title: Biorreactor

text: El diseño en bioingeniería no es solo la aplicación de conceptos básicos y teóricos que conlleven a lograr un prototipo; para la realización íntegra de un modelo, otra gran parte, trata de la adaptación creativa y de la utilización del ingenio propio para lograr el objetivo de conjuntar el ambiente biológico de un cultivo vivo con el ambiente artificial de un dispositivo controlado; este es el resultado denominado biorreactor o reactor biológico. Un biorreactor es por tanto un dispositivo biotecnológico que debe proveer internamente un ambiente controlado que garantice y maximice la producción y el crecimiento de un cultivo vivo; esa es la parte biológica. Externamente el biorreactor es la frontera que protege ese cultivo del ambiente externo: contaminado y no controlado. El biorreactor debe por tanto suministrar los controles necesarios para que la operación o proceso (bioproceso) se lleve a cabo con economía, alto rendimiento (productividad) y en el menor tiempo posible; esa es la parte tecnológica.


title: Biorreactor

text: Lo primero que hay que entender en el diseño de reactores biológicos es que, contrario a los químicos, su cinética no está determinada exclusivamente por la velocidad de reacción y las variables que la determinan. Aunque se puede describir de manera similar a la química, la cinética biológica también depende de características intrínsecas del organismo o cultivo tales como el crecimiento y la tasa de división celular, así como del tipo de operación que se lleve a cabo. Por eso, lo primero que se define en el diseño de un biorreactor es el propósito de utilización; es decir, qué tipo de cultivo se va a utilizar, el modo de operar y/o el proceso de cultivo. El conjunto biorreactor-sistema de cultivo debe cumplir con los siguientes objetivos:


title: Biorreactor

text: Una fermentación es un proceso biológico o bioproceso que consiste en la descomposición de la materia orgánica por microorganismos fermentadores (bacterias y hongos).


title: Biorreactor

text: Un cultivo también es un bioproceso; pero generalmente se asocia a organismos o microorganismos superiores (en orden jerárquico) a las bacterias; los cultivos son casi todos del Reino Eucariota.Tanto biorreactores como fermentadores se clasifican primeramente de acuerdo al modo de operación: discontinuo, semicontinuo, continuo.


title: Biorreactor

text: Esta es una clasificación operativa y se aplica a cualquier reactor, sea químico o biológico (biorreactor). En los reactores biológicos el modo de operación define el sistema de cultivo que es el mismo y delimita la clasificación procesal-productiva del bioproceso (cultivo). Al operar un biorreactor en una determinada categoría (discontinuo, semicontinuo, continuo), automáticamente queda determinado el modo de cultivo del sistema y se definen los parámetros y las características operativas y de diseño que intervienen en el proceso productivo del sistema.Los sistemas biológicos deben interactuar con el ambiente externo para poder crecer y desarrollarse; es por eso que los biorreactores se clasifican biológicamente de acuerdo al metabolismo procesal del sistema de cultivo: anaeróbico, facultativo, aeróbico.


title: Biorreactor

text: Los bioprocesos de cultivo y las fermentaciones se basan en el metabolismo celular del cultivo. El metabolismo define los parámetros y características operativas-biológicas de diseño y de operación del biorreactor. Estas características son las que intervienen en la parte biológica del sistema y tienen que ver con el crecimiento, productividad y rendimiento del cultivo; por lo que, definen la clasificación biológica-procesal del sistema de cultivo.Ambas clasificaciones; la biológica y la operativa, son procesalmente interdependientes y en su conjunto afectan el diseño final del biorreactor.


title: Biorreactor

text: Al conjuntarse ambas clasificaciones, se conjuntan también la función operativa y la biológica para establecer entre ambas un propósito de utilización, el modo de cultivo y el bioproceso. Siendo el propósito de utilización, el destino del cultivo del biorreactor; para qué tipo de cultivo va a ser utilizado el biorreactor; el modo de cultivo es sinónimo de sistema de cultivo y el bioproceso es en sí, todo el proceso. para la historia


title: Biorreactor

text: Los sistemas biológicos que determinan el metabolismo celular de cultivo y el modo procesal-biológico del sistema son:Bacterias en su gran mayoría, son microorganismos de metabolismo degradativo (catabólico); generalmente unicelulares, estos microorganismos son autónomos y nutricionalmente independientes (autótrofos); sus células (cuerpos) no respiran (no utilizan la glucólisis para la respiración celular), en cambio, utilizan vías alternas, donde una molécula orgánica, producida durante el proceso metabólico (catabolismo), es utilizada como aceptor de electrones, en un proceso bioquímico conocido como respiración oxidativa; esta molécula es reducida a producto orgánico en un proceso comúnmente denominado fermentación.Son ambivalentes, tienen la capacidad de vivir o sobrevivir entre ambientes: aeróbico (presencia de oxígeno) y anaeróbico (ausencia de oxígeno); son microorganismos de metabolismo mixto por lo que, pueden tanto degradar (catabolismo) como construir (anabolismo) materia orgánica, a partir de diferentes sustratos (materia prima), tanto orgánicos como inorgánicos. Pese a su versatilidad, sus mayores representantes son microorganismos que presentan relaciones parásitas o simbiontes tales como: hongos y levaduras, por lo que no son muy extensos.Pertenecen en su mayoría al Reino Eucariota – pero también los hay procariota – son microorganismos y células que respiran (utilizan la glucólisis como forma de respiración celular); por lo que su metabolismo es constructivo (anabólico) y deben obtener sus nutrientes de diferentes fuentes. Sus principales grupos están representados por: bacterias y microorganismos aeróbicos, plantas y animales; cuyas células se puedan cultivar en suspensiones celulares o bien, en diferentes arreglos artificiales o modificadas.


title: Biorreactor

text: A continuación algunos de los posibles sistemas de cultivo que se pueden realizar y el tipo de biorreactor asociado a cada uno:Los microorganismos de metabolismo anaeróbico son los más simples de todos, tan solo necesitan de un medio de cultivo adecuado, agitación vigorosa y cierta cantidad de CO (dióxido de carbono) disuelto (COD) para crecer y multiplicarse.Los microorganismos facultativos toleran la presencia de oxígeno en bajas concentraciones y además de un sustrato adecuado, solo requieren agitación moderada y un medio de cultivo para crecer y desarrollarse.Los microorganismos aeróbicos necesariamente requieren la presencia de oxígeno (aire) disuelto (OD) para sobrevivir; además, agitación moderada y un medio de cultivo rico en nutrientes para poder crecer y desarrollarse.Los cultivos celulares se diferencian de los bacterianos (microbios) en que no son microorganismos procariota, son eucariotas. Son microorganismos aeróbicos o facultativos pertenecientes al Reino Fungi (hongos y levaduras), generalmente llamados micóticos, requieren de la presencia de CO disuelto en el medio como sustrato limitante de la velocidad de reacción y generan estructuras reproductivas muy particulares.El cultivo de microorganismos celulares (no bacterianos) aeróbicos estrictos requiere la presencia de oxígeno disuelto en el medio de cultivo para el metabolismo celular; así como una adecuada agitación.Las células vegetales pueden ser cultivadas en suspensiones celulares: pequeños agregados celulares que se suspenden en el medio de cultivo mediante agitación. Dado que las células vegetales respiran, el diseño del biorreactor debe incorporar una línea de aireación (aire) para suministrar oxígeno disuelto (OD) al medio de cultivo. El diseño debe contar con agitación vigorosa, pues los agregados celulares vegetales tienden a agruparse (clusters) y de alcanzar gran tamaño y peso, precipitarían. Por eso, la operación de este tipo de biorreactores debe ser en régimen turbulento (Re≥3000). Los biorreactores para células vegetales en suspensión generalmente son diseñados con un mecanismo de levantamiento por aire “air lift” que combina una agitación vigorosa (turbulenta) con una adecuada aireación (oxígeno disuelto) del medio de cultivo.Los protoplastos son células vegetales desprovistas de su pared celular, esto se logra utilizando enzimas proteolíticas (proteasas y lipasas) que degradan la pared celular. Actualmente, el cultivo de protoplastos no es muy común, pero de realizarse, requiere de una cama de aire (burbujas muy finas) que opere en régimen laminar (Re≤2300), para evitar que los esfuerzos cortantes (esquileo) e hidrodinámicos (agitación) generados en el medio de cultivo dañen (lisis celular) las células en suspensión (tamaño de Kolmogorov de los Eddies). También es indispensable que el medio de cultivo contenga las proteasas y lipasas necesarias para evitar la regeneración de la pared celular.Los cultivos de células animales requieren de proximidad mutua y de un soporte sólido (anclaje) para interactuar (comunicación célula-célula) y poder metabolizar (producir); esto por cuanto, las células animales, por lo general, no son independientes y deben estar unidas a un sistema (p.ej; hepático) para funcionar adecuadamente. Para suministrar esa proximidad y el soporte necesario, los diseños de biorreactores para células animales deben aumentar la densidad celular (concentrar) de las células en cultivo. Una forma de hacerlo es incorporar un lecho fluidizado formado por cantidad de microesferas acarreadoras hechas de material cerámico poroso inerte que, por su tamaño (micrométrico) forman una interfase con el medio de cultivo (fluido) que permite la transferencia de masa (nutrientes y OD), energía (calor) y momentun (agitación) entre el medio de cultivo y las células en cultivo; lo que es llamado lecho fluidizado. Los cultivos celulares animales, por la delicada naturaleza de las membranas plasmáticas requieren además de oxígeno disuelto (OD) en el medio de cultivo (tamaño de Kolmogorov de los Eddies) y de un régimen de agitación laminar (Re≤2300).La inmovilización celular es otra forma de lograr proximidad celular y aumentar la densidad celular y la concentración de metabolitos dentro de las células. La inmovilización es un método mucho más eficiente y logra rendimientos muy superiores a los del lecho fluidizado. Pero, los fenómenos de transferencia (masa, momentun y energía) se ven muy limitados por la inmovilidad. Esto es especialmente crítico en cultivos de células de mamífero por cuanto ya célula no recibe la nutrición adecuada.


title: Biorreactor

text: Los reactores de fibra hueca son los dispositivos más utilizados para inmovilizar y concentrar cultivos celulares animales. Su diseño consiste en una batería de fibras hueca y porosa en su interior, colocadas en paralelo. Las células se concentran y aumenta la densidad celular, en los intersticios de las fibras huecas. El medio de cultivo fluye en contrasentido desde el exterior del reactor o a través de una carcasa como si fuera un intercambiador de calor de doble tubo. Para solventar el problema de la escasa transferencia de masa (nutrientes y OD) dentro de la fibra hueca, un diseño novedoso es el tambor rotativo en el cual, el tambor externo rota sobre la batería de fibras huecas, generando una circulación constante de masa y de momentun, aumentando las tazas de transferencia.El empaquetamiento celular es una forma menos drástica de inmovilización; pues esta es parcial. También tiene el objetivo de aumentar la concentración y la densidad celular; pero al no estar enclaustradas las células, la transferencia de masa es mayor, aunque siempre limitada. Un lecho empacado es una matriz de soporte sólido que retiene las células, bien por geometría (dentro de los intersticios o espacios huecos de la matriz), bien por afinidad (paso o adherencia selectiva). Un biorreactor con este propósito debe contener un lecho de soporte sólido, sumergido en el medio de cultivo. La oxigenación generalmente se realiza en el exterior del lecho, a través del medio de cultivo.Los cultivos enzimáticos se comportan en algunos aspectos como cultivos celulares y en otros como reactivos químicos. Debido a que un sustrato enzimático es un catalítico de una reacción biológica, la cinética de estos reactores puede simularse como la química, pero sin olvidar que el compuesto es biológico. Los sustratos enzimáticos deben estar anclados a un lecho semisólido o a uno semifluido - según sea el caso - dependiendo de la naturaleza enzimática del sustrato; que por la naturaleza de la enzima se conocen como lechos catalíticos. Muchas veces el medio de cultivo, además de la enzima, requiere, para un sustrato determinado, su respectivo precursor metabólico llamado cofactor, más algún componente especial que agilice el proceso metabólico.


