Pla docent de l'assignatura

 

 

Tanca imatge de maquetació

 

Imprimeix

 

Dades generals

 

Nom de l'assignatura: Bioreactors

Codi de l'assignatura: 361608

Curs acadèmic: 2021-2022

Coordinació: Javier Tejero Salvador

Departament: Departament d'Enginyeria Química i Química Analítica

crèdits: 6

Programa únic: S

 

 

Hores estimades de dedicació

Hores totals 150

 

Activitats presencials i/o no presencials

52

 

-  Teoria

Presencial i no presencial

 

19.5

 

-  Pràctiques de problemes

Presencial i no presencial

 

19.5

 

-  Pràctiques d'ordinadors

Presencial

 

4

 

-  Pràctiques de laboratori

Presencial

 

9

Treball tutelat/dirigit

48

Aprenentatge autònom

50

 

 

Recomanacions

 

És molt important tenir presents els conceptes i procediments que ja s’han vist a Enginyeria Química i conèixer prou els mètodes matemàtics que s’han cursat a Matemàtiques.

 

 

Competències que es desenvolupen

 

   -

Capacitat d'aprenentatge i responsabilitat (capacitat d'anàlisi, de síntesi, de visions globals i d'aplicació dels coneixements a la pràctica / capacitat de prendre decisions i d'adaptació a noves situacions).

   -

Sostenibilitat (capacitat de valorar l'impacte social i mediambiental d'actuacions en el seu àmbit / capacitat de manifestar visions integrades i sistèmiques).

   -

Tenir i comprendre els coneixements bàsics de la informàtica, així com alguns aspectes que impliquin coneixements procedents de l'avantguarda en alguna branca de la informàtica.

   -

Treball en equip.

   -

Capacitat de moure's amb seguretat en un laboratori.

   -

Dissenyar i elaborar tests i experiments, i analitzar-ne i interpretar-ne els resultats.

   -

Conèixer i determinar les tecnologies més adequades per a les aplicacions biotecnològiques.

   -

Conèixer les aplicacions dels sistemes biològics en les activitats humanes.

   -

Capacitat de combinar disciplines com ara la genètica, la microbiologia, la biologia molecular, la fisiologia i la biologia cel·lular amb disciplines de tipus pràctic, com per exemple l'enginyeria química, les tecnologies de la informació o la robòtica.

Objectius d'aprenentatge

 

Referits a coneixements


• Conèixer el funcionament dels diferents tipus de bioreactors i entendre’ls.

 


• Conèixer els models matemàtics i aplicar-los al disseny dels diferents tipus de bioreactors.

 


• Conèixer els criteris de canvi d’escala i aplicar-los al disseny de bioreactors.

 

Referits a habilitats, destreses


• Ser capaç de triar les operacions de separació més adients per purificar els productes de bioreactors.

 


• Ser capaç de triar de forma raonada el millor tipus de reactor per tractar un substrat via reacció enzimàtica o en presència de microorganismes.

 

 

Blocs temàtics

 

1. Tipus de fermentadors principals i aplicacions industrials

1.1. Introducció als bioreactors i processos biotecnològics

1.2. Configuracions i característiques principals d’un fermentador

Fermentadors discontinus. Fermentadors continus de tancs agitat i tubular

1.3. Model matemàtic d’un bioreactor. Equació de disseny

2. Cinètica enzimàtica i reactors enzimàtics

2.1. Cinètica enzimàtica

Cinètica de Michaelis-Menten. Inhibició per una substància aliena, pel producte i pel substrat. Efecte del pH i de la temperatura 

2.2. Reactor enzimàtic: mescla perfecta (discontinu i continu) i flux en pistó

3. Cinètica de creixement microbià i anàlisi i disseny de fermentadors amb flocs microbians

3.1. Cinètica de creixement microbià

Fases del creixement de poblacions microbianes. Estequiometria i rendiments. Cinètica de Monod. Models de creixement alternatius. Inhibició pel substrat i pel producte 

3.2. Fermentadors discontinus

3.3. Fermentadors de tancs agitat i continu. Cinètica controlada pel substrat i controlada pel producte

3.4. Fermentadors tubulars. Cinètica controlada pel substrat i controlada pel producte

3.5. Combinacions de bioreactors continus

4. Introducció al disseny de reactors de pel·lícula

4.1. Pel·lícules de microorganismes. Gruix controlat i gruix incontrolat de la pel·lícula microbiana 

4.2. Pel·lícules d’enzims immobilitzades

4.3. Coeficients cinètics

4.4. Disseny de reactors de pel·lícula

5. Esterilització

5.1. Introducció. Mètodes i necessitat d’esterilització

5.2. Criteri de disseny. Factor delta

5.3. Esterilització del medi de reacció: discontínua i contínua 

5.4. Esterilització de l’aire. Filtració

6. Aeració i agitació

6.1. Introducció: fermentacions limitades pel transport d’oxigen

6.2. Transferència gas-líquid i líquid-sòlid d’oxigen

6.3. Potència d’aireig

7. Canvi d’escala

7.1. Criteris de l’escalat en bioreactors

7.2. Comparació de mètodes

8. Processos de separació i purificació

8.1. Separacions sòlid-líquid: filtració, flotació, floculació, sedimentació i centrifugació

8.2. Ruptura de cèl·lules

8.3. Recuperació de productes: extracció i adsorció 

8.4. Purificació: cristal·lització, cromatografia, electroforesi, separació per membranes

8.5. Conservació de productes de fermentació: congelació, dessecació i liofilització

8.6. Tractament de residus dels processos de fermentació

9. Llevat que les restriccions imposades per les autoritats sanitàries obliguin a una priorització o reducció d’aquests continguts.

