Continuación de agitación y mezclado de biorreactores

El uso de deflectores o bafles como también se les conoce, evita flujos circulatorios.
Los deflectores deben colocarse estratégicamente dentro del biorreactor para romper el
flujo circulatorio y evitarse los problemas anteriormente mencionados. El número de
deflectores estándar es de cuatro, los cuales se colocan de manera equidistante uno de
otro de manera perimetral y generalmente muy cerca o inclusive, soldados al
biorreactor. Los parámetros para el diseño de bafles o deflectores son los siguientes:

1. Espesor = Dt/12 (para 4 bafles equidistantes o equiespaciados).
2. Largo desde d/2 iniciando desde la sección recta del fondo del biorreactor hasta
   cerca del nivel de trabajo del líquido.
3. Para el caso de líquidos con sólidos suspendidos como suspensiones, presencia
   de células o bien cuando se requiere transferencia de calor con las paredes, los
   bafles se ubican a una distancia equivalente a 1/6 de su espesor de la pared del
   estanque.

Dt es el diámetro del biorreactor y d es el diámetro del impulsor (incluyendo flecha y
agitador). Si observas la Figura 15A hay formación de flujos circulatorios, esto implica que
la transferencia de oxígeno es muy pobre. Si se colocan rodetes colocados
estratégicamente dentro del biorreactor se observaría el rompimiento de flujos
circulatorios. Esto se puede observar en la figura 16, donde se aprecia que no hay
formación de flujos circulatorios. Este hecho no solo puede favorecer la transferencia
de oxígeno sino también favorece una adecuada distribución de nutrientes, temperatura y
de biomasa.

Te has dado cuenta de la importancia de la correcta elección del agitador y los beneficios
que acarrea el uso de deflectores en la agitación y en el mezclado. Recuerda: el
mezclado es primordial para aumentar la productividad. Para la generación de biomasa
en procesos aerobios se debe mejorar la biodisponibilidad de todos los nutrientes.

Durante el diseño de tanques de proceso o biorreactores de las principales variables a
tomar en cuenta es el que depende de la agitación en rpm (revoluciones por minuto)
y de la cantidad de aire inyectado al biorreactor. Cada proceso debe ser previamente
estandarizado y los resultados son únicos ya que seguramente variarán si se cambia de
proceso de producción (Muñoz et al., 2006).

Ahora pasaremos a estudiar las configuraciones de biorreactores más comunes para la producción de metabolitos.

1.3. Configuración de reactores

Cuando se nos plantea la producción de algún metabolito a nivel laboratorio, semipiloto, piloto o industrial nos debemos hacer la siguiente pregunta ¿dónde lo voy a hacer?, ¿se cuenta con un biorreactor?, ¿tenemos que escalar el proceso?
Quizás para un ingeniero en biotecnología lo fascinante sea diseñar un biorreactor y por qué no, escalar el proceso. A continuación vamos a estudiar los conceptos básicos del diseño haciendo énfasis en la agitación para un mezclado homogéneo que es nuestro tema de estudio.

1.3.1. Tanque agitado

El tanque agitado tiene como fin alcanzar la mezcla deseada en un bioproceso y si es posible, con un consumo mínimo de energía. Es la configuración más común en procesos biológicos la cual cuenta con deflectores y un agitador encargado de la mezcla (Figura 17).

Una parte importante de la energía utilizada en un proceso biológico se invierte en la agitación. Durante el crecimiento del microorganismo u organismo la viscosidad del medio aumenta y en algunos casos, es considerable (Geankoplis, 2006), este hecho hace que la disponibilidad de oxígeno en el medio de producción disminuya considerablemente, por lo que si la presencia de oxígeno es primordial en nuestro proceso,  necesitamos aumentar la agitación que invariablemente influirá en una inversión más alta de energía y por lo tanto, del costo de producción.