title: Biorreactor

text: El modo de operación de un sistema de cultivo, es sinónimo del modo de operar del biorreactor o fermentador. Este no solo influye en el diseño propio del reactor, también, en el modelo cinético de crecimiento del cultivo y en el proceso de producción. Existen tres modos de cultivo aunados a tres modos básicos de operación:


title: Biorreactor

text: La parte teórica del diseño consiste en modelar; es decir, “poner” en ecuaciones el proceso biológico (bioproceso) que se lleva a cabo, para que, a partir de esas ecuaciones, dimensionar (dar dimensiones) y simular el comportamiento teórico de un modelo prototipo. Si la teoría corresponde a la práctica, el comportamiento del modelo se acercará a la realidad; está en la habilidad del diseñador, que esto sea lo más cercano posible. Antes de modelar en ecuaciones un diseño es necesario “saber” que “tamaño” va a tener el modelo, de “cuanto” se dispone y cuanto vamos a “requerir” para realizar un proyecto de ese tamaño. Eso es, hacer un balance para “igualar” todas las variables o parámetros de las ecuaciones y “llevar” la contabilidad de nuestro proyecto.El primer balance que debe realizarse en cualquier sistema es el Balance General o Global; en él se toma en consideración únicamente – el sistema – como una caja negra – el ambiente externo y – los flujos – que entran (F1) y salen (F2) e interaccionan con el ambiente externo. De esta forma el primer balance es:Velocidad de Acumulación = Velocidad de Entrada – Velocidad de Salida + Velocidad de Formación – Velocidad de ConsumoUna vez dado el balance general de biomasa, debe tomarse en cuenta que, en un sistema de cultivo, existen muchos componentes: sustratos, productos, compuestos metabólicos que conforman el caldo de cultivo (medio interno); incluso la biomasa, se considera un componente en sí misma. A partir del balance general, debe establecerse un balance general para cada componente formula_1 del cultivo o la biomasa.


title: Biorreactor

text: De acuerdo al enunciado del balance general: la velocidad de acumulación del componente formula_1 es el flujo de entrada formula_3 por la concentración inicial del componente formula_1 formula_5 [velocidad de entrada] menos el flujo de salida formula_6 por la concentración del componente i formula_7 [velocidad de salida]; más la velocidad de formación del componente formula_1 [formación] menos la velocidad de consumo del componente formula_1 [consumo]:


title: Biorreactor

text: formula_10 Ec.1


title: Biorreactor

text: Respecto a las velocidades de formación y consumo: Si se trata de un componente metabólico, responden a la acumulación (formación) del componente dentro de la célula y al consumo del metabolito por parte de la célula (consumo). Si se trata de biomasa, formación corresponde a la generación de biomasa y el consumo al consumo de biomasa durante el bioproceso; esto es, a la producción metabólica en el primer caso y a la producción o productividad en el segundo.


title: Biorreactor

text: Nomenclatura: La ecuación de balance general por componente Ec. 1, por ser general, se define para una operación continua. La condición fundamental de toda operación continua es: En una operación continua el flujo de entrada (F1) debe ser igual al flujo de salida (F2): F1 = F2


title: Biorreactor

text: Esta condición se conoce como flujo en estado estacionario (FEE). Para modelar el comportamiento de la biomasa del cultivo en el estado estacionario (EE) además de la condición de flujo (FEE) debe haber equilibrio en la densidad o concentración de esta. Esto se conoce como quimioestásis o equilibrio quimioestático y es por eso que a los sistemas de cultivo continuo se les llama quimioestatos. Está condición está dada por la ecuación: dV/dt = F1 – F2 Ec. 2. Bajo la condición de FEE y suponiendo que la densidad del cultivo y de la alimentación son iguales (Ec.2, quimioestásis) la Ec.1 se reduce a: dCi/dt = F (Ci1 – Ci) + V (rfi – rci) Ec. 3. La ec.3 que se conoce como ecuación de balance para una operación continua en estado estacionario. De no existir el estado estacionario (EE) se producirían dentro del biorreactor dos condiciones de flujo indeseables:


title: Biorreactor

text: Si F1 > F2 se produce el rebalse o desborde del biorreactor, condición que se da cuando el flujo de entrada sobrepasa la capacidad del reactor.


title: Biorreactor

text: Si F2 > F1 se produce el lavado o drenado de producto o biomasa, condición que se da cuando el flujo de salida sobrepasa la capacidad del reactor.


title: Biorreactor

text: Cuando el modo de operación es semicontinuo (fed-batch) el caudal de salida F2 es nulo (F2 = 0) por lo que, el volumen V aumentará con el tiempo en función del caudal de entrada: dV/dt = F Ec.4. Y en el balance de materia se anula el término F2Ci resultando: d(VCi/dt) = FCio + V (rfi - rci) Ec.5.


title: Biorreactor

text: Observe que el volumen que permanece dentro del operador diferencial es porque varía con el tiempo (Ec.4), en tanto que el otro no lo hace (Ec.3). Esa es la razón por la que una operación semicontinua tiene duración limitada en el tiempo (el volumen no puede incrementarse más allá del volumen de trabajo o volumen útil del biorreactor). El tiempo que dura una operación semicontinua se conoce como tiempo de residencia (tr) y es el tiempo que dura el cultivo o bioproceso en un sistema semicontinuo.


title: Biorreactor

text: Cuando el modo de operación es discontinuo (batch) ambos caudales son nulos (F1 = F2 = 0) por lo que, el volumen es constante y se anulan los términos F1 Cio, F2 Ci en la Ec.1.Eso da como resultado: dCi/dt = rfi – rci Ec.6.


title: Biorreactor

text: La duración de un cultivo discontinuo (batch) es también, limitada en el tiempo, pero se diferencia de la del cultivo semicontinuo (fed-batch) en que depende únicamente de las condiciones iniciales del cultivo; esto por cuanto, no existe alimentación (F1). Una vez cargado el biorreactor e inoculado el medio de cultivo, la concentración de la biomasa aumenta gracias a los nutrientes, pero una vez que el sustrato que limita el crecimiento se haya agotado, el crecimiento ya no es posible y finaliza el cultivo. Por este motivo, el tiempo que dura el cultivo dentro de un biorreactor con un modo de operación discontinuo se llama tiempo de cultivo (tc).Los principales balances por componente en su forma individual son:


title: Biorreactor

text: NomenclaturaSubíndicesUn quimiostato es un sistema de cultivo en continuo; su operación esquemática es como la que muestra la figura. Una operación en continuo exige una serie de consideraciones para modelar su comportamiento:


title: Biorreactor

text: Mezcla perfecta (sin gradientes de concentración y con agitación turbulenta);


title: Biorreactor

text: Flujo de entrada y salida iguales (F1 = F2 = F);


title: Biorreactor

text: Volumen de operación constante (volumen de líquido dentro del biorreactor: dV/dt = 0);


title: Biorreactor

text: Parámetros constantes de transferencia (temperatura, pH, velocidad de transferencia de oxígeno, etc.)


title: Biorreactor

text: La operación industrial de un quimioestáto se ilustra en la figura.


title: Biorreactor

text: Para iniciar un cultivo continuo; el biorreactor o el fermentado debe cargarse previamente con el inóculo del cultivo y luego de que este crece lo suficiente, alimentar el sistema con medio fresco a un caudal F1 y lavar el producto por un rebalse a un caudal F2, de modo que, el volumen se mantenga constante, el tiempo que dure el bioproceso o la fermentación. El caudal de salida F contiene células vivas (X), medio de cultivo con algún sustrato (S) parcialmente agotado (So) y posiblemente algún producto (P). Al alimentar con medio fresco (So) el caudal de entrada (F1), la biomasa (Xo) y el producto (Po) serán iguales a cero para las condiciones de entrada; por lo que, solo se deberá considerar la concentración de sustrato limitante del crecimiento (So) en la alimentación.


title: Biorreactor

text: Balances y ecuaciones en el estado estacionario


title: Biorreactor

text: Teniendo en cuenta estas consideraciones, los balances de materia para X, S y P en el estado estacionario (E.E) serán:


title: Biorreactor

text: Balance de biomasa: VdX/dt = -FX + Vrx = –(F/V)X + µX = 0; rX = mX; E.E » dX/dt = 0. Por definición D = velocidad de dilución = F/V » µ = D


title: Biorreactor

text: Balance de sustrato: VdS/dt = F (So – S) – Vrs; rs = µX / YX/S; E.E » dS/dt = 0. Por definición: SEE = KsD / µm – D » XEE = YX/S (S0 – S)


title: Biorreactor

text: Donde: D = velocidad de dilución; SEE = concentración del sustrato limitante de la velocidad en estado estacionario; XEE = concentración de biomasa en estado estacionario.


title: Biorreactor

text: Balance de producto: VdP/dt = -FP + Vrp = PEE = qPX / D; rP = qPX; E.E » dP/dt = 0


title: Biorreactor

text: Donde: PEE = concentración del producto en el estado estacionario.


title: Biorreactor

text: Nota: cuando el sustrato limitante de la velocidad de crecimiento (S) es también la fuente de carbono: X = DY´X/S (So – SEE) / (D + msY´X/S)


title: Biorreactor

text: El modelo de crecimiento que se aplica en los sistemas de cultivo continuo es el modelo cinético de Monod: D = µmS / (KS + S) » S = KSD / (µm – D) » X = YX/S [S0 – KSD / (µm – D)]


title: Biorreactor

text: Velocidad Crítica de Dilución: existe un valor de dilución por encima del cual es X = 0; es decir, se produce lavado o arrastre de la biomasa por encima del valor de equilibrio que permite el estado estacionario y F2 > F1.


title: Biorreactor

text: Este factor se conoce como dilución crítica (Dc); Dc = µmSo / Ks + So


title: Biorreactor

text: En condiciones normales de operación continua S0 » KS » DC = µm por lo que, un quimioestáto debe trabajar a una fracción de µm. En términos de crecimiento de la biomasa esto significa que el quimioestáto impone una condición selectiva al crecimiento del cultivo o el microorganismo.


title: Biorreactor

text: Formación de producto: PEE = rp/D = qPXEE/D


title: Biorreactor

text: Determinación de Parámetros de Crecimiento: un cultivo continuo es sumamente útil para determinar parámetros de crecimiento.


title: Biorreactor

text: 1/D = 1/µm + Ks/µm * 1/SEE


title: Biorreactor

text: Se grafica 1/D en función de 1/S los puntos se ajustan a una recta cuya intersección con el eje 1/D es el valor de 1/µm y cuya pendiente es Ks /µm.


title: Biorreactor

text: D (So – SEE) / XEE = D / Y´X/S + ms


title: Biorreactor

text: La gráfica de D (So-S) / X en función de D permite estimar 1/Y'x/s y µs cuando el sustrato limitante de la velocidad de crecimiento es la fuente de carbono.


title: Biorreactor

text: La ecuación de diseño nos da el tiempo de residencia (t) del cultivo dentro del biorreactor. Para poder utilizar la ecuación de diseño hay que modificar la definición de componente X y sustituirlo por conversión X del componente i. Por definición: Xi = Nio – Ni / Nio Donde: N = moles del componente i. Despejando: Ni = Nio (1 - Xi) » dNi/dt = -Nio dXi/dt = riV Con lo que, la ecuación de balance de biomasa para el estado estacionario se transforma en: -FXi + riV = VdXi/dt = 0


title: Biorreactor

text: Reordenado: V/F = ∆Xi / -ri = t = ecuación de diseño de un reactor de mezcla perfecta. Donde: t = tiempo de residencia del cultivo dentro del biorreactor; ∆Xi = Xi2 – Xi1 = dXi Otro término comúnmente utilizado en el diseño de reactores es el tiempo espacial (τ) el cual define el tiempo necesario para procesar o fermentar en el biorreactor, un volumen de alimentación, medido en condiciones de entrada (presión y temperatura), igual al volumen de operación del biorreactor (el que define el estado estacionario). El tiempo espacial se obtiene dividiendo el volumen de reactor (V) entre el caudal volumétrico de entrada al biorreactor (Q): τ = V/Q Observe que al igual que t las unidades de τ son s-1.


title: Biorreactor

text: Un cultivo semicontinuo posee una línea de entrada o alimentación (F1). Para iniciar un cultivo alimentado (fed-batch) son válidas las mismas consideraciones que se hicieron para el cultivo continuo; pero, se inicia la alimentación del cultivo cuando el sustrato limitante de la velocidad se ha agotado; esto permite controlar la velocidad de crecimiento, regulando la velocidad de alimentación (caudal); finalmente se debe alimentar el cultivo con medio fresco.


title: Biorreactor

text: Los balances de materia respectivos para X, S y P son:


title: Biorreactor

text: Nota: en estos casos el volumen V permanece dentro del operador diferencial; esto se debe a que varía con el tiempo.


title: Biorreactor

text: Si en la ecuación de balance de sustrato la velocidad rs se reemplaza por rx / Yx/s se tiene: d (VS)/dt = FSo – 1/Yx/s. d (XV)/dt


title: Biorreactor

text: Para controlar la velocidad de crecimiento (rx) mediante el caudal de alimentación (F) el sustrato (S) debe ser cero en todo momento: S = 0 y por lo tanto: d (SV)/dt = 0. Esta condición equivale a que el sustrato sea consumido en su totalidad conforme ingresa al biorreactor; es por eso que se aplica la condición de alimentación fresca. Bajo estas condiciones, la ecuación de balance de biomasa se transforma en: d (VX)/dt = FSoYx/s y por integración: XV = XeVe + FSoYx/st Donde: Xe y Ve representan la concentración de biomasa y el volumen de cultivo al iniciar la alimentación.


title: Biorreactor

text: La variación del volumen con el tiempo es: V = Ve + Ft


title: Biorreactor

text: El criterio para diseñar una alimentación adecuada se obtiene por la ecuación: FSo = VeµXe / Yx/s la ecuación es válida para cualquier rango de µ, hasta µm.


title: Biorreactor

text: Como criterio adicional, sobre todo en procesos de fermentación se suele seleccionar un valor de So tan alto como sea posible y lo contrario con F (uno relativamente pequeño); a fin de evitar el lavado del cultivo por dilución excesiva. No obstante esto ocasionaría que la duración del cultivo (tiempo de fermentación) se prolongarse excesivamente. Para buscar el equilibrio se diseñó empíricamente una solución de compromiso: µ = 1 / VX. d (VX)/dt = Yx/sFSo / XeVe + Yx/sFSot Un sistema de cultivo semicontinuo es un sistema transciende; es decir, hay un flujo temporal o transitorio que alimenta o drena (lava) el sistema. El balance general de masa que se aplica a un volumen de control (diferencial de volumen) para un componente i en un sistema de flujo semicontinuo es:


title: Biorreactor

text: Entra - Sale - Desaparece = Acumula ―› Fi - (Fi+dFi) - (-rxi) dV = 0


title: Biorreactor

text: Operando se obtiene: - dFi = (-rxi) dV Por definición la conversión del componente i en reactores en flujo (semicontinuo) es: Xi = Fio – Fi / Fio por lo que, sustituyendo en la ecuación de balance: FiodXi = -rxidV Integrando la expresión anterior: ∫ dV/Fio = ∫ dXi/-rxi donde los límites de integración son: 0, V para el volumen y Xio, Xif para la conversión. Resolviendo la integral obtenemos: V/Fio = ∫ dXi/-rxi = t la ecuación de diseño para un biorreactor de flujo (semicontinuo). La ecuación es válida tanto si existe o no variación de caudal (flujo) del sistema. Cuando se requiere una expresión en función de la concentración, podemos utilizar la siguiente ecuación: Fio = CioQi donde Cio es la concentración del componente i en las condiciones de entrada y Qi es el caudal volumétrico del componente i. Sustituyendo: V/Fio = V/QiCio = τ/Cio donde τ es el tiempo espacial del biorreactor. En forma integral: τ = Cio ∫ dXi/-rxi Para sistemas de densidad constante: τ = - ∫ dCi/-rxi


title: Biorreactor

text: Nota: al comparar la ecuación de diseño de un biorreactor semicontinuo ideal con la que se obtiene para uno discontinuo ideal, se observa que la diferencia está la expresión que toma el tiempo: t o t. En un biorreactor discontinuo, t representa el tiempo de cultivo tc y es igual a la duración del bioproceso o la fermentación; lo que equivale a decir, el tiempo necesario para que el sustrato limitante de la velocidad se agote. En un biorreactor semicontinuo (de flujo) el tiempo t corresponde al equivalente para que la conversión de salida alcance su máximo valor posible; es decir, para que la generación de biomasa o bien, del componente metabólico X, alcancen su máximo de crecimiento (µm) para un mismo componente i. Es por eso que en un biorreactor de flujo el tiempo t se llama también tiempo de residencia tr; ya que, es el tiempo que el cultivo reside dentro del biorreactor; el cual es diferente (mayor) del tiempo de cultivo tc, puesto que aún después de agotado el sustrato limitante de la velocidad, el cultivo (células o microorganismos) tiene la capacidad metabólica de seguir sintetizando metabolitos X o generar más biomasa (crecer); es por eso que le incorporan los adjetivos “limitante de la velocidad” al sustrato S.


title: Biorreactor

text: Una sistema de cultivo discontinuo no posee alimentación (F1) o lavado (F2); se carga el contenido del biorreactor (tanda o lote) con el medio de cultivo y luego se inocula con el cultivo (células o microorganismos) y se deja crecer hasta obtener el producto (biomasa o metabolito).


title: Biorreactor

text: Dado que F1 = F2 = 0, las ecuaciones de balance son: Generación de biomasa: cuando la operación discontinua tiene como objetivo la generación de biomasa (células o microorganismos); se parte del supuesto de que no se forma producto y que la relación µ-S puede ser representada por la ecuación de Monod, con lo que las ecuaciones de balance de biomasa y balance de sustrato limitante de la velocidad quedan:


title: Biorreactor

text: El sistema de ecuaciones posee solución analítica, pero en esta, no aparece X en forma explícita, por lo que, resulta de poca utilidad. Afortunadamente, es posible analizar casos particulares, haciendo algunas suposiciones. En el caso de tomar en cuenta únicamente la fase exponencial del crecimiento, cumple que: S » Ks y las ecuaciones se reducen a las originales, salvo que µ es substituida por µm:


title: Biorreactor

text: Dado que bajo tales condiciones el crecimiento ocurre al máximo valor de posible, integrando la ecuación de balance de biomasa con las condiciones: t = 0, X = Xo se obtiene una expresión para la concentración de biomasa en función del tiempo: X = Xo eˆµmt o bien: lnX = lnXo + µmt


title: Biorreactor

text: La ecuación establece que para S » Ks, el crecimiento es exponencial y permite calcular el valor de µm graficando el valor del logaritmo de X (ln X) en función del tiempo (t). En forma similar, la concentración de sustrato limitante de la velocidad en función del tiempo es: S = So – [(Xo / Yx/s) (eˆµmt - 1)] Conforme el sustrato se agota, S disminuye y la condición de S se hace comparable a Ks con lo que dX/dt comienza a disminuir (fase de desaceleración), hasta hacerse finalmente nula (S = 0); en este punto, se alcanza la máxima concentración de biomasa y finaliza el cultivo, pues se ha alcanzado la fase estacionaria.


title: Biorreactor

text: La concentración final de biomasa (Xf) se puede calcular si se conoce Yx/s:


title: Biorreactor

text: Yx/s = - (Xf – Xo) / (Sf – So) Dado que Sf = 0, Xf = Xo + Yx/sSo Lo usual es utilizar estas ecuaciones para calcular Yx/s.


title: Biorreactor

text: En la figura se ilustran las distintas fases de crecimiento descriptas, que surgen de la ecuación de Monod. Note que antes de la fase exponencial existe una fase de retardo durante la cual, la concentración de biomasa no se modifica substancialmente pero, ocurren cambios en la composición macromolecular y en el "estado fisiológico" de las células del cultivo. Si por algún motivo debe tomarse en cuenta esta fase, se debe aplicar una corrección a la ecuación la concentración de biomasa en función del tiempo: lnX = lnXo + µm (t – tr) donde tr es el tiempo de retardo; es decir, la modificación consiste en restarle al tiempo real, el tiempo transcurrido hasta que comienza el crecimiento exponencial. Normalmente, la fase de retardo no es deseable, tanto por la pérdida económica como por el tiempo desperdiciado; para minimizarla se hace crecer el inóculo aparte, en un medio de cultivo igual al que se va a emplear en el bioproceso (cultivo o fermentación) y luego se procede a transferirlo cuando las células ya se encuentran en la fase exponencial. La última fase es la decaimiento o muerte y consiste en la disminución de la concentración celular de la biomasa por lisis o muerte celular.


title: Biorreactor

text: Un sistema de cultivo discontinuo es un sistema discreto en cuanto al movimiento de biomasa, ya que no hay flujos. Como condiciones de idealización en un biorreactor discontinuo ideal se supone que el cultivo y su medio están perfectamente agitados y que los parámetros de velocidad (r) son constantes en todo el volumen del sistema (volumen de control); es decir, que la mezcla es perfecta. La otra consideración es que se trabaja con velocidades y componentes individuales (i), por lo que se utiliza la definición de conversión del componente i (Xi), en vez de biomasa; es decir, se trabaja el componente metabólico, no la célula. La ecuación de balance del componente i es: d (Xi)/dt = rxi = µXi Teniendo en cuenta la definición de conversión y diferenciando Ni respecto al tiempo: dNi/dt = -NiodXi/dt Sustituyendo en la ecuación de balance: -NiodXi/dt = rxiV Separando en variables e integrando: ∫ (Nio/-rxiV) dXi = ∫ dt donde los límites de integración son: Xio (conversión de entrada) y Xf (conversión final) para la conversión y to = 0 (tiempo inicial) y tf (tiempo total de reacción) para el tiempo de reacción. Integrando obtenemos: t = Nio ∫ dXi/-rxiV la ecuación general de diseño para un biorreactor discontinuo ideal.


title: Biorreactor

text: Un biorreactor con aireación es por definición un reactor continuo donde la entrada F1 es una línea de alimentación de aire estéril (O); la salida F2 es una línea de lavado de aire estéril y el sustrato limitante de la velocidad de crecimiento es el oxígeno disuelto (OD). Existen dos tipos o diseños básicos de biorreactores con aireación; ambos, de uso muy difundido: el primero es tanque agitado con línea de aireación y el segundo es el de levantamiento por aire o "air lift". De este último existe también, una variante que se utiliza para cultivos aeróbicos muy resistentes a esfuerzos cortantes e hidrodinámicos y es la cama de burbujas o “bubble bed”.


title: Biorreactor

text: Un CSTR con línea de aireación es utilizado, por lo general, como dispositivo fermentador para células y cultivos aeróbicos; su esquema se representa en la figura. En él, la aireación se da en régimen laminar o de transición (Re≤3000) por cuanto estas fermentaciones son destinadas a cultivos de células y microorganismos aeróbicos “sensibles” a esfuerzos cortantes e hidrodinámicos altos. La agitación “extra” requerida se realiza mecánicamente, por medio de: un eje transmisor de potencia provisto de aletas o turbinas de agitación y accionado por un motor de corriente alterna con control de potencia y velocidad.


