Diseño de una planta para la producción de un biomaterial para aplicaciones médicas
Abstract
Departamento de Química Analítica
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UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería Química Diseño de una planta para la producción de un biomaterial para aplicaciones médicas Autor: De la Fuente López, Erika Tutores: Alonso Rodrigo, Matilde González de la Torre, Israel Departamento Química Analítica Valladolid, junio 2019.
A mis padres, por hacerme más fácil el camino para que pudiera conseguir este objetivo.
RESUMEN El presente trabajo de fin de grado consiste en el diseño de una planta industrial para la producción de biopolímeros precursores de un biomaterial para aplicaciones médicas mediante terapia celular. El proceso consta de dos etapas fundamentales y consecutivas. La primera etapa es una bioproducción con bacterias Escherichia Coli modificadas genéticamente por técnicas de ADN recombinante con su posterior purificación. El proceso se basa en biopolímeros ELR, polímeros basados en elastina, que tienen la particularidad de tener un comportamiento inteligente con la temperatura. La segunda fase es la modificación de los biopolímeros haciéndoles reaccionar con grupos azida y cicloctino para que, posteriormente, ambos reaccionen por entrecruzamiento mediante “química click” en el momento de su aplicación médica. La capacidad de la planta es de 750 gramos de biopolímero HRGD6 y 750 gramos biopolímero VKVx24 al año. Es un proceso discontinuo alternándose la producción de cada polímero, por ello, se ha elaborado un diagrama Gant de las diferentes etapas del proceso de producción de cada polímero. Se han calculado los parámetros de diseño de todos los equipos que intervienen, contando todos ellos con controladores de manera que la planta quedará automatizada. El coste total de la planta asciende a una inversión inicial de 982.553,35 €. Se ha estudiado la rentabilidad y se ha fijado un precio de venta de 617,02€ gramo de polímero, teniendo una rentabilidad así del 28%. Se trata de un producto de alto valor añadido debido a sus aplicaciones biomédicas. Contiene también un estudio de seguridad y salud, una evaluación del impacto ambiental y el correspondiente pliego de condiciones del proyecto a ejecutar. Palabras clave: biopolímero, Escherichia Coli, planta industrial, ELRs, bioproducción.
ABSTRACT This final project consists on the design of an industrial plant for the production of biopolymer precursors of a biomaterial for medical applications using cell therapy. The process consists of two fundamental and consecutive phases. The first stage is a bio-production with genetically modified through DNA recombinant techniques Escherichia Coli bacteria, with their later purification. The process is based on ELR biopolymers, polymers based on elastin, which have the peculiarity of having an intelligent behavior regarding temperature variations with temperature. The second phase is the modification of biopolymers making them react with azide and cycleoctino groups so both subsequently react by cross-linking through "click chemistry" at the time of its medical application. The plant capacity is of 750 grams/year of biopolymer HRGD6 and of 750 grams/year of biopolymer VKVx24. This is a discontinuous process that alternates the production of each polymer, therefore, a Gant diagram of the different stages of the production process of each polymer has been drawn up. The design parameters of all the equipment involved have been calculated, all of them counting with controllers so that the plant will be automated. The total cost of the plant amounts to an initial investment of 982.553,35€. Profitability has been studied and a sale price of 617,02 € gram of polymer has been set, giving a 28% return . It is a product of high added value due to its biomedical applications. This final project also contains a Safety System Analysis, an Environmental Impact study and the corresponding project´s technical specifications. Keywords: biopolymer, Escherichia Coli, industrial plant, ELRs, bio-production.
1 ÍNDICE GENERAL MEMORIA ......................................................................................................... 9 1 ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD .............................................................. 87 2 IMPACTO AMBIENTAL ................................................................................ 105 3 BALANCE ECONÓMICO .............................................................................. 117 4 PLIEGO DE CONDICIONES ......................................................................... 125 5 PLANOS ....................................................................................................... 151 6 ANEXOS ANEXO I: GANT DE PROCESO ANEXO II: TABLA DE CORRIENTES ANEXO III: CÁLCULOS DEL DISEÑO DE EQUIPOS ANEXO IV: CÁLCULO DE DISEÑO ENERGÉTICO ANEXO V: TUBERÍAS Y BOMBAS ANEXO VI: GASTO ENERGÉTICO DE EQUIPOS ANEXO VII: HOJAS DE SEGURIDAD ANEXO VIII: PRESUPUESTO ANEXO IX: CATÁLOGOS DE EQUIPOS BIBLIOGRAFÍA
8 ÍNDICE DE IMÁGENES Imagen 1-1. (a) Estructura lineal (b) estructura ramificada (c) estructura entrecruzada (d) estructura reticulada .............................................................. 14 Imagen 1-2. Esquema del diseño de la secuencia y producción de ELR [4] .. 17 Imagen 1-3. [7] .................................................................................................... 19 Imagen 1-4. Ejemplo de estructura layer by layer [10] .................................... 23 Imagen 1-5. Esquema de islote trasplantado recubierto por los polímeros A y B. Fuente: elaboración propia ............................................................................ 24 Imagen 1-6. Plano de parcelas del Parque Tecnológico de Boecillo. Fuente: ICE ......................................................................................................................... 28 Imagen 1-7. Vista satélite del territorio del parque Tecnológico de Boecillo .. 29 Imagen 1-8. Vista satélite de la localización del parque Tecnológico de Boecillo en la provincia de Valladolid ................................................................. 29 Imagen 1-9. Vista satélite de la situación del parque Tecnológico de Boecillo en el territorio nacional ....................................................................................... 29 ÍNDICE DE GRÁFICAS Gráfica 1. Climograma Boecillo. Fuente: Climate-Data.ORG ............................ 30 Gráfica 2. Diagrama de temperatura Boecillo. Fuente: Climate-Data.ORG..... 30 Gráfica 3. Variación con el tiempo del crecimiento bacteriano. ...................... 34 ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación 1.1 ........................................................................................................ 36 Ecuación 1.2 ........................................................................................................ 37 Ecuación 1.3 ........................................................................................................ 59 Ecuación 4.1 ...................................................................................................... 121 Ecuación 4.2 ...................................................................................................... 121 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Fuente: Elaboración propia. ................................................................ 31 Figura 2. Protocolo de purificación HRGD6. Fuente: Laboratorio BIOFORGE 39 Figura 4. Protocolo purificación VKVx2. Fuente: Laboratorio BIOFORGE ........ 40
MEMORIA 1
1. MEMORIA 11 1.1 OBJETIVO El objetivo principal del presente proyecto es el diseño a escala industrial del proceso de producción de dos precursores de un biomaterial con aplicaciones médicas y más concretamente para su utilización en terapias celulares. Dicha producción se compone de dos etapas fundamentales y consecutivas. En la primera se obtienen dos biopolímeros mediante un proceso biotecnológico, que actualmente se está realizando a escala de laboratorio por el grupo BIOFORGE de la Universidad de Valladolid. Dichos biopolímeros son biopolímeros recombinantes tipo elastina que se identifican como HRGD6 y VKVx24. En la segunda etapa, dichos polímeros, serán modificados químicamente para que en el momento de su aplicación clínica puedan dar lugar al hidrogel, por entrecruzamiento químico mediante una reacción tipo “química click”. La planta tendrá una capacidad de producción de 1,5 kg/año de los biomateriales mencionados. Para ello se producen 750 g del polímero HRGD6 y 750 g del polímero VKVx24. Simultáneamente a ambas fases, hay un proceso de lavado. La planta por tanto constará de las siguientes unidades: U-100: Planta de bioproducción. U-200: Planta de modificación del biopolímero. U-300: Planta de lavado de equipos. Los objetivos derivados del principal son los siguientes: Elaboración de un plan de proyecto especificando el inicio y duración de las etapas para que se cumplan las especificaciones requeridas. Diseño y especificación de los equipos de proceso. Diseño y especificación del sistema de control. Realización de un análisis económico para evaluar la rentabilidad del proceso. Estudio de seguridad y salud. Evaluación del impacto ambiental. Pliego de condiciones
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1. MEMORIA 13 1.2 INTRODUCCIÓN 1.2.1 Polímeros Los polímeros son sustancias compuestas por moléculas que tienen una larga secuencia de una o más especies de átomos o grupos de átomos unidos entre sí por enlaces primarios, generalmente covalentes. Las macromoléculas se forman mediante la repetición de monómeros a través de un proceso biotecnológico. [1] Los polímeros pueden ser homopolímeros, si se forman a partir de un único tipo de monómero, o copolímeros, formados a partir de monómeros distintos. Los polímeros se clasifican en: A. Según su origen: Polímeros naturales: de origen animal o vegetal(algodón, seda, lana, caucho) Polímeros sintéticos: desarrollados por la investigación científica y la industria para competir con algunos polímeros naturales (siliconas, nylon, teflón, bakelita, melaminas, PVC, policarbonatos, etc.) B. Según su estructura molecular: Polímeros lineales: Formados por largas cadenas de macromoléculas no ramificadas (polietileno, seda,..) Polímeros ramificados: la cadena principal está conectada lateralmente con otras cadenas. Polímeros entrecruzados: cadenas lineales adyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes. Polímeros reticulados: tienen estructuras tridimensionales, formados por macromoléculas con cadenas y ramificaciones entrelazadas. (Baquelita, epoxy,..) Polímeros cíclicos: tienen forma de anillo, no presentan extremos de cadena.
1. MEMORIA 14 Imagen 1-1. (a) Estructura lineal (b) estructura ramificada (c) estructura entrecruzada (d) estructura reticulada C. Según su respuesta térmica: Termoplásticos: son aquellos polímeros que a altas temperaturas se vuelve deformable o flexible y cuando se enfrían se vuelven a endurecer. Son polímeros lineales o ramificados. Elastómeros: tienen comportamiento elástico. Termoestables: son infusibles e insolubles debido a su estructura de cadenas entrecruzadas. D. Según su mecanismo de formación: Adición: se forma por la unión sucesiva de monómeros que tienen uno o más enlaces dobles o triples. Condensación: se forma a partir de monómeros con grupos reactivos distintos que reaccionan liberando en cada unión una molécula de agua. 1.2.2 Biopolímero Los biopolímeros son macromoléculas naturales presentes en los seres vivos o sintetizados simulando los anteriores. Característica reseñable de estos materiales es su alta biocompatibilidad con el ser vivo. Los biopolímeros peptídicos sintéticos se pueden obtener a través de un proceso controlado y utilizando técnicas de ingeniería genética, por lo que suelen ser muy similares entre ellos, contienen secuencias idénticas y el mismo número de monómeros, lo que lleva a que tengan el mismo peso molecular. A este fenómeno se le conoce como distribución monodispersa. Los polímeros que tienen un comportamiento más aleatorio se le conoce como distribución polidispersa. Los biopolímeros en aplicaciones biomédicas y farmacéuticas constituyen un campo de gran interés en el desarrollo de macromoléculas debido a su utilización en oftalmología, cardiología, ortopedia, como sustitutos de la piel y como sistemas de liberación de fármacos. [2]
1. MEMORIA 15 Los biomateriales poliméricos se pueden clasificar según el tiempo que deben mantener su funcionalidad cuando se aplican como implantes quirúrgicos: Carácter permanente: son biopolímeros cuya intención principal es funcionar como reemplazo total o parcial de órganos o tejidos destruidos como consecuencia de una enfermedad o trauma. Carácter temporal: son biopolímeros degradables que están diseñados para tener una duración específica, porque su funcionalidad así lo requiere, se utilizan en casos en los que el cuerpo humano desarrolla mecanismos de regeneración y curación para reparar el tejido o zona afectados. [2] Los materiales utilizados en medicina deben ser materiales diseñados para mantener sus propiedades durante largos períodos de tiempo, por lo que se necesita que sean inertes. Debido a que se van a introducir dentro del organismo, también deben ser biocompatibles y atóxicos para disminuir el posible rechazo. Algunos de los campos de la medicina en los que están más extendidas las aplicaciones de estos biomateriales son: Oftalmología: lentes intraoculares, lentes de contacto, implantes de retina. Cardiovascular: injertos vasculares, válvulas de corazón, marcapasos, bolsas de sangre. Reconstrucciones: prótesis de mama, nariz, barbilla, dientes. Ortopedia: caderas, rodillas, hombros. 1.2.3 Tecnología recombinante y polímero tipo elastina El campo de la biomedicina se centra cada vez más en el desarrollo de nuevos enfoques para la creación de materiales y dispositivos que podrían actuar como sustitutos biológicos utilizando tecnología recombinante. Las características comunes necesarias para todos los materiales utilizados en biomedicina son biocompatibildad, biodegradabilidad, características mecánicas adecuadas y técnicas de fabricación adecuadas. [3] La particularidad más sorprendente de la tecnología recombinante es su potencial para igualar las características complejas de las proteínas naturales con las funcionalidades tecnológicas que no se encuentran en las estructuras naturales al permitir cambios específicos y altamente controlados en la secuencia de aminoácidos, lo que confiere características mecánicas y estructurales adecuadas al producto y la variación del comportamiento celular. Además, se pueden obtener nuevos polímeros basados en proteínas
1. MEMORIA 16 utilizando aminoácidos no naturales o favoreciendo el ensamblaje de nuevas secuencias peptídicas. [3] La elastina es una proteína fibrosa e insoluble, clave de la matriz extracelular (ECM) de arterias, pulmones, piel y ligamentos que imparte elasticidad funcional a los tejidos y por ello es un material de gran interés en bioingeniería. [6] La elastina tiene la propiedad de poder recuperarse completamente después de miles de deformaciones elásticas sin perder sus propiedades mecánicas. [3] Dentro de los polímeros tipo elastina se pueden encontrar dos nomenclaturas diferentes, ELP, polímero tipo elastina y ELR, polímero recombinante tipo elastina. Los ELPs se refieren a polímeros obtenidos por estrategias sintéticas que requieren métodos químicos incluyendo el uso de diversos precursores y disolventes. La síntesis química de este tipo de polipéptidos basados en elastina se consigue mediante el uso de procesos químicos estándar. Pero estas técnicas dan problemas cuando se quieren sintetizar estructuras más complejas o polímeros más grandes ya que se obtienen mezclas de polímeros con diferentes pesos moleculares. El uso de tecnologías de ADN recombinante y la aparición de las siglas ELR, abrió la puerta a eliminar estos problemas con un mayor control sobre la estructura de los polímeros. Se trata de una perfecta técnica de clonación que se utiliza para diseñar la secuencia de genes que codifican los ELR. Esta técnica se basa en el uso de la restricción tipo IIs endonucleasa Eam1104I que permite la escisión del ADN fuera de la secuencia de reconocimiento y evita la introducción de nucleótidos extraños en la secuencia clonada. Este método fue utilizado por primera vez para la síntesis de los genes ELR, lo que sugiere que podría ser un sistema más rápido y eficiente para la bioproducción de polímeros de proteínas. [4] Por lo tanto, los ELRs (“Elastin Like Recombinamers”), son polímeros de naturaleza proteica, es decir, polipéptidos artificiales cuya secuencia de aminoácidos está inspirada en aquellos que se encuentran en la elastina natural. La secuencia de aminoácidos de los ELRs comúnmente comprende repeticiones del pentapéptido (VPGXG), donde X puede ser cualquier aminoácido excepto prolina. Al ser producidos por ingeniería genética, se garantiza un control absoluto sobre la composición de los aminoácidos. Además, los grupos funcionales se pueden integrar en la secuencia repetitiva y de esta manera obtener las propiedades bioactivas deseadas. Los ELRs han demostrado mantener aspectos importantes de la elastina natural, como el comportamiento
