INTRODUCCIN. BALANCEINTRODUCCIN. BALANCEDE MATERIA Y SUSDE MATERIA Y SUSAPLICACIONES ENAPLICACIONES ENAPLICACIONES ENAPLICACIONES EN

BIOPROCESOSBIOPROCESOS

SNTESIS Y ANLISIS DE LOSSNTESIS Y ANLISIS DE LOSBIOPROCESOS:BIOPROCESOS:

Aplicacin del principio de Irrelevancia enAplicacin del principio de Irrelevancia enel diseo conceptual por Aproximacinel diseo conceptual por Aproximacin

JerrquicaJerrquica

DEFINICIONES BSICASDEFINICIONES BSICAS

PROCESO:Sistema formado por equipos interconectadosen forma organizada para transformarcorrientes en productos (efluentes) de inters.corrientes en productos (efluentes) de inters.

OPERACION UNITARIA:Etapa de un proceso, donde se realiza unamodificacin especifica de alguna corriente(modificacin fsica).

DISEO CONCEPTUAL DE UNDISEO CONCEPTUAL DE UNPROCESOPROCESO

Resultado de una actividad de Sntesis-Anlisispara Definir la Transformacin de Recursos eInsumos en Productos, operaciones y ProcesosProductivos que Resuelven NecesidadesProductivos que Resuelven Necesidadeshumanas.

NATURALEZA DEL ANLISIS YNATURALEZA DEL ANLISIS YSNTESIS DE LOS BIOPROCESOS.SNTESIS DE LOS BIOPROCESOS.

Objetivo: Es el de generar riqueza.

Medio del diseador: Consiste en la trasformacinBioqumica y/o separacin de los materiales.Bioqumica y/o separacin de los materiales.

Tipo del proceso. Sntesis del Proceso Operaciones.

Conexiones.Evaluacin de alternativas.

(Reglas Heursticas)

NATURALEZA DEL ANLISIS YNATURALEZA DEL ANLISIS YSNTESIS DE LOS BIOPROCESOS.SNTESIS DE LOS BIOPROCESOS.

Permite realizar metas programadas.

Reduce en lo posible , las INCERTIDUMBRES.Reduce en lo posible , las INCERTIDUMBRES.

Anlisis delProceso Valora los Riesgos de un Proyecto

Presenta ventajas evidentes sobre otros Modelos

Los Problemas de Diseo tienen Diversas Soluciones Baja Probabilidad de xito:

Muchas Ideas ------> Pocas Resultan

Necesidad de elaborar mtodos que permitan idear

EL DISEOEL DISEO

Necesidad de elaborar mtodos que permitan idearnuevos procesos o la optimizacin de un proceso yaexistente.

Uno de los ms Actuales en el diseo de Procesos, esel relacionado a la Aproximacin Jerrquica siguiendoel principio de Irrelevancia.

Estas Aproximaciones se basan en reglas Heursticas.

HEURSTICAHEURSTICA

Proviene de la palabra griega heuriskein quesignifica encontrar o descubrir, de la cual sederiva eureka.

Un mtodo heurstico es un procedimientopara resolver un problema de optimizacinbien definido mediante una aproximacinintuitiva, en la que la estructura del problemase utiliza de forma inteligente para obteneruna buena solucin.

MEDICIN DE LA CALIDAD Y EFICIENCIAMEDICIN DE LA CALIDAD Y EFICIENCIADE LOS MTODOS HEURSTICOSDE LOS MTODOS HEURSTICOS

ComparacinComparacin concon lala solucinsolucin ptima,ptima, sisi seseconoceconoce oo concon lala mejormejor solucinsolucin disponibledisponible..

ComparacinComparacin concon unauna cotacota.. ComparacinComparacin concon unauna cotacota.. ComparacinComparacin concon unun mtodomtodo exactoexacto truncadotruncado.. ComparacinComparacin concon loslos resultadosresultados dede otrasotras

heursticasheursticas.. AnlisisAnlisis deldel peorpeor casocaso..

EN QU CASOS SE USA UN MTODOEN QU CASOS SE USA UN MTODOHEURSTICO ?HEURSTICO ?

Actualmente las complejidades e incertidumbres enSistemas Complejos son la razn principal de quese seleccione la simulacin para tratar problemasse seleccione la simulacin para tratar problemasde decisin.

Existen dos posibilidades: Para generar una buena solucin inicial. Dada una solucin inicial, el mtodo heurstico

participa en un paso intermedio del procedimientopara tratar de mejorarla.

MODELOS MS IMPORTANTES ENMODELOS MS IMPORTANTES ENEL DISEO CONCEPTUALEL DISEO CONCEPTUAL

Diseo de Procesos por AproximacinJerrquica, y el "modelo cebolla.

APROXIMACIN JERRQUICA Y ELAPROXIMACIN JERRQUICA Y ELPRINCIPIO DE IRRELEVANCIAPRINCIPIO DE IRRELEVANCIA

Cualquier fenmeno estructural, social, econmico,etc. puede ser explicado por este Principio.

Mtodo Ingenieril que permite dar solucin a unproblema de diseo de nuevos procesos, o laoptimizacin de uno ya Existente.

Las interrelaciones entre las unidades de un procesohacen imposible el enfoque individual de cada unade ellas.

APROXIMACIN JERRQUICA Y ELAPROXIMACIN JERRQUICA Y ELPRINCIPIO DE IRRELEVANCIAPRINCIPIO DE IRRELEVANCIA

Este planteamiento , reconoce que es posible organizarlos Procesos en Niveles o estructuras que obedecen auna Jerarqua.

