Cálculo de un Bioreactor

Cálculo del bioreactor.
Para asegurar que la productividad y que las condiciones de operación serán las óptimas, es importante el diseño del bioreactor con las características específicas que satisfagan las condiciones de operación del mismo, como primer paso se realizará entonces el dimensionamiento y configuración geométrica del bioreactor.
Partiendo de un volumen de operación y unaproductividad celular ya conocida se puede realizar el dimensionamiento del bioreactor.
1. Dimensionamiento y Configuración Geométrica del Bioreactor.
El dimensionamiento básico del bioreactor incluye el diseño del volumen total a soportar, las dimensiones de las tapas, el volumen del cilindro, y la altura del líquido, para ello se tienen que realizar los cálculos partiendo de fórmulas yapredeterminadas, entonces dando pauta a lo anterior, se procedió a realizar el dimensionamiento partiendo de un volumen de operación definido de 40 m3, siendo de ésta forma:

Teniendo en cuenta el volumen Total del bioreactor, se puede conocer un dato importante para el diseño del mismo, se trata del diámetro total del cilindro, éste valor será la base para casi todas las demás variables de dimensionamientodel mismo, siendo así, se calculó el diámetro total de bioreactor cumpliendo la siguiente relación:

Una vez conocido el diámetro total de operación, se asegura que un cilindro con ese diámetro será capaz de soportar el volumen de operación que se va a manejar, el paso siguiente es dimensionar las tapas del bioreactor, la tapa elipsoidal es la que más se utiliza en el diseño de bioreactores,generalmente para el diseño de los tanques que no son bioreactores se diseñan tapas toriesféricas, pero en éste caso como el cilindro jugará el papel del bioreactor, entonces se dimensionaran tapas elipsoidales, se calcularán dos variables principales para el diseño de las tapas, el volumen de la tapa y la altura de la tapa, siendo calculadas de la siguiente forma:


Ahora bien, con la relaciónque se tiene del volumen total del bioreactor se va a obtener el volumen del cilindro mediante la siguiente fórmula:

Y despejando el volumen del cilindro de la fórmula anterior se tiene que:

La última variable correspondiente al dimensionamiento básico del bioreactor es la altura del líquido en éste caso el medio de cultivo que va a contener el bioreactor, siendo de ésta forma se calculó estaaltura siguiendo la siguiente fórmula:

Ahora bien, con éstos datos se puede obtener la segunda parte del dimensionamiento del bioreactor, la configuración geométrica del mismo, la configuración geométrica del bioreactor se va a obtener en base a que:

De aquí se desprenden muchas otras variables de dimensionamiento como lo son el volumen de líquido en el cilindro y tapa, la altura del líquidoen el cilindro, el volumen del cilindro vacío y por lo tanto la altura del cilindro vacío, así como la altura total del cilindro.
Estas variables saldrán de las deducciones que se harán a partir de la fórmula anterior, para el cálculo de ellas se explicará a continuación paso a paso el procedimiento que se realizó para hacerlo. Para el cálculo del volumen de líquido en el cilindro se necesitamultiplicar el área por la altura del líquido en el cilindro, y en cuanto al volumen de líquido en la tapa, no es más que el volumen de la tapa, por lo tanto ya se cuenta con ese valor, de ésta forma:


Una vez obtenido el valor del volumen de líquido que existe en el cilindro se puede obtener la altura del líquido que existe en el cilindro, así de esa manera se tiene que:


Por otra parte elvolumen total comprende la suma de los valores de los volúmenes de las tapas y operación, así como el volumen del líquido en el cilindro vacío, entonces se puede decir lo siguiente:


La altura total debe ser la suma de todas las alturas calculadas, siendo así:


Tabla 1. DIMENSIONAMIENTO Y CONFIGURACIÓN DEL BIOREACTOR
  
 

 

 
 
 
Volumen de Operación (m3)...