1. MEMORIA 17 elástico, la citocompatibilidad, la naturaleza termosensible, su naturaleza hidrófoba y apolar y el comportamiento de transición inversa con cambios de temperatura. [5, 6] El diseño de la secuencia de aminoácidos seleccionada que proporcionará las propiedades físicas requeridas de los ELRs, se lleva a cabo mediante la inserción en el plásmido de una cadena de ADN recombinante complementario al que se quiere obtener. A continuación, el plásmido se introduce en la bacteria mediante choque térmico. Se seleccionan las bacterias que contienen el plásmido con la ayuda de antibióticos y posteriormente se bioproducen a gran escala utilizando cepas de Escherichia Coli. La síntesis de los genes ELR poliméricos correspondientes utilizando el método iterativo-recursivo asegura que la secuencia de polímero diseñada se obtenga durante la ligadura con un control extremadamente alto gracias a la tecnología unidireccional. [4] Imagen 1-2. Esquema del diseño de la secuencia y producción de ELR [4] El diseño de los ELR tiene una influencia importante en su aplicación final, ya que se pueden incorporar diferentes bioactividades y funcionalidades químicas específicas en ubicaciones precisas a lo largo de la columna vertebral del polímero, permitiendo así que se sintonicen propiedades
1. MEMORIA 24 Es el caso de los dos biopolímeros que se van a producir en la planta diseñada en este proyecto, serán utilizados de esta manera y su función será la de cubrir el islote pancreático trasplantado en enfermos de diabetes. El islote pancreático es una agrupación de células, muy vascularizado, aislado de los acinis por una membrana reticular, que es responsable de la secreción endocrina del páncreas. Está constituido por células α (productoras de glucagón), células β (productoras de insulina) y células δ (productoras de somatostatina). A través del recubrimiento debe ser posible el paso de nutrientes y sustancias de desecho y evitar que entren bacterias en el islote. La diabetes tipo I es una enfermedad autoinmunitaria que se caracteriza por una falta de producción de insulina debido a la destrucción de islotes βpancreáticos. Una alternativa a la aportación de insulina es el trasplante de dichos islotes. Pero es necesario que estén encapsulados dentro de recubrimientos funcionales hechos de sustancias poliméricas para que así este recubrimiento actúe como una barrera mecánica frente a las células inmunitarias pero permitiendo la difusión de los nutrientes y el agua. [12] 1.2.6.3 Fibras A partir de polímeros recombinantes tipo elastina se pueden obtener fibras reticulares in situ durante el proceso de electrospinning, sin necesidad de ningún tratamiento adicional para estabilizarlas. Son completamente estables en condiciones in vitro. Se han realizado estudios de inmunología e histología que demuestran que estas estructuras son citocompatibles por lo que se pueden usar para apósitos de heridas en aplicaciones de ingeniería de tejidos. [13] Este tipo de materiales son de gran interés para fabricar estructuras a base de elastina para uso en ingeniería de tejidos de la piel. En los últimos años se han desarrollado nuevos biomateriales y métodos de biofabricación dirigidos al desarrollo de estructuras para diferentes aplicaciones de ingeniería de tejidos. Por ejemplo para la regeneración de diferentes tejidos, como nervios, tendones, músculos, huesos y piel. A B Imagen 1-5. Esquema de islote trasplantado recubierto por los polímeros A y B. Fuente: elaboración propia
1. MEMORIA 25 La epidermis y la dermis están compuestas principalmente por queratinocitos y fibroblastos, respectivamente y la presencia de elastina es crucial para mantener las propiedades mecánicas y la elasticidad de estos tejidos. El inicio de un proceso de cicatrización de una herida después de un traumatismo o daño en la piel conduce a un tejido cicatricial que restaura gradualmente la barrera de la piel durante un período de días, semanas o incluso meses, según la gravedad del daño. Pero la estructura de esta nueva piel no es la misma que la original. Por ejemplo, este tejido cicatricial carece de la elasticidad de la piel original, y la producción de colágeno durante el proceso de curación de la herida conduce a un tejido que es más rígido que su contraparte natural. Estudios demuestran la posibilidad de formación de fibras basadas en ELR que se reticulan in situ utilizando una “reacción click” ortogonal entre grupos azida y ciclooctino presentes en dos moléculas ELR diferentes sin la necesidad de pasos adicionales de reticulación o postratamiento. 1.2.6.4 Dosificación de fármacos Los ELRs se emplean como portadores de fármacos solubles para el tratamiento de diferentes enfermedades. Estos se encuentran encapsulados y una vez en el interior del cuerpo se liberan. [14] El empleo de los biopolímeros en el control de la liberación busca la dosificación del fármaco a través de la matriz polimérica en flujos dentro de su ventana terapéutica, esto conlleva a la reducción de efectos adversos por fluctuación en las concentraciones plasmáticas del fármaco y la disminución del número de dosis necesarias del medicamento. En este caso los biopolímeros son biodegradables y por tanto estarán de manera temporal en el organismo. 1.2.6.5 Purificación de proteínas Los ELRs se pueden usar para superar muchos de los problemas asociados con la purificación a gran escala de proteínas recombinantes. Por ingeniería genética, la fusión a nivel genético de un ELR con una proteína recombinante imparte un comportamiento sensible al estímulo de la proteína de fusión. El proceso de purificación explota la coacervación asociada a los ELR y, por lo tanto, separa las proteínas de fusión ELR. La capacidad de respuesta al estímulo de las proteínas de fusión ELR proporciona una metodología simple y conveniente para la purificación de proteínas de otros componentes y proteínas celulares contaminantes presentes en el microorganismo productor que tiene muchas ventajas sobre las técnicas de cromatografía actuales utilizadas para aislar proteínas recombinantes.
1. MEMORIA 26 Las ventajas de este método son el bajo coste de la purificación, su simplicidad tecnológica y el alto rendimiento. [14] 1.2.7 Bioproducción Para hablar de bioproducción antes hay que introducir los conceptos de biotecnología y bioingeniería. La biotecnología es la tecnología aplicada a la utilización de los seres vivos o partes de éstos con fines prácticos o industriales, para obtener o modificar productos, mejorar plantas o animales, o para desarrollar usos determinados. Esto comprende los nuevos instrumentos biológicos que se han aplicado para la mejora de productos agrícolas, ganaderos o de fermentación. La bioingeniería es una rama interdisciplinaria que integra los conocimientos químicos, biológicos y de ingeniería con el fin de solucionar diversos problemas a nivel de producción, salud y energía. Se puede definir bioproducción como la producción a través de sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación de productos utilizando biotecnología y bioingeniería. Este tipo de producción se lleva a cabo ampliamente en la industria farmacéutica, de alimentos, en la industria química, en el tratamiento de residuos y en aplicaciones biomédicas. Este tipo de producción se realiza en biorreactores. Hay dos tipos: fermentadores microbianos y reactores enzimáticos. En los fermentadores el crecimiento celular se promueve o mantiene para permitir la formación de productos tales como metabolitos, biomasa, sustratos transformados o solventes purificados a partir de microorganismos como levaduras, mohos y algunas clases de bacterias. En los reactores enzimáticos, la transformación del sustrato se promueve sin el sistema de soporte vital de las células completas. Con frecuencia estos reactores emplean enzimas inmovilizadas donde se utilizan soportes sólidos o semisólidos para atrapar internamente o unir externamente el biocatalizador para que no se pierda como en los sistemas de "enzima libre" y se pueda reutilizar en un proceso. Prácticamente todas las reacciones bioquímicas de importancia tecnológica tienen que ver con un sistema heterogéneo que involucra una o más fases. [15] El proceso de fermentación se produce a partir de microorganismos sumergidos en un medio de cultivo con condiciones ambientales óptimas que permitan el crecimiento bacteriano.
1. MEMORIA 27 La respiración de las bacterias es un proceso complejo que se acompaña del desprendimiento de energía que es indispensable para la síntesis de diferentes compuestos orgánicos. Según el tipo de respiración los microorganismos se dividen en: aerobios estrictos, microaerófilos, anaerobios facultativos y anaerobios estrictos. En el proceso que se define en este proyecto se realiza una fermentación con bacterias Escherichia Coli modificadas genéticamente. Estas bacterias son un representante típico de los anaerobios facultativos, la cual en los medios que contienen fuentes de carbono, se desarrolla como bacteria anaerobia al comienzo del proceso; desintegra los hidratos de carbono mediante la fermentación, para después comenzar a asimilar el oxígeno; crece como aerobia y oxida los productos de la fermentación hasta formar CO2 y H2O. Este tipo de microorganismo posee importantes ventajas, puesto que puede vivir tanto en ausencia como en presencia de oxígeno. [16] El producto deseado puede ser intracelular o extracelular. En el primer caso habrá que romper las células para poder sacar el producto. Esto es lo que pasa en el proceso de fermentación que se desarrolla en este proyecto, el biopolímero se forma dentro de las células dando lugar a cuerpos de inclusión.
1. MEMORIA 28 1.3 BASES DE DISEÑO 1.3.1 Localización 1.3.1.1 Características La planta para la producción de biopolímeros precursores de un biomaterial para aplicación médica va a estar situada en el Parque Tecnológico de Boecillo. Se considera un sitio idóneo para ello debido a que se trata de una zona de ambiente industrial y de investigación. Actualmente hay terrenos disponibles. Además, el parque está dotado de una bioincubadora en la que se van poder realizar las operaciones propias de laboratorio que exige el proceso. El Parque Tecnológico de Boecillo se localiza a 15 Km. de Valladolid, en el término municipal de Boecillo, comunicado por autovía, en la NVI (Madrid- Valladolid) p.k. 177. Enclavado en el centro de un denso pinar de 350 hectáreas que se respeta en su totalidad, consiguiéndose un entorno medioambiental privilegiado. La parcela indicada consta de 2125,84m2. Son muchos más de los necesarios para este proyecto por lo tanto, dicha parcela se podrá utilizar posteriormente para futuras ampliaciones u otros proyectos. Imagen 1-6. Plano de parcelas del Parque Tecnológico de Boecillo. Fuente: ICE
1. MEMORIA 29 1.3.1.2 Geografía 1.3.1.3 Clima El clima en Boecillo es suave y templado, temperatura media anual 12,5ºC. La lluvia cae sobre todo en invierno con relativamente poca lluvia en verano, la precipitación media anual es de 406mm. Imagen 1-9. Vista satélite de la situación del parque Tecnológico de Boecillo en el territorio nacional Imagen 1-8. Vista satélite de la localización del parque Tecnológico de Boecillo en la provincia de Valladolid Imagen 1-7. Vista satélite del territorio del parque Tecnológico de Boecillo
1. MEMORIA 30 Gráfica 1. Climograma Boecillo. Fuente: Climate-Data.ORG Gráfica 2. Diagrama de temperatura Boecillo. Fuente: Climate-Data.ORG
1. MEMORIA 31 1.3.2 Límites de batería Los límites de batería se muestran en la Figura 1. I: PROCESO FERMENTACIÓN Y PURIFICACIÓN II:PROCESO DE MODIFICACIÓN DEL POLÍMERO AGUA RESIDUAL BIOMASA RESIDUAL POLÍMEROS CULTIVO LABORATORIO MATERIAS PRIMAS AGUA DE LAVADO Figura 1. Fuente: Elaboración propia. Lo que se va a diseñar en el presente proyecto consta de dos fases consecutivas. La primera es el proceso de fermentación y posterior purificación. Para la fermentación es necesario un cultivo de bacterias Escherichia Coli modificadas genéticamente que llegará ya preparado del laboratorio. La segunda fase es la modificación química del biopolímero, mediante una reacción con posterior purificación y así dejarlo preparado para que en su aplicación clínica, por entrecruzamiento, den lugar al biomaterial buscado. En este proyecto se define hasta la producción del biopolímero modificado, las fases posteriores están fuera del alcance del proyecto. Las materias primas empleadas llegan preparadas a planta para ser transformadas. El tratamiento de biomasa y agua residual generada durante todo el proceso está fuera del límite de batería de este proyecto, solamente se va a gestionar su salida de la planta. El proyecto va a contar con: equipos necesarios para llevar a cabo el proceso unidades de almacenamiento de materias primas estaciones de carga y descarga unidades de almacenamiento del producto acabado sistema de control
1. MEMORIA 32 1.3.3 Especificaciones Se requiere una producción de 1,5 kg/año total de los dos biomateriales mencionados, HRGD6 y VKVx24, por lo que serán 750 g/año de cada biopolímero. Se parte de que el proceso será discontinuo, la fermentación se va a producir con un fermentador de 100L y ambos polímeros se van a producir en la misma línea, es decir, se va a contar con un solo fermentador. De esta manera la producción de cada uno de los polímeros se tiene que ir alternando. El rendimiento de la primera fase del proceso es de 300mg de polímero por cada litro de cultivo. La segunda fase hay que llevarla a cabo cuando se disponga de 80g de biopolímero. El rendimiento en esta fase es del 95%. Como máximo, el total de efectivos trabajando para el proceso al completo tiene que ser de 5 al año. Para el diseño de los equipos y representación en los planos se utilizan los siguientes códigos de diseño: API 650: Welded Steel Tanks ANSI: American National Standard Institute. ASME B36.19M-2004: Stainless Steel Pipe ASME B36.10M-2004: Welded and Seamless Wrought Steel Pipe Norma UNE EN-ISO 10628 ISA S5.1
1. MEMORIA 33 1.4 PRODUCCIÓN A ESCALA DE LABORATORIO 1.4.1 FASE I: Proceso de fermentación 1.4.1.1 Siembra de la placa Se utiliza una cepa de Escherichia Coli modificada genéticamente en el laboratorio por el grupo BIOFORGE. A la bacteria se le ha insertado un plásmido que contiene el gen que codifica el biopolímero. Depende del polímero que se vaya a sintetizar, HRGD6 o VKV, dicha modificación será diferente. La siembra bacteriana se realiza sobre una placa Petri usando un asa de platino. Sobre la placa se prepara una solución de LB con 1% de glucosa y 1 μL/mL de antibiótico. Se deja que gelifique y seguidamente se calienta. La ampicilina es un antibiótico cuya función es inhibir el crecimiento de todos los organismos excepto de la bacteria que tiene que crecer. La glucosa va a aportar los nutrientes suficientes para el crecimiento de dicha bacteria. 1.4.1.2 Cultivo del inóculo Para el cultivo del inóculo hay que hacer un “screening”, esto permite seleccionar aquellas colonias cuya producción es máxima. Para ello, se hace un muestreo de ocho colonias al azar, las que están aisladas y las que son más grandes. En 5ml de LB con ampicilina en una concentración de 1 μL/mL y 1% de glucosa se añade, pinchando con un palillo estéril, una colonia de las elegidas. Se repite esa acción para el resto de muestras escogidas colocándolas en distintos recipientes y se dejan en el agitador orbital 5h a 37ºC y 250rpm. Se analizan por electroforesis, la colonia que más haya crecido es la que se pone a producir. Cuando la producción se hace en fermentador se prepara un subcultivo con los 5ml de suspensión celular en 100ml de LB, 1% de glucosa y 100 μL/mL de ampicilina y se deja creciendo en agitador orbital. El medio de cultivo consiste en medio TB. Cuando se realiza en flask, por cada ml de medio de cultivo se inocula 1,75 µl de suspensión celular.
