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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO 
INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL 
DISEÑO DE BIORREACTORES 
OBJETIVOS 
GEN...
INTRODUCCIÓN 
El biorreactor es el centro de todo proceso biotecnológico. El 
diseño y análisis del comportamiento depende...
BIORREACTORES CON AGITACIÓN MECÁNICA 
Biorreactores con agitación mecánica 
Sin circulación interna. 
*Velocidad de rotaci...
BIORREACTORES CON AGITACIÓN MECÁNICA 
Biorreactores con agitación mecánica 
Sin circulación interna. Con circulación inter...
BIORREACTORES CON AGITACIÓN 
NEUMÁTICA 
BIORREACTORES CON AGITACIÓN NEUMÁTICA 
Biorreactores con agitación neumática 
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Sin circulación Con circulación interna Con ...
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con agitación neumática y mecánica 
A pesar de su uso extensivo 
tradicional, los bio...
Bioreactores Neumáticos 
Columnas de 
Burbujeo 
Airlift 
Bioreactores Mecánicos 
1)Columnas más simples, al cual se le dis...
COMPARACIÓN ENTRE LOS BIORREACTORES CON 
AGITACIÓN NEUMÁTICA Y MECÁNICA 
Agitación Mecánica 
• Mecánicamente complejos 
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•Fundamentalmente por su aplicación en la producción de 
compuestos de actividad farmacológica y vacunas. Salud 
•En la pr...
Mecánico 
Son los más comúnmente utilizados en 
fermentación, tienen alta eficiencia en 
líquidos viscosos. Por ejemplo en...
USO DE BIORREACTORES 
Sin embargo en la actualidad los 
biorreactores agitados con gas tienden a 
ser preferidos a los tra...
El microorganismo, Saccharomyces cerevisiae es una levadura a la que, para obtener el producto 
deseado, se manipula el me...
EJEMPLO DE PRODUCCIÓN MEDIANTE EL USO DE SACCHAROMYCES CEREVISIAE, 
EN UN AGITADOR MECÁNICO.
EJEMPLO DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES DE LA CIUDAD DE MÉXICO EN EL 
DISTRITO FEDERAL MEDIANTE EL USO DE UN...
EJEMPLO DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES DE LA CIUDAD DE MÉXICO EN EL 
DISTRITO FEDERAL MEDIANTE EL USO DE UN...
CONCLUSIONES: 
 Un Biorreactor mecánico difiere de un neumático en sus mecanismos de funcionamiento, descritos en 
el pre...
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Biorreactores con agitado neumatico y mecanico

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Comparación de Biorreactor mecánico y neumático

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Biorreactores con agitado neumatico y mecanico

  1. 1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL DISEÑO DE BIORREACTORES OBJETIVOS GENERAL Comparar las características operacionales de los biorreactores mecánicos y neumáticos. ESPECÍFICOS • Puntualizar el mecanismo diferencial en el funcionamiento de un biorreactor mecánico y un neumático. • Determinar la clasificación del biorreactor mecánico y neumático, para verificar similitudes, en su funcionamiento. • Determinar las áreas de aplicación ambiental de los biorreactores mecánicos y neumáticos. INTEGRANTES: • JHOANA BASTIDAS • CHRISTIAN CAMACHO • ANDREA ECHEVERRÍA • ANA BELÉN MEJÍA • CARMEN YAMBAY
  2. 2. INTRODUCCIÓN El biorreactor es el centro de todo proceso biotecnológico. El diseño y análisis del comportamiento dependen de la cinética de las reacciones biológicas y de los balances de mataría y energía. El agitador neumático consiste en aplicar en el fondo del estanque un tubo con perforaciones por las cuales se libera una presión de aire obtenida de un compresor adicional que debe tener el equipo. Es muy poco usado. El agitador mecánico consiste en un eje provisto de una serie de paletas ubicado el fondo del estanque las que producen turbulencia al girar a unas 90 a 120 revoluciones por minuto. La única dificultad es que su eje a la entrada al estanque y en el punto de apoyo presentan pérdidas de líquido.
