3*PARCIAL.
CLASIFICACION DE BOMBAS.
Funcion del rodete o impulsor:es el corazon de la bomba y gira solidario con el eje de la maquina y consta de un cierto numero de aalambres que importen energia al fluido en forma de energie a precion y cinetica.
LOS IMPULSORES SE CLASIFICAN EN de simple y de doble succion simple siccion: el liquido entra por un externo en tanto que el doble succion podria conciderarse como una forrma por dos de simple succion colocadas espalda con espalda.
FINCION DE LA CORONA DIRECTRIZ:recoger el liquido del rodete y transformar la energia cinetica, comunicada en el rodete por energia de presion.
BOMBAS TERMEELECTRICAS: las bombas son un elemento de gran importancia por su funcionamiento pues con ellas hacen mas eficiente el ciclo basico.
VALVULA: es un aparato mecanoco con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulacion de liquidos o gases madiante una pieza movible que abre,cierra u obstruye en forma parcial uno o mas orificios.
MEDIDAS GENERALES DE LAS VALVULAS. Van desde una fraccion de pulgada hasta 30 ft(9m)mas de diametro.
Las bombas son de gran importancia que ellas hacen mas suficiente el ciclo basico que se cumple en el corazon de la planta,en la produccion de energia electrica.
a)Bombas de condezando
b)Bombas de circulacion
c)Bombas de dimenteacion
MENOR IMPORTANCIA SON:
a)Bombas de aceite para reductor de engrana
b)Bombas de aceite con combustible
c)Bombas de aceite lubricante
d)Bombas de vacio
e)Bombas de agua desmineralizada
f)Bombas para agua de servicio neral
APLICACION DE BOMBAS EN PLANTAS TERMONUCLEARES
Es la maxima reduccion de fugas para evitar cualquier contaminacion con minerales radioactivos.Se han disenado los distintos tipos de bombas
Los aceros mas usados para la fabricacion de las bombas son aceros inoxidables del tipo 304 y 316.
El caucho natural se utiliza cuando el revestimiento natural tiene un amplio uso en condiciones en las que no hay abracion corrosion o ambas.
Las bombas dinamicas por entrada de fluido de bola,valvulas de mariposa,de apriete,de difragma,de macho,de retencion y de desahogo(alivio).
VALVULA DE COMPUERTA. Es una valvula de vueltas multiples en la cual se cierra un orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en angulos sobre el asiento.
VALVULA DE MACHO. Es de 1/4 de vuelta de control la circulacion por medio de un mancho cilindro o conico que tiene un agujero en el centro que se puede mover de la posicion abierta a la cerrada mediante un giro de 90*.
VALVULA DE GLOBO. Es de vueltas multiples,en el cual el cierre se logra por medio de un disco o tapon,una valvula de globo es de cierre o corta el paso del fluido en su asiento que puede estar paralelo con la circulacion en la tuberia.
VALVULA DEE MARIPOSA. Una valvulade retencion de mariposa tiene un disco dividido embrisagrado en un eje en el centro del disco de modo que un cello flexible sujeto al disco a 45 grados con el cuerpo de la valvula para abrir por completo .
COMPRESORES. Eun aparato que puede comprimir cualquier gas por medio de un bombeo en una caldera o bomba,
CALDERAS. Se llama caldera a un recipiente que sirva para calentar. Es el artefacto en el que se calienta el agua por emisores mediante una rede de tuberias.
CINCO APLICACIONES DE BOMBAS.
1.-Bombas de alimentacion de caldera.
2.-Bombas de compresado
3.-Bombas de drenaje
4.-Bombas de pozo de pozo profundo.
5.-Bombas de circulacion.
A) Bombas con motor de sierre nermetico
B) Bombas de motor sumergido
C) Bomba de motor de atmosfera de gas
D) Bombas de motor en aceite
E) Bomba con fuga controlada
F) Bomba electrica
G) Bomba con diafragma especial
APLICACION DE BOMBAS EN MAQUINAS DE CONBUSTION INTERNA
Generalmente son bambas centrifugas de simple succion impulsor abierto o semiabierto y algunos casos
A) Tipo de lobulos
B) Tipo de engranes
APLICACION DE BOMBAS EN SERVICIO MARINO
Son de suma importancia en barcos tanto mercantes militares o pasajeros.
a) BOMBA CENTRIFUGA . Son aplicadas en servicios de calderas drenajesenfriamiento de maquinaria servicio de transferencia de combustion y circulacion de aceites lubricantes.
b) BOMBAS ROTATORIAS. Son aplicadas en servicios de calderas drenajes enfriamiento en maquinaria servicio de transferencia de combustio y sirculacion de aceites lubricantes
c) BOMBAS RECIPROCANTES DE ADICION DIRECTA. Se aplica para bombeo de alimentacion de calderas agua potable sistema contra incendio pruevas idraullicas y de bacio ; accionadas para vapor se sigen husando como unidad de reserva
MANOMETROS
Miden la diferencia entre la precion de un fluido y la presion atmosferica local consiste en un tubo en forma de u con un extremo conectado al resipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmosfera. El tubo contiene un liquido, con agua, aceite o mercurio,diferencia los niveles del liquido en ambas ramas indica la diferencia entre la precion del recipiente y la precion atposferica loca.
CLASIFICACION DE BOMBAS.
Funcion del rodete o impulsor:es el corazon de la bomba y gira solidario con el eje de la maquina y consta de un cierto numero de aalambres que importen energia al fluido en forma de energie a precion y cinetica.
