MODELAJE Y SIMULACIÓN DE UN BIORREACTOR ENZIMÁTICO NO ISOTÉRMICO PARA UNA REACCIÓN SERIE-PARALELO / Modelling and Simulation of a Non-Isothermal Enzimatic Bioreactor for a Serie-Paralel Reaction

Resumo

Se desarrolla el modelo matemático para un biorreactor de tipo flujo pistón no isotérmico para una reacción serie-paralelo catalizada enzimáticamente, considerando que las enzimas están coinmovilizadas y las reacciones siguen la cinética de tipo Michaelis-Menten. El modelo se fundamenta en el acoplamiento de la cinética de reacción propuesta, así como en los balances de masa y energía de la microcápsula y de la fase fluida. El modelo presentado es adimensionalizado, permitiendo obtener parámetros adimensionales característicos tales como Péclet, Biot y Damköhler. El modelo del biorreactor es resuelto a través de un método explícito de diferencias finitas implantado en un módulo de Visual Basic® en Excel®. Se realiza un análisis paramétrico del comportamiento del biorreactor y se obtienen como resultados que los mismos están dentro de lo esperado para un sistema físico de estas características. Adicionalmente, el modelo desarrollado es validado con datos reportados por la literatura especializada, obteniéndose un error promedio de 9,59% en el peor de los casos.

ABSTRACT
A model for a non-isothermal enzymatic bioreactor for a serie-paralel reaction is developed where the enzymes are coimmobilized and the reactions follow Michaelis-Menten kinetics. The model is based on the coupling of reaction kinetic and mass and energy balances for microcapsule and fluid phase. The model was reduced to the corresponding dimensionless form obtaining parameters such as Péclet, Biot and Damköhler. The model was solved using explicit numerical method of finite difference developed on a Visual Basic® module in Excel®. A parametric analysis of the bioreactor performance is made, and the results were expected for a physical system of these features. The model is validated with data reported by Ching et al. (1990) and the average error obtained was 9.59% in the worst case.
Keywords: Mathematical model, Bioreactor, No-isothermal, Enzyme, Simulation.