• Compartir
  • Enviar por correo
  • Insertar
  • Me gusta
  • Guardar
  • Contenido privado
Bab 7 bioproses(new)
 

Bab 7 bioproses(new)

on

  • 726 reproducciones

 

Estadísticas

reproducciones

reproducciones totales
726
reproducciones en SlideShare
726
reproducciones incrustadas
0

Actions

Me gusta
1
Descargas
17
Comentarios
0

0 insertados 0

No embeds

Accesibilidad

Categorias

Detalles de carga

Uploaded via as Microsoft Word

Derechos de uso

© Todos los derechos reservados

Report content

Marcada como inapropiada Marcar como inapropiada
Marcar como inapropiada

Seleccione la razón para marcar esta presentación como inapropiada.

Cancelar
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Tu mensaje aparecerá aquí
    Processing...
Publicar comentario
Edite su comentario

    Bab 7 bioproses(new) Bab 7 bioproses(new) Document Transcript

    • 7.2 . PERGERAKAN FLUIDA Ilmu bioproses mempelajari tentang pergerakan fluida dalam tangki dan pipa. Karakteristik umum dari aliran fluida dijelaskan pada sub-bab dibawah ini. 7.2.1. Aliran Arus Ketika fluida mengalir melalui pipa atau melalui benda padat, kecepatan fluida bervariasi tergantung pada posisi. Salah satu metode yang menunjukkan adanya variasi dalam kecepatan adalah aliran arus, yang mana mengikuti jalur aliran. Kecepatan konstan ditunjukkan oleh spasi berjarak sama dari aliran arus paralel seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.2 (a). Profil kecepatan tersebut untuk fluida yang bergerak lambat dan terendam dalam sebuah objek yang ditunjukkan pada Gambar 7.2 (b); pengurangan spasi diantara aliran arus yang menunjukkan bahwa kecepatan di atas dan bawah obyek lebih besar daripada di bagian depan dan belakang. Aliran arus hanya menampilkan efek bersih dari pergerakan fluida; meskipun aliran arus menunjukkan aliran fluida yang mulus secara terus menerus, molekul fluida sebenarnya bisa bergerak dengan cara yang tidak menentu. Semakin lambat suatu aliran fluida (jika dilihat pada aliran arusnya) biasanya mengambarkan gerakan aktualnya. Aliran fluida lambat disebut aliran arus atau aliran laminar. Dalam pergerakan cepat, partikel fluida bergerak terus-menerus membentuk aliran arus secara kontinu. Gerakan ini disebut aliran turbulen dan ditandai oleh pembentukan pusaran. 7.2.2 Bilangan Reynold Transisi dari laminar menjadi aliran turbulen tidak hanya bergantung pada kecepatan fluida, tetapi juga pada viskositas, densitas, dan geometri dari saluran aliran. Sebuah parameter yang digunakan untuk mencirikan aliran fluida adalah bilangan Reynolds. Untuk aliran penuh dalam pipa dengan penampang melingkar, bilangan Reynolds Re didefinisikan sebagai: (7.1) di mana D adalah diameter pipa, u adalah kecepatan linier rata-rata fluida, ρ adalah densitas fluida, dan µ adalah viskositas fluida. Untuk tangki berpengaduk, ada bentuk lain dari bilangan Reynolds:
    • (7.2) Dimana Rei adalah bilangan Reynolds impeller, Ni adalah kecepatan pengaduk, Di adalah diameter impeller, ρ adalah densitas fluida dan µ adalah viskositas fluida. Gambar 7.2 aliran arus untuk (a) kecepatan fluida konstan, (b) aliran steady dalam sebuah benda. Bilangan Reynolds adalah variabel tak berdimensi; satuan dan dimensi dari parameter dalam Persamaan (7.1) dan (7.2) dihilangkan sepenuhnya. Bilangan Reynolds dinamai dari Osborne Reynolds yang menerbitkan suatu seri klasik yaitu tulisan mengenai sifat aliran dalam pipa pada tahun 1883. Salah satu hasil yang paling signifikan dari eksperimen Reynolds adalah bahwa disana ada bilangan Reynolds kritis yang menandai batas untuk aliran laminar dalam pipa. Dalam pipa halus, aliran laminar