LOS IMPULSORES SE CLASIFICAN EN de simple y de doble succion simple siccion: el liquido entra por un externo en tanto que el doble succion podria conciderarse como una forrma por dos de simple succion colocadas espalda con espalda.
FINCION DE LA CORONA DIRECTRIZ:recoger el liquido del rodete y transformar la energia cinetica, comunicada en el rodete por energia de presion.
BOMBAS TERMEELECTRICAS: las bombas son un elemento de gran importancia por su funcionamiento pues con ellas hacen mas eficiente el ciclo basico.
VALVULA: es un aparato mecanoco con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulacion de liquidos o gases madiante una pieza movible que abre,cierra u obstruye en forma parcial uno o mas orificios.
MEDIDAS GENERALES DE LAS VALVULAS. Van desde una fraccion de pulgada hasta 30 ft(9m)mas de diametro.
Las bombas son de gran importancia que ellas hacen mas suficiente el ciclo basico que se cumple en el corazon de la planta,en la produccion de energia electrica.
a)Bombas de condezando
b)Bombas de circulacion
c)Bombas de dimenteacion
MENOR IMPORTANCIA SON:
a)Bombas de aceite para reductor de engrana
b)Bombas de aceite con combustible
c)Bombas de aceite lubricante
d)Bombas de vacio
e)Bombas de agua desmineralizada
f)Bombas para agua de servicio neral
APLICACION DE BOMBAS EN PLANTAS TERMONUCLEARES
Es la maxima reduccion de fugas para evitar cualquier contaminacion con minerales radioactivos.Se han disenado los distintos tipos de bombas
Los aceros mas usados para la fabricacion de las bombas son aceros inoxidables del tipo 304 y 316.
El caucho natural se utiliza cuando el revestimiento natural tiene un amplio uso en condiciones en las que no hay abracion corrosion o ambas.
Las bombas dinamicas por entrada de fluido de bola,valvulas de mariposa,de apriete,de difragma,de macho,de retencion y de desahogo(alivio).
VALVULA DE COMPUERTA. Es una valvula de vueltas multiples en la cual se cierra un orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en angulos sobre el asiento.
VALVULA DE MACHO. Es de 1/4 de vuelta de control la circulacion por medio de un mancho cilindro o conico que tiene un agujero en el centro que se puede mover de la posicion abierta a la cerrada mediante un giro de 90*.
VALVULA DE GLOBO. Es de vueltas multiples,en el cual el cierre se logra por medio de un disco o tapon,una valvula de globo es de cierre o corta el paso del fluido en su asiento que puede estar paralelo con la circulacion en la tuberia.
VALVULA DEE MARIPOSA. Una valvulade retencion de mariposa tiene un disco dividido embrisagrado en un eje en el centro del disco de modo que un cello flexible sujeto al disco a 45 grados con el cuerpo de la valvula para abrir por completo .
COMPRESORES. Eun aparato que puede comprimir cualquier gas por medio de un bombeo en una caldera o bomba,
CALDERAS. Se llama caldera a un recipiente que sirva para calentar. Es el artefacto en el que se calienta el agua por emisores mediante una rede de tuberias.
CINCO APLICACIONES DE BOMBAS.
1.-Bombas de alimentacion de caldera.
2.-Bombas de compresado
3.-Bombas de drenaje
4.-Bombas de pozo de pozo profundo.
5.-Bombas de circulacion.
A) Bombas con motor de sierre nermetico
B) Bombas de motor sumergido
C) Bomba de motor de atmosfera de gas
D) Bombas de motor en aceite
E) Bomba con fuga controlada
F) Bomba electrica
G) Bomba con diafragma especial
APLICACION DE BOMBAS EN MAQUINAS DE CONBUSTION INTERNA
Generalmente son bambas centrifugas de simple succion impulsor abierto o semiabierto y algunos casos
A) Tipo de lobulos
B) Tipo de engranes
APLICACION DE BOMBAS EN SERVICIO MARINO
Son de suma importancia en barcos tanto mercantes militares o pasajeros.
a) BOMBA CENTRIFUGA . Son aplicadas en servicios de calderas drenajesenfriamiento de maquinaria servicio de transferencia de combustion y circulacion de aceites lubricantes.
b) BOMBAS ROTATORIAS. Son aplicadas en servicios de calderas drenajes enfriamiento en maquinaria servicio de transferencia de combustio y sirculacion de aceites lubricantes
c) BOMBAS RECIPROCANTES DE ADICION DIRECTA. Se aplica para bombeo de alimentacion de calderas agua potable sistema contra incendio pruevas idraullicas y de bacio ; accionadas para vapor se sigen husando como unidad de reserva
MANOMETROS
Miden la diferencia entre la precion de un fluido y la presion atmosferica local consiste en un tubo en forma de u con un extremo conectado al resipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmosfera. El tubo contiene un liquido, con agua, aceite o mercurio,diferencia los niveles del liquido en ambas ramas indica la diferencia entre la precion del recipiente y la precion atposferica loca.
B.- Esterilizacion Continua.
Las dos desventajas principales de la esterilizacion discontinua, dano al medio de cultivo y alto consumo de energia, pueden ser evitadas en gran parte mediante el uso de un procedimiento de esterilizacion continua. El calentamiento del medio de cultivo para la esterilizacion continua puede ser llevado a cabo madiante inyeccion de vapor o mediante intercambiadores de calor.
El proceso continuo que utiliza intercambiadores de calor,se precalienta a 90-120 grados C durante 20-30 segundos por la solucion nutritiva previamente esterilizada que sale.
