Desarrollo de un banco de pruebas para evaluar la transferencia de calor en un tanque agitado mecánicamente de aplicación biotecnológica

Abstract

Algunos bioprocesos requieren de mezclado mecánico y transferencia de calor a la vez. Ambas operaciones implican un gasto energético considerable. En muchos otros también se requiere retirar calor, bien para controlar la temperatura del proceso o para inducir otro tipo de reacciones. En la mayoría de los casos, la adición o separación de calor se consigue adecuadamente haciendo pasar vapor de agua o agua de refrigeración a través de una camisa acoplada a la superficie exterior del tanque, o bien mediante un serpentín colocado en el interior del tanque. En cualquier caso se utiliza algún tipo de agitador para obtener un mezclado eficiente en el tanque. No obstante, para el caso de fluídos altamente viscosos y no newtonianos, como son la mayoría de los fluidos de interés comercial, se reportan problemas de transferencia de masa y calor. Conocer bien los fundamentos y parámetros involucrados en las operaciones unitarias de mezclado mecánico, de calentamiento y enfriamiento es muy importante para lograr hacer los procesos más eficientes. Sin embargo, los diversos planes de estudio de ingeniería de México no incluyen de manera explícita las aplicaciones de estas operaciones en conjunto. En esta propuesta se pretende implementar una técnica sencilla que permita demostrar didacticamente la manera en que se lleva a cabo el mezclado, calentamiento y/o enfriamiento en un prototipo a escala y que además, le permita al usuario cuantificar eficiencia y otras variables del sistema. Para lograr este objetivo se propone el desarrollo de un banco de pruebas que consiste en un banco de fluidos, tanque de agitación a escala piloto, con los accesorios para uso en bioprocesos; con distintas configuraciones de intercambiadores de calor, que dan rendimientos dispares en la transmisión de calor. De esta manera los alumnos, con la ayuda del guión de prácticas diseñado a efecto, evaluarán el rendimiento del proceso y conocerá las pérdidas de energía asociadas a dichos transportes, además de que se busca que los alumnos tomen conciencia de los procesos a escala real. La propuesta va dirigida a fortalecer los fundamentos de transferencia de calor y masa, de los cursos de Mecánica de Fluidos impartidos por la División de Ingeniería Mecánica e Industrial de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, además de incluirse dentro de un Tópico Selecto en Termo-fluidos que se propone impartir en la misma dependencia, y en el curso de Bioingeniería que se imparte en la Maestría en Ciencias Bioquímicas con aplicaciones a diversos tipos de procesos con énfasis en Biotecnología.