Ingenieria de Procesos aplicada a la Biotecnología de Microalgas

Flujo absorbido volumétrico local

Igual que existe una distribución de irradiancias, teniendo en cuenta que ka·Cb·I expresa la absorción de irraciancia en el volumen, etonces ecurre que:

Flujo absorbido volumétrico

2.5 - Cuantificación del flujo fotónico absorbido y la eficiencia fotosintética

Flujo absorbido específico global global

Es el flujo absorbido en el volumen del reactor. Basta usar la expresión de la irradiancia promedio en vez la de la distribución:

Flujo absorbido específico local

Puesto que la concentración de biomasa Cb representa la cantidad de biomasa en la unidad de volumen, se puede obtener el flujo absorbido por unidad de biomasa (específico) de Fvol. De esta forma, podemos calcular el flujo específico local según:

Flujo absorbido específico

Flujo absorbido especifico global

Es el flujo absorbido promedio por unidad de biomasa (moles de fotones por gramo y segundo, E g-1 s-1). Se calcula a partir de la irradiancia promedio.

Usando la expresión del flujo absorbido en el fotobiorreactor y los coeficientes del apartado 1.6, podemos realizar el siguiente balance de fotones:

Evaluación de la eficiencia fotosintética

Vemos a continuación algunos parámetros que se pueden derivar de la irradiancia promedio y que permiten evaluar la eficiencia del funcionamiento de los forobiorreactores.

Examinando la ecuación diferencial de absorción de la radiación

Es obvio que ka·Cb·I expresa el diferencial de irradiancia absorbido en el diferencial de volumen. Puesto que ésto se deuce de la ecuación diferncial de la que hemos deducidos todas las expresiones de distribución de irradiancia e iiradiancia promedio, podemos hacer las siguents deducciones.

El flujo volumétrico es la velocidad de absorción de fotones por la bimasa en por unidad de volumen en cada punto del cultivo. Tiene como dimensiones moles de fotones por metro cúbico y segundo (E m-3 s-1). La expresión pede obtenerse para cada caso de los presentados usando la correspondiente expresión de distribución de irradiancias. Por ejemplo, en geometría plana iluminada perpendicularmente, la ecuación de flujo absorbido volumétrico es:

Que, de nuevo tomando como ejemplo la geometría plana con iluminación perpendicular, quedaría:

El flujo total absorbido en el fotrobiorreactor se obtiene multiplicando Fvol por el volumen de fotobiorreactor VR.

Que en la geometría plana iluminada perpendiclarmente que venimos usando como ejemplo es:

La unidades de Fabs son moles de fotones por gramo y segundo, E g-1 s-1.

Que en geometría plana es:

De donde se puede despejar el rendimiento efectivo del fotobiorreactor:

Que en condiciones ideales se acerca a 3 g de biomasa por mol de fotones, como vimos en el apartado 1.6. De esta forma podemos saber con qué eficiencia está funcionando el fotobiorreactor.

Igual que hemos comparado el flujo absorbido con la generación de biomasa, podriamos compararlo con la generación de O2 o el consumo de CO2 usando los coefcentes de rendimiento de los que disponemos.

Cuestiones

1 - Calcule el flujo absorbido volumétrico y específico en el centro de un fotobiorreactor plano de L= 12 cm lleno  de un cultivo de Cb=1,5 g/L (ka=0,25 m2/g) iluminado perpendicularmente por irradiancia directa de Io=800 µE m-2 s-1.

2 - Calcule el flujo absorbido volumétrico y específico en un raceway de profundidad L= 20 cm lleno  de un cultivo de Cb=0,5 g/L (ka=0,2 m2/g) iluminado  por iuna irradiancia  de Io=1800 µE m-2 s-1. que incide con 35º (desviación de la perpendicular.

3 - Calcule el flujo absobido volumétrico y específico en el lazo de un fotobiorreactor tubular de R= 4 cm lleno  de un cultivo de Cb=2,1 g/L (ka=0,21 m2/g) iluminado perpendicularmente por irradiancia difusa de Io=1500 µE m-2 s-1.

4 - Calcule el rendimiento en biomasa del FBR d ela cuestion 3 dabiendo que funciona en continuo en estado estacionario a D=0,01 h-1.

2.4 - Cuantificación del flujo fotónico absorbido y la eficiencia fotosintética