I. I.".
MARCO APLICATIVO Diagrama de Proceso de Producción de Biomasa
#ara describir el proceso de producción de biomasa de la microalga Chlorella $p. $e utili% utili%ó ó como como re&er re&erenc encia ia la metodo metodolog log!a !a real reali%a i%ada da por: por: '$ando '$andova vall (io&r! (io&r!o) o) Mar!a Mar!a *lexandra+) *lexandra+) para la producción producción y puesta en marcha marcha de un &otobioreactor cerrado cerrado para el crecimiento de la microalga microalga Chlorella $p. en el anexo anexo III.. $e presentan im,genes del proceso
Figura 9. Descripción de proceso de producción de biomasa.
Producción de biomasa
Obtención de la Microalga Chlorella sp.
Cultivo de inóculos
Cultivo de Escala Intermedia
Metodo de extracción y cuanticación de l!pidos
Método de cosecha
Cultivo a gran escala: Fotobioreactor
I.".". I.".". Obtención Obtención de la la microa microalga lga Chlorella Chlorella $p #ara obtener la cepa de Chlorella $p. es necesario investigar en -ue %onas puede ser encontrada) una re&erencia puede ser en el Municipio de Macuspana) estudios indican -ue en la aguna el /ason se ha llegado a encontrar esta cepa ) lo -ue indica -ue al ser obteni obtenida da la cepa cepa
esta esta se puede puede llega llegarr aisla aislarr en di&erent di&erentes es tipos de aguas aguas con el
propósito de observar su adaptación al medio y a las temperaturas -ue se encuentran.
I.".0. I.".0. Cultiv Cultivo o de Inócul Inóculos os 1na ve% -ue la cepa &ue aislada a nivel laboratorio y proporcion,ndole las óptimas condiciones se toma un inóculo puro de 233ml) el cual es resguardado en un &rasco de vidrio vidrio con tapa hermétic hermética) a) esterili%ad esterili%ado. o. Estos 233 ml de inóculo inóculo son divididos divididos en dos bote botell llas as de 233m 233mll cada cada una con con 023 023 ml de mues muestr tra a .
#rev #revia iame ment nte e se puede puede
determinar la densidad celular por medio de una c,mara 4eubauer) con ob5etivo de 63x. $eguidamente se obtiene un inóculo inicial lacual se obtendra de una de las botellas con 023 ml y misma -ue sera destinada para el escalamiento) porteriormente se le agrega 23 ml de medio 7uillar &80 modicado y se llega a mantener por 9 d!as previamente a la &ase de escalamiento) en donde estos pe-ueos cultivos tienen una iluminación de "333 lux y temperatura de "9; a 00; con aireación continua. Mientras -ue los otros 023 ml &ueron tomados para la preparación de una l!nea de cultivo como reserva.
I.".<. Cultivo de Escala Intermedia #ara el escalamiento del cultivo se reali%a en &rascos de vidrio y pl,sticos de di&erentes dimensiones) estos ya desin&ectados y esterili%ados) se determina la longitud geométrica) de acuerdo a las proporciones del tan-ue del &otobioreactor. El escalamiento se compone con un volumen de cultivo de <33 ml a 933ml) luego de 933 ml a 0.2 hasta llegar a los "0 o "2.
I.".6. Cultivo a gran escala: Fotobioreactor En esta etapa el &otobioreactor debe ser de material -ue sea resistente y transparente) el material de construcción seleccionado &ue el acr!lico) a continuación se mencionan sus caracter!sticas:
=ransparencia del >
1na ve% teniendo el &otobioreactor cerrado) de acuerdo a las variables -ue se consideran como es temperatura) ph) nutrientes) Co0) es en esta etapa del proceso de producción en donde se estar, monitoreando diariamente) durante "2 d!as) debido a -ue se considera un volumen de 62 . teniendo el &otobioreactor un ,rea de "233 cm 0..
#ara obtener este volumen es necesario reali%ar un nuevo escalamiento) -ue permita considerar m,s producción de microalgas) dando las condiciones óptimas.
*s! mismo el registro diario de las variables) con el n de obtener datos relevantes de la temperatura) -ue permitan tener datos re&erentes para determinar la trans&erencia de calor durante la noche o tarde.