El proceso que se utiliza intercembiadores de calor 90% del aporte de energia. La desventsja de ste metodo es que con algunas soluciones de nutrientes se forman sales insolubles y aparecen incrustores en el primer intercambiador de calor debido a las diferencia de de temperatura entre la solucion de nutrientes esterilizada y la silucion de nutrientes esterilizada y la solucion fria que entra.
Las soluciones que contienen almidones, que se hacen viscisas cuando se calientan, son dificiles de utilizar en procesos de esterilizacion continua. El tiempo de calentamiento para particulas de 1mm es de 1 segundo: para particulas de 1 cm es de 100 segundos.
ESTERILIZACION DEL AIRE DE FERMENTACION.
La mayor parte de las fermentaciones industriales operan en condiciones de agitacion vigorosa y el aire que se suministra al fermentador debe ser esterilizado.
Los metodos existentes para la esterilizacion de los gases incluyen la filtracion. Las desventajas de los filtros de lana de vidrio incluyen el arrugamiento y la solidificacion durante la esterilizacion por vapor.
Las deventajas de estos fitros es que son sustacialmente mas pequenos, debido a la concentracion de los cartuchos es facil remplazar los elementos filtrantes utilizados, al poseer una estructura membraanosa, tienen un efecto de filtros absolutos.
Los requisitos de un sistema de filtracionilizacion del aire debem ser:
*el sistema debe ser sencillo.
*su operacion.
*debe ser estable y resistente a avarias esterilizaciones con vapor.
*deba acondicionar el aire, ajustando temperatura y humedad.
EL CULTIVO DE LOS MICROORGANISMOS
Es el procedimiento mediante el cual se promeve el crecimiento lo microorganismos, estte se logra proporcionales las condiciones ambientales adecuadas:nutrientes, pH,temperatura, y aeracion.
NUTRICION
El aprivisionamiento de netrientes para el crecimiento de un organismo se denomina nutricion .
MEDIOS DE CULTIVO.
Seran concideradas dos problemas: La eleccion de un medio adecuado y el aislamiento de un organismo bacteriano en cultivo puro.
EL MEDIO:
La tecnica usada y el tiempode de medio seleccionado depende de la naturaleza de la investigacion.
Las dos desventajas principales de la esterilizacion discontinua, dano al medio de cultivo y alto consumo de energia, pueden ser evitadas en gran parte mediante el uso de un procedimiento de esterilizacion continua. El calentamiento del medio de cultivo para la esterilizacion continua puede ser llevado a cabo madiante inyeccion de vapor o mediante intercambiadores de calor.
El proceso continuo que utiliza intercambiadores de calor,se precalienta a 90-120 grados C durante 20-30 segundos por la solucion nutritiva previamente esterilizada que sale.
El proceso que se utiliza intercembiadores de calor 90% del aporte de energia. La desventsja de ste metodo es que con algunas soluciones de nutrientes se forman sales insolubles y aparecen incrustores en el primer intercambiador de calor debido a las diferencia de de temperatura entre la solucion de nutrientes esterilizada y la silucion de nutrientes esterilizada y la solucion fria que entra.
Las soluciones que contienen almidones, que se hacen viscisas cuando se calientan, son dificiles de utilizar en procesos de esterilizacion continua. El tiempo de calentamiento para particulas de 1mm es de 1 segundo: para particulas de 1 cm es de 100 segundos.
ESTERILIZACION DEL AIRE DE FERMENTACION.
La mayor parte de las fermentaciones industriales operan en condiciones de agitacion vigorosa y el aire que se suministra al fermentador debe ser esterilizado.
Los metodos existentes para la esterilizacion de los gases incluyen la filtracion. Las desventajas de los filtros de lana de vidrio incluyen el arrugamiento y la solidificacion durante la esterilizacion por vapor.
Las deventajas de estos fitros es que son sustacialmente mas pequenos, debido a la concentracion de los cartuchos es facil remplazar los elementos filtrantes utilizados, al poseer una estructura membraanosa, tienen un efecto de filtros absolutos.
Los requisitos de un sistema de filtracionilizacion del aire debem ser:
*el sistema debe ser sencillo.
*su operacion.
*debe ser estable y resistente a avarias esterilizaciones con vapor.
*deba acondicionar el aire, ajustando temperatura y humedad.
EL CULTIVO DE LOS MICROORGANISMOS
Es el procedimiento mediante el cual se promeve el crecimiento lo microorganismos, estte se logra proporcionales las condiciones ambientales adecuadas:nutrientes, pH,temperatura, y aeracion.
NUTRICION
El aprivisionamiento de netrientes para el crecimiento de un organismo se denomina nutricion .
MEDIOS DE CULTIVO.
Seran concideradas dos problemas: La eleccion de un medio adecuado y el aislamiento de un organismo bacteriano en cultivo puro.
EL MEDIO:
La tecnica usada y el tiempode de medio seleccionado depende de la naturaleza de la investigacion.
2° PARCIAL.
PREPARACION DE MEDIOS DE CULTIVO.
El crecimiento de los microoorganismos, su multiplicacion implica que necesitan duplicar material celulas.Las celulas utilizan elementos quimicos que provienen del medio ambiente para transformarlos en los contituyentes. Estos compuestos quimicos se llaman nutrientes t proceso por el cual una celula transforma estos nutrientes se denominan anabolismo o biosintesis.
Cuando los microoorganismos se separan de un habitat y se cultivan en laboratorio o industria, se deben usar medios de cultivo que contengan los elementos quimicos necesarios.
Un medio de cultivo es una solucion acuosa que contiene los nutrientes apropiados para el crrecimiento optimo de uin microorganismo. Los nutrientes existentes en el medio de cultivo dan a la celula microbiana los ingredientes requeridos para que produzca mas celulas.