 

 

Metodologia i activitats formatives

 

La docència es basa en explicacions a l’aula sobre els conceptes del temari i, especialment, sobre l’aplicació pràctica mitjançant l’explicació detallada d’exemples i de problemes representatius del contingut de cada tema. Quant a mitjans, s’utilitzen presentacions en PowerPoint i la pissarra.

L’aprenentatge de l’alumnat s’ha de basar en el treball personal. Com que l’assignatura és eminentment pràctica, requereix un entrenament en el plantejament i la resolució de problemes. Se subministra una col·lecció de problemes que es poden utilitzar en aquest entrenament. Es fomenta l’aprenentatge mitjançant un mecanisme d’entrega periòdica de problemes resolts a proposta del professor. Una vegada corregits, els problemes es retornen (hi ha, per tant, retroacció). Aquesta activitat es fomenta amb un incentiu en la nota final.

En dues sessions de pràctiques d’ordinador (de 2 h cadascuna) l’alumnat s’inicia en la resolució informàtica de problemes de disseny més complexos.

D’altra banda, es fan tres sessions de 3 h cadascuna de pràctiques de laboratori, d’introducció a la utilització de bioreactors a escala de laboratori, per aprendre a obtenir dades experimentals i a tractar-les.

En resum, l’ensenyament i l’aprenentatge de l’assignatura es basen en la posada en pràctica compensada de les activitats següents:

Activitats presencials: classes magistrals, classes de problemes, pràctiques de laboratori i pràctiques d’ordinador. La distribució és la següent:

— Classes magistrals: una sessió d’1,5 h a la setmana durant 13 setmanes.

— Classes de problemes: una sessió d’1,5 h a la setmana durant 13 setmanes.

— Pràctiques d’ordinador: una sessió de 2 h a la setmana durant 2 setmanes (20 estudiants/grup) cap al final del semestre.

— Pràctiques de laboratori: una sessió de 3 h a la setmana durant 3 setmanes cap al final del semestre (12 estudiants/grup).

• Activitats tutoritzades: resolució de problemes, exercicis pràctics.

Activitats autònomes: elaboració d’informes, problemes, estudi.

La metodologia docent proposada pot experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries. En cas que l’aforament no permeti la presència de tots els estudiants a l’aula, es plantejaran activitats formatives en línia i síncrones que consistiran en la distribució/presentació de determinats continguts teòrics, que es combinaran amb sessions presencials de desenvolupament/aplicació/problemes/exercicis/seminaris en grups reduïts a l’aula assignada.

 

 

Avaluació acreditativa dels aprenentatges

 

L’avaluació normalment és continuada. La nota final s’obté dels elements següents:

• Prova de síntesi. Implica la resolució de problemes i la contestació de preguntes curtes (60 %).
• Qualificació de problemes entregats (10 %).
• Qualificació de problemes fets en les sessions d’ordinador (10 %).
• Pràctiques de laboratori (actitud i informes orals i escrits) (20 %).

Per aprovar l’assignatura s’ha d’obtenir una puntuació mínima de 4 punts sobre 10 a la prova de síntesi. En cas de que la nota de la prova de síntesi sigui inferior a 4 sobre 10, no serà aplicable el barem exposat anteriorment. Qui no superi l’assignatura pot optar a la reavaluació. Pot reavaluar qui hagi fet les sessions de laboratori i ordinadors i hagi lliurat regularment els problemes i tasques suggerits pel professor. La part reavaluable és la prova de síntesi, i les ponderacions a emprar en cas de reavaluació són les indicades anteriorment. L’avaluació proposada pot experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.

 

Avaluació única

En cas que l’estudiant manifesti la impossibilitat de complir els requisits de l’avaluació continuada, té dret a l’avaluació única en aquesta matèria. Per acollir-s’hi ho ha de manifestar durant les dues primeres setmanes de curs i ha de fer-ho constar per escrit, amb una còpia per a l’estudiant i una altra per al professor o professora. L’avaluació, en aquest cas, considera els elements següents:

• Prova de síntesi. Implica la resolució de problemes i la contestació de preguntes (70 %).
• Qualificació de problemes fets en les sessions d’ordinador (10 %).
• Pràctiques de laboratori: actitud i informes orals i escrits (20 %).

Per aprovar l’assignatura s’ha d’obtenir una puntuació mínima de 4 punts sobre 10 a la prova de síntesi. En cas de que la nota de la nota de la prova de síntesi sigui inferior a 4 sobre 10, no serà aplicable el barem exposat anteriorment. Qui no superi l’assignatura pot optar a la reavaluació. Pot reavaluar qui hagi fet les sessions de laboratori i ordinadors. La part reavaluable és la prova de síntesi, i les ponderacions a emprar en cas de reavaluació són les indicades anteriorment.

L’avaluació proposada pot experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.