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2020/2021

Biorreactores

Código: 101022 Créditos ECTS: 3
Titulación Tipo Curso Semestre
2500502 Microbiología OB 3 1
La metodología docente y la evaluación propuestas en la guía pueden experimentar alguna modificación en función de las restricciones a la presencialidad que impongan las autoridades sanitarias.

Contacto

Nombre:
Julio Octavio Pérez Cañestro
Correo electrónico:
Julio.Perez@uab.cat

Uso de idiomas

Lengua vehicular mayoritaria:
español (spa)
Algún grupo íntegramente en inglés:
No
Algún grupo íntegramente en catalán:
No
Algún grupo íntegramente en español:
No

Prerequisitos

No hay prerrequisitos para esta asignatura

Objetivos y contextualización

-  Adquirir conocimientos sobre diferentes aspectos relevantes en procesos bioindustriales, tales como balances de materia, diseño y uso adecuado de un biorreactor según su aplicación.

-  Conocer los principales tipos de biorreactores, sus características básicas y sus aplicaciones más importantes, tanto para procesos enzimáticos como con microorganismos.

-  Estudiar los elementos necesarios para llevar a cabo el diseño y la operación de un biorreactor, tales como las ecuaciones cinéticas más comunes y las ecuaciones de diseño, la interacción entre cinética y modo de operación, los sistemas de agitación y aeración, así como  la instrumentación y elementos de control básicos. Analizar los reactores ideales, a partir de estos, determinar los requisitos necesarios para el uso de reactores reales.

Competencias

  • Aplicar microorganismos o sus componentes al desarrollo de productos de interés sanitario, industrial y tecnológico.
  • Saber comunicar oralmente y por escrito.
  • Saber trabajar individualmente, en grupo, en equipos de carácter multidisciplinar y en un contexto internacional.
  • Utilizar bibliografía o herramientas de Internet, específicas de Microbiología y de otras ciencias afines, tanto en lengua inglesa como en la lengua propia.

Resultados de aprendizaje

  1. Aplicar la configuración de reactor y estrategia de operación más adecuada a cada tipo de aplicación industrial.
  2. Conocer las ventajas y limitaciones de las diferentes estrategias de mejora de los procesos de producción.
  3. Conocer y comprender los mecanismos de transferencia de materia y energía.
  4. Definir los efectos del cambio de escala para los diferentes tipos de biorreactores y aplicaciones.
  5. Describir los diferentes tipos de biorreactores existentes.
  6. Saber comunicar oralmente y por escrito.
  7. Saber trabajar individualmente, en grupo, en equipos de carácter multidisciplinar y en un contexto internacional.
  8. Utilizar bibliografía o herramientas de Internet, específicas de Microbiología y de otras ciencias afines, tanto en lengua inglesa como en la lengua propia.
  9. Utilizar el tipo de agitación necesario para las necesidades de una aplicación específica.

Contenido

TEMA 1.- INGENIERÍA BIOQUÍMICA Y BIOTECNOLOGÍA.

- Los biorreactores en los procesos biotecnológicos

  • Definición de biotecnología
  • Proceso productivo y posición de los biorreactores

- Cinética enzimática y microbiana

  • Definiciones
  • Estequiometría del crecimiento de microorganismos
  • Crecimiento celular, consumo de sustratos y obtención de productos.
  • Cinética de crecimiento microbiano
  • Efecto de parámetros físicoquímicos sobre la actividad enzimática y el crecimiento microbiano

- Balances de materia y energía

  • Principio de conservación de materia y energía
  • Balances de materia en biorreactores.

TEMA 2.- BIORREACTORES IDEALS

- Diseño básico de biorreactores ideales

  • Clasificación de biorreactores
  • Biorreactores ideales: operación en continuo y discontinuo.
  • Operación en "fed-batch". Sistemas con recirculación. Reactores en serie.

TEMA 3.- BIORREACTORES REALES

- Configuraciones típicas y elementos de un biorreactor.

  • Ejemplos de biorreactores reales
  • Flujo no ideal
  • Biorreactores avanzados

TEMA 4.- OPERACIÓN, INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE BIORREACTORES.

- Aeración

  • Transferencia de oxígeno.
  • Aeración y eficacia de aeración.
  • Determinación del coeficiente kLa.

- Agitación

  • Reología de los medios de fermentación
  • Efecto del esfuerzo cortante.
  • Agitadores.
  • Agitación y aeración.