title: Biorreactor

text: Además de esto, es indispensable que el sello mecánico del eje del motor sea hermético y esterilizadle; que las líneas de entrada y salida de aire sean estériles y que la difusión del aire dentro del biorreactor sea controlada en presión, flujo y concentración. Para completar el esquema de diseño: el aire se inyecta por la parte inferior del tanque y es difundido a través de toda la mezcla por una corona con pequeños orificios espaciados regularmente o una boquilla de difusión. La “cama” de aire debe ser un “chorro” de finas burbujas de aire de pequeño diámetro, que salen de cada orificio de la corona o el difusor (boquilla) y al ser "golpeadas" por las paletas de la turbina o el agitador, se distribuyen por todo el volumen, generándose miles de pequeñas burbujas de aire que, difunden el O disuelto hacia el seno del líquido. El sistema de agitación se completa con cuatro o seis deflectores o “baffles” que rompen el movimiento circular que imprimen las paletas de la turbina o el agitador al líquido y generan mayor turbulencia y mejor mezclado; pero sin dañar el tejido o la pared celular de las células y microorganismos (tamaño de Kolmogorov de los Eddies). Finalmente, el tanque debe poseer un intercambiador de calor formado por una camisa por la que circule agua, para poder controlar la temperatura del cultivo y evitar que este muera o sufra un estrés térmico.


title: Biorreactor

text: Cuando el volumen es muy grande (mayor que 1000 l) o se requiere de un mayor volumen de aireación, el sistema CSTR, ya no es eficiente y se requiere del levantamiento por aire. Debido a que, a mayor volumen de cultivo, también es mayor la cantidad de calor generado; se hace necesario, aumentar el área de transferencia de calor y la eficiencia de refrigeración; por lo que, el intercambiador de calor de camisa debe ser reemplazado por uno de serpentín en contra flujo o con circulación adyacente a la pared interior del tanque. Ver esquema representado en la figura.


title: Biorreactor

text: Al igual que en el diseño de tanque agitado, el aire que ingresa al biorreactor debe ser estéril; esto se consigue, haciéndolo pasar por un filtro microporo de diámetro de poro inferior a los 0,45 micrones (0,2 µm – 0,1 µm) que impida el paso de microorganismos contaminantes. En los biorreactores de levantamiento por aire o "air lift" la cama de aire también funciona como medio de agitación; de modo que, se genere una circulación fluida de líquido con aire (burbujas) que asciende el compartimiento interno y luego desciende por el compartimiento externo, favoreciendo el mezclado perfecto.


title: Biorreactor

text: La velocidad de transferencia de 02 (r02) desde el seno de la fase gaseosa (burbujas) hasta la fase líquida (medio líquido) está determinada por la siguiente ecuación: rO = Kla (C*- C) donde KLa es el coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno; C la concentración de 02 disuelto en el seno del líquido y C* la concentración de O disuelto en equilibrio con la presión parcial de oxígeno de la fase gaseosa. El KLa y por lo tanto el grado de transferencia de oxígeno desde el seno del líquido hasta las células o microorganismos en cultivo, dependen del diseño del biorreactor y de las condiciones de operación del sistema de cultivo: caudal de aire, volumen del líquido, régimen de agitación, área de transferencia y viscosidad del cultivo. En general, disminuyen el KLa: la viscosidad y el volumen del líquido y aumentan el KLa: el área de transferencia, la agitación y la presencia de dispositivos que aumenten una, la otra, o ambas.


title: Biorreactor

text: La ecuación de balance de oxígeno en el estado estacionario es: d(VCO) / dt = F (C – C*) – VrO + VNiO donde Ni es la velocidad de transferencia de un componente del gas (oxígeno) al líquido (medio). Dado que el oxígeno es el sustrato limitante de la velocidad de crecimiento, cuando el cultivo se encuentra en crecimiento, el flujo de entrada oxígeno (FiO) será mayor al flujo de salida de oxígeno (FfO) debido al consumo de oxígeno disuelto en el líquido por parte de las células o microorganismos en crecimiento y/o división celular. En este caso, la ecuación de balance de oxígeno para células o microorganismos en crecimiento es: d(VCO) = FiOC – FfOC* – VrO + VNiO es decir, debe utilizarse la ecuación general.


title: Biorreactor

text: El sistema de aireación externamente comprende las líneas de entrada Fi y salida de aire Ff e internamente debe optimizar la transferencia de gases nutrientes (aire) hacia el medio líquido. Un sistema de aireación consta de cuatro partes mecánicas: fuente de aire; tubería y filtros de entrada; boquilla y difusor de aire; tubería y filtros de salida. Y tres partes de control: control de flujo aire; control de presión de aire; control de difusión de oxígeno disuelto.


title: Biorreactor

text: Fuente de aire: dado que el sistema de aireación, en su conjunto, depende de la correcta elección del dispositivo que suministrará la fuente de aire, se siguieren dos opciones:


title: Biorreactor

text: a) El compresor de diafragma: está diseñado para un trabajo de operación continua; su presión operación es moderada ≈ 60 psia y como su nombre lo indica, utiliza un diafragma o fuelle para impulsar y comprimir el aire. El compresor de diafragma resulta adecuado para oxigenar volúmenes medianos de cultivos o microorganismos aeróbicos.


title: Biorreactor

text: b) El compresor de pistón: es más utilizado comercialmente, no obstante, para cultivos celulares sensibles (células de membrana plasmática), no es recomendable, por cuanto, su presión de operación es muy alta (80 psia o más) para estos cultivos y puede causar daño celular severo o la lisis de las células; y porque, el pistón debe lubricarse con aceite y esto ocasiona que se filtre en pequeñas cantidades a la corriente de aire.Tubería - Línea de aire: esta debe ser de acero inoxidable.


title: Biorreactor

text: Filtros de las líneas de aire: para sistemas pequeños de diámetros de tubería estándar, se utilizan filtros en línea con la tubería; estos son de membrana microporo que filtran el 99,99% de los contaminantes. Para sistemas mayores (industriales) debe diseñarse un método de esterilizar in situ la línea de aire; generalmente se hace calentando fuertemente la línea de aire y luego enfriarla. Las membranas microporo que filtran el aire tienen un punto de burbuja que es la presión de agua máxima que pueden soportan antes de romperse (recuerde que el sistema tiene un medio líquido) y un flujo máximo el cual es el máximo caudal que puede soportar la membrana antes de su ruptura.


title: Biorreactor

text: Sistema de difusión de oxígeno disuelto: debe optimizar al máximo la transferencia de oxígeno disuelto al medio líquido. El sistema consta de dos partes mecánicas: boquilla y difusor de aire; una parte de medición: sensor de oxígeno disuelto y una de control: controlador de oxígeno disuelto.


title: Biorreactor

text: Difusor de aire: los cultivos aeróbicos requieren que la corriente de aire estéril que se difunda en la forma de miles de pequeñas burbujas, desde el difusor de aire, hacia el volumen del líquido; esta acción se realiza mediante un plato o domo cilíndrico de acero inoxidable finamente perforado. Alternativamente y si el sistema es pequeño o mediano en escala, se puede utilizar un difusor de material cerámico poroso el cual, tiene la ventaja de que, provee una cama más fina de burbujas (de menor diámetro) y mayor área de transferencia (volumen de burbujas).


title: Biorreactor

text: Control y regulación del flujo de aire: recuerde que las membranas que filtran el aire tienen un punto de burbuja y un flujo máximo por encima del cual, se rompen; por eso, se debe regular el flujo de aire y controlar la presión en la línea de aire. La forma más económica de hacerlo es manualmente, con un manómetro para presión. Existe también la versión digital, más costosa, pero que, controla de forma automática el flujo de aire y la presión, según se escoja.


title: Biorreactor

text: Control y medición del oxígeno disuelto (OD): además de regular el flujo y la presión del aire en la línea o tubería, se debe controlar el valor y la concentración del oxígeno disuelto (OD) dentro del medio líquido; variable que puede medirse en dos formas (parámetros):


title: Biorreactor

text: a) Oxígeno disuelto (OD): es la concentración de oxígeno disuelto requerido para la reducción química de un equivalente en iones sulfito (de sodio) a la cantidad de materia orgánica presente en el medio líquido que se debe oxidar.


title: Biorreactor

text: b) Demanda bioquímica oxígeno (DBO): es la taza de oxidación biológica o demanda bioquímica de oxígeno disuelto requerida por el microorganismo o célula en cultivo para oxidar la materia orgánica presente en el medio líquido.


title: Biorreactor

text: La tasa específica de consumo de oxígeno de un cultivo está determinada por la velocidad de transferencia de oxígeno (r02) y el KLa que la correlaciona; recuerde que: rO = Kla (C*- C). Se debe conocer la r02 para poder determinar el KLa; el valor de r02 se consigue en la literatura; la concentración de oxígeno disuelto en el líquido (C) es equivalente al valor de OD, e instrumentalmente, se llama: razón de toma de oxígeno (OUR) por sus siglas en inglés; el equivalente a C* (concentración de oxígeno disuelto en el líquido en equilibrio con el gas) es la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) que, instrumentalmente se llama: razón específica de toma de oxígeno: SOUR (specific oxygen uptake rate). Ambas razones pueden medirse regularse con un controlador OUR/SOUR de uso comercial.


title: Biorreactor

text: Una probeta o electrodo OD es un sensor que mide la concentración de oxígeno disuelto en el medio líquido. Similarmente, una probeta o electrodo BOD mide la concentración de oxígeno disuelto en el medio líquido en equilibrio con el gas. ) En ambos casos, el material de su construcción debe ser acero inoxidable y su especificación es por la longitud de inmersión (H) y diámetro (D) de la probeta.


title: Biorreactor

text: Nota: todas las imágenes de los instrumentos y equipos fueron tomadas del Catálogo en Internet de: Cole Parmer.


title: Biorreactor

text: Los cultivos anaeróbicos y facultativos están constituidos por células y microorganismos cuyo metabolismo ante la ausencia de oxígeno, utiliza vías metabólicas alternas para la oxidación de los compuestos que le sirven de nutrientes. En estas células y microorganismos, la respiración celular se sustituye por una ruta oxidativa alterna llamada fermentación en la que, el piruvato no produce CO como producto final de desecho; por el contrario, se consume CO y esta es incorporado, junto al piruvato, en la fermentación, cuyo producto final de desecho, le da nombre; por ejemplo: en la fermentación alcohólica el piruvato se oxida a acetaldehído y al final de la cadena oxidativa se produce etanol como producto final de desecho. Un fermentador es un dispositivo de tipo tanque agitado en el que se realiza una fermentación controlada. Los fermentadores suelen operar en modo semicontinuo; por cuanto, debe alimentarse una línea de sustrato limitante de la velocidad de crecimiento (S) para mantener el crecimiento celular o microbial durante la fermentación.


title: Biorreactor

text: El catabolismo celular de las fermentaciones además del producto final, produce gran cantidad de subproductos de desecho y metabolitos secundarios que son excretados al medio de cultivo, por las células en cultivo, y esto genera gran cantidad de espuma en el caldo de fermentación. Las espumas modifican la acidez del medio de cultivo ya que, cambian el pH del medio de cultivo y por tanto, debe regularse y controlarse la acidez del medio adecuadamente. Adicionalmente, la turbidez y la cantidad de espuma, deben mantenerse en niveles adecuados para evitar pérdidas y el mal funcionamiento del biorreactor. Finalmente, la mayoría de los procesos fermentativos generan gran cantidad de calor debido a la naturaleza exergónica del catabolismo celular de estos microorganismos, por lo que, la temperatura también debe ser controlada. En la mayoría de los cultivos anaeróbicos el dióxido de carbono (CO) es el sustrato limitante de la velocidad de crecimiento por lo que, la cinética del sistema de cultivo debe modificarse incorporando la ecuación de balance de consumo de CO: d(VCCO)/dt = FiCCOi – FoCCOo + VrgCO – VNoCO Donde: CCO = concentración de CO en el líquido; rg = velocidad de generación; No = velocidad de transferencia de un componente del líquido al gas; i = ingreso; o = salida. Control y Medición del CO Disuelto (COD): la curva de generación de CO se debe determinar experimentalmente para determinar la velocidad de consumo de sustrato limitante de la velocidad (rgCO) del cultivo; para eso, es necesario mantener el crecimiento máximo del cultivo.


title: Biorreactor

text: En la práctica la curva de consumo de CO se determina basándola en la concentración de dióxido de carbono disuelto (COD) en el medio de cultivo; esta puede ser medida y controlada con un dispositivo comercial diseñado para ese propósito, un controlador COD y la sonda o probeta COD respectiva. El suministro de CO se obtiene con un cilindro de CO recargable.


title: Biorreactor

text: La regulación del flujo de CO se realiza manualmente con un regulador manual de flujo o manómetro; se debe hacer de forma que, se mantenga la concentración máxima de dióxido de carbono disuelto, medida en el controlador COD, para que, la velocidad específica de consumo de sustrato para mantenimiento (m) se mantenga en todo momento.


title: Biorreactor

text: El control de flujo de CO se realiza utilizando una válvula solenoide electrónica que el controlador COD dirige al recibir la señal de la probeta COD y sobre la base de su valor, comanda la apertura o clausura de una válvula solenoide, mediante una señal de paso (abrir o cerrar) que regula el flujo de CO proveniente del tanque de CO comprimido. Las válvulas solenoides son servo mecanismos eléctricamente controlados y se escogen de acuerdo al material, al número de vías, al calibre y la presión y si permanecen abiertas o cerradas, entre otros.


title: Biorreactor

text: La difusión del CO en el medio líquido se realiza utilizando una boquilla de difusión o un difusor de gases de material cerámico poroso.


title: Biorreactor

text: La presencia de oxígeno en el ambiente interno del biorreactor ocasiona que los productos de desecho del catabolismo celular de los microorganismos facultativos, sean oxidados, por lo que, las espumas se tornan densas y “jabonosas” ocasionando serios problemas funcionales y contaminado el cultivo. Un sistema de control de espuma (ver diagrama) consta de dos subsistemas sistemas que funcionan en conjunto:


title: Biorreactor

text: El frasco dispensador es factor común en ambos subsistemas. La bomba peristáltica “maja” la manguera flexible e impulsa el flujo del fluido antiespumante dentro del biorreactor.


title: Biorreactor

text: La manguera flexible se escoge según el material, el tipo de bomba y la longitud; se recomienda una de silicón curado o Tygon y para un sistema de bombeo L/S (bomba sencilla de velocidad fija o variable).


title: Biorreactor

text: Nota: la manguera flexible se conecta al sistema (biorreactor) mediante un tubo de adición de reactivo. Este debe ser de acero inoxidable y su diámetro (puerto) debe ser el diámetro interno de la manguera flexible.


title: Biorreactor

text: El sistema controla el pH del medio de cultivo; que es generada por los productos de desecho y el metabolismo propio del cultivo celular o microorganismos. Un sistema de control de acidez consta de:


title: Biorreactor

text: Dos subsistemas mecánicos servo controlados Nota: recuerde que las mangueras flexibles se deben conectar al sistema (biorreactor) mediante un tubo de adición de reactivo para cada una de ellas.


title: Biorreactor

text: Un sistema de control formado por:


title: Biorreactor

text: Un sistema de medición: formado por:


title: Biorreactor

text: Al crecer los microorganismos en ambientes naturales, su rango de pH se acerca a los valores del hábitat en que se desarrolla; el rango normal de acidez en que pueden sobrevivir la mayoría de los microorganismos es 2,0 ≥ pH ≤ 10,0. La mayoría de los hábitats tienen valores de pH de 5,9 por lo que, los microorganismos que viven en esos hábitats tienen un pH óptimo equivalente (5,9). Algunos rangos de pH óptimo son: para levaduras entre 3,5 y 5,5; para bacterias entre 6,0 y 7,5; para mohos, según la cepa, se extiende entre 3 y 7; para células en cultivo entre 6,0 y 7,5. La forma exacta de la curva de acidez es muy variada y depende del metabolismo propio de cada microorganismo o célula por lo que, no se ha formulado un modelo general y simple para representarla.


title: Biorreactor

text: Mantiene estable y dentro de un rango óptimo requerido por el cultivo para su máximo crecimiento, la temperatura interna del sistema. Un sistema de control de temperatura consta de: Dos sistemas de intercambio térmico:


title: Biorreactor

text: Un sistema de control:


title: Biorreactor

text: Un sistema de medición:


title: Biorreactor

text: Un servo control: Un sistema regulador de paso de flujo:


title: Biorreactor

text: Un sistema de conducción de fluido:


title: Biorreactor

text: Nota: las tuberías deben anclarse al cuerpo del biorreactor mediante un puerto de entrada que es soporte hermético que la sujeta a la superficie plana.


title: Biorreactor

text: Temperatura Óptima: la temperatura es otro factor ambiental que influye y que afecta el crecimiento del cultivo microbiano y celular; poniendo el juego, la propia supervivencia de la célula o microorganismo. La temperatura afecta a las células y microorganismos cultivados de dos formas distintas:


title: Biorreactor

text: En este punto analizaremos únicamente el primer ítem; más adelante veremos el segundo. Para cada célula y microorganismo existe una temperatura mínima por debajo de la cual, no hay crecimiento; es decir se inhibe el crecimiento celular. Y una temperatura máxima por encima de la cual, la célula o microorganismo muere. Entre ese rango de temperaturas existe una temperatura óptima para la cual, el crecimiento es el más rápido posible. Estas tres temperaturas son características de cada célula y microorganismo y pueden variar ligeramente con la composición del medio de cultivo.


title: Biorreactor

text: Determinación de la Temperatura Óptima de Crecimiento: se realiza desde el punto de vista cinético, aplicando la Ley de Arrhenius para el crecimiento y la muerte de células o microorganismos: dln (k)/dt = Ea/RT2; dln (k) = -(Ea/R)*d(1/T) Donde: k = máx (para el crecimiento), k = máx (para la muerte), T = temperatura absoluta, R = Constante de los gases ideales, Ea = energía de activación del proceso: EC para el crecimiento, Em para la muerte; EC = 8 – 12.000 cal/g-mol K (crecimiento), Em = 50 – 100.000 cal/g-mol K (muerte). La realización de la curva de crecimiento EC en conjunto a la curva de muerte Em representada por su logaritmo ln (k) versus el inverso del tiempo 1/T conduce a la determinación gráfica de la temperatura óptima.


title: Biorreactor

text: Para lograr el cumplimiento de objetivos descritos, un biorreactor de tipo tanque agitado o CSTR (ver figura), debe contar con los siguientes componentes básicos en su diseño: figura


title: Biorreactor

text: Un sistema de agitación consta de cuatro partes mecánicas: Motor Impulsor: suministra la potencia al eje de potencia; debe ser de corriente alterna (a.c), preferiblemente de inducción y su potencia debe calcularse para manejar el doble (200%) de la potencia teórica requerida para agitar el fluido y el cultivo a Re≥3000. Motor de Inducción (A.C): dado que un biorreactor debe operar de forma continua durante todo el proceso de cultivo; se requiere un motor capaz de resistir largos periodos de operación continua y trabajo duro; por eso, el motor debe ser de inducción de corriente alterna (a.c) y debe ser acorazado, preferiblemente en acero inoxidable. Eje trasmisor de la potencia: es una barra cilíndrica de acero inoxidable 316L y por lo general se diseña en diámetros estándar: ¾”, ½”, etc., para mayor facilidad de ajuste a los estándares de motores a.c. Su longitud depende de la profundidad del contenedor (tanque). Acople del Eje Transmisor: ajusta y fija al motor, el eje transmisor de potencia. Existen dos tipos de acople: Acople-adaptador de tipo taladro: el puerto de entrada se acopla al eje del motor por fijación directa. El puerto de salida es un dispositivo que se adapta a varios diámetros de broca y sujeta o abraza firmemente el eje transmisor de potencia por presión y abrasión; similar al que utilizan los taladros mecánicos.


title: Biorreactor

text: Acople-ajustador de tipo tornillo-rosca: el puerto de entrada se “enrosca” o se fija firmemente al eje del motor. El puerto de salida es un dispositivo que “abraza” el eje transmisor de potencia por un mecanismo de tornillo-rosca.


title: Biorreactor

text: En ambos casos, el diámetro del puerto de entrada del acople que es la unión de este con el eje del motor debe ser de diámetro interno igual al diámetro externo del eje del motor y el diámetro del puerto de salida que es dispositivo sujetador del eje transmisor de potencia debe ser el mismo que el diámetro externo del respectivo eje.


title: Biorreactor

text: Puerto de Entrada del Biorreactor: se denomina puerto a la superficie física sobre el cual se instala un dispositivo de entrada o salida al biorreactor, un anclaje o un aparato mecánico o de medición; el puerto es el medio por el cual, se ajusta o fija, tal dispositivo o artefacto a la pared o superficie del tanque o del biorreactor. Como se observa en la fotografía, el puerto de entrada es la tapa o cara superior del tanque biorreactor y en donde se anclan o sujetan todos los dispositivos y periféricos que se requieren para su operación. Cada dispositivo de anclaje o sujetador también un puerto menor cuyo diámetro externo es la superficie externa total y cuyo diámetro interno es el diámetro externo del dispositivo que sujeta. Algunos puertos tienen dos diámetros internos, cuando el dispositivo que sujetan tiene diámetro externo y diámetro interno; por ejemplo, los sensores o probetas medidores y el sello mecánico del eje del agitador.


title: Biorreactor

text: Sello Mecánico: su función es triple: evitar la contaminación, mantener hermético el sistema, servir de amortiguador de fricción. El sello mecánico también debe permitir la esterilización in situ del biorreactor, mediante una línea de vapor sobrecalentado. Un sello mecánico, generalmente se diseña en una de dos configuraciones: Cartucho rígido: que permite el rodamiento del eje de potencia a través de soporte de cuerpo rígido que sella y aísla el paso de cualquier materia al interior del depósito.


title: Biorreactor

text: Cartucho flexible: que permite el rodamiento del eje de potencia a través de un soporte fijo al exterior pero flexible en el interior y que también sella y aísla el paso de contaminantes al interior del depósito.


title: Biorreactor

text: En ambos caso el sello mecánico se especifica de acuerdo al diámetro eterno del eje transmisor de potencia; el cual es el diámetro interno del puerto del sello mecánico. Dentro de lo posible se recomienda el uso de sellos flexibles ya que amortiguan mejor las vibraciones mecánicas del eje transmisor de potencia; la desventaja es que esa flexibilidad obliga a cambiarlos más frecuente, pues el desgaste es mayor.


title: Biorreactor

text: Eje Transmisor de Potencia: transmite la potencia del motor al impulsor, a través de, las hojas de agitación. Existen ejes en los cuales ya vienen incorporadas hojas o aspas de agitación, se diseñan para operar en uno de dos sistemas de flujo, según sea, la orientación espacial de las hojas o aletas:


title: Biorreactor

text: Flujo axial: suministran mayor efectividad de mezclado (distribución) y reducen la potencia de mezclado requerida, al distribuir mejor la mezcla; sus hojas u aspas son planas.


title: Biorreactor

text: Flujo radial: generan mayor potencia de mezclado (turbulencia) y pueden causar daño celular; sus hojas o aspas son del tipo hélice.


title: Biorreactor

text: Impulsores: son los dispositivos que impulsan el fluido y el movimiento, mediante hojas o aspas unidas al eje transmisor de potencia; pueden ser del tipo mecánico (agitador) o hidráulico (turbina).


title: Biorreactor

text: Agitadores: es un impulsor formado por hojas o aspas de agitación conectadas al eje transmisor de potencia; pueden tener una distribución de flujo axial o radial.


title: Biorreactor

text: Los propulsores de flujo radial pueden tener gran variedad de formas y diseños; dentro de estos, las hélices son las que más se utilizan.


title: Biorreactor

text: Hélices: existen en tres diseños básicos que dependen de la orientación espacial:


title: Biorreactor

text: (a) – Plano XY,


title: Biorreactor

text: (b) – Plano ZX,


title: Biorreactor

text: (c) – Plano ZY.


title: Biorreactor

text: Cada orientación (plano) describe una superficie curva que es determinada por dos (2) de tres (3) ángulos de diseño:


title: Biorreactor

text: (a) Plano XY, determina el ángulo de inclinación (α), este varía 15’ ≤ α ≤ 45’;


title: Biorreactor

text: (b) Plano ZX, determina el ángulo de torsión (β), este varía 16’ ≤ β ≤ 32’; (c) Plano ZY, determina el ángulo de tensión (γ), este varía 15’ ≤ γ ≤ 45’.


