blogingrangel.files.wordpress.com · Web view2018-11-16 · OBJETIVO GENERAL: El alumno aplicará procedimientos para la operación y limpieza de biorreactores, identificando las

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

PROGRAMA SINTÉTICO UNIDAD ACADÉMICA: UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

CARRERA: Ingeniería Biotecnológica

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Laboratorio de Biorreactores NIVEL: III

OBJETIVO GENERAL:El alumno aplicará procedimientos para la operación y limpieza de biorreactores, identificando las condiciones de operación más apropiadas y midiendo la influencia de diversos factores en su funcionamiento.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE CONTENIDOS: I. Introducción a los biorreactores II. Instrumentación III. Servicios auxiliares IV. Agitación y mezcladoV. Transferencia de oxígeno VI. Asepsia VII. Esterilización VIII. Técnicas de cultivo

ORIENTACIÓN DIDÁCTICA:Las actividades que realizarán los alumnos incluyen la búsqueda de información, discusión de conceptos, elaboración de resúmenes, esquemas y diagramas, mapas conceptuales, cuadros sinópticos, cuadros comparativos, presentaciones multimedia, resolución de ejercicios, desarrollo de prácticas de laboratorio y tratamiento de resultados experimentales. Las estrategias propuestas abordan tres campos del aprendizaje: cognitivo, a través de la búsqueda y procesamiento de la información; habilidades y destrezas, a través de la resolución de problemas y el desarrollo de las prácticas de laboratorio; y actitudes de compromiso, a través de la participación individual y el trabajo en equipo. El maestro orientará a los alumnos en los procesos de búsqueda y construcción de conocimientos, dirigirá las presentaciones, moderará las discusiones, ejemplificará procedimientos, guiará el desarrollo de las experiencias de laboratorio y proporcionará retroalimentación oportuna a los alumnos.

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:Al inicio del curso se realizará un examen diagnóstico por escrito para conocer los antecedentes de los alumnos. Por otro lado, los alumnos que lo soliciten podrán presentar un examen general de conocimientos, habilidades y destrezas que les permitirá acreditar la asignatura al aprobarlo con una calificación mínima de 6.0.La evaluación de este curso se realizará en tres partes: la primera evaluación parcial corresponderá al promedio de la calificación obtenida en las unidades I, II y III; la segunda evaluación parcial corresponderá al promedio de la calificación obtenida en las unidades IV, V y VI y la tercera evaluación parcial corresponderá al promedio de la calificación obtenida en las unidades VII y VIII. Cada unidad se evaluará a través de las prácticas respectivas. Las actividades que los alumnos realicen durante el desarrollo de las prácticas se evaluarán en equipo para el desarrollo experimental, la entrega de reportes, tareas y presentaciones; el trabajo individual se evaluará a través de la aplicación de exámenes, la participación en las discusiones y la bitácora de cada alumno de acuerdo con los porcentajes previstos en cada unidad. La calificación final será el promedio de las tres evaluaciones parciales. La calificación mínima aprobatoria será de 6.0. También aplica la opción de un examen extraordinario para acreditar o para subir la calificación del alumno.

BIBLIOGRAFÍA:Aiba, S. y Humprey A.E. Biochemical Engineering, Academic Press. EUA. 1973, 434 págs.Atkinson, B. Reactores Bioquímicos, Reverté. Barcelona. 1986, 296 págs.Bailey, J.E. y Ollis, D. F. Biochemical Engineering Fundamentals. McGraw-Hill. Singapur. 1990, 962 págs.Bu’lock, J., Kristiansen B., Basic Biotechnology, Cambridge University Press. Gran Bretaña. 2001. 310 págs.Wang, D. Fermentation and Enzyme Technology. John Wiley & Sons. Nueva York, EUA. 1979, 384 págs.


SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIDAD ACADÉMICA: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

CARRERA: Ingeniería Biotecnológica

OPCIÓN:

PROFESIONAL ASOCIADO:

ÁREA FORMATIVA: Formación Profesional y Ciencias de la Ingeniería

MODALIDAD: Escolarizada

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Laboratorio de Biorreactores

TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: Práctica/ obligatoria

VIGENCIA: 2007

NIVEL: III

CRÉDITOS: 6.0

PROPÓSITO GENERAL

El propósito de esta unidad de aprendizaje es introducir los conceptos esenciales de los biorreactores y los procedimientos básicos de su manejo para que el alumno sea capaz de aplicarlos correctamente, comprender y analizar los fenómenos que influyen en su funcionamiento y operarlos de una manera sistemática e integral que garantice la óptima explotación de los bioprocesos para la elaboración de bienes y servicios de alto valor en el sector industrial. Este curso tiene como antecedente directo el Laboratorio de Técnicas Microbiológicas y es precedente del curso de Ingeniería de Biorreactores.

