Diseño y elaboración de un fermentador

Un fermentador es un tanque que nos sirve para que se lleve a cabo reacciones orgánicas, proporcionan un ambiente adecuado para los microorganismos bajo las condiciones requeridas. Debe permitir controlar la temperatura por calor o frío, controlar el pH, rangos de aireación, etc.

Para un buen diseño de fermentador se debe cumplir con dos requisitos fundamentales: mantener un medio homogéneo sin zonas muertas y a la vez transferir oxígeno al medio empleado el mínimo de energía posible.
El diseño de un fermentador, se deben considerar los siguientes aspectos:

• mezclado y patrones de flujo
• configuración geométrica y tipo de reactor.
• transferencia de oxígeno.
• consumo de energía.

Existen muchos tipos diferentes de fermentadores pero a escala industrial y en operaciones son 4 los tipos principales: el Waldhof, de turbina, de columna burbujeadora. De los cuatro el fermentador de turbina es el más usado.


Generales de biorreactores.


La biotecnología comprende la fermentación y recuperación del producto. Para el cultivo de microorganismos, así como la producción de los metabolitos o enzimas deseads se deben desarrollar procedimientos de fermentación así como el mejoramiento genético de cepas y la regulación del metabolismo mediante la optimación del medio de cultivo; el control de los factores físico-químicos que afectan el rendimiento de las fermentaciones. La recuperación del producto se refiere a la extracción y purificación de los productos biológicos deseados.


Si se quiere llevar a cabo la fermentación a gran escala, se lograría aumentando el tamaño del fermentador y de las partes internas del mismo, pero sería un error ya que no es la misma cantidad de calor generada en un fermentador de 5-10 que en uno de 10-100. De tal manera que el calor generado en este último mataría a los microorganismos.
Un biorreactor es la parte principal de cualquier proceso bioquímico en el cual se emplean sistemas microbianos para la producción de productos biológicos.
Los biorreactores son empleados en las industrias de alimentación  y fermentación, en el tratamiento de residuos y en muchas instalaciones biomédicas.


Los biorreactores usados actualmente para la producción industrial:

• no agitados sin aireación.
• con elevación de aire.
• agitados con aireación.
• fluidificados.
• de membrana y fibra hueca.

Los recipientes no agitados son aireación, se usan para los productos tradicionales como el vino, la cerveza y el queso. La síntesis de nuevos productos requiere el crecimiento de microorganismos en recipientes aireados con agitación.
Biorreactor de tanque con agitación: es importante para la aplicación industrial, es el recipiente para la mezcla común que tiene ventaja de bajo costo capital y producción.
Biorreactor con elevación con aire: la falta de un patrón bien definida en un reactor de tanque con aplicación ha conducido a la creación de un reactor basado en el principio de el lazo; y este se divide en 4:

1. elevación con aire estándar.
2. elevación con aire wasco.
3. elevación con aire kaneguch.
4. elevación con aire legrancois.

Biorreactor fluidificados: las ventajas de un sistema de biorreactor fluidificado son sus características de masa mezclada en calor en energía relativamente baja, velocidades de corte hace al biorreactor adecuado para las células sensibles de animales y plantas.
Biorreactor con micro portador: la idea inicial de cultivar células de mamíferos dependientes de anclaje sobre micro portadores fue considerada por Jan Wezel, amplio vecina, intercambio ionico fragmentado con micro portadores.
Biorreactor de membrana y fibra hueca: se hace creado y probado para el crecimiento de células vegetales y mamíferos, para la inmovilización de bacterias, levaduras y enzimas.


El funcionamiento de cualquier fermentador depende de muchos factores entre los cuales se incluyen:

• concentración de biomasa, la cual debe permanecer alta.
• mantenimiento de condiciones estériles.
• agitación efectiva para la distribución de los sustratos y microorganismos.
• eliminación de calor.

Criterios más importantes en el diseño de un fermentador:

1. el tanque debe diseñarse para que funcione asepticamente durante muchos días.
2. consumo mínimo de energía.
3. contar con un sistema de control de pH.
4. sistema de toma de muestra.
5. sistema adecuado de aireación y agitación para cubrir necesidades metabólicas de microorganismos.
6. control de temperatura.
7. evaporación mínima.
8. debe ser versátil (diversas aplicaciones o procesos).
9. superficies del tanque internas deben ser lisas.
10. materiales económicos.
11. servicio adecuado de repuestos para el fermentador.
12. tipo de antiespumante.

Las funciones deseados en la fermentación son el contacto gas-líquido, detección de las concentraciones o reactores.
Algunos aspectos importantes en el fermentador:

• una válvula en el sistema de aire permite la desviación del aire para que la espuma no sea excesiva.
• se agrega antiespumante cuando el exceso de espuma llega a una probeta electrónica de conductividad.
• la tubería esta protegida contra la contaminación, mediante el empleo de vapor.
• peso del contenido del tanque se determina con un balance hidrostático  contra el aire que burbujea a través del rociador.
• los fluidos se transfieren desde un recipiente a presión.

Objetivo principal al diseñar un fermentador es llevar a cabo las fermentaciones en el menor tiempo posible y al más balo costo posible.