Problema dirigido

Biotecnología de procesos aplicada al cultivo de microalgas.
Guión para el diseño de fotobiorreactores limitados por luz.
Puede anotar los resultados en los huecos para usarlos después en el trabajo de evaluación.
1. Calcule el ka en m2/g de una microalga de la que se ha obtenido la siguiente relación
absorbancia-concentración obtenida a 517 nm en una cubeta de 1 cm de paso óptico.
Cb (g/L)
A (Log(Io/I))
0.043
0.0215
0.085
0.0425
0.117
0.0585
0.256
0.1280
0.345
0.1725
0.480
0.2400
0.635
0.3175
0.917
0.4410
1.210
0.5450
2.450
0.9330
2. Busque los datos de ka vs a contenido en pigmentos (xp) de Isochrisys galbana que aparecen
en el artículo “A mathematical model…” y obtenga un polinomio de segundo orden que
correlacione ka con xp (algo como ka=A+B·xp+ C·xp2).
3. Escriba la ecuación que da la irradiancia promedio, Iav, en una cubeta paralelepipédica en
función de la concentración. Considere el Ka obtenido en el ejercicio 1. Obtenga la
irradiancia promedio en una cubeta de 10 cm de paso de luz, Iluminada con una irradiancia
incidente Io=1000 µE m-2 s-1 que tiene un cultivo de una concentración de 1,2 g/L.
4. Escriba la ecuación (o ecuaciones) que da Iav en función de Cb y Ka en un sistema cilíndrico
(ver el artículo “Evaluation of photosynthetic efficiency…) para las condiciones del ejercicio
3.
5. En la siguiente tabla se presenta la velocidad específica de crecimiento observada a diferentes
concentraciones de biomasa en ciertos experimentos llevados a cabo con iluminación
incidente Io=1600 µE m-2 s-1. Se acompañan los datos de ka. Calcule Iav en cada caso usando
la fórmula de la geometría plana (cubeta o “pecera”) lo L=10 cm.
µ (h-1)
ka (m2/g)
Cb (g/m3)
Iav
0.0058
0.1169
2120
0.0123
0.1015
1430
0.0191
0.0795
1095
0.0236
0.0861
880
0.0238
0.0822
890
0.0240
0.0843
885
0.0244
0.0902
865
0.0306
0.0824
725
0.0355
0.0547
520
0.0405
0.0419
185
6. Obtenga los parámetros de regresión del modelo de Camacho-Rubio para los datos µ vs Iav
que acaba de obtener. (Puede usar otro modelo si lo prefiere).
7. Usando el modelo obtenido y sabiendo calcular Iav calcule la velocidad específica de
crecimiento se observaría en una cubeta de L=8 cm con 1200 g/m3 de biomasa si la
irradiancia incidente es 1500 µE m-2 s-1?
8. En el mismo caso calcule qué Cb correspondería a una µ=0.025 h-1?
9. En el análisis de reactores es muy importante conocer la relación µ vs Cb, y la relación Pb vs
Cb (ó Pb vs µ) (Pb es la productividad volumétrica que se calcula como Cb·µ ó Cb·D).
Supongamos que quiere poner en continuo la cubeta plana del ejemplo (L=8 cm) con Io=1500
µEm-2s-1. Para decidir la D óptima haga lo siguiente:
•
•
•
•
Calcule Cb para varios valores de D entre 0 y µmax (al menos 5 valores, pero cuantos más mejor).
Calcule Pb correspondiente a cada uno de esos estados estacionarios.
Represente Cb y Pb frente a D (recuerde que µ-m=D en EE) usando como m un 10% de µmax.
Elija el valor de D que hace máxima Pb. Esa es la Doptima.
10. Finalmente, con el valor de máxima productividad, puede vd. calcular la generación de
oxígeno y el consumo de CO2 con los coeficientes presentados en el Tema 1 (apartado 1-6).
Estos datos le permitirán dimensionar los dispositivos de intercambio de gases
(desgasificador).
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Emilio Molina Grima – Francisco Gabriel Acién Fernández – Jose Maria Fernández Sevilla