Pero nos debe quedar claro que una excesiva agitación puede ser nociva para la mayoría de los microorganismos. Hay varias estrategias que pueden aplicarse para que el consumo de energía no sea desproporcional. Una de ellas es la elección correcta del sistema de agitación y en el tanque agitado es esencial este principio.

Un tanque agitado que no haya sido bien diseñado favorece flujos circulatorios que hace poco eficientes a los procesos aerobios. Hay correlaciones empíricas que permiten dimensionar el tipo de agitadores dada una configuración estándar del biorreactor. Ya hemos visto como estimar los bafles o deflectores. El diseño del tanque o cilindro del biorreactor inicia con el diseño del fondo.

Un fondo plano evita espacios muertos y mejora el mezclado y por lo tanto, un menor consumo de energía. La relación óptima entre altura y diámetro está dado por la relación H/d. Para el caso de que solo se tenga un agitador y que este colocado en el centro del biorreactor, esta relación tiene un valor de 1. Si la relación resulta ser mayor a 1 es decir H/d>1 se presentaran zonas muertas.

Para el diseño de los impulsores (que es nuestro tema de estudio) se debe tomar en cuenta el tamaño, que depende del tipo de impulsores, propiedades del fluido, objetivos de la agitación y geometría del biorreactor. Ya hemos estudiado algunos conceptos del diseño de agitadores, la elección aun cuando se cuentan con relaciones, sigue siendo un proceso de prueba y error. Es importante dejar claro que una vez que se haya seleccionado el agitador existen relaciones como el coeficiente de transferencia de oxígeno (KLa) que nos da información adicional acerca de la eficiencia del biorreactor.

La ubicación del agitador es importante, este puede estar ubicado en cualquier punto de la flecha, sin embargo hay algunas relaciones que permiten hacer una mejor elección de la posición del agitador. La Tabla 4 muestra algunas relaciones en función de la viscosidad del medio.

El cálculo del torque también es importante ya que está relacionado con la potencia del motor de agitación y por lo tanto con el gasto de energía. Para estimar el torque debemos determinar en qué régimen se agitará el biorreactor, es decir, en régimen laminar o turbulento. Las siguientes relaciones nos permiten estimar esta variable.
Para estimar el costo del motor:

Si lo que necesitamos es estimar el torque por unidad de volumen, entonces:

Donde:
P = Potencia
N = No. de revoluciones
ρ = Densidad
d = Diámetro del impulsor
Tq = Torque

µ = Viscosidad
V = Velocidad angular
k´s = Coeficientes de transferencia
Dt = Diámetro total
Ut = Velocidad en el extremo del impulsor =

Con esta información ya podríamos estimar la potencia del agitador. Hay dos métodos para hacerlo, primero vamos a ver el procedimiento analítico y posteriormente el gráfico.

Para el método analítico primero tenemos que saber algunas variables como son las dimensiones del biorreactor, distancia del rodete con el fondo del tanque, profundidad del líquido, dimensiones de los deflectores, número y disposición de los mismos, número de palas de rodete y propiedades del fluido. Estas variables pueden convertirse en números adimensionales llamados factores de forma. Estos factores se calculan dividiendo cada uno de los términos por uno que se tome como base, generalmente el diámetro del rodete. Es una regla que dos mezcladores que tengan las mismas proporciones geométricas pero diferentes tamaños, tendrán los mismos factores de forma. Por lo tanto, poseen semejanza geométrica. Recuerda, la potencia consumida define el costo de la operación unitaria de agitación.

Para el cálculo necesitamos saber el número de Reynolds, para N_Re< 10 es decir, para flujos laminares, la densidad no tiene ningún efecto por lo que el N_Re no tiene ningún efecto y que la ecuación de potencia se transforma en:
Para biorreactores con deflectores y números de Reynolds superiores a 10,000, el N_P ya no depende del N_Re ni de la viscosidad, además estamos trabajando con flujos turbulentos por lo que la potencia depende exclusivamente de la geometría del biorreactor y del líquido que se está agitando, por lo tanto, la potencia se puede estimar por la relación:

                                                               

Si te has dado cuenta, no conocemos los valores de K_L y K_T que son constantes que dependen exclusivamente del tipo de rodete y que nos indican la calidad del mezclado, afortunadamente ya se han estimado estos valores.