I.".2. Método de Cosecha $eguidamente una ve% -ue el cultivo esté listo) se procede a utili%ar la técnica -ue permita concentrar la biomasa de la microalga) sin -ue se pierda la cosechaA la m,s usual para esta microalga es la de ltración) -ue es un proceso de separación de sólidos en suspensión de un cultivo l!-uido a través de un medio poroso o membrana con tamao de poro -ue tenga la capacidad de retener los sólidos.
I.".B. Identicación de las variables de la microalga Chlorella $p. a Chlorella $p) es un alga conocida por su capacidad de eliminar nutrientes del agua) tiene un alto crecimiento) con un di,metro entre las 0 y "3 micras. $us caracter!sticas principales de esta microalga son las siguientes:
o C e d o m u s n o C d F . 8 g m 3 3 3 " C 3 3 9 : &
Cico de u%# '"0:"0+
s o r t e m ó x u l 3 3 3 < # % u L Con"enido de acei"e 09 <0?
r o o C o t n e l l i r a m a e d r e D #
P$# a > con un óptimo de 9.0 9.
Tempera"ura# 02;C <3;C
!u"rien"es: 'medio de cultivo 7uillard) &ertili%ante org,nico+
Figura "3.Caracter!sticas de la microalga 'Mora) 0332+
I.".. Identicación de las variables en el &otobioreactor cerrado
os diseos de los &otobioreactores han sido sistemas -ue permiten notablemente la densidad celular) productividad) y la econom!a de los cultivos para distintas especies) en la siguiente tabla se mencionan las variables -ue son esenciales e instrumentos -ue se encuentran en un &otobioreactor. Ge acuerdo a las principales caracter!sticas -ue menciona *ndersen '0332+ y Mora '0332+. Taba &# Variabes ' carac"er(s"icas de )o"obioreac"or Variabe
Carac"er(s"ica Es uno de los &actores
Tempera"ura
ambientales m,s importantes -ue
*+uipo e
Tiempo de
Ins"rumen"o H=ermómetro digital
moni"oreo Giariamente) cada B horas.
a&ectan el crecimiento y desarrollo de los organismo vivos. El rango de p para la mayor!a de los cultivos de microalgas est, entre y >) con
P$
un rango óptimo de
#hmetro
Giariamente) cada B
o5as de ph
horas
9.0 a 9.. El medio de cultivo del &otobioreactor
!u"rien"es
$e agregar,
debe contener
,/alan%a anal!tica
nutrientes)
elemento como el
=an-ue receptor
constantemente) para
nitrógeno) o
mantenerlo estable.
derivados de este. Gepender, del
CO&
/omba de aireaciónJ
Cada < horas) con el
burbu5eo de 0.02
n de -ue no se
O08min.
acumule en el F/(
volumen del cultivo os sistemas de cultivos de microalgas
Iuminación
pueden ser
uxómetro
luxes : <333
iluminados por lu%
Cinta métrica
Cada "0 horas se
articial) lu% solar o
Aireación
I.&.
Ciclo de u%: "0 : "0
monitoreara.
ambas. Mantener las células en suspensión permite -ue éstas se acer-uen a la &uente de lu%) a aireación debe ser en un rango de 3.B" aire8min.
C-cuos de "rans)erencia de Caor en e )o"obioreac"or
#ara determinar si se perdió o se ganó calor durante el proceso de producción de biomasa del &otobioreactor) se calculó con la &ormula ya antes mencionada en la metodolog!a en el punto 0.0.0. y en la siguiente tabla se muestran las temperaturas obtenidas por estaciones del ao re&erente a la temperatura media) m,xima y m!nima. Taba . Promedio de Tempera"uras en /C
Empleando la &órmula de trans&erencia de calor por conducción de acuerdo a la ey de Fourier) cuando se trata de una sola pared plana) los datos obtenidos se mencionan en al siguiente tabla. En el anexo II.) se encuentra desarrollado las operaciones reali%adas.
Taba 0. P1rdida de caor por es"aciones en 2 #érdida de Calor por estaciones #rimavera Derano Otoo Invierno 2.2" 03.0> BB.>B <."