Los nutrientes que requiere una celula para su crecimiento vendran determinados por la composicion de la celula se clacifican en cuatro gruppos:
A) Macronutrientes: Son requeridos poe los micronutrientes en grandes cantidades tales como el carbono, Hidrogeno,Oxigeno , Nitrogeno.
B)Micronutrientes:Oxigeno y Nitrogeno.
c)Vitamina y Hormonas.
D) Elementos traza : Hierro,Zinc,Cobre, Manganeso, Molibdeno,Cobalto.
Los medios utilizados en el cultivo de los microorganismos contienen todos los elementos en forma adecuada para las sisntesis del material celular y para la produccion de productos en un laboratorio pueden utilizarse productos quimicos definidos puros para la obtencion de medios de cultivo, pero en las fermentaciones industriales se utilizan frecuentemente sustratos complejos casi identificables. En muchos casos los ingredientes de los medios son productos de otras industrias siendo extremadamente variados en su composicion.
Los medios quimicamente definidos se preparan adicionando cantidades precisas de sustancias organicas o inorganicas puras al agua destilada por lo tanto se conoce la composicion quimica exacta de un medio definido, conocer la composicion exacta de no es indispensable.
La comnposicion de los mmedios de cultivo debe ser constantemente adaptada por el proceso de fermentacion.
Los medios de cultivo se pueden preparar para ser usados en estado liquido o en estado gel. Un medio de cultivo liquido es convertido en el estado semisolido si se le añade agente gelificante.Se fabrica a partir de algunas algas marinas y no es un nutriente para la mayor parte de lo0s microorganismos.
Materias primas empleadas en fermentaciones Industriales .
1.- Fuentes de Carbono.
Los carbohidratos son tradicionalmente las fuentes de carbono utilizadas en la industria de la fermnetacion.
a) Las melazas: un subproducto de la produccion del azucar, es una de las fuentes mas baratas de carbohidratos.
b) El extracto de malta: un nextracto acuoso de la cebada malteada , es un sustrato excelente para muchos hongos filamentosos, levaduras actinomicetos.
c)La celulosa: debido a su amplia disponibilidad y bajo costo; esta ciendo extensamente estudiada co sustratode fermentacion.
d)Los aceites vegetales: como el aceite de soya, el aceite de algodony el aceite de palma son utilizados principalmente como cosustrato, siendo añadidos el medio en el que los carbihidratos proporcionan la principal fuente de energia.
2.-FUentes de Nitrogeno.
a)El liquido de maceracion del maiz: es una fuente de nitrogeno que es metabolizado eficientemente se forma durante la produccion de almidona partis de maiz.
b)Los extractos de levadura: son excelentes sustratos para muchos microorganismos
c)Las peptonas: pueden ser utilizadas por muchos microorganismos pero son relativamente cara para la aplicacion industrial.
ESTERILIZACION INDUSTRIAL.
Introduccion.
La esterilizacion es el proceso de conseguir la esterildad, en la que no existen grados. La desinfeccion implica que el material ha sido tratado a fin de eliminar o reducir el riesgo de organismos patogenos, pero no implica que todos los organismos viables hayan sido inactivos.
Los procedimientos de esterilizacion son ampliados para:
1.-Asegurar que un proceso o experimento sea llevado a cobo solamente con el organismo deseado.
2.- Permitir la utilizacion segura de los productos.
3.- Evbitar contaminacion ambiental.
4.- Impedir el deterioro de un producto.
Para llevar cabo una fermentacion con exito es impresindible y obligatoriotener en todas las etapas cultivos libres de contaminacion, desde el cultivo preliminar hasta el fermentador de produccion.
Durante una fermentacion se debe tomar observar dos puntos para esegurar la esterilidad:
* Esterilidad en el medio de cultivo.
* Esterilidad del aire que entra y sale.
ESTERILIZACION DEL MEDIO DE CULTIVO.
Existen dos tipos de esterilizacion de medios:
1.-Eliminacion fisica, donde se puede utilizar:
*filtracion
*centrifugacion.
*flotacion.
* atarccion electrtica.
*intercambioionico.
*adsorcion
2.-Eliminacion por destruccion, donde se puede utilizar:
*calor humedo.
*calor seco.
*radiacion electromagnetica.
*radiacion sonica.
*agentes quimicos.
A.- Esterilizacion discontinua.
Un metodo de estelizacion es inyectar vapor en la camisa del fermentador o en los serpentines interiores. Oro metodo es inyectar vapor en la propia solucion de nutrientes.
Entre los inconvenientes del proceso de esterilizacion discontinuapor calor mse necesitan de 2 a 3 horas para alcanzar la temperatura de esterilizacion (121°c) lo que depende de la conduccion del vapor y del tamañodel fermentador.
Otra desventaja de la esterilizacin ppor calor es que la sfases de calentamiento, esterilizacion y enfriamiento no solamente matan a los microorganismos, sino tambien alteran severamente la solucion de nutrientes.
martes 30 de noviembre de 2010
En los procesos convencionales que acavamos de describir, todos los sustratos se añaden al principio de la fermentacion. Una mejora del proceso cerrado discontinuo es la fermentacion alimentada que se utiliza en la produccion de susutancias como la penicilina. Los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progesa la fermentacion. En metodo alimentado y continian añidiendose a pequeñas dosis durante la fase de produccion.
3.-Fermentacion contunua.
Seestablece un sistema abierto. La solucion nutritiva esteril se añade continuamente al biorreactor y una cantida equibalente de solucion utilizada de los nutrientes con los microorganismos, se saca simultaneamente del sistema.
El objetivo fundamental de la idustria de las fermentaciones es minimizar costes e incrementar los rendimientos. Los proceso de fermentacion contunia no se utilizan de forma general en la industria, debido fundamentalmente al mayor nivel de experiencia que se tiene en el crecimiento de celulas en fermentacion discontinua, el coste de biomasa mediate cultivo continuo es potencialmente inferior al de cultivo discontinu. De este modo se han instalado plantas p'ara la produccion continua de proteinas, para la produccion continua de proteinas de origen unicelular a partir de n-alcanos, compuetos C1y almidone.
Solo unos pocos procesos han resultado utiles para la aplicacion practica por varias razones.
a.- Muchos metodos de laboratorio operan durante solamente 20 a 200 horas; para que sea de utilidad debe ser estable durante almenos 500 a 1000 horas.
b.- Mantener laws condiciones eteriles a escala industrial a lo largo de un olago periodo de tiempo es dificil.
c.- La composicion de olos sustrato debe ser constante a fin de obtener una produccion maxima. Las soluciones de nutrientes industriales son variables(liquido de maceracion del mai, peptona, etc...)lo mque puedo originar combios en la fisologia de la celula y disminueir la prodctividad.
d.- Cuando se utilizan ceoas de alto rendimiento se producen mutantes degenerados pueden creser en cultivo continuo mas deprisa que las cepas de produccion por lo que el rendimiento disminuye con el tiempo ya que cada ves son menos celulas las que sitetizan el producto de interes .
4.- Reactores de enzimas o celulas inmvolizadas.
Conciste en pasar el medio fersco a travas de un biorreactor en el que por diversas tyecnicas hemos inmovilizado celulas (o enzimas). Con este sistema se eliminan los productos de desequilibrio (estabilidad) del sistema continuo clasico y ademas el producto resultante esta lubre de celulas. Presenta el incinveniente de que no todos los microorganismos pueden inmoviliozarse.
Existen tres metodos de inmovilizar las celulas.
a.- Asociacion fisica mediante resinas de intercambio ionico. La union se puede romper facilm,ente.
b.- Union covalente mediante glutaraldehido, tolueno, di-isocianato, lodo acetil cedlulosa. Union fuerte aunque inactivacion.
c.- Atrapamiento mediante colageno, gelatina, agar, alginatos, poliacrimida, poliestireno. Es el metodo mas utilizado en inmolizacion de celulas.
AGITACION.AIREACIO
AIRACION Y MEZCLADO
El proceso de fermentacion industrial aerobio dibe disponer de un sistema de aireacion y mezclado de cultivo el reactor de tipo tanque con agitacion convencional incluye un sistema de agitacion macanico consistente eb un eje vertical con varios agitadores, en tanto que la mayoria de los borreactores de platos etan equipados co tuberia de discos localizados a lo alrgo del eje y con dimensiones controladas para conceguir un buen mazcaldo y buena dispersion a travas del medio.
TRANSFERENCIA DE MASA.
Durante el crecimiento y metabolismo microbiano tiene lugar de forma continua la trnsferncia de nutrientes y metabolitos enter el medio ambiente externo y nla celula. En este intercambio cada nutriente o metabolito experimenta diversas fases pudiendo encontrarse de fom¿rma de solido, liquido o gas.
En los procesos de fermantacion convencionales es cubierta usualmente sin dificultad, puesto que estos son suministrados en exceso en el medio. La velocidad de transferencia de masa entre la fase liquida y gaseosa esta fuertemente influenciada del gas en la fase liquida .
E l mantenimiento de un ambiente aseptico y unia condiciones aerobicas son, probablemente , los dos puntos de mayor relevancia.Los fermentadores mas ampliamente utilizados estan posvistos de mecanismos de agitacion, disopercion y aireacion asi comode sistema para el copntrol de la temperatura, PH y formacion de espuma.
La agitacion es la operacion que crea o que eselera el contacto entre dos o varias fases. El objetivo es mezclar el caldo de fermentacion para optener una suspencion uniforme que se logra acelerando las velocidadesde tranferencia de masa y calor(enrgia).
Una fermentacion microbiana puede ser conciderada como un sistema de tres fases: liquido, gas-solido y gas-liquido.
A)La fase liquida contiene sales disueltas, sustratos y metabolitos. Puede existir, en algunos casos, una segunda fase liquida si existe un sustrato inmiscible en agua como por ejemple los alcanos.
B) L a fase solida conciste en celulas individuales, bolitas de micelio, sustratos insolubles o productos del metabolismo que precipitan.
C) La fase gaseosa proporciona un reservorio para el suministro de oxigeno, para la eliminacion del CO2O.
Una adecuada agitacion produce los siguientes efectos en las ters fases:
1.-Dispercion del aire en la solucion de nutrientes.
2.-Homogeoneizacion, para igualar la temperatura, ph y concentracion de nutrientes, en el fermentador
3.-Suspencion de los microorganismos y de los nutrientes solidos .
4.-Dispercion de los liquidos inmiscibles.
Se podria concluir que cuanto mayor sea la agitacion, mejor sea el crecimiento. La agitaciuon excesiva puede romper la scelulas grande e incrementar la temperatura lo que ocaciona un descenso en la viabilidad.
Los diferentes tipos de agitacion :
1.-Agitadores rotativo, los uales tienen un sistema interno mecanico de agitacion .
2.- Columnas de burbujas, la agitacion se realiza mediante la introduccion de aire a sobrepresion.
3.-Sistema aero-elevado (airlift, que pueden tener un circuito interno o externo.La mezcla y circulacion de os fluidos son el resultado de las corrientes de aire introducido, las cuales causan diferencias en la edencidad dentro de los diferntes partes del fermentdor.