El segundo método para estimar la potencia es utilizando gráficas de N_P vs N_Re. Como primera etapa debemos identificar el número de placas que lleva nuestro agitador del biorreactor, esto es fundamental ya que el número de placas define el gráfico a utilizar.
Vamos a ejemplificar con un biorreactor con seis placas planas localizadas centralmente. En la Figura 18 se muestra un gráfico del N_Re Vs N_P para turbinas de seis palas. En este gráfico aparecen las letras Si que corresponden a los factores de forma que en términos de las dimensiones del biorreactor y agitador son:

Cada agitador genera una curva característica que debe identificarse en el gráfico de N_P vs N_Re. Por ejemplo, la curva A que se muestra en la Figura 19 corresponde a palas verticales con S4 = 0.25; la curva B es para un rodete similar pero con palas más estrechas. La curva C es para una turbina de palas y muy similar a la curva B. La curva D es para un biorreactor sin placas deflectoras.

En la Figura 19 se muestran las curvas para agitadores con rodetes de tres placas instalados en el centro del biorreactor. Generalmente, las hélices y turbinas en conjunto con deflectores presentan un mayor ahorro de energía cuando se compara con turbinas con placas verticales.

Para el caso especial de que el biorreactor carezca de deflectores, la estimación del número de potencia se hace muy sencillo. Para flujos laminares es decir para N_Re< 300, el número de potencia se puede estimar por la siguiente relación:                                                             El exponente m para un conjunto dado de factores de forma esta empíricamente relacionado con el número de Re y por la siguiente relación:                                     
En esta relación a y b son constantes y depende del tipo de agitador y número de deflectores. Para las figuras 18 y 19 los valores de a y b se presentan en la tabla 6. Hay que recordar que las líneas punteadas el N_P obtenido se debe corregir multiplicando por N_Fr^m.

Finalmente, ¿qué pasa con el mezclado? la operación de mezclado es mucho más difícil de estudiar que la agitación, mucho de lo que se sabe de mezclado se ha obtenido empíricamente, de hecho, la caracterización de un biorreactor se determina utilizando trazadores que pueden ser colorantes o alguna sal.

La forma es determinando el tiempo en que por ejemplo, la solución de sal es la misma en todo el biorreactor o la coloración es homogénea en el biorreactor, tanto concentración como coloración se miden en función del tiempo.

En la figura 20 se aprecia un sistema para medir el tiempo de mezclado en un biorreactor. El sistema consiste del biorreactor, de un sistema de inyección del trazador y de un sistema de extracción del líquido, además del sistema de agitación que deberá estar operando a las revoluciones en que operará el reactor.

Como primera etapa de agrega el trazador justo en la superficie del líquido del biorreactor y simultáneamente se pone en operación el sistema de extracción y el de agitación. En el sistema de extracción se va midiendo la variación de la concentración del trazador hasta que esta permanece constante, el tiempo empleado desde que se inicia la inyección del trazador hasta que permanece constante es el tiempo de mezclado.

El trazador puede ser una sal como cloruro de calcio o un colorante como azul de metileno. El sistema de medición de concentración puede ser un espectofotómetro el cual medirá absorbancia del colorante o un conductómetro el cual medirá conductividad de la sal. Con esto concluimos este apasionante tema.

Ahora veremos otras configuraciones de los biorreactores.

1.3.2. Flujo circular

Ya hemos visto que el flujo circular no es aconsejable para el cultivo de microorganismos aerobios ya que la transferencia de oxígeno del aire al medio es poco eficiente, sin embargo es necesario retomar este tema, ya que a nivel laboratorio cuando se cultivan microorganismos se hace en matraces con agitación orbital más que nada por comodidad y rapidez.

