ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE UNA COLUMNA DE BURBUJAS Y UN REACTOR TIPO AIR-LIFT

[pic 1]

TRABAJO FINAL DE BIO-PROCESOS

ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE UNA COLUMNA DE BURBUJAS Y UN REACTOR TIPO AIR-LIFT

JULIBETH ARIZA

YESID CLAVIJO

LINDYS FONSECA

KIARA MORENO

[pic 2][pic 3]

1. CONTENIDO

2        OBJETIVO GENERAL        

3        INTRODUCCIÓN        

4        MARCO TEÓRICO        

5        DISEÑO DE UN REACTOR TIPO AIR-LIFT        

5.1        DISEÑO CONCEPTUAL.        

5.1.1        PARAMETROS DE DISEÑO        

5.1.2        DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR        

5.1.3        CARACTERISTICAS HIDRODINÁMICAS.        

5.1.4        SELECCIÓN DE MATERIALES Y ACCESORIOS        

5.1.5        PLANO PRELIMINAR.        

6        DISEÑO DE UN REACTOR TIPO COLUMNA DE BURBUJEO        

6.1        DISEÑO CONCEPTUAL.        

6.1.1        ESPECIFICACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO.        

6.1.2        DIMENSIONAMIENTO HIDRODINAMICO        

6.1.3        SELECCIÓN DE MATERIALES Y ACCESORIOS        

6.1.4        PLANO PRELIMINAR.        

7        PARÁMETROS DE DESEMPEÑO        

8        SELECCIÓN DEL MEJOR REACTOR.        

9        REFERENCIAS        

1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar, evaluar y comparar el desempeño de reactores tipo air-lif y tipo columna de burbujeo para el cultivo del alga chlorela sp.

1. INTRODUCCIÓN

La microalga Chlorella sp al igual que la mayoría de las especies de su género, se encuentra en casi cualquier lugar del planeta y al ser un organismo fotosintético convierte la energía electromagnética en energía química.

La reacción que gobierna el proceso de fotosíntesis se puede describir a partir de la ecuación 3.1

[pic 4]

Donde el CO2 es la fuente de carbono y el agua el reductor que aporta el hidrógeno necesario para la biosíntesis de carbohidratos, obteniéndose además oxígeno como subproducto. Para el caso particular de las algas, el dióxido de carbono que se disuelve en agua puede ser H2CO3, HCO3- y CO32-.

El producto deseado en un fotobiorreactor es la biomasa, la cual puede ser utilizada para extraérsele una variedad de productos especializados (nutrientes, pigmentos, aceite). El carbono es el elemento principal de dicha biomasa, el cual forma parte del 45–50% del peso seco. Se estima que entre 1,65–1,83 g de CO2 son necesarios para la síntesis de 1g de biomasa de alga seca.

Entre las variables que afectan dicha producción se tienen la temperatura, pH, radiación luminosa, concentración de CO2, concentración de nutrientes, etc.

El concepto fundamental de fotobiorreactor se centra en equipos que permiten cultivos libres de contaminación y con la capacidad de proveer las condiciones básicas ideales para microorganismos fotótrofos como microalgas. Al contextualizar la definición en aspectos más técnicos, se pueden definir los fotobiorreactores (FBR) como contenedores o recipientes transparentes que tienen como ventajas operativas la capacidad de monitoreo de las condiciones de los cultivos y en algunos casos el control riguroso de las variables que intervienen en el proceso de producción, la disminución de la probabilidad de contaminación de los cultivos, el potencial de uso en procesos ambientales como la filtración de aguas, la captura de CO2, la obtención de biomasa y de compuestos de alto interés industrial.

El diseño de fotobiorreactores implica la aplicación de conceptos biológicos y su interacción desde el punto de vista de diseño e ingeniería.

1. MARCO TEÓRICO

Las microalgas marinas son productores primarios y como tales cumplen una función esencial en esos ecosistemas. Su importancia en el consumo humano se basa en su contenido de ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga.

