Diseño y simulación de un fotobiorreactor para el cultivo de la microalga Chlorella Vulgaris

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA - ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“Diseño y simulación de un fotobiorreactor para el cultivo de la microalga Chlorella
Vulgaris”
CURSO:
BIOTECNOLOGÍA
DOCENTE:
SOTO GONZALES, HEBERT HERNAN
ESTUDIANTE:
MERMA CHACCA, DONALD EFRAÍN


JULIO DEL 2020
AREQUIPA – PERU
ECUACIONES UTILIZADAS PARA EL DISEÑO
DEL FOTOBIORREACTOR
SIMULACIÓN DEL FOTOBIOREACTOR
 Simulación del fotobiorreactor usando la Dinámica de Fluido
Computacional (Computacional Fluid Dynamic, CFD).
 Se realizó en tercera dimensión, que consta de un cilindro de agua en el
que se inyecta aire en pequeños agujeros.
 En esta investigación fue utilizada una malla fina de 232339 nodos
RELACIÓN ÁREA
VOLUMEN
ECUACIÓN DE FENÓMENO DE
FUERZA ARRASTRE DE LA
BURBUJA
COEFICIENTE DE
ARRASTRE ( REYNOLDS)ECUACIÓN DE CONTINUIDAD
VISCOSIDAD DE
TURBULENCIA uTUR
DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN FOTOBIORREACTOR PARA
EL CULTIVO DE LA MICROALGA CHLORELLA VULGARIS
INTRODUCCIÓN
 Las microalgas reducen las emisiones de gases de carbono en dependencia de donde
haya sido cultivada.
 actualmente el uso de microalgas para la producción de biocombustibles no es una
alternativa energética sostenible debido a los altos costos.
 las microalgas producen 30 veces más combustible que las oleaginosas terrestres.
 la razón de la investigación es por la gran existencia de las microalgas Chlorella
vulgaris,
 presentan un alto poder calórico superior al de los cultivos de los que se derivan los
biocombustibles de primera generación.
 Las ventajas de su rendimiento dentro del biorreactor son, alta trasferencia de mas,
eficiencia fotosintética, bajo foto-inhibicion y foto-oxidacion, bajo costo, retenedor
de gases.
METODOLOGÍA
 Se utiliza una relación S/V de 0,33 cm²/cm³ como valor promedio.
 Tener carbono el cual es el nutriente más importante para el
crecimiento celular de los microorganismos.
 El control del tamaño de las burbujas suministradas es muy importante
para el crecimiento de la microalga y esta será controlado por una
válvula.
 La disponibilidad e intensidad de la luz son factores que se tomaron
para los organismos fotosintéticos.
 mantener su temperatura dentro de los rangos óptimos 25-28 °C.
OBJETIVO:
El objetivo de esta investigación es diseñar y simular el
comportamiento hidrodinámico del fluido dentro del
fotobiorreactor, con la herramienta del software Ansys Fluent.
Autores del artículo:
Yoandy González Lazo, Pedro Antonio Rodríguez-Ramos, Yisel Sánchez-
Borroto, Ana Teresa-Lombardi, Camila Candido (2019).
DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN FOTOBIORREACTOR PARA
EL CULTIVO DE LA MICROALGA CHLORELLA VULGARIS
RESULTADOS Y DISCUSIONES
 El diámetro más conveniente resultó ser el de 12 cm.
 la relación superficie-volumen fue de 0,4 cm²/cm³
 La simulación fue desarrollada con flujos volumétricos de 800, 950 y 1000 L/h.
 aumento notable en cuanto a la velocidad del líquido (flujo 950 L/h)
 movimiento del fluido dentro del fotobiorreactor se produce a velocidades
aproximadamente de 4 a 5 cm/s.
Dimensiones geométricas del fotobiorreactor de
columna de burbujas:
 Volumen = 4000 cm³,
 Radio = 6 cm,
 Altura = 35,4 cm,
 Área iluminada = 1333,3 cm³,
 Relación s/v = 0,33 cm²/cm³
Perfiles de velocidad, vectores de velocidad del líquido y vectores de
velocidad del aire para un flujo volumétrico de 800 L/h
Perfiles de velocidad, vectores de velocidad del líquido y vectores de
velocidad del aire para un flujo volumétrico de 950 L/h
velocidad y el trayecto del aire
suministrado dentro del
fotobiorreactor
ENSAMBLE DEL FOTOBIORREACTOR DE COLUMNAS DE BURBUJAS
AP-100L, voltaje 15V 60Hz, 230V 50Hz, presión nominal 0,18 gf/cm2 (bar)
(2,6psi), rendimiento nominal 101 LPM 97 LPM, corriente nominal 2,1 A-1,0 A,
potencia de entrada nominal,100 a 95 W, nivel de sonido 41 dB, peso 8,3 kgs (18,2
lb), dimensiones: Largo: 24,8; Ancho: 20,5; Altura: 24,5 cm.
CONCLUSIONES:
 los resultados de los flujos de análisis fueron
satisfactorios y no ocurrió muerte celular de
microorganismos.
 los resultados de este trabajo fueron similares a
otros trabajos referidos a este campo.
Autores del artículo:
Yoandy González Lazo, Pedro Antonio Rodríguez-Ramos, Yisel Sánchez-
Borroto, Ana Teresa-Lombardi, Camila Candido (2019).
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Diseño y simulación de un fotobiorreactor para el cultivo de la microalga Chlorella Vulgaris