  3. 3. BIORREACTORES CON AGITACIÓN MECÁNICA Biorreactores con agitación mecánica Sin circulación interna. *Velocidad de rotación del agitador entre 50-60 RPM *Velocidad periférica en el extremo de la paleta 5 m/s *Efecto de cizalladura reducido *Asegura transferencia de oxígeno necesaria Con circulación interna *Móvil de agitación diseñado como el rotor de una bomba centrifuga *El líquido de fermentación y el gas de aireación se aspiran y mezclan hacia la parte superior donde se expulsan de forma radial *Buena capacidad de transferencia de oxígeno
  4. 4. BIORREACTORES CON AGITACIÓN MECÁNICA Biorreactores con agitación mecánica Sin circulación interna. Con circulación interna
  5. 5. BIORREACTORES CON AGITACIÓN NEUMÁTICA BIORREACTORES CON AGITACIÓN NEUMÁTICA Biorreactores con agitación neumática Sin circulación *Brindan una baja transferencia de oxigeno y sensible acción de cizalladura *Utiliza columnas de burbujas * Su diseño permite aumentar el tiempo de permanencia de las burbujas de gas estableciendo una altura muy superior a su diámetro Con circulación interna * Diseñados para fermentación continua * Un diseño pequeño brinda una suspensión celular en la zona central donde tiene lugar la alimentación del medio de cultivo * Un diseño grande brinda un sentido de circulación inverso, la expansión y la alimentación se hace en la zona periférica. Con circulación externa * Circulación organizada en dos zonas interconectadas, por un bafle o tubo de draft * La columna montante, ascendente o riser brinda la fase de oxigenación * El compartimiento descendente o downcomer realiza una reinyección de aire * Provoca un aumento en la velocidad de circulación contra la base * Permite obtener un buen coeficiente de intercambio térmico y una buena recirculación basada en la diferencia de densidad.
  6. 6. BIORREACTORES CON AGITACIÓN NEUMÁTICA Biorreactores con agitación neumática Sin circulación Con circulación interna Con circulación externa
  7. 7. Comparación entre los biorreactores con agitación neumática y mecánica A pesar de su uso extensivo tradicional, los biorReactores agitados mecánicamente tienen un grupo de limitaciones significativas, cuando se comparan con los biorreactores neumáticos, o sea los que son agitados por la inyección de gas. En la actualidad los biorreactores con agitación neumática son mas utilizados que los mecanicos, sobre todo en las nuevas aplicaciones de la Biotecnología Industrial relacionadas con materiales frágiles como las células animales y vegetales
  8. 8. Bioreactores Neumáticos Columnas de Burbujeo Airlift Bioreactores Mecánicos 1)Columnas más simples, al cual se le dispersa gas en su parte inferior 2)Airlift que se han empleado exitosamente en casi todos los tipos de fermentaciones Son tanques cilíndricos con un motor que se mueve una flecha central, la cual soporta uno o mas agitadores, utilizan bafles y es comúnmente utilizado en los años 40, durante la segunda guerra mundial y es aplicado especialmente en la industria farmacéutica por ser económico
  9. 9. COMPARACIÓN ENTRE LOS BIORREACTORES CON AGITACIÓN NEUMÁTICA Y MECÁNICA Agitación Mecánica • Mecánicamente complejos • En muchas ocasiones provocan alta cizalladura • Carga de gas limitada por inundación del impelente • Flexibilidad de operación • Difíciles de limpiar; mayores posibilidades contaminación en operaciones extendidas • En medios no-Newtoniano se crean canales de gas a través de zona impelente Agitación neumática • Mecánicamente simples y robustos • Muy baja cizalladura, adecuados para cultivos frágiles • Posibilidad de admitir altas cargas de gas (especialmente los airlift) • Limitada flexibilidad. Requieren de un diseño más cuidadoso • Fáciles de limpiar, posibilitan operación aséptica extendida • Distribución más uniforme de la turbulencia
  10. 10. •Fundamentalmente por su aplicación en la producción de compuestos de actividad farmacológica y vacunas. Salud •En la producción de bebidas, enzimas, saborizantes, productos lácteos, etc. Industria de alimentos •Producción vegetal y animal por un conjunto variado de procesos microbiológicos que se han enriquecido notablemente, con la utilización de técnicas de ingeniería genética. Agropecuaria •Relacionada con la biolixiviación o la aplicación de microorganismos en la extracción de metales de minerales de baja ley. Minería •Se refiere fundamentalmente a la aplicación de microorganismos en la purificación de efluentes, aspecto fundamental para el mantenimiento de la calidad de vida. Servicio
