Gradientes de presión en lecho fijo

Este fenómeno, es de particular importancia en lechos fijos debido a la combinación de funcionamiento estático con aireación forzada. El funcionamiento estático significa que las hifas que crecen en los espacios entre las partículas no se interrumpen o aplastan sobre la superficie de las partículas, y por lo tanto estas hifas representan un impedimento adicional para el flujo de aire, aumentando la caída de presión. La caída de presión máxima esperada durante la fermentación es una consideración importante, ya que afectará la presión que el soplador o compresor debe ser capaz de suministrar.

La caída de presión excesiva tiende a no ser un problema en fermentadores de lechos fijos de agitado intermitente porque la agitación evita que las hifas se unan a la cama sustrato en una masa grande y también aplasta las hifas en la superficie de la partícula. De hecho, los eventos de agitación poco frecuentes podrían utilizarse en este tipo de lechos con el propósito principal de la disminución de la caída de presión.

A pesar de su importancia potencial a gran escala, la caída de presión ha recibido mayor atención en los pequeños biorreactores de lecho fijo, y en estos experimentos el interés se centró en el uso de la caída de presión para cuantificar el crecimiento.

Auria utilizó una columna de altura 6,5 cm y el diámetro interno de 2 cm, y una velocidad superficial (calculado como caudal volumétrico dividido por el área de sección transversal total de la columna) de 0,435 cm s-1. El sustrato era artificial sobre la base de una resina Amberlite impregnado con nutrientes. La caída de presión máxima observada durante la fermentación fue de 0,21 a la 0,69 cm H2O cm-bed-1, por varias diferentes concentraciones iniciales de nutrientes. Con bagazo como el sustrato y una velocidad superficial de 0,379 cm s-1 la caída de presión máxima obtenida en la misma columna fue de 2,75 cm -H2O cm-bed1.

En este caso la caída de presión ya era de 0.45 cm-H2O cm-bed-1 al comienzo de la fermentación.

En una columna más grande de la altura de 15 cm y diámetro de 4 cm, obtuvieron una caída de presión máxima de 0.12 cm-H2O cm-bed-1 con un sustrato de salvado de trigo y una velocidad superficial de 0.675 cm s-1.

Con una velocidad mucho más alta superficial de 11.2 cm s-1 Gumbira-Sa’id obtuvo una caída de presión de 1.38 cm-H2O cm-bed-1 con un sustrato basado en granos sagú cocidos.

Hasta el momento no hay información suficiente para predecir las pérdidas de carga que se pueden esperar durante una fermentación a gran escala, aunque los valores experimentales reportados aquí dan una idea de los órdenes de magnitud que se podría esperar. La caída de presión inicial dependerá del sustrato y la forma en que los paquetes de juntas, que a su vez dependerá de cómo se prepara el sustrato. La caída de presión máxima alcanzada durante la fermentación dependerá de cómo el microorganismo crece dentro de la cama, aunque también es una función de la velocidad superficial.

Tenga en cuenta que la caída de presión a través del lecho puede disminuir más adelante en la fermentación. Esto puede suceder debido a que la cama quede lejos de las paredes, dejando un espacio a través del cual puede pasar el aire. Esto no es deseable, ya que conducirá a las limitaciones de transferencia de calor y masa dentro de la cama.

Canalización en los fermentadores

La canalización es un problema potencial en lechos fijos y la fase estática de funcionamiento de lechos de mezclado intermitente.

La canalización es problemática porque el aire fluirá preferentemente a través de las grietas, de tal manera que en las regiones de la cama donde las partículas están unidas entre sí, no habrá flujo masivo, de manera que la transferencia de O2 se limitará a la difusión y la transferencia de calor se limitará a la conducción.

Una de las principales causas de la canalización en lechos fijos es la contracción de las partículas debido al consumo del material sólido de la partícula, combinado con el hecho de que, en muchas fermentaciones micóticas, la cama de substrato está unida por » puentes inter-partícula de hifas «. Estos dos fenómenos significan que, como se reduce el volumen del lecho, las partículas no simplemente se conforman hacia abajo, sino más bien la cama se extrae hacia arriba, alejándose de las paredes o formado grietas en el medio. Para los hongos que no producen estos puentes de hifas, las partículas de sustrato permanecen con flujo conforme la cama se encoge y la cama no se desprende de la pared o desarrolla grietas, sino que simplemente se reduce en altura.

Para fermentaciones de hongos en el que los hongos unen las partículas entre sí, los problemas de contracción se pueden minimizar mediante el uso de cáñamo «inerte» impregnado con nutrientes.