1. MEMORIA 40 HRGD6 Tras la disrupción de las células la solución se somete a una centrifugación a 14000rpm, a 4ºC durante 30 minutos. En este caso, como el polímero ya está liberado y debido a las propiedades de ELR ya comentadas anteriormente, el polímero se encuentra en la parte sobrenadante. De esta forma se consigue eliminar las proteínas desnaturalizadas que no presentan el comportamiento Resuspensión y agitación O/N 4ºC Centrifugación 4ºC, 10000 rpm, 15 min Ajuste de pH>11.4 Calentamiento 42ºC 1h30-2h Centrifugación 40ºC, 10000rpm, 15min ÁC IDO SOBRENADANTE CALENTAMIENTO 1 PRECIPITADO CALENTAMIENTO 1 SOBRENADANTE FRÍO 1 DIÁLISIS LIOFILIZACIÓN POLÍMERO PURO ÁC IDO FRÍO 1 PRECIPITADO DISRUPCIÓN SOBRENADANTE DISRUPCIÓN Acidificación pH=4 Agitación O/N 4ºC Centrifugación 4ºC, 10000rpm, 15 min VKV4x2 4 Centrifugación 4ºC, 14000rpm, 30min Congelación x 2 Figura 3. Protocolo purificación VKVx2. Fuente: Laboratorio BIOFORGE
1. MEMORIA 41 inteligente basado en su temperatura de transición inversa. A continuación, se procede a realizar un calentamiento a 42ºC, con posterior agitación a 4ºC durante toda la noche y luego centrifugación durante 15 minutos a 4ºC a 10000rpm. Se desecha el precipitado y se añade al sobrenadante HCl para bajar el pH a 4. Se agita durante toda la noche a 4ºC con posterior centrifugación también a 4ºC, 10000rpm durante 15 minutos, tras esto, se retira el precipitado que estará compuesto en su mayoría por proteínas desnaturalizadas debido a la modificación del pH. A continuación, se aumenta el pH del sobrenadante resuspendiendo NaCl y se calienta a 42ºC agitando durante 1h y 30 minutos con posterior centrifugación. En este caso hay que quedarse con el precipitado, el polímero se encuentra en la fase sólida. Se resuspende en agua bidestilada y se centrifuga otra vez a 4ºC durante 15 minutos. Desde este punto se repite el proceso desde la fase en la que el sobrenadante es basificado. Finalmente, el sobrenadante es sometido a una diálisis para eliminar las sales que queden junto al polímero. El polímero disuelto se introduce en una tripa de diálisis (el máximo tamaño molecular que permite pasar 10kDa) dentro de un bidón de 25 L lleno de agua bidestilada y con agitación. Mediante un proceso de ósmosis la disolución del polímero va perdiendo las sales. Se realizan 3 cambios del agua del bidón cada 24h. Tras la diálisis, el polímero se congela y se somete a liofilización, proceso que consiste en introducir el polímero congelado en una cámara de vacío y de esta manera conseguir la separación del agua mediante sublimación hasta la obtención del polímero puro en estado sólido. VKVx24 El proceso de purificación de VKVx24 es similar a HRGD6, tiene una etapa menos. Después de la disrupción de las células la solución se somete a una centrifugación a 14000rpm, a 4ºC durante 30 minutos. Se desecha el precipitado y se añade al sobrenadante HCl para bajar el pH a 4 y se produzca así la precipitación de proteínas que no son de interés y conseguir separarlas del polímero que queda disuelto. Se agita durante toda la noche a 4ºC con posterior centrifugación también a 4ºC, 10000rpm durante 15 minutos. A continuación, se aumenta el pH del sobrenadante resuspendiendo NaCl y se calienta a 42ºC agitando durante 1h y 30 minutos con posterior centrifugación. En este caso hay que quedarse con el precipitado, el polímero se encuentra en la fase sólida, debido a su comportamiento inteligente frente
1. MEMORIA 42 a la temperatura. Se resuspende en agua bidestilada y se centrifuga otra vez a 4ºC durante 15 minutos. Desde este punto se repite el proceso desde la fase en la que el sobrenadante es basificado. Finalmente, como en el caso anterior, el sobrenadante es sometido a una diálisis para eliminar las sales que queden junto al polímero. Tras la diálisis, el polímero se congela y se somete a liofilización para obtener el polímero puro sólido. En cada etapa del proceso de purificación se van tomando muestras para analizar electroforéticamente, tanto del sobrenadante como del precipitado, para poder comprobar cómo se va obteniendo un polímero más puro y verificar que la parte que desechamos en cada etapa no contiene polímero. 1.4.1.7 Esterilización de medios, soluciones y material La esterilización de medios, soluciones y de todo el material de vidrio utilizado durante el proceso se esteriliza en un autoclave a 121ºC y 1bar de presión. El proceso dura una hora y media en la que hay tres fases: Calentamiento Esterilización Enfriamiento El resto del material que se usa en el laboratorio se obtiene ya estéril. 1.4.1.8 Lavado del fermentador El fermentador, tras ser usado, se sigue un procedimiento para lavarlo y dejarlo preparado para volver a usarse. Para el fermentador de 15L el método de lavado es el siguiente: Se llena dos veces de agua de red Se llena con 160g de NaOH disueltos en agua y se deja actuar durante 30 minutos Se llena de agua para aclarar Se introducen 125ml de HNO3+agua y se deja actuar durante 30 minutos Finalmente se aclara con agua destilada
1. MEMORIA 43 1.4.2 FASE II: Modificación del polímero El polímero sólido puro obtenido en la FASE I tiene que ser sometido a una segunda fase para así obtener el polímero modificado. Esto se hace modificando los grupos amino mediante la introducción de grupos azido en el caso del polímero HRGD6 e introduciendo grupos ciclooctino en el caso del polímero VKVx24. De esta manera, se podrán utilizar ambos biopolímeros para obtener el hidrogel mediante “química click” según lo explicado en el apartado introducción. 1.4.2.1 Reacción Se introduce el polímero en un reactor discontinuo y se deja 48h reaccionando a temperatura ambiente. Para HRGD6: 41g de azida por cada 600g de polímero 1L de DMF en 20g de polímero Para VKVx24: 52g de ciclooctino por 600g de polímero 2,5L de DMF en 20g de polímero 1.4.2.2 Lavado con disolvente La solución obtenida se centrifuga durante 15 minutos y se obtiene HRGD6 modificado en el precipitado, el sobrenadante se desecha. El polímero se lava con éter en un agitador durante 15 minutos y posteriormente se centrifuga, llevando el sobrenadante a una torre de destilación para recuperar el éter y el precipitado se somete a un segundo lavado, esta vez con acetona. Se centrifuga durante 15 minutos, el polímero que se encuentra en el precipitado se somete a vacío. El sobrenadante se lleva a la torre de destilación para recuperar la acetona. 1.4.2.3 Purificación Tras 5 horas secándose a vacío se resuspende el polímero en agua bidestilada para llevarlo a un proceso de diálisis y así eliminar todas las sales que queden junto al polímero modificado.
1. MEMORIA 44 Por último, se congela y se liofiliza para obtener el biopolímero modificado sólido puro.
1. MEMORIA 45 1.5 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO A ESCALA INDSUTRIAL 1.5.1 Diagrama de bloques En la primera fase el núcleo del proceso de producción es una fermentación a partir de un cultivo preparado en el laboratorio a partir de una cepa de Escherichia Coli. Posteriormente se lava con tampón de lavado y se rompen las células mediante disrupción para que el polímero se libere y salga del interior de las células. Una vez que el polímero ya está liberado se lleva a cabo en varias etapas la purificación utilizando como base la temperatura de transición inversa del polímero, quedando este unas veces en el sobrenadante y otras en la parte del precipitado. Finalmente se realiza una diálisis para eliminar mediante un mecanismo de transferencia de materia las posibles impurezas que queden en la disolución de polímero, se congela y se somete a liofilización. La segunda fase consta de una reacción a temperatura ambiente para que el polímero que se ha obtenido en la primera fase quede modificado químicamente mediante la reacción con DMF y Azida en el caso de que sea VKVx24 y DMF y cicloctino en el caso de HRGD6. Se lava primero con éter y posteriormente después de centrifugarlo, se lava con acetona. Estos elementos se separan de los residuos del lavado mediante destilación. El polímero modificado se somete a diálisis para eliminar las impurezas que le queden, se congela y finalmente se liofiliza. El diagrama de bloques se encuentra en el apartado PLANOS 1.5.2 Plan de proyecto Para cumplir con las especificaciones de producción requeridas se ha diseñado un plan de proyecto resumido en la Tabla 1.1 realizado a partir de un diagrama de Gant que se puede consultar en el ANEXO I. La tabla es un calendario de las semanas de un mes. Los recuadros en blanco indican el comienzo de producción del biopolímero VKVx24, los recuadros en verde son los días que hay que comenzar a producir el biopolímero HRGD6 y en naranja se indica el comienzo de la fase de modificación de los biopolímeros, da igual cuál de los dos sea primero. Hay que tener en cuenta que la fase de modificación de cada biopolímero no se comienza hasta que no se tengan 80g de uno de ellos. El plan se ha construido considerando que el proceso de purificación de HRGD6 es más largo que el del VKVx24 y que el liofilizador solo tiene capacidad para lo que se produce en 3 ciclos de fermentación por lo que será
1. MEMORIA 46 un cuello de botella ya que, esta última etapa de ambas fases tiene una duración de 15 días y se ha querido optimizar para que solo hicieran falta dos liofilizadores, uno por cada unidad. Tabla 1.1. Plan de proyecto. Fuente: elaboración propia Sem. Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo 1 1 VKV 2 3 4 HRGD 6 5 6 7 2 8 VKV 9 10 11 HRGD 6 12 13 14 3 15 16 17 18 HRGD 6 19 20 21 4 22 VKV 23 24 25 26 Modificación 27 28 5 29 VKV 30 31 32 HRGD 6 33 Modificación 34 35 6 Como se puede observar en la Tabla 1.1, cada 4 semanas se hacen 3 fermentaciones de VKVx24 y 3 fermentaciones de HRGD6. El año tiene 52 semanas de las cuales, 4 semanas son de vacaciones, por lo tanto, semanas de producción se tienen 48. Las últimas 4 semanas del año se reservan para realizar el último ciclo de modificación del polímero con su correspondiente liofilización y así tener la producción prevista justo para el fin del año. Por lo tanto, debido a esto, para el proceso de fermentación quedan 44 semanas. 44 semanas entre 4 semanas en el que se divide el proceso en conjunto, dan 11 ciclos en un año. Se hace así porque 4 semanas son las que se necesitan para obtener al menos 80g de cada polímero y así poder comenzar la segunda fase. 11 ciclos/año*3 fermentaciones*30g/fermentación=990g de cada polímero al año.
1. MEMORIA 47 Teniendo en cuenta que la fase II tiene una conversión del 95%. 990g*0,95=940,5g de cada biopolímero modificado al año. De esta manera se produce más cantidad del objetivo establecido por lo que se podría suprimir alguna fermentación por posible falta de capacidad en el liofilizador o por alguna otra causa. Además, con 10 ciclos también se llegaría a la producción requerida. Luego hay un margen de error elevado o si se introduce una semana más de vacaciones o se requiere reservar alguna semana al final para la fase de modificación. Asimismo, los procesos se han calculado manteniendo 15 días el producto en el liofilizador, que es el mínimo tiempo necesario, por lo que podría ser que se necesite algún día más. Como ya se ha dicho va a haber dos liofilizadores, uno para la parte de fermentación y otro para la parte de modificación del biopolímero, de capacidad para la cantidad producida en 3 ciclos de fermentación. En las primeras semanas coinciden por un día 4 fermentaciones (ver gant ANEXO I). Esto se puede solucionar alargando la etapa de congelación y meterlo cuando haya espacio o usar el liofilizador reservado para la reacción en el caso de que a este le sobre espacio. La reacción tiene que comenzar el viernes a última hora porque así se aprovecha el tiempo del fin de semana puesto que tiene que estar reaccionando durante 48 horas. Para la realización del diagrama de Gant de proceso se ha elegido comenzar por la producción de VKVx24 porque al tener el proceso de purificación una etapa menos, coincide justo para que la etapa de liofilización comience el viernes. La producción de HRGD6 se comienza el jueves para que, como se puede observar en el diagrama de Gant (ANEXO I), no se superpongan las etapas que se realizan en los mismos equipos de la producción de VKVx24, además coincide el fin de semana con la agitación de la solución a 4ºC.
1. MEMORIA 48 1.5.3 Descripción del proceso 1.5.3.1 FASE I: Proceso de fermentación Se trata de un proceso discontinuo. En el apartado 1.5.2 se ha explicado cuándo debe iniciarse cada fase y se detalla la manera de trabajar para llegar a la producción requerida. 1.5.3.1.1 Preparación del inóculo Se prepara el cultivo en el laboratorio de la misma manera que lo explicado en el apartado 1.4.1.1 y 1.4.1.2. En este caso hay que hacer un segundo subcultivo hasta llegar a tener 4L de masa celular. Los 100 ml de masa celular anterior se disuelven en LB hasta tener 4L y se añade 1% de glucosa y 100 μL/mL de ampicilina. 1.5.3.1.2 Producción Lo primero que se hace es autoesterilizar las diferentes entradas al fermentador y el propio fermentador para eliminar los posibles contaminantes. Se parte de un fermentador de 100L al que llegan 3 corrientes: cultivo K-101, aire y medio TB. Los 4L de cultivo K-101 llega preparado del laboratorio, se introducen en el fermentador junto 94L de medio TB esterilizado a los que se añade un 0,01% de antiespumante, 0,8% de glicerol y 0,05 mg/ml de antibiótico. Se justan las condiciones de trabajo óptimas para el crecimiento de la bacteria Escherichia Coli: pH=7 Temperatura=37ºC Agitación=500rpm Flujo de aire=3l/min Se deja actuar durante 24h. Antes de vaciar el fermentador se toman varias muestras espaciadas 15 minutos entre ellas y se mide la absorbancia de la misma manera que en el punto 1.4.1.3. 1.5.3.1.3 Lavado Una vez comprobado que la absorbancia es constante se lleva la solución a centrifugar pasando antes por un intercambiador de calor (HE-101) para reducir su temperatura a unos 15ºC.
