Este documento describe diferentes tipos de reactores químicos y biológicos, incluyendo biodigestores. Explica que los reactores químicos son unidades diseñadas para llevar a cabo reacciones químicas controlando factores como el tiempo de contacto y las condiciones de presión y temperatura. También describe cómo los biorreactores y biodigestores usan microorganismos para procesar materia orgánica y producir biogás de manera controlada.

1. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL ANDRÉS ELOY BLANCO
PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN
EN SISTEMAS DE CALIDAD Y AMBIENTE
UNIDAD CURRICULAR: FISICOQUÍMICA AMBIENTAL
REACTORES
REACTORES QUÍMICOS y BIOLÓGICOS
BIODIGESTORES
Docente: Ing. Luisa Stocco
Lapso I-2014

2. UNIDAD CURRICULAR: FISICOQUÍMICA
AMBIENTAL
PLAN DE LA PATRIA
«Fortalecer la educación ambiental»
ÁREA INSTITUCIONAL DE INVESTIGACIÓN
Línea 1. Calidad del Ambiente
Programa 1: Manejo y disposición de residuos sólidos
PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN SISTEMAS DE
CALIDAD Y AMBIENTE
Aplicar los conocimientos adquiridos para el desarrollo de
alternativas de solución a problemas asociados a la calidad y el
ambiente desde la visión de los sistemas integrados
de gestión con énfasis en su diseño y planificación

3. REACTOR QUÍMICO
Unidad procesadora diseñada para que en su interior se
lleve a cabo una o varias reacciones químicas
Funciones principales:
– Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los
reactantes en el interior del tanque.
– Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las
sustancias con el catalizador, para conseguir la extensión
deseada de la reacción.
– Permitir condiciones de presión, temperatura y
composición de modo que la reacción tenga lugar en el
grado y a la velocidad deseada.

4. CLASIFICACIÓN DE LOS REACTORES
Existen varias formas de clasificarlos:
1. Según el modo de operación:
Reactores continuos: son todos aquellos que trabajan de
forma continua.
Las corrientes de alimentación y descarga fluyen de manera
continua durante todo el proceso.
Ejemplo: bombear una mezcla de líquidos a velocidad constante
hacia una columna de destilación y retirar de manera uniforme
las corrientes de producto por las partes superior e inferior de la
columna.

5. CLASIFICACIÓN DE LOS REACTORES
Reactores discontinuos: son aquellos que trabajan por
cargas (lote, batch), es decir, se introduce una alimentación al
comienzo del proceso , y se espera un tiempo dado, que viene
determinado por la cinética de la reacción, luego del cual se saca
el producto.
No hay transferencia de masa más allá de los límites del sistema
desde el momento que se carga la alimentación hasta que se
retira el producto.
Ejemplo: la carga de la mezcla de arcillas y agua para la
elaboración de barbotina (base de las baldosas)

6. CLASIFICACIÓN DE LOS REACTORES
Reactores semicontinuos: Cualquier proceso que no
sea por lote ni continuo.
• Ejemplo: permitir que el contenido de un recipiente
con gas presurizado escape continuamente a la
atmósfera.
• Mezclar poco a poco varios líquidos en un tanque
del cual no se retira nada antes de finalizar la
reacción.

7. CLASIFICACIÓN DE LOS REACTORES
2. Según las fases que involucran:
• Reactores homogéneos: tienen una única
fase, líquida o gas.
• Reactores heterogéneos: tienen varias fases,
gas-sólido, líquido-sólido, gas-líquido, gas-
líquido-sólido.

8. BIORREACTOR
Un biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un
ambiente biológicamente activo, en el que se lleva a cabo un
proceso químico que involucra organismos o sustancias
bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este
proceso puede ser aeróbico o anaeróbico. En cuanto a su diseño,
son comúnmente cilíndricos, variando en capacidad, y son
usualmente fabricados en acero inoxidable.

9. BIORREACTOR
• En términos generales, un biorreactor busca
mantener ciertas condiciones ambientales
propicias (pH, temperatura, concentración de
oxígeno, entre otros) al organismo o sustancia
química que se cultiva. En función de los flujos de
entrada y salida, la operación de un biorreactor
puede ser de tres modos distintos:
• Lote (batch)
• Lote alimentado (feed-batch)
• Continuo

10. BIORREACTOR
• La misma propagación celular (fenómeno conocido en inglés
como Fouling) puede afectar la esterilidad y eficiencia del
biorreactor, especialmente en los intercambiadores de calor.
Para evitar esto, el biorreactor debe ser fácilmente limpiable
y con acabados lo más sanitario posible (de ahí sus formas
redondeadas).