    • memiliki bilangan Reynolds kurang dari 2100. Di bawah kondisi normal, aliran turbulen pada Re diatas 4000. Antara 2100 dan 4000 adalah daerah transisi di mana aliran dapat berupa laminar atau turbulen tergantung pada kondisi saat masuk ke pipa dan variabel lainnya. Aliran dalam tangki berpengaduk mungkin juga laminar atau turbulen sebagai fungsi dari bilangan Reynolds impeller. Nilai dari Rei yang menandai transisi antara aliran tersebut tergantung pada geometri dari impeller dan tangki, untuk beberapa sistem pengadukan yang biasa digunakan, aliran laminar ditemukan di Rei 10. 7.2.3. Lapisan Batas Hidrodinamik Dalam aplikasi paling praktis, fluida akan mengalir jika ada permukaan padatan yang tetap, seperti dinding pipa atau tangki. Bagian fluida di mana aliran dipengaruhi oleh zat padat disebut lapisan batas. Sebagai contoh, anggap aliran fluida paralel dengan plat datar yang ditunjukkan pada Gambar 7.3. Kontak antara fluida yang bergerak dan plat menyebabkan pembentukan awal lapisan batas di tepi dan berkembang di kedua bagian atas dan bawah plat. Gambar 7.3 hanya menunjukkan aliran atas; pergerakan fluida di bawah plat akan menjadi bayangan cermin yang di atasnya. Seperti yang ditunjukkan oleh anak panah pada Gambar 7.3 (a), kecepatan bagian terbesar fluida di depan plat seragam dan besarnya uB. Besarnya lapisan batas ditunjukkan oleh garis putus-putus. Gambar 7.3 lapisan batas fluida untuk aliran plat datar. (a) bentuk lapisan batas di tepi. (b) Dibandingkan dengan kecepatan uB dalam bagian terbesar fluida, kecepatan di lapisan batas adalah nol pada permukaan plat tetapi bertambah dengan jarak dari plat untuk mencapai uB di dekat batas terluar dari lapisan batas.
    • Di atas lapisan batas, gerakan fluida adalah sama jika plat tidak ada. Lapisan batas tumbuh menebal dari tepi mengembang hingga mencapai ukuran maksimal. Ketebalan akhir dari lapisan batas tergantung pada bilangan Reynolds untuk bagian terbesar aliran. Ketika fluida mengalir melalui objek yang tidak bergerak, sebuah selaput tipis fluida akan menyentuh dan melekat pada permukaan untuk mencegah terjadinya selip. Kecepatan fluida pada permukaan plat pada Gambar 7.3 adalah nol. Ketika aliran fluida diam, aliran dari setiap lapisan fluida akan melambat karena adanya gaya viskositas. Fenomena ini diilustrasikan pada Gambar 7.3 (b). Kecepatan fluida pada lapisan batas, u, ditunjukkan oleh panah, nilai u adalah nol pada permukaan plat. Gaya viskositas ditransmisikan ke fluida dari lapisan stasioner pada permukaan. Lapisan fluida di atas permukaan plat bergerak lambat dengan kecepatan tertentu; selanjutnya lapisan bergerak dengan kecepatan yang lebih besar akibat gaya tarik terkait dengan pengurangan lapisan stasioner. Pada tepi lapisan batas, fluida tidak dipengaruhi oleh kehadiran plat dan kecepatan sangat dekat kaitannya dengan bagian besar aliran, uB. Besarnya u di beberapa titik pada lapisan batas ditunjukkan oleh Gambar 7.3 (b) dengan panah ke arah aliran. Panjang garis panah kecepatan menunjukkan profil kecepatan dalam fluida. Sebuah gradien kecepatan, adalah suatu perubahan kecepatan bergantung pada jarak plat, dengan kata lain gradien kecepatan arahnya tegak lurus terhadap arah aliran. Adanya gradien kecepatan disebabkan karena gaya tarik yang dihasilkan dari perlambatan fluida pada permukaan yang ditransmisikan melalui fluida.
