- Free Documents

SISTEM BIOREAKTOR
PENDAHULUAN Bioreaktor merupakan suatu wadah atau tempat berlangsungnya
fermentasi yang disebutfermentor yang akan tercampur subrat, nutrien yang dipercepat oleh
enzim yang berinteraksi dengan lingkungannya sehingga menghasilkan produk. Bioreaktor
dapat merupakan bejana sederhana yang dilengkapi dengan alat pengendalian dan sistem
komputer. FERMENTOR SEDERHANA UNTUK PRODUKSI MIKROBA Produkproduk
berbasis mikroba seperti biofertilizer, biokontrol, biopestisida, biodekomposer, ataupun
produk biomassa mikroba memerlukan fermentor untuk memproduksinya. Fermentor untuk
memproduksi mikroba ini tidak harus berteknologi tinggi. Fermentor dapat dibuat dengan
peralatan sederhana, namun fungsional. Bahkan bisa dibuat sendiri dengan biaya yang
terjangkau. Ada banyak pertimbangan untuk memilih fermentor, antara lain a tingkat
kesulitan dan kerumitan proses, b nilai produk yang dihasilkan, c biaya investasi, d biaya
yang dibutuhkan untuk
memproduksi mikroba tersebut. Jika nilai produknya mahal dan cukup sulit untuk
memproduksinya, maka sangat wajar jika menggunakan fermentor yang canggih bin mahal.
Tetapi jika nilai produknya rendah, rasanya tidak cukup beralasan jika
bahkan sudah digunakan dalam skala produksi. konsentrasi metabolit dan gas dapat
dimonitor serta dikendalikan. yang dikendalikan menggunakan sistem komputer dalam
mengatur faktor lingkungan dan pertumbuhan serta kebutuhan nutriennya. komposisi
medium. . I.menggunakan fermentor yang canggih dan mahal. Dalam tulisan ini akan saya
uraikan contoh membuat fermentor yang murah meriah. II. Menurut Pujaningsih . Bioreaktor
dirancang untuk proses fermentasi secara anaerob dan aerob. bioreaktor fermentor
merupakan bejana fermentasi aseptis untuk produksi senyawa oleh mikrobia melalui
fermentasi. Parameterparameter seperti pH. tetapi tetap fungsional dan hasilnya pun dapat
dipertanggung jawabkan. Menurut Dwiari et al . Menurut Andheklawang . pengadukan.
fermentor adalah tangki atau wadah dimana didalamnya seluruh sel mikrobia mengubah
bahan dasar menjadi produk biokimia dengan atau tanpa produk sampingan. fungsi dasar
fermentor/ bioreactor yaitu menyediakan kondisi lingkungan yang cocok bagi mikrobia
didalamnya untuk Menghasilkan biomassa Menghasilkan enzim Menghasilkan metabolit dsb.
Apalagi jika mikroba tersebut cukup mudah untuk dikembangbiakan. Menurut Saepudin dan
Sateakasih bioreaktor/ reaktor biologi/ fermenter suatu wahana/ tempat untuk
keberlangsungan proses fermentasi /transformasi bahan dasar menjadi produk yang
dinginkan yang dilakukan oleh sistem enzim dalam mikroba atau enzim yang diisolasi.
Bioreaktor merupakan sistem tertutup utk reaksi biologis dr suatu proses bioteknologi.
DEFINISI BIOREAKTOR Menurut Pujaningsih . Contoh fermentor ini sudah dicoba. FUNGSI
BIOREAKTOR Fungsi bioreaktor adalah untuk menghasilkan produk oleh mikrobia baik
kultur murni atau campuran. fermentor adalah peralatan untuk mengendalikan pertumbuhan
mikroorganisme dalam medium cair. suhu.
Fungsi utama bioreaktor adalah memberikan lingkungan terkontrol bagi pertumbuhan
mikroorganisme atau campuran tertentu mikroorganisme untuk memperoleh produk yang
diinginkan. Bioreaktor dengan pancaran udara Airlift bioreactor terdiri dari dua kolum yang
dimasukkan ke dalam kolum yang lain. Grup ini termasuk stirred tank reactor. Berdasarkan
proses penyebaran organisme dan media dalam bejana mengelompokkan jenis fermentor ke
dalam grup . Reaktor dengan agitasi internal. Merupakan biorekator yang paling lazim
digunakan di berbagai industri fermentasi. Loop reactor. Bioreaktor terkemas padat diisi
dengan bahan padatan yang dapat menjaring mikrobia masuk kedalamnya. Merupakan
bioreaktor paling sederhana. .Bioreaktor sebaiknya memiliki instrumentasi untuk
pemeriksaan agar terjadi pengawasan proses optimum. . Udara dipaksa masuk melewati
pipa sehingga udara dapat terpancar keatas dan medium ikut terbawa. Menurut Andhiko .