Este Ku5o de calor representa las temperaturas m,s relevantes del mes) en primavera la pérdida de calor es de 2.2" L en el mes de mar%o) en verano es de 03.0> L en el mes de ulio) mientras -ue en Otoo es igual a BB.>BL en el mes de noviembre) y en Invierno es de <." L en el mes de diciembre) lo -ue indica -ue si hay pérdida de calor y m,s en donde las temperaturas son m,s ba5as) durante la noche8madrugada) debido a -ue el &otobioreactor se encuentra iluminado durante el ciclo "0:"0.
Taba 3. Consumo de energ(a en a noc$e
#ara determinar el costo de consumo diario de energ!a) -ue se produce en el &otobioreactor) se tomó como re&erencia el precio de la lu% diarios el cual e-uivale a N>.>B P8h) segun los calculos reali%adosA presentes en el anexo III. Cabe mencionar -ue las temperaturas m!nimas reKe5an el ciclo de oscuridad) es decir durante la noche8 madrugada) y es donde se genera un consumo de lu% m,s alto y en costo la estación -ue menos consumo tiene es la de verano. I.&.4. 5eneración de "rans)erencia de Caor duran"e e d(a Taba 6. P1rdida de Caor por es"aciones en 2
Taba 7. Consumo de energ(a en e d(a.
Ge acuerdo a las tablas presentadas se determina -ue durante el d!a la pérdida es m,s signicativa) es decir) pérdidas m,s pe-ueas en las estaciones del ao) esto es debido a -ue el calor -ue es absorbido por las microalgas durante el proceso en el &otobioreactor) es por medio de la lu% solar) -ue permite -ue el calor llegue a las microalgas y por lo tanto se mantenga en las temperaturas adecuadas) durante el proceso. En el anexo ID. $e presentan los c,lculos reali%ados.
=ambién el consumo de energ!a es menos costoso) debido a -ue no se utili%a la energ!a) al "33 ?) ya -ue como se ha mencionado el ciclo de lu% para el &otobioreactor es de "0:"0. En el anexo D. $e muestra el desarrollo de los c,lculos.
I.8. Comparación de "rans)erencia de caor en pared compues"a En la siguiente tabla se muestra la pérdida de trans&erencia de calor durante el d!a y la noche) de acuerdo a las estaciones del ao. Taba 9. Comparación de caor d(a ' noc$e =rans&erencia de Calor por pared compuesta G!a 4oche #rimavera 3."2 L 3.02 L Derano 3.3 L 3.3> L Otoo 3.03 L 3.0> L Invierno 3.09 L 3.<0 L
Estos resultados indican -ue la pérdida de calor es menor) debido a -ue durante el proceso de operación del &otobioreactor y al tener un aislante -ue tiene una conductividad de 3."9 P8 m ) permite -ue el calor no se pierda del todo) esto puede deberse a -ue en los otros extremos del &otobioreactor se encuentran 6 &ocos de 03 P) estos hacen -ue si se pierde el calor de cierta &orma) sea nuevamente suministrado por lu% articial) lo -ue permite -ue el &otobioreactor sea &actible para el proceso de producción de biomasa) al mismo tiempo la lu% solar permite -ue el proceso de las microalgas se lleve a cabo sin ning@n problema. En el anexo B y se presentan el desarrollo de las operaciones.
Ge la misma &orma los costos son menores) ya -ue la pérdida de calor es muy m!nimo en la tabla siguiente se muestran los costos.
Taba 4. Comparación de consumo de energ(a
El consumo de lu% es menor) y por lo tanto signica -ue esta dimensión de &otobioreactor es &actible debido a -ue el material de construcción es de acr!lico el cual su precio es de: N"23.33) 'B3 x <3 cm+ y es re&erente a las dimensiones -ue se tienen para este &otobioreactor. 'Mercado libre: ,mina de acr!lico =ransparente+
#or lo tanto la) los resultados para la determinación de la trans&erencia de calor en el &otobioreactor durante la producción de biomasa) la m,s óptima puede ser tanto de pared compuesta como de una sola pared plana) debido a -ue la pérdida de calor son muy signicativas) y este diseo de &otobioreactor es &actible para llevar a cabo la producción de biomasa) siendo as! -ue la estación donde se pierde menos calor) es en verano y genera menos costo de energ!a) esto es debido a -ue las temperaturas son importantes para el desarrollo de producción de microalgas) de acuerdo al lugar en donde se esté reali%ando el proceso.
