Bioingeniería: escalado de bioprocesos con enfoque en parámetros para el manejo operacional de biorreactores

DESCRIPCIÓN DEL CURSO

El curso comprende 3 temas generales: Inicialmente se hará una revisión sobre fundamentos de bioprocesos, donde se abordará temas referentes a modalidades de cultivo en bioprocesos como lo son el cultivo por lotes, cultivos continuos y cultivos por lote alimentado. Posteriormente, haremos un análisis profundo sobre los fenómenos de transporte que rigen a las fermentaciones, con especial detalle en la aireación y agitación de tanques agitados, para finalmente abordar desde una visión crítica los fundamentos teóricos a tomarse en cuenta para la correcta definición de las condiciones de operación necesarias para un correcto escalamiento de un bioproceso.

El curso contempla análisis de caso en cada temática principal, así como ejercicios propuestos que permitirán al asistente desarrollar y/o afianzar destrezas respecto a tópicos de fermentaciones en general, tributando al escalamiento de un bioproceso.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: Al finalizar el curso, el asistente estará en la capacidad de:

- Implementar simulaciones matemáticas de cinéticas simples de fermentación.

- Identificar los fenómenos de transporte más importantes que rigen en la fermentación de microorganismos.

- Reconocer los requerimientos básicos de un buen sistema de agitación y aireación en tanques agitados.

- Proponer un diseño simple de un tanque agitado en dependencia del tipo de fermentación a desarrollarse.

- Conocer los principios fundamentales del escalamiento de bioprocesos.

TEMARIO

1. Introducción (1 hora)

a. Generalidades de los bioprocesos

b. Bioprocesos en el desarrollo de la industria biotecnológica

c. Bioprocesos a nivel industrial: Casos de estudio

2. Cinética de fermentaciones (3 horas)

a. Cinética de cultivo por lotes

b. Influencia de factores ambientales

c. Requerimientos nutricionales y diseño de medios de cultivo

d. Cinética de cultivos continuo

e. Cinética de cultivos por lote alimentado

f. Resolución de ejercicios de cinética de fermentaciones

3. Transferencia de masa, momento y calor (3 horas)

a. Aireación

   i. Demanda de oxígeno de un cultivo

   ii. Transferencia de oxígeno

   iii. Medición de Kla

   iv. Condiciones de operación

   v. Resolución de ejercicios agitación

b. Agitación

   i. Potencia de agitación sin aireación

   ii. Potencia de agitación con aireación

   iii. Resolución de ejercicios aireación

c. Transferencia de calor

4. Diseño de tanques agitados (1 hora)

a. Componentes de un tanque agitado y geometría

b. Generalidades de hidrodinámica en tanques agitados

c. Selección de impulsores

5. Traslación de escala (4 horas)

a. Introducción

b. Entendiendo el cambio de tamaño

c. El efecto ¨Scale-Up¨ en tanques agitados

d. Medición de heterogeneidad en tanques agitados

   i. Tiempo de mezclado

   ii. Tiempo de circulación

   iii. Distribución de tiempo de circulación

e. Modelos enfocados en la heterogeneidad de tanques agitados industriales

   i. Modelo de compartimentos (Network of Zones)

   ii. Computational Fluid Dynamics (CFD)

f. Principios de similitud

   i. Kla constante

   ii. Velocidad de punta del impeller constante

   iii. Potencia no aireada/Volumen constante

   iv. Potencia aireada/Volumen constante

   v. Reynolds constante

   vi. Flujo de aireación/Volumen constante

   vii. Tiempo de mezclado constante

g. Escalamiento en la naturaleza

h. Escalamiento descendente

i. Nuevas tendencias en el escalamiento de bioprocesos

j. Casos de estudio

k. Resolución de ejercicio traslación de escala