BIB2_ADL_JEMP

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Universidad Abierta y a Distancia 
de México 
División de Ciencias de la Salud, 
Biológicas y Ambientales 
Ingeniería en Biotecnología 
 
 
Biología Molecular 
 
 
Unidad 4 
Asignación a cargo del docente en línea 
Escalamiento de biorreactores 
 
Jessica Verónica Mendoza Prado 
ES202104539 
 Grupo BI-BIB2-2202-B1-001 
 
12 de septiembre de 2022 
 
Introducción 
Los biorreactores son una excelente propuesta tecnología basada en un mecanismo 
biológico sencillo como es la generación de energía y biomoléculas por las bacterias a 
través del uso de los sustratos disponibles en su medio y entorno. Se presentan como 
una solución a los diversos problemas modernos humanos surgidos de la actividad de 
explotación del medio desmedida, como la falta de combustibles no renovables, la 
acumulación de productos tóxicos en el medio, la escasez de alimentos, la contaminación 
de los cuerpos de agua y la necesidad de medicamentos y tratamientos de las 
enfermedades generadas por las alteraciones ya mencionadas al medio. 
Son los biorreactores entonces el aprovechamiento del comportamiento biológico 
bacteriano natural de la degradación de los componentes del medio para el uso propio, 
permitido por el profundo conocimiento de la bioquímica y fisiología del metabolismo de 
los microorganismos, explotándolas en beneficio del humano. Proporcionan las 
condiciones necesarias para su desarrollo, como pH, concentración de oxígeno disuelto, 
nutrientes y otros, variables que deben ser bien controladas para un desarrollo exitoso. 
Esto no sería posible sin la intervención de científicos que se dedican a realizar el 
descifrado de estos complejos mecanismos metabólicos. 
Diseño de biorreactores 
Pueden los biorreactores ser de estilos muy diversos y por lo tanto de aplicaciones igual 
de diversas, respondiendo siempre a la necesidad que se pretende sea cubierta por el 
mismo. Por ejemplo, en el tratamiento de aguas negras, pueden usarse biorreactores 
para el tratamiento, como los biodiscos, que explotan la capacidad bacteriana de 
degradar materia orgánica disuelta en el agua, para la eliminación de esta de las aguas 
que podría resultar en una concentración de oxígeno menor, alta concentración de 
solutos, enfermedades tanto para los seres que habitan en esas aguas como para los 
que se sirven de ellas y malos olores como condiciones para los seres humanos que 
habitan en zonas aledañas a los cuerpos de agua contaminados. 
El diseño de un biorreactor, además de considerar la necesidad del sustrato a ser tratado, 
debe considerar que el tamaño y el nivel de volumen manejado sea el adecuado para el 
afluente que será introducido. Por lo tanto, estos parámetros, además de los biológicos 
para el desarrollo bacteriano, son tomados en cuenta por el biotecnólogo y otros 
ingenieros encargados de la planeación. Cuando se hace la propuesta del desarrollo del 
biorreactor, deben realizarse tres diferentes modelos: el de laboratorio, el piloto y el 
escalamiento a nivel industrial, que serán los temas tratados en el presente trabajo. 
Escalamiento de biorreactores 
El escalamiento es un paso muy importante, incluso podría afirmarse que es el paso 
clave, en el éxito del biorreactor. Se asegura que los resultados obtenidos a nivel 
experimental en el laboratorio, puedan replicarse a nivel industrial, manejando grandes 
cantidades de sustratos y produciendo en los casos aplicables una ganancia económica 
redituable. 
Formalmente, el escalamiento se define como el procedimiento o el método por los 
cuales un equipo aumenta de tamaño, logrando que tanto en una escala pequeña como 
en una más grande se obtenga un rendimiento comparable (Anaya-Durand y Pedroza-
Flores, 2008). Deben observarse las variables del proceso, comprenderlas a 
profundidad, comprender como se relacionan y realizar un análisis exhaustivo basándose 
en metodologías ya bien establecidas para el escalamiento. 
Nivel laboratorio 
En el nivel laboratorio, se realizan las acciones necesarias para conocer a profundidad 
tanto la problemática a resolver o producto que será resultado de la acción del 
biorreactor, como la fisiología y naturaleza bacteriana para poder ofrecer las condiciones 
óptimas de desarrollo, así como las variables físicas, químicas y biológicas que 
intervienen en el proceso. Estos parámetros son investigados y optimizados, obteniendo 
los mejores resultados posibles del biorreactor en una escala muy pequeña. Hay lugar 
para la prueba y error, y es un proceso que puede durar una cantidad de tiempo 