Terdiri dari tabung panjang dengan beberapa sparger di bagian dasarnya. Bubble column
bioreactor. . III.Bioreaktor hendaknya mencegah kontaminasi produksi dr lingkungan pd
kultur sambil mencegah pelepasan kultur ke lingkungan. JENISJENIS BIOREAKTOR
Menurut Pujaningsih . . macammacam reactor adalah sebagai berikut Bioreaktor tanki
adukan stirres tank bioreactor udara disirkulasikan melalui medium yang diaduk dengan
impeller. .Biorekator kolum gelembung Bubble column bioreactor udara dialirkan melalui
sparger di dasar bejana. . Merupakan collumn reactor di tnana percampuran dan sirkulasi
diinduksi dengan alatalat tertentu.
c. Pro pellerloop reactor. Desain peralatan yg aseptis . Karakteristik hidrodinamik bioreaktor.
. Kriteria Dasar Dalam Desain Bioreaktor . Kinetika pertumbuhan sel dan pembentukan
produk. Air lift loop reactor . fermentor ini dikelompokkan atas tiga jenis a. Karakteristik
massa dan panas bioreaktor. b.Berdasarkan penggunaan alat tersebut. mamalia. sistem
kontrol suhu. Karakteristik mikrobiologi dan biokimia dr sistem sel mikrobia. serasi dan afitasi
memadai untuk kelangsungan proses metabolik mirkobia. Pengawasan lingkungan
bioreaktor makro dan mikro . Syarat Fermentor adalah sebagai berikut Tangki dapat
dioperasikan secara aseptik. Jet loop reactor . pH dan penambahan nutrien. IV. A.
tumbuhan. Modal dan biaya operasi bioreaktor . . bahan kontroksi murah dan evaporasi
diusahakan tidak terlalu besar. Karakteristik stabilitas genetis dr sistem sel . Implikasi desain
bioreaktor pd pemisahan produk menghilir . bejana harus dapat dicuci dan disterilisasi
fasilitas sampling harus ada konsumsi tenaga serendah mungkin. agitasi dan aerasi Energi
pengoperasian serendah mungkin Temperatur harus terkontrol Kontrol Ph Tempat
pengambilan sample Penguapan berlebihan dihindari . BAGIANBAGIAN FERMENTOR
Rancangan dan kontroksi bioreaktor perlu diperhatikan tentang bejana harus dapat
dioperasikan dalam jangka waktu lama. . Potensi pengembangan desain bioreaktor B. .
Konstruksi fermentor aerobic Tebuat dari baja anti karat. C. pembersihan dan perawatan
Peralatan general permukaan bagian dalam halus. pH harus ada. murah. . dibuat dari bahan
transparan. Konstruksi Fermentor Bahan fermentor dibuat tahan karat untuk mencegah
kontaminasi logam/ion selama proses Bahan fermentor harus tidak beracun amp tidak
mudah terlarut. Aerasi dan agitasi cukup memadai untuk kelangsungan proses metabolik
mikrobia. Dikonstruksi dari bahan yang murah E. Fermentor aerobik memerlukan alat untuk
mengaduk dan memberikan aerasi cukup. shg tdk menghambat pertumb. sehingga tidak
mengalami stress mekanik akibat terlampau rapat Pemeriksaan secara visual dari medium
amp kultur hrs tersedia. Bejana harus dapat dicuci. Konsumsi tenaga serendah mungkin.
