3

• Suministrar el oxígeno necesario a los microorganismos para que se realicen apropiadamente sus actividades metabólicas.

• Mantener en suspensión a los microorganismos.

4

5

:

• Asegurar el suministro de nutrientes a nivel celular.

• Prevenir la sedimentación

• Asegurar la transferencia de callos.

• Solubilizar componentes menos solubles de los medios.

6

• Aumenta el área de transferencia de oxígeno por la formación de pequeñas burbujas.

• Retarda el escape de burbujas desde el líquido.

• Previene la coalescencia de las burbujas de aire.

• Disminuye el grosor de la interfase gas/líquido al crear un flujo turbulento.

7

:

8

9

10

▪

▪

11

Agitación mecánica (Tanques agitados)

-Mecánicamente compleja (agitador, eje, sellos, etc.)

-En muchas ocasiones provocan alta cizallada

-Carga de gas limitada por inundación del impelente.

-Flexibilidad de operación (controlada por velocidad impelente y flujo de gas).

-Difíciles de limpiar; mayores posibilidades contaminación en operaciones

extendidas.

-En medios no-newtonianos se crean canales de gas a través de zona

impelente.

-Flexibilidad de operación (controlada por velocidad impelente y flujo de gas).

12

Agitación Neumática (Air-lift, y Columnas de burbujeo)

-Mecánicamente simples y robustros.

-Muy baja cizallada, adecuados para cultivos frágiles.

-Posibilidad de admitir altas cargas de gas (especialmente los airlift).

-Limitada flexibilidad. Requieren de un diseño mas cuidadoso.

-Fáciles de limpiar, posibilitan operación aséptica extendida.

-Distribución más uniforme de la turbulencia.

13

14

Consiste en una hoja plana sujeta a un eje, ésta

ejerce un impulso radial. Giran a velocidades bajas o

moderadas en el centro del tanque, la velocidad está

comprendida entre 20 y 150 rpm.

Estos agitadores son útiles cuando se desea evitar el

depósito de sólidos sobre una superficie de transmisión

de calor, pero no son buenos mezcladores.

Generalmente trabajan conjuntamente con un

agitador de paletas de otro tipo, que se mueve con

velocidad elevada y que gira normalmente en sentido

opuesto.

15

Son de flujo axial y operan con velocidades elevadas. Son empleados en

líquidos poco viscosos. Los agitadores más pequeños giran a 1.150-1.750 rpm

y los más grandes giran a 400-800 rpm. Las palas de la hélice cortan o

fraccionan vigorosamente el líquido. Estas no suelen ser eficaces cuando se

colocan en el centro del tanque.

16

La mayor parte de ellos se asemejan a agitadores de

múltiples y cortas paletas, que giran con velocidades

elevadas sobre un eje que va montado centralmente

dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o

curvas, inclinadas o verticales.

Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio

intervalo de viscosidades

17

18

Xiao et. al., 1990

19

20

B.

El patrón de flujo de fluido creado por el agitador, tiene 3 regiones de flujo:

ascendentehorizontaldescendente

(García y Jáuregui, 2006).

21

22

23

•••••

24

25

26

27

28

≡

29

Correlaciones de potencia para diversos impulsores y deflectores

30

31

32

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

MATERIAL:● Cronómetros.● 1 impulsor tipo propela marina de 7

cm de diámetro.● 1 impulsor tipo propela marina de 10

cm de diámetro.● 1 impulsores de hoja de 7 cm de

diámetro.● 1 impulsor de hoja de 10 cm de

diámetro.● 1 impulsor de 4 palas (45°) de 7 cm

de diámetro.● 1 impulsor de 2 palas (90°) de 7 cm

de diámetro.● 1 impulsor de 2 palas (90°) de 10 cm

de diámetro.

● 10 g de bolas de unicel de 3mm diámetro (puede sustituirse por algún otro material que sea liviano).

● 1 cámara de video.● 1 lámpara de escritorio.● 1 probeta de 1 L.● Micropipeta de 1000mL y puntas

azules.● 2 pipetas de 10 mL.● Cinta metrica o flexómetro.

EQUIPOS:● Tanque agitado.● Medidor de pH y temperatura

con adquisición de datos en línea.

● Computadora y software para la adquisición de datos en línea.