De estos tres tipos el mas utilizado el el primero ya que ews mas flexible en las condiciones de operacion .
FACTORES FISICO-QUIMICOS QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO DE LAS FERMENTACIONES INDUSTRIALES.
1.-Oxigeno.
2.-Temperatura.
3.-PH.
Oxigeno.
Uno de los factores mas criticos es el suministro de un imtercambio de gas adecuado. El oxigeno es el sustrato gaseoso mas importante para el metabolismo microbiano y el anhidrido carbono es el producto metabolico mas importante para el metabolismo mas importante. El oxigeno no es un gas muy soluble ya que una solucion saturada de oxigeno contiene aproximadamente 9mg/Lde este gas en agua.El suministro se logra pulverizando aire en el fermentador durante el proceso .
La ley de Henry describe la solubilñidad del oxigeno en soliciones de nutrientes en relacion a la presion parcial del oxigeno en la fase gaseosa.
P0
C=---------
H
A medida que aumenta la concentracion de o2 en la fase gaseosa, aumenta la proporcion de O2, en la solucion de nutrientes.
A medida que aumenta la temperatura desciende la solubilidad del oxigeno.
Una vez disuelta el O 2 este tuene que transferirse desde la burbuja de gas a cada cella individual para ello deben ser superadas varias resistenciasparcialmente independientes:
a) La resistencia dentro de la pelicula de gas a la interfase.
b) La penetracion de la interfase entre la la burbuja de gas y el liquido.
c) Transferencia desde la interfase del liquido.
d) Movimiento dentro de la solucion de nutrientes .
3) Transferencia a la superficie de la celula.
Las cdelulas microbianas proximas a al burbija de gas pueden absorber directamente el O2 a traves de la interfase aumentando la transferencia del gas a esta celulas. En los aglomerados de celulas o el las bolitas de micelio, la transferencia de gas dentro del aglomerado puede ser un factor limitante.
La concentracion critica de oxigeno que es el termino utilizado para expresar el valor de la velocidad espesifica de la absorcion de oxigeno que permite la respiracion sin impedimento. Esta concentracion critica de oxigeno suele tener uno valores de saturacion de oxigeno en los cultivos .
DEFINICION DE KLA .
Coeficiente volumetrico de transferencia de oxigeno (H-1). El coeficiente depende del diametro, capacidad, potencia, sistema de airecion de biorreactor y de la dencidad y al viscocidad, descomposicion de nutrientes, la estructura alo microorganismo, al egente antiespumante utilizado y la temperatura.
Se ha encontrado que la rapidez de transferencia de oxigeno a bajas consentraciones es proporcinal a lam diferencia de concentraciones del mismo o para la transferencia a la interfase desde liquidos esto se puede escribir:
Na=KL(C°-C)
La transferencia de oxigeno en el biorreactor o rapidezz de capacitacion de oxigeno es:
NaKLA(C*-C)
Temperatura.
La temperatura es otro d los paramentros esenciales para el exito de una fermentacion. Los microorganismos que crecen auna temperatura inferior a la optima tienen retardo en su crecimiento y por lo tanto reducida la produccion celular, es decir una respuesta de estres al choque termico con la conciguiente produccion de proteasas celulares que ocacionan una disminucionm en el rendimiento de los productos proteicos.
Lavelocidad de produccion de calor debido a la gitacion y la actividad metabolica de los microorganismos no se ve compensada por las perdidas de de calor que resultan de evaporacion, por lo que se debe recurrir a sistemas de refrigeracion. Los mas utilizadaos en las fermentaciones industriales son las camisas de agua.
PH.
La mayor parte de los microorganismos crecen optimamente entre pH 5.5y 8.5. Pero durante el crecimiento en un fermentador, los metabolitos celulares son liberados al medio, lo que puede originar un combio del pH del medio de cultivo.
Sistema de control de Temperatura, pH y Oxigeno disuelto.
Los frmentadores pueden ser equipados con diversos mecanismos de control que permiten mantener las condiciones adecuadas para que la senzimas de los microorganismos operen.
El fermentador esta rodeado de un " abrigo" que junto a un sistema de mezclado permite una distribuscion de temperaturas dentro del fermentador. La señal electrica es una unidad de control que determina si la temperatura esta dentro de un rango adecuado o si la misma esta mas alta o mas baja de lo prevista.
Un sensor se utiliza para estableser la medida de pH. L señal electrica del sensor es rescibida por el controlador que determina la accion a seguir segun el valor de pH. Si el pH es mas bajo que el permitodo en la logica de control, elcontrolador activara la bomba de base introduciendo medio alcalino que permita subir el pH. El pH sea mas alto de lo establecido en el criterio de controll, se activara la bomba de acido y el pH bajara . En el caso de que el pH este dentro del rango permitido, ambas bombas permaneceran desactivadas.
En ocasiones es necesario que el fermentador tenga algun tipo de sistema que controlel la formacion de espuma. Esrtos sistemas pueden ser mecanicos o pueden añadir algun compueto (antiespumamnte) que disminuye la tencion superficial del medio en que se fermenta evitando la acumulaciones de espumas.
Fermentacion aeobia se requiere un control para el oxigeno disuelto. Tienen un sensor y un controlador al igual que otros sistemas de control. Se establece una cantidad minima de oxigeno disuelto en la cual se activasn elementos de control para aumentar al cantidad de oxigeno presente en el medio, pueden ser compresores o valvulas de aire. Los sistemas de ayuda a exponer mas area de superficie del liquido al aire y asi aumenta la tranferencia de oxigeno al medio.
