Practica 1. Final1111111
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Práctica 1
Integrantes:
Grupo:
6AV2
Profesores:
Sergio García Salas
Agustín Altamirano Segovia
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
INTRODUCCIÓN
Un biorreactor puede ser también un dispositivo o sistema empleado para hacer crecer
células o tejidos en operaciones de cultivo. Estos dispositivos se encuentran en desarrollo
para su uso en ingeniería de tejidos. En términos generales, un biorreactor busca mantener
ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentración de oxígeno, etc.)
al organismo o sustancia química que se cultiva. El diseño de los biorreactores es una tarea
de ingeniería relativamente compleja y difícil. Los microorganismos o células son capaces
de realizar su función deseada con gran eficiencia bajo condiciones óptimas. Las condiciones
ambientales de un biorreactor tales como flujo de gases (por ejemplo, oxigeno, nitrógeno,
dióxido de carbono, etc.), temperatura, pH, oxígeno disuelto y velocidad de agitación o
circulación, deben ser cuidadosamente monitoreadas y controladas.
OBJETIVO
Describir los diferentes tipos de biorreactores y sus partes, al igual que la forma como se
operan, controlan, esterilizan, cargan y descargan.
Manejar los sistemas de medición y control de variables de operación de biorreactores,
tales como temperatura, pH, oxígeno disuelto y espuma.
METODOLOGÍA Y MATERIALES
A continuación, se muestran los diagramas secuenciales de las actividades hechas en clase.
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
Pruebas hidráulicas en el
Especificación de las biorreactor para
Especificación de las Medición de variables verificación de fugas,
necesidades de
condiciones de la en el biorreactor establecimiento de
instrumentación y
biorreacción tiempos de mezcla,
control en el biorreactor
tiempos de retención
Sensor: Dispositivo que tiene una propiedad sensible a una magnitud del medio, es decir,
que nos manifiesta la presencia de dicha magnitud.
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
Controlador de pH: Permite regular la cantidad de ácidos y soluciones alcalinas que son
agregadas al cultivo con el fin de mantener ciertos niveles de pH.
Transductor: Dispositivo que tiene la misión de recibir energía de una naturaleza eléctrica,
mecánica, acústica, etc., y suministrar otra energía de diferente naturaleza, pero de
características dependientes de la que recibió.
Tiempo de Respuesta
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
El oxígeno disuelto (OD) es aquel que utilizan los microorganismos para desarrollarse y
realizar el bioproceso de transformación de materia prima a producto, por lo que es
imprescindible distinguir Oxígeno disuelto y Oxígeno en el gas.
El oxígeno disuelto generalmente proviene del aire introducido en el fondo del biorreactor,
una parte del oxígeno en el aire se disuelve en el caldo sin embargo la otra parte sale con el
aire.
Cátodo de platino
Ánodo de plata
Sensor galvánico, la propia célula genera el voltaje suficiente para generar la medida.
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
El desplazamiento del aire por una corriente de gas inerte es una técnica universalmente
utilizada ya sea en reacciones a baja temperatura, a temperatura ambiente, o a la
temperatura de reflujo del disolvente. Se trata de un montaje sencillo y se utiliza cuando las
condiciones del proceso se deben de llevar en un medio anaeróbico. Los tipos de gases
utilizados para esta técnica se conocen como Inertes, los más representativos son:
● CO2, N2 , Ar y He.
La característica que tiene en común es que no reaccionan con otros materiales, no arden y
pueden ser asfixiantes por su capacidad de desplazamiento del oxígeno.
MEDICIÓN Y CONTROL DE PH
Una sonda para determinar pH (o electrodo combinado sensible a los protones) está
formada por un único cuerpo de plástico o de vidrio que contiene a los dos electrodos
necesarios para la constitución de una celda potenciométrica. Una celda para la medida de
pH consiste en un par de electrodos, uno de calomel (mercurio, cloruro de mercurio) y otro
de vidrio, sumergidos en la disolución de la que queremos medir el pH.