    • Pembentukan lapisan batas penting tidak hanya untuk menentukan karakteristik aliran fluida, tetapi juga untuk transfer panas dan massa antar fase. Topik-topik yang dibahas lebih lanjut dalam Bab 8 dan 9. 7.2.4. Pemisahan Lapisan Batas Apa yang terjadi jika hubungan antara fluida dan padatan yang tenggelam dalam jalur aliran tersebut terputus ? Sebagai contoh,dengan menganggap sebuah plat datar tegak lurus terhadap arah aliran fluida, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.4. fluida melekat pada permukaan plat, dan membentuk lapisan batas, yang kemudian mengalir baik ke atas atau bawah objek. Ketika fluida mencapai bagian atas atau bawah plat, momentumnya mencegah terbentuknya pusaran tajam di sekitar tepi. Akibatnya, fluida terpisahkan dari plat dan berlangsung keluar ke dalam bagian terbesar cairan. Bagian belakang plat adalah zona yang fluidanya melambat dimana pusaran besar atau vortisitas terbentuk. Zona ini disebut wake. Pusaran pada wake dipengaruhi oleh gerak rotasi oleh gaya pada perbatasan arus. Gambar 7.4 Arus sekitar plat datar sejajar tegak lurus terhadap arah aliran. (Dari W.L. McCabe dan J.C. Smith, 1.976 Operasi Unit dari Teknik Kimia, edisi ke-3, McGraw-Hill, Tokyo.) Pemisahan lapisan batas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.4 dapat terbentuk karena adanya perubahan mendadak pada arah kecepatan fluida yang terlalu besar untuk memenuhi permukaan padat. Ini terjadi jika adanya kontraksi tiba-tiba, ekspansi atau belokan pada saluran aliran, atau ketika sebuah benda ditempatkan melewati aliran. Energi dapat dikaitkan dengan zona wake; energi berasal dari aliran. Pembentukan zona wake harus diminimalkan untuk menghindari kehilangan tekanan yang besar; pada kasus lain seperti pengadukan dan perpindahan panas, pemisahan lapisan batas mungkin diinginkan. 7.7. SIFAT RHEOLOGI DARI FERMENTASI KALDU Data rheologi telah digunakan untuk berbagai fermentasi fluida. data ini diperoleh dengan menggunakan berbagai macam viskometer dan teknik pengukuran, namun, perihal
    • pengendapan partikel dan sentrifugasi kaldu telah diabaikan dalam banyak kasus. Kebanyakan suspensi miselium dimodelkan sebagai cairan pseudoplastik atau, tegangan luluh, Bingham atau plastik Casson. Di sisi lain, rheologi dari pengenceran kaldu dan pemeliharaan ragi bukan serangkaian bakteri yang membentuknya tetapi biasanya Newtonian. Sifat rheologi dari beberapa mikroba dan sel tanaman suspensi tercantum dalam Tabel 7.2. dalam kebanyakan kasus, sifat tersebut berlaku hanya selama kisaran tertentu tergantung dari kondisi geser yang ditentukan oleh viskometer yang dipilih. Ketika fermentasi menghasilkan polimer ekstraseluler seperti dalam produksi mikroba pullulan dan xanthan, karakteristik rheologi dari kaldu sangat bergantung pada sifat dan konsentrasi bahan tersebut. 7.10. DAYA YANG DIBUTUHKAN UNTUK PROSES PENGADUKAN Biasanya, daya listrik digunakan untuk menggerakkan impeler pada vessel pengaduk. Untuk kecepatan pengaduk, daya yang diperlukan tergantung pada daya tahan yang diberikan oleh fluida untuk perputaran impeller. Rata-rata daya konsumsi per satuan volume untuk industri bioreaktor berkisar dari 10 kW m-3 untuk vessel kecil (ca. 0,1 m3 ), hingga 1-2 kWm-3 untuk vessel besar (ca. 100 m3 ). Gesekan pada roda gigi motor dan segel mengurangi transmisi energi ke fluida, sehingga daya listrik yang dikonsumsi oleh motor berpengaduk selalu lebih besar dari daya pengadukan dengan jumlah yang tergantung pada efisiensi penggerakkan. Biaya energi untuk pengoperasian pengaduk dalam