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Escalamiento Reactores Bioquimicos
Escalamiento Reactores Bioquimicos
Escalamiento Reactores Bioquimicos
INTRODUCCIN
El escalado de procesos es una de las tareas ms importantes tanto durante el diseo de la planta
como durante su operacin normal. En el primer caso, algunos resultados de produccin slo se
conocen a pequea escala, pero se debe disear el proceso a gran escala para que la produccin sea
rentable. En el segundo caso, ya la planta est construida, pero se deben escalar las condiciones de
operacin de un nuevo producto que ha sido probado con xito a pequea escala, pero que para que
sea rentable debe producirse en mayores cantidades.
1 Escalamiento
Escalar un proceso o equipo es convertirlo de su escala de investigacin (laboratorio o piloto) a escala
industrial (produccin). Por ejemplo; en un laboratorio de investigacin se desarrolla un nuevo producto
con valor comercial por medio de una reaccin qumica usando equipo como frascos, matraces,
mecheros, agitadores, etc. El ingeniero qumico es el profesional capacitado para llevar este nuevo
producto al mercado mediante el escalamiento; analizar las condiciones de reaccin y los factores de
influencia para definir los equipos necesarios (bombas, intercambiadores de calor, reactores, etc.) y
proponer el proceso de produccin en masa del producto.
Ahora bien, el escalamiento no es una cuestin sencilla, dado que los fenmenos involucrados en un
proceso por ejemplo de fermentacin se ven afectados por el tamao. Es as como variables tales como
la aireacin, agitacin, disipacin de calor y otras cambian con el tamao y mientras que temperatura,
pH, presin de vapor, viscosidad, tamao de gotas y burbujas u otras permanecen constantes en las
diversas escalas.
2 Plantas Piloto
Se define como Planta Piloto al proceso que consiste en partes especficas ensambladas que operan
como un todo armnico con el propsito de reproducir, a escala, procesos productivos. En estos
procesos intervienen fenmenos, simples o complejos, de inters para la ingeniera qumica,
permitiendo el anlisis de las interacciones presentes en operaciones tales como la termodinmica, el
flujo de fluidos, la transferencia de masa y energa, las reacciones qumicas, la biotecnologa, el control
de procesos, entre otras. Tambin facilita la posterior operacin y aplicacin a nivel industrial o alguna
otra rea. El uso de plantas de proceso a escala piloto tiene como propsitos principales:
- Predecir el comportamiento de una planta a nivel industrial, operando la planta piloto a condiciones
similares a las esperadas. En este caso los datos obtenidos sern la base para el diseo de la planta
industrial.
- Estudiar el comportamiento de plantas industriales ya construidas, en donde la planta piloto es una
rplica y estar sujeta a condiciones de operacin previstas para la planta industrial. En este caso a la
planta piloto se le llama modelo y tiene como funcin principal mostrar los efectos de los cambios en
las condiciones de operacin de manera ms rpida y econmica que si se realizaran en la planta
original.
3 Principios de similaridad
El enfoque usado en escalamiento, consiste en conocer las variables involucradas a nivel de
laboratorio, para luego extrapolar los resultados utilizando diversos principios de similitud o semejanza,
estos principios servirn como metodologas para el cambio de escala.
Existen varios criterios de similitud, tales como: Similitud geomtrica, mecnica, trmica, qumica,
cinemtica, esttica, dinmica. Todos estos criterios son necesarios para el escalamiento de cualquier
sistema. A continuacin se vern las caracterices de algunos criterios de similitud.
3.1 Similitud Geomtrica
Se consideran dos cuerpos slidos, cada uno provisto de tres ejes imaginarios en el espacio que los
intersectan a fin de ser descritos de igual forma en todos sus puntos en un mismo sistema de
coordenadas, generalmente x, y, z para un slido y X, Y, Z para el otro slido. Donde se cumple: =
=
= ; Donde L es constante.
Se estima que un tercio de los proyectos de produccin emplean la regla de mantener P/V, aprox 20%
usan la velocidad de la punta del agitador, otro 20% de las plantas industriales realiza sus escalados
en base al tiempo de mezclado. El resto de los escalados utiliza la concentracin de sustrato o producto
limitante o inhibitorio, ms comnmente sobre la base de la concentracin del oxgeno disuelto.
Variable que se va a
escalar Proceso Criterio de escalado
Cultivo de clulas
Velocidad de agitacin animales Velocidad de disipacin de energa
Velocidad de aireacin Procesos aireados Volumen de aire por volumen de medio
Procesos Semejanza geomtrica, excepto para el cociente
Geometra sumergidos altura-dimetro del biorreactor.
Tabla 1 Fenmenos ms relevantes en el escalado de bioprocesos.
CONCLUSIN
En este documento se pudo conocer las funcionalidades y las decisiones presentes a la hora de
plantear el proceso de escalamiento. El motor de este proceso como otros procesos industriales es
satisfacer las necesidades de produccin y consumo de bienes, apoyado de procesos de generacin
de nuevas tecnologas, esta herramienta permite reducir errores en diseo, teniendo mayor informacin
disponible. Las plantas piloto son el eje ms importante en el escalamiento de equipos y procesos
siendo esta la fuente informacin, permitiendo realizar anlisis para una inversin futura apropiada y
rentable, del mismo modo para construccin de nuevas plantas de proceso.
REFERENCIAS
Factores de escala para la produccin biotecnolgica de etanol carburante. (2009). Obtenido de
http://www.bdigital.unal.edu.co/10291/1/43674021.2009.pdf
Plantas piloto, el paso entre el huevo y la gallina (2008). Obtenido de
http://www.redalyc.org/html/482/48223105/
Acevedo, Gentina, Illanes, (2002), Fundamentos de Ingeniera Bioqumica, 1Ed. Ediciones
Universitarias de Valparaso de la Universidad Catlica de Valparaso.
Evaluacin y escalamiento de la produccin de levaduras nativas tipo saccharomyces spp. A nivel de
laboratorio. (2007). Obtenido de
https://repository.eafit.edu.co/bitstream/handle/10784/399/LauraPatricia_DurangoLondo%F1o_2007.pdf;jses
sionid=09CA63F1838F6CE385D01278B3A5C09E?sequence=1