Transferencia De Oxígeno

TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO DE TRANSFERENCIA DE OXÍGENO: KLA.

En el metabolismo aeróbico el O2 actúa como último aceptor de electrones, siendo este proceso clave para la generación de energía (ATP).
Debido a la baja solubilidad del O2 en agua (7 mg/l a 35°C) y a que los microorganismos son capaces de utilizar solamente el O2 disuelto, es evidente queéste deberá ser suministrado continuamente al medio de cultivo. Para lograrlo, es necesario transferir O2 desde la fase gaseosa (normalmente aire) a la fase líquida (medio de cultivo) de modo permanente.
En el diseño de reactores destinados a cultivos aeróbicos es de fundamental importancia tener en cuenta el aspecto mencionado anteriormente. En la Figura 1 puede observarse un tipo de biorreactor(tanque agitado) empleado para la producción en gran escala. El chorro de aire ingresa al biorreactor por debajo del agitador y al ser golpeado por las paletas se transforma en miles de pequeñas burbujas. El primer efecto que se consigue con la agitación es aumentar enormemente el área interfacial gas-líquido facilitando la transferencia de O2 desde la fase gaseosa a la líquida. La presencia dedeflectores impide la formación de vórtice y hace que el sentido de circulación del líquido sea el indicado por las flechas en la figura. De este modo las burbujas no ascienden directamente hacia la superficie sino que quedan temporalmente retenidas por la circulación del líquido. El aumento del tiempo de retención de las burbujas implica un aumento en la transferencia de O2



De acuerdo ala ley de Henry, la concentración máxima que puede alcanzar un gas en un líquido (su solubilidad) es proporcional a la presión parcial de dicho gas en contacto con el líquido. La expresión que representa a esta relación es


donde C* es la solubilidad del gas a una cierta temperatura, PO2 es la presión parcial de dicho gas y H es la constante de Henry que, para un sistema gas/líquido dado,depende solamente de la temperatura.
Macroscópicamente, la transferencia de O2 puede explicarse mediante la ecuación

OTR = KLa (C*-CL)

donde OTR es la velocidad de transferencia de O2, KLa es el coeficiente volumétrico de transferencia de O2, C* es el valor del concentración de O2 dado por la constante de Henry y CL es el valor de la concentración de O2 en el seno del líquido. La diferenciade estos dos últimos términos es la fuerza impulsora de la transferencia. El KLa es una constante de proporcionalidad que puede tomar diferentes formas dependiendo del modelo que se utilice para explicarla.

MODELO DE LA PELICULA
Este modelo propone que a ambos lados de la interfase entre dos fluidos (en este caso gas-líquido) se establece una película o film estanco, en el cual se concentratoda la resistencia a la transferencia. En dicha película el movimiento del soluto (en este caso el O2) ocurre por difusión simple, de acuerdo a la ley de Fick que establece que:



donde Ni es el flujo del componente i en la dirección x (moles de i . área-1. t-1), D es una constante de proporcionalidad (coeficiente de difusión)
En el caso particular del O2, la resistencia del film gaseosoes despreciable y el flujo está controlado por la resistencia del film líquido. Un esquema se aprecia en la Figura 2. En este modelo un aumento en la agitación se visualiza como una disminución en el espesor de la película.
En la interfase gas-líquido la concentración de O2 disuelto C* es la correspondiente al equilibrio con la presión parcial de O2 en el seno de la fase gaseosa, tal comoestablece la ley de Henry.
Supongamos que en un momento dado la concentración de O2 en el seno del líquido CL es menor que C* y permanece constante en el tiempo (estado estacionario). Si en la película no hay reacción química el flujo de O2 en estado estacionario será igual en todo punto de la película (desde x = 0 hasta x = L; ver Fig. 2,  < 0.1). Esto es lo mismo que decir que:

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