REACTIVOS:● Solución de NaOH 6 N.● Solución de HCl 6 N.● Solución de azul de bromocresol.● Soluciones reguladoras de pH, de

4, 7 y 10.● Agua corriente.

Método

Impulsor tipo propela 1

100 rpm 300 rpm 500 rpm

Cronómetro (s)

17 14 9

Tiempo de Estabilización (s)

155 85 155

pH inicial

10.096 10.064 9.376

pH final

9.432 9.376 10.236

Tabla 1. Variación de pH para los tiempos observados y los obtenidos por la interfase utilizando el impulsor tipo propela 1.

Figura 1. Curva de pH vs tiempo de mezclado en el cronómetro para impulsor tipo propela 1.

Figura 2. Curva de pH vs tiempo de mezclado en la interfase para impulsor tipo propela 1.

Impulsor tipo hélice 1

100 rpm 300 rpm 500 rpm

Cronómetro (s)

18 9 7

Tiempo de Estabilización (s)

155 110 145

pH inicial

10.236 9.612 10.344

pH final

9.612 10.344 9.812

Tabla 2. Variación de pH para los tiempos observados y los obtenidos por la interfase utilizando el impulsor tipo hélice 1.

Figura 3. Curva de pH vs tiempo de mezclado en el cronómetro para impulsor tipo hélice 1.

Figura 4. Curva de pH vs tiempo de mezclado en la interfase para impulsor tipo hélice 1.

Impulsor tipo hélice 2

100 rpm 300 rpm 500 rpm

Cronómetro (s)

15 7 4

Tiempo de Estabilización (s)

115 140 90

pH inicial

9.804 10.296 9.484

pH final

10.296 9.484 10.124

Tabla 3. Variación de pH para los tiempos observados y los obtenidos por la interfase utilizando el impulsor tipo hélice 2.

Figura 5. Curva de pH vs tiempo de mezclado en el cronómetro para impulsor tipo hélice 2.

Figura 6. Curva de pH vs tiempo de mezclado en la interfase para impulsor tipo hélice 2.

Impulsor plano de tres orificios

100 rpm 300 rpm 500 rpm

Cronómetro (s)

11 6 -

Tiempo de Estabilización (s)

90 140 -

pH inicial

10.128 9.512 -

pH final

9.512 10.156 -

Tabla 4. Variación de pH para los tiempos observados y los obtenidos por la interfase utilizando el impulsor plano de tres orificios.

Figura 7. Curva de pH vs tiempo de mezclado en el cronómetro para impulsor plano de tres orificios.

Figura 8. Curva de pH vs tiempo de mezclado en la interfase para impulsor plano de tres orificios.

Impulsor tipo propela 2

100 rpm 300 rpm 500 rpm

Cronómetro (s)

13 8 9

Tiempo de Estabilización (s)

170 145 160

pH inicial

10.012 9.144 9.856

pH final

9.144 9.856 9.088

Tabla 5. Variación de pH para los tiempos observados y los obtenidos por la interfase utilizando el impulsor tipo propela 2.

Figura 9. Curva de pH vs tiempo de mezclado en el cronómetro para impulsor tipo propela 2.

Figura 10. Curva de pH vs tiempo de mezclado en la interfase para impulsor tipo propela 2.

Impulsor plano de seis orificios

100 rpm 300 rpm 500 rpm

Cronómetro (s)

11 15 9

Tiempo de Estabilización (s)

160 160 185

pH inicial

9.06 9.9 9.432

pH final

9.9 9.432 10.048

Tabla 6. Variación de pH para los tiempos observados y los obtenidos por la interfase utilizando el impulsor plano de seis orificios.

Figura 11. Curva de pH vs tiempo de mezclado en el cronómetro para impulsor plano de seis orificios.

Figura 12. Curva de pH vs tiempo de mezclado en la interfase para impulsor plano de seis orificios.

Impulsor tipo rushton

100 rpm 300 rpm 500 rpm

Cronómetro (s)

15 8 6

Tiempo de Estabilización (s)

125 100 145

pH inicial

10.076 9.404 10.048

pH final

9.404 10.048 9.36

Tabla 7. Variación de pH para los tiempos observados y los obtenidos por la interfase utilizando el impulsor tipo rushton.

Figura 13. Curva de pH vs tiempo de mezclado en el cronómetro para impulsor tipo rushton.