bioreaktor penting untuk pertimbangan dalam proses ekonomi. panduan umum untuk menghitung kebutuhan daya dibahas di bawah ini. 7.10.1. Fluida Newtonian Bukan Gas Daya pengadukan untuk fluida non-aerasi tergantung pada kecepatan pengaduk, diameter impeller dan geometri, dan sifat dari fluida seperti densitas dan viskositas. Hubungan antara variabel-variabel biasanya ditunjukkan dalam bentuk bilangan dimensi seperti bilangan Reynolds impeller Rei dan jumlah daya Np. Np didefinisikan sebagai : (7.17) di mana P adalah Daya, ρ adalah densitas fluida, Ni adalah kecepatan pengaduk dan Di adalah diameter impeller. Hubungan antara Rei dan Np telah ditentukan secara eksperimen untuk berbagai konfigurasi impeller dan tangki. Lima desain impeller yaitu turbin Rushton, paddle, marine propeller, anchor dan pita heliks, yang ditunjukkan dalam Gambar 7.24 dan
    • 7.25 [29-31]. Setelah nilai dari Np diketahui, daya yang diperlukan dihitung dari Persamaan. (7.17) sebagai berikuit : (7.18) Untuk impeller, hubungan antara jumlah daya dan bilangan Reynolds tergantung pada aliran resim di tangki. Tiga aliran resim dapat diidentifikasi dalam gambar 7.24 dan 7.25: i. Resim Laminar. Resim laminar memiliki Rei <10 untuk banyak impeler, untuk pengaduk dengan jarak ruang dinding sangat kecil seperti anchor dan pita heliks pengaduk, aliran laminar dapat bertahan sampai Rei = 100 atau lebih. Di resim laminar: (7.19) di mana k1 adalah konstanta proporsionalitas. Nilai k1 untuk impeler diilustrasikan pada Gambar 7.24 dan 7.25 yang terdaftar pada Tabel 7.3 [29]. Daya yang diperlukan untuk aliran laminar tidak tergantung pada densitas fluida tetapi sebanding untuk viskositas fluida. ii. Rezim Turbulent. jumlah daya tidak tergantung pada bilangan Reynolds dalam aliran turbulen. Oleh karena itu: (7.20) di mana adalah nilai konstanta dari jumlah daya di rezim turbulen. Perkiraan nilai untuk impeler dari gambar 7.24 dan 7.25 tercantum dalam Tabel 7.3 [29]. Nilai untuk turbin lebih tinggi daripada nilai untuk impeller, hal ini menunjukkan bahwa turbin mengirimkan lebih banyak daya kepada fluida daripada desain yang lainnya. Daya yang diperlukan untuk aliran turbulen tidak bergantung pada viskositas fluida tapi bergantung pada densitas fluida. Rezim turbulen terjadi pada Rei > 103 atau 104 untuk impeler pada vessel berbaffle. Untuk impeler yang sama tapi pada vessel tanpa baffle, kurva daya agak berbeda dari yang ditunjukkan pada Gambar 7.24. Tanpa baffle, turbulensinya tidak sepenuhnya meningkat hingga Rei > 105 , bahkan nilai dapat berkurang menjadi antara 1/2 dan 1/10 apabila menggunakan baffle [29-31].
    • iii. Rezim transisi. Diantara aliran laminar dan turbulen terdapat rezim transisi. Densitas dan viskositas mempengaruhi daya yang dibutuhkan dalam rezim ini. Biasanya transisi terjadi secara bertahap sebagai akibat dari perubahan aliran laminar menjadi aliran turbulen dalam tangki berpengaduk, pola aliran dan kisaran bilangan Reynolds untuk transisi tergantung pada sistem geometri. Persamaan (7.19) dan (7.20) menunjukkan hubungan yang kuat antara daya yang digunakan pada berbagai ukuran diameter pengaduk dengan kecepatan pengaduk. Perubahan kecil dalam ukuran impeller memiliki dampak yang besar terhadap daya yang dibutuhkan, yaitu dengan meningkanya diameter impeler maka akan meningkatkan daya menjadi tiga atau lima kali dari sebelumnya. Dalam rezim turbulensi, peningkatan 10% dari diameter impeller akan meningkatkan daya yang diperlukan menjadi lebih dari 60%, peningkatan 