Este documento describe diferentes tipos de biorreactores, incluyendo biorreactores de agitación, columnas de burbujeo, reactores de tiro de aire, lechos empacados, lechos fluidizados, lechos de goteo y biorreactores aireados y agitados. También clasifica los biorreactores por su forma de operación en biorreactores de lote, biorreactores de lote alimentado y biorreactores continuos.

2. Índice
 Objetivos……………………………………………………………………………….…3
 Introducción………………………………………………………………….…………4
 Biorreactor de agitación……………………………………………………………………..………..6
 Fermentador con agitador de turbina………………………………………………………..…..…7
 Tipo de impulsores en los biorreactores con agitación……………………………..…..……8
 Columna de burbujeo………………………………………………………………………………..…9
 Distribuidores estáticos de gas…………………………………………………………………….….10
 Reactores de tiro o corriente de aire……………………………………………………………..11
 Lechos empacados………………………………………………………………………………………13
 Lechos fluidizados………………………………………………………………………………………14
 Lechos de goteo………………………………………………………………………………………….15
 Aireados y agitados…………………………………………………………………………………….16
 Clasificación de Biorreactores por Forma de Operación……………….…...…………...17
7Biorreactor de Lote (Batch)…………………………………………………………………….…..……18
 Biorreactor de Lote Alimentado (Feed-Bach)……………………………………………..……19
 Biorreactor continuo ………………………………………………………………………….…………20
 Desarrollo Experimental………………………………………………………….21
 Bibliografía ……………………….……………………………………………..……22

3. Objetivo
 Identificar y describir los diferentes tipos de
biorreactores y sus partes accesorias, al igual que la
forma como se operan, controlan, esterilizan, cargan
y descargan, etcétera.

4. Introducción
 Los biorreactores son recipientes de reacción, en los que se
crean técnicamente las condiciones óptimas para el cultivo y
multiplicación de microorganismos, para la formación de
productos óptimos.
 Las características que debe reunir un biorreactor se encuentran:
 Calidad de mezclado, tiempo de mezcla y patrones de flujo que beneficien la
distribución de la materia prima en el biorreactor y la conversión a producto.
 Altas velocidades de transferencia de masa, momento y calor, con un bajo costo o
económicamente redituable.
 Factibilidad técnica y económica en la construcción de unidades de gran volumen.
 Bajos costos de operación y mantenimiento
 Operación aséptica.

5. Introducción
 Se cuenta con distintos tipos de biorreactores, entre
los principales están:
 Tanques agitados.
 Columna de Burbujeo.
 De Circulación (Tiro de aire o Air-lift)
 Lechos empacados
 Lechos fluidizados
 Lechos de goteo
 Aireados y agitados

6. Biorreactor de agitación.
Los fermentadores agitados se utilizan
generalmente para cultivos aeróbicos y exhiben
un comportamiento en la concentración de
sustrato como el que se observa:

7. Fermentador
con agitación
de turbina

8. Tipo de impulsores en los biorreactores con agitación:

9. Columna de burbujeo
 Es el fermentador más
sencillo.
 No cuenta con agitación
mecánica.
 Su hidrodinámica y demás
características dependen del
comportamiento de las
burbujas formadas en el
difusor.

10. Distribuidores estáticos de gas.

11. Reactores de tiro o corriente de aire (Reactor Air-lift)
 El rasgo característico que los diferencia de los de
columna de burbujas es que las corrientes de flujo de
líquido están más definidas debido a la separación
física de las corrientes ascendentes y descendentes.