La agitación orbital genera flujos internos circulares además de vórtices centrales, si se midiera la cantidad de oxígeno disuelto nos daríamos cuenta de lo poco eficiente que es este sistema, y la presencia de oxígeno se debe sobre todo al espacio de cabeza entre la superficie del líquido y el espacio vacío hasta el cuello del matraz, aunque la palabra sea coloquial, la agitación orbital solo “marea” a los microorganismos teniendo poco efecto sobre la cantidad de oxígeno disuelto en el medio. ¿Se podría mejorar la transferencia de oxígeno en el sistema descrito?, ¡por supuesto!, tendríamos que romper el flujo circular, ¿cómo? utilizando matraces bafleados, es decir, matraces que presenten en el fondo, hendiduras que impidan el flujo circular. Hay que hacer énfasis de que debemos evitar en lo posible la formación de flujos circulares para mejorar nuestros rendimientos.

1.3.3. Tubos de aspiración

En esta configuración, dentro del biorreactor se coloca un tubo que funciona como un aspirador. El flujo de retorno del líquido de cualquier tipo llega al rodete desde todas las direcciones, ya que no está bajo el control de superficies sólidas.

Por ejemplo, el flujo hacia y desde un rodete es esencialmente similar al flujo de aire hacia que opera en una habitación desde un ventilador. En la mayor parte de las aplicaciones de los mezcladores de rodete esto no constituye una limitación, pero cuando es preciso controlar la dirección y velocidad de flujo en la succión del rodete, se utilizan tubos de aspiración como los que se muestran en la Figura 20.

Estos dispositivos pueden resultar útiles cuando se desea un elevado esfuerzo constante en el rodete, tal como ocurre en la preparación de ciertas emulsiones, o cuando es preciso dispersar en el líquido partículas sólidas que tienden a flotar sobre la superficie del líquido en el biorreactor.

Por ejemplo, se puede mejorar la emulsión de un medio que contenga aceites o hidrocarburos para posteriormente ser tratados con microorganismos, ¿cómo es posible esto?, en un reactor con tubos de aspiración la turbina o hélice generan flujo muy altos que favorecen la formación de pequeñas gotas. Para la biodegradación de hidrocarburos con bacterias este tipo de reactores son ideales ya que favorecen la emulsión entre el hidrocarburo y el biosurfactante producido por los microorganismos (Pseudomonasspp.) haciendo más biodisponible al contaminante (Figura 21).

Los tubos de aspiración para rodetes se montan alrededor de los mismos, mientras que en el caso de turbinas se montan inmediatamente encima, tal como se muestra en la Figura 22. Los tubos de aspiración aumentan la fricción del fluido en el sistema y, para una potencia de entrada dada, reducen la velocidad de flujo, de forma que no se usan si no son absolutamente necesarios.

El uso de tubos de aspiración estuvo limitado al principio al tratamiento de efluentes
contaminados con aceites e hidrocarburos ya que se mejoraba la biodisponibilidad de
estos compuestos mejorando el proceso de degradación, actualmente se utilizan para la
producción de levaduras, vinagre, aminoácidos, vitaminas y aromas debido a que para
producir estos metabolitos es necesario una máxima disolución de oxígeno. La variación
hecha a estos reactores es la adición de aire por medio de un difusor que evita una
agitación mecánica excesiva. En otros casos, el esfuerzo cortante crea condiciones muy
estresantes y ruptura celular lo que limita su aplicación a otros sistemas de producción.

 

1.3.4. Airlift

Esta configuración de biorreactor no hace uso de agitadores mecánicos, la agitación se logra por inyección de aire en la parte baja del biorreactor. En la figura 24 se muestra una configuración típica de este tipo de biorreactores. Los deflectores no son útiles para estos reactores, ya que la agitación es exclusivamente debido al flujo de aire. Aunque se generan flujos circulatorios la ventaja de este tipo de biorreactores es que al inyectar aire u oxígeno se favorece la disolución de oxígeno en el medio.