Las algas han sido utilizadas ampliamente en procesos de biorremediación con el fin de remover metales pesados y materia orgánica. Los componentes de su pared celular contribuyen a su capacidad para retener variados contaminantes ambientales presentes en cuerpos de agua. Es deseable obtener suficiente biomasa algal para poder aplicarla al desarrollo de materiales biosorbentes.

Chlorella sp., es un alga verde de forma elipsoidal, la cual crece en forma de células simples. Pertenece a la división Chlorophyta y a la clase de las Chlorophyceae. Se ha cultivado de forma intensiva con fines de alimentación y obtención de metabolitos. El sistema por lote es el más utilizado a gran escala por su bajo riesgo de contaminación y fácil implementación. El cultivo por lotes resulta adecuado para la obtención de biomasa de Chlorella sp observándose un ajuste lineal para la cinética de crecimiento. [1]

Los fotobiorreactores actuales para la producción masiva se quedan cortos en facilitar el máximo potencial, pueden ser horizontales o verticales serpentines, y fotobiorreactores de paneles delgados horizontales o inclinados. Los tanques de cultivo abierto desarrollados en los 50's todavia se utilizan para casi toda la producción de algas, porque tanto la inversión de capital como los costos de mantenimiento de operación son bajos pero son difíciles de controlar las condiciones de cultivo. [2]  

El éxito de la producción de biomasa y compuestos químicos por las microalgas dependen de gran forma del diseño de los fotobiorreactores. Un fotobiorreactor es un dispositivo técnico cerrado diseñado para producir microorganismos fotosintéticos en colaboración con los requerimientos óptimos de luz, mezclado, transferencia de momento, masa y calor. Se refiere a un sistema cerrado, ya que este se encuentra asilado del medio ambiente sin intercambio de gases y fuentes de contaminación externas. Los FBR presentan mayores ventajas que los sistemas cerrados siendo el control de las condiciones de cultivo la de mayor importancia. Considerando también los factores económicos, los FBR son hoy en día reconocidos por su alta producción de biomasa y bajo costo comparados a los sistemas abiertos. El crecimiento de las algas en un fotobiorreactor reduce el riesgo de contaminación, mejora la reproducibilidad de las condiciones de cultivo, brinda un mayor control de las condiciones hidrodinámicas y temperatura, además de permitir un diseño técnico apropiado. Este diseño puede ser plano o tubular y adoptar una gran variedad de configuraciones y modos de operación, además de ofrecer una mayor productividad y calidad de la biomasa generada. Sin embargo, a pesar de la viabilidad de los FBR, los cuales han estado bajo condiciones de desarrollo durante la década pasada, solo algunos pueden ser utilizados para la producción de biomasa y metabolitos de interés. Por ello, el objetivo de este artículo de revisión es presentar de manera crítica información acerca de los distintos diseños de fotobiorreactores, así como de los factores de cultivo que afectan a las microalgas. [3]

1. DISEÑO DE UN REACTOR TIPO AIR-LIFT

1. DISEÑO CONCEPTUAL.

Los reactores tipo Airlift conocidos también como biorreactores de elevación con aire o en rizo, se han utilizado para el cultivo de células bacterianas y levaduras, fermentaciones con hongos, cultivo de células animales y vegetales, enzimas inmovilizadas y biocatalisis celular, cultivos de microalgas y para el tratamiento de aguas residuales.

Son una variación de los reactores tubulares; la principal diferencia entre los reactores Airlift y las columnas de burbujeo radica en el tipo de flujo del fluido o mezcla gas-líquido. En la columna de burbujeo o en el FBR tubular, no se controla el patrón generado por la interacción entre el gas y el líquido. Por el contrario, en los reactores tipo Airlift (ARL), diseño que cuenta con dos tubos concéntricos, el cilindro interior riser permite canalizar el flujo de aire y por lo tanto de la mezcla gas-líquido, generándose flujo ascendente.

...