Geometría e Instrumentación

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geometria de biorreactores--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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

    Las "tareas" que realiza el biorreactor pueden resumirse del siguiente modo:

    Mantener las clulas uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo a fin de prevenir la sedimentacin o la flotacin. Mantener constante y homognea la temperatura y el pH. Minimizar los gradientes de concentracin de nutrientes. Suministrar oxgeno a una velocidad tal que satisfaga el consumo El diseo debe ser tal que permita mantener el cultivo puro; una vez que todo el sistema ha sido esterilizado y posteriormente sembrado con el microorganismo deseado.

  • En su definicin ms simple, los biorreactores son recipientes en los cuales se llevan a cabo reacciones bioqumicas y/o bioprocesos, ya sea con enzimas, microorganismos o con clulas vegetales y animales, viables y no viables. Todas estas especies se conocen como biocatalizadores. CLASIFICACIN

  • Consisten en un recipiente cilndrico con un rotor central el cual poseen paletas adheridas a un eje central.

    Por su versatilidad y simpleza es el ms utilizado tanto en cultivos continuos como por lotes.

    En las paredes del recipiente se encuentran adheridos los baffles, que evitan la formacin del vortex y romper las lneas de flujo.TANQUE AGITADO

  • EL RECIPIENTE

    Debe ser esterilizable Resistente a la corrosin Construido con materiales que no sean txicos Vidrio de espesor apropiado Acero inoxidable Entrada/salida de aire o gases Entrada del medio de cultivo y salida del producto obtenido Alimentacin del inculo Lneas de muestreo Sistemas de agitacin mecnica

  • Sensor de pHSonda de EspumaMedidor de VelocidadSelloCuerpo del fermentadorDesespumanteBomba PeristlticaVlvulaFiltro de AireBafflesImpulsorDifusoresTANQUE AGITADO

  • Los biorreactores utilizados a nivel laboratorio son construidos de vidrio, generalmente con vidrios de borosilicatos, por su transparencia, lisura, no porosidad, inercia qumica.CUERPO DEL FERMENTADOR

  • Los tanques empleados a nivel piloto e industrial normalmente son construidos de acero inoxidable y en algunos casos acero dulce cubierto con vidrio o epoxi fenoles.Los de acero inoxidable son soldados en atmsferas de argn para evitar soldaduras porosas de mala calidad y lograr un acabado tipo espejo.

  • DEFLECTORES O BAFFLESLos baffles son lminas verticales de metal unidas a la pared del tanque que previenen la formacin de vrtices, mejorando as el mezclado. Generalmente es suficiente colocar cuatro bafles regularmente espaciados.

  • POSICIN DE LOS DEFLECTORESPara lquidos de baja viscosidad, los bafles se colocan perpendicularmente a la pared.

  • Los baffles tambin pueden colocarse separados de la pared o formando un ngulo. Estas disposiciones evitan la sedimentacin y reducen la formacin de zonas donde el mezclado no es efectivo (zonas muertas).

  • DIFUSORESLos difusores son dispositivos usados para introducir aire dentro del tanque directamente bajo el impulsor inferior. El aire normalmente es suministrado por compresores (1-4 atm) y esterilizado.

    Hay distintos tipos de difusores: de pipeta, de anillo, de araa, mltiple, de disco, entre otros. La mayora de ellos son construidos de acero inoxidable.

  • Ejemplos de Tipos de Difusores

  • Una de las partes fundamentales de un tanque agitado es el agitador, el cual crea un cierto tipo de flujo dentro del sistema, dando lugar a que el lquido (o componentes esenciales para el cultivo) circule por todo el recipiente y vuelva de vez en cuando al agitador.Este dispositivo va instalado sobre un eje suspendido que es accionado por un motor que a veces se encuentra conectado directamente al mismo, pero comnmente el motor est conectado a una caja reductora de velocidad la cual finalmente acciona el eje. IMPULSORES

  • VELOCIDAD DE ROTACIN DEL EJEEn todos los fermentadores es importante monitorear la velocidad de rotacin (rpm) del eje.Generalmente se emplean tacmetros, que pueden utilizar induccin electromagntica, generacin de voltaje, sensores de luz o fuerzas magnticas como mecanismos de deteccin.El dispositivo entre el eje del agitador y el cuerpo del fermentador es necesario para trabajar en condiciones aspticas. Este dispositivo es el sello mecnico; el cual tiene dos partes, una estacionaria en la tapa del tanque, la otra parte rota en el eje y los dos componentes se mantienen juntos mediante resorte o fuelles que se expanden.