Como se aprecia en la figura 24, el flujo circular se forma por el arrastre del líquido debido a la formación de la columna de aire o de burbujas, al circular el aire dentro del tubo interno del biorreactor se forma la columna de burbujas que, como ya se ha dicho, arrastra al líquido generando un efecto de aspiración del líquido que se encuentra fuera del tubo interno. Una ventaja de este sistema es que con un mismo flujo se puede mejorar la absorción de oxígeno en el medio, cambiando solo el generador de la columna de burbujas, es decir, el aspersor y el tamaño de poro, ya que a menor tamaño de poro menor será el tamaño de las burbujas y por lo tanto, se mejora considerablemente la disolución de oxígeno en el medio.

La geometría no es factor limitante en este tipo de reactores y es recomendable cuando el oxígeno es el reactivo limitante en el proceso. A este tipo de biorreactores se les considera como reactores de mezcla completa. Algunas de las especificaciones a seguir para el diseño de este tipo de equipos son las siguientes:

1. Para el cultivo de hongos, el tubo interior debe tener un diámetro de cómo máximo de 2/3 del diámetro del tubo exterior.
2. Para el cultivo de bacterias, el tubo interior debe tener un diámetro de ¾ del diámetro del tubo exterior.
3. El difusor estará en función del tipo de medio. A menor tamaño de poro se favorece la difusión de oxígeno en el medio pero se puede favorecer la formación de espuma.
4. La altura del tubo interior debe ser de al menos ¾ de la altura total del tubo exterior.

Este tipo de biorreactores es ideal cuando se necesitan de condiciones oxidativas como por ejemplo la generación de enzimas, de biomasa o para la degradación de moléculas (Figura 25). Un caso donde es un éxito el uso de estos biorreactores es para la producción de algas que posteriormente se pueden utilizar para la producción de biodiesel o de fertilizantes (Fernández-Linares et al., 2012).

Las adecuaciones que se deben hacer es sustituir la inyección de aire por la inyección de CO2 porque hay que recordar que las algas son autótrofas es decir, fijadoras de CO2. También es necesario montar un sistema de iluminación artificial para favorecer la fotosíntesis. El uso de este sistema de biorreacción también llamado fotorreactor favorece la formación de biomasa. Para sistemas formadores de espuma no es recomendable ya que la formación de espuma es muy alta debido a la inyección de aire.

1.4. Cálculo de KLa

Ya hemos discutido sobre la importancia de la agitación y del mezclado en un biorreactor sin embargo, hasta el momento no hemos visto como calcular el oxígeno disuelto en el medio de fermentación. La disponibilidad de oxígeno es fundamental para un proceso aerobio y parte del problema de disolución de este gas se resuelve con una correcta elección del sistema de agitación que además tendrá grandes beneficios en nuestro cultivo como es la correcta distribución de la temperatura y de nutrientes. En la figura 26 se presenta un modelo de transferencia de oxígeno hacia la célula, donde queda como evidencia que para que el microorganismo pueda tomar el oxígeno del medio de producción este debe estar presente en forma de burbujas y entre menor sean, mejor será la transferencia de este gas hacia la célula.

En este tema vamos a estudiar dos de los métodos más comunes para el cálculo del coeficiente de distribución de oxígeno, que recuerda, está íntimamente ligado al sistema de agitación. En el metabolismo aeróbico el oxígeno actúa como último aceptor de electrones, siendo este proceso clave para la generación de energía (ATP), esto hace que en los procesos aerobios se genere mayor cantidad de biomas que en los procesos anaerobios. Debido a la baja solubilidad del oxígeno en agua (alrededor de 7 mg/L a 35°C y que disminuye conforme aumenta la temperatura del agua) y a que los microorganismos son capaces de utilizar únicamente el oxígeno disuelto, es evidente que éste deberá ser suministrado continuamente al medio de cultivo a través de la agitación o por inyección de aire u oxígeno. Para lograrlo, es necesario transferir oxígeno desde la fase gaseosa (normalmente aire) a la fase líquida (medio de cultivo) de modo permanente.

