05 Consumo y transferencia de O2

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Consumo y transferencia de O2
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Dr. Sebastián F. Cavalitto
Biorreactores y cambio de escala 2021
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Consumo y transferencia de O2
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Sigue una cinética de Monod Sigue al modelo de Pirt
Dr. Sebastián F. Cavalitto
Biorreactores y cambio de escala 2021
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CL 
qO2
Ccrit
Concepto de Concentración crítica
CCrit
Por debajo de CCrit
Los microorganismos cambian de forma
Las levaduras cambian su Yx/o
aumenta el numero de citocromos
Comienzan a fermentar
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Biorreactores y cambio de escala 2021
Microorganismo T °C CC mg/l CC % Sat 
Azotobacter vinelandii 30 0.58 6.8 
Serratia marcescens 37 0.26 3.7 
Escherichia coli 15 0.16 0.96 
Escherichia coli 31 0.48 6.2 
Levaduras 35 0.29 1.8 
Levaduras 20 0.12 1.3 
Penicillum sp 24 0.70 8.3 
Penicillium sp 20 0.29 3.4 
 
Concentración crítica
Se usa, por convención, un factor de seguridad de 2 y 
se toma como norma no pasar de 20 % saturación
De donde sale el O2 ??????
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Transferencia de O2
La solubilidad del O2 es baja 
Depende de la temperatura del agua y de la Presión parcial del O2
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∗ Ley de Henry
+�� ! +- . ��� Ley de Dalton
A 25 °C , 1 Atm de presión y una XO2 de 0,21 C* es 8,0 mg/l
↑ / 
 
⇒ ↓ �∗
Dr. Sebastián F. Cavalitto
Biorreactores y cambio de escala 2021
Transferencia de O2
Hay varios modelos
Independientemente de cual se use debe cumplirse que la 
Transferencia aumente o se facilite si:
Disminuye CL 
Aumenta la potencia entregada al reactor (Agitación o caudal 
de aire inyectado)
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Dr. Sebastián F. Cavalitto
Biorreactores y cambio de escala 2021
Modelo de la película
Esquema del transporte de oxígeno de la burbuja de aire a las célulasEsquema del transporte de oxígeno de la burbuja de aire a las células
1) Difusión del seno del gas a la interfase G-L
2) Pasaje enla interfase G-L
3) Difusión a través del film líquido L
4) transporte convectivo hacia la biofase
5) Difusión a través del film líquido que rodea 
la biofase (transporte externo)
O2
burbuja de aire
v
Floc, pellets
64
célula aislada
7
7
4
6) Difusión dentro del pellet o floc (transporte interno)
7) Ingreso a la célula y reacción química
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2ON
GP
LC
*
C
Fase gaseosa Fase líquida
film líquido L ofrece
la mayor resistencia
interfase G-L
El equilibrio en la interfase obedece a la Ley de Henry
La resistencia del film gaseoso se desprecia 
Difusión en la dirección z
El gradiente de concentración es la fuerza impulsora y es lineal
No hay reacción química en la interfase L
Movimiento de O2 por difusión Ley de Fick
*CHPG =






× horam
Omoles
2
2
L
D
k
O
l
2
=
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




× horal
Omoles 2
coeficiente de difusión del O2 ( área 
transversal / tiempo )
)*(
2
2 L
O
O CC
V
A
L
D
V
A
N −=
LV
A
a =
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A
a =
Con que varían OTR y Kla ???
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Aumento de la 
agitación/aireación
12
3
Dr. Sebastián F. Cavalitto
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El KLa caracteriza a un equipo de cultivo
Sistema físico KLa (h
-1)
Tubo ensayo 10
Erlenmeyer agitado 50-100
Biorreactor 100-1000
Tipo celular Xf (g/l) Tiempo de 
duplicación (h)
KLa (h
-1)
Células animales 0.5 18-48 1-25
Células vegetales 10-15 50-100 23-30
Bacterias 10-20 0.6 -1.5 100 – 1000
Levaduras y hongos 10-30 1.5-3 100 - 1000
Requerimientos por tipo de microorganismo
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Dr. Sebastián F. Cavalitto
Biorreactores y cambio de escala 2021