CONTACTOS DE FASES Y PROCESAMIENTO DE LIQUIDO-SOLIDO.
Quimico:los equipos para cada uno de esos campos se analizan en una subsecion individual de la seccion 19 con excepcion de dos de ellos, que se omiten. Se dejo a un lado la formacion de coloides, debido a su caracter estrecho y especial.
AGITACION DE SUSPENCIONES DE PARTICULAS DE BAJA VISCOSIDAD.
Hay gran cantidad de funciones de procesamiento que se lleva a cobo en recipientes agitados mediante impulsores giratorios, algunos ejemplosson:
1) mezcla de liquidos miscibles;
2) pueta en contacto o dispercion de liquidos no miscibles;
3) dispercion de un gas en un,liquido;
4) fomento de la transferencia de color entre el liquido agitado y una superficie de intercambio de calor;
5) suspencion o dispersion de particulas solidas en un liquido para producir uniformidad, fomentar la transferencia de masas o iniciar una reaccion quimica y ayudarla ;
6) reducir el tamaño de particulas aglomeradas.
EQUIPO DE MEZCLADO.
Los impulsores se pueden dividir, aproximadamente, en dos clases : de flujo axial y flujo radial. La clasificacion depende del angulo que forma las aspas con el plano de rotacion del impulsor.
Impulsores de flujo axial. Incluyen todos los que tienen aspas que forman un angulo de meno de 90° con el plano de rotacion . Las helices y las ruedas de paletas o turbina de aspas inclinadas.
Las unidades de alta velocidady razones de corte mas elevadas en la corriente de descarga de la helice, ademas ded una rapidez mas baja de circulacion en todo el recipiente que la sun idades de vaja velocidad.
El fermentador esta rodeado de un " abrigo" que junto a un sistema de mezclado permite una distribuscion de temperaturas dentro del fermentador. La señal electrica es una unidad de control que determina si la temperatura esta dentro de un rango adecuado o si la misma esta mas alta o mas baja de lo prevista.
Un sensor se utiliza para estableser la medida de pH. L señal electrica del sensor es rescibida por el controlador que determina la accion a seguir segun el valor de pH. Si el pH es mas bajo que el permitodo en la logica de control, elcontrolador activara la bomba de base introduciendo medio alcalino que permita subir el pH. El pH sea mas alto de lo establecido en el criterio de controll, se activara la bomba de acido y el pH bajara . En el caso de que el pH este dentro del rango permitido, ambas bombas permaneceran desactivadas.
En ocasiones es necesario que el fermentador tenga algun tipo de sistema que controlel la formacion de espuma. Esrtos sistemas pueden ser mecanicos o pueden añadir algun compueto (antiespumamnte) que disminuye la tencion superficial del medio en que se fermenta evitando la acumulaciones de espumas.
Fermentacion aeobia se requiere un control para el oxigeno disuelto. Tienen un sensor y un controlador al igual que otros sistemas de control. Se establece una cantidad minima de oxigeno disuelto en la cual se activasn elementos de control para aumentar al cantidad de oxigeno presente en el medio, pueden ser compresores o valvulas de aire. Los sistemas de ayuda a exponer mas area de superficie del liquido al aire y asi aumenta la tranferencia de oxigeno al medio.
CONTACTOS DE FASES Y PROCESAMIENTO DE LIQUIDO-SOLIDO.
Quimico:los equipos para cada uno de esos campos se analizan en una subsecion individual de la seccion 19 con excepcion de dos de ellos, que se omiten. Se dejo a un lado la formacion de coloides, debido a su caracter estrecho y especial.
AGITACION DE SUSPENCIONES DE PARTICULAS DE BAJA VISCOSIDAD.
Hay gran cantidad de funciones de procesamiento que se lleva a cobo en recipientes agitados mediante impulsores giratorios, algunos ejemplosson:
1) mezcla de liquidos miscibles;
2) pueta en contacto o dispercion de liquidos no miscibles;
3) dispercion de un gas en un,liquido;
4) fomento de la transferencia de color entre el liquido agitado y una superficie de intercambio de calor;
5) suspencion o dispersion de particulas solidas en un liquido para producir uniformidad, fomentar la transferencia de masas o iniciar una reaccion quimica y ayudarla ;
6) reducir el tamaño de particulas aglomeradas.
EQUIPO DE MEZCLADO.
Los impulsores se pueden dividir, aproximadamente, en dos clases : de flujo axial y flujo radial. La clasificacion depende del angulo que forma las aspas con el plano de rotacion del impulsor.
Impulsores de flujo axial. Incluyen todos los que tienen aspas que forman un angulo de meno de 90° con el plano de rotacion . Las helices y las ruedas de paletas o turbina de aspas inclinadas.
Las unidades de alta velocidady razones de corte mas elevadas en la corriente de descarga de la helice, ademas ded una rapidez mas baja de circulacion en todo el recipiente que la sun idades de vaja velocidad.
domingo 28 de noviembre de 2010
Las finciones deseadas en las fermentacion son el contactogas-liquido detencion de las concebtraciones o reactivos.
Alguos aspectos importantes en el fermentador son que:
- Una valvula de en el sistema de aire pormita la desviacion del aire para que la espuma no sea excesiva (valvula de desviacion).
- Toda la tuberia esta protegida contra lña contaminacion, mediante el empleo de vapor.
- El nivel de liquido al llenar el recipiente esta determinado por una referencia, respecto a una grafica de calibracion.
- El peso del contenido del tanque se determina con un balance hidrostatico contra el aire que burbujea a tarves del rociador.
