Evaluation of Microalgal Mortality in a centrifugal Pump of a Tubular Photobioreactor

Evaluación de la mortalidad de microalgas en una bomba centrífuga de un fotobiorreactor tubular

Las bombas centrífugas son de gran utilidad industrial y dentro de sus aplicaciones se puede encontrar el bombeo de fluidos que contienen microorganismos vivos en suspensión. Sin embargo, este tipo de bombeo puede afectar el desarrollo de los microorganismos, ya que genera altos esfuerzos cortantes, que no son soportables por sus paredes celulares, lo cual se traduce en una elevada mortalidad celular. En este artículo se analizó computacionalmente una bomba centrífuga utilizada para el bombeo de cultivos microalgales en fotobiorreactores tubulares. Para ello, se modeló la geometría tanto de la voluta como del impeler en CAD, para posteriormente efectuar una simulación en CFX según las condiciones de operación de un fotobiorreactor. La evaluación de la distribución de velocidad y de los esfuerzos cortantes dentro de la bomba llevó a concluir que es inviable la utilización de estos mecanismos de bombeo, dada la alta mortalidad que se puede presentar para ciertas especies microalgales, como es el caso de la Chaetoceros muelleri, en la cual su viabilidad se puede reducir hasta niveles del 52%.

INTRODUCCIÓN

Debido al elevado coste de los combustibles fósiles y a la creciente preocupación por su impacto medioambiental negativo, especialmente por su influencia en el cambio climático, existe un creciente interés por el uso de biocombustibles designados, como el biodiésel y el bioetanol (Rosello et al., 2007). El biodiésel es un combustible que puede obtenerse a partir de aceites orgánicos, vegetales o animales, mediante un proceso denominado transesterficación (Demirbas, 2007). Para la obtención de aceites vegetales podemos encontrar las plantas verdes y las algas cultivadas en sistemas abiertos o cerrados (fotobiorreactores). Para desarrollar de manera sostenible el cultivo y producción masiva de microalgas, es imprescindible conocer y definir algunos aspectos como el tipo de microorganismos que