Los tanques agitados han sido utilizados históricamente en la industria biotecnológica, en la alimenticia y en la química. En Cuba constituye el tipo de reactor utilizado por excelencia para la mayoría de las producciones, tanto biotecnológicas como químicas, de ahí la importancia que tiene continuar profundizando en las investigaciones básicas sobre este tipo de reactor. La función principal de
... [Show full abstract] la agitación es acelerar los procesos de transferencia de calor y de masa, lo cual se consigue mediante la introducción de energía en el volumen del fluido por medio de la rotación del impelente y la conversión de esta energía en movi-miento hidrodinámico. Es por ello que la comprensión detallada de la hidrodinámica (los campos de velocidades, la turbulencia, la distribución de la velocidad de disipación de energía cinética turbulenta, etc.) es esencial para la síntesis de los procesos a llevar a cabo en los tanques agitados. Por ejemplo, los estudios de la disipación de la energía turbulenta en los tanques agitados, especial-mente en la región del impelente y en la región de descarga de este último, son necesarios para avanzar en la comprensión de fenómenos de mezclado como la formación de dispersiones de burbujas y, por tanto, en la síntesis de procesos de fermentación aerobia y de reacciones gas-líquido, entre otros. La caracterización de los campos de flujo generados por los impelentes en los tanques agitados tiene una gran relevancia, ya que permite identificar el efecto de varios parámetros sobre el desempeño de estos en términos del tiempo de mezclado, o rendimiento y selectividad de los esquemas de reacción, y en particular: a) si una pieza específica del equipo (el impelente, o algún serpentín de calentamiento o enfriamiento) afecta el proceso, si es su tamaño o su forma, o en el caso del agitador su velocidad de agitación; b) en qué extensión el volumen de la vasija es utilizado efectivamente o si alguna zona se comporta como una zona muerta. De ahí que un mejor conocimiento de la dinámica del fluido en el reactor permite mejorar los resultados de un proceso en términos de una reducción de los costos de operación o aumentar la productividad y la calidad del producto con el mismo gasto energético. En los últimos años, las investigaciones relacionadas con la turbulencia en tanques agitados han estado dirigidas hacia dos objetivos: el primero, la caracterización de la turbulencia, y el segundo, el impacto de la turbulencia sobre los resultados de los procesos. De esta forma, se puede encontrar que variables que dependen de la energía turbulenta han sido relacionadas con el daño a las células, la dispersión de gas, el tiempo de mezclado, la ruptura de gotas, la cristalización y la floculación y coagulación. Dada la interconexión existente entre la turbulencia y los resultados de estos procesos, resulta evidente la importancia de la caracterización de la turbulencia en los tanques agitados. Los progresos realizados en la caracterización de los campos de flujo en tanques agitados han conducido a la aplicación de modelos de procesos más racionales y a reglas de escalado con más sentido físico que lo que era posible previamente. Esto, a su vez, ha conducido a mejores predicciones de los resultados de los procesos para una geometría del tanque dada y ha elevado las posibilidades de éxito en la selección del impelente, en la especificación de la geometría del tanque y en los escalados de los procesos. No obstante, en la actualidad, continúan los esfuerzos dedicados a la modelación matemática de la hidrodinámica en los tanques agitados debido a la necesidad de lograr una mayor comprensión de los procesos que tienen lugar en estos. Para ello, se requieren modelos que logren describir fenómenos locales y, que a su vez, sean lo suficientemente simples para no dar lugar a un esfuerzo de cómputo excesivo como por ejemplo, el modelo de la red de zonas. Estos modelos son de gran importancia para la evaluación de la interacción entre el flujo, la turbulencia y las reacciones químicas y bioquímicas durante la simulación de tanques agitados parcialmente segregados donde la formación de perfiles de concentración es una consecuencia de la interacción entre el mezclado, la transferencia de masa y la cinética de las reacciones que tienen lugar en ellos. Un ejemplo de este tipo de proceso lo constituyen las fermentaciones semi-continuas en tanques agitados industriales donde es posible encontrar perfiles de concentra-ción de nutrientes y de oxígeno en los cuales la reactividad del sistema depende del acople de los campos segregados de nutrientes y oxígeno, con la cinética compleja de las biorreacciones, y donde la calidad del mezclado puede influir en la selectividad del proceso y, por ende, en el rendimiento del producto de interés. Por otra parte, en la industria biotecnológica, los procesos aerobios son llevados a cabo fundamentalmente en medios acuosos, con sales iónicas, donde la transferencia de oxígeno está limitada debido a su baja solubilidad, es por ello que la velocidad de transferencia de oxígeno puede constituir una etapa limitante para los bioprocesos. Por tanto, constituye un objetivo de los ingenie-ros modificar los parámetros geométricos y de operación para mejorar el proceso de transferencia de masa gas líquido. En este caso, si se logra mejorar la velocidad de transferencia modificando los parámetros geométricos, se puede obtener la misma veloci-dad de transferencia a una menor velocidad de agitación y como consecuencia, disminuir el consumo de potencia en los sistemas de agitación, lo cual conduce también a un ahorro en los costos de producción. Los consumos de potencia en los tanques agitados son elevados (típicamente de 1 a 5 kW/m 3) y por ello, cualquier ahorro de energía es bien recibido. Esto es especialmente válido para las
