Explicar como funciona un sistema de control de parámetros de un fermentador .
La fermentación es un proceso mediante el cual ocurren reacciones químicas debido a la presencia de microorganismos o enzimas de estos. En los procesos industriales, las fermentaciones fermentaciones se llevan a cabo en un reactor que se conoce como como fermentador. De la forma más general, podemos decir decir que un fermentador es aquel aquel lugar donde ocurre la fermentación fermentación.. Esta definición provee para considerar un fermentador tanto aquel que está equipado con modernos sistemas computadorizados de control de parámetros (tales como el pH y la temperatura), como un envase simple de yogurt donde se fermente este producto.
Los fermentadores pueden estar equipados con diversos mecanismos de control que permiten mantener las condiciones adecuadas para que las enzimas de los microorganismos operen a condiciones condiciones óptimas. Los parámetros comunes que usualmente se controlan en los fermentadores son la temperatura, temperatura, el pH y la razón de oxígeno disuelto. A continuación se ilustra un sistema de control de temperatura típico de un fermentador.
El fermentador está rodeado de un "abrigo" que junto a un s istema de mezclado permite una distribución de temperaturas similar en todas las partes del del líquido fermentándose. En este sistema, un sensor sensor se utiliza para medir la temperatura dentro del fermentador. La señal eléctrica es recibida por una unidad de control que que determina si la temperatura esta dentro de un rango adecuado o si la misma está más alta o más baja de lo prevista. Dentro de unos parámetros establecidos para la desviación, el controlador activará la válvula de vapor en caso de requerirse aumentar la temperatura; en el caso de que se requiera una disminución de temperatura, se activará la válvula que permite el paso de agua fría; por último, en el caso en que la temperatura se encuentre dentro del rango aceptable, tanto la válvula de va por como la de agua fría permanecerán cerradas. De igual forma se ilustra a continuación un sistema de control control de pH. Observe que un sensor se utiliza para establecer la medida de pH. La señal eléctrica del sensor es recibida por el controlador que determina determina la acción a seguir según el valor de pH y el rango de operación de esta variable de control. Si el pH es más bajo que el permitido en la lógica lógica de control, el controlador activará la bomba de base introduciendo medio medio alcalino que permita subir el pH. En el caso de que el pH sea más alto de lo establecido en el criterio de control, se activará activará la bomba de ácido y el pH bajará. En el caso de que el pH esté dentro del rango permitido, ambas bombas permanecerán desactivadas.
Similar a lo establecido anteriormente funcionan funcionan otros sistemas de control. Por ejemplo, en ocasiones es necesario que el fermentador tenga algún tipo de sistema que controle controle la formación de espuma (antifoam control system). Estos sistemas pueden ser mecánicos o pueden añadir algún compuesto químico (antiespumante) que disminuya la tensión superficial del medio en que se fermenta, evitando la acumulación de espuma.En el caso en que una fermentación sea aeróbica, se requiere un sistema de control para el oxígeno disuelto. Los sistemas de control de oxígeno disuelto tienen tienen un sensor y un controlador al igual que otros sistemas de control. En estos casos se establece una cantidad mínima de oxígeno disuelto disuelto en la cual se activarán elementos de control para aumentar la cantidad de oxígeno oxígeno presente en el medio. Estos elementos pueden ser compresores o válvulas de aire. También los sistemas de control de oxígeno disuelto pueden aumentar la velocidad de
agitación, causando turbulencia lo que ayuda a exponer más área de superficie del líquido al aire y así aumentar la
transferencia de oxígeno al medio.
Consideraciones especiales
En el diseño y selección de un fermentador: Las siguientes consideraciones son de suma importancia al seleccionar o diseñar fermentadores para procesos controlados: 1. El envase o contenedor en donde se realizará la fermentación debe ser capaz de ser operado asépticamente durante el tiempo en que la operación se realice. Esto es de vital importancia en procesos continuos. 2. La aereación (o ausencia de esta) y la agitación deben realizarse de forma que se cumplan con los requerimientos metabólicos del microorganismo utilizado. El mezclado debe hacerse de forma que los nutrientes estén uniformemente distribuidos en el fermentador sin que esto conlleve daño físico al microorganismo. El aire debe estar filtrado para evitar la entrada de microorganismos en el polvo. 3. El consumo de energía debe ser tan bajo como sea posible. 4. Un sistema de control de temperatura debe ser provisto en prácticamente todas las operaciones controladas. La temperatura es un factor sumamente importante en todos los procesos de fermentación. 5. Un sistema de control de pH debe ser provisto en la gran mayoría de las operaciones. En muchos casos, solo se requiere de un ajuste inicial de pH. Sin embargo, en medios que no tengan efectos amortiguantes, el control de pH es muy importante, en especial si pequeñas variaciones de pH afectan adversamente al microorganismo. 6. El fermentador debe proveer algún tipo de sistema para un muestreo eficiente y que no promueva la contaminación del proceso. 7. Las perdidas por evaporación deben ser mínimas. 8. El diseño del envase (o tanque) debe considerar un fácil manejo para las operaciones de limpieza y mantemimiento. Las paredes del envase (o tanque) deben ser pulidas, es decir, no deben tener porosidad que dificulte la limpieza y sanitización. 9. Los materiales de construcción deben ser resistentes a los compuestos que se generen durante el proceso y a la materia prima, sales, ácidos o bases que se añadan. Además deben ser materiales que no interfieran con las enzimas de los microorganismos que se utilicen. Usualmente los fermentadores se construyen de vidrio (en el caso de fermentadores de laboratorio) o de acero inoxidable. 10. En el caso de fermentadores industriales que se instalarán basados en pruebas de planta piloto, se recomienda el uso de envases con la misma forma (o geometría).
