Descripción:
Ante la necesidad de adquirir un biorreactor por parte de la carrera de Ingeniería en
Alimentos, la Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP),
en el marco de la Materia Integradora de la carrera de Ingeniería en Mecánica, realizó
el diseño de un biorreactor tipo tanque agitado durante el segundo término 2016-2017
bajo el título de “Diseño de un biorreactor a escala de laboratorio y su sistema de
control”; donde se desarrolló un prototipo con circuitos electrónicos de bajo costo.
El presente proyecto es la continuación del proyecto mencionado, donde se rediseñó
el prototipo para mejorar su operación y confiabilidad, sustituyendo los componentes
de bajo costo por sistemas electrónicos de gama industrial. El proyecto se desarrolló
como Proyecto Multidisciplinario en el que integra 3 carreras: Ingeniería en Mecánica,
para el análisis térmico y estructural del tablero de control; Ingeniería en Electrónica y
Automatización, para mejorar el sistema de control de las variables a sensar durante
el cultivo de microrganismos; e Ingeniería en Alimentos, para validar el desempeño del
equipo durante el proceso de cultivo.
Como parte de los objetivos de la carrera de Ingeniería en Mecánica, se realizó el
análisis estructural del tablero de control, según lo estipulado en la norma IEC 60 068-
2-27. En este análisis se utilizó el método de elementos finitos, para dimensionar los
elementos de sujeción y satisfacer los factores de seguridad requeridos.
En el análisis térmico se verificó que las temperaturas de trabajo de los componentes
electrónicos no excedan las especificadas por el fabricante. Se realizaron dos casos
de estudio: Sistema sellado y sistema ventilado. En el primer análisis se consideró que
el aire no podía circular fuera del tablero y las potencias disipadas por los componentes
electrónicos eran de 45W en total. Con estas consideraciones, el aire alcanzó una
temperatura de 61°C mediante cálculos analíticos y simulaciones Computational Fluid
Dynamics (CFD); que excede la máxima especificada por el fabricante de los
componentes electrónicos (60°C). En el segundo caso se consideró áreas de entrada
y salida de aire, así como la trayectoria del fluido dentro del tablero. La máxima
temperatura dentro del tablero fue de 49.5°C; por lo que resulta óptimo para los
componentes del sistema de control.