1. MEMORIA 49 La centrifugación se hace a 4ºC, en este caso como el polímero se encuentra dentro de las bacterias hay que quedarse con la parte del precipitado. En el agitador de lavado (A-101), la masa celular se resuspende en 100L de tampón de lavado con una composición igual que la utilizada a escala de laboratorio. Se resuspende durante 2 horas manteniendo la mezcla en frío para evitar la ruptura de las células. Seguidamente, se lleva de nuevo a la centrifugadora C-101 durante 15 minutos a 4ºC. Debajo de la centrifugadora hay un tanque de espera (LT-101) donde se almacena el precipitado hasta que todo es centrifugado. La centrifugadora continua hace descargas de precipitado cada 600 segundos. Se repite este proceso para que se laven bien las células. El sobrenadante se envía al TK-109, donde se almacena toda la biomasa residual del proceso. Después de lavar se añade al precipitado, en el mismo agitador del lavado, tampón de sonicación, también con la misma composición que el usado en el apartado 1.4. Se agita mientras se resuspende durante una hora manteniéndolo a 4ºC. Pasado ese tiempo se hace pasar 3 veces por el disruptor para asegurarse de que se rompen bien las células. El disruptor trabaja a una presión de 1500 bares con un caudal de 9l/h a baja temperatura. Antes de pasar a la siguiente fase se realiza una toma de muestra para ver si se han roto bien las células y si es necesario pasar una cuarta vez el caldo fermentado por el disruptor. 1.5.3.1.4 Purificación Una vez extraído el contenido celular se lleva a cabo un proceso de purificación para separar los restos celulares y proteínas endógenas del polímero. Según que biopolímero sea el que se esté produciendo el proceso de purificación será distinto. HRGD6 El primer paso es centrifugar a 4ºC en la centrifugadora C-102, en este caso, el polímero como ya está fuera de las células se va a encontrar en el sobrenadante debido a su comportamiento inteligente frente a la temperatura de transición. Se calienta a 42ºC en HT-101 durante 1h y 30 minutos y posteriormente se lleva al agitador A-102 bombeado por P-112 a través de las corrientes 35 y 36 donde va a estar 16h a 4ºC y finalmente centrifugar en C- 102 a 4ºC. Se desecha el precipitado (corriente 26) donde se encontrarán las sales que no son capaces de disolverse. El sobrenadante se vuelve a llevar al
1. MEMORIA 56 Lavado: Tabla 1.4. Cantidades tampón de lavado Tampón de lavado Agua bidestilada 100 L NaCl 0,818 kg TRIS 0,22 kg Después del lavado las cantidades son las siguientes. Tabla 1.5. Cantidades después del lavado Células lavadas 2,312 L Biomasa residual 197,688 L En las corrientes 12, 13, 14, 15 y 16 se recircula la disolución de biomasa con tampón de lavado 3 o 4 veces según requerimiento de las condiciones del flujo. El valor indicado es el que tiene cuando termina el lavado justo antes de añadir el tampón de sonicación. La cantidad de tampón de sonicación viene determinada por la Ecuación 1.2. Para un valor de absorbancia igual a 15 (valor típico): Tabla 1.6. Cantidades tampón de sonicación Tampón sonicación Agua bidestilada 7,5 L TRIS 0,018 kg EDTA 0,003 kg Al tampón de sonicación se le añade inhibidor de proteasas para evitar que se rompan las bacterias y se pierda el polímero. En este caso se añade PMSF (fluoruro de fenilmetanosulfonilo), 1µL por cada ml de tampón de sonicación. Tabla 1.7 Cantidad de PMSF PMSF 0,0075 L La corriente 19 se compone por la mezcla de las células lavadas y el tampón de sonicación. Igual va a ser la composición de las corrientes siguientes 20, 21, 22 y 23, pero después de la disrupción las células se rompen y el
1. MEMORIA 57 polímero se habrá liberado. No se dispone de datos de cuál es la cantidad de polímero. Como ya se ha dicho anteriormente, la cantidad de polímero que se obtiene no depende de la absorbancia de la muestra, ya que habrá bacterias que no tengan polímero en su interior, por eso es difícil saber cuánto polímero hay antes de su purificación. A partir de la corriente 25 hasta la 49 va a haber polímero, biomasa y biomasa residual. No se dispone de datos de las cantidades de cada componente, no son necesarios para llevar a cabo el proceso, además de que dependerá de cómo haya evolucionado la fermentación. En la tabla de corrientes (ANEXO II), los componentes presentes en las corrientes de los que no se tienen valor vienen indicados con guion (-). La cantidad de NaCl de la corriente 34 dependerá de las necesidades para llegar a un pH de 11,4, al igual que en las corrientes 27, 28 y 29 que en este caso contienen HCl, el necesario para llegar a un pH de 4. Las corrientes 38 y 39 hay ocasiones que llevan polímero y otras que lleva biomasa residual, depende la etapa en la que se esté. En las fases de la purificación en un mismo ciclo circula fluido por los mismos equipos en etapas diferentes. Hay 3 centrifugadoras y en cambio en un ciclo hay hasta 7 centrifugaciones. Se aprovecha la misma centrifugadora para varias etapas, todo calculado a partir del tiempo de las etapas con un diagrama de gant comprobando que no se solapen etapas en un mismo equipo. Al final de la purificación se tienen los datos indicados en Tabla 8. Tabla 1.8. Cantidades final de purificación Polímero 0,03 kg Biomasa residual lavado 197,688 L Biomasa residual purificación 9,782 L Total biomasa 207,47 L La biomasa residual total en un ciclo es la biomasa residual de la corriente 18 más la biomasa que contiene la corriente 23 menos la cantidad de polímero que esta contenga. El agua de refrigeración necesaria para cada caso se ha calculado a partir de un balance de energía. El cálculo detallado se muestra en el ANEXO IV.
1. MEMORIA 58 A continuación, se expone una tabla resumen de las necesidades caloríficas y del flujo necesario para cumplir las especificaciones. Tabla 1.9.Necesidades de agua refrigerada U-100 Q (Kw) agua refrigeración (kg) A-101 0,346 199,871 A-101* 0,180 51,577 A-102 0,440 143,332 A-103 0,00003 1,541 D-101 1,859 585,228 HE-101 7,606 242,400 Hay equipos que se emplean varias veces en un mismo ciclo, se utilizará mayor cantidad de agua. Para A-101 es el agua necesaria para refrigerar cuando se están lavando las células. En el caso de A-101 con asterisco indica el agua empleado para refrigerar en el momento que está resuspendiendo en tampón de sonicación. En A-102 se indica la suma del agua empleado en el enfriamiento más el agua necesaria para mantener la temperatura durante 16 horas y se suma también el agua de una segunda agitación posterior. En la tabla de corrientes viene indicado el total que se utiliza en un ciclo. En las corrientes 60 y 63 el valor indicado es para el caso de producción de HRGD6. Cuando se produce VKVx24 el valor es menor porque el primer calentamiento con posterior enfriamiento no existe. El cálculo de las necesidades del intercambiador se encuentra detallado en el Anexo de diseño. El método de lavado se explica en el apartado 1.5.4.3. 1.5.4.2 U-200 Para la modificación del biopolímero HRGD6 se hace reaccionar con azida y DMF y en el caso del biopolímero VKVx24 reacciona con cicloctino y DMF. Tabla 1.10. Reactivos de la fase de modificación HRGD6 80 g VKV 80 g Azida 5,47 g Cicloctino 6,93 g DMF 4 L DMF 10 L
1. MEMORIA 59 La producción total de polímero modificado viene determinada por la siguiente expresión con una conversión del 95%. mf=m0·PMf PM0·conversión Ecuación 1.3 Siendo: mf: masa producida de biopolímero modificado m0: masa inicial de biopolímero sin modificar PM0: peso molecular de biopolímero sin modificar PMf: peso molecular de biopolímero modificado Tabla 1.11. Cantidad de masa que se obtiene de polímero modficado HRGD6 VKV PM sin mod 60661 Da PM sin mod. 60463 Da PM mod. 63196 Da PM mod. 62998 Da Biopolímero mod. 79,176 g Biopolímero mod. 79,186 g Lo que no se transforma se va perdiendo en los lavados y diálisis hasta llegar, tras liofilizar, al componente puro. Por la corriente 8 en un mismo ciclo se hacen 3 lavados y circula fluido en diferentes momentos, dos veces es acetona con polímero y una vez éter con polímero. Se ha supuesto una recuperación del 95% de disolvente en la etapa de destilación. Tabla 1.12. Balance de materia de purificación de la segunda fase HRGD6 VKVx24 Centrifugación 1 Centrifugación 1 HRGD6mod 79,176 g VKVx24mod 79,186 g Líquido 4 L Líquido 10 L Lavado 1 Lavado 1 HRGD6mod 79,176 g VKVx24mod 79,186 g Éter 16 L Éter 40 L
1. MEMORIA 60 HRGD6 VKVx24 Centrifugación 2 Centrifugación 2 HRGD6mod 79,176 g VKVx24mod 79,186 g Líquido 16 L Líquido 40 L Destilación Destilación Éter 15,200 L Éter 38 L Residuos 0,800 L Residuos 2 L Lavado 2 Lavado 2 HRGD6mod 79,176 g VKVx24mod 79,186 g Acetona 12 L Acetona 12 L Centrifugación 3 Centrifugación 3 HRGD6mod 79,176 g VKVx24mod 79,186 g Líquido 12 L Líquido 12 L Destilación Destilación Acetona 11,400 L Acetona 11,400 L Residuos 0,6 L Residuos 0,6 L Lavado 3 Lavado 3 HRGD6mod 79,176 g VKVx24mod 79,186 g Acetona 12 L Acetona 12 L Centrifugación 4 Centrifugación 4 HRGD6mod 79,176 g VKVx24mod 79,186 g Líquido 12 L Líquido 12 L Destilación Destilación Acetona 11,400 L Acetona 11,400 L Residuos 0,600 L Residuos 0,600 L A partir de la etapa de diálisis, las corrientes se componen de biopolímero hasta que tras la liofilización se obtiene completamente puro. En la tabla de corrientes viene indicado el valor total de masa que contiene en un ciclo. Las corrientes en las que circula fluido en diferentes fases en el mismo ciclo están indicadas con un asterisco. El doble asterisco indica que en esa corriente, dentro de un ciclo, esa etapa se realiza dos veces, y la cantidad indicada es la total para un ciclo. En cada etapa la mitad del valor indicado. Las necesidades del agua refrigerada se muestran en la tabla Tabla 13., el cálculo detallado del balance energético está en el anexo IV. Tabla 1.13. Necesidades de agua refrigerada en U-200 Q (Kw) agua refrigeración (kg)
1. MEMORIA 61 A-202 0,5016 56,371 D-201 0,930 616,001 El circuito de agua refrigerada es un circuito cerrado pero el tanque dispone de una corriente de salida en caso de que el nivel suba mucho debido a que se haya necesitado activar la entrada de agua. El método de lavado se explica en el apartado 1.5.4.3. 1.5.4.3 U-300 En el lavado por una misma corriente pasan diferentes productos consecutivamente. La información que da la tabla de corrientes es el total de cada uno de los componentes en un ciclo de producción, hay equipos que se lavan varias veces porque son usados para diferentes etapas. La tabla de corrientes indica el total de fluido que circula en un ciclo por cada corriente. A continuación, se muestra de manera detallada el cálculo de las cantidades para cada conjunto de equipos y el número de veces necesarias que se lava cada equipo en un ciclo. Las cantidades corresponden con las corrientes que entran a los equipos indicados. Tabla 1.14. Cantidades en el lavado U-100 U-100 nº veces Volumen Agua (L) Agua dest (L) NaOH (g) HNO3 (L) F-101 1 100 500 100 1067 0,83 HE-101 1 1 5 1 10,67 0,0083 LT-101 1 100 500 100 1067 0,83 A-101 1 100 500 100 1067 0,83 DT-101 1 1 5 1 10,67 0,0083 C-102 3 1 15 3 32,01 0,0249 HT-101 3 10 150 30 320,1 0,249 A-102 2 10 100 20 213,4 0,166 C-103 4 1 20 4 42,68 0,0332 A-103 3 10 150 30 320,1 0,249 Total 2150 430 4588,1 3,569 El agitador 101 solo se lava una vez aunque se recircule, mientras se realiza el lavado de células no hace falta lavarlo, entre lavado y lavado. Se lava después de añadir tampón de sonicación.
1. MEMORIA 62 En HT-101 los valores indicados en la tabla de corrientes son para el caso que se esté produciendo HRGD6. En el caso del biopolímero VKVx24 solos pasa 2 veces. Tabla 1.15. Cantidades en el lavado U-200 U-200 Nº veces Volumen Agua (L) Agua dest (L) NaOH (g) HNO3 (L) R-201 1 15 75 15 160,05 0,124 A-201 3 60 900 180 1920,6 1,494 A-202 1 10 50 10 106,7 0,083 Total 1025 205 2187,35 1,7015
1. MEMORIA 63 1.6 EQUIPOS Nomenclatura de equipos: Tabla 1.16. Nomenclatura de equipos A Agitador C Centrifugadora D Tanque de diálisis DT Disruptor F Fermentador FD Liofilizador FT Filtro a vacío FZ Congelador HE Intercambiador de calor HT Tanque de calentamiento LT Tanque pulmón P Bomba R Reactor T Torre de destilación TK Tanque V Silo Para la selección de las características de diseño de los distintos equipos se basa en diferentes normas según qué equipo sea, se nombrarán a lo largo de este punto. 1.6.1 Lista de equipos
1. MEMORIA 64 LISTA DE EQUIPOS REV. 0 TRABAJO Nº FECHA 20/ 04/2019 UNIDAD U-100 POR EFL CLIENTE FIRM A LOCALIZACIÓN REV. ITEM NO. CANTIDAD DESCRIPCIÓN ORIGEN (1) DRIVER (1) OBSERVACIONES 1TK-101 TANQUE TAM PÓN DE SONICACIÓN E 2TK-102 TANQUE AGUA BIDESTILADA E 3TK-103 TANQUE TB E 4TK-104 TANQUE TAM PÓN DE LAVADO E 5TK-105 TANQUE AGUA DESTILADA E 6F-101 FERM ENTADOR E M 7P-101 BOM BA TAM PÓN DE SONICACIÓN E 8P-102 BOM BA AGUA BIDESTILADA E 9P-103 BOM BA TB E 10 P-104 BOM BA TAM PÓN DE LAVADO E 11 P-105 BOM BA AGUA DESTILADA E 12 HE-101 INTERCAM BIADOR DE CALOR E 13 P-106 BOM BA INTERCAM BIADOR DE CALOR E 14 C-101 CENTRIFUGADORA 1 E 15 LT-101 TANQUE PULM ÓN DE LAVADO E 16 A-101 AGITADOR DE LAVADO E M 17 P-107 BOM BA TANQUE PULM ÓN E 18 P-108 BOM BA DE LAVADO E 19 P-109 BOM BA DE CENTRIFUGADORA E 20 DT-101 DISRUPTOR E 21 P-110 BOM BA DISRUPTOR E 22 C-102 CENTRIFUGADORA 2 E 23 V-101 SILO NaCl E 24 HT-101 TANQUE CALENTAM IENTO E 25 A-102 AGITADOR DE PURIFICACIÓN E M 26 P-112 BOM BA TANQUE CALENTAM IENTO E 27 P-113 BOM BA TANQUE PURIFICACIÓN E 28 P-114 BOM BA TANQUE CALENTAM IENTO 2 E 29 C-103 CENTRIFUGADORA 3 E 30 LT-102 TANQUE PULM ÓN PURIFICACIÓN E 31 A-103 AIGTADOR RESUSPENSIÓN E M 32 P-115 BOM BA TANQUE PULM ÓN 2 E 33 P-116 BOM BA AGITADOR RESUSPENSIÓN E 34 P-117 BOM BA CENTRIFUGADORA 3 E 35 V-102 SILO NaOH E 36 TK-108 TANQUE HCl E 37 P-111 BOM BA TANQUE HCl E 38 TK-109 TANQUE DE BIOM ASA E 39 D-101 DIÁLISIS E 40 FT-101 FILTRO E 41 FZ-101 CONGELADOR E 42 FD-101 LIOFILIZADOR E 43 TK-110 TANQUE REFRIGERACIÓN E 44 P-118 BOM BA TANQUE REFRIGERACIÓN E 45 46 LEGEN D : 1.- FUNCIONA: M - M OTOR ELÉCTRICO T - TURBINA ORIGEN: E - ESPAÑA O - OTROS
1. MEMORIA 65 LISTA DE EQUIPOS REV. 0 TRABAJO Nº FECHA 20/ 04/2019 UNIDAD U-200 POR EFL CLIENTE FIRM A LOCALIZACIÓN REV. ITEM NO. CANTIDAD DESCRIPCIÓN ORIGEN (1) FUNCIONA(1 ) OBSERVACIONES 1TK-201 TANQUE DM F E 2TK-202 TANQUE DIETILÉTER E 3TK-203 TANQUE AGUA BIDESTILADA E 4TK-204 TANQUE AGUA DESTILADA E 5P-201 BOM BA DM F E 6P-202 BOM BA DIETILÉTER E 7P-203 BOM BA AGUA BIDESTILADA E 8P-204 BOM BA AGUA BIDESTILADA E 9TK-205 TANQUE ACETONA E 10 R-201 REACTOR E 11 C-201 CENTRIFUGADORA DISCONTINUA E 12 A-201 AGITADOR DE LAVADO E 13 A-202 AGITADOR DE RESUSPENSIÓN E 14 T-201 TORRE DESTILACIÓN E 15 P-205 BOM BA TORRE DESTILACIÓN E 16 FT-201 FILTRO A VACÍO E 17 P-207 BOM BA ACETONA E 18 D-201 DIÁLISIS E 19 FT-202 FILTRO E 20 FZ-201 CONGELADOR E 21 FD-201 LIOFILIZADOR E 22 TK-206 TANQUE REFRIGERACIÓN E 23 P-208 BOM BA REFRIGERACIÓN E 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 LEGEN D : 1.- FUNCIONA: M - M OTOR ELÉCTRICO T - TURBINA ORIGEN: E - ESPAÑA O - OTROS
