bioingenieria

Julian Molina Gutierrez A84001
Segundo examen parcial
Un bio-reactor es un reactor que sostiene y sustenta la vida de las células y cultivos de tejidos. Todas las reacciones celulares necesarias para mantener la vida son mediadas por enzimas que catalizan como diversos aspectos del metabolismo celular, tales como la transformación energía química. No es de extrañar, la ecuación de Monod, quedescribe la ley de crecimiento de un número de bacterias, sea similar a la ecuación de Michaelis-Menten.
En la bio-sintesis, las células, llamadas también biomasa, consumen nutrimentos para crecer, así como para producir más células y productos importantes. Internamente la célula usas sus nutrimentos para producir energía y más células. Tal transformación se logra porque la célula emplea variasenzimas distintas en una serie de reacciones para dar lugar a productos metabólicos.
En general, el crecimiento de un organismo aerobio sigue la ecuación:

(1)
En general, de una forma abreviada:

(2)
El medio de cultivo del sustrato contiene todos los nutrimentos, junto con otros productos químicos necesarios para el crecimiento. Como se observa la velocidad de esta reacción esproporcional a la concentración de células, por lo cual la reacción es autocatalitica. En la siguiente figura se muestra un reactor intermitente para el crecimiento de microorganismos.

Fermentador intermitente (Feed Batch).

En la siguiente figura se muestran las etapas de crecimiento de forma esquemática, para el crecimiento del hongo. Inicialmente se inocula un pequeño número de células al reactorintermitente que contiene los nutrimentos y se inicia el proceso de crecimiento.


Fases del crecimiento bacteriano

La fase II, se conoce como fase de crecimiento exponencial debido a que la tasa de crecimiento de las células es proporcional a su concentración. En esta fase las células se dividen al máximo de su velocidad porque se efectúan todas las vías enzimáticas para metabolizar elsustrato y las células pueden emplear los nutrimentos de manera más eficiente.
Balance de masa.

(3)

Un balance de masa para explicar el crecimiento del hongo es tomar en cuenta la masa de células vivas.
Balance celular.

(4)

Balance de sustrato.
La velocidad de desaparición de sustrato, -rs, se deriva del sustrato empleado para crecimiento celular y el sustrato para manteniendocelular:


(5)

Producto.
La velocidad de formación del producto, rp, puede relacionarse con la velocidad de consumo del sustrato a través del siguiente balance:


(6)

La fermentación:
En un volumen variable de fermentación discontinuo alimentado, un elemento adicional debe ser considerado: La alimentación. En consecuencia, el volumen del medio en el fermentador varía porque hay un flujode entrada y no un flujo de salida. Una vez más, se va a tener en cuenta que el crecimiento del microorganismo está limitado por la concentración de un sustrato.

Para los desarrollos matemáticos que serán presentados, los supuestos son
Tasa de crecimiento específica es dependiente únicamente de la concentración del sustrato limitante.
La concentración del sustrato limitante en la alimentaciónes constante.
La alimentación es estéril.
Los rendimientos son constantes durante el tiempo de fermentación.
Se resumen las ecuaciones que se aplican a esta situación. Estas relaciones son la base para todos los cálculos posteriores y cálculo del volumen variable del fermentador fed-batch.






Dónde:
F es el flujo en l/h
V es el volumen de trabajo del bio-reactor en l.
X es laconcentración en g/l
µ es la tasa de crecimiento específica para el hongo en h-1
D es la tasa de dilución en h-1
Fa es el flujo de la corriente de azúcar con una concentración de 1330 g/l
Fu es el flujo de la corriente de urea con una concentración de 1320 g/l
De acuerdo con lo anterior para lograr hacer crecer la biomasa hasta desde una concentración inicial de 10g/l hasta 140 g/l se...