BIORREACTOR DE UN TANQUE AGITADO

BIORREACTORES: el biorreactor es sin duda uno de los equipos fundamentales de la microbiología industrial. Es el recipiente donde se realiza el cultivo, y su diseño debe ser tal que asegure un ambiente uniforme y adecuado para los microorganismos.

El biorreactor de tanque agitado es de uso muy definido. La agitación se realiza mecánicamente mediante un eje provisto  de turbinas  ocasionada por un motor.

ELEMENTOS DEL BIORREACTOR

Para lograr los objetivos,  un  biorreactor de tipo de tanque agitado debe contar con las siguientes composiciones:

Cuerpo del biorreactor: recipiente o contenedor que alberga el cultivo o microorganismo. El contenedor es la frontera física entre el ambiente externo y contaminado y el ambiente interno controlado.

Dimensionamiento del Cuerpo del Biorreactor: el primer paso en el diseño de cualquier biorreactor es dimensionar el “tamaño” del tanque o del cuerpo del biorreactor; la práctica común es, hacerlo a través de variables adimensionales: variables que representan una razón entre dos parámetros con las mismas dimensiones. De esta forma, es posible escalar; es decir cambiar de dimensión o tamaño, el biorreactor y adaptarlo a otra escala de proceso.
Eje trasmisor de la potencia:: es una barra cilíndrica de acero inoxidable 316L y por lo general se diseña en diámetros estándar: ¾”, ½”, etcétera para mayor facilidad de ajuste a los estándares de motores a.c. Su longitud depende de la profundidad del contenedor (tanque).

Acople del Eje Transmisor: ajusta y fija al motor, el eje transmisor de potencia. 

Existen dos tipos de acople:

Acople-adaptador de tipo taladro el puerto de entrada se acopla al eje del motor por fijación directa. El puerto de salida es un dispositivo que se adapta a varios diámetros de broca y sujeta o abraza firmemente el eje transmisor de potencia por presión y abrasión; similar al que utilizan los taladros mecánicos.

Acople-ajustador de tipo tornillo-rosca el puerto de entrada se “enrosca” o se fija firmemente al eje del motor. El puerto de salida es un dispositivo que “abraza” el eje transmisor de potencia por un mecanismo de tornillo-rosca.

Flujo axial: suministran mayor efectividad de mezclado (distribución) y reducen la potencia de mezclado requerida, al distribuir mejor la mezcla; sus hojas u aspas son planas.

Flujo radial: generan mayor potencia de mezclado (turbulencia) y pueden causar daño celular; sus hojas o aspas son del tipo hélice.

Impulsores: son los dispositivos que impulsan el fluido y el movimiento, mediante hojas o aspas unidas al eje transmisor de potencia; pueden ser del tipo mecánico (agitador) o hidráulico (turbina).

Agitadores: es un impulsor formado por hojas o aspas de agitación conectadas al eje transmisor de potencia; pueden tener una distribución de flujo axial o radial.

Turbinas: es un impulsor de flujo axial el cual opera como una centrífuga que distribuye el flujo de líquido a través de hojas planas, a todo el volumen de fluido.

Puerto de Entrada del Biorreactor: se denomina puerto a la superficie física sobre el cual se instala un dispositivo de entrada o salida al biorreactor, un anclaje o un aparato mecánico o de medición; el puerto es el medio por el cual, se ajusta o fija, tal dispositivo o artefacto a la pared o superficie del tanque o del biorreactor.

Sello Mecánico: su función es triple: evitar la contaminación, mantener hermético el sistema, servir de amortiguador de fricción. El sello mecánico también debe permitir la esterilización in situ del biorreactor, mediante una línea de vapor sobrecalentado. Un sello mecánico, generalmente se diseña en una de dos configuraciones:

Cartucho rígido: que permite el rodamiento del eje de potencia a través de soporte de cuerpo rígido que sella y aísla el paso de cualquier materia al interior del depósito.

Cartucho flexible: que permite el rodamiento del eje de potencia a través de un soporte fijo al exterior pero flexible en el interior y que también sella y aísla el paso de contaminantes al interior del depósito.

Sistema de agitación: tiene la función de generar la potencia necesaria para producir una mezcla perfecta para el sistema de cultivo y producir un régimen de agitación adecuado.

Motor impulsor: motor de inducción dado que un biorreactor debe operar de forma continua durante todo el proceso de cultivo, se requiere un motor capaz largos periodos de operación continua y trabajo duro por eso el motor debe ser de inducción de corriente alterna y debe ser acorazado, preferiblemente de acero inoxidable.

SISTEMA DE CONTROL

Control de velocidad del motor : los motores de inducción de corriente alterna tiene velocidades nominales a rotación de 1800rpm o 3600rpm. Estas velocidades son muy altas para los sistemas biológicos causando la destrucción de las células y microorganismos en cultivo.  

AGITACIÓN Y MEZCLADO 

Relaciones de Potencia y Mezclado: conforme el diámetro de la hoja o aspa (Dd) aumenta, también lo hace, la potencia (Pt) requerida para realizar el trabajo de mezclado; la potencia de mezclado (Pm) es mayor porque el torque (τ) se acrecienta, recuerde que el torque es la relación entre la fuerza (F) y el brazo de palanca (r) y que, el brazo de palanca es el diámetro del aspa u hoja cuyo momentum (mv) aumenta al aumentar la velocidad de rotación (ω).

Utilización de Bafles: son una mejora muy utilizada ya que pueden instalarse fácilmente en los sistemas de agitación, disminuyen (deflectan) la turbulencia ocasionada por las hojas o aspas del impulsor, rompen (disgregan) los cúmulos celulares y micelios que se forman en los respectivos cultivos y mejoran la eficiencia de mezclado.

REACTOR DE TANQUE AGITADO O  RTA

Son los que cuentan con un agitador eficiente para lograr que la composición  y la temperatura de la masa reaccionante tiendan a ser iguales en todas las zonas del reactor, es decir lograr una uniformidad de las propiedades. El diseño  del agitador y su velocidad puede afectar las condiciones de mezclado. A esta Categoría pertenecen  los reactores de empleo más común en la industria química. La mayor parte, esta equipado con algún medio de agitación (centrifugación, oscilación o sacudidas), así como elementos para la transferencia de calor (intercambiadores de calor de cubierta, externos e internos). Esta clase admite tanto la operación intermitente  como la continua en amplias gamas de  temperatura y presión. Con excepción de los líquidos muy viscosos, el reactor tanque con agitación  produce un mezclado casi perfecto (retromezclado).

SISTEMA DE DIFUSIÓN DE OXÍGENO DISUELTO

Debe optimizar al máximo la transferencia de oxigeno disuelto al medio liquido. El sistema consta de dos partes mecánicas: boquilla y difusor de aire;

Una parte de medición; sensor de oxigeno disuelto y una de control controlador de oxígenos disuelto.

Difusor de aire: los cultivos aerobicos requieren que la corriente de aire esteril se difunda en la forma de miles de pequeñas burbujas, desde el difusor de aire hacia el volumen del liquido.

Control y medición del oxigeno disuelto: además de regular el flujo y la presión de aire en la línea o tubería, se debe controlar el valor y la concentración de oxigeno disuelto dentro del medio liquido.

http://es.scribd.com/doc/31787823/Biorreactor-de-tanque-agitado-Morgan-G-Vasquez-2010

http://cursa.ihmc.us/rid=1HWW5NT4D-1TK1SKD-N9Z/Dise%C3%B1o%20de%20un%20Biorreactor%20de%20Tanque%20Agitado.doc

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