1. MEMORIA 72 Volumen tanque (m3) Volumen líquido (m3) Tª diseño (ºC) D (m) L (m) H (m) sd (MPa) st (MPa) 202 Tabla 1.21. Características del sistema de agitación. Da (m) W (m) z (m) WB (m) N (rps) Np P (W) A-101 0,158 0,032 0,158 0,039 29,17 0,32 79,312 A-102 0,073 0,0145 0,073 0,018 29,17 0,32 1,652 A-103 0,073 0,0145 0,073 0,018 29,17 0,32 1,652 HT- 101 0,073 0,0146 0,073 0,018 29,17 0,32 1,699 A-201 0,116 0,0232 0,116 0,029 29,17 0,32 12,279 A-202 0,067 0,0136 0,068 0,017 29,17 0,32 1,178 1.6.2.5 Centrifugadoras 1.6.2.5.1 C-101, C-102, C-103 Las 3 centrifugadoras usadas en la unidad 100 van a ser centrifugadoras continuas del proveedor GEA Westfalia separator con las siguientes características: Recinto de sólidos: 0,5L Volumen total: 1L Velocidad para una densidad del producto hasta 1,05 kg/dm3: 10000rpm Capacidad: 300 l/h como máximo Altura de impulsión: 0,5 bar como máximo Potencia del motor: o Para 50Hz: 1,1 kW o Para 60Hz: 1,3 kW Velocidad: o Para 50Hz: 3000rpm o Para 60Hz: 3600rpm Temperatura máxima de centrifugación: 100ºC
1. MEMORIA 73 1.6.2.5.2 C-201 La centrifugadora de la unidad 200 es una centrífuga discontinua, elegida en este caso la centrífuga de bioprocesamiento Thermo Scientific™ Sorvall™ BIOS 16. Características: Capacidad: 8x2000mL Máxima velocidad: 5400 rpm Máxima RCF (fuerza relativa continua): 8509xg Tamaño reducido y mejoras ergonómicas con un cómodo botón pulsador que permiten optimizar el uso diario de la centrífuga: o Apertura y cierre automáticos de la puerta de la centrífuga de delante a atrás con la función Thermo Scientific™ Auto-Door™ o Apertura y cierre de la tapa del rotor Thermo Scientific™ Auto- Lid ™ con guardado de la tapa Thermo Scientific™ Auto-ID permite la detección y programación inmediatas del rotor mediante la identificación instantánea del rotor para ahorrar tiempo y proteger la integridad de las muestras. La interfaz Thermo Scientific™ Centri-Touch™ con pantalla brillante, de alta visibilidad y fácil de usar con guantes simplifica la configuración de los ciclos. Se ha mejorado aún más con controles de acceso como el inicio de sesión de usuario con protección con contraseña. 1.6.2.6 Filtros El proceso de filtración va a tener las siguientes particularidades: Discontinuo A vacío Fluido filtrado: disolución de polímero El tamaño del poro de la membrana tiene que ser como máximo 0,2 µm para llegar a esterilizar la bacteria. SELECCIÓN FILTRO COMERCIAL La mejor opción para procesos biológicos a nivel de laboratorio son los filtros desechables, en este caso de Thermo Scientific. Tienen la ventaja de que no necesita mantenimiento. Requiere de una bomba adicional a la que conectarle para hacer el vacío. Especificaciones:
1. MEMORIA 74 Volumen: 1L Material del filtro: poliestireno Membrana: Poliestersulfona (PES) Tamaño poro membrana: 0,2 µm El soporte de membrana sin almohadilla minimiza la formación de espuma con muestras proteicas. Apirógenos y no citotóxicos Esterilización por radiación gamma y envasado individual con una vida útil estéril de 5 años Todos los filtros del proceso (FT-101, FT-201 y FT-202) van a ser de este tipo. 1.6.2.7 Membranas de diálisis Datos de partida: Volumen de muestra: 1,5L Tamaño de partículas que se dializan. Tabla 1.22. Peso molecular de los biopolímeros VKVx24 Sin modificar 60463 Da Modificado 62998 Da HRGD6 Sin modificar 60661 Da Modificado 63196 Da Temperatura: 4ºC SELECCIÓN DEL PRODUCTO Los matraces de diálisis seleccionados serán Slide-A-Lyzer de Thermo Scientific, 20K MWCO, 250 ml facilitan la eliminación simple y efectiva de sales tampón y pequeños contaminantes de proteínas y otras macromoléculas en volúmenes de muestra de hasta 250 ml. Especificaciones: Composición: Celulosa Regenerada. Grosor: 0.9 a 1.2 mil (22.5 a 30 μm); 2K MWCO = 2mil (50μm)
1. MEMORIA 75 Hidratación requerida antes del uso: 30 segundos a 2 minutos Contenido de glicerol: Rastro (el contenido de 10K MWCO es 21%) Contenido de azufre: 0.04 a 0.17% Contenido de metales pesados: traza. Tamaño del poro: 20000 Da. 1.6.2.8 Intercambiador de calor El intercambiador de calor HE-101 se trata de un intercambiador de placas. El diseño y las características de este tipo de intercambiadores se encuentran detallados en el anexo III. Tabla 1.23. Características HE-101 Área de intercambio 0,13 m2 Nº placas 10 Calor transferido 7,606 kW Caída de presión 4214 Pa 1.6.2.9 Torre de destilación En la misma torre (T-201) se van a realizar dos operaciones: Destilación de éter con residuos de lavado Destilación de acetona con residuos de lavado Datos de partida: Volumen máximo de destilado: 40L Volumen máximo de colector: 38L Temperatura de ebullición éter: 34,6ºC Temperatura de ebullición acetona: 56ºC Debido a la simplicidad de la separación de este proceso se va a utilizar una columna de destilación simple del proveedor Figmay SRL. CARACTERÍSTICAS DE LA TORRE Material de las partes en contacto con la mezcla: borosilicato (material inerte, altamente resistente a la corrosión química, altas temperaturas y choques térmicos) Volumen vaso reactor: 50L Volumen vaso colector: 40L Sistema de calefacción: temperatura auto regulable
1. MEMORIA 76 Sistema de agitación: paletas de alta eficiencia Relleno de columna: anillos raschig Sistema de condensación: refrigerante en vaso colector 1.6.2.10 Disruptor El disruptor de células es un dispositivo que se usa para lisis celular El disruptor elegido es disruptor PANDA 1000 de la compañía GEA Niro Soavi Technical Datasheet. Caudal: 9l/h Máxima presión de operación: 1000 bar Peso neto: 105 kg Peso bruto: 135 kg Dimensiones: 540 x 440 x 810 mm Volumen mínimo de muestra: 60 ml El resto de características pueden consultarse en el anexo IX Catálogo de equipos. 1.6.2.11 Liofilizador El liofilizador utilizado es LIOFILIZADOR VIRTIS SP SCIENTIFIC. Modelo: Génesis 25ES Controlador: Wizard 2.0 60 Hertz Capacidad del condensador: 25 L Temperatura más baja en el condensador: -85ºC Temperatura más baja en la bandeja: -70ºC Número de compresores: 2 El resto de las características se pueden encontrar en el anexo IX Catálogo de equipos. 1.6.2.12 Tuberías El cálculo detallado de tuberías se encuentra en el anexo III. Las tuberías se han nombrado atendiendo al siguiente esquema:
1. MEMORIA 77 3/8"-TS-101-80SS2-CC40 El primer dato es el diámetro nominal en pulgadas de la tubería. Lo siguiente indica el fluido que circula por la tubería. El siguiente número es la designación de la tubería. Nº Unidad +Nº Tubería. Le sigue el número de catálogo de la tubería, material y sobreespesor por corrosión. Lo último indica el aislamiento si existe y el espesor de este en mm. Tabla 1.24. Abreviaturas presentes en nomenclatura de tuberías Fluido A Aire TS Tampón sonicación TB Solución TB CF Caldo fermentado TL Tampón de lavado HC Ácido clorhídrico AB Agua bidestilada AD Agua destilada AR Agua de refrigeración DMF DMF DE Dietiléter AC Acetona LV Agua de lavado Material WS Acero forjado (Wrought Steal) SS Acero inoxidable (Stainless Steal) Aislante HC Conservación de calor (Hot conservation) CC Conservación de frio (Cold conservation) En el ANEXO V se detallan todas las tuberías del proceso con sus diferentes características.
1. MEMORIA 78 1.6.2.13 Bombas Siguiendo el procedimiento de cálculo detallado en el anexo III se han calculado todas las bombas del proceso. En el ANEXO V se muestran sus características de diseño y cálculo. Debido a las características del flujo y al bajo punto de funcionamiento, todas las bombas, excepto las del circuito de refrigeración, van a ser del tipo bomba lobular rotativa (SLR) de INOXPA, concretamente SLR 0-25. Puede verse el catálogo de la misma en el anexo IX. El cálculo y las diferentes características de las bombas P-118A, P118B, P- 208A y P-208B, bombas del circuito de refrigeración, se encuentra detallado en el ANEXO III. 1.6.3 Distribución en planta El modelo de distribución empleado en plantas de pequeño tamaño como lo es en este caso, es el Modelo en Línea de Flujo. Este modelo consiste en situar los equipos según el orden establecido en el diagrama de flujo. Cada unidad va a estar situada en salas diferentes. En la unidad U-100, el equipo central es el fermentador. Alrededor de él se van a colocar, en un lado los tanques de materias primas que alimentan a los diferentes equipos y por otro lado va a estar situada la zona de purificación del biopolímero. En la unidad U-200, el equipo central es el reactor y al igual que en el caso anterior van a estar a un lado los tanques de materias primas que alimentan a los diferentes equipos y por el otro en este caso estarán la torre de destilación y los equipos para la purificación y más alejada, con una distancia mínima de seguridad de 5m estará colocada la torre de destilación. En ambas unidades, filtro, congelador y liofilizador estarán en una sala para aislar el ruido del compresor y bomba a vacío. Tendrá una corriente de aire para reciclar este y evitar el aumento de temperatura de la sala. La unidad U-300 tendrá todos los tanques colocados a la misma distancia unidos en paralelo a un colector de salida y a un colector de entrada que son los que les une con las unidades U-100 y U-200.
1. MEMORIA 79 1.7 INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL Todos los instrumentos y enlaces de control del proceso completo se pueden observar en los planos P&ID disponibles en el apartado PLANOS. En los planos están indicados los controladores individuales de cada etapa para que sea más visual y más fácil de entender el funcionamiento de la estrategia de control, pero en realidad van todos unidos a un autómata central, habiendo uno por cada unidad, y desde este se programa todo el proceso. 1.7.1 Tanques El principal control de los tanques de la planta es el control de flujo mediante una válvula que se cierra cuando ha pasado el flujo necesario. Los tanques disponen de indicadores de alto y bajo nivel que cuando los superan se activa una alarma para indicar que está lleno o que hay que rellenarlo respectivamente. Disponen también de un indicador de presión. El tanque de biomasa TK-109 además, posee un controlador de pH que controla la entrada del depósito de NaOH o del tanque HCl, para que según el valor de pH abra una u otra válvula con la finalidad de que en el tanque haya siempre un valor de pH neutro. 1.7.2 Fermentador El fermentador tiene integrado su propio control. El proceso de fermentación requiere un control de varias variables por ello dispone de la siguiente instrumentación y control: Control de temperatura de proceso Control de pH del medio de proceso Control de la presión en cúpula del biorreactor Control de la cantidad de O2 del medio Control de la velocidad de giro del agitador Control del caudal de gas aportado al medio Medida de espuma y adición de antiespumate Medida de densidad óptica del medio A todo esto se han añadido a la salida dos válvulas on/off que se abren cuando se ha cumplido el tiempo necesario del proceso.
1. MEMORIA 80 La válvula XV-01 es la que controla el proceso de fermentación y la válvula XV- 02 controla el proceso de lavado. 1.7.3 Intercambiador de calor En el intercambiador de calor solo hay un control de temperatura que envía una señal para abrir o cerrar más una válvula de globo según la temperatura de salida del caldo fermentado. Esto sólo es por si hay algún fallo ya que, el caudal necesario de agua que hay que enviar se ha calculado previamente y se ha construido el circuito a partir de la bomba P-118 y las pérdidas generadas para que de ese caudal. 1.7.4 Centrifugadoras y tanque pulmón La centrifugadora tiene un indicador de presión para así poder observar si se encuentra en el rango seguro. En la zona de descarga del precipitado, la centrifugadora contiene una válvula on/off que se abre pasados 600 segundos y deja caer el precipitado en un tanque pulmón que posee un transmisor de nivel conectado a la válvula de salida de este y así, en el momento en que se supera el nivel establecido, la válvula se abre y se envía el fluido al agitador. 1.7.5 Agitadores 1.7.5.1 Agitador A-101 En este agitador ocurren varios procesos, el lavado del caldo fermentado procedente del fermentador y la resuspensión en tampón de sonicación para mandarlo después hacia el disruptor. A diferencia del resto de tanques en los que se controla la salida con un transmisor de flujo, la salida del tanque de tampón de lavado se controla con un transmisor de nivel en el agitador A-101 en el punto donde se llega a tener un volumen de 100L de tampón de lavado. Cuando supera ese nivel, la válvula se cierra. Para la salida del fluido, el agitador posee varias válvulas on/off. La válvula XV-03 que recircula a la centrifugadora C-101, esta válvula está en marcha mientras se esté llevando a cabo el proceso de lavado. En el momento que se resuspende en tampón de sonicación se pone en marcha la válvula XV-04, que se abre pasado el tiempo establecido de resuspensión y envía el fluido al disruptor. El agitador tiene un transmisor de temperatura que regula el caudal de entrada de agua refrigerada en función de la temperatura del interior del agitador y el flujo de agua refrigerada que esté circulando en ese instante.
1. MEMORIA 81 Funciona de la misma manera que el control de temperatura del intercambiador, la cantidad de caudal necesaria para llegar a las especificaciones se ha calculado previamente y el circuito está preparado para generarlo. Por último, contiene un transmisor de presión con una válvula de seguridad en la que se ha indicado una presión de tarado. 1.7.5.2 Tanque de calentamiento HT-101 El tanque de calentamiento es un agitador pero que dispone de una resistencia que calienta el interior hasta 42ºC controlado por un transmisor de temperatura. Contiene un transmisor de presión con una válvula de seguridad en la que se ha indicado una presión de tarado. En este caso también hay un control de pH conectado a la válvula del depósito de NaCl que controla la cantidad de NaCl hasta que llega a tener un pH de 11. Tienen dos posibles salidas controladas por válvulas on/off con temporizador. No funcionan simultáneamente, depende de la etapa del proceso en que se encuentre. La válvula XV-04 envía el fluido al agitador A-102 y la válvula XV-07 lo envía hacia la centrifugadora C-103 donde se realizan las últimas etapas de la purificación. 1.7.5.3 Agitador A-102 La temperatura en el agitador se controla con la entrada de agua de refrigeración en función del caudal de esta y de la temperatura en el interior del tanque. Posee un controlador de pH que regula la entrada de HCl en el tanque, este está conectado a la válvula de salida del tanque de HCl, en el momento que llega a un valor de pH 4 se cierra la válvula. Como en el resto de agitadores y tanques tienen un control de presión con una válvula de seguridad tarada a una cierta presión. Tiene una única salida controlada por una válvula on/off con temporizador. 1.7.5.4 Agitador A-103 La estrategia de control de este agitador es muy similar a la del agitador A- 102, la temperatura, presión y salida se controlan de la misma manera.
