Optimización de temperatura en reactores raceway para la producción de microalgas mediante regulación de nivel

Abstract

Resumen Además del pH y el oxígeno disuelto, otros pará-metros que afectan de forma considerable al creci-miento de las microalgas son la radiación solar y la temperatura. Una temperatura inadecuada reduce de manera notoria la productividad de biomasa en los fotobioreactores y puede incluso causar el colapso total de los cultivos. El control directo de la tempe-ratura en reactores abiertos a gran escala se consi-dera inviable debido a la gran cantidad de energía requerida, por lo que solo queda la opción de usar sistemas pasivos o semipasivos. Este artículo presen-ta un método indirecto para la optimización de la temperatura en estos sistemas mediante la variación del nivel del cultivo haciendo uso de predicciones meteorológicas. Palabras clave: Microalgas; Reactores abiertos; Optimización de temperatura 1. INTRODUCCIÓN La influencia de la temperatura en los cultivos de microalgas es un aspecto crucial, no solo en la producción de biomasa sino también en la elección de las zonas de producción, ya que pue-de afectar negativamente al cultivo cuando la temperatura supera ciertos límites [9]. Se ha de-mostrado que el efecto de las altas temperaturas es perjudicial para la producción de biomasa, como se describe en [2], donde se modela el im-pacto de las altas temperaturas sobre la activi-dad y la viabilidad de las algas. Por otro lado, las bajas temperaturas reducen el crecimiento hasta que se detiene, pero sin afectar negativamente a la salud celular. Es por ello que las altas tempe-raturas son más críticas. A pesar de que la influencia de la temperatura en el cultivo de microalgas en exterior está am-pliamente analizada y estudiada en la literatura, las técnicas de control de temperatura son es-casas [6]. Es posible encontrar algunos estudios de control de temperatura en fotobiorreactores cerrados, como en [11], ya que es posible insta-lar intercambiadores de calor en las columnas de burbujeo. Por otro lado, en [7], se propone un intercambiador de calor basado en el calor ob-tenido de los gases de combustión para calentar el volumen del reactor con fines de regulación de la temperatura. Sin embargo, aunque esta so-lución está disponible desde un punto de vista técnico, requiere una instalación compleja y costosa. Una de las técnicas más interesantes se presenta en [4], donde se utiliza una estrategia de optimización basada en un modelo de pre-dicción de la productividad de microalgas junto con previsiones meteorológicas. En este estudio, los caudales de cosechado y dilución se contro-lan para mantener la concentración de biomasa y la temperatura del reactor en sus valores óp-timos en dos zonas de Francia. Posteriormente, esta estrategia se utilizó en [5] para analizar la mejora de la productividad en la operación del reactor. En línea con el concepto presentado en [4] y [5], en este trabajo se presenta un metodo indirec-to para la optimización de la temperatura en reactores abiertos de tipo raceway a partir de la regulación del nivel de cultivo mediante un mo-delo de estimación del crecimiento de microal-gas y predicciones meteorológicas. El control del nivel de líquido en el reactor se realiza median-te los procesos de cosechado y dilución, siendo un método que no requiere el uso o instalación de nuevos dispositivos para enfriar o calentar el XLII Jornadas de Automática Ingeniería de Control 301 https://doi.org/10.17979/spudc.9788497498043.301