- Escalado de biorreactores

- Control e Instrumentación:

  • Definiciones
  • Necesidades e incentivos
  • Elementos de un sistema de control
  • Implementación física de un sistema de control: control de pH, control de temperatura i control de oxígeno disuelto

 

A menos que las restricciones impuestas por las autoridades sanitarias obliguen a una priorización o reducción de estos contenidos.

 

 

Metodología

CLASES DE TEORÍA (20h): Se impartirán clases magistrales en las que se introducirán los conceptos básicos del temario. Se intentará, siempre que sea posible material audiovisual o interactivo que ayude a la comprensión de conceptos

SEMINARIOS (3h): los seminarios tienen como objetivo reforzar los conceptos teóricos con casos prácticos representativos. Se utilizará un caso de estudio del uso de biorreactores en procesos reales. Se favorecerá la discusión y el trabajo en grupo.

 

La metodología docente propuesta puede experimentar alguna modificación en función de las restricciones a la presencialidad que impongan las autoridades sanitarias.

Actividades

Título Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Tipo: Dirigidas      
Clases de teoría 20 0,8 2, 3, 4, 5, 8, 9
Seminarios 3 0,12 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8
Tipo: Supervisadas      
Trabajo en equipo 10 0,4 1, 2, 5, 6, 7, 8
Tipo: Autónomas      
Estudio 38 1,52 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Evaluación

- EVALUACIÓN :

Mediante (i) dos pruebas individuales escritas (indicadas como Evaluaciones 1 y 2 en el calendario) que combinarán preguntas de desarrollo con preguntas de aplicación de los conceptos adquiridos a casos prácticos,  (ii) resolución de un cas práctico.

Para todo el alumnado que no haya superado la asignatura o no haya podido realizar las pruebas individuales por causa justificada, se hará una prueba escrita de recuperación (indicada como Recuperación en el calendario) que combinará preguntas de desarrollo con preguntas de aplicación de los conceptos adquiridos a casos prácticos. A esta prueba se podrán presentar quienes habiendo aprobado la asignatura deseen subir nota, en cuyo caso, realizarán la totalidad del examen. En este caso, la calificación se obtendrá con el examen de recuperación.

Para participar en la recuperación, el alumnado debe haber estado previamente evaluado en un conjunto de actividades el peso de las cuales equivalga a un mínimo de dos terceras partes de la calificación total de la asignatura o módulo. Por tanto, el alumnado obtendrá la calificación de "No Evaluable" cuando las actividades de evaluación realizadas tengan una ponderación inferior al 67% en la calificación final

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS:

- Para superar la asignatura es necesario obtener una calificación final igual o superior a 5/10, ya sea a través del promedio (con los pesos indicados en la tabla adjunta) o bien a partir de la prueba de recuperación. Para poder promediar las actividades de evaluación la nota mínima de las pruebas de evaluación deberá ser de como mínimo de 3/10

- Solo es necesario recuperar la parte de la materia correspondiente a las pruebas suspendidas (es decir, las prubas de evaluación eliminan materia).

- Se considerará que el alumno obtendrá la calificación de “No evaluable” cuando el conjunto de las actividades de evaluación realizadas sea inferior a las dos terceras partes de la calificación total de la asignatura.

 

La evaluación propuesta puede experimentar alguna modificación en función de las restricciones a la presencialidad que impongan las autoridades sanitarias.

 

Actividades de evaluación

Título Peso Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Avaluación 1 (Tema 1 y 2) 45% 2 0,08 2, 3, 5, 6, 7, 8
Avaluación 2 (Tema 3 y 4) 45% 2 0,08 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Resolución de un caso práctico 10% 0 0 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9

Bibliografía

Doran, P.M. Principios de Ingeniería de los Bioprocesos. Acribia. (1998)

Bailey, J.E., Ollis, D.F. Biochemical Engineering Fundamentals. McGraw Hill. (1986)

Blanch, H.W., Clark, D.S. Biochemical Engineering. Marcel Dekker. (1997)

Gòdia, F., López, J. Ingeniería Bioquímica. Síntesis. Madrid. (1998)

Kosaric, N., Pieper, H.J., Senn, T., Vardar-Sukan, F., “The Biotechnology of Ethanol”, Wiley (2001)

Levenspiel, O. “Ingeniería de las reacciones químicas”, Wiley (2004)

Ollero de Castro, P.; Fernández Camacho, E. "Control e instrumentación de procesos químicos". Editorial Síntesis. (1997)

Vogel, H.C., Todaro, C.L. “Fermentation And Biochemical Engineering Handbook”, Noyes Publications (1997)