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
Para mantener la calibración los electrodos tienen que ser enjuagados con agua destilada
entre muestras y no deben ser secados con un paño porque podrían cargarse
electrostáticamente.
● La espuma en gran volumen puede llegar a salir del biorreactor, lo que generaría la
contaminación del proceso, pérdida del material, o en dado caso no habrá una
correcta difusión.
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
Para elegir qué controlador de espuma se va a utilizar se deben evaluar las características
técnicas y económicas de ambas opciones. Por ejemplo un rompedor mecánico requiere
energía adicional así como de mantenimiento preventivo y correctivo, mientras que los
antiespumantes (compuestos químicos) pueden llegar a contaminar el producto final. Sin
embargo, generalmente se usan los antiespumantes.
El control de espuma se lleva a cabo por medio de un sensor. Cuando la espuma asciende y
toca al sensor, que es una varilla metálica colocada en la parte superior del biorreactor, cierra
un circuito eléctrico que envía una señal a un controlador que acciona la bomba de adición
de antiespumante. Una vez que se ha destruido la espuma, ésta desciende y deja de hacer
contacto con el sensor, por lo que se detiene la adición de antiespumante.
Antiespumantes
Los antiespumantes son agentes tensoactivos que actúan por medio de tensiones
superficiales intermedias para lograr desestabilizar la espuma y liberar el aire retenido en
la emulsión. Por esta razón los antiespumantes deben tener una tensión superficial inferior
a la del agente surfactante utilizado de forma inicial (como humectante) para así lograr
adelgazar rápidamente la lamela y romperla.
Los antiespumantes siliconados que son altamente efectivos a bajos niveles de dosificación
Los antiespumantes moleculares que ofrecen una excelente compatibilidad con la mayoría
de los sistemas.
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Antiespumante MAZU
Termómetros de resistencia
Se suelen designar con sus siglas inglesas RTD (ResistanceTemperature Detector). Se basan
en el principio de que la resistencia de los metales incrementa con la temperatura. Cuando
la corriente pasa a través del rollo, un cambio de voltaje se produce y éste a su vez, se
relaciona con la temperatura. Los termómetros de resistencia industriales se construyen
siempre de platino, cobre o níquel.
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Termistores
Son resistores variables con la temperatura, pero no están basados en conductores como las
RTD, sino en semiconductores. Si su coeficiente de temperatura es negativo NTC (negative
temperature coefficient), mientras que si es positivo, se denominan PTC. Son
semiconductores los cuales exhiben un incremento en su conductividad con la temperatura.
De la misma forma que los termómetros de resistencia, los termistores no guardan una
relación lineal entre la resistencia y la temperatura, pero si se adecuan a los pequeños
cambios de temperatura que exhiben las fermentaciones, ésta relación puede considerarse
lineal. Los termistores se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre,
magnesio y titanio.
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● Geometría: Cilíndrica
● Volumen Nominal: 14 L
● Volumen de Operación: 10 L
● Método o forma de esterilización: por medio del enchaquetado, se hace pasar vapor.
Un filtro absoluto de diámetro de poro de 0.4 µm contribuye a la esterilización.
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● Geometría: Cilíndrica.
● Volumen nominal: 75 L
● Volumen de operación: 55 L
● Sistema de agitación:
mecánicamente.
● Forma de operación: puede ser utilizado por lote, lote alimentado o continuo.
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Diseño mecánico e instrumentación de un biorreactor Equipo 1
● Volumen Nominal: 20 L
● Volumen de Operación: 16 L
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Material: Vidrio
Agitación: Mecánica
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Interpretación de la gráfica
Línea blanca: Ph
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CONCLUSIONES
REFERENCIAS
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ANEXO I
𝐶𝑖 = 𝑃𝑖 ∗ 𝐾𝐻
Dónde:
3. Conversión a ppm
𝑚𝑜𝑙 32 𝑔 1000 𝑚𝑔 𝒎𝒈
0.00021 ( )( ) = 𝟑. 𝟑𝟔𝟑𝟑 ≈ 𝒑𝒑𝒎
𝐿 𝑚𝑜𝑙 1𝑔 𝑳
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