Fasilitas untuk sampling harus ada. Evaporasi diusahakan tidak terlalu besar.mikrobia Bahan
fermentor harus kuat utk sterilisasi berulang kali pd tekanan uap tinggi Sistem stirer dari
fermenter amp lubang pemasukannya cukup.ripbiotekfermentasi. dibersihkan dan mudah
dipelihara. dihindari banyak sambungan. Tangki didesain untuk meminimalkan tenaga kerja
pemanenan. mempunyai geometri yang sama baik untuk laboratorium maupun skala
industri. Desain dan Konstruksi Bioreaktor Harus Memperhatikan Beberapa Hal Yaitu Bejana
dapat dioperasikan dalam keadaan aseptis untuk jangka waktu lama. D. Sistim kontrol
temperatur. Karakteristik Fermenter Fermentor anaerobik memerlukan alat khusus kecuali
untuk menghilangkan panas.
dan faktor fisikokimia lain merupakan bagian perlengkapan bioreaktor. tanaman. sifat media
tumbuh makhluk hidup tersebut. Untuk berlangsungnya setiap reaksi metabolisme sel
dibutuhkan enzim spesifik yang bertindak sebagai biokatalis. Aerasi dan agitasi harus dapat
diatur sesuai dengan kebutuhan biokatalis untuk melakukan metabolisme secara optimal.
yang dapat berfungsi pada lingkungan yang sesuai. karena umumnya bioreaktor diuji terlebih
dahulu dalam skala kecil. Pemilihan bioreaktor sangat ditentukan oleh jenis makhluk hidup
yang digunakan. parameter bioproses yang akan dicapai. pH. yaitu Bentuk bioreaktor mudah
untuk dioperasikan dan mudah pula dalam pemeliharaan. Fasilitas pengambilan contoh
sangat diperlukan untuk pengukuran parameter yang berguna dalam pemantauan kinerja
bioreaktor. dan hewan. Bahan penyusun utama biokatalis berupa protein. Bentuk geometri
serupa pada penggandaan skala. Lingkungan optimal dapat dicapai dengan menempatkan
biokatalis dalam wahana yang disebut bioreaktor. dan faktorfaktor produksi. Bioreaktor
memberikan lingkungan fisik sehingga sel/biokatalis dapat melakukan interaksi dengan
lingkungan dan nutrisi yang dimasukkan ke dalamnya. Pengendalian suhu. Berupa silinder
besar. tertutup di bagian atas atau bawah. Bioreaktor sebagai wahana bioproses memegang
peranan penting untuk mendayagunakan reaksireaksi biokimiawi yang dilakukan oleh enzim
atau sel mikroba. Konsumsi energi untuk pengoperasian dibuat seminimal mungkin.
dilengkapi pipapipa A. Proses evaporasi diupayakan tidak berlebihan. Dengan demikian ada
beberapa hal yang dipertimbangkan dalam perancangan bioreaktor. Optimasi bioproses
dalam bioreaktor dapat dicapai dengan memasok Sumber energi Nutrisi Inokulum sel atau
makhluk hidup yang unggul Kondisi fisikokimiawi yang optimal Fungsi utama bioreaktor
adalah dapat memberi kondisi lingkungan optimal dan terkendali dengan baik bagi biokatalis.
Pemilihan bioreaktor Ada dua komponen penting dalam bioproses. yaitu biokatalis berupa
enzim atau sel makhluk hidup dan kondisi lingkungan. .
Bioreaktor yang menggunakan sel aerobik. Efek biokinetik substrat juga berpengaruh
terhadap pemilihan bioreaktor. bahan padat terlarut dalam air glukosa. Cairan ada berbagai
sifat. SOx. Jenis makhluk hidup yang digunakan Berdasarkan kebutuhan oksigen. NOx yang
dapat diabsorpsi oleh daundaun tanaman. Perilaku reologi aliran zat/bahan sangat
menentukan bioreaktor yang dipilih. umumnya memerlukan pengaturan aliran agar kontak
antara akar dengan nutrisi dan bahan yang akan diabsorbsi berlangsung optimal. parafin. C.
Padatan ada beberapa sifat. Tanaman menghasilkan akarakar yangtumbuh dengan sifat
tertentu. Hal ini terkait dengan berbagai perlengkapan bioreaktor yang berfungsi untuk
memasok udara. Sifat fisik substrat yang akan direaksikan sangat beragam. cair atau padat.
Apabila produk hasil bioproses pada konsentrasi tinggi yang menyebabkan penghambatan.