title: Biorreactor

text: Como se observa en la figura:


title: Biorreactor

text: (a) – Hélices de superficie curva en el Plano XY están determinadas por los ángulos α, β;


title: Biorreactor

text: (b) – Hélices de superficie curva en el Plano ZX están determinadas por los ángulos α, γ;


title: Biorreactor

text: (c) – Hélices de superficie curva en el Plano ZY están determinadas por los ángulos γ, β.


title: Biorreactor

text: Por su gran potencia y la turbulencia que generan, las hélices no se recomiendan para cultivos de células sensibles; solo deben utilizarse para cultivos bacteriales o micóticos y a bajas velocidades de rotación.


title: Biorreactor

text: Turbinas: es un impulsor de flujo axial el cual opera como una centrífuga que distribuye el flujo de líquido a través de hojas planas, a todo el volumen de fluido.


title: Biorreactor

text: El impulso axial ha demostrado ser la forma más eficiente de diseño para reducir esfuerzos cortantes e hidrodinámicos y disminuir la turbulencia y la potencia requerida para homogeneizar el mezclado; objetivo que se persigue en una mezcla perfecta. Por eso se recomienda impulsores de flujo axial para cultivar células sensibles o de membrana plasmática. Dentro de estas, la turbina Rushton (b) es el impulsor de flujo axial más recomendado y más eficiente para generar una mezcla perfecta de alto perfil hidrodinámico, bajo en esfuerzos cortantes y alto en distribución.


title: Biorreactor

text: Y una de control:


title: Biorreactor

text: Control de Velocidad del Motor: los motores de inducción de corriente alterna (a.c) tienen velocidades nominales de rotación de 1800rpm o 3600rpm. Estas velocidades son muy altas para los sistemas biológicos causando la destrucción de las células y microorganismos en cultivo. La velocidad de rotación del motor debe entonces reducirse a un máximo de 600rpm (revoluciones por minuto) para que no cause daño celular. Usualmente se acopla a la salida de eje del rotor una caja de reducción de 1/3 o 1/6 para bajar la velocidad de rotación a 600rpm. Adicionalmente se coloca un control de velocidad que puede ser analógico o digital al motor para un control más fino y preciso de la velocidad de rotación.


title: Biorreactor

text: Agitación y Mezclado


title: Biorreactor

text: Relaciones de Potencia y Mezclado: conforme el diámetro de la hoja o aspa (Dd) aumenta, también lo hace, la potencia (Pt) requerida para realizar el trabajo de mezclado; la potencia de mezclado (Pm) es mayor porque el torque (τ) se acrecienta, recuerde que el torque es la relación entre la fuerza (F) y el brazo de palanca (r) y que, el brazo de palanca es el diámetro del aspa u hoja cuyo momentum (mv) aumenta al aumentar la velocidad de rotación (ω). Así entonces, cuando Dd es muy grande, debe disminuirse ω para reducir Pt; pero esto ocasiona que Pm también se contraiga; así como la turbulencia excesiva. Caso contrario ocurre cuando Dd es muy pequeño, debe aumentarse ω para mejorar Pm y extender la turbulencia, ya que, en estos casos, es localizada (se acumula alrededor de las aspas y hojas). Este fenómeno local que se conoce como potencia fluida (Pf) provoca que el volumen de líquido que es afectado por la turbulencia local (Rex) no sea suficiente para oxigenar los tejidos y células en cultivo pues el Kla disminuye. Para que la Pf se transmita a todo el volumen de operación del fluido, es necesario que, se alcance el estado estacionario (EE) en dicha operación, y esto toma mucho tiempo lo que implica, un alto costo. La mejor forma de combinar positivamente estos efectos hidrodinámicos que se contraponen; es decir: bajar Pm y aumentar Pf es optimizar Dd. A esto se le conoce como potencia óptima de mezclado (Pe) y se logra de dos maneras:


title: Biorreactor

text: La primera alternativa minimiza la potencia de mezclado requerida y maximiza la potencia fluida al aprovechar mejor el gradiente de mezcla. La segunda aumenta la potencia de mezclado y la potencia fluida pero también, la potencia requerida y desaprovecha el gradiente de mezcla y difusión. Utilización de Bafles: son una mejora muy utilizada ya que pueden instalarse fácilmente en los sistemas de agitación, disminuyen (deflectan) la turbulencia ocasionada por las hojas o aspas del impulsor, rompen (disgregan) los cúmulos celulares y micelios que se forman en los respectivos cultivos y mejoran la eficiencia de mezclado. La relación óptima del diámetro del bafle (Db o J) al diámetro de tanque (Dt) es: Db/Dt = 1/10–1/12. El número indicado de bafles es 4 para sistemas moderadamente agitados y 6 para sistemas turbulentos.


title: Biorreactor

text: La transferencia de calor es un proceso el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere por una combinación de dos o más de estos tres procesos: convección, conducción o radiación. Uno de los mecanismos térmicos (proceso) suele predominar sobre los otros dos, también es posible que los tres procesos se den simultáneamente. La conducción es el proceso dominante en los intercambiadores de calor de casco y tubos y en el tubo serpentín. Aunque el mecanismo exacto de la conducción no se comprende, se sabe que se debe al movimiento (energía cinética) de los electrones libres que se mueven por la red cristalina del sólido y transportan energía cuando existe una diferencia (gradiente) de temperatura.


title: Biorreactor

text: Ley de Fourier: J = KδT/δx Donde J = densidad de corriente de energía (J/m²s); K = conductividad térmica (constante característica del material). La velocidad de conducción de calor (J) a través de un cuerpo sólido (medida por unidad de sección transversal) es proporcional directamente al negativo del gradiente de temperatura que existe en dicho cuerpo.


title: Biorreactor

text: Tabla de Conductividades Térmicas y Propiedades de Metales


title: Biorreactor

text: Las unidades de las magnitudes están expresadas en el Sistema Internacional de Unidades de Medida.


title: Biorreactor

text: Para calcular la resistencia térmica es necesario transformar las ecuaciones que modelan los distintos mecanismos de transferencia de calor para que presenten la siguiente forma: (Ta - Tb) / Q-punto = expresión matemática = Rth


title: Biorreactor

text: La expresión de la resistencia térmica Rth es diferente en cada sistema y depende del mecanismo de transferencia.


title: Biorreactor

text: En estos casos se debe distinguir entre las diferentes geometrías que se presentan en cada elemento resistivo; las configuraciones geométricas más usuales: pared plana, pared cilíndrica y pared esférica.Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor por un mecanismo mixto de convección entre la película de un líquido procesado (medio cultivo) y la pared de un sólido metálico, seguido de la conducción del calor transferido al área transversal del sólido metálico (tubo o placa) y nuevamente la transmisión de calor por convección desde la pared del sólido metálico a otro fluido procesado (agua).


title: Biorreactor

text: Como se observa en las figuras existen diversas formas de diseñar un intercambiador de calor. Arriba: un serpentín es un tubo metálico que se encarga del intercambio térmico; el líquido refrigerante recoge (absorbe) o transmite el calor. Abajo: una camisa o chaqueta es un dispositivo cerrado de intercambio térmico; en tanto que, un regenerador de calor es un dispositivo abierto. En todos los casos el mecanismo mixto de intercambio térmico es la convección que conduce el calor entre sólidos metálicos estáticos y superficies fluidas móviles.


title: Biorreactor

text: Intercambiadores de Tubos:


title: Biorreactor

text: Como se observa en la figura existen dos configuraciones para la dirección del flujo fluido:


title: Biorreactor

text: a) Flujo paralelo: los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido.


title: Biorreactor

text: b) Contraflujo: los fluidos entran por los extremos opuestos y también fluyen en sentidos opuestos.


title: Biorreactor

text: En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frío nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.


title: Biorreactor

text: En un intercambiador de calor en contraflujo la temperatura de salida del fluido frío puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.


title: Biorreactor

text: El caso límite ocurre cuando la temperatura de salida del fluido frío es igual a la temperatura de entrada del fluido caliente. La temperatura de salida del fluido frío nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.


title: Biorreactor

text: Como se observa en la figura en los intercambiadores de calor compactos los dos fluidos fluyen en direcciones ortogonales entre sí (90°) esta configuración de flujo recibe el nombre de flujo cruzado y se clasifica en función del mezclado:


title: Biorreactor

text: a) Flujo cruzado mezclado: uno de los fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones;


title: Biorreactor

text: b) Flujo cruzado no mezclado: se disponen las placas para guiar el flujo de uno de los fluidos en dirección ortogonal al otro sin que se mezclen.Como se observa en la figura los intercambiadores de casco y tubos se clasifican según:


title: Biorreactor

text: a) Número de pasos por el casco;


title: Biorreactor

text: b) Número de pasos por los tubos.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Enrique VII de Inglaterra (28 de enero de 1457 - 21 de abril de 1509) fue rey de Inglaterra y señor de Irlanda (desde el 22 de agosto de 1485), y fundador de la dinastía Tudor.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Enrique Tudor nació en el castillo de Pembroke, en Gales, hijo de Edmundo Tudor y de Margarita Beaufort. Edmundo Tudor fue hijo del matrimonio entre el galés Owen ap Tudur (Owen Tudor) y Catalina de Francia (Catalina de Valois), viuda del rey Enrique V. Fue apresado por miembros de la casa de York durante las guerras de las Dos Rosas, y murió un par de meses antes del nacimiento de su hijo, el 1 de noviembre de 1456. Margarita Beaufort era la nieta de Juan Beaufort, medio-hermano del rey Enrique IV.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Si bien Enrique era, por parte de su madre, descendiente de reyes de Inglaterra, en este caso la ascendencia era ilegítima: Juan Beaufort era hijo natural, y aunque fue posteriormente declarado "legítimo" durante el reinado de Ricardo II, tras el matrimonio de sus padres Juan de Gante y Catalina de Roet-Swynford (1396), una ley decretada por Enrique IV impedía el ascenso de ningún Beaufort al trono inglés. Por otra parte, el matrimonio entre Owen Tudor y Catalina de Francia -sus abuelos paternos- se realizó en contra de un decreto del Consejo Real durante la minoría de edad de Enrique VI.  No obstante, en la convulsa situación de la Inglaterra de Ricardo III, esta ascendencia era suficiente para luchar por el trono inglés, habida cuenta de la impopularidad de Ricardo, que había reemplazado (y según los rumores de la época, asesinado) a Eduardo V y a Ricardo, hijos de su hermano Eduardo IV.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Debido a la persecución de la casa de York, la familia de Enrique pronto abandonó Gales hacia Bretaña, en donde fueron acogidos por el duque de Bretaña, Francisco II. Allí Enrique creció y se educó como uno de los candidatos de la Casa de Lancaster al trono ocupado en ese momento por la casa de York.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: En 1483, la madre de Enrique lo promovía activamente como alternativa a Ricardo III, a pesar de estar casada con Lord Stanley, un yorkista. En la catedral de Rennes, el día de Navidad de ese año, Enrique se comprometió a casarse con Isabel de York, la hija mayor de Eduardo IV. Ella era la heredera de Eduardo desde la presunta muerte de sus hermanos, los príncipes de la Torre, el rey Eduardo V y Ricardo de Shrewsbury, duque de York. Abandonó Bretaña para unirse a la rebelión de su primo Enrique Stafford, duque de Buckingham contra Ricardo III, pero la victoria de este último forzó a Enrique a volver precipitadamente a Bretaña buscando de nuevo el amparo del duque. En 1485, tras recibir apoyo financiero de Francisco II, y habiéndose asegurado un cierto apoyo galés, Enrique empezó una nueva rebelión al desembarcar de nuevo en Gales; ideó un plan para hacerse con el trono enfrentándose rápidamente a Ricardo porque éste tenía refuerzos en Nottingham y Leicester. Aunque en inferioridad numérica, las fuerzas lancasterianas de Enrique derrotaron decisivamente al ejército yorkino de Ricardo en la batalla de Bosworth el 22 de agosto de 1485, gracias en parte a la traición de algunos nobles como Enrique Percy, cuarto conde de Northumberland y también Lord Stanley y su hermano Guillermo, que cambiaron de bando o abandonaron el campo de batalla.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Tras la batalla de Bosworth, Enrique se convirtió en rey de Inglaterra con el nombre de Enrique VII y acabó con las Guerras de las Dos Rosas.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: En política interior, los esfuerzos de Enrique se centraron en afianzar su posición en el trono tanto económica como dinásticamente. No pudiendo recurrir al Parlamento, al ser un rey nuevo e impopular, utilizó al máximo los impuestos ya existentes, incluso aquellos que habían caído en desuso, esforzándose particularmente en recaudar impuestos a los nobles. Para mejorar sus finanzas también se apropió de las tierras de aquellos nobles que habían fallecido durante las guerras de las Dos Rosas o habían apoyado a Ricardo. Aunque Enrique era miembro de la Casa de Lancaster, se casó el 18 de enero de 1486, en la catedral de Westminster, con Isabel de York, hija del rey Eduardo IV, tal como la madre de Enrique, Margarita Beaufort, y la madre de Isabel, Isabel Woodville, habían acordado años antes. Este matrimonio supuso la unión de las casas de Lancaster y de York, hablándose a partir de entonces de la dinastía Tudor, por Owen Tudor, el abuelo paterno de Enrique.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: De este matrimonio nacieron 7 hijos:


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Aún tras la boda aparecieron dos pretendientes de la casa de York: Lambert Simnel y Perkin Warbeck, que Enrique hubo de vencer para conservar el trono.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Lambert Simnel, un niño que, según Juan de la Pole, conde de Lincoln y heredero designado de Ricardo III, era en realidad Eduardo Plantagenet, conde de Warwick y primo de Eduardo V, que había logrado escapar de la torre de Londres, donde Enrique lo había encerrado, fue el primero de estos pretendientes. Enrique venció a los rebeldes en la batalla de Stoke (1487), perdonando la vida a Lambert, que se convirtió en sirviente de la casa real. El verdadero Eduardo, conde de Warwick siguió preso en la torre de Londres, hasta que fue ejecutado en 1499.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Perkin Warbeck, un neerlandés que afirma ser Ricardo de Shrewsbury, hermano de Eduardo V, fue el segundo de estos pretendientes. Desembarcó en Irlanda en 1491, pero al no contar con apoyos suficientes huyó a Francia, donde recibió apoyo de la familia real. Volvió a desembarcar en 1495, esta vez en Inglaterra, pero fue rápidamente vencido y huyó a Escocia, donde el rey Jacobo IV de Escocia lo casó con su prima Catalina Gordon. Para apoyar al pretendiente, los escoceses invadieron Inglaterra en 1496, pero hubieron de retirarse al no encontrar apoyos para su candidato al trono. Por último, Perkin lideró una última revuelta en 1497, durante la que fue capturado, para ser ejecutado en 1499, junto a Eduardo.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Aunque Enrique ascendió al trono con apoyo francés, su política exterior, sin ser claramente anti-francesa, intentaba debilitar la influencia de este país. En política exterior, el mayor activo del rey eran sus descendientes: su hijo Arturo se casó con Catalina de Aragón, y al fallecer este, Enrique logró aprobación papal para un nuevo matrimonio de Catalina, esta vez con su hijo Enrique, el futuro Enrique VIII. Su hija Margarita se casó con Jacobo IV de Escocia, en un intento de alejar de este país la influencia francesa, mientras que su otra hija, María, se casó primero con el rey Luis XII de Francia y después con Charles Brandon, duque de Suffolk.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Trágicamente, Enrique tuvo que sufrir, primero, la muerte de Arturo, su adorado hijo mayor y heredero, a causa de unas fiebres, el 2 de febrero de 1502, y al año siguiente (11 de febrero de 1503), la de su mujer Isabel de York, por complicaciones durante el parto de su hija menor, Catalina, que también falleció inmediatamente. El rey nunca se recuperó de este dolor, falleciendo en el palacio de Richmond, el 21 de abril de 1509. Fue enterrado en la capilla que mandó edificar en la abadía de Westminster, la capilla mariana de Enrique VII, y su hijo Enrique VIII le sucedió pacíficamente.


title: Enrique VII de Inglaterra

text: Según cuenta Francesco Gonzaga en su obra "De origine Seraphicae Religionis Franciscanae eiusque progressibus" (Roma, 1587), Enrique VII se jugó con un personaje de su corte, Juan de Lepe, las rentas del reino por un día. Juan ganó y fue conocido por ello por el título de "pequeño rey de Inglaterra", antes de volver a su lugar de origen y ser sepultado en el convento franciscano de Santa María de La Bella, dedicado a Nuestra Señora de la Bella, en Lepe.


title: Enrique VII

text: Enrique VII puede referirse a:


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita o ibis calvo del norte (Geronticus eremita) es una especie de ave pelecaniforme de la familia Threskiornithidae propia de Europa, Oriente próximo y África. Está en peligro de extinción y solo sobrevivió en estado silvestre en Marruecos; y escasamente en Siria. En Europa se extinguió a comienzos de la edad moderna, y posteriormente también desapareció de Turquía, donde se conservó hasta finales del siglo XX, y desde donde migraba a puntos de África oriental. Existen planes de conservación en cautividad y semicautividad, y ha sido reintroducido en el sur la península ibérica y Austria.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita es un ave grande y plumaje negro brillante, que mide entre 70–80 cm de largo y tiene una envergadura alar de entre 125–135 cm y suele pesar entre 1,0–1,3 kg. Su plumaje negro presenta iridiscencias verdes, broncíneas y violáceas. Sobre todo, las plumas cobertoras alares superiores tienen un brillo metálico luminoso, rojo cobrizo. Los ibis eremitas se caracterizan por tener la cabeza y el sector de la garganta sin plumas, con una carúncula de color rojo claro, como su largo pico, que mide 11,5 - 14,7 centímetros, y está ligeramente curvado hacia abajo, y también sus largas patas son rojas. En la nuca y parte posterior del cuello posee un copete de plumas negras, estrechas y muy alargadas. En su plumaje juvenil los ibis eremitas también tienen plumas en la cabeza y el cuello. Machos y hembras tienen un plumaje similar, aunque los machos son algo mayores, y como otros ibis que crían en colonias, tienen picos más largos. Los machos con los picos más largos tienen más éxito para conseguir pareja.


title: Geronticus eremita

text: En vuelo muestran aleteos poderosos, flexibles y de poco recorrido. Emiten llamadas guturales de tipo "hrump" y altas y roncas de tipo "hyoh" en las colonias de cría, pero en cualquier otro lugar son silenciosos. El plumón de los polluelos es de un color pardo claro uniforme, y los juveniles emplumados se parecen a los adultos salvo en que tienen la cabeza negruzca, las patas grises y el pico claro. Las partes sin plumas de los jóvenes se vuelven rojas gradualmente a medida que maduran. Los ibis de Marruecos tienen picos significativamente más largos que los individuos de su mismo sexo de Turquía. Las poblaciones orientales y occidentales se consideran de distintas subespecies, pero no está clara cual debe considerarse la subespecie nominal, ya que la descripción de la especie se hizo a partir de una población de Suiza que ahora está extinguida y no se sabe a cual de las dos poblaciones correspondía.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita es fácilmente distinguible de su pariente cercano el ibis calvo de África austral, porque este último tiene el rostro blanquecino. El ibis eremita también podría confundirse con otro ibis de plumaje oscuro que solapa sus áreas de distribución con él, el morito común, pero el morito es más pequeño y menos robusto, y tiene la cabeza emplumada. En vuelo, cuando la coloración del pico y la cabeza no son apreciables, el ibis eremita tiene las alas menos redondeadas y el cuello más corto, lo que le da una silueta diferente a la del morito, y como tiene las patas relativamente cortas estas no se prolongan por detrás de la cola, a diferencia de las del morito.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita se clasifica en el género "Geronticus", perteneciente a la familia Threskiornithidae. La familia Threskiornithidae está compuesta por dos subfamilias: la subfamilia de los ibis (Threskiornithinae) y la de las espátulas (Plateinae). A su vez, la familia Threskiornithidae se clasifica en el orden Pelecaniformes, junto a otras cuatro familias de aves acuáticas: Pelecanidae (pelícanos), Ardeidae (garzas), Balaenicipitidae (picozapato) y Scopidae (ave martillo). Los ibis son aves zancudas gregarias con picos largos y curvados hacia abajo. El pariente más cercano del ibis eremita es el otro miembro del género "Geronticus", el ibis calvo ("G. calvus") de África austral. Ambas especies se diferencian del resto de ibis porque tienen la cabeza desplumada, anidan en acantilados en lugar de los árboles, y prefieren los hábitats áridos a los humedales que pueblan sus parientes.


title: Geronticus eremita

text: Antiguamente, y como se documenta en los libros de cetrería españoles, se le denominaba «cuervo calvo». La mención más antigua se halla en el "Libro de la caza de las aves" de Pero López de Ayala: «"Pero a todas las otras prisiones, salvo sisones, asy como grua, garça, abdarramia, martinet, cuervo calvo, alcaraván, lechuza, bitor, echaras a braço tornado"». El ibis eremita fue descrito y representado en ilustraciones por el naturalista suizo Conrad Gesner en su obra "Historiae animalium" en 1555, originalmente Gesner lo denominó "Corvo sylvatico" que en latín significa «cuervo de bosque». En su descripción científica Carlos Linneo le dio el nombre binomial de "Upupa eremita" en su "Systema Naturae" de 1758. Fue trasladado a su actual género creado por el zoólogo alemán Johann Georg Wagler en 1832.


title: Geronticus eremita

text: La especie se dividió en dos poblaciones separadas al menos hace 400 años, y desde entonces ambas poblaciones han cambiado de forma independiente morfológica y ecológicamente, pero siguen formando parte de la misma especie. La población oriental y occidental pueden diferenciarse por una sola mutación en un gen del citocromo b de su ADN mitocondrial.


title: Geronticus eremita

text: Se han encontrado fósiles de ibis eremita del Holoceno (de hace aprox. 10 000 años) en el sur de Francia, en estratos del Pleistoceno medio (de unos 900.000 años) en Sicilia, y en depósitos del límite entre Plioceno y Pleistoceno (de hace aprox. 1,8 millones de años) en las costas del Mediterráneo español. Se encontró en Bulgaria lo que parece una forma ancestral de "Geronticus balcanicus" de finales del Plioceno, lo que prueba la temprana expansión del género en Europa, e indica que "Geronticus eremita" pudo tener su origen en el sureste de Europa u Oriente medio.


title: Geronticus eremita

text: El nombre del género, "Geronticus", deriva del término griego ("geron"), que significa «anciano», en referencia a su cabeza calva. "Eremita" es la palabra latina que significa «ermitaño», que a su vez proviene de la griega ("erēmia") «desierto»; y que hace referencia a los hábitats áridos donde vive la especie.


title: Geronticus eremita

text: Está en peligro crítico de extinción y solo han sobrevivido en Marruecos; y algunas partes de Siria y el este de Turquía, desde donde esta última población migra a puntos de África oriental. A diferencia de los demás ibis que anidan en los árboles y se alimentan en los humedales, el ibis eremita cría en acantilados y busca alimento en zonas de matorral y pastizales secos, además de zonas de cultivo no intensivo, como las estepas semiáridas y cultivos de barbecho. La cercanía de las estepas adecuadas a las zonas de cría con acantilados es un requerimiento de hábitat importante.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita en el pasado se extendía por oriente medio, el norte de África, y Europa meridional y central; Criaba a lo largo de los ríos Danubio y Ródano, y en las montañas de España, Italia, Alemania, Austria y Suiza (la descripción original de Gesner era de ibis de Suiza), y muy probablemente también en la región alta del Adriático. Usaba los salientes de los acantilados y las almenas de los castillos para anidar antes de desaparecer de Europa (alrededor del siglo XVIII). También se extinguió de la mayor parte de su anterior área de distribución, y en la actualidad la mayor parte de la población reproductora salvaje total, unos 500 individuos, está en Marruecos, en el parque nacional de Souss-Massa, donde hay tres colonias documentadas, y cerca del monte Oued Tamri (al norte de Agadir), donde hay una sola colonia que contiene casi la mitad de la población reproductora de Marruecos, además las áreas adyacentes son conocidas por proporcionar hábitat estable fuera de la época de reproducción a un gran número de ejemplares de la especie. Hay algunos intercambios de individuos entre los dos emplazamientos. También existe una población residual en Oriente próximo.


