Factores de escala para la producción biotecnológica de etanol carburante

Abstract

Resumen: Tradicionalmente el escalado de procesos químicos y bioquímicos se ha realizado con el uso de los números adimensionales. En el caso de los procesos bioquímicos, se tiene en cuenta relaciones que dan información acerca de las necesidades ambientales de la célula como la cantidad de oxígeno requerida para el transporte de electrones en los procesos metabólicos. Estos métodos de escalado se fundamentan en un régimen de operación asociado al fenómeno de transferencia de masa, energía y/o cantidad de movimiento en el proceso, es así, como se selecciona las relaciones de variables que dan origen a los números adimensionales y se escoge el criterio de escalado. Estos métodos han demostrado ineficiencias en los procesos de escalado al presentarse sobrediseños y sobrescostos asociados a ellos. En este trabajo se presenta una propuesta metodológica para escalado basada en el modelo del proceso. Para llegar a dicha propuesta, se realizó una revisión de los métodos de escalado tradicionales y su uso en procesos químicos y bioquímicos, identificando sus ventajas y desventajas, también el posible uso de modelos para escalado de procesos, identificando el conjunto de ecuaciones constitutivas que ayudan a completarlo. Surgió la necesidad de formular definiciones del Punto de Operación (PdeO) y Régimen de Operación (RdeO) de un proceso sustentadas en la revisión bibliográfica, para proponer finalmente el uso de una herramienta de la teoría de control, “la matriz de Hankel” al escalado de procesos. Por lo tanto se realizó una adaptación de esta teoría al escalado de procesos para obtener una propuesta metodológica para procesos químicos y bioquímicos. Esta metodología se aplicó a tres ejemplos, un reactor de tanque agitado operando en continuo, un intercambiador de calor y un fermentador en continuo para la producción de etanol de un jarabe glucosado. Los resultados obtenidos de los valores para los parámetros de diseño, arrojaron porcentajes de error inferiores al 10%, al comparar con los valores reportados en la literatura en el caso del escalado en el laboratorio, y al comparar con valores a escala industrial. Finalmente se consolidó la definición RdeO y PdeO, claves para el desarrollo de la propuesta metodológica basada en un Modelo Semifísico de Base Fenomenológica (MSBF).