considerable, pues debe asegurarse que las reacciones que en este nivel ocurren serán 
las adecuadas y las replicables en escalas mayores. 
Planta piloto 
Las condiciones de operación ya conocidas a nivel de laboratorio, son llevadas a una 
escala un poco mayor conocida como planta piloto. Tiene el propósito de descubrir las 
debilidades que deben ser cubiertas del biorreactor, así como del perfeccionamiento del 
diseño y la estabilización de los parámetros involucrados. Por tratarse de un paso previo 
al desarrollo a nivel industrial, debe de analizarse con mayor profundidad que el proceso 
desarrollo no contenga falla que pudiera evidenciarse más adelante, volviéndolo un paso 
que pude durar una cantidad de tiempo considerable. Permite también realizar 
estimaciones en costos en cuanto a construcción, instalación, funcionamiento y 
manutención de la planta, con una estimación de la posible viabilidad económica de la 
misma. Podría afirmarse por esto que es entonces un punto crítico, pues en el se 
descubre si el escalamiento seguirá al siguiente nivel, si debe ser reajustado nuevamente 
a nivel laboratorio o si el proyecto será abandonado. 
Nivel industrial 
Cuando la propuesta de biorreactor ha superado exitosamente las etapas de 
escalamiento anteriores, puede llevarse entonces a la etapa final, que es la construcción 
y funcionamiento de una planta a escala industrial o de tamaño real. Como representa 
siempre una inversión mayor, es importante que en las etapas anteriores se haya 
realizado todo ajuste necesario que prevenga la aparición de fallas en este punto, por lo 
que el llegar a este nivel toma siempre un tiempo prolongado además de significar una 
inversión sustancial. Representa entonces el éxito de la labor del biotecnólogo. 
Modelos de escalamiento 
Existen ya modelos preestablecidos que permiten realizar el escalamiento del reactor 
dependiendo de la experiencia del ingeniero, de la información disponible y de la 
necesidad de exactitud y precisión. Son usados cuando a nivel laboratorio, ya han sido 
optimizados los procesos. La definición formal es el conjunto de elementos de 
representación o de información que puestos juntos replican las características mas 
relevantes de un proceso o sistema real. (Gómez, et al 2008). 
El modelo empírico hace referencia a la adaptación del conocimiento adquirido sobre la 
marcha del reactor para poder escalarlo, obteniendo la información directamente de 
resultados ya conocidos de acción y adaptándola al modelo que debe ser construido. El 
modelo fenomenológico es un modelo meramente científico y calculado donde 
basándose en las ecuaciones propuestas de funcionamiento y balance de materia del 
reactor se hace el escalamiento del sistema, considerando siempre las entradas y 
salidas. Es un modelo complejo que requiere tiempo de análisis y el uso de software 
especializado. El modelo de similar dad se basa en características que comparten ambos 
reactores como pueden ser geométricas o de forma, mecánicas o de funcionamiento, 
térmicas o de temperatura en tiempos en intervalos similares entre ambos, y químicas, 
donde la proporción de sustrato y producto es similar entre ambos reactores. Es el 
modelo más sencillo de los analizados. Finalmente tenemos el análisis adimensional 
donde considerando las variables del biorreactor y cuidadosamente señalando las queintervienen en este se realiza una selección y se proponen variables adimensionales a 
través del Teorema de Pi-Buckingham o del método de Raleigh. 
Conclusión 
La tarea del biotecnólogo tendrá cada día más valor mientras el humano aprende a 
adaptarse ya respetar el medio en que habita, por lo que el desarrollo de biorreactores 
será cada vez más una necesidad más allá de un proceso opcional. Por lo tanto, es 
mandatorio que el biotecnólogo se forme adecuadamente y conozca a profundidad los 
procedimientos involucrados en el diseño de un biorreactor exitoso tanto 
económicamente como en utilidad. 
Requiere el escalamiento conocimiento amplio de las variables involucradas en el 
desarrollo y función del reactor, siendo siempre un proceso muy complejo que tiene 
cabida a muchos errores. Fueron abordados en el desarrollo de esta unidad de 
aprendizaje los diversos modelos de escalamiento disponibles, representando cada uno 
de ellos un reto, que a través de la práctica y estudio pueden ser desarrollados como 
fortalezas, resultando en un ejercicio correcto de la profesión. 
Referencias 
UnADM (s.f.) Contenido nuclear unidad 4. UnADM. Recuperado de 
https://campus.unadmexico.mx/contenidos/DCSBA/BLOQUE1/BI/06/BIB2/unidad_04/d
escargables/BIB2_U4_Contenido.pdf