DISEO DE BIORREACTORES
El diseo en bioingeniera no es solo la aplicacin de conceptos
bsicos y tericos que conlleven a lograr un prototipo; para la
realizacin integra de un modelo, otra gran parte, trata de la
adaptacin creativa y de la utilizacin del ingenio propio para
lograr el objetivo de conjuntar el ambiente biolgico de un cultivo
vivo con el ambiente artificial de un dispositivo controlado; este
es el resultado denominado biorreactor o reactor biolgico. Un
biorreactor es por tanto un dispositivo biotecnolgico que debe
proveer internamente un ambiente controlado que garantice y
maximice la produccin y el crecimiento de un cultivo vivo; esa es
la parte biolgica. Externamente el biorreactor es la frontera de
protege ese cultivo del ambiente externo: contaminado y no
controlado. El biorreactor debe por tanto suministrar los controles
necesarios para que la operacin o proceso se lleve a cabo con
economa, alto rendimiento (productividad) y en el menor tiempo
posible; esa es la parte tecnolgica.
CULTIVOS Y FERMENTACIONES: Lo
primero que se define en el diseo de un biorreactor es el
propsito de utilizacin; es decir, que tipo de cultivo se va a
utilizar, el modo de operar y/o el proceso de cultivo. Una
fermentacin es un proceso biolgico o bioproceso que consiste en la
descomposicin de la materia orgnica por microorganismos
fermentadores (bacterias y hongos). Un cultivo tambin es un
bioproceso; pero generalmente se asocia a organismos o
microorganismos superiores (en orden jerrquico) a las bacterias;
los cultivos son casi todos del Reino Eucariota.
CLASIFICACIN DE LOS BIORREACTORES:Clasificacin Operativa: Tanto
biorreactores como fermentadores se clasifican primeramente de
acuerdo al modo de operacin: discontinuo, semicontnuo, continuo.
Esta es una clasificacin operativa y se aplica a cualquier reactor,
sea qumico o biolgico. Clasificacin Biolgica: Los sistemas
biolgicos deben interaccionar con el ambiente externo para poder
crecer y desarrollarse; es por eso que los bioreactores se
clasifican biolgicamente de acuerdo al metabolismo procesal del
sistema de cultivo: anaerbico, facultativo, aerbico. Los
bioprocesos de cultivo y las fermentaciones estn basados en el
metabolismo celular del cultivo. El metabolismo define los
parmetros y caractersticas operativas-biolgicas de diseo y de
operacin del bioreactor. Clasificacin Biolgica-Operativa: Ambas
clasificaciones, son procesalmente interdependientes y en su
conjunto afectan el diseo final del biorreactor. Al conjuntarse
ambas clasificaciones, se juntan tambin la funcin operativa y la
biolgica para establecer entre ambas un propsito de utilizacin, el
modo de cultivo y el bioproceso.
BIOREACTORES Y TIPOS DE CULTIVO: Los
sistemas biolgicos que determinan el metabolismo celular de
cultivo y el modo procesal-biolgico del sistema son: Clulas y
microorganismos anaerbicos. Clulas y microorganismos facultativos.
Clulas y microorganismos aerbicos.
Posibles sistemas de cultivo que se pueden realizar Cultivos
Cultivos Cultivos Cultivos Cultivos Cultivos
Microbianos Anaerbicos. Microbianos Facultativos. Microbianos
Aerbicos. Celulares Aerbicos y Facultativos. Celulares Aerbicos
Estrictos. Enzimticos.
MODO DE OPERACIN Y SISTEMAS DE CULTIVO El
modo de operacin de un sistema de cultivo, es sinnimo del modo
de operar del biorreactor o fermentador. ste no solo influye en el
diseo propio del reactor, tambin, en el modelo cintico de
crecimiento del cultivo y en el proceso de produccin. Existen tres
modos de cultivo aunados a tres modos bsicos de operacin:
DISEO DE UN BIOREACTOR DISCONTNUO
Por lotes o tandas, sin alimentacin; se coloca dentro del
biorreactor la carga total de cada proceso (tanda o lote) de
cultivo o fermentacin y se dejar que se lleve a cabo el proceso
productivo o la fermentacin por el tiempo que sea necesario; el cul
se denomina tiempo de retencin.
DISEO DE UN BIOREACTOR SEMICONTNUO
Por lotes alimentados, con alimentacin de entrada; se alimenta
una lnea de entrada o alimentacin para que el sistema de cultivo
tenga un producto (biomasa) con mximo de crecimiento (exponencial)
y aumente la productividad.
DISEO DE UN QUIMIOESTTO: CULTIVO CONTNUO Por
quimioestato, se alimenta una lnea de entrada o alimentacin y se
drena una lnea de salida o lavado; de manera que los flujos o
caudales de ambas lneas sean iguales y la produccin sea
contnua.
BIODIGESTOR AUTOLIMPIABLE: Es
una nueva tecnologa de tratamiento primario de aguas residuales
domsticas. Sustituye la maneras ms eficiente los sistemas
tradicionales como fosas spticas de concreto, letrinas y silos los
cuales son focos de contaminacin al saturarse y agrietarse las
paredes, as como la emanacin de malos olores.
Conclusin:
Un biorreactor puede operar de modo contnuo, semicontnuo o
discontnuo; el modo de operacin define el sistema de cultivo (modo)
que es el mismo. El metabolismo celular propio del sistema de
cultivo (aerbico, anaerbico o facultativo) define el conjunto de
diseo que determina las caractersticas biolgicas y funcionales del
biorreactor. Las caractersticas procesales y operativas del
biorreactor: instrumental, accesorios, sistemas perifricos,
etctera, estn determinadas por la conjuncin biolgica-operativa que
define el propsito de utilizacin del biorreactor. Ambos: modo de
operacin y tipo de cultivo, definen la clasificacin
biolgica-operativa y los parmetros productivos y de rendimiento del
bioproceso (sistema de cultivobiorreactor) que afectarn toda
disposicin operativa, procesal y funcional, relativa al crecimiento
celular del cultivo y la cintica del sistema de cultivo.
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