OBJETIVO GENERAL

El alumno aplicará procedimientos para la operación y limpieza de biorreactores, identificando las condiciones de operación más apropiadas y midiendo la influencia de diversos factores en su funcionamiento.

TIEMPOS ASIGNADOS

HORAS TEORÍA/SEMANA: 0

HORAS PRÁCTICA/SEMANA: 6.0

HORAS TEORÍA/NIVEL: 0

HORAS PRÁCTICA/NIVEL: 108

HORAS TOTALES/NIVEL: 108

UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEÑADA O REDISEÑADA POR:

Academia de Diseño de Plantas

REVISADA POR:Subdirección Académica

APROBADA POR:Consejo Técnico Consultivo Escolar

Dr. Enrique Durán Páramo

AUTORIZADO POR:Comisión de Programas

Académicos delConsejo General Consultivo del

IPN

Ing. Ernesto Ángeles Mejía




UNIDAD DE APRENDIZAJE: Laboratorio de Biorreactores HOJA: 2 DE 11

N° UNIDAD TEMÁTICA: I NOMBRE: Introducción a los biorreactores

OBJETIVOS PARTICULARES

El alumno clasificará los biorreactores con base en sus características y los relacionará con sus aplicaciones. Valorará la importancia de cumplir con la normatividad establecida en las empresas así como el trabajo colectivo para el logro de metas comunes.

No. CONTENIDOS T P T A A CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1.1

1.21.2.11.2.21.2.31.2.4

1.3

1.4

Definición e importancia

Clasificación con base en:La fase donde se realiza la biorreacciónLa operaciónLa geometríaLa forma de agitación Funcionamiento y aplicaciones

Presentación de biorreactores diversos

3.0

3.0

1.5

6.0

3.0 1B, 2B, 17C

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS

Presentación y encuadre del curso por el profesor. Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Organización de equipos de trabajo. Elaboración, por equipo, de una clasificación de biorreactores con base en criterios establecidos en clase. Presentación, por equipo, mediante cuadros sinópticos, de la clasificación de biorreactores elaborada. Discusión dirigida sobre las aplicaciones de los biorreactores en la industria. Análisis de la guía de observación para visitas a bioindustrias. Realización de visitas guiadas a bioindustrias (alimentarias, farmacéuticas o de tratamiento) Elaboración, por equipo, del reporte final sobre la práctica realizada.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

Cuadro sinóptico sobre la clasificación de biorreactores 10%Bitácora 10%Participación en las discusiones 20%Reporte de las visitas guiadas y llenado de las guías de observación 10%Reporte final sobre la práctica realizada 25%Examen escrito 25%





N° UNIDAD TEMÁTICA: II NOMBRE: Instrumentación


El alumno usará y manejará los instrumentos para la medición y control de las variables de una biorreacción.


2.12.1.12.1.22.1.32.1.42.1.5

2.2

2.3

2.4

2.5

Elementos de medición y control:SensorTransductorMedidorControladorActuador

Descripción de electrodos de pH, temperatura, oxígeno disuelto y espuma

Calibración de electrodos de pH, temperatura, oxígeno disuelto y espuma

Descripción de medidores de velocidad de agitación

Descripción de medidores de flujo de gases

3.0

1.5

1.5

1.5

1.5

2.0 3C, 12C, 14C, 17C


Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Búsqueda de informaciónElaboración, por equipo, de un reporte sobre la búsqueda de información, incluyendo su procesamiento a través de cuadros comparativos.Discusión dirigida en forma grupal sobre la información investigada.Elaboración del esquema de un biorreactor con localización y orientación de sensores.Desarrollo de la práctica de laboratorio.Discusión dirigida de los resultados obtenidos en el laboratorio.Elaboración, por equipo, del reporte de la práctica.


Reporte de la búsqueda de información 10% Esquema del biorreactor y bitácora 10%Participación en el desarrollo de la práctica 15%Participación en las discusiones 20%Reporte final 20%Examen escrito 25%





N° UNIDAD TEMÁTICA: III NOMBRE: Servicios auxiliares


El alumno identificará los servicios auxiliares necesarios para la operación de un biorreactor y explicará su funcionamiento.