Figura 14. Curva de pH vs tiempo de mezclado en la interfase para impulsor tipo rushton.

Tabla 8. Resultados de la determinación de tiempo de mezclado

Tabla #9. Resultados de la determinación de patrones de flujo.

Tabla #9. Resultados de la determinación de patrones de flujo. (contiuación)

Tabla #9. Resultados de la determinación de patrones de flujo. (contiuación)

Una forma de medir el tiempo de mezclado de las moléculas de líquidos miscibles de forma experimental es agregar cierta cantidad de ácido clorhídrico a un equivalente de NaOH y anotar el tiempo requerido para que el indicador cambie de color (Geankoplis, 1998).

La velocidad de agitación es mejor a 300 rpm que a 100 u 800 rpm, obteniendo tiempos cortos de mezclado debido a la estabilidad mecánica (Nuñez-Ramirez et. al., 2012).

el impulsor debe estar colocado exactamente en el centro del biorreactor para tener una alta eficiencia de mezclado (García-Gutiérrez et. al., 2013).

Otro factor fueron los deflectores, 2 de los 4 presentes en el biorreactor estaban flojos por lo cual se pegaban a la pared del biorreactor y por ello, solo dos deflectores estaban en pleno funcionamiento, con lo que se ve afectada la agitación.

• La capacidad de bombeo de los impulsores, la relación de esfuerzo cortante y el flujo, así como los tiempos de mezclado en el reactor son criterios importantes para el escalamiento del bioproceso.

• El impulso axial ha demostrado ser la forma más eficiente de diseño para reducir esfuerzos cortantes e hidrodinámicos y disminuir la turbulencia y la potencia requerida para homogeneizar el mezclado

• Sin embargo, el hecho de que algún elemento biológico sufra un cambio con el incremento de la velocidad de agitación, no significa necesariamente que el material esté siendo deformado (Thomas y Zhang, 1998)

• Independientemente que la velocidad de las partículas en suspensión o en el tiempo de circulación hace que el fenómeno de masa sea más efectivo cuando las células se hallan más cerca de los impulsores, cobra más solidez.

• Benítez Burraco, Antonio.(2005) Avances recientes en biotecnología vegetal e ingeniería genética de plantas. Reverté: España.

• Tiempo de mezclado en Biorreactores. Recuperado el 8 de septiembre de 2015 de: http://es.scribd.com/doc/111371402/Tiempo-de-Mezclado-en-Biorreactores#scribd

• Biorreactores de agitación neumática. Recuperado el 9 de septiembre de 2015 de: https://prezi.com/dmpfnksgicle/biorreactores-de-agitacion-neumatica/Vollrath Hopp. (1994). Fundamentos de tecnología química. Editorial Reverté. España.Xing, Z., B. M. Kenty, et al. (2009). Scaleup analysis for a CHO cell culture process in large-scale bioreactors. Biotechnology and Bioengineering 103, 733-746.Warren L. McCabe & Smith Julian (1981). Operaciones básicas de ingeniería química, Volumen 1. Editorial Reverte. EspañaXiao, J., O. Shoham y J. Brill; 1990. A Comprehensive Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines, In The 65th SPE Annual Technical Conference and Exhibition, New Orleans, LA. Paper SPE 20631, 67-180.Holland F.A. & Chapman, F. S.(1966). Liquid Mixing and Processing in Stained Tanks, Reinhold Publishing Corp: New York.Nagata, S. (1975) Mixing. JonhWiley &Sons: New York.García-Cortéz D., Jáuregui-Haza U. 2006. Hidrodinámica en tanques agitados con turbinas de disco con paletas planas. Revista Facultad de Ingeniería de Antioquia. Antioquia vol.38 no.1 Medellín Ene/JunRuiz Martínez, Richard S. (2006). Laboratorio de Mecánica de Fluidos. Ingeniería química. UAMI.Carrasco Jiménez, Ma. Sol & de Paz Cruz, Jose Antonio. (2000) Tratado de emergencias médicas.Arán Ediciones: Madrid.

• Frank Delvigne; Jean-paul Lecomte (2009). Foam Formation and Control in Bioreactors.Encyclopedia of Industrial Biotechnology.John Wiley & Sons, Inc.

• Geankoplis C. J. 1998. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias.CECSA. Tercera Edición. Minessota. pp: 170-171.

••