biorreactores , tarea

1. Arranque, construcción y validación de un
fotobiorreactor por lote con iluminación y
cinética para algas en crecimiento
Espinoza Carlo, Chin Gilda, Ortegon Felipe, Ortiz Nini, Leon David, Cahuich
Tamara.
1Departmento de ingeniería en Biotecnología, Facultad de ingeniería Química ,
Universidad Autónoma de Yucatán, Mérida , Yucatán, México.
Se realizó el arranque de un fotobiorreactor por lote de 3L para el cultivo de algas
utilizando un sistema de iluminación con lámparas fluorescentes. El diseño propuesto
utiliza el principio de elevación de aire para mejorar la circulación del cultivo e inducir
ciclos de luz / oscuridad a los microorganismos, esto se logró usando una bomba
peristáltica. Se usaron lámparas de luz fluorescente para distribuir los fotones en el
medio de cultivo y para tener una fuente de luz constante. El reactor se inoculó con
las cepas de algas Chlorella Vulgaris y Scenedesmus Obliquus . El reactor fue
operado bajo el modo de lotes y fue la concentración de biomasa fue monitoreada
diariamente . La tasa de crecimiento específico del fotobiorreactor se determinó y fue
de 0.011 h-1. El arranque del fotobiorreactor demostró ser eficiente y se validó al
comparar la cinética reportada en este trabajo con lo existente en la literatura .Por lo
que se comprobó que este sistema puede ser usado para la generación de biomasa
de algas para su uso en la producción de biocombustibles y otros bioproductos.
Palabras clave:fotobiorreactor , microalgas , cinética, arranque, construcción,validación.
Introducción
Dentrode las fuentesmásprometedorasde
biocombustiblesybioproductosse encuentranlas
microalgas,lascualestienenvariasventajassobre
otras fuentesbiológicascomomateriaprimapara
biocombustiblesybioproductos.Lasalgastienenuna
mayor tasa de producciónde petróleoparaser
cultivadasencomparaciónconlas fuentesde
bioenergíacomunescomoel maíz,la soja,lacolza,la
jatrophay otras (Chisti,2008).Otra característicade
lasalgas esque puede duplicarsubiomasaa unritmo
exponencial que requieremenossuperficie parala
producciónde biocombustiblesybioproductos
(Framptonaetal.,2013). Las microalgastambiénse
puedenusarpara capturar y reciclardióxidode
carbono ya que se requieren1,7kg de CO2 por cada
kilogramode biomasagenerado(Ghorbanietal.,
2014).

2. El reactor es el corazón de cualquier proceso de conversión en el cual
partiendo de un sustrato se utilice una fermentación o una enzima para
obtener un producto final. El diseño de biorreactores es una tarea compleja,
que depende de varios principios científicos y de ingeniería, así como muchas
reglas que rigen el correcto funcionamiento de estos equipos . Para que se
pueda dar la transformación del sustrato a nuestro producto final es necesario
conocer en qué condiciones se da la reacción que generará esta
transformación para poder especificar qué aspectos serán necesarios en
nuestro reactor , las operaciones que necesitamos controlar, así como otras
decisiones críticas que serán importantes como :
 La configuración del reactor
 El tamaño del reactor
 Las condiciones del proceso dentro del reactor
 El modo de operación
Reactor air lift 
Dentro de las fuentes más prometedoras de biocombustibles y
bioproductos se encuentran las microalgas, las cuales tienen varias
ventajas sobre otras fuentes biológicas como materia prima para
biocombustibles y bioproductos. Las algas tienen una mayor tasa de
producción de petróleo para ser cultivadas en comparación con las
fuentes de bioenergía comunes como el maíz, la soja, la colza, la
jatropha y otras (Chisti, 2008). Las microalgas también se pueden usar
para la producción de almidón y su posterior producción de etanol a
través de la fermentación de la levadura, logrando los mejores cultivos
disponibles (Harun et al., 2010). Otra característica de las algas es que
puede duplicar su biomasa a un ritmo exponencial que requiere menos
superficie para la producción de biocombustibles y bioproductos
(Framptona et al., 2013). Las microalgas también se pueden usar para
capturar y reciclar dióxido de carbono ya que se requieren 1,7 kg de
CO2 por cada kilogramo de biomasa generado (Ghorbani et al., 2014).
Hay varias ventajas de los fotobiorreactores sobre los sistemas de
cultivo de algas abiertos convencionales. Los sistemas cerrados
permiten un control más preciso sobre los parámetros críticos de
crecimiento de pH, incluidos el pH, la entrega de nutrientes, la intensidad
de la luz, la duración del ciclo de luz, la exposición a los rayos
ultravioleta y la mezcla (Kunjapur y Eldridge, 2010). Además, los
fotobiorreactores proporcionan un entorno aislado con una probabilidad
mucho menor de contaminación por otras cepas de algas o
microorganismos. Típicamente, estos reactores requieren menos tierra
para la misma producción de biomasa (Borowitzka, 1999). Finalmente,

3. los fotobiorreactores pueden extender el potencial de crecimiento de
unas pocas cepas de microorganismos actuales utilizadas en más de
miles de cepas de algas fototrópicas (Tredici, 1999).
Las áreas más importantes que se como (1) procesos de iluminación
eficientes, (2) suministro eficiente de dióxido de carbono y eliminación de
oxígeno, y (3) consumo de energía para una mezcla adecuada
(Clemens, 2009). La entrega de luz sigue siendo un problema desafiante
para la ampliación del fotobiorreactor. Los fotobiorreactores iluminados
en superficie requieren una gran relación entre el área de superficie y el
volumen para transmitir suficiente luz para soportar el proceso
fotosintético (Janssen et al., 2003). Las superficies extensas y
transparentes son muy difíciles y costosas de construir, y es más
probable que las células sean inhibidas por la cámara en el centro del
recipiente. La literatura incluye otros enfoques de iluminación interna
tales como guías de luz plásticas (Zijffers et al., 2008) o bombillas
fluorescentes internas rodeadas de contenedores de vidrio (Ogbonna et
al., 1996).