Media/substrat yang mempunyai viskositas rendah tidak menimbulkan masalah . Oksigen
dapat diberikan dengan cara mendispersikan udara ke dalam media. selulosa.B. maka
terdapat sel yang membutuhkan O untuk hidupnya bersifat aerobik dan ada sel yang tidak
membutuhkan O bersifat anaerobik. Jenis dan ukuran sel sangat berpengaruh terhadap
bioreaktor dan pengoperasiannya. diperlukan pengaturan tahap banyak/multistage. Untuk
substrat seperti ini lebih tepat apabila menggunakan operasi semi sinambung atau biakan
sinambung. Sifatsifat media menentukan jenis bioreaktor yang akan digunakan. misal
bioreaktor bed atau tray baki. Sel tunggal seperti mikroba tidak tahan terhadap gaya geser
dan perlu pendispersian udara lebih tinggi. padatan larut sebagian atau padatan tidak larut
pati. misalnya CO. misalnya cairan dan senyawa larut air metanol. etanol. Sifat media Jenis
makhluk hidup sangat menentukan susunan media yang digunakan dalam bioreaktor. maka
O harus selalu dipasok terus menerus. bahan cair tidak larut air minyak bumi. Gas. oleh
karenanya digunakan bioreaktor permukaan. misalnya gas. Mikroba atau tanaman tertentu
tumbuhnya hanya di permukaan. Bentuk dan ukuran tanaman atau hewan yang bervariasi
juga menentukan pengoperasian bioreaktor. oleh karena kelarutan oksigen dalam media
rendah. Substrat tertentu dapat menyebabkan reaksi penghambatan atau represi
pertumbuhan. laktosa.
E. maka menimbulkan masalah pada perpindahan oksigen. Dengan demikian laju
pertumbuhan sel dan pembentukan produk hasil reaksi biokatalisis umumnya tergantung
pada suhu. Tingkat konsentrasi ion H atau pH yang sesuai menjamin berlangsungnya
bioproses secara optimal. Parameter bioproses O merupakan faktor dasar yang menentukan
pertumbuhan dan aktivitas proses pada sel aerobik. Biaya operasional terutama untuk
menyediakan bahanbahan yang diperlukan selama bioreaktor dioperasikan. Apabila
senyawa dalam substrat tidak mengandung oksigen misal parafin. Kemudahan
mendapatkan bahan Penggunaan bahanbahan yang mudah didapat merupakan jaminan
berlangsungnya operasional bioreaktor dalam jangka waktu yang panjang. Akan tetapi pada
substrat dan produk yang mempunyai viskositas tinggi. Suhu lingkungan mempengaruhi
reaksi biokatalisis. D. Selain itu biaya untuk tenaga dan energi serta kelengkapan lain perlu
diperhitungkan seekonomis mungkin. maka kebutuhan oksigen akan menjadi lebih besar.
Biasanya diukur menggunakan parameter laju perpindahan oksigen OTR Oxygen Transfer
Rate. Walaupun kadangkadang pH media serendah mungkin digunakan untuk mengurangi
gangguan karena adanya kontaminasi oleh makhluk hidup yang lain kontaminan. Panas
yang terbentuk biasanya dikendalikan menggunakan air pendingin atau sel tahan panas
termofilik.waktu pencampuran dan laju perpindahan oksigen. Pada bioreaktor. . Biokatalis
mempunyai suhu optimal yang spesifik. Kecepatan reaksi enzimatis biokatalisis dan laju
pertumbuhan terbaik pada pH optimal. suhu dikendalikan dengan mekanisme tertentu agar
bioproses berlangsung optimal. Faktor produksi Faktor produksi ada berbagai macam.
Aktivitas biokatalis dipengaruhi pH. Faktorfaktor yang harus dipertimbangkan dalam
pemilihan bioreaktor adalah sebagai berikut Biaya Biaya meliputi biaya tetap terutama untuk
membangun bioreaktor dan biaya tidak tetap atau biaya operasional.
terutama untuk media berviskositas tinggi atau padat. Misalnya kondisi penjualan apakah
stabil atau berubahubah. SISTEM BIOREAKTOR Sistem bioreaktor yang digunakan dalam
bioproses ada berbagai macam. Hasil samping dapat digunakan untuk membantu
membiayai operasional bioreaktor. Nilai ekonomis hasil samping produk juga sering
dipertimbangkan untuk memilih bioreaktor. atau mikroba yang menghasilkan polimer
eksoselular umumnya membentuk flok/ biofilm. yaitu Sistem batch curah Sistem kontinyu
sinambung Sistem semi sinambung/semi curah fedbatch Pada semua sistem tersebut terjadi
proses pencampuran substrat dan sel yang digunakan untuk bioproses secara sempurna
dan seragam sehingga keadaan reaksi biokatalisme dalam keadaan homogen. . terutama
apabila timbul permasalahan operasional. Keadaan pasar Seperti halnya industri lain.
Walaupun demikian tetap memperhatikan ketersedian energi yang ada. sehingga
wahananya disebut bioreaktor ideal dan dijadikan model untuk analisis bioreaktor. Demikian
pula penggunaan makhluk hidup yang berukuran besar seperti tanaman maupun hewan.
Bioreaktor sederhana dapat dioperasionalkan oleh tenaga menengah yang tidak perlu
pendidikan tinggi. Ketersediaan energi Dalam merancang bioreaktor dibuat sedemikian
sehingga energi yang digunakan untuk operasional bioreaktor seefisien mungkin. Sistem ini
ideal. Walaupun pada kenyataannya pencampuran yang ideal sulit tercapai. Akan tetapi
untuk bioreaktor modern yang sistemnya dirancang secara otomatik atau dengan
pengendalian komputer memerlukan tenaga dengan pendidikan dan keterampilan tinggi.
Ketersediaan dan mutu tenaga kerja Ketersediaan dan mutu tenaga kerja sangat
mempengaruhi pemilihan bioreaktor. maka industri yang menggunakan bioproses tergantung
pada keadaan pasar. tetapi dapat dibagi menjadi tiga kelompok.
Dalam hal ini. Kinerja dapat dinilai berdasarkan kinetika reaksi biokatalisis reaksi enzimatik.
Perubahan konsentrasi S terhadap waktu diberikan oleh neraca massa dalam bioreaktor.
digambarkan dengan rumus rs v dS/dt v volume bioreaktor konstan. Fedbatch reaktor
Bioreaktor semi sinambung Fedbatch. agar tidak terjadi represi katabolit. dan tingkat
konversi substrat menjadi produk. perubahan S terhadap waktu tergantung pada hukum
tentang laju rs. Analisis bioreaktor dikembangkan atas dasar perilaku bioreaktor yang dapat
dipilah menjadi sistem batch/ diskontinyu.Dalam penerapan rancangan bioproses ditentukan
dengan penilaian kelayakan teknis/teknologis dan kelayakan ekonomis. r laju perubahan S
mol atau g per satuan waktu. Kelayakan teknis sangat ditentukan oleh kinerja performance
bioreaktor. Skema bioreaktor semi sinambung Fedbatch dapat digambarkan sebagai berikut
. hasil yield. dengan parameter dasar berupa produktivitas. B. fedbatch. bioproses
memerlukan penambahan aliran cairan ke dalam bioreaktor batch. dan kontinyu. A. Untuk
penambahan senyawa prekursor produk atau senyawa pengatur inducer agar taraf hara
tetap pada konsentrasi rendah. Prinsip Sistem Batch Pada Discontinuous Stirred Tank
Reaktor DSTR. sering digunakan apabila substrat dapat menghambat reaksi. substrat S dan
biokatalis sel makhluk hidup yang digunakan untuk bioproses dimasukkan ke dalam
bioreaktor yang teragitasi baik di awal pengerjaan bioproses.
Tahap kedua diuji pada kondisi media atau lingkungan untuk menyesuaikan dengan kondisi
produksi. Peningkatan proses dari skala laboratorium ke pilotplant dan selanjutnya ke skala
industri umumnya sangat bersifat . Pengembangan Bioproses Bioreaktor dapat digunakan
sebagai bejana reaksi dalam berbagai ukuran yang digunakan untuk kuantifikasi fenomena
bioproses. mulai dari skala laboratorium sampai skala pilot plant dan skala industri. Pada
tahap ini diperoleh perilaku secara kuantitatif maupun semi kuantitatif dalam sistem
bioproses yang digunakan. PENGGANDAAN SKALA BIOREAKTOR A. S Snilai optimal.
Pada skala pilot plant sudah diuji dengan kondisi teknis yang diterapkan pada skala
industri.Pada t. Pengalihan data proses dari skala laboratorium sampai ke skala produksi
komersial umumnya berlangsung dalam tahapan. Tahap pertama merupakan pencarian atau
pemilihan jenisjenis sel makhluk hidup yang mempunyai sifat unggul. dan X X Pemasokan
substrat dilakukan untuk mempertahankan konsentrasi optimal Produksi biomassa pada
bioreaktor semi sinambung dapat dijelaskan sebagai berikut VII.
Biasanya kriteria yang digunakan adalah konsumsi tenaga P/V. Berdasar hasil penelitian
yang diperoleh di laboratorium. maka hasil uji dalam setiap tahap merupakan masukan bagi
tahap berikutnya. serta kemampuan perpindahan massa dan panas. Misalnya pada kondisi
P/V tetap dan OTR tetap. Besaran kuantitatif bioreaktor dikaji berdasarkan ciri perpindahan
fisik. Analisis kinetika bioproses dikerjakan menggunakan bantuan model matematik. Skema
pengembangan proses berdasar pendekatan empirispragmatis dapat digambarkan sebagai
berikut Pengembangan proses berdasar pendekatan empirissistematis pemodelan
matematik Bioreaktor yang mempunyai proses kompleks. Pilot Plant digunakan untuk
memverifikasi kinerja model bioreaktor dan bioreaktor ideal. Berdasar pendekatan ini. tidak
dapat menggunakan pendekatan sederhana seperti pendekatan empirispragmatis. Kajian
bioreaktor skala pilot plant dilakukan untuk memperoleh hasil yang secara ekonomis
menentukan mutu produk. dapat dibantu dengan model. Pengembangan proses berdasar
pendekatan empirispragmatis Pada pengembangan proses menggunakan pendekatan
empiris pragmatis.empirik. atau perpindahan massa. dapat diprediksi suatu strategi optimal
untuk mengoperasikan bioreaktor pada skala industri berdasarkan model yang berkaitan
dengan fisiologi sel makhluk hidup. Skema pendekatan ini dapat dilihat pada gambar berikut
Fenomena Rancangbangun Bioreaktor . Pada tahap pertama hasil penelitian laboratorium
dianalisis untuk memperoleh kinetika bioproses yang terjadi. Pendekatan yang lebih
sistematis dapat menggunakan model matematik. pada skala pilot plant mempunyai arti lebih
penting dari pada model bioproses yang diperoleh dari skala laboratorium. seperti OTR dan
waktu pencampuran. dilakukan setelah evaluasi ekonomis untuk suatu proses produksi.
Sebagai contoh perpindahan oksigen dinyatakan dalam OTR. pengaliran. Dengan
pendekatan matematik. Pada waktu yang sama dipilih kriteria yang secara pragmatis dapat
digunakan untuk meningkatkan unit produksi ke skala industri.
Proses perpindahan yang sangat tergantung pada ukuran atau skala. Proses perpindahan
dalam bioreaktor terjadi menurut dua mekanisme perpindahan. yaitu pengaliran konveksi
dan difusi konduksi. misal unsur hara atau nutrien atau substrat yang dikonsumsi makhluk
hidup dipasok melalui perpindahan massa. terdapat tiga fenomena penting yang
diperhatikan dalam perancangan. makhluk hidup juga merupakan subyek fenomena geser
yg merupakan perpindahan momentum.Dalam rancangbangun bioreaktor. Sedangkan
fenomena perpindahan. Proses perpindahan sangat tergantung pada skala. Perpindahan
massa dapat terjadi dari media ke dalam sel makhluk hidup. misal perilaku intrinsik makhluk
hidup yang mekanisme pengaturannya ada di dalam sel makhluk hidup tersebut. misalnya
kelarutan oksigen tidak tergantung pada ukuran bioreaktor. sedang waktu konversi tc relatif
tetap Fenomena yang berkaitan erat dengan pengaliran dan difusi adalah Gaya geser
Pencampuran Perpindahan massa Perpindahan panas Kinetika makro perpaduan kinetika
mikro dengan difusi Fenomena yang berkaitan dengan pengaliran dan difusi dapat
digambarkan berikut . Fenomena mikrokinetik. yaitu Fenomena termodinamik tidak
tergantung pada skala Fenomena mikrokinetik tidak tergantung pada skala Fenomena
perpindahan tergantung pada skala Fenomena termodinamik. dapat ditulis sebagai Tetapan
waktu perpindahan untuk pengaliran tr L/V Untuk bejana berpengaduk V NxL maka
kebutuhan tenaga per satuan volume P/V pada peningkatan skala tr L/ Tetapan waktu
perpindahan secara difusi tD L/D Waktu perpindahan tr dan tD dapat meningkat selama
peningkatan skala.
B. Pemecahan neraca didasarkan pada penggunaan persamaan aliran yang
disederhanakan. yang sangat tidak realistik untuk skala yang lebih besar.Metoda untuk
meningkatkan skala scaleup bioreaktor. Model aliran yang banyak digunakan adalah Aliran
curah bulk flow . pemecahan neraca momentum menghasilkan komponen alir yang harus
digunakan dalam neraca massa dan panas. Neraca bersifat ganda. dan panas. Neraca
momentum umumnya digunakan untuk zat alir homogen. dan substratatau nutrien dengan
kondisi dalam skala penuh. gaya geser. Metoda Dasar Pada metoda ini menggunakan
pemecahan neraca mikro untuk perpindahan momentum. Akan tetapi ini menjadi rumit
karena Harus menggunakan komponen perpindahan dalam arah. Metoda dasar ini hanya
dapat digunakan untuk Sistem sederhana Kondisi aliran jelas misal aliran laminar Tidak ada
aliran sel makhluk hidup yang diam C. yaitu Metoda dasar Metoda semi dasar Analisis
dimensional Kaidah ibu jari rules of thumb Cobacoba trial and error Cara lain untuk
memperkecil perbedaan skala lab dan lapangan adalah dengan teknik pengecilan ukuran
Scale down pada kondisi sama OTR. massa. waktu pencampuran. Metoda semi dasar Pada
metoda ini menggunakan pemecahan neraca yang disederhanakan.
...................... Skala kecil Simulasi skala kecil Kondisi lingkungan sama dengan skala penuh
Pemilihan galuroptimasi kondisi lingkungan C. Apabila pada keadaan awal neraca
momentum................ Analisis dimensional Metoda analisis dimensional merupakan teknik
yang menggunakan gugus nirmatra tidak berdimensi sebagai parameter dalam rancang
bangun bioreaktor yang dijaga tetap selama peningkatan skala........................aD/
ReQvDRebQND FoDt/D Panas Nusselt Nusselt Perpindahan panas total / perpindahan
panas konduksi Reaksi Kimia Damkohler I Laju reaksi kimia / perpindahan massa secara
konveksi Nu ........aD/ . massa......... Arti fisik gugus nirmatra itu adalah tetapan waktu untuk
mekanisme yang berbeda.. panas......................... dan batasnya ditulis dalam bentuk
nismatra............... Contoh bilangan yang termasuk Nirmatra yang digunakan untuk scaleup
bioreaktor Momentum Reynolds Gaya dakhil Gaya viskositas Massa Fourier Waktu proses /
Waktu difusi Nu ............. maka sejumlah bilangan nirmatra akan muncul dengan
sendirinya..............Skala penuh Rancangan awal bioreaktor skala penuh Penetapan skala
penuh ....
Kondisi proses ditentukan. susunan media/nutrisi..vsb Peningkatan skala menyebabkan nilai
a dan b mendekati sistem koalesensi. tetapan pO . .. a . tetapan Kla . Persentase industri
yang menggunakan patokan untuk peningkatan skala adalah menggunakan tetapan P/V .
Metoda ini diterapkan secara bertahap pada sejumlah bioreaktor yang ukurannya meningkat.
. karena banyak kelemahan. Cobacoba trial and error Metoda cobacoba merupakan cara
lama yang sudah jarang digunakan dalam peningkatan skala.. Kaidah ibu jari rules of thumb
Metode ini menggunakan patokan perpindahan oksigen pO adalah fungsi dari Kla yang
merupakan fungsi dari P/V. .D. . misal laju pengadukan. tetapan Vip . . . Pada bejana
berpengaduk persamaan Kla adalah Kla ePg/va. Walaupun jarang digunakan untuk
peningkatan skala bioproses. E. tetapi metoda ini masih banyak digunakan. dan kondisi
lingkungan lain. . pengaruh ukuran bioreaktor pada nilai eksponen a dan b dapat dilihat pada
tabel berikut Ukuran bejana/m . . . . b .