por enzimas y solo ocurre en el estómago c) enzima catalizada en el estómago seguida de autocatalítica en los intestinos (fermentadores intestinales posteriores) d) autocatalítico en el estómago seguido de enzima catalizada en los intestinos (fermentadores intestinales)

 

En la mayoría de los casos, donde hay un estómago complejo, la digestión ocurre como se describe en el caso (c) o (d).

Jhfkkf\ Primero asumiremos lo siguiente: 1) la digestión solo ocurre en el estómago. 2) se comporta como un CSTR. 3) la naturaleza opera en las condiciones óptimas, lo que en este caso significa que la frecuencia en el estómago es máxima.

Derivar El volumen del reactor es entonces el área bajo la curva de la figura a continuación.

Si asumimos que el volumen del reactor y la velocidad de flujo másico son iguales y el estómago funciona como un PFR, obtendríamos menos conversión que en el caso del CSTR, esto se ve a continuación.

 

Para lograr la misma conversión que el CSTR para la reacción autocatlítica, se requeriría un volumen mucho mayor.

Vemos que si la digestión autocatalítica se lleva a cabo solo en el estómago, el sistema más eficiente para convertir los alimentos en productos (como en vitaminas y nutrientes) es el CSTR. Esta diferencia en la eficiencia se ve fácilmente cuando el rendimiento de un CSTR y un PFR se grafican entre sí con la reacción autocatalítica. Idealmente, en el sistema digestivo es deseable una velocidad de reacción máxima. Por lo tanto, la conversión se mantendrá baja y se desearádelunestómago CSTR. Fisiológicamente estose también es cierto dentro al salir del alimento acidifica, lo queporque inhibe el proceso de fermentación, y la digestión catalizada por enzimas comienza a tener lugar en los intestinos.

Jffhj Digestión catalizada por enzimas

 Ahora consideramos consideramos el cas caso o de que so solo lo tiene lugar la digestión catalizada por enzimas. Este tipo de reacción generalmente ocurre en los intestinos en forma de tubo. Nuevamente compararemos la conversión de salida para un CSTR y un PFR para el mismo caudal másico.

 

 Arriba está el rendimiento rendimiento de un CSTR graficado graficado únicamente con contra tra la digestión catalizada por enzimas.

Por encima del rendimiento de PFR se representa gráficamente gráficamente contra la digestión catalizada por enzimas. Observe que para el mismo caudal másico tiene una conversión más alta (suponiendo que el volumen del CSTR y el PFR sean los mismos).

Sin embargo, a diferencia de una reacción autocatalítica, para el caso de una reacción catalizada por enzimas cuando se compara el rendimiento de un CSTR y un PFR, el PFR siempre es más eficiente que el CSTR. Una vez más, esto se ve mejor al representar gráficamente el rendimiento de un PFR frente a un CSTR con digestión catalizada por enzimas 2.

Hffhjf Enzima catalizada y digestión autocatalítica autocatalítica combinada

Combinando los dos casos de una reacción catalizada puramente por enzimas y una reacción puramente autocatalítica, autocatalítica, se ve fácilmente qué reactor ideal se desea. Para cualquier punto dentro del sistema digestivo cuando ocurre una reacción autocatalítica, un CSTR será más eficiente que un PFR, pero cuando ocurre una reacción catalizada por enzimas, un PFR es más eficiente que un CSTR. Por lo tanto, en

 

el caso del hipopótamo donde la digestión autocatalítica ocurre dentro del estómago, seguida de la digestión catalizada por enzimas dentro de los intestinos, se desea un esquema de reactor CSTR-PFR.

Jfjhfhj Ecuaciones de diseño y cálculos

El sistema digestivo del hipopótamo se modela como un CSTR y un PFR en una serie. El reactor de tanque de agitación continua (o el reactor de mezcla inversa) se usa muy comúnmente en el procesamiento industrial y normalmente funciona en estado estacionario. Idealmente, se opera para obtener una mezcla perfecta y, por lo tanto, se modela como que no tiene variaciones espaciales en las concentraciones, la temperatura o la velocidad de reacción en todo el recipiente. El rector de flujo enchufable, como el CSTR, funciona en estado estacionario y consiste en un tubo cilíndrico largo. El flujo se considera lo suficientemente turbulento como para suponer que no hay variación radial en la concentración.

Para el sistema anterior, A representa la hierba que constituye la mayor parte de la dieta normal de los hipopótamos. F es el flujo molar de A, m es el flujo de masa y X representa la conversión de A en proteínas, vitaminas, minerales y todo lo que el hipopótamo necesita para sobrevivir. La conversión X se define como:

Derivar

 

Un simple balance de mole sobre el CSTR da la siguiente expresión:

o en términos de la velocidad de reacción autocatlytic autocatlytic para el CSTR:

Estas dos ecuaciones se pueden combinar en una expresión familiar, una forma de la ecuación de diseño de un CSTR:

 Ahora consideramos consideramos el cas caso o en el que la digestión tamb también ién tiene lugar lugar en el intestino después del CSTR. Debido al alto contenido de ácido en el intestino, los microbios no pueden existir y la digestión se lleva a cabo mediante digestión catalizada por enzimas.

De manera similar, un balance de mole sobre el PFR nos da las siguientes expresiones:

 

  que se puede combinar con la ecuación de diseño del PFR:

o en este caso la forma más útil:

Por supuesto, es imposible encontrar valores correctos de X, pero se pueden hacer estimaciones bastante buenas. La conversión general de toda la materia seca, es decir, X2, según los estudios del sistema digestivo del hipopótamo, es aproximadamente del 45% 3. Además, asumimos que aproximadamente el 75% de la conversión total ocurrió en la primera parte del sistema digestivo, es decir, el CSTR o el estómago, y el 25% en la segunda parte, es decir, el PFR o los intestinos. La suposición se basa en la relación de volumen entre las dos partes. Los estudios realizados sobre el contenido del estómago del hipopótamo no son lo suficientemente suficientemente extensos como para llegar a conclusiones finales, pero al menos el contenido de proteínas en diferentes partes del estómago está en concordancia con el supuesto antes mencionado.

En resumen, esto significa que al suponer que no se produce una conversión antes del CSTR y que el 75% de la conversión total se produce en el CSTR, los valores de X serán los siguientes:

 

 

Ver una ecuación ajustada a los datos

Los volúmenes del estómago (CSTR) y los intestinos (PFR) son de aproximadamente 0,46 m3 respectivamente 0,15 m3, la densidad del césped es de 306 kg / m3 y se supone que el caudal es de 40 kg / día en función de lo que se sabe sobre Los hábitos alimenticios y la dieta de los hipopótamos. Esto significa que el caudal volumétrico es de aproximadamente aproximada mente 0,13 m3 / día.

Ljkj Ecuaciones de diseño y cálculos (cont.)

Tomando las leyes de tarifas descritas de scritas anteriormente, uno puede combinarlas genéricamente bajo un término rA. Esta nueva ley de velocidad para la digestión autocatalítica en un CSTR seguida de la digestión catalizada por enzimas en un PFR se puede graficar y comparar con los gráficos mostrados anteriormente. A continuación se presentan dos gráficos de este tipo que representan el comportamiento digestivo del hipopótamo modelado como un CSTR y un PFR en serie.

 

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