- Los fluidos se transfieren desde un recipiente a presion.
El objetivo principal al diseñar un fermentador es llevar a cabo las fermentaciones en el menor tiempo posible y al mas bajo costo posible.
TIOPOS DE FERMENTADORES
1.-Fermentacion discontinua.
Una fermentacion discontinua(en batch) puede ser conciderada como un "sistema cerrado". Al inicio de la operacion se añade la solucion esterilizada de nutrientes y se inocula con el microorganismo, permitiendo que se lleve a cabo incubacion en condiciones optimas de fermentacion.
No se añade nada, excepto oxigeno, un agente antiespumante yb acidos o bases para controlar el PH. La concentracion de la biomasa y la concentracion de metabolitos combia generalmente como resultado las cuatro fases de crecimiento: fase de lactancia,fase logaritmica, fase estacionaria y fase de muerte.
En los procesos comerciales la fermentacion frecuentemente se interrumpe al final de la fase logaritmica (metabolitos primarios)o antes de que co0mience la fase de muerte ( metabolitos primarios)
jueves 25 de noviembre de 2010
1er. PARCIAL
GENERALIDADES DE BIORREACTORES.
El objetivo de la biotecnologia es obtener productos metabolicos utiles a partir de materiales biologicos. Comprende la fermentacion del producto. Para el cultivo de microorganismos en condiciones optimas, la produccion de los metabolitos o enzimas deseadas se deben desarrollar mediante el procedimiento de fermentacion adecuados el mejoramientogenetico de cepas y la regulacion del metabolismo mediante la optimizacion del medio de cultivo; Los factores fisico-quimicos que afectan el rendimiento de las fermentaciones(O2, T y PH).La recuperacion se refiere a la extraccion y purificacion de los productos biologicos deseados .
Una fermentacion a pequeña escala tiene buenos rendimientos utilizando algun microorganismo y si se quisiera llevar a como la fermentacion a gran escala, se lograri aumentando el tamaño del fermentador y de las partes internas del mismo; pero se caeria en un gran error ya que no es la misma cantidad de calor generada en un fermentador de 5-10 L que uno de 10-100L.Es por eso que hay que diseñar sistemas para eliminar ese calor.
U n biorreactor es la parte principal de cualquier proceso bioquimico en el que se emplean sistemas microbianos para la produccion economica de una amplia variedad de productos biologicos utiles."Fermentador" se utiliza en libros, publicaciones o revistas; para referirse al birreactor.
Los biorreactores usados actuelmante para la produccion industrial:
a)No agitados sin aireacion.
b)Con elevacion de aire.
c)Agitados con aireacion.
d)Fluidificados.
e)De membrana y fibra hueca.
Los recipientes no agitados sin aireacion se usan para los productos tradicionales como el vino, la cervaza y el queso. La sintesis de nuevos productos requieren el crecimiento de microorganismos en recipientes aireados con agitacion.
Biorreactor de tanque con agitacion: es el recipiente para la mezcla. Los recipientes para experimentos de laboratori de hasta 20L de volumen se hacen de vidrio y de mejor volumen, su construccion es de acero.
Biorreactor con elevacio con aire:
a)elevacion con aire estandar.
b)elevacion con aire wasco.
c)elevacion co aire kaneguchi.
d)elevacion con aire lefrancois.
Biorreactor fluidificados: las ventajas son sus caracteristicas de masa mezclada en calor en energia relativamente baja, velocidades de corte hace que el biorreactor del echo fluidificado adecuado para las celulas sensibles de animales y plantas.
Biorreactor con micro portador: la idea inical de de cultivar celulas de mamiferos dependientes de anclagje sobre micro portadores fue conciderada por Jan Weze4l.
Biorreactor de membrana y fibra hueca: este sistema se a creado y probado para el crecimiento de celulas vegetales y mamiferos, para la inmovilizacion de bacterias, levaduras y enzimas.
El funcionamiento de cualquier fermentador depende de:
- La concentracion de biomasa, la cual debe permanecer alta.
- El mantenimiento de las condiciones esteriles.
- Agitacion efectiva para que la distribucion de los substratos y microorganismos en el reactor sea uniforme.
- Eliminacion de calor.
Creacion de las condiciones correctas de corte;las rapideces altas de corte pueden ser dañinas para el organismopero las condiciones de corte bajas tambien pueden ser indispensables debido a la floculacion o al crecimiento de biomasa sobre la pared del reactor y sobre el agitador.
Los siguientes puntos son los conciderados como los criterios mas importantes en el diseño de un fermentador:
1)El tanque debe diseñarse para que funcione asepticamente durante muchos dias, asi como para operacionesde larga duracion.
2)Tener un consumo minimo de energia.
3)Contar con un sistema de control de PH.
4)Un sistema de toma de muestras.
5)Un sistema adecuado de aireacion y agitacion para cubrir las necesidades metabolicas de los microorganismos.
6)Sistema de contro de temperatura.
7)Perdidas de evaporacion minimas.
8)El diseño del tanque debe ser tal que las operaciones laborales durante el funcionamiento recoleccion, lmpieza y mantenimiento sean minimas.
9)El tanque debe ser versatil(par diversas aploicaciones o procesos).
10)Las superficies del tanque internamente deben ser lisas, utilizando donde sea posible soldaduras.
11)La geometria del fermentador deben ser similar a los tanques mas pequeños o mayores de la planta o a los de la planta piloto para poder reproducir procesos a diferentes escalas.
12)Empleo de materiales economicos con resultados satsfactorios.
13)Servicio adecuado de repuetos para el fermentador.
14)Tipo de antiespumantes
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