  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA - ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL “Diseño y simulación de un fotobiorreactor para el cultivo de la microalga Chlorella Vulgaris” CURSO: BIOTECNOLOGÍA DOCENTE: SOTO GONZALES, HEBERT HERNAN ESTUDIANTE: MERMA CHACCA, DONALD EFRAÍN   JULIO DEL 2020 AREQUIPA – PERU
  • 2. ECUACIONES UTILIZADAS PARA EL DISEÑO DEL FOTOBIORREACTOR SIMULACIÓN DEL FOTOBIOREACTOR  Simulación del fotobiorreactor usando la Dinámica de Fluido Computacional (Computacional Fluid Dynamic, CFD).  Se realizó en tercera dimensión, que consta de un cilindro de agua en el que se inyecta aire en pequeños agujeros.  En esta investigación fue utilizada una malla fina de 232339 nodos RELACIÓN ÁREA VOLUMEN ECUACIÓN DE FENÓMENO DE FUERZA ARRASTRE DE LA BURBUJA COEFICIENTE DE ARRASTRE ( REYNOLDS)ECUACIÓN DE CONTINUIDAD VISCOSIDAD DE TURBULENCIA uTUR DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN FOTOBIORREACTOR PARA EL CULTIVO DE LA MICROALGA CHLORELLA VULGARIS INTRODUCCIÓN  Las microalgas reducen las emisiones de gases de carbono en dependencia de donde haya sido cultivada.  actualmente el uso de microalgas para la producción de biocombustibles no es una alternativa energética sostenible debido a los altos costos.  las microalgas producen 30 veces más combustible que las oleaginosas terrestres.  la razón de la investigación es por la gran existencia de las microalgas Chlorella vulgaris,  presentan un alto poder calórico superior al de los cultivos de los que se derivan los biocombustibles de primera generación.  Las ventajas de su rendimiento dentro del biorreactor son, alta trasferencia de mas, eficiencia fotosintética, bajo foto-inhibicion y foto-oxidacion, bajo costo, retenedor de gases. METODOLOGÍA  Se utiliza una relación S/V de 0,33 cm²/cm³ como valor promedio.  Tener carbono el cual es el nutriente más importante para el crecimiento celular de los microorganismos.  El control del tamaño de las burbujas suministradas es muy importante para el crecimiento de la microalga y esta será controlado por una válvula.  La disponibilidad e intensidad de la luz son factores que se tomaron para los organismos fotosintéticos.  mantener su temperatura dentro de los rangos óptimos 25-28 °C. OBJETIVO: El objetivo de esta investigación es diseñar y simular el comportamiento hidrodinámico del fluido dentro del fotobiorreactor, con la herramienta del software Ansys Fluent. Autores del artículo: Yoandy González Lazo, Pedro Antonio Rodríguez-Ramos, Yisel Sánchez- Borroto, Ana Teresa-Lombardi, Camila Candido (2019).
  • 3. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN FOTOBIORREACTOR PARA EL CULTIVO DE LA MICROALGA CHLORELLA VULGARIS RESULTADOS Y DISCUSIONES  El diámetro más conveniente resultó ser el de 12 cm.  la relación superficie-volumen fue de 0,4 cm²/cm³  La simulación fue desarrollada con flujos volumétricos de 800, 950 y 1000 L/h.  aumento notable en cuanto a la velocidad del líquido (flujo 950 L/h)  movimiento del fluido dentro del fotobiorreactor se produce a velocidades aproximadamente de 4 a 5 cm/s. Dimensiones geométricas del fotobiorreactor de columna de burbujas:  Volumen = 4000 cm³,  Radio = 6 cm,  Altura = 35,4 cm,  Área iluminada = 1333,3 cm³,  Relación s/v = 0,33 cm²/cm³ Perfiles de velocidad, vectores de velocidad del líquido y vectores de velocidad del aire para un flujo volumétrico de 800 L/h Perfiles de velocidad, vectores de velocidad del líquido y vectores de velocidad del aire para un flujo volumétrico de 950 L/h velocidad y el trayecto del aire suministrado dentro del fotobiorreactor ENSAMBLE DEL FOTOBIORREACTOR DE COLUMNAS DE BURBUJAS AP-100L, voltaje 15V 60Hz, 230V 50Hz, presión nominal 0,18 gf/cm2 (bar) (2,6psi), rendimiento nominal 101 LPM 97 LPM, corriente nominal 2,1 A-1,0 A, potencia de entrada nominal,100 a 95 W, nivel de sonido 41 dB, peso 8,3 kgs (18,2 lb), dimensiones: Largo: 24,8; Ancho: 20,5; Altura: 24,5 cm. CONCLUSIONES:  los resultados de los flujos de análisis fueron satisfactorios y no ocurrió muerte celular de microorganismos.  los resultados de este trabajo fueron similares a otros trabajos referidos a este campo. Autores del artículo: Yoandy González Lazo, Pedro Antonio Rodríguez-Ramos, Yisel Sánchez- Borroto, Ana Teresa-Lombardi, Camila Candido (2019).