  11. 11. Mecánico Son los más comúnmente utilizados en fermentación, tienen alta eficiencia en líquidos viscosos. Por ejemplo en la producción de alcohol, antibióticos, lácteos fermentados, biomasa, entre otros. Neumático Se han utilizado para el cultivo de células bacterianas y levaduras, fermentaciones con hongos, cultivo de células animales y vegetales, enzimas inmovilizadas y biocatálisis celular, cultivos de microalgas, en la producción de vinagre y cerveza en gran escala y para el tratamiento de aguas residuales
  12. 12. USO DE BIORREACTORES Sin embargo en la actualidad los biorreactores agitados con gas tienden a ser preferidos a los tradicionales agitados mecánicamente, sobre todo en las nuevas aplicaciones de la Biotecnología Industrial relacionadas con materiales frágiles como las células animales y vegetales
  13. 13. El microorganismo, Saccharomyces cerevisiae es una levadura a la que, para obtener el producto deseado, se manipula el medio al controlar la cantidad de sustrato añadido en una fermentación por lote alimentado. Podemos controlar la cantidad de producto y el producto de nuestro interés. A cantidades limitadas de sustrato, existe una mayor producción de biomasa, mientras que al aumentar el sustrato, se tiene una mayor producción de etanol. Por ello, para este microorganismo, se controla principalmente la cantidad de C02 que sale y el 02 que entra, para poder predecir el producto a obtener. Generalmente, el microorganismo se coloca en un medio de cultivo nutritivo con extracto de levadura, glucosa y minerales necesarios para su crecimiento.
  14. 14. EJEMPLO DE PRODUCCIÓN MEDIANTE EL USO DE SACCHAROMYCES CEREVISIAE, EN UN AGITADOR MECÁNICO.
  15. 15. EJEMPLO DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES DE LA CIUDAD DE MÉXICO EN EL DISTRITO FEDERAL MEDIANTE EL USO DE UN BIORREACTOR NEUMÁTICO. Las Aguas residuales municipales fueron depuradas mediante lodos activados en un biorreactor neumático airlift. Con un tiempo de residencia hidraúlica de 4 h y una recirculación de lodos activados del 95%. Los lodos se desarrollaron inicialmente por una aireación prolongada bajo condiciones que favorecen el crecimiento de organismos que tienen la habilidad especial de oxidar materia orgánica, en este caso se usaron sepas de Spirobacterias, Vitreoscilla, Spharerotilus y Beggiatoa.
  16. 16. EJEMPLO DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES DE LA CIUDAD DE MÉXICO EN EL DISTRITO FEDERAL MEDIANTE EL USO DE UN BIORREACTOR NEUMÁTICO. Cuando los lodos que contienen estos organismos entran en contacto con las aguas negras, los materiales orgánicos se oxidan, y las partículas en suspensión y los coloides tienden a coagularse y formar un precipitado que se sedimenta con bastante rapidez. Se tuvieron remociones de 97% de DQO y 90% de DBO. Es necesario un control de operación muy elevado para asegurar que se tenga una fuente suficiente de oxigeno, que exista un contacto íntimo y un mezclado continuo de las aguas negras y de los lodos.
  17. 17. CONCLUSIONES:  Un Biorreactor mecánico difiere de un neumático en sus mecanismos de funcionamiento, descritos en el presente trabajo, dichas diferencias los hacen útiles en diferentes áreas industriales y ambientales.  Un biorreactor mecánico utiliza agitación mecánica ya sea por paletas o turbina (90 a 120 rpm Y 1HP de potencia), lo que conlleva gasto de energía; por su parte un biorreactor neumático consiste básicamente en un tubo con perforaciones por las que ingresa aire, generalmente ubicado en el fondo del tanque, no demanda exceso en el gasto de energía.  Ambos biorreactores, tanto mecánicos como neumáticos pueden presentar circulación (interna y externa), así como también pueden ser sin circulación.  Los biorreactores mecánicos son utilizados en fermentación, tienen alta eficiencia en líquidos viscosos. Como la producción de biomasa, entre otros; los biorreactores neumáticos son útiles para procesos microbiológicos que no requieren una transferencia de oxígeno importante: fermentaciones con hongos, cultivo de células animales y vegetales, enzimas inmovilizadas y biocatálisis celular, cultivos de microalgas.

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