Disciplina Curricular
Reactores Biológicos RB
Mestrado Bolonha em Biotecnologia - MBiotec 2021
Contextos
Grupo: MBiotec 2021 > 2º Ciclo > Opções Livres - Percurso Geral > Especialização em Tecnologia de Bioprocessos e Biotecnologia Industrial
Período:
Peso
6.0 (para cálculo da média)
Pré-requisitos
Recomenda-se que, previamente ao início desta UC, os alunos tenham adquirido conhecimentos das UCs "Computação e Programação", "Bioquímica e Biologia Molecular da Célula","Termodinâmica", "Fenómenos de Transferência" e "Processos de Engenharia Biológica" do 1º ciclo de estudos, ou de UCs afins de outro 1º ciclo com coerência científica.
Objectivos
Aprender que tipo de informação é necessário reunir, ou obter à escala laboratorial, sobre a estequiometria e a cinética dos bioprocessos (e.g., microbiano ou celular), bem como sobre a reologia do meio de fermentação e de análise de fluxos metabólicos, de modo a obter dados para: a) Seleccionar o tipo de fermentador ou associação de fermentadores a utilizar, bem como o seu modo de operação e b) Dimensionar à escala piloto, e posteriormente à escala de produção, o vaso e os respectivos sistemas de mistura, arejamento e arrefecimento. Ser capaz de prescrever sistemas adequados de monitorização e controlo para bioprocessos.
Programa
A estequiometria e cinética do crescimento microbiano. Balanços elementares. Factores de rendimento. Inibição pelo substrato e produto. Modelação de processos de fermentação. Fermentações com mistura ideal e sem limitação de oxigénio. CSTR com recirculação de biomassa e em série. Modos e estratégias de operação em escala industrial – ‘batch’, ‘fed-batch’ e contínuo. Geometrias padrão de tanques agitados mecânica- e pneumaticamente. Transferência e consumo de oxigénio. Potência de agitação em tanques arejados. Balanços de energia. Métodos de determinação da entalpia metabólica. Critérios de transposição de escala e instalações experimentais para simulação. Esterilização térmica de meios de cultura, em ‘batch’ e contínua. Análise e simulação computacional de processos. Monitorização e controlo de bioprocessos.
Metodologia de avaliação
Exame final (60%), Trabalho de simulação (30%), e Componente laboratorial (10%). O trabalho a realizar, por grupos de três alunos, pretende que estes consigam avaliar a qualidade de um modelo que descreva um bioprocesso. Para tal, os alunos deverão escolher um artigo científico que contenha um modelo que descreva matematicamente um processo biológico através de equações de balanço mássico ou entálpico e simular o modelo em e.g. em Matlab. A avaliação do trabalho será feita por apreciação do relatório e de uma apresentação e discussão de 15 min. A componente laboratorial será avaliada pelo comportamento dos alunos nas aulas práticas e pela qualidade do relatório laboratorial.
Componente de Competências Transversais
Durante a realização do trabalho em grupo e nas aulas laboratoriais, os alunos deverão desenvolver competências inter- e intrapessoais relacionadas com o trabalho em equipa, tais como: capacidade de comuicação, divisão de tarefas, auto-motivação e auto-controlo, disciplina, e perseverança. Além disso, os alunos devem desenvolver pensamento crítico e inovador com vista à resolução criativa de problemas. A percentagem de avaliação associada a estas competências deverá ser ca. de 20%.
Componente Laboratorial
Pretende-se que os alunos aprendam a montar um fermentador e a calibrar sensores, a preparar meios de cultura, a inocular uma fermentação e a retirar amostras asseticamente, e a seguir uma curva de crescimento microbiano.
Componente de Programação e Computação
Para a realização do trabalho de simulação/modelação, os alunos irão usar software como Matlab. Serão fornecidos conhecimentos de programação, incluindo abstracção procedimental e de dados, e de operações básicas de programação. Os alunos deverão desenvolver capacidades de raciocínio computacional e raciocínio algorítmico com vista à resolução matemática de problemas relacionados com reactores biológicos.
Princípios Éticos
Todos os membros de um grupo são responsáveis pelo trabalho do grupo. Em qualquer avaliação, todo aluno deve divulgar honestamente qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa avaliação oral, todo aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.