title: Geronticus eremita

text: Las tradiciones religiosas ayudaron a esta especie a sobrevivir en una colonia al este de Turquía mucho tiempo después de que hubiera desaparecido de Europa, ya que se creía que los ibis migraban cada año para guiar a los peregrinos del Hajj a La Meca. Los ibis se protegían por este simbolismo religioso, y se celebraba un festival anual para festejar su regreso al norte. La población de ibis de Turquía se localizaba cerca de la pequeña ciudad de Birecik, en el sudeste del país, y durante la primera mitad del la colonia de Birecik se mantuvo relativamente estable con una población de unas 500 parejas reproductoras, llegando a tener una población total de unos 3000 individuos alrededor de 1930. En la década de 1970, la población declinó drásticamente y se iniciaron programas de cría en cautividad en 1977, con un adulto y nueve polluelos sacados de la naturaleza. El programa fracasó en su intento de revertir el declive de la población natural. Había 400 ibis en 1982, cinco parejas en 1986, y siete parejas en 1987. En 1989 solo tres ibis regresaron de su cuarteles invernales, y solo una en 1990. Las aves reintroducidas morían antes de poder reproducirse, por lo que la población salvaje de Turquía se extinguió en 1992. Una vez que la población silvestre en Turquía se consideró no viable, la colonia en cautividad se mantiene en una colonia que vuela libre la mayor parte del año, pero se enjaula en otoño para impedir su migración.


title: Geronticus eremita

text: Tras la desaparición de la colonia migratoria turca, solamente se conocen las colonias de cría de ibis eremita de Marruecos, aunque avistamientos ocasionales en Yemen, Eritrea, Arabia Saudí e Israel durante los años 1980 y 1990 indicaban que todavía hay alguna colonia en algún lugar de Oriente medio. Censos de campo intensivos realizados en la primavera de 2002, basados en el conocimiento de los nómadas beduinos y los cazadores locales revelaron que la especie nunca se ha extinguido completamente en las estepas del desierto de Siria. Tras búsquedas sistemáticas se encontraron 15 lugares de anidamiento viejos, y uno cerca de Palmira, todavía albergaba una colonia de cría activa de siete individuos. Aunque el ibis se había declarado extinto en Siria más de 70 años antes, al parecer los ibis eran relativamente comunes en las zonas desérticas durante las dos últimas décadas del siglo XX, cuando la combinación de la sobreexplotación de sus tierras y el incremento de la presión cinegética inició su drástico declive.


title: Geronticus eremita

text: Los ibis de Marruecos son sedentarios, y se dispersan a lo largo de la costa tras la época de cría. Se supone que la bruma costera proporciona una humedad extra a esta población, que permite que esta población permanezca allí todo el año. En el resto de su anterior área de distribución el ibis eremita migraba al sur en invierno y aparecían como divagantes en España, Irak, Egipto, las Azores, y Cabo Verde.


title: Geronticus eremita

text: La otra población marcada, de 13 ibis de Siria, en 2006 tenía tres adultos marcados en el grupo, y un cuarto adulto no marcado, que pasaban la época no reproductiva juntos en los montes de Etiopía, donde la especie no se había registrado durante casi 30 años. Migraban al sur por el lado oriental del mar Rojo vía Arabia Saudí y Yemen, y regresaban al norte a través de Sudán y Eritrea.


title: Geronticus eremita

text: En España, más concretamente en la provincia de Cádiz, se han recuperado 12 parejas, gracias a la actuación de la consejería de medio ambiente de la Junta de Andalucía. Aún en el incubaban los ibis eremitas en Europa Central, en el valle del Danubio (en Kechlheim y Passau), en Salzburgo y Graz. Pero ya en los siglos siguientes estas singulares aves desaparecieron de sus antiguas áreas europeas de cría. Probablemente fueron causas de ello ciertas variaciones climáticas desfavorables y la influencia del hombre.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita es una especie gregaria que se desplaza en bandadas desde los acantilados donde cría y duerme en invierno a las zonas donde se alimenta, volando en formación en V. Las bandadas pueden llegar a contener hasta 100 ejemplares en invierno. Durante la época de reproducción estos ibis se alimentan normalmente hasta a 15 km de su colonia de cría, y aunque prefieren estepas no cultivadas, también se pueden alimentar en prados y campos de cultivo en barbecho, y ocasionalmente en zonas cultivadas en ese momento.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita consume una gran variedad de alimentos, principalmente pequeños animales. El análisis de las heces de la población de Marruecos en época de cría muestra que predominan en su dieta las lagartijas y los escarabajos tenebriónidos; aunque también comen pequeños mamíferos, polluelos de aves que anidan en el suelo, e invertebrados como caracoles, escorpiones, arañas y orugas. Los machos a veces le arrebatan el alimento a las hembras. Las bandadas se desplazan por el suelo y los ibis usan su largo pico para atrapar sus presas en la arena entre matorrales. Como estas aves cazan principalmente sondeando con el pico, necesitan superficies blandas como la arena, y por lo visto es vital que la vegetación sea rala y dispersa, y no sea más alta de 15–20 cm de alto. Se ha comprobado que su supervivencia y éxito reproductor están ligados a la disponibilidad de agua.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita cría en colonias poco densas a las que suele desplazarse a partir de febrero. Anida en las cornisas de acantilados inaccesibles o en las montañas, entre las rocas en cavidades de pendientes pronunciadas, generalmente en la costa o cerca de un río. Escaladores voluntarios han creado repisas suplementarias en la colonia de Souss-Massa para asegurar que la población reproductora no estuviera limitada por la disponibilidad de lugares de anidamiento, y se usan cajas nidos con el mismo fin en la colonia de Birecik. En el pasado estas aves también anidaban en edificaciones.


title: Geronticus eremita

text: El ibis eremita alcanza la madurez sexual entre los tres y cinco años de edad, y se empareja para toda la vida. El macho elige un lugar de anidamiento, lo limpia, y entonces anuncia su disponibilidad a una hembra erizando el penacho de su nuca y emitiendo llamadas graves y estruendosas. Una vez que se han emparejado, el lazo se refuerza con una exhibición con inclinaciones de cabeza y acicalado muto. El nido es una construcción desordenada de ramitas forrado con hierba.


title: Geronticus eremita

text: En el norte de África el periodo de incubación comienza entre marzo y abril, mientras que las colonias de Asia no empiezan a incubar hasta mayo. Los ibis eremitas normalmente ponen de dos a cuatro huevos rugosos, que pesan una media de 50,16 g. Inicialmente son de color blanco azulado con motas pardas, pero se van volviendo parduzcos a medida que avanza la incubación. Ambos progenitores se encargan de incubar y alimentar a los polluelos. A partir de la puesta del primer huevo, el intervalo de puesta es de 1 - 3 días. La incubación dura entre 24–25 días. Los polluelos salen del huevo cubiertos de plumón gris, y al principio son nutridos directamente en la garganta, pues hasta las 2 semanas no toman el alimento de la punta del pico del ave adulta. Para alimentar a la prole, el ibis eremita adulto empuña el pico del polluelo por la base y el joven llega incluso al fondo de la garganta paterna. Al cabo de dos semanas comienzan las aves adultas a dejar de cobijar bajo las alas a los jóvenes. Los polluelos tardan unos 40–50 días en desarrollarse y emplumar, y su primer vuelo tiene lugar alrededor de los dos meses.


title: Geronticus eremita

text: Los ibis eremitas suelen vivir de media entre 20 y 25 años en cautividad (el macho más longevo registrado vivió 37 años y la hembra más longeva vivió 30 años). La longevidad media en la naturaleza se estima entre los 10 y 15 años.


title: Geronticus eremita

text: Aunque el ibis eremita se extinguió de Europa hace mucho tiempo, sobrevivieron muchas colonias en Marruecos y Argelia hasta principios del siglo XX, cuando empezaron a declinar más rápidamente. La última colonia de Argelia desapareció a finales de la década de 1980. En Marruecos había unas 38 colonias en 1940, 15 en 1975, pero la última población migratoria de las montañas del Atlas había desaparecido en 1989. El ibis eremita actualmente se clasifica oficialmente como especie en peligro crítico de extinción según los criterios de la escala de la UICN, con una población estimada en 2008 de unos 500 individuos en la naturaleza y unos 1000 en cautividad. El ibis eremita es una de las especies clave a las que se les aplica el "Acuerdo para la conservación de las aves acuáticas migratorias afro-euroasiáticas" (AEWA), y tiene un plan de acción acordado internacionalmente detallado en el acuerdo. Como especie amenazada de extinción, está incluida en el apéndice 1 del CITES (el convenio internacional sobre comercio de especies de flora y fauna salvajes amenazadas), lo que significa que el comercio de ibis cautivas es ilegal, y puede autorizarse solo en circunstancias excepcionales.


title: Geronticus eremita

text: Durante siglos se ha reducido la población de ibis eremita, al menos parcialmente como consecuencia de causas naturales desconocidas. El declive más rápido que se produjo en un solo siglo, con una pérdida del 98% de la población entre 1900 y 2002, es el resultado de una combinación de factores. Entre ellos se incluye la persecución humana, especialmente por la caza, y también la pérdida de las estepas y zonas de agricultura no intensiva (especialmente en Marruecos), el envenenamiento por pesticidas, las perturbaciones en sus colonias y la construcción de embalses. El descubrimiento en Jordania de tres adultos muertos de la colonia de Turquía parecía confirmar que el abuso de pesticidas todavía era una causa de muerte durante la migración. Estas aves fueron seguidas por satélite tras dejar Birecik. Se pararon brevemente en la colonia de Siria, y después murieron en el desierto de Jordania. Aunque inicialmente se pensó que murieron a causa del veneno, probablemente puesto para los ratones en granjas de pollos, la autopsia reveló que en realidad habían muerto electrocutados por posarse en torres de alta tensión.


title: Geronticus eremita

text: Se ha creado un grupo internacional para su conservación, el IAGNBI, que coordina acciones en toda el área de distribución natural (Marruecos, Siria y Turquía) y en otros lugares en los que se han producido traslocaciones de ejemplares nacidos en cautividad.


title: Geronticus eremita

text: La última población viable de esta especie se encuentra en el parque nacional de Souss-Massa y costa adyacente, en Marruecos. Está compuesta por algo más del centenar de parejas (en 2013) y mantiene un crecimiento pequeño pero constante desde hace años. SEO/BirdLife como representante de BirdLife International lleva a cabo diversas acciones de conservación y desarrollo sostenible en el parque nacional de Souss-Massa, con el apoyo de diversas instituciones, particularmente la AECID pero también la Cooperación Canaria. Otras instituciones, como la Fundación Príncipe Alberto II de Mónaco y RSPB permiten acciones más directas de conservación. SEO/BirdLife coordinaba en Marruecos el programa país de BirdLife International y en esta calidad ha participado en la redacción del plan de acción para la especie en Marruecos. En la actualidad, GREPOM participa en el proyecto como socio de BirdLife International en Marruecos.  Gracias a estos esfuerzos, la población silvestre ha podido ir aumentando sus efectivos ligeramente, pero de forma continuada.En julio de 2011, un par de individuos se marcaron con emisores satelitales. Por primera vez en los registros históricos de la especie, ahora hay pruebas del crecimiento de la población silvestre. De las 100 parejas reproductoras que se registraban en la década anterior a 2008 se han alcanzado las 113 parejas en 2013.