  • Los impulsores tienen dos funciones principales:Disminuir el tamao de las burbujas de aire para aumentar la transferencia de oxgeno.Mantener un medio uniforme, eliminando gradientes de concentracin, temperatura, pH y otras propiedades.

    Los impulsores se clasifican como de flujo axial o de flujo radial dependiendo de la direccin que toma el lquido que sale del impulsor.Existen impulsores que presentan ambas caractersticas de flujo simultneamente (flujo mixto).Funcin De Los Impulsores

  • TIPOS DE IMPULSORESLos impulsores se dividen en dos clases. Los que generan corrientes paralelas al eje del impulsor que se denominan impulsores de flujo axial; y aquellos que generan corrientes en direccin radial tangencial que se llaman impulsores de flujo radial.IMPULSORES DE FLUJO RADIALLas palas de estos impulsores estn situadas en forma paralela al eje vertical del agitador y del tanque.

    El lquido es despedido radialmente desde el impulsor contra las paredes del tanque donde se divide en dos corrientes, una que fluye hacia la parte superior del tanque y otra hacia el fondo.Flujo producido por un impulsor de tipo radial en un tanque con deflectores

  • Ejemplos de Impulsores Que Desarrollan Flujo RadialTurbina RushtonCanaleteAnclaDisco variadoTurbina curvada

  • IMPULSORES DE FLUJO AXIALEn general, este tipo de impulsores tienen palas que forman un ngulo inferior a 90 con el plano de rotacin y generan un movimiento axial techo-fondo que impide el depsito de sedimentos en el fondo del tanque.

    El fluido que abandona el impulsor es lanzado hacia abajo hasta alcanzar el suelo del tanque, posteriormente se expande sobre el suelo y fluye hacia arriba a travs de las paredes antes de retornar al impulsor.

  • Ejemplos de Impulsores de Flujo AxialHliceTornillohelicoidalTurbina de palas inclinadas

  • Los tres tipos principales de agitadores son, de hlice, de paletas, y de turbina.

  • AGITADORES DE HLICESEs un agitador de flujo axial, que opera con velocidad elevada y se emplea para lquidos poco viscosos. Las corrientes de flujo, que parten del agitador, se mueven a travs del lquido en una direccin determinada hasta que son desviadas por el fondo o las paredes del tanque.La columna de remolinos de lquido de elevada turbulencia, que parte del agitador, arrastra en su movimiento al lquido estancado, generando un efecto considerablemente mayor que el que se obtendra mediante una columna equivalente creada por una boquilla estacionaria. TIPOS DE AGITADORES

  • Las palas de la hlice cortan o friccionan vigorosamente el lquido. Debido a la persistencia de las corrientes de flujo, los agitadores de hlice son eficaces para tanques de gran tamao. En tanques de gran altura, pueden disponerse dos o ms hlices sobre el mismo eje, moviendo el lquido generalmente en la misma direccin. A veces dos agitadores operan en sentido opuesto creando una zona de elevada turbulencia en el espacio comprendido entre ellos.

  • AGITADORES DE PALETASPara problemas sencillos, un agitador eficaz est formado por una paleta plana, que gira sobre un eje vertical. Son corrientes los agitadores formados por dos y tres paletas. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque, impulsando al lquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a menos que las paletas estn inclinadas. Las corrientes de lquido que se originan se dirigen hacia la pared del tanque y despus siguen hacia arriba o hacia abajo. Las paletas tambin pueden adaptarse a la forma del fondo del tanque, de tal manera que en su movimiento rascan la superficie o pasan sobre ella con una holgura o anchura muy pequea.

  • AGITADORES DE PALETA

  • AGITADORES DE TURBINALa mayor parte de ellos se asemejan a agitadores de mltiples y cortas paletas, que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales. El rodete puede ser abierto, semicerrado o cerrado.

  • Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades; en lquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de lquido estancado.En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes rpidas, de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes. Las corrientes principales son radiales y tangenciales.Las componentes tangenciales dan lugar a vrtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea ms eficaz.

  • Agitadores para laboratoriosAgitadores para reactores montaje lateral con sello mecnicoAgitadores verticales con caja reductora de velocidad, montaje por medio de bridaAgitadores porttiles con motor neumtico montaje por medio de pinzaAgitadores porttiles con motor elctrico con caja reductora de velocidad montaje por medio de pinzaAgitadores montados en tripie, fijos o mviles con motor elctrico o motor neumtico, directos o con caja reductora de velocidad OTROS TIPOS DE AGITADORES:

  • A