Valores de luxes recomendados para el cultivo de microalgas

La actiidad fotosintética de las microalgas requieren de una fuente de luz, pero aun no se conoce con precisión la intensidad y la duración en exposición del cultivo, en el diseño de equipos se requiere tener una fuente de luz, en las horas diurnas la luminosidad se puede obtener por medios naturales, ubicando el equipo en sitios adecuados, en horas nocturnas se debe proporcionar la luminosidad por medios artificiales. La selección del tipo de luz se hace con respecto a los pigmentos que se presentan en cada microalga, y con base en este dato se selecciona el tipo de luz y la longitud de onda mas conveniente, la excesiva longitud de onda produce el efecto de fotoinhibición y la baja longitud de onda produce la fotooxidación, los daños celulares menores ocasionados por

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exposiciones largas pueden ser reparados si se coloca el medio de cultivo en la oscuridad, (Kommareddy, et al 2004).

La emisión de fotones en cada longitud de onda se seleccionan de acuerdo a la etapa de la fotosíntesis, y al tipo de luz elegido, cuando los fotones exceden de lo necesariamente requerido estos se convierten en energía térmica, para el caso de la investigación se clasifica a la Chlorella vulgaris como un microalga verde, la cual presenta como pigmentos mas representativos la Clorofila a y β-caroteno, las longitudes de onda mas adecuadas para alcanzar un alto nivel de eficiencia fotosintética las podemos lograr con LEDs que ofrecen una relativa baja eficiencia, luces fluorescentes y lámparas halógenas. Para el caso de la presente investigación se tendrán en cuenta los dos primeros, siendo los LEDs los mas adecuados por el bajo consumo de energía eléctrica y que con ellos podemos hacer mezclas de colores para lograr la longitud de onda adecuada. Se recomienda el uso de LEDs de luz roja al inicio del cultivo la cual maneja una longitud de onda pico cerca de 680 nm , y LEDS de luz azul en la fase de crecimiento puesto que esta penetra mas profundamente y maneja una longitud de onda entre 300 y 400 nm. (Kommareddy, et al 2004)

En investigaciones realizadas con intensidad de luz se presentan resultados de este efecto en cultivos de Chlorella vulgaris, la emisión de la luz se puede realizar por diversos medios, se han utilizado lámparas de diversos tipos en el diseño y fabricación de Fotobioreactores, la luz es utilizada para que la microalga realice la fotosíntesis, en este proceso efectuado por la microalga todavía no se ha precisado cual debe ser la intensidad y duración de la luz que se le debe aplicar a la biomasa, para obtener valores de crecimiento adecuados.

En investigaciones realizadas sobre efecto de la luz observable en el crecimiento de Chlorella vulgaris (Killam, et al 1956), se concluye que depende de las fases

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tempranas de crecimiento exponencial y muestran los siguientes valores de tasa de crecimiento:

En oscuridad presentó una tasa de crecimiento de 29%.

Exponiendo el cultivo a 20 luxes el crecimiento de la microalga fue de 46% con una intensidad luminosa de 480 luxes.

Presentó un crecimiento de 47%, exponiendo el cultivo a 1200.

Estos datos muestran una estimulación marcada de la tasa de crecimiento para bajos niveles de intensidad de luz de 20 luxes y una baja respuesta del crecimiento para incrementos en la intensidad de luz, los datos obtenidos por los investigadores fueron tenidos en cuenta para realizar el fotoperiodo de la presente investigación en horas nocturnas.

Otro estudio establece que para la microalga Chlorella Vulgaris el dato obtenido en los experimentos indica que un incremento en la intensidad de luz por encima de 250 ft-c (2690 luxes) a 300 ft-c (3228 luxes) no resultará en algún incremento en la tasa de crecimiento (Sorokin, et al 1957) (Figura 9).

Figura 9: Tasas de crecimiento de 5 especies de algas verdes medidas a intensidades de luz límite. Sorokin 1957

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Otro investigador estudió el crecimiento de Chlorella vulgaris en cultivo continuo en relación a algunos factores físicos y químicos, para este propósito, el medio de cultivo se preparó en agua de mar y el cultivo permaneció bajo 4 combinaciones de suministro de dióxido de carbono y sistemas de luz, (Sen, et al 2005).

Cuatro combinaciones de régimen de luz y suministro de CO2 fueron empleadas. Fase de luz de 24 horas y 24 horas de suministro de CO2

Fase de luz de 12 horas y 24 horas de suministro de CO2 Fase de luz de 24 horas y 12 horas de suministro de CO2 Fase de luz de 24 horas sin suministro de CO2

La intensidad de luz fue ajustada de 2000 a 3000 luxes utilizando lámparas fluorescentes, la validación del equipo de la presente investigación tomo el primer fotoperiodo, es conveniente a futuro poder realizar las otras pruebas.

Para aplicar al proyecto en curso se establece el uso de fuentes emisoras de luz

teniendo en cuenta la longitud de onda, el tipo de fuente y los luxes adecuados. 2.5.3. Cociente de Superficie/Volumen

El cociente superficie-a-volumen del fotobioreactor (es decir, el cociente entre la superficie iluminada del reactor y su volumen) determina la cantidad de luz que entra al sistema por unidad de volumen y el régimen de luz a el cual la población de células está sujeta y consecuentemente es uno de los mas importantes problemas en el diseño de fotobioreactores. Entre mas alta la proporción S/V, más alta es la concentración celular y la productividad volumétrica del cultivo en los cuales el reactor es operado. La concentración celular, alternadamente, influencia el medio que maneja, y hasta cierto punto, el nivel de la contaminación. El perfil de temperatura y el comportamiento hidrodinámico de la suspensión del

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cultivo también se ven afectados por este parámetro (Torzillo et al., 1997, Tredici et al., 1997, Weissman et al., 1988).

Por ejemplo, en sistemas tubulares de diámetro pequeño funcionando al aire libre, el tiempo requerido para alcanzar la temperatura óptima por la mañana se reduce, y por la tarde el volumen relativamente bajo del cultivo se enfría más rápidamente a temperatura ambiente en la noche, dando lugar a pérdidas respiratorias más bajas (Torzillo et al., 1997). Por estas razones, en años recientes hay una tendencia general hacia una reducción del diámetro de reactores tubulares y al espesor de paneles planos. Aun, debe ser precisado que aunque a una alta proporción de S/V los reactores pueden trabajar bien en el laboratorio, ellos

pueden llegar a ser extremadamente ineficaces cuando están

sobredimensionados. En una alta proporción de S/V todas las actividades volumétricas que dependen de la entrada de la energía lumínica por unidad de volumen (como la evolución de O2, absorción de CO2, agotamiento de nutrientes, excreción de metabolitos y producción de calor) el cultivo de microalgas cambia a una tasa alta, y ésta podría tener efectos negativos a largo plazo sobre la estabilidad del proceso. Estos efectos son raramente observados porque los experimentos no duran el tiempo suficiente para que lleguen a ser evidentes (Tredici et al., 1991), los anteriores inconvenientes en el manejo de la temperatura, y diámetro de tubos, para las condiciones del trópico se superaron en el diseño del fotobioreactor controlando las variables antes mencionadas.