En el diseño de reactores destinados a cultivos aerobios es de fundamental importancia tener en cuenta el aspecto mencionado anteriormente. En un biorreactor tipo tanque agitado, que es la configuración más empleada para la producción en gran escala de metabolitos, el aire puede ser suministrado a partir de la agitación, por inyección de aire desde el fondo o por una combinación de agitación e inyección de aire.

La configuración más eficiente es esta última, en este caso, 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 oxígeno desde la fase gaseosa a la líquida, sin embargo, al aumentar el caudal de gas el agitador se rodea de burbujas de aire y deja de hace su función, el dispersar el gas, a este fenómeno se le conoce inundación del agitador (Figura 27).

La presencia de deflectores mejora este proceso al impedir la formación de vórtices generando flujos turbulentos sin una dirección determinada. 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 oxígeno.

Macroscópicamente, la transferencia de oxígeno puede explicarse mediante la ecuación R_O2 = K_La (C* -C_L), donde R_O2 es la velocidad de transferencia de oxígeno, K_La es el coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno, C* es la concentración que estaría en equilibrio con la presión parcial de oxígeno en el seno de la fase gaseosa. Según la ley de Henry, P_O2 = HC* y C_L es el valor de la concentración de oxígeno en el seno del líquido (H es la constante de Henry). La diferencia de estos dos últimos términos es la fuerza impulsora de la transferencia. El K_La es una constante de proporcionalidad que puede tomar diferentes formas dependiendo del modelo que se utilice para explicarla.

1.4.1. Método gas in-gas out

Es el método más sencillo para estimar el K_La. Como primera etapa, se airea completamente el biorreactor hasta alcanzar la máxima absorción de oxígeno por el medio, posteriormente se corta el suministro de oxígeno con ayuda de la inyección de N₂ el cual desplaza al oxígeno presente en el medio creando condiciones anaerobias. Una vez que no hay oxigeno presente, se inyecta nuevamente oxígeno midiendo el tiempo en el cual alcanza la saturación. En la figura 28 de presenta el comportamiento típico del proceso descrito.

En la gráfica se aprecia tres etapas, en la etapa A hay saturación de oxígeno en el medio, posteriormente, el oxígeno es desplazado por nitrógeno el cual genera un medio anaerobio (etapa B), después, se inyecta nuevamente oxígeno hasta alcanzar nuevamente la saturación (etapa C).

En la etapa A el K_La tiene un valor de cero, de la etapa a la B se observa un veloz negativo de la pendiente, esto nos indica que el valor del K_La es negativo. De B a C se aprecia una pendiente positiva y nos indica que el valor del K_La es positivo, esta etapa esta descrita por la siguiente ecuación:

Donde:
O₂ = Velocidad específica de respiración
X = Concentración de biomasa
Para estimar en valor del K_La cuando se reinicia la aireación se utiliza la siguiente relación:

                                                                         

Linealizando esta ecuación se tiene que:

que tiene la forma y = mx + b por lo tanto, graficando se obtiene un línea recta donde la pendiente representa a −1/KLa que nos permite estimar el coeficiente de transferencia de oxígeno. En la figura 29 se presenta la linealización de la ecuación de C_i.

1.4.2. Método de alimentación con sales

Vamos a estudiar el método del sulfito de sodio (Na₂SO₃) que en un método muy preciso para estimar el valor del K_La. Este método también conocido como método de Cooper, utiliza el modelo de película para transferencia de masa, esto implica que:                                   
Donde:
D = Constante de proporcionalidad de la ley de Fick,
L = Longitud de la película estanca que rodea a la burbuja,
A = Área total de trasferencia de materia y

V = Volumen del medio.