El procedimiento se inicia con soluciones simples, yluego se van adicionando aportes con mayores detalles.

Se identifican las reglas o leyes que rigen cada nivel detal modo que definidas estas fronteras y susinterrelaciones, el Sistema o fenmeno se haceIrrelevante.

THE ONION MODELTHE ONION MODEL

Clasificacin de lasreglas heursticasDe Mtodo ( M )De Diseo ( D )De Diseo ( D )De Especie ( S )De Composicin ( C )

BIORREACTORBIORREACTOR

La etapa de reaccin es el corazn de un procesoqumico de manufactura. En el reactor losmateriales son juntados bajo condiciones quemateriales son juntados bajo condiciones quepromueven la formacin del producto deseado.Tambin, segn el proceso, se forman en estaetapa los subproductos, productos no deseados(impurezas) y permanece algo de material sinreaccionar.

SEPARACIN Y RECICLAJESEPARACIN Y RECICLAJE

Los reactores suelen tener una conversin limitada,lo que implica que en la corriente de salida delreactor habr reactivos que no han reaccionado.Estos reactivos deben separarse del producto (paralo que se necesita un sistema de separacin) , y silo que se necesita un sistema de separacin) , y siexiste cantidad suficiente de reactivo noreaccionado, ste se deber reciclar al reactor, por loque se necesitar un reciclo en el proceso.

Los subproductos tambin pueden separarse de losproductos en esta etapa.

RED DE INTERCAMBIO DE CALORRED DE INTERCAMBIO DE CALOR

El objetivo de sta es realizar transferencias decalor y trabajo entre las mismas corrientes de laplanta qumica con el fin de reducir el uso deplanta qumica con el fin de reducir el uso deservicios auxiliares. La sntesis ptima de estecomponente es crucial para establecer laeficiencia energtica del sistema total.El alcance del objetivo depende de tres factoresutilizados:

-Consumo mnimo de servicios auxiliares

-Nmero mnimo de intercambiadores de calor,con este factor se pretende disminuirindirectamente los costos de las inversin de lared

- Modificacin de los puntos pinch, lmitemximo de integracin de calor que previene laviolacin de las leyes termodinmicas

TECNOLOGA PINCHTECNOLOGA PINCH

Cuando en un bioproceso el consumo de utilitarios nose encuentra optimizado el calculo o la determinacinde los consumos mnimos es principalmente vapor,combustible, agua de refrigeracin y potenciaelctrica. Representa un "dolor de cabeza" para elingeniero de diseo.ingeniero de diseo.

La optimizacin energtica PINCH (pinchpoint) significa determinar la temperatura a la cualdebera funcionar el bioproceso para no tener quegenerar calor en una fuente* y no tener necesidad deconsumirlo a travs de un sumidero.

En un diseo preliminar de la red de intercambio decalor, la Tecnologa de Pinch permite obtener losvalores mnimos para varios parmetros del proceso:- Clculo de los servicios mnimos y nivel de dichosservicios, lo que proporciona los Costes de Operacin.- Clculo del nmero mnimo de unidades deintercambio de calor, y rea de dichas unidades, lo queproporciona una estimacin de los Costes deproporciona una estimacin de los Costes deInmovilizado.

Estos valores mnimos se pueden obtener sin realizarun diseo detallado de la topologa de la red deintercambio, o de los cambiadores que la forman, sinonicamente a partir de los datos trmicos de lascorrientes que constituyen el proceso.

SNTESIS EVOLUTIVASNTESIS EVOLUTIVA

Esta tcnica agrega detalles que van mejorando eldesempeo de un modelo, haciendo uso de la sntesisy el anlisis.Anlisis, se calculan los productos si se conocenalgunas condiciones en las entradas y en el procesoalgunas condiciones en las entradas y en el procesoque se utilizaSntesis, se conocen las condiciones de operacin enlas entradas y salidas, y lo que se debe concebir es elproceso necesario para efectuar la transformacin.Hacer un anlisis en un determinado proceso esmucho ms sencillo que realizar la sntesis del mismo.

APLICACIN DE LA TRANSMISINAPLICACIN DE LA TRANSMISINDE CALORDE CALOR

En las operaciones de los biorreactores sesuele utilizar principalmente dos procesossuele utilizar principalmente dos procesosbasados en la transmisin de calor:-Es la esterilizacin continua in situ delmedio lquido-Es la del control de la temperatura durante laoperacin del reactor

BALANCE DE MATERIABALANCE DE MATERIA

V2

V

S2S

1

2

Sistema formado por una conduccin de seccinvariable

V1 S1

NACUMULACISALIDAREACCINPORAPARICINENTRADA

VrSnSnSnSVSVmdtd

imiisiiiiT 2211222111

REACCINPORAPARICINSALIDAENTRADANACUMULACI

Conveccin forzada Conveccin natural

VrSVSVmdtd

imiiiT 222111

222111 SVVrSV iimi Para rgimen estacionario

Despreciando la conveccin natural:

Tc

iiT Mm

1

c

iiT

10

1

c

iimr

SVSVmd

Balance de materia global

222111 SVSVmdtd

T

msicocaudalmSVSV 222111

Para rgimen estacionario

Bases de clculo

Una determinada cantidad de uno de los componentesde la mezcla que no sufra reaccin qumica y queentre y salga del sistema con el mismo caudal yformando parte de la misma corriente.formando parte de la misma corriente.

Una determinada cantidad de uno de las corrientes deentrada o salida del sistema: puede elegirse aquella dela que se conocen el mayor nmero de datos.

Un determinado espacio de tiempo.

Moles de CO2 producido = dMoles de O2 consumido = a

COEFICIENTEDE

RESPIRACIN