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 89 2.1 INTRODUCCIÓN En el ámbito industrial la seguridad es un punto importante que tiene como objetivo minimizar los posibles riesgos para personas, instalaciones, servicios y medio ambiente. En la Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de prevención de Riesgos Laborales, normativa básica en materia de prevención se establece la aplicación de una acción preventiva a partir de la evaluación inicial de los riesgos sobre la seguridad y la salud de los trabajadores. Se deben lograr unas condiciones de trabajo controladas para reducir el riesgo de posibles accidentes. Es importante, para ello, que las actividades susceptibles de generar riesgos laborales sean integradas dentro de un plan de seguridad de la planta para evitar daños.
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 90 2.2 LEGISLACIÓN A continuación, se nombran las diferentes normas en materia de seguridad y salud laboral. Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria. Real Decreto 513/2017, de 22 de mayo, por el que se aprueba el Reglamento de instalaciones de protección contra incendios. Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión. Ley Orgánica 4/1981, de 1 de junio, de los estados de alarma, excepción y sitio. Real Decreto 664/1997, de 12 de mayo, sobre la protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos durante el trabajo. Real Decreto 486/1997, de 14 de abril, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo. Ley 8/2010, de 31 de marzo, por la que se establece el régimen sancionador previsto en los Reglamentos (CE) relativos al registro, a la evaluación, a la autorización y a la restricción de las sustancias y mezclas químicas (REACH) y sobre la clasificación, el etiquetado y el envasado de sustancias y mezclas (CLP), que lo modifica. Ley 9/2003, de 25 de abril, por la que se establece el régimen jurídico de la utilización confinada, liberación voluntaria y comercialización de organismos modificados genéticamente. Real Decreto 367/2010, de 26 de marzo, de modificación de diversos reglamentos del área de medio ambiente para su adaptación a la Ley 17/2009, de 23 de noviembre, sobre el libre acceso a las actividades de servicios y su ejercicio, y a la Ley 25/2009, de 22 de diciembre, de modificación de diversas leyes para su adaptación a la Ley de libre acceso a actividades de servicios y su ejercicio. REGLAMENTO REACH El Reglamento (CE) nº 1907/2006 (en adelante denominado REACH, acrónimo de Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de sustancias y mezclas químicas) entró en vigor el 1 de junio de 2007 y tiene como objetivo principal mejorar la protección para la salud humana y el medio ambiente frente al riesgo que puede conllevar la fabricación, comercialización y uso de las sustancias y mezclas químicas. En principio el REACH es de aplicación para todas las sustancias químicas presentes en la vida diaria ya sea como tales, en forma de mezclas o
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 91 contenidas en artículos, siendo, por tanto, de aplicación en sectores económicos de índole diversa. Para cumplir con las disposiciones del REACH las empresas deben identificar y gestionar los riesgos asociados a las sustancias que fabrican y comercializan en la Unión Europea. Deben demostrar cómo usar dichas sustancias de manera segura y comunicar toda aquella información relativa a las medidas de gestión de riesgos a las partes implicadas. [18] Para cumplir con estos objetivos el Reglamento REACH contempla los siguientes procesos: Registro (título II): se tendrá que registrar toda aquella sustancia fabricada/importada en cantidades iguales o superiores a 1 tonelada/anual. Evaluación (título VI): se evaluarán los riesgos para la salud y el medio ambiente de toda aquella sustancia que suponga un riesgo conforme a los criterios establecidos para la asignación de prioridades. Autorización (título VII): se deberá solicitar una autorización de uso para toda aquella sustancia considerada altamente preocupante conforme al Reglamento REACH. Restricción (título VIII): determinados usos de la sustancias estarán prohibidos o restringidos cuando supongan un riesgo inaceptable para la salud humana y el medio ambiente. [18]
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 92 2.3 IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS Al tratarse de una planta de pequeño tamaño los riesgos presentes van a ser bajos. Como no se trabaja con presiones elevadas ni sustancias químicas peligrosas no se consideran los riesgos asociados a estos aspectos. 2.3.1 Riesgo eléctrico Siempre que se trabaja con corriente eléctrica existe un riesgo, Las disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico están reguladas por el RD 614/2001. La seguridad de los trabajadores depende de la buena conservación de las instalaciones eléctricas y de su adecuada utilización. Es necesario seguir las normas escrupulosamente, sobre todo para evitar contactos directos con los equipos, las personas y también los fluidos de proceso. En este caso el riesgo está en los diferentes equipos conectados a red (congelador, liofilizador, resistencia eléctrica...) estando entre los riesgos más comunes, quemaduras, propagación de incendios o electrocución. 2.3.2 Riesgo por golpe de objetos proyectados El riesgo por golpe de objetos proyectados puede ser debido a fugas o rotura de algún elemento de los equipos a causa de un aumento de presión o a la falta de inspección de estos. Puede ocasionar en el personal heridas o quemaduras. 2.3.3 Riesgo relacionado con planta biotecnológica Con el fin de proteger la salud de los trabajadores de plantas biotecnológicas durante el desarrollo de sus actividades, existe el Real Decreto 664/1997, de 12 de Mayo sobre la protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos durante el trabajo, dentro del marco normativo de la Ley 31/1995, de 8 de Noviembre de Prevención de Riesgos Laborales. El mayor factor de riesgo que existe es que los agentes biológicos son capaces de desencadenar enfermedades. En esta planta se trabaja con agentes del grupo 1 que son aquellos que resulta poco probable que causen una enfermedad en el ser humano.
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 93 2.4 SISTEMAS DE SEGURIDAD 2.4.1 Medidas de seguridad contra las fugas 2.4.1.1 Distancia de seguridad Hay que guardar una distancia de seguridad entre los puntos que pudieran suponer un riesgo para otros equipos y para las personas que trabajen en las instalaciones. 2.4.1.2 Aislamiento de fugas El sistema será independiente en los diferentes tramos en que se halla dividido, de modo que en el caso de producirse una fuga en una zona de la instalación, no afecte al resto del proceso. 2.4.1.3 Juntas por estanqueidad Selección adecuada de tipo de juntas necesarias para que funcione de manera correcta la instalación y así minimizar el riesgo de fuga. No obstante, realizar un mantenimiento periódico. También es necesario evaluar las actuaciones que se deben llevar a cabo en caso de fuga. 2.4.2 Medidas contra incendios Existen alarmas de incendio que se activan cuando los detectores de humo se activan o al accionar manualmente el pulsador de alarma. Hay una red de incendios que se activa cuando se identifica fuego. Además se cuenta con los extintores que por ley tiene que haber. La fuente de abastecimiento podrá ser un depósito de reserva de agua y grupo de presión contra incendios, según norma UNE-23.500. Existencia de un plan de evacuación de las diferentes zonas con su correspondiente señalización. 2.4.3 Plan de emergencias Cada unidad tendrá su plan de emergencias, que considerará las emergencias que pueden producirse, la forma de controlarlas por parte del personal y la posible actuación de servicios externos. Se tendrá en cuenta la aplicación del Real Decreto de Accidentes Mayores. 2.4.4 Equipos de protección personal La empresa está en la obligación de determinar los puestos de trabajo en los que se deba recurrir a la protección individual y precisar las partes del cuerpo
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 94 a proteger así como el tipo de equipos de protección individual que deberán utilizarse. Deberá de dotar a todos los trabajadores de manera gratuita de los equipos de protección individual (EPIs) que el puesto de trabajo requiera. Cascos de protección. Protectores de los ojos y de la cara. Protectores del oído. Protectores de las vías respiratorias. Guantes de protección. Zapatos y botas de seguridad. Ropa de protección. Los equipos para la protección colectiva son los elementos que se instalan en la planta que protegen simultáneamente a todos los trabajadores expuestos a un determinado riesgo, bien cubriendo los elementos peligrosos o evitando el acceso a los mismos. Barandillas Sistemas de protección de incendios Barreras de aire que permiten que éste fluya en una sola dirección y a una velocidad constante creando una verdadera "cortina" que se conoce como flujo de aire laminar. Colocación de filtros cuya finalidad principal es atrapar las partículas contenidas en el flujo del aire. Habitualmente se emplean los llamados HEPA, que retienen con una eficacia del 99,97% partículas de hasta 0,3 micras de diámetro Equipo de auxilio de urgencia que comprende: o Un equipo de primeros auxilios. o Una ducha de emergencia para el cuerpo y una ducha para los ojos. Es necesaria una formación previa de uso de estos equipos para una mejor protección del personal. 2.4.5 Medidas específicas de una panta biotecnológica 2.4.5.1 Comportamiento en el área de trabajo y en lo respectivo a la manipulación de OMG Técnicas de laboratorio [25]:
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 95 Llevar siempre gafas protectoras en la zona de trabajo y cuando se manipulen agentes biológicos. Acceso limitado al espacio, permitiendo la entrada únicamente al personal autorizado. Limpieza y desinfección diaria de todas las superficies de trabajo, así como siempre que se produzca un derrame. Mantenimiento del espacio limpio y ordenado evitando utilizar los pasillos como almacén. Siempre debe quedar un espacio libre no inferior a 120 cm para poder evacuar el local en caso de emergencia. Evitar el empleo de libros y material de escritorio en el área de trabajo, ya que el papel contaminado es difícil de esterilizar. Recoger siempre agentes biológicos con guantes de látex o de silicona. Lavarse las manos tras la recogida de muestras. Está rigurosamente prohibido pipetear con la boca. El pipeteo se llevará a cabo con dispositivos especialmente diseñados al efecto, debiendo entrenarse adecuadamente al personal para su correcto uso Debe limitarse el uso de agujas hipodérmicas y jeringas, debiendo utilizarse únicamente las unidades ya montadas. No debe volver a ponerse la capucha a las agujas y éstas no deben ser dobladas ni separadas de la jeringa. Las agujas y jeringas usadas, así como los bisturíes, deben desecharse únicamente en contenedores especiales diseñados para este propósito. Cuando se centrifugue material biológico potencialmente infeccioso deben utilizarse tubos cerrados. La centrífuga deberá disponer de rotores o cestillos de seguridad que eviten la formación de aerosoles. La rotura accidental de un tubo y su vertido en la cubeta representa una incidencia importante que debe ser comunicada inmediatamente al responsable del laboratorio y al Servicio de Prevención de Riesgos Laborales, procediendo inmediatamente a la desinfección segura del equipo No deben utilizarse centrífugas que no dispongan de sistema de cierre de seguridad, ni manipular tales equipos de forma que puedan abrirse mientras están en funcionamiento y formar aerosoles Si el laboratorio dispone de ultracentrífugas, es fundamental llevar a cabo el equilibrado cuidadoso del rotor Los derrames y accidentes, como cortes y pinchazos, deben ser informados inmediatamente al responsable del laboratorio y al Servicio de Prevención de Riesgos Laborales, y hacerse constar por escrito
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 96 Cubrir heridas y lesiones con apósitos impermeables antes de comenzar el trabajo. Si las lesiones no pueden cubrirse adecuadamente, no exponerse hasta que curen Evitar el contacto de la piel con materiales potencialmente infecciosos. Para ello, cuando se manipulen muestras que contengan posibles agentes patógenos deberá usarse guantes de látex o de silicona, que deberán retirarse siempre antes de salir del área de trabajo Jamás se abandonará el laboratorio con los guantes puestos ni se cogerá con ellos el teléfono Tras quitarse los guantes, se procederá al lavado de manos utilizando jabones antisépticos Se usarán gafas protectoras y mascarillas faciales si existe riesgo de salpicaduras o de formación de aerosoles No deberán usarse lentes de contacto El personal con el cabello largo debe llevarlo recogido 2.4.5.2 Transporte del material biológico El transporte de las muestras dentro o entre plantas se realizará de tal modo que, en caso de caída, no se produzcan salpicaduras Se aconseja llevarlo a cabo en cajas herméticas o neveras portátiles. Estas cajas o neveras deberán ser rígidas y resistentes a los golpes, contar con materiales absorbentes en su interior y de fácil desinfección Se etiquetarán o identificarán de forma oportuna y no podrán ser utilizadas para otros fines Bajo ningún concepto se transportarán muestras a mano Cuando sea necesario transportar material biológico que pueda presentar riesgo de infección, se recurrirá a la utilización del sistema básico de embalaje. 2.4.5.3 Almacenamiento de muestras biológicas Las muestras biológicas deben almacenarse en zonas de acceso restringido, con el fin de minimizar la posibilidad de contaminación del personal o del ambiente 2.4.6 Mantenimiento y revisiones Hay que realizar inspecciones con una frecuencia establecida siguiendo los procedimientos de y control establecidos. Los principales objetivos del mantenimiento son:
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 97 Limitar el envejecimiento del material debido a su funcionamiento. Mejorar el estado del material, para su eficaz funcionamiento. Intervenir antes de que el coste de la reparación sea demasiado elevado. Eliminar o limitar los riesgos de averías en el material imprescindible para el proceso. Asegurar el buen estado de los servicios generales. Permitir la ejecución de las reparaciones en las mejores condiciones. Evitar los consumos exagerados. Suprimir las causas de accidentes. Minimizar los costos, mientras la instalación permanezca en activo. La actividad de mantenimiento se divide en tres bloques: Resolución de averías. Mantenimiento preventivo. Mantenimiento correctivo o de mejora.
2. ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD 104 INTERCAMBIADOR DE CALOR HT-101 Palabra guía Desviación Causas Consecuencias Acciones a tomar 5.3 Fugas en circuito de refrigeración de la válvula de control Flujo de fermentado 6.1 Válvula de salida del fermentador obturada 6.1 Gasto energético innecesario de agua de refrigeración 6.1 Control de flujo de refrigeración conectado a caudalímetro en la entrada de caldo del intercambiador 6.2 Mal funcionamiento de bomba P- 106
IMPACTO AMBIENTAL 3
3. IMPACTO AMBIENTAL 107 3.1 INTRODUCCIÓN Cualquier actividad industrial genera problemas tanto para el medio ambiente como para las personas que estén en las inmediaciones de la planta. El impacto ambiental puede ser positivo o negativo, dependiendo de si afecta al medio ambiente mejorándole o causándole mal; permanente o temporal, dependiendo de su duración; reversible o irreversible. La legislación ambiental ha desarrollado una serie de normas que persiguen unos objetivos: reducir al máximo la contaminación, proteger el medio ambiente, mantener la calidad de vida de los individuos, ahorrar energía y aprovechar los residuos obtenidos. Conociendo la legislación que debe cumplir un proyecto industrial en los diferentes niveles de organización: nivel europeo, nacional, regional y municipal; se van a identificar y cuantificar los diferentes puntos que contribuyen a dañar el Medio Ambiente y así poder proponer medidas para mejorarlo. El sistema de gestión ambiental constituye un conjunto de elementos administrativos y normativos que dentro de la estructura orgánica de la empresa llevan a cabo la planificación, la instrumentación, el control, la evaluación y el seguimiento de las acciones de protección y conservación del Medio Ambiente y del manejo adecuado de los recursos dentro del ámbito de la empresa y alrededores. La familia ISO 14000 está compuesta por un grupo de normas, cuyo principal fin es mejorar los resultados ambientales de una organización, sea cual sea su tamaño y grado de implantación en el mundo, ya que se trata de una norma internacional. De esta familia la única que establece requisitos para obtener un certificado es la norma ISO 14001. Esta norma engloba los aspectos ambientales a considerar en proyectos de industria.
