Método del balance de oxígeno

Este método se fundamenta en la determinación directa de la cantidad de oxígeno que se transfiere a la solución en un intervalo de tiempo determinado. El procedimiento incluye la medición de los siguientes parámetros:

• Volumen de la mezcla de fermentación, V_L
• Caudal de aire afluente, Q_A
• Caudal de gases efluentes, Q_E
• Presión absoluta de los gases efluentes, P_E
• Temperatura absoluta del afluente, T_A
• Temperatura absoluta de los gases efluentes, T_E
• Fracción molar de oxígeno en el aire afluente, Y_A
• Fracción molar de oxígeno en los gases efluentes, Y_E

La demanda de oxígeno se determina a partir de las siguientes ecuaciones:

Donde:

n, son las moles de oxígeno

R, es la constante de los gases ideales (en el sistema de unidades elegido para las demás variables)

P, es la presión absoluta del sistema

V, es el volumen ocupado por el oxígeno

T, es la temperatura absoluta

Donde:

t, tiempo

Q_A = V_A / t

Q_E = V_E / t

Donde:

= velocidad de transferencia de oxígeno

c_l , es la concentración de oxígeno en la mezcla de fermentación

Estas determinaciones requieren la utilización de medidores precisos de flujo, temperatura y presión y un analizador de oxígeno gaseoso. El analizador paramagnético de oxígeno es lo suficientemente exacto como para detectar cambios en la concentración de oxígeno entre el 1 y el 2%. Una vez establecida la demanda de oxígeno, , se determina k_la, a partir de la ecuación de velocidad de transferencia de masa, donde c_l es la concentración de oxígeno en la mezcla de fermentación y c*_l la concentración de oxígeno en equilibrio con la corriente de gas; la concentración de oxígeno en la mezcla se mide por lo general con un sensor en línea. La variación de (c*_l – c_l ) es pequeña si el volumen del fermentador es menor que 50 litros; en el caso de fermentadores de mayor volumen se recomienda la utilización de la media logarítmica de la diferencia de concentraciones c*_l y c_l entre la entrada y la salida del reactor: