Tal como estudiaste en la unidad anterior, un bioproceso se efectúa cuando a través de la sucesión de diferentes fases o etapas se obtienen productos de interés, gracias a:

• El metabolismo de diversos microorganismos,
• La acción catalítica de las enzimas, o bien
• El cultivo de células animales o vegetales.

Al analizar o diseñar un nuevo bioproceso, es necesario tomar en cuenta ciertas condiciones, tales como el balance de masa del sistema. Por ejemplo, en un proceso de producción de penicilina mediante el moho Penicillium, no es posible que se introduzca al biorreactor 1.00 kg de glucosa y 500 g de ácido fenilacético para que produzca 5.00 kg de penicilina, 750 g de dióxido de carbono y 3.00 kg de agua, ya que cualquier bioproceso y, en general, cualquier transformación química, física o biológica, cumple con la ley de la conservación de la masa.

Otro aspecto a considerar es la energía requerida para la implementación del bioproceso, ya que el drástico aumento en el precio de gas natural y el petróleo ha elevado su costo en gran proporción e intensificó la necesidad de eliminar el consumo innecesario de la misma (Felder y Rousseau, 2010).

Por lo tanto, como ingeniero en biotecnología, una de las tareas que tendrás en el análisis y diseño de un bioproceso, será justificar la energía que se requiere y que sale de cada unidad que lo constituye, así como, calcular las necesidades totales de está. Para ello, recurrirás a los balances de energía.

A través del desarrollo de esta unidad, abordarás los siguientes tópicos:

• Balance de materia
• Ley de la conservación de la materia
• Metodología para cálculos de balance de materia
• Balance de energía
• Fundamentos termodinámicos
• Metodología para cálculos de balance de energía

Para ello, revisaras las definiciones de bioprocesos por lotes, continuos, semicontinuos, transitorios y en estado estacionario, así como de balances diferenciales e integrales; realizaras cálculos de balances en bioprocesos de unidades únicas y múltiples y en bioprocesos reactivos.

En el área de balances de energía, revisaras algunos conceptos termodinámicos, tales como: energía, trabajo, calor, energía cinética, potencial e interna. Recordarás la definición de sistema y su clasificación. Realizarás cálculos de entalpia y balances para sistemas abiertos y cerrados, con reacción y sin reacción.