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Ejercicios de ingeniería de biorreactores




Enviado por mireya XXX



    Ingeniería de
    biorreactores

    UNIDAD II
    EJERCICIOS
    PARA ENTREGAR

    Ejercicios

    6.1. Derivar la relación que haya dado el
    cambio con respecto al tiempo de la concentración de
    células en un fermentador de proceso por lotes.

    SOLUCIÓN

    Se sabe que:

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    Sustituyendo (2) en (1):

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    Despejando S de la ec. (3)

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    Sustituyendo (5) en (4):

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    Ordenando e integrando la ec. (6):

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    Resolviendo por fracciones parciales:

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    • Si X=0, sustituyendo en la ec. (*)

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    • Si X= YSo+Xo, sustituyendo en la ec. (*)

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    Sustituyendo los valores de A y B:

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    6.2. Aiba et al. (1968) informaron los resultados
    del estudio en quimiostato en el crecimiento de una cepa
    específica de levadura de panadería como se muestra
    en la siguiente tabla. La corriente de entrada del quimiostato no
    contiene células o productos o productos.

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    • a) Encontrar la ecuación de velocidad
      para el crecimiento celular.

    • b) Encontrar la ecuación de velocidad
      para la formación de producto (Etanol).

    SOLUCIÓN

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    Haciendo analogía con la ecuación
    siguiente:

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    Sustituyendo en la ecuación de Monod, obtenemos
    la ecuación de velocidad de formación de
    producto.

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    • a) Considerando que la ecuación de
      formación de producto es la siguiente:

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    Graficando 1/rp contra 1/S;

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    6.4. Ecuaciones de velocidad de las
    células (levaduras), el sustrato (glucosa), y el producto
    en el proceso de fermentación del etanol se dan de la
    siguiente manera:

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    • a) Calcular el cambio de Cx, Cp y Cs en
      función del momento en que la Cso= 100 g/l.

    • b) Demostrar el efecto de la
      concentración de sustrato inicial en el Cs contra la
      curva t.

    • c) Demostrar el efecto de la tasa máxima
      de crecimiento (µmax) en la curva t versus Cx (Cso= 100
      g/l).

    SOLUCIÓN

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    6.5. Derivar las ecuaciones (6.39), (6.41) y
    (6.42).

    SOLUCIÓN

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    Sust. La ec. (5) en la ec. (1) el tiempo de residencia
    óptima es:

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    6.6. La velocidad de crecimiento de E.Coli en un
    medio sintético puede ser expresada por la cinética
    de Monod como:

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    Donde Cs es la concentración del sustrato
    limitante, glucosa. Si tu vas a cultivar E.Coli en estado
    estacionario CSTF (trabajando un volumen 10 l) con una velocidad
    de Flujo de 7 l/hr. La concentración inicial es 10 g/l y
    el rendimiento celular constante (Yx/s) es 0.6. La corriente de
    alimentación es estéril.

    • a) ¿Cuál sería el tiempo
      de duplicación y la velocidad de división de
      las células en el CSTF?.

    • b) ¿Cuál sería la
      concentración de células y sustrato fuera del
      tanque?

    • c) Si tu conectaras otro más CSTF de 10
      l a el primero ¿Cuál sería la
      concentración de células y sustrato en el
      segundo fermentador?

    • d) Si tu incrementas la velocidad de flujo de 7
      a 10 l/hr para estos 2 fermentadores conectados en serie,
      ¿qué pasaría y porqué? Has una
      recomendación para evitar el problema si es que lo
      hay.

    SOLUCIÓN

    • a) Tiempo de duplicación y velocidad de
      división de la célula.

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    El tiempo de duplicación es inversamente
    proporcional a la velocidad específica de crecimiento y es
    equivalente a el recíproco de la velocidad de
    división.

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    O bien:

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    Balance de Biomasa en el Segundo Biorreactor:

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    Balance de Sustrato:

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    Para calcular S2

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    Y combinarla con X2

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    Sustituyendo valores:

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    Respuesta: Ocurre lavado de reactor, se tiene que
    trabajar con una velocidad de flujo menor a la de 10
    l/hr.

    6.9. Suponga que tiene un microorganismo que
    obedece la ecuación de Monod:

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    • a) ¿Cuál es el tamaño del
      tanque para dar la velocidad máxima de
      producción de células?.

    • b) ¿Cuál es la
      concentración de células y de sustrato
      óptimos para la fermentación en la parte
      a)?.

    • c) Si el flujo que sale del fermentador en la
      parte a) es alimentado a un segundo fermentador (CSTF),
      ¿Qué tamaño debería tener el
      segundo fermentador si la concentración de sustrato se
      reduce a 1 g/l?

    • d) Si el flujo que sale del fermentador en la
      parte a) es alimentado a un segundo fermentador cuyo
      tamaño es el mismo que el primero, ¿Cuál
      sería la concentración de células y
      sustrato que salga del segundo fermentador?.

    SOLUCIÓN

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    C)

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    • a) 

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    6.13. Una cepa de levadura se
    cultiva en un tanque CSTF de 30 l, con un sistema de reciclaje
    celular (de los colonos de la célula), como se muestra en
    la siguiente figura. el colono celular fue diseñado de
    modo que la concentración celular de su corriente de
    salida es de 30 por ciento de la de su corriente de entrada,
    mientras que las concentraciones de sustrato de las dos
    corrientes son las mismas. La tasa de crecimiento de las
    células puede ser representado por la cinética de
    Monod con los parámetros: Ks = 0,05 g/l, Mmáx = 0,3
    h-1, y Yx/s = 0.025, Calcular las concentraciones de sustrato en
    estado estacionario y celular en el fermentador. La
    concentración de sustrato de entrada es de 100 g/l y el
    caudal es de 20 l/hr. La corriente de alimentación es
    estéril.

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    Autor:

    Mireya Salas Torres

    Armando Avalos

    Monografias.com

    DGEST ITJ

    1/MAYO/2011

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