Bioreact

Tipos de biorreactores
El tanque cilíndrico, con o sin agitación, es el reactor más utilizado en
bioprocesos. Sin embargo, existe una gran cantidad de
configuraciones de fermentadores en diferentes industrias de
bioprocesos. Continuamente se desarrollan nuevos biorreactores para
aplicaciones específicas y nuevas formas de biocatalizadores como
tejidos animales y vegetales, así como célulasy enzimas
inmovilizadas.
Gran parte del reto que representa el diseño de un reactor, para la
gran parte de fermentaciones que necesitan oxígeno, recae en la
provisión de una mezcla y aireación adecuadas. Los reactores
utilizados en cultivos anaerobios, sin inyección de aire ni agitación, son
generalmente de construcción más simple. En la siguiente discusión
sobre configuraciones debiorreactores se supondrá que son para
operación aerobia.
 

Tanques agitados

En la Figura 1 se muestra un típico biorreactor agitado y aireado. La
mezcla y dispersión de las burbujas se alcanza mediante agitación
mecánica, lo cual requiere una relativa gran cantidad de energía por
unidad de volumen. Los deflectores se utilizan para reducir la
formación de vórtices. Existe una amplia variedadde formas y
tamaños diferentes de rodetes que producen diferentes tipos de flujo
dentro del recipiente. En los fermentadores altos se instalan varios
rodetes para mejorar la mezcla.

Figura 1: Fermentador de tanque agitado típico para cultivos aerobios.

Generalmente, sólo el 70-80% del volumen de los reactores agitados
se llena con líquido, lo que permite que exista un espacio en la partesuperior para retirar las gotas que arrastra el gas de salida y para dar
cabida a cualquier espuma que se forme. Si la formación de espuma
es un problema, se puede instalar otro rodete denominado separador
de espuma, tal como se muestra en la Figura 1.Otra posibilidad
consiste en añadir agentes antiespumantes al caldo de cultivo, aunque
éstos pueden reducir la transferencia de oxígeno porlo que se suele
preferir la opción de dispersión mecánica de la espuma.
 

El factor de forma de los reactores agitados, es decir, la relación
entre la altura y el diámetro, puede variar considerablemente. La
forma más barata de construcción tiene una relación aproximada de
1, ya que esta forma presenta la menor superficie y, por tanto,
necesita la mínima cantidad de material para undeterminado
volumen. Sin embargo, cuando se necesita aireación la relación de
forma aumenta, lo cual proporciona tiempos de contacto mayores

entre las burbujas que ascienden y el líquido así como una mayor
presión hidrostática en el fondo del reactor.

Tal como se muestra en la Figura 1, el control de la temperatura y
de la transmisión de calor en los reactores agitados puede
resolversemediante la colocación de serpentines de refrigeración
internos, sin embargo también se pueden utilizar camisas externas o
intercambiadores de calor externo.

Los fermentadores agitados se utilizan para reacciones con enzimas
libres e inmovilizadas, así como para el cultivo de células en
suspensión e inmovilizadas. Cuando se utilizan determinados
catalizadores que pueden ser dañados o destruidospor el rodete
cuando gira a gran velocidad es necesario tener un cuidado
especial. Elevados niveles de cizalla pueden también dañar las
células sensibles, principalmente en el cultivo de células animales o
vegetales.
Columna de burbujas

Otra alternativa al reactor agitado la constituyen aquellos reactores sin
agitación mecánica. En los reactores de columna de burbujas, la
aireación y lamezcla se alcanza mediante la inyección de gas,
proceso que requiere menos energía que la agitación mecánica. Las
columnas de burbujas se utilizan industrialmente para la producción de
levadura de panadería, cerveza y vinagre, y en el tratamiento de
aguas residuales.

Figura 2 Biorreactor de columna de burbujas.

Las columnas de burbujas son de estructura rnuy sencilla. Como se...