Tecnológicamente importa determinar el valor de K_La en su conjunto, para tal fin existen una diversidad de métodos. Entre ellos, el método del sulfito es de uso general, el mismo se basa en la reacción entre el sulfito de sodio con el oxígeno en medio ligeramente alcalino y en presencia de iones Cu+2 o Co+2.

El mismo, tal cual fue desarrollado, posee una simplicidad que lo hace muy útil pero, por otro lado, tienen el inconveniente de que como la reacción es muy rápida, el gradiente alrededor de la burbuja se ve alterado y los resultados que se obtienen son sobreestimados. Para solucionar ese problema se desarrolló un método alternativo en el cual, en lugar de trabajar con la solución concentrada de Na₂SO₃ en el reactor y con una concentración de oxígeno cercana a 0, se agrega una solución de Na₂SO₃ a un caudal tal que toda la sal se consume al momento de ingresar al reactor. Como la velocidad de ingreso de sulfito es menor a la velocidad de trasferencia de oxígeno, la concentración de oxígeno disuelto es distinta de 0.
La ecuación estequiométrica que representa a la reacción que ocurre entre sulfito y el oxígeno es:

La velocidad de la reacción puede representarse según la ecuación:

donde:
k = Constante de velocidad,
m y n = Coeficientes que deben determinarse experimentalmente y representan al orden de la reacción para sulfito y oxígeno respectivamente.

Las ecuaciones que representan al balance de materia para el O₂ y el Na₂SO₃ son las siguientes:

Donde:

V_L = Volumen del reactor,
C_A y C_B = Concentraciones de O₂ disuelto y sulfito en el medio,
C_AF y C_BF = Concentraciones de O₂ y sulfito en la alimentación,
Q = Caudal de alimentación.

Cuando se alcanza el estado estacionario el término de consumo químico puede eliminarse de las ecuaciones anteriores sustrayéndolas y se obtiene la ecuación que permite calcular el KLa:

En las condiciones de operación, la concentración de sulfito que no reaccionó en el medio, la concentración de oxígeno en la alimentación en el reactor son despreciables si se les compara a la concentración de sulfito en la alimentación, con lo que la ecuación puede reducirse a:

Al utilizar este método solo hay que tener cuidado con el pH, al agregar sulfito al medio se provoca una caída considerable del pH y este parámetro es importante para la medición del K_La este problema se resuelve si se controla la acidez del medio donde se determine el coeficiente de transferencia de oxígeno.

1.4.3. Parámetros y especificaciones de equipo

Ya hemos estudiado los principales parámetros a tomar en cuenta para mejorar la agitación y mezclado en un biorreactor, en forma de resumen podemos decir que es de suma importancia la elección de un sistema de agitación eficiente que favorecerá el mezclado con los beneficios ya descritos. Hay que recordar nuevamente que debemos impedir la formación de flujos circulatorios con el uso de deflectores que evitan este tipo de flujos. Para biorreactores siempre serán mejores los rodetes planos ya que los de hélice y turbina generan grandes esfuerzos cortantes que pueden causar lisis celular. No dejar a un lado los reactores en donde la agitación es debida a los flujos generados por la inyección de aire.

En este tipo de reactores se alcanza una excelente disolución de oxígeno sin embargo nos podemos enfrentar a la formación de espuma la cual habrá que controlar con el uso de antiespumantes. Finalmente, una vez que tenemos el biorreactor será necesario estimar el coeficiente de transferencia de oxígeno es decir, el K_La el cual nos permitirá estimar la eficiencia de equipo además de indicarnos el consumo de oxigeno durante el proceso de producción de metabolitos. La operación unitaria de agitación es fundamental para la optimización de producción de metabolitos de interés biotecnológico. No dejes de leer y de documentarte más sobre este apasionante tema que su control se verá reflejado en mejores procesos.

Revisar esta bibliografia y fuentes.

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Información tomada de UnADM. Operaciones unitarias II. Agitación y mezclado