Variables independientes en modelos de biorreactores

Estas representan variables que no dependen del sistema y cómo se opera. Más bien el sistema depende de estas variables. Las variables independientes que aparecen en los modelos para biorreactores SSF son tiempo o espacio o ambos. En el ejemplo actual se supone que el biorreactor está bien mezclado y por lo tanto el tiempo es la única variable independiente. En algunos casos las variaciones a través del espacio son significativas mientras que las variaciones en tiempo ocurren solamente lentamente. En este caso, podría ser apropiado escribir las ecuaciones con el espacio como la única variable independiente, y la ecuación se denomina una ecuación “Estado pseudo-estacionario «. También hay biorreactores en los que tanto las variaciones temporales como espaciales son significativas: la temperatura en una posición específica cambia con el tiempo y si la temperatura se mide simultáneamente en diferentes lugares dentro del lecho del sustrato, la temperatura medida varía con la posición. En este caso tanto el tiempo como la posición aparecen como variables independientes.

Variables operativas. Estas son variables de las que podemos controlar el valor y que afectan el rendimiento del dispositivo. Podemos utilizar estos en un intento de controlar las variables de estado en sus valores óptimos para la fermentación. En el ejemplo actual, las variables de funcionamiento son las condiciones del aire de entrada (F, H_in y T_in) y la temperatura del entorno T_surr.

Parámetros. Éstos representan varias propiedades físicas y biológicas del sistema. Pueden ser constantes o su valor en un cierto tiempo y la posición puede depender del estado del sistema (por ejemplo, su temperatura). En los sistemas SSF existen diferentes tipos de parámetros:

Parámetros de diseño, relacionados con la forma en que se construyó el biorreactor. Por ejemplo, en el ejemplo actual, el área de transferencia de calor (A) es un parámetro de diseño.

Parámetros de transporte, relacionados con el transporte de material y energía dentro y entre fases. Por ejemplo, en el ejemplo actual, el coeficiente de transferencia de calor entre la pared del fermentador y el agua de refrigeración (h, J m^-2 s^-1 ° C^-1) es un parámetro de transporte.

Parámetros termodinámicos, relacionados con las cantidades de energía y el estado de equilibrio de los materiales. La entalpía de vaporización del agua (H_vap) es uno de los parámetros termodinámicos en el ejemplo actual.

Parámetros biológicos, relacionados con el comportamiento del microorganismo. En el presente ejemplo, el máximo contenido posible de biomasa (X_max) y el rendimiento de calor metabólico residual del crecimiento (Y_Q) son parámetros biológicos.

• Los Siete Pasos del Desarrollo de un Modelo
• Con el fin de desarrollar un modelo matemático para su biorreactor desde cero, tendría que emprender 7 pasos. 
 Estos pasos fueron seguidos en el desarrollo de los diversos modelos matemáticos presentados en posts anteriores. Por supuesto, con la disponibilidad de estos modelos, es posible comenzar en el medio del proceso. Por ejemplo, puede utilizar ecuaciones modelo para el mismo tipo de biorreactor y comenzar en el paso 4, con la determinación de los valores de los parámetros para su sistema particular. Sin embargo, aunque esto se haga, es necesario comprobar el desarrollo original de los pasos 1 a 3, para asegurarse de que está de acuerdo con las decisiones tomadas por diferentes autores expuestas anteriormente como referencia durante estos pasos. También debe notar que aunque los pasos se presentan como una secuencia lineal aquí, el proceso de modelado no ocurre necesariamente de una manera lineal simple. Con frecuencia es necesario volver y revisar las decisiones anteriores a medida que se perfecciona el modelo. En el siguiente post abordaremos a detalle los 7 pasos antes mencionados.