Ampliação de Escala

Na ampliação de escala são utilizados dados obtidos na otimização do processo em escala piloto ou de laboratório, para estabelecer variáveis de operação na escala industrial.

O procedimento básico na ampliação de escala em Bioprocessos é manter, nas diferentes escalas, ótimas condições ambientais, fornecendo assim condições necessárias para se ter a reprodutibilidade da atividade fisiológica do microrganismo (o agente da transformação química do substrato em produto).

Existem diversos critérios para ampliação de escala, baseados na similaridade necessária para se obter as mesmas respostas obtidas em escalas reduzidas. A aplicação adequada, ou a sua combinação com outros depende de uma série de fatores, característicos para cada Bioprocesso.

Os métodos de similaridade geralmente utilizados para lidar com esses problemas, são:

• Similaridade geométrica: relação constante entre as dimensões lineares correspondentes nas duas escalas;
• Similaridade cinemática: manutenção da velocidade do fluido em pontos equivalentes nas duas escalas;
• Similaridade dinâmica: manutenção das forças aplicadas nas duas escalas;
• Similaridade térmica: manutenção da temperatura em pontos equivalentes nas duas escalas;
• Similaridade química: manutenção da composição química do meio em pontos equivalentes nas duas escalas.

A primeira mudança de escala que um bioprocesso experimenta é ao passar da etapa de investigação em frascos agitados a uma que envolve biorreatores pequenos de laboratório. As condições estabelecidas em frascos agitados são de difícil reprodução em escalas maiores.

A etapa seguinte no escalonamento de um bioprocesso ocorre quando se reproduz as condições ambientais entre um biorreator de laboratório e um de nível piloto ou industrial. Neste caso, mesmo que se mantenha a similaridade geométrica entre os biorreatores, não é possível manter todas as variáveis físico-químicas que determinam o microambiente da biomassa presente no biorreator.

Ao ampliar-se a escala, há parâmetros que modificam necessariamente. Os mais evidentes são a relação área/volume e a pressão hidrostática. A sugestão é que se identifique a variável-chave do processo, mais sensível ao escalonamento.