3. IMPACTO AMBIENTAL 108 3.2 LEGISLACIÓN A continuación, se enumeran las normas generales de protección ambiental. UNIÓN EUROPEA Reglamento (CE) nº 401/2009 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativo a la Agencia Europea del Medio Ambiente y a la Red Europea de Información y de Observación sobre el Medio Ambiente Directiva 2010/75/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 24 de noviembre de 2010, sobre las emisiones industriales (prevención y control integrados de la contaminación). Directiva 2003/4/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 28 de enero de 2003, relativa al acceso del público a la información medioambiental y por la que se deroga la Directiva 90/313/CEE del Consejo. Directiva 2004/35/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 21 de abril de 2004, sobre responsabilidad medioambiental en relación con la prevención y reparación de daños medioambientales. ESPAÑA Constitución Española de 27 de diciembre de 1978. Ley Orgánica 10/1995, de 23 de noviembre, del Código Penal. Ley 27/2006, de 18 de julio, por la que se regulan los derechos de acceso a la información, de participación pública y de acceso a la justicia en materia de Medio Ambiente. Resolución de 25 de marzo de 2002, del Instituto de Contabilidad y Auditoría de Cuentas, por la que se aprueban normas para el reconocimiento, valoración e información de los aspectos medioambientales en las cuentas anuales. Real Decreto Legislativo 1/2016, de 16 de diciembre, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de prevención y control integrados de la contaminación. Ley 21/2013, de 9 de diciembre, de evaluación ambiental. Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire. Decreto 833/1975, de 6 de febrero, por el que se desarrolla la Ley 38/1972, de 22 de protección del ambiente atmosférico. CASTILLA Y LEÓN
3. IMPACTO AMBIENTAL 109 Decreto legislativo 1/2015, de 12 de noviembre, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Prevención Ambiental de Castilla y León VALLADOLID Reglamento regulador del servicio público de saneamiento municipal: Alcantarillado, Vertidos y Depuración, del Ayuntamiento de Boecillo (Valladolid)
3. IMPACTO AMBIENTAL 110 3.3 EVALUACIÓN SIMPLIFICADA DEL IMPACTO AMBIENTAL A continuación se muestran datos sobre los límites de emisión permitidos. La Tabla 3.1. Límites de emisión en industria. Fuente: Decreto 833/1975, de 6 de febrero, por el que se desarrolla la Ley 38/1972, de 22 de protección del ambiente atmosférico., muestra datos de emisión permitidos a nivel nacional y la Tabla 3.2., muestra los límites de vertidos en el municipio de Boecillo. Tabla 3.1. Límites de emisión en industria. Fuente: Decreto 833/1975, de 6 de febrero, por el que se desarrolla la Ley 38/1972, de 22 de protección del ambiente atmosférico. Tabla 3.2. Parámetros límite de vertidos en Boecillo. Fuente BoCyL
3. IMPACTO AMBIENTAL 111 3.3.1 Consumo de energía y agua Se ha realizado un cálculo energético de los diferentes equipos que intervienen en el proceso. Se puede ver el cálculo detallado en el ANEXO VI. Conociendo los kWh aproximados que consume la planta en un año se calcula el equivalente en kg de CO2 de la huella de carbono. [17] Tabla 3.3. Huella de carbono de los equipos de la planta. Fuente: elaboración propia. Gasto energético kWh Kg CO2 equivalente Kg de CO2/g biopolímero 29789,117 11021,970 5,863 Existen proyectos para compensar las emisiones de CO2 (reforestación y conservación de bosques, construcción de pequeñas centrales hidroeléctricas…) a los que se aporta una suma de dinero en función de las toneladas de CO2 equivalente emitidas. Faltaría sumar el gasto de energía que produce la calefacción y el agua caliente sanitaria, pero eso se encuentra fuera del alcance de este proyecto. El agua es la sustancia que más se consume en este proyecto, de diferentes formas, agua bidestilada, agua destilada, agua de red, agua de refrigeración. A continuación, se muestran los consumos de agua de la planta. Tabla 3.4. Consumo de agua de la planta L ciclo L año L año/g biopolíemero Agua bidestilada 419 23105 12,290 Agua destiladda 994 48594 25,848 Agua de red 2970 152970 81,367 Agua refrigeración 1200 - - El circuito de agua de refrigeración consiste en un circuito cerrado por lo que no se considera agua consumida, solamente en la puesta en marcha del proyecto. EL agua de red es fundamentalmente el agua de lavado. Tiene un mecanismo de control de la conductividad que permite recircular si no supera ciertos valores y así optimizar el consumo de esta.
3. IMPACTO AMBIENTAL 112 El resto de aguas no se recupera ya que forman parte de las etapas de producción y entran en contacto con el producto. Parte de esa agua pasa a ser biomasa residual. 3.3.2 Efluentes gaseosos Las únicas emisiones gaseosas del proceso son las emisiones de CO2 producidas por la fermentación de las bacterias. No se consideran contaminantes, no proceden de una combustión y no contribuyen al aumento del efecto invernadero. Además, el volumen de producción es pequeño. 3.3.3 Efluentes líquidos Tabla 3.5. Efluentes líquidos. Fuente: elaboración propia EFLUENTES LÍQUIDOS concentración de vertido mg/Nm3 Volumen L/año volumen L/g polímero producido Biomasa - 13755 7,317 Agua residual - 20500 10,904 Agua de lavado - 91782 48,820 Solución NaOH 10666666 30594 16,273 Solución HNO3 12607500 30594 16,273 La segunda columna de la Tabla 3.5 contiene datos de concentración de los diferentes vertidos. De los efluentes que aparecen indicados con guion no se pueden calcular datos ya que depende de cómo haya evolucionado la fermentación. La concentración de los efluentes de NaOH y de HNO3 se ha calculado a partir de los datos de lavado: 160g de NaOH por cada 15L de agua y 125 ml de HNO3 por cada 15L de agua. Es una concentración muy elevada. Además, el pH de ambas corrientes se sale de los límites establecidos indicados en la Tabla 3.2, que indica pH mínimo 6 y pH máximo 10, teniendo el efluente de disolución de NaOH un pH superior a 10 y la disolución de HNO3 un pH inferior a 6. Estas dos corrientes se envían al tanque TK-306. El volumen/año indicado se ha calculado teniendo en cuenta, como se indica en el apartado 1.5.2, que se hacen un total de 66 ciclos de fermentación y 12 ciclos de modificación de cada polímero.
3. IMPACTO AMBIENTAL 113 El volumen por gramo se obtiene teniendo en cuenta que al año se van a producir 1880 g de polímero. 3.3.4 Contaminación acústica La ley por la que se rige este aspecto es la Ley 37/2003, de 17 de noviembre, del ruido (BOE 18/11/2003). El principal causante de la contaminación acústica va a ser en este caso el ruido de los equipos, concretamente el ruido de las bombas y las bombas de vacío. Este problema se puede solventar mediante la incorporación de silenciadores de escape y de aspiración. 3.3.5 Impacto visual El impacto visual va a ser mínimo ya que se va a encontrar en el interior de una nave en un espacio reservado para la industria como lo es el Parque Tecnológico de Boecillo.
4. BALANCE ECONÓMICO 120 También en estos costes está incluido el gasto energético de los equipos. Se encuentra detallado en el anexo VI. Tabla 4.3. Costes variables Coste Fungibles 365.588,08 € 4.1.3 Costes fijos anuales El precio referido al personal engloba 3 técnicos y un responsable de la producción. Tabla 4.4. Coste anual en personal Coste en personal 117.490,32 € 4.1.4 Costes totales Tabla 4.5. Inversión inicial Inversión inicial (costes directos y costes indirectos) 982.553,35 € Tabla 4.6. Costes anuales Coste en fungibles 365.588,08 € Coste en personal 117.490,32 €
4. BALANCE ECONÓMICO 121 4.2 ESTUDIO DE LA RENTABILIDAD Para el estudio de la rentabilidad del proyecto se utilizan los siguientes parámetros: VAN (Valor Actual Neto): se basa en estudiar el movimiento de los fondos generados o consumidos por el propio proyecto, debe ser mayor que cero para que el proyecto sea rentable. Se calcula mediante la fórmula: 𝑉𝐴𝑁 =−𝐴+∑ 𝑄𝑗 (1+𝛱+𝑟)𝑛 𝑗=𝑛 𝑗=0 Ecuación 4.1 Siendo: A: Desembolso inicial. Qj: Es el flujo de caja anual en MM€. Π: Inflación esperada. r: Rentabilidad exigida. j :Es el tiempo para el que se estima el balance económico TIR (Tasa Interna de Retorno): Equivale a un tipo de interés anual para el cual el VAN se iguala a cero. Si el TIR es alto, estamos ante un proyecto empresarial rentable, que supone un retorno de la inversión equiparable a unos tipos de interés altos que posiblemente no se encuentren en el mercado. Sin embargo, si el TIR es bajo, posiblemente podríamos encontrar otro destino para nuestro dinero. 0=−𝐴∑ 𝑄𝑗 (1+𝑇𝐼𝑅)𝑛 𝑗=𝑛 𝑗=0 Ecuación 4.2 Para la realización del balance económico se fija una amortización de la planta a 10 años y unos impuestos de 35%.
4. BALANCE ECONÓMICO 122 Tabla 4.7. Datos del balance económico en MM€. Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A1. 0,98 A2. 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 A. -0,98 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 B1. 1,16 1,16 1,16 1,16 1,16 1,16 1,16 1,16 1,16 1,16 B2. -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 -0,48 B. 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 C1. -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 C. 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 D1. -0,20 -0,20 -0,20 -0,20 -0,20 -0,20 -0,20 -0,20 -0,20 -0,20 D. 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 E. -0,98 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 F. -0,98 -0,68 -0,38 -0,08 0,23 0,53 0,83 1,13 1,44 1,74 2,04 Tabla 4.8. Leyenda Tabla 26. Datos del balance económico en MM€. A1. Capital inmovilizado A2. Capital circulante A. Fondos invertidos B1. Ingresos por ventas B2. Costes B. Margen Bruto C1. Amortización C. Beneficio antes de impuestos D1. Impuestos D. Beneficio después de impuestos E. Fondos generados por las operaciones F. Movimiento de fondos. Flujo de caja
4. BALANCE ECONÓMICO 123 Tabla 4.9. VAN y TIR VAN: 0,97 MM€ TIR: 28% El precio del gramo de polímero se ha fijado ajustando el balance para que salga rentable el proyecto. Es decir, VAN>0 y TIR un valor mayor que la tasa mínima de rentabilidad exigida que es de 8%. 1,16MM€ al año de ingresos por ventas lo que implica la venta a 617,02€ gramo de polímero. Se trata de un producto de alto valor añadido debido a sus aplicaciones biomédicas.
PLIEGO DE CONDICIONES 5
5. PLIEGO DE CONDICIONES 127 5.1 OBJETIVO El objeto del presente Pliego de Condiciones es servir de base a la instalación y montaje de la planta industrial que se describe en este proyecto. Contiene las condiciones técnicas normalizadas referentes a los materiales y equipos, el modo de ejecución, medición de las unidades de obra y, en general, cuantos aspectos han de regir en los trabajos comprendidas en el presente proyecto. El contratista está obligado a ejecutar el proyecto según se especifica en el Pliego de Condiciones. Del mismo modo, la administración podrá conocer de forma detallada las diferentes tareas que se desarrollarán durante la ejecución del proyecto.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 128 5.2 PLIEGO DE CONDICIONES GENERALES El presente Pliego de Condiciones Generales tiene por finalidad regular la ejecución de todas las obras e instalaciones que integran el proyecto en el que se incluye, así como aquellas que estime convenientes su realización la Dirección Facultativa del mismo, estableciendo los niveles técnicos y de calidad exigibles, precisando aquellas actuaciones que correspondan según el contrato y con arreglo a la legislación aplicable, al Propietario de la obra, al Contratista o constructor de la misma, sus técnicos y encargados, al Ingeniero, así como las relaciones entre todos ellos y sus correspondientes obligaciones para el cumplimiento del contrato de obra. El Contratista estará obligado al cumplimiento de la Reglamentación del trabajo correspondiente, la contratación del Seguro Obligatorio, Subsidio Familiar o de Vejez, Seguro de Enfermedad y todas aquellas reglamentaciones de carácter social vigentes en el momento de la ejecución de los trabajos. 5.2.1 Definiciones Propietario: Se entenderá por Propietario aquel para el que el Contratista ejecutará los trabajos. Esta definición se extiende a los apoderados del Propietario y a sus representantes legales. Contratista: Es la persona natural o jurídica, cuya oferta fue aceptada por el Propietario, y con quien ha firmado el correspondiente contrato de ejecución. Comprende asimismo, a sus representantes legales, apoderados y sucesores expresamente aceptados por aquel. Subcontratista: Es toda persona, natural o jurídica, que tiene una relación contractual no laboral con el Contratista para ejecutar cualquier trabajo o prestar algún servicio, suministro o aprovisionamiento en relación con las obras, sin vinculación alguna con el Propietario, ante quien responderá por la actuación de aquel. Director de obra: Es la persona natural o jurídica designada por el Propietario para realizar las funciones de dirección de obra previstas, cuyo nombramiento será notificado por escrito al Contratista. Dirección facultativa: Estará formada por el Ingeniero-Director y por aquellas personas tituladas o no, que al objeto de auxiliar al Ingeniero-Director en la realización de su cometido, ejerzan, siempre bajo las órdenes directas de
5. PLIEGO DE CONDICIONES 129 éste, funciones de control y vigilancia, así como las específicas por él encomendadas. 5.2.2 Obras que se proyectan-disposiciones Las obras que se proyectan son las que se especifican en la Memoria y sus anexos, planos y presupuesto, y las necesarias para dejar totalmente terminados los trabajos objeto de este proyecto. Cualquier excepción o modificación de lo establecido en el Pliego requerirá la notificación por escrito y la aprobación correspondiente al propietario. 5.2.3 Interpretación de las distintas partes del proyecto En caso de contradicción entre los planos y el Pliego de Prescripciones Técnicas, prevalecerá lo indicado en este último. Lo mencionado en el Pliego de Prescripciones Técnicas y omitido en los planos o viceversa, habrá de ser aceptado como si estuviese expuesto en ambos documentos, siempre que, a juicio del director de obra, quede suficientemente definida la unidad de obra correspondiente y esta tenga precio en el contrato. En todo caso, las contradicciones, omisiones o errores que se adviertan en estos documentos por el Director de obra o Contratista deberán reflejarse en el acta de comprobación. 5.2.4 Trabajos preparatorios Los trabajos preparatorios para el inicio de las obras consistirán en: Comprobación del replanteo. Fijación y conservación de los puntos del replanteo. Programación de los trabajos. 5.2.4.1 Comprobación del replanteo En el plazo de quince días a partir de la adjudicación definitiva se comprobarán, en presencia del adjudicatario o de su representante, el replanteo de las obras efectuadas antes de la licitación, extendiéndose la correspondiente acta de comprobación del replanteo.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 136 Temperatura de operación (Toperación): Es el valor de la temperatura alcanzada en el interior del aparato o sistema en condiciones normales de funcionamiento a la presión de servicio. 5.3.3 Instalación mecánica 5.3.3.1 Tuberías Las tuberías que forman parte de las instalaciones receptoras han de ser de acero inoxidable 316, cuyo tamaño está normalizado en ASME B36.19M- 2004. Las tuberías de la parte del circuito de refrigeración, no van a ser de inoxidable, estas siguen la norma ASME B36.10M-2004. Presión de diseño: o Tubería conectada a un equipo: PDISEÑO=PDISEÑO EQUIPO o Línea con válvula de seguridad: PDISEÑO=PTARADO o Impulsión bomba: PDISEÑO=1,2(PMÁX,ASPIRACIÓN + ΔPPROYECTO,bomba) Temperatura de diseño: o Tuberías metálicas no aisladas (ANSI B 31.3) Si TFLUIDO<38ºC TDISEÑO=TFLUIDO Si TFLUIDO>=38ºC TDISEÑO=0.95·TFLUIDO o Tuberías metálicas con aislamiento externo: TDISEÑO=TFLUIDO o En ausencia de datos: TDISEÑO=TOPERACIÓN + 30ºC Pérdidas de carga aceptables cuando el fluido es un líquido: o Succión de bomba: -ΔP < 2 bar/km o Impulsión: -ΔP < 5 bar/km o Por gravedad: -ΔP < 0.3 bar/km El tiempo de vida útil de las tuberías es de 20 años. 5.3.3.2 Características: diámetros, longitudes y espesores Las medidas y tolerancias de los accesorios de inoxidable serán acordes con las características dimensionales del tubo al que han de unirse. Los accesorios para realizar soldadura TIG y los de soldadura manual deberán ser compatibles con el tubo al que han de soldarse. 5.3.3.3 Uniones La unión de los tubos tanto los de acero como los de acero inoxidable 316 se realizarán por soldadura TIG.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 137 El proceso de soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), es un tipo de soldadura por arco bajo la protección de gas con electrodo (no consumible), se usa un arco eléctrico como fuente de energía que se establece entre el electrodo no consumible y la pieza a soldar con la envoltura protectora del gas inerte. Cuando se usa material de relleno, éste se proporciona mediante el uso de varillas, de la misma forma que en la soldadura de oxiacetileno. Durante el proceso, la antorcha TIG debe estar conectada al polo negativo (-) y la pinza de masa al polo positivo (+). La ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre el oxígeno de la atmósfera y el baño de fusión. Los accesorios para la ejecución de uniones, derivaciones, codos, curvas, etc., mediante soldadura, estarán fabricados con inoxidable 316 de las mismas características que las del tubo al que han de unirse mediante soldadura TIG. Las uniones de los tubos entre sí y de éstos con los accesorios, se harán de acuerdo con los materiales en contacto y de modo que la ejecución de las operaciones se lleve a cabo de forma que no se llegue a provocar pérdidas de estanqueidad en las uniones. Durante el premontaje las uniones de acero inoxidable se realizarán mediante soldadura TIG, siempre que sea posible, y para el montaje in-situ mediante soldadura manual de aportación. 5.3.3.4 Elementos de sujeción de tuberías Las tuberías que se instalen, deberán estar conveniente sujetas a las paredes o techos mediante elementos de sujeción del tipo abrazaderas o soportes guía. El diseño de los elementos de sujeción mencionados, es decir, los abarcones y los soportes guía, ha de ser tal que cumplan las siguientes condiciones: El anclaje de la abrazadera ha de poder realizarse directamente a la pared, bien por empotramiento o bien atornillada con tacos de expansión. El anclaje del soporte-guía se realizará por empotramiento en la pared o techo. El sistema de fijación del abarcón a la tubería no ha de poder realizarse manualmente ni por presión, sino que para su montaje y desmontaje deberá utilizarse un útil adecuado (destornillador, llave fija, etc.).
