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Bienvenida

Para continuar con el proceso de formación del estudiante y extender el conocimiento adquirido en la asignatura de Ingeniería de Biorreactores I, donde realizaste el diseño de un biorreactor de membrana y que para lograr esto, se analizaron las características físicas de un biorreactor o fermentador, los elementos físicos y biológicos que lo componen, la revisión de la teoría enzimática, modelos de crecimiento microbiano; así como la aplicación y utilización de los biorreactores en distintos campos industriales. Ahora en la asignatura de Ingeniería de Biorreactores II, se estudiarán las bases conceptuales y ecuaciones matemáticas utilizadas para el diseño de biorreactores tales como: biorreactores anaerobios semicontinuos, fermentadores específicos para producción de bioetanol, biodiscos y fotobiorreactores utilizados para producir hidrógeno; así como para el cultivo de microalgas oleaginosas. Además, se analizarán los métodos de escalabilidad y, finalmente, se desarrollará un criterio que permita evaluar la factibilidad de dicha escalabilidad en un bioproceso.

Ingeniería de Biorreactores II se imparte en el sexto semestre de la Ingeniería de Biotecnología y se relaciona con las asignaturas de Bioquimíca, Balance de materia y energía, Fenómenos de transporte e Ingeniería de Biorreactores I, las cuales ya se han revisado; así como con Ingeniería en Bioprocesos I y II.

En la Unidad 1, revisaremos las características y estructura de un Reactor Biológico Rotativo o “Biodiscos”; así como la función, características y estructura de las biopelículas o biofilms. Asimismo, se revisarán las ecuaciones de diseño de procesos y escalamiento de biopeliculas y de biofiltros.

Para la Unidad 2, se analizarán las características de los reactores enzimáticos, los métodos de inmovilización enzimática, sus aplicaciones y efectos; así como la clasificación de los biorreactores enzimáticos.

Mientras que en la Unidad 3, se describen los fundamentos teóricos y los parámetros de diseño de biorreactores específicos de importancia tecnológica actual, tales como: biorreactores anaerobios semicontinuos, fermentadores y fotobiorreactores para producción de biohidrógeno y microalgas oleaginosas.

En la Unidad 4, se reconocerán los fundamentos de los modelos y factibilidad de escalamiento de biorrecatores; así como proponer una proyección de un bioproceso.

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Competencias y logros

Competencia general

Proyectar el escalamiento de un biorreactor enzimático, para determinar la factibilidad de la aplicación de éste a nivel industrial, mediante el análisis los parámetros y la utilización de ecuaciones de diseño de biorreactores.

Da clic en cada pestaña para revisar las competencias y logros que alcanzarás en esta asignatura.

Competencia específica

Analizar las características de los procesos de biopelículas, para el escalamiento de biodiscos, mediante la aplicación de ecuaciones matemáticas de diseño de biorreactores.

Logros:

Explicar el concepto de un reactor biológico rotativo “biodiscos”.
Identificar las características principales de las biopelículas o biofilms.
Explicar los procesos que se llevan a cabo en los biorreactores de biopelículas o biofilms.
Identificar los procesos de transporte y reacción que se llevan a cabo en los biorreactores de biopelículas o biofilms.
Distinguir los diferentes materiales de soporte de la biopelícula o biofilm.
Analizar las diferentes ecuaciones para el diseño de procesos de biopelícula.

Competencia específica

Distinguir los birorreactores homogéneos y heterogéneos, para identificar la velocidad en que las enzimas afectan al producto industrial, mediante la revisión de los métodos de inmovilización.

Logros:

Reconocer las principales características de los biorreactores enzimáticos.
Identificar los modelos de inmovilización enzimática.
Describir las ventajas y desventajas de la inmovilización enzimática.
Analizar las aplicaciones y efectos de la inmovilización enzimática.
Identificar los diferentes tipos de biorreactores enzimáticos.

Competencia específica

Analizar las características de biorreactores específicos, para identificar los parámetros de diseño, mediante la revisión de la aplicación de estos en la industria.

Logros:

Describir el concepto y tipos de biorreactores anaerobios semicontinuos.
Analizar los fermentadores para producción de bioetanol.
Analizar los diferentes tipos de fotobiorreactores para producción de biohidrógeno.
Reconocer el bioproceso que se lleva a cabo en los fotobiorreactores para cultivo de microalgas oleaginosas.
Analizar los diferentes componentes de los biorreactores específicos.
Identificar los diferentes parámetros de diseño aplicados a los biorreactores específicos.

Competencia específica

Proyectar el escalamiento de un biorreactor, para identificar la factibilidad de este en la industria, mediante la distinción de los modelos de escalamiento de biorreactores.

Logros:

Describir el concepto de escalamiento.
Analizar los diferentes tipos de escalamiento.
Reconocer las principales características de una planta piloto.
Identificar cada uno de los modelos de escalabilidad.
Describir el concepto de factibilidad.
Analizar los parámetros de escalamiento.

Temario

El contenido que estudiarás en cada unidad de este módulo se presenta a continuación.

Da clic en cada unidad para ver los temas y subtemas.

