FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA BIOQUÍMICA CURSO 2021/2022
PROBLEMAS TRANSFERENCIA DE MATERIA (TEMA 14)
1. Una cepa de Acetobacter vinelandii está siendo cultivada en un fermentador
agitado de 15 m3 para la producción de alginato. Bajo las condiciones normales
de operación kLa es 0,17 s-1. La solubilidad del oxígeno en el caldo es
aproximadamente 8 x 10-3 kg m-3.
a) La velocidad específica de consumo de oxígeno es 12,5 mmol g-1 h-1 ¿Cuál
es la máxima concentración de células posible?
b) La bacteria sufre una inhibición del crecimiento al añadir por error sulfato de
cobre al cultivo, lo que hace que baje la velocidad de consumo de oxígeno
hasta 3 mmol g-1 h-1. ¿Qué concentración máxima de células puede soportar
ahora el fermentador?
2. Una fermentación tiene lugar en un biorreactor con un medio de cultivo que tiene
las propiedades físicas del agua. Las condiciones de operación vienen fijadas
por un flujo de aireación de 1 vvm y una velocidad de agitación de 60 rpm. El
reactor tiene geometría estándar con un diámetro de 3 m y una turbina Rushton.
Calcula el kLa.
3. Un fermentador agitado de 20 L que contiene un cultivo de Bacillus thuringiensis
a 30 ºC se utiliza para la producción de un insecticida microbiano. El valor de kLa
se determina mediante el método dinámico. Se corta el aire durante unos pocos
minutos disminuyendo el nivel de oxígeno disuelto y posteriormente se vuelve a
restablecer. Cuando se alcanza el estado estacionario, la tensión de oxígeno
disuelto es el 78% de la saturación. Se obtuvieron los siguientes resultados:
Tiempo (s)
5
15
Tensión de oxígeno
(%saturación aire)
50
66
a. Calcular kLa
b. El investigador se da cuenta de que había un error en la medición de la
concentración de oxígeno disuelto en estado estacionario, de manera
que en vez de 78% el valor real es 70%. ¿Cuál es el porcentaje de error
en kLa como resultado de este 10% de error en la medida de la
concentración de oxígeno?
4. Un fermentador agitado de 200 L contiene un cultivo en discontinuo de la bacteria
Bacillus subtilis a 28ºC. Se bombea aire dentro del recipiente a 20ºC y una
velocidad de 1 vvm. El caudal volumétrico del gas que se mide a la salida del
fermentador es 189 L/min. La corriente de gas de salida se analiza para medir el
oxígeno y se encuentra que tiene un 20,1% de O2. La concentración de oxígeno
disuelto se mide en el caldo con un electrodo y es un 54% de saturación. La
solubilidad del oxígeno a 28ºC en el caldo de fermentación es 7,8 x 10-3 kg/m3.
La presión en el reactor es 1 atm.
a. Calcular la velocidad de transferencia de oxígeno
b. Determinar el kLa del sistema