11. BIORREACTOR
• Se requiere de un intercambiador de calor para mantener
el bioproceso a temperatura constante. La fermentación
biológica es una fuente importante de calor, por lo que en
la mayor parte de los casos, los biorreactores requieren de
agua de enfriamiento. Pueden ser refrigerados con una
chaqueta externa o, para recipientes sumamente grandes,
con serpentines internos.

12. BIORREACTOR
• En un proceso aerobio, la transferencia óptima de oxígeno es tal
vez la tarea más difícil de lograr. El oxígeno se disuelve poco en
agua (y aún menos en caldos fermentados) y es relativamente
escaso en el aire (20,8 %). La transferencia de oxígeno usualmente
se facilita por la agitación que se requiere también para mezclar
los nutrientes y mantener la fermentación homogénea.
• Sin embargo, existen límites para la velocidad de agitación,
debidos tanto al alto consumo de energía (que es proporcional al
cubo de la velocidad del motor) como al daño ocasionado a los
organismos debido a un esfuerzo de corte excesivo.

13. Conjunto biorreactor-sistema de cultivo
Debe cumplir con los siguientes objetivos:
• 1. Mantener las células uniformemente distribuidas en
todo el volumen de cultivo.
• 2. Mantener constante y homogénea la temperatura.
• 3. Minimizar los gradientes de concentración de
nutrientes.
• 4. Prevenir la sedimentación y la floculación.
• 5. Permitir la difusión de gases nutrientes a la velocidad
requerida por el cultivo.
• 6. Mantener el cultivo puro.
• 7. Mantener un ambiente aséptico.
• 8. Maximizar el rendimiento y la producción.
• 9. Minimizar el gasto y los costos de producción.
• 10. Reducir al máximo el tiempo.

14. BIOGAS
El biogas es un gas combustible que se genera en
medios naturales o en dispositivos específicos, por las
reacciones de biodegradación de la materia orgánica,
mediante la acción de microorganismos y otros
factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un
ambiente anaeróbico). Este gas se ha venido llamando
gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce
una biodegradación de residuos vegetales.

15. El biogas por descomposición anaeróbica
• La producción de biogas por descomposición anaeróbica es un
modo considerado útil para tratar residuos biodegradables, ya
que produce un combustible de valor además de generar un
efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o
abono genérico.
• El resultado es una mezcla constituida por metano (CH4) en
una proporción que oscila entre un 40% y un 70%, y dióxido
de carbono (CO2), conteniendo pequeñas proporciones de
otros gases como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2)
y sulfuro de hidrógeno (H2S).
• El biogas tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8
y 23,4 megajulios por m³.

16. El biogas por descomposición
anaeróbica
• Este gas se puede utilizar para producir
energía eléctrica mediante turbinas o plantas
generadoras a gas, en hornos, estufas,
secadores, calderas u otros sistemas de
combustión a gas, debidamente adaptados
para tal efecto.

17. MICROORGANISMOS MESÓFILOS
• Los mesófilos presentan temperaturas óptimas a los
(25-40) °C y máximas entre (35 – 47) °C. La mayor parte de
las eubacterias (incluyendo las patógenas) pertenecen a esta
categoría. La mayor parte de los microorganismos que viven
en ambientes templados y tropicales, incluyendo los
simbiontes y parásitos, pertenecen a esta categoría.
MICROORGANISMOS TERMÓFILOS
• Las únicas formas de vida capaces de vivir por encima
de (65) °C son todas procariotas. Los termófilos presentan
óptimos a (50-75) °C y máximos entre (80 - 113) °C. Dentro
de esta categoría se suele distinguir las termófilas extremas
(=hipertermófilas), que pueden llegar a presentar óptimos
cercanos a los 100 °C.

19. BIODIGESTOR
• Un biodigestor es un sistema natural que aprovecha la
digestión anaerobia (en ausencia de oxígeno) de las
bacterias que ya habitan en el estiércol, para transformar
éste en biogas y fertilizante. El biogas puede ser empleado
como combustible en las cocinas e iluminación, y en grandes
instalaciones se puede utilizar para alimentar un generador
que produzca electricidad.
• El fertilizante, llamado biol, inicialmente fue considerado un
producto secundario, pero actualmente se está valorando de
la misma importancia o mayor que el biogas, ya que provee
a las familias campesinas de un fertilizante natural que
mejora mucho el rendimiento de las cosechas.

23. Un Biodigestor es un sistema sencillo de
conseguir solventar la problemática energética-
ambiental, así como realizar un adecuado
manejo de los residuos tanto humanos como de
origen animal

24. Que la voz protectora del ambiente recorra
cada rincón de nuestro planeta, golpeando la
conciencia de las personas, que, distraídas,
acaban con ellas mismas !!!
PENSAMIENTO ANÓNIMO