10% kecepatan pengaduk akan meningkatkan daya yang diperlukan menjadi lebih dari 30%. Daya yang diperlukan untuk mengaduk, tergantung pada geometri impeller dan konfigurasi tangki. Kurva dari gambar 7.24 dan 7.25 menunjukkan pada geometri tertentu akan berubah jika jumlah atau ukuran baffle, bilangan, panjang, lebar, puncak atau sudut pisau pada impeller, ketinggian impeler dari bagian bawah tangki, dan lain-lain juga berubah. Untuk turbin Rushton dalam tangki berbaffle pada kondisi turbulen sepenuhnya (Rei > 104 ), jumlah daya terletak antara sekitar 2 dan 10 tergantung pada parameter [25, 31]. Untuk propeller, puncak impeller memiliki dampak yang besar pada jumlah daya di Rezim turbulen [25]. Tabel 7.3 Konstanta dalam Persamaan (7.19) dan (7.20)
    • Gambar 7.25 Korelasi antara jumlah daya dan bilangan Reynolds untuk anchor dan pita heliks impeler tanpa Sparging. (Dari M. Zlokarnik dan H. Judat, 1988, Pengadukan. Dalam:. W. Gerhartz, Ed, Encyclopedia Ullmann dari Industri Kimia, vol. B2, hlm 25-1-25-33, VCH, Weinheim.) Contoh 7.2 Perhitungan dari daya yang dibutuhkan Sebuah kaldu fermentasi dengan viskositas 10-2 Pa s dan densitas 1000 kg m-3 diaduk dalam 50 m3 tangki berbaffle menggunakan marine propeller dengan diameter 1,3 m. Geometri
    • tangki seperti yang ditentukan dalam Gambar 7.24. Hitung daya yang diperlukan untuk kecepatan pengaduk 4s-1 . solusi: Dari Persamaan. (7.2) : Dari Gambar 7.24, aliran pada Rei ini adalah turbulent. Dari Tabel 7.3, adalah 0.35; oleh karena itu : 7.10.2. Fluida Non-Newtonian Bukan Gas Estimasi kebutuhan daya untuk fluida non-Newtonian lebih sulit. Itu bisa saja dikarenakan tingginya kekentalan fluida untuk mencapai tingkat turbulensi, sehingga nilai Np selalu tergantung pada Rei. Sebagai tambahan, karena viskositas dari fluida non-Newtonian bervariasi dengan kondisi geser, bilangan Reynolds impeller digunakan untuk mengkorelasikan kebutuhan daya. Beberapa korelasi daya telah ditunjukkan dengan menggunakan bilangan Reynolds impeller yang didasarkan pada viskositas µa : (7.21) sehingga, dari Persamaan. (7.8) untuk hukum daya fluida: (7.22) dimana n adalah indeks perilaku aliran dan K adalah indeks konsistensi. Kesulitan yang timbul dengan penerapan Persamaan. (7.22) adalah pada penentuan dari nilai γ. Untuk tangki berpengaduk, relasi untuk fluida pseudoplastik yang sering digunakan: (7.11) di mana k adalah konstanta yang besarnya tergantung pada geometri impeller. Hubungan dari pers. (7.11) dibahas lebih lanjut dalam Bagian 7.13, untuk impeler turbin, nilai k adalah sekitar 10. Substitusi Pers. (7.11) ke dalam Pers. (7.22) sehingga didapatkan suatu bilangan Reynolds yang tepat untuk fluida pseudoplastik:
    • (7.23) Hubungan antara jumlah daya dan bilangan Reynolds untuk turbin Rushton di tangki berbaffle yang mengandung fluida pseudoplastik non-Newtonian ditunjukkan pada Gambar 7.26 [32, 35]. Garis yang ke atas didapat dari pengukuran fluida Newtonian yang Rei nya didefinisikan oleh Persamaan (7.2); garis ini sama seperti kurva yang sudah ditunjukkan pada Gambar 7.24. Garis yang ke bawah menunjukkan hubungan Np-Rei untuk fluida pseudoplastik dengan Rei. Gambar 7.26 Korelasi antara jumlah daya dan bilangan Reynolds untuk turbin Rushton di fluida tak teranginkan non-Newtonian dalam tangki berbaffle. (Dari A.B. Metzner, R.H. Feehs, H. Lopez Ramos, R.E. Otto dan J.D. Tuthill, 1961, Agitasi fluida Newtonian dan non- Newtonian kental. AIChEJ. 