Paso 2: Dibujar el sistema con el nivel de detalle adecuado

Paso 2: Dibuje el sistema con el nivel de detalle adecuado y presunciones de estado explícitamente.

Una vez que el objetivo del proyecto de modelado del biorreactor es claro, el siguiente paso es dibujar un diagrama que resuma el sistema y los fenómenos importantes que ocurren. En primer lugar, se debe trazar un diagrama detallado para incluir todos los fenómenos que ocurren dentro del sistema. En segundo lugar, se debe trazar una versión simplificada que incluya sólo aquellas fases y fenómenos que han sido seleccionados como suficientemente importantes para incluirlos en el modelo. Una cuestión especialmente importante es si las fases sólida y aérea dentro del lecho se tratarán como subsistemas separados o si el lecho completo se tratará como un subsistema pseudo-homogéneo único que tiene las propiedades medias del sólido y de las fases de aire entre partículas.

También habrá que decidir si la pared del biorreactor será reconocida como un subsistema separado. El diagrama debe indicar claramente los límites del sistema global y de los diversos subsistemas dentro de él, los procesos que ocurren dentro de cada subsistema y los procesos de intercambio entre los diferentes subsistemas y entre estos subsistemas y los alrededores del biorreactor. Debe anotarse claramente con la siguiente información

Las variables de estado. En la imagen, éstas son la temperatura del lecho y la biomasa. A cada uno de estos se les debe dar un símbolo, que se utilizará en las ecuaciones;

• La interacción entre los parámetros y las variables de estado. Por ejemplo, debe observarse que la tasa de crecimiento del organismo se modelará como dependiendo de la temperatura del lecho; En el momento de dibujar estos diagramas, debe iniciarse el proceso de organizar la información relacionada de supuestos, definiciones de símbolos y unidades. Todos los símbolos utilizados para etiquetar las variables y los parámetros en el diagrama deben ser listados y descritos, con sus unidades. Además, todas las suposiciones y simplificaciones hechas deben ser cuidadosamente anotadas. Como ejemplo, para el biorreactor bien mezclado en la imagen del post, se supone que:
• El lecho de sustrato se mezcla bien de modo que el lecho completo puede representarse por una única temperatura y la generación de calor es uniforme en todo el lecho;
• El gas y las fases sólidas están a la temperatura y al equilibrio de humedad, de modo que el aire se satura en la salida de aire a la temperatura del lecho;
• Se utiliza aire saturado para airear el lecho;
• La pérdida de masa de lecho como CO2 durante el proceso no es significativa, permitiendo que la masa del lecho sea representada por una constante (M, kg);
• El agua perdida durante la fermentación se reemplaza por una pulverización, de manera que el contenido de agua del lecho no cambia durante la fermentación;
• El crecimiento sigue la cinética de crecimiento logístico;
• La constante de velocidad de crecimiento específico depende solamente de la concentración de biomasa y de la temperatura y por lo tanto el crecimiento no está limitado por el suministro de O2 o nutrientes;
• Las propiedades térmicas del lecho permanecen constantes, incluso cuando el lecho se modifica por el proceso de crecimiento.
• Por supuesto, muchas otras suposiciones son posibles a fin de reducir la complejidad de los modelos.
• Obsérvese que las decisiones finales sobre las variables y parámetros necesarios y sus unidades apropiadas y las suposiciones necesarias pueden hacerse solamente en la etapa de escribir las ecuaciones.