3.13.1.1

3.23.2.1

3.33.3.1

3.43.4.13.4.2

Aire:Compresión, filtración, transporte y suministro

Vapor:Generación, filtración, transporte y suministro

Agua de enfriamiento:Acondicionamiento, enfriamiento, transporte y suministro

Energía eléctrica:Corrientes alterna y directaVoltajes

1.5

3.0

3.0

1.5

2.0 3C, 4B, 10C, 17C


Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Elaboración, por equipo, de un reporte sobre los servicios auxiliares para biorreactores, incluyendo el procesamiento de la información a través de esquemas, cuadros sinópticos, etc.Discusión dirigida en forma grupal sobre los servicios auxiliares.Elaboración y presentación por equipo del diagrama de flujo de servicios.Desarrollo de experiencias de laboratorio.Discusión grupal de los resultados obtenidos en la práctica.Elaboración, por equipo, del reporte de la práctica.


Reporte de la búsqueda de información 10% Diagrama de flujo de servicios y bitácora 10%Participación en el desarrollo de la práctica 15%Participación en las discusiones 20%Reporte final 20%Examen escrito 25%





N° UNIDAD TEMÁTICA: IV NOMBRE: Agitación y mezclado


El alumno explicará los efectos de la agitación y el mezclado en una biorreacción y los relacionará con el tiempo de mezclado y el consumo de potencia.


4.1

4.24.2.14.2.24.2.34.2.4

4.34.3.14.3.2

4.44.4.14.4.2

Importancia del mezclado en las biorreacciones Agitación y mezcladoDefinicionesEfectos sobre el biocatalizadorTiempo de mezcladoPropiedades físicas: densidad, tensión superficial y viscosidad

Formas de lograr la agitación y el mezcladoComponentes de un sistema de agitaciónConsumo de potencia

Determinación del tiempo de mezcladoTiempo de mezclado en biorreactores agitados mecánicamenteTiempo de mezclado en biorreactores agitados neumáticamente

1.5

1.5

3.0

6.0

2.0 1B, 2B, 4B, 8C, 12C, 13C, 16C


Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Búsqueda de información sobre agitación y mezclado.Elaboración por equipo, de un reporte con los resultados de la búsqueda bibliográfica incluyendo el procesamiento de la información a través de cuadros sinópticos y cuadros comparativos.Discusión dirigida en forma grupal de la información investigada.Desarrollo de experiencias de laboratorio.Presentación y discusión de los resultados obtenidos en el laboratorio.Elaboración por equipo, del reporte de la práctica.


Reporte de la búsqueda de información 10% Bitácora 10%Participación en el desarrollo de la práctica 15%Participación en las discusiones 20%Reporte final 20%Examen escrito 25%





N° UNIDAD TEMÁTICA: V NOMBRE: Transferencia de oxígeno


El alumno determinará la velocidad de transferencia de oxígeno en biorreactores.


5.1

5.25.2.15.2.2 5.35.3.15.3.2

Importancia del oxígeno en las biorreacciones

Transferencia de oxígenoCondiciones de operaciónPropiedades físicas: densidad, tensión superficial y viscosidad

Determinación de la velocidad de transferencia de oxígenoEn biorreactores agitados mecánicamenteEn biorreactores agitados neumáticamente

1.5

4.5

6.0

2.0 1B, 2B, 4B, 17C, 18B


Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Elaboración, por equipo, de un cuadro sinóptico sobre los diferentes métodos para medir la velocidad de transferencia de oxígeno.Presentación por equipo de los cuadros sinópticos. Discusión dirigida en forma grupal. Desarrollo de la práctica de laboratorio.Discusión de los resultados obtenidos en la práctica. Elaboración, por equipo, del reporte de la práctica.


Cuadro sinóptico sobre los métodos consultados 10% Bitácora 10%Participación en el desarrollo de la práctica 15% Participación en las discusiones 20%Reporte final 20%Examen escrito 25%





N° UNIDAD TEMÁTICA: VI NOMBRE: Asepsia


El alumno aplicará procedimientos que garanticen la limpieza y hermeticidad en los biorreactores.


6.16.1.16.1.26.1.3

6.26.2.16.2.2

AsepsiaDefinición e importanciaDiseño de tuberías y biorreactoresLimpieza de tuberías y recipientes

HermeticidadSellos y válvulas Pruebas: hidráulicas y neumáticas

4.5

4.5

2.0 3C, 9C, 14C, 17C


Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Elaboración de un ensayo sobre el papel de la asepsia en los biorreactores.Discusión dirigida en forma grupal. Elaboración, por equipo, del arreglo de tuberías y el esquema de un biorreactor que incluya los elementos para mantener la asepsia. Desarrollo de experiencias en el laboratorio.Discusión de los resultados obtenidos en la práctica. Elaboración, por equipo, del reporte de la práctica.


Ensayo 20% Bitácora 10%Esquema del biorreactor y arreglo de tuberías 15%Participación en el desarrollo de la práctica 15%Participación en las discusiones 20%Reporte final 20%





N° UNIDAD TEMÁTICA: VII NOMBRE: Esterilización


El alumno aplicará procedimientos para la esterilización de biorreactores.


7.17.1.1

7.27.2.17.2.2

7.3

7.4

EsterilizaciónDefinición e importancia

Esterilización de medios de cultivo industrialesPor loteContinuo

Esterilización de aire

Esterilización del biorreactor y tuberías

3.0

4.5

3.0

3.0

2.0 1B, 4B, 14C, 15C, 18B


Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Búsqueda de información sobre los diferentes métodos de esterilización de medios de cultivo, aire, biorreactor y tuberías.Presentación por equipo, de casos de estudio.Discusión dirigida en forma grupal. Desarrollo de experiencias de laboratorio.Discusión de los resultados de la práctica de laboratorio.Elaboración por equipo, del reporte de la práctica.


Presentación de casos de estudio 15% Bitácora 10%Participación en el desarrollo de la práctica 15%Participación en las discusiones 15%Reporte final 20%Examen escrito 25%





N° UNIDAD TEMÁTICA: VIII NOMBRE: Técnicas de cultivo


El alumno aplicará y comparará diferentes técnicas de cultivo empleadas en los biorreactores integrando los procedimientos de esterilización y limpieza necesarios.


8.1

8.2

8.3

Cultivo por lote

Cultivo por lote alimentado

Cultivo continuo

6.0

9.0

15.0

3.0 1B, 4B, 11C, 15C, 18B


Actividades a realizar por los alumnos bajo la dirección, asesoría y supervisión del profesor:Elaboración y presentación de esquemas de las diferentes técnicas de cultivo.Discusión dirigida en forma grupal. Organización de las actividades previas a la realización de cada práctica.Desarrollo de experiencias en el laboratorio.Discusión de los resultados obtenidos al término de cada práctica. Elaboración por equipo del reporte de las prácticas.


Presentación de esquemas 10% Bitácora 10%Participación en las discusiones 20%Participación en el desarrollo de las prácticas 15% Reporte final 20%Examen escrito 25%





RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRÁC-TICA No.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDADES TEMÁTICAS

DURACIÓN

LUGAR DE REALIZACIÓN

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Presentación de biorreactores diversos

Instrumentación para el seguimiento y control de la biorreacción

Servicios auxiliares

Tiempo de mezclado en biorreactores

Transferencia de oxígeno en biorreactores agitados y neumáticos

Mantenimiento de asepsia en biorreactores Esterilización del sistema de biorreacción

Producción de biomasa en cultivo por lote

Producción de biomasa en cultivo por lote alimentado

Producción de biomasa en cultivo continuo

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

VIII

VIII

13.5

9.0

9.0

12.0

12.0

9.0

13.5

6.0

9.0

15.0

Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio de Biorreactores

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

Siendo éste un curso práctico cada unidad se evaluará a través de las prácticas correspondientes.Cada práctica se evaluará con base en las actividades que los alumnos realicen para el desarrollo de la misma. El trabajo en equipo contemplará el desarrollo experimental 15%, la entrega de reportes 20%, la realización de tareas, ejercicios y presentaciones 10%; el trabajo individual se evaluará a través de la aplicación de exámenes escritos 25%, la participación en las discusiones 20% y la bitácora 10%, de acuerdo con lo previsto en cada unidad.

I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A L





PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1

2

3

I, II y III

IV, V y VI

VII y VIII

Al inicio del semestre los alumnos que lo soliciten podrán presentar un examen general de conocimientos, habilidades y destrezas, que les permitirá acreditar la asignatura al aprobarlo con una calificación mínima de 6.0.