7, 3-9.) didefinisikan oleh Persamaan. (7.23). Daerah laminar lebih luas ke bilangan Reynolds yang lebih tinggi dalam fluida pseudoplastik daripada pada sistem Newtonian. Pada Rei dibawah 10 dan diatas 200, nilai untuk fluida Newtonian dan non-Newtonian adalah sama, pada kisaran menengah, fluida pseudoplastik menggunakan lebih sedikit daya dari pada fluida Newtonian. Ada beberapa kesulitan dengan penerapan Gambar 7.26 untuk desain bioreaktor. Seperti dibahas lebih lanjut pada bagian 7.13, pola aliran pada fluida pseudoplastik dan Newtonian berbeda secara signifikan. Bahkan ketika ada turbulensi tinggi dekat impeller dalam sistem pseudoplastik, sebagian besar cairan mungkin akan bergerak sangat lambat dan
    • memakai sedikit daya. Masalah lain seperti yang diilustrasikan pada Gambar 7.10, bahwa parameter non-Newtonian K, n, dan µa, dapat mengubah substansi selama fermentasi. 7.10.3. Fluida Gas Cairan pada gas sparged dapat mengurangi kebutuhan akan daya. Gelembung gas dapat mengurangi densitas dari fluida, namun, pengaruh densitas pada kebutuhan daya seperti yang diungkapkan pada Persamaan. (7.20) tidak cukup menjelaskan semua karakteristik daya pada sistem gas-cair. Keberadaan gelembung juga mempengaruhi perilaku hidrodinamik fluida di sekitar impeller. Besar gas pengisi rongga bertambah pada bagian belakang pengaduk dalam cairan soda, rongga ini mengurangi resistensi terhadap aliran fluida dan mengurangi koefisien tarikan dari impeller. Ciri khas gas rongga ditunjukkan pada Gambar 7.27, foto ini diambil pada dasar tangki berbaffle yang menunjukkan sembilan-blade discturbine dengan sparger yang diposisikan tepat di bawah impeller [33]. Semua perubahan perilaku hidrodinamika untuk gas tidak sepenuhnya dipahami. Pemakaian daya sangat dikendalikan oleh pembentukan rongga gas, karena proses ini tidak terus-menerus dan munculnya agak acak, penurunan penggunaan daya biasanya tidak seragam. Sifat acak dispersi gas dalam tangki pengaduk mengakibatkan sulitnya mendapatkan prediksi yang akurat dari daya yang dibutuhkan. Namun, pernyataan untuk rasio dari daya gas ke bukan gas sebagai fungsi kondisi operasi telah diperoleh [34]: (7.24) dimana Pg adalah daya pemakaian dengan Sparging, P0 adalah daya pemakaian tanpa Sparging, Fg adalah laju alir volumetrik gas, Ni adalah kecepatan pengaduk, V adalah volume cairan, Di adalah diameter impeller, g adalah percepatan gravitasi, dan Wi adalah lebar pisau impeller. Deviasi rata-rata nilai eksperimental dari Persamaan. (7.24) adalah sekitar 12%. Dengan Sparging, penggunaan daya bisa dikurangi menjadi setengahnya dari nilai bukan gas, tergantung pada laju alir gas [33]. Gambar 7.27 pembentukan rongga Gas pada bagian belakang pisau dari 7,6 cm sembilan pisau datar-disc turbine dalam air sparged dengan udara. Kecepatan pengaduk adalah 720 rpm. (Dari W. Bruijn, K. van't Riet dan J.M. Smith, 1974, konsumsi daya dengan aerasi Rushton turbin. Trans. Iche 52, 88-104.)
    • 7.13. EFEK DARI SIFAT RHEOLOGI PADA PENGADUKAN Untuk pengadukan yang efektif harus ada kondisi turbulen dalam vessel pengadukan. Intensitas turbulensi diwakili oleh bilangan Reynolds impeller Rei. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 7.23 untuk tangki berbaffle dengan impeller turbin, saat Rei turun di bawah sekitar 5 x 103 turbulensi yang teredam maka waktu pencampuran akan meningkat secara signifikan. Nilai Rei seperti yang didefinisikan dalam Persamaan (7.2) akan menurun untuk meningkatkan viskositas. Oleh karena itu, kondisi yang tidak turbulen dan pengadukan yang lebih sedikit mungkin akan terjadi selama agitasi dari fluida yang sangat kental. Meningkatkan kecepatan impeller adalah solusi yang tepat, tetapi, seperti yang dibahas dalam bagian 7.11, ini memerlukan pertimbangan dalam hal peningkatan penggunaan daya dan mungkin ini tidak dapat dikerjakan dengan mudah. Kebanyakan fluida non-Newtonian dalam Bioproses adalah pseudoplastik. Karena viskositas dari fluida ini tergantung pada laju geser, maka perilaku reologi dari pemeliharaan kaldu tergantung pada kondisi geser dalam fermentor tersebut. Metzner dan Otto [32] telah mengusulkan bahwa tingkat rata-rata geser dalam vessel berpengaduk adalah fungsi linear dari kecepatan pengaduk:
    • (7.27) dimana γav adalah laju geser rata-rata, k adalah konstanta yang tergantung pada desain impeller dan Ni adalah kecepatan pengaduk. Nilai eksperimental dari k dirangkum dalam Tabel 7.4. Validitas Pers. (7.27) disahkan oleh Metzner et al. [35]. Namun, laju geser dalam vessel berpengaduk tidak seragam, kekuatan sangat tergantung pada jarak dari impeller. Gambar 7.29 menunjukkan penurunan yang cepat dalam laju geser pada fluida pseudoplastik dengan meningkatnya jarak radial dari ujung turbin pipih impeller [37]. Tingkat geser maksimum yang dekat dengan impeller jauh lebih tinggi daripada rata-rata yang dihitung pada Persamaan. (7.27). Fluida pseudoplastik merupakan geseran tipis, dimana viskositas mereka akan menurun dengan meningkatnya geseran. Oleh karena itu, dalam vessel berpengaduk, fluida pseudoplastik memiliki viskositas yang relatif rendah pada zona geser yang tinggi di dekat impeller, dan relatif tinggi viskositasnya ketika fluida ini jauh dari impeller. Sebagai Hasilnya, pola aliran mirip dengan yang diilustrasikan pada Gambar 7.30, kolam sirkulasi kecil dari hasil pergeseran fluida yang sangat tinggi mengelilingi impeller saat sebagian besar cairan jarang bergerak sama sekali. Dalam bioreaktor yang mengandung kaldu non- Newtonian, hal ini dapat menyebabkan pengembangan zona statis yang jauh dari impeller. Efek dari fluida lokal dalam fluida pseudoplastik dapat diatasi dengan memodifikasi geometri dari sistem atau desain impeller. Pengaduk dengan diameter yang lebih besar sangat dianjurkan. Untuk turbin impeller, sebagai pengganti dari tangki konvensional untuk diameter impeller dengan rasio 3:1 digunakan fluida dengan viskositas rendah, rasio ini berkurang menjadi kisaran antara 1.6 dan 2. Perbedaan desain impeller pada vessel juga dianjurkan. Jenis yang paling umum digunakan untuk pengadukan fluida yang kental adalah impeler heliks dan gate-dan paddle-anchors yang dipasang dengan jarak ruang kecil antara impeller dan dinding tangki. Pengadukan dengan jenis pengaduk tersebut dapat dicapai dengan kecepatan rendah tanpa adanya kecepatan arus yang tinggi. Pengaduk Helik digunakan untuk mengurangi kerusakan geser dan meningkatkan pencampuran dalam suspensi sel kental [38]. Desain alternatif impeller seperti pita heliks dan anchor dapat meningkatkan pencampuran dalam fluida kental, namun aplikasi mereka dalam fermentor hanya mungkin apabila kebutuhan oksigen dalam pemeliharaan relatif rendah. Meskipun diameter impeller yang besar beroperasi pada kecepatan yang relatif lambat akan memberikan pengadukan yang maksimal dan tingginya sistem geseran yang kecil, tetapi kecepatan tinggi impeller lebih baik untuk memecah gelembung gas dan menaikkan pemindahan oksigen ke cairan tersebut.
    • Dalam desain fermentor untuk fluida kental, pengecualian biasanya diperlukan untuk efektivitas pengadukan dan perpindahan massa yang memadai.