Unidad 1. Reactor biológico rotativo “biodiscos”

1.1 Sistema de cultivo fijo “Biodiscos” y Biopelículas

1.1.1 Características del Reactor Biológico Rotativo “Biodiscos”

1.1.2 Características de las Biopelículas o biofilms

1.1.3 Tipos de reactores de biopelícula o biofilm

1.1.4 Transporte y reacción dentro de la biopelícula o biofilm

1.1.5 Materiales soporte de la biopelícula o biofilm

1.1.6 Transferencia de oxígeno

1.2 Diseño de biopelículas y su aplicación

1.2.1 Ecuación general para el diseño de procesos de biopelícula

1.2.2 Ecuación de diseño de biofiltros

1.2.3 Escalamiento de biodiscos

Unidad 2. Reactores enzimáticos

2.1 Inmovilización enzimática

2.1.1 Características de los reactores enzimáticos

2.1.2 Ventajas e inconvenientes de la inmovilización enzimática

2.2 Métodos de inmovilización enzimática

2.2.1 Retención física

2.2.2 Unión química

2.3 Aplicaciones y efectos de la inmovilización enzimática

2.3.1 Aplicaciones de las enzimas inmovilizadas

2.3.2 Elección del método de inmovilización

2.3.3 Efectos en la estabilidad y en la actividad enzimática

2.4 Biorreactores enzimáticos

2.4.1 Biorreactores homogéneos

2.4.2 Biorreactores heterogéneos

Unidad 3. Diseño y funcionamiento de Biorreactores específicos

3.1 Biorreactores anaerobios

3.1.1 Biodigestión anaerobia

3.1.2 Componentes y materiales de un biorreactor anaerobio

3.1.3 Parámetros de diseño de una planta de biodigestión anaerobia

3.2 Fermentadores para producción de bioetanol

3.2.1 Fermentación a partir de carbohidratos, materiales amiláceos y hemicelulósicos.

3.2.2 Componentes y materiales de un fermentador

3.2.3 Parámetros de diseño de un fermentador

3.3 Fotobiorreactores para producción de biohidrógeno

3.3.1 Mecanismos de producción de biohidrógeno

3.3.2 Diseño para la obtención de hidrógeno por biofotólisis indirecta

3.4 Fotobiorreactores para cultivo de microalgas oleaginosas

3.4.1 Bioproceso para generación de microalgas

3.4.2 Componentes y materiales de un fotobiorreactores para cultivo de microalgas oleaginosas

3.4.3 Parámetros de diseño para el cultivo de microalgas oleaginosas

Unidad 4. Escalamiento de Biorreactores

4.1 Fundamentos de escalabilidad de biorreactores

4.1.1 Definición de escalamiento

4.1.2 Definición de planta piloto

4.2 Modelos de escalabilidad

4.2.1 Fenomenológico

4.2.2 Empírico

4.2.3 De similaridad

4.2.4 Análisis dimensional

4.3 Factibilidad de la escalabilidad

4.3.1 Parámetros críticos de la escalabilidad

4.3.2 Factibilidad

Metodología

A continuación, se describe la metodología de trabajo y se dan los lineamientos generales bajo los cuales se trabajará la asignatura.

La metodología de enseñanza y evaluación será el Aprendizaje Basado en Problemas (ABP), así como la realización de prácticas teóricas y ejercicios, enfatizando la necesidad de la participación y cumplimiento del estudiante de forma ordenada y coordinada con el docente en línea para el logro de las competencias establecidas en la asignatura.

El uso del Aprendizaje Basado en Problemas, la realización de prácticas teóricas y ejercicios le permitirán al estudiante adquirir habilidades y conocimientos que propicien aprendizajes significativos que le permitan enfrentar situaciones de su entorno en un contexto real, aplicando el conocimiento y conceptos que se van obteniendo a lo largo de la asignatura, además de propiciar el interés por el desarrollo sustentable de su medio y la preservación de los recursos naturales.

Durante el semestre se realizarán diversas actividades cuya finalidad es reforzar y aplicar los conocimientos revisados a lo largo del curso, lo cual le permitirá desarrollar las competencias señaladas en el programa. Es importante que las prácticas y ejercicios se realicen en su totalidad y en el momento señalado para que los estudiantes puedan evaluar sus avances o deficiencias con respecto a los temas indicados.

A lo largo del curso se trabajará con problemas prototípicos, mismos que serán orientados por el docente en línea.

Evaluación

Para acreditar la asignatura se espera la participación responsable y activa del estudiante, contando con el acompañamiento y comunicación estrecha con su docente en línea, quien a través de la retroalimentación permanente evaluará de manera objetiva su desempeño.

En este contexto, la retroalimentación permanente es fundamental para promover el aprendizaje significativo y reconocer el esfuerzo. Es requisito indispensable la entrega oportuna de cada una de las tareas, actividades y evidencias, así como la participación en foros y demás actividades programadas en cada una de las unidades y conforme a las indicaciones dadas. Las rúbricas establecidas para cada actividad contienen los criterios y lineamientos para realizarlas, por lo que es importante que el (la) estudiante las revise antes de elaborar sus actividades.

A continuación, se presenta el esquema general de evaluación.

Esquema de evaluación
Evaluación continua	Actividades colaborativas	10 %
	Actividades individuales	30 %
E-portafolio	Evidencia de aprendizaje	40 %
	Autorreflexión	10 %
Asignación a cargo del docente	Instrumentos y técnicas de evaluación propuestas por el docente en línea	10 %
Calificación final		100 %

Cabe señalar que para aprobar la asignatura, se debe de obtener la calificación mínima indicada por la UnADM.

Fuentes de consulta

Básica

Tortora, G. J., Funke, B. R., Case, C. L. (2007). Introducción a la microbiología. 9a. Edición. Editorial Médica Panamericana. Buenos Aires. ISBN: 978-950-06-0740-7.
Atkinson, B. (2002). Reactores bioquímicos. 2da. Reimpresión. Editorial Reverté. España. ISBN: 84-291-7009-X.
Nijaguna, B. T. (2002). Tecnología de biogas. 1era. Edición. Editorial New Age International Publishers. Nueva Delhi. ISBN: 81-224-1380-3.

Muy bien, ahora inicia el estudio de la unidad 1.