Evaluación diagnóstica escrita.

Primera evaluación parcial: el 100% corresponderá al promedio de la calificación obtenida en las unidades I, II y III.

Segunda evaluación parcial: el 100% corresponderá al promedio de la calificación obtenida en las unidades IV, V y VI.

Tercera evaluación parcial: el 100% corresponderá al promedio de la calificación obtenida en las unidades VII y VIII.

La calificación mínima aprobatoria será de 6.0 con la opción de presentar un examen extraordinario para acreditar o para subir de calificación.

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA1 X Aiba, S. y Humprey A.E. Biochemical Engineering. Academic Press. EUA. 1973, 434

págs.2 X Atkinson, B. Reactores Bioquímicos. Reverté. Barcelona. 1986, 296 págs.3 X Atkinson, B. y Mavituha, F. Biochemical Engineering and Biotechnology Handbook.

M. Stockton Press. Nueva York, EUA. 1991, 1271 págs.4 X Bailey, J.E. y Ollis, D. F. Biochemical Engineering Fundamentals. McGraw-Hill.

Singapur.1990, 962 págs.5 X Blanch, H. W. Biochemical Engineering. Marcel Dekker. Nueva York, EUA. 1997, 691

págs. 6 X Bu’lock, J. y Kristiansen B. Basic Biotechnology. Cambridge University Press. Gran

Bretaña. 2001. 310 págs.7 X Cabral, J. et. al. Applied Biocatalysis. CRC. EUA. 1994, 478 págs.8 X Deckwer, W.D. Bubble column reactors. John Wiley and Sons. New York, EUA. 1992,

págs. 157-254.9 X Demain, A. L. Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. ASM Press. EUA.

1999, 830 págs. 10 X Doran, P. M. Bioprocess Engineering Principles . Academic Press. EUA. 1995, 439

págs. 11 X Dunn, I.J. Variable-volume continuous cultivation. Biotechnology and Bioengineering.

1975. Vol. XVII, págs. 1805-1822.12 X Meinerrs, M. Analysis of process dynamics in bioreactors. Journal of Chemical

Technology and Biotechnology. Vol. 33B, págs. 164-176.13 X Oldshue, J.Y. Fermentation mixing scale-up techniques. Biotechnology and

Bioengineering. 1966. Vol. VIII, págs. 3-24. 14 X Scriban, R. Biotecnología. El manual moderno. México, 1982, 669 págs.15 X Stanbury, P.F. et. al. Principles of Fermentation Technology. Butterworth-Heinemann.

EUA. 1999, 376 págs.16 X Taguchi, H. Power requirement in non-newtonian fermentation broth. Biotechnology

and Bioengineering. 1966. Vol. VIII, págs. 43-5417 X Vogel, H.C. y Todaro, C. Fermentation and Biochemical Engineering Handbook:

Principles, Process Design, and Equipment. Noyes Publications. 1996, 799 págs.18 X Wang, D. Fermentation and Enzyme Technology. John Wiley & Sons. Nueva York,

EUA. 1979, 384 págs.

PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALESESCUELA: UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

CARRERA Ingeniería Biotecnológica NIVEL III

ÁREA:

BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Diseño de Plantas ASIGNATURA: Laboratorio de Biorreactores

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Biotecnología, Ingeniero Bioquímico, Ingeniero Químico ó afín y/o con estudios de posgrado.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno aplicará procedimientos para la operación y limpieza de biorreactores, identificando las condiciones de operación más apropiadas y midiendo la influencia de diversos factores en su funcionamiento.

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL

HABILIDADES ACTITUDES

Diseño, operación y control de biorreactores.

Fundamentos de instrumentación

Experiencia industrial en el ramo farmacéutico, de alimentos y/o biotecnológico

Experiencia docente

Capacidad de transmitir los conocimientos y su aplicación a situaciones prácticas.

Habilidad en la operación de biorreactores y su equipo auxiliar.

Habilidades de planeación y control.

Compromiso social y ético

Reflexión y análisis

Innovación

Proactividad

Comunicación efectiva

Visión global

Trabajo en equipo

Responsabilidad

Tolerancia

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

M.C.Carlos Orozco Álvarez _Dr. Gustavo Valencia del Toro Dr. Enrique Durán Páramo PRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADÉMICO DIRECTOR DEL PLANTEL

FECHA:

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