12. Configuraciones de reactores de tiro de aire.

13. Lechos Empacados
 Se utilizan con biocatalizadores inmovilizados o
en forma de partículas.
 Consiste en un tubo generalmente vertical, relleno
o empacado con partículas de catalizador.
 El medio de cultivo puede alimentarse por la parte
superior o inferior de la columna y forma una fase
líquida continua entre las partículas.
 En los lechos empacados, el daño debido al
desgaste de las partículas es mínimo en
comparación con los reactores agitados.
 Se emplean a nivel comercial con células y
enzimas inmovilizadas para la producción de
aspartato y fumarato y en la separación de
isómeros de aminoácidos

14. Lechos Fluidizados
 El fundamento de operación se basa en el
flujo hacia arriba de un líquido sobre un
lecho empacado de partículas de
catalizador de tamaño y densidad
apropiados, éste se expande debido al
movimiento ascendente de las partículas.
 Se utilizan en el tratamiento de residuos
con arena o un material similar que
soporta la mezcla de poblaciones
microbianas.
 Pueden utilizarse con organismos
floculantes en los procesos de fabricación
de la cerveza o en la producción de
vinagre.

15. Lecho de Goteo
 También llamado tricklebed es una variación del
lecho empacado.
 Son los más tradicionales.
 El sustrato se hace pasar lentamente por la
matriz empaquetada que contiene al
microorganismo (un proceso semi-continuo,
aunque permiten trabajar también en
discontinuo), lo que supone la consideración de
un tiempo de residencia en dicha matriz.
 El líquido es suministrado en forma de “spray”.

16. Aireados y Agitados
 Este tipo de biorreactor es popular y
fundamentalmente es el mismo que se
utiliza con cultivos a pequeña escala.
 Cuando el volumen de cultivo se
incrementa, aparecen muchos problemas
de escalado tales como:
 incremento del estrés mecánico por la agitación
del impulsor,
 incremento de espuma y
 adición de las células a la superficie interior del
biorreactor.
 Agitación mecánica.

17. Clasificación de Biorreactores por Forma de
Operación:
De acuerdo a la forma de operación los biorreactores
se pueden clasificar como:
 Biorreactor de Lote (Batch)
 Biorreactor de Lote Alimentado (Feed-Bach)
 Biorreactor continuo

18. Biorreactor de Lote (Batch)
 Es un reactor donde no existe flujo de entrada ni de salida,
es simplemente un reactor con un agitador que homogeniza
la mezcla.
 Se le debe suministrar oxígeno de manera continua
mientras se elimina el dióxido de carbono y otros gases
producidos en el proceso.
 Su costo depende del tiempo necesario para alcanzar la
concentración de producto deseados.

19. Biorreactor de Lote Alimentado (Feed-Bach)
 Este tipo de biorreactor se opera con una
alimentación continua de nutrientes,
pero no existe un flujo de salida continuo.
 Se pretende es controlar la cantidad de
sustrato que se utiliza, ya que existen
ciertas reacciones que no deben de
superar determinada concentración de
sustrato porque podría haber menor
producción o inclusive dejar de producir
lo que queremos.
 En este caso el volumen dentro del
reactor va aumentando hasta cierto punto
en el cual es necesario descargarlo.

20. Biorreactor continuo
 Mientras tiene lugar la
reacción química al
interior del reactor, éste se
alimenta constantemente
de material reactante, y
también se retira
ininterrumpidamente los
productos de la reacción.

21. Desarrollo Experimental
Conocer los
Estudiar sus
Inicio biorreactores a nivel
laboratorio
componentes
Visitar planta de
Conocer los
tratamiento “Aguas de Estudiar sus
biorreactores a nivel
San Juan Ixhuatepec, componentes
planta piloto
S.U.” o planta de FERMIC
Fin

22. Bibliografía
 DORAN,Pauline (1998), Principios de ingeniería de
los bioprocesos, Editorial Acribia, España.
 ATKINSON, B.,(2002) Reactores químicos, Reverté,
2° Edición, España.
 SCRAGG, (1999)Biotecnología para Ingenieros
Sistemas biológicos en procesos tecnológicos,
Limusa, México.
 HOPP, V.,(1984) Fundamentos de tecnología
química para formación profesional, Reverté,
España.