5. PLIEGO DE CONDICIONES 138 El diseño del abarcón ha de ser tal que en ningún caso pueda producirse contacto de la tubería con la pared, techo o soporte. Los abarcones de sujeción que seguirán la norma AISI-304 INOX 18/10 A-2. Deben ser situados de tal manera que quede asegurada la estabilidad y alineación de la tubería. Han de estar construidos con materiales metálicos de probada resistencia mecánica y química (acero inoxidable 304 o 316L) no deberán estar en contacto directo con la tubería, sino que deberán aislarse de la misma a través de un revestimiento, banda de elastómero o material plástico preferentemente, o bien encintando convenientemente la tubería en la zona de contacto. 5.3.3.5 Pruebas para las tuberías Para todas las tuberías contempladas en este proyecto se realizarán las siguientes pruebas y comprobaciones en el lugar de emplazamiento: 1. Examen visual, control de espesores e identificación de los materiales. 2. Primera prueba de presión, en el caso de no haber sido probadas en el taller. 3. Prueba de los sistemas antes de la puesta en marcha. 4. Prueba hidrostática. Se deberá comprobar hidrostáticamente todas las líneas y equipos después de terminar la construcción del circuito, con los equipos interconectados entre sí (comprobación del sistema). El sistema se llenará con agua y se comprobará al menos a 1,25 veces la presión de diseño. Las válvulas de control y placas de orifico deberán quitarse de servicio, así como los instrumentos. Las válvulas de seguridad estarán aisladas. Las secciones cuyas presiones de prueba sean diferentes serán separadas mediante juntas ciegas temporales. Durante la prueba, se comprobará que no existen fugas, especialmente por las bridas atornilladas y por los asientos de las válvulas. 5.3.3.6 Instalación electroneumática Todos los materiales a emplear en la presente instalación serán de primera calidad y reunirán las condiciones exigidas en el Reglamento Electrotécnico para Muy Baja Tensión y demás disposiciones vigentes referentes a materiales y prototipos de construcción.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 139 Todos los materiales podrán ser sometidos a los análisis o pruebas, por cuenta de la contrata, que se crean necesarios para acreditar su calidad. Cualquier otro que haya sido especificado y sea necesario emplear deberá ser aprobado por la Dirección Técnica, bien entendiendo que será rechazado el que no reúna las condiciones exigidas por la buena práctica de la instalación. Los materiales no consignados en proyecto que dieran lugar a precios contradictorios reunirán las condiciones de bondad necesarias, a juicio de la Dirección Facultativa, no teniendo el contratista derecho a reclamación alguna por estas condiciones exigidas. 5.3.3.7 Canalizaciones eléctricas Los cables se colocarán dentro de tubos o canales, fijados directamente sobre las paredes, directamente empotrados en estructuras, bajo molduras, en bandeja o soporte de bandeja. Durante el desmantelamiento o el desplazamiento de elementos eléctricos se retirarán y modificarán todos aquellos soportes que requiera la nueva instalación. Todo ello bajo la autorización de la dirección de obra. Antes de iniciar el tendido de la red de distribución, deberán estar ejecutados los elementos estructurales que hayan de soportarla o en los que vaya a ser empotrada: forjados, tabiquería, etc. Deberá replantearse sobre ésta en forma visible la situación de las cajas de mecanismos, de registro y protección, así como el recorrido de las líneas, señalando de forma conveniente la naturaleza de cada elemento. 5.3.3.8 Condiciones para las válvulas Las válvulas serán del tipo que la dirección de la obra estime el más adecuado de cara a la línea y servicio en que vayan a ser instaladas. Estarán libres de defectos, irregularidades, etc., que puedan dificultar su instalación o montaje, o que puedan afectar negativamente a su comportamiento durante el proceso. Durante su instalación se tendrá especial cuidado de alinear correctamente los extremos con la tubería en la que vayan a ser instaladas. El apriete de los espárragos se hará con llave dinamométrica, previa introducción de las correspondientes juntas.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 140 Hay varios tipos de válvulas, todas ellas debidamente representadas en el diagrama P&ID según la Norma UNE EN-ISO 10628 de simbología de equipos. En el plano PFD 100 se indica el símbolo de cada una de ellas. Válvula de paso Válvula de globo Válvula de control Válvula antirretorno Válvula on/off Válvula de compensación Válvula de estrechamiento Válvula de seguridad Todas ellas tendrán el diámetro correspondiente a la tubería que acompañan. Las válvulas de seguridad serán de ¾” como mínimo. 5.3.3.9 Condiciones para las juntas Las juntas serán espirometálicas o de amianto encamisadas. Estarán libres de defectos, irregularidades, etc., que puedan dificultar su instalación o montaje, o que puedan afectar negativamente a su comportamiento durante el proceso. 5.3.3.10 Equipos de proceso Presión de diseño: o De 0 a 1 bara 3,5 barg o 1 bara la mayor de: Pdiseño = 1,1 · Poperación Pdiseño = Pshut off si hay una bomba aguas arriba y una válvula aguas abajo Pdiseño= Palivio (PSV) válvula de seguridad Temperatura de diseño: o T > 0 ºC La mayor de: Tdiseño = Toperación + 20 ºC Tdiseño = Tmáx.operación+ 5 ºC o T < 0 ºC Tdiseño = Toperación– 5 ºC Ratio L/D: o P < 17.5 barg L/D = 1,5 a 3 o 17.5 < P < 35 barg L/D = 3 a 4
5. PLIEGO DE CONDICIONES 141 o P > 35 barg L/D = 4 a 6 Presión máxima permisible del equipo: Presión de diseño. Para todos los tanques, agitadores y fermentador de esta planta, como no se trabaja con presiones altas, tendrá un valor de 3,5 barg. En caso de que supere dicho valor disponen de una válvula de seguridad tarada a la presión de diseño. El tiempo de vida útil de estos equipos es de 30 años. 5.3.3.11 Bombas Será capaz de suministrar el caudal a la presión que se detalla en la Memoria y anexo de diseño; será de las características específicas. La casa comercial suministradora de las bombas se responsabilizará del transporte e instalación definitiva y la comprobación del buen funcionamiento, según las pruebas que el Ingeniero Director estime oportunas. La parte en contacto de las bombas con el producto va a ser de acero inoxidable 316 a excepción de las bombas del circuito de refrigeración que será de otro material. Especificaciones de diseño indicadas en el anexo de diseño. Se dispondrá de al menos 2 bombas de recambio de cada tipo para cubrir posibles averías. 5.3.3.12 Condiciones para las purgas y venteos Las purgas y los venteos de las líneas y equipos principales serán de ¾” como mínimo, y dispondrán de válvulas de compuerta soldadas como elementos de cierre. 5.3.3.13 Elementos de seguridad Todos los aparatos y sistemas comprendidos en el presente proyecto deben ir provistos de los elementos de seguridad que prescriban los códigos de diseño empleados y los adicionales especificados en el manual de diseño. Todas las válvulas de seguridad deben ser de apertura total y sistema de resorte, debiéndose cumplir la condición de que la apertura total de la válvula
5. PLIEGO DE CONDICIONES 142 deberá ser ayudada por la presión del fluido evacuado, de tal manera que la apertura asegure una sección de paso a través de la válvula igual al 80 % de la sección neta de paso en el asiento después de la deducción de la sección transversal de los obstáculos en el orificio, debido a las guías y a la forma del cuerpo de la válvula en la posición de apertura máxima. No se permitirá el uso de válvulas de seguridad de peso ni de palanca de contrapeso. La descarga de las válvulas de seguridad deberá realizarse de tal forma que impida eficazmente que el fluido evacuado pueda producir daños a personas o cosas. Durante las inspecciones interiores periódicas de los aparatos o sistemas a presión la válvula o válvulas de seguridad que protejan dichos aparatos o sistemas se desmontarán y ajustarán para, a continuación, probarlas y precintarlas. 5.3.3.14 Lavado del equipos Esta operación tiene por objeto eliminar cuerpos extraños que, durante el montaje, hayan podido quedar en las líneas o en los equipos, tales como virutas de metal o de madera. Estos restos pueden provocar durante la operación atascos en las líneas, bloqueos en válvulas o destrozar partes móviles de las bombas. El lavado se llevará a cabo mediante circulación de agua, a la que previamente se habrá añadido la cantidad adecuada de inhibidor de corrosión. Las bombas habrán sido alineadas, comprobadas y rodadas de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Se instalarán en ellas filtros de aspiración, que deberán limpiarse tan a menudo como sea necesario. Mientras dure el rodaje de las máquinas se vigilarán estrechamente todos los aspectos relacionados con sobrecalentamientos, vibraciones, posibles fugas y consumo eléctrico de motores. Durante el lavado en los puntos bajos, líneas desconectadas, etc., se debe purgar para eliminar materiales sólidos. El cambiador de calor será incluido en el circuito al final de la operación, así como las conexiones a los instrumentos, teniendo sus purgas abiertas.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 143 Cuando se observe que los filtros instalados en las bombas han dejado de ensuciarse y el agua que se purga aparece limpia, puede darse por concluida la operación de lavado. Se parará entonces la circulación y se drenará completamente de agua el sistema. Por último, se instalarán las válvulas automáticas y las placas de orificio, verificándose su posición. 5.3.3.15 Comprobación de servicios auxiliares Red eléctrico Se comprobará la tensión de los equipos. Esta debe de ser de 220 V. Red contra incendios Se comprobará la llegada de agua a los hidrantes, así como el libre y rápido acceso a los mismos. También se comprobará que funcionan los detectores de humo. Esto se va a hacer al inicio, justo antes de la puesta en marcha de la planta y posteriormente como medida preventiva se realizará cada 6 meses. Sistema de drenaje Se comprobará que todos los drenajes y arquetas desalojan adecuadamente. Seguridad Se comprobará que todas las válvulas de seguridad estén instaladas sin discos ciegos ni cerrojos. 5.3.3.16 Requerimientos técnicos del contrato de mantenimiento Se realizará un contrato de mantenimiento preventivo y correctivo, al menos, de tres años. El mantenimiento preventivo implicará, como mínimo, una revisión anual. El contrato de mantenimiento de la instalación incluirá las labores de mantenimiento de todos los elementos de la instalación aconsejados por los diferentes fabricantes.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 144 Se definen dos escalones de actuación para englobar todas las operaciones necesarias durante la vida útil de la instalación, para asegurar el funcionamiento, aumentar la producción y prolongar la duración de la misma: - Mantenimiento preventivo - Mantenimiento correctivo Plan de mantenimiento preventivo: operaciones de inspección visual, verificación de actuaciones y otras, que aplicadas a la instalación deben permitir mantener, dentro de límites aceptables, las condiciones de funcionamiento, prestaciones, protección y durabilidad de la instalación. Plan de mantenimiento correctivo: todas las operaciones de sustitución necesarias para asegurar que el sistema funcione correctamente durante su vida útil. Incluye: - La visita a la instalación en los plazos indicados y cada vez que el usuario lo requiera por avería grave en la instalación. - El análisis y presupuestación de los trabajos y reposiciones necesarias para el correcto funcionamiento de la misma. - Los costes económicos del mantenimiento correctivo, con el alcance indicado, forman parte del precio anual del contrato de mantenimiento. Podrán no estar incluidas ni la mano de obra, ni las reposiciones de equipos necesarias más allá del período de garantía. El mantenimiento debe realizarse por personal técnico cualificado bajo la responsabilidad de la empresa instaladora. El mantenimiento preventivo de la instalación incluirá una visita anual en la que se realizarán, como mínimo, las siguientes actividades: - Verificación del funcionamiento de todos los componentes y equipos. - Revisión del cableado, conexiones, pletinas, terminales, etc. - Comprobación del estado de los módulos: situación respecto al proyecto original, limpieza y presencia de daños que afecten a la seguridad y protecciones. - Estructura soporte: revisión de daños en la estructura, deterioro por agentes ambientales, oxidación, etc.
5. PLIEGO DE CONDICIONES 145 - Instrumentación: estado de indicadores y alarmas. - Comprobación del estado de los elementos de seguridad. Las operaciones de mantenimiento realizadas se registrarán en un libro de mantenimiento. Garantías Ámbito general de la garantía: - Sin perjuicio de una posible reclamación a terceros, la instalación será reparada de acuerdo con estas condiciones generales si ha sufrido una avería a causa de un defecto de montaje o de cualquiera de los componentes, siempre que haya sido manipulada correctamente de acuerdo con lo establecido en el manual de instrucciones. - La garantía se concede a favor del comprador de la instalación, lo que deberá justificarse debidamente mediante el correspondiente certificado de garantía, con la fecha que se acredite en la entrega de la instalación. Plazos - El suministrador garantizará la instalación durante un período mínimo de tres años, para todos los materiales utilizados y el montaje. Para los módulos fotovoltaicos, la garantía será de ocho años. - Si hubiera de interrumpirse la explotación del sistema debido a razones de las que es responsable el suministrador, o a reparaciones que haya de realizar para cumplir las estipulaciones de la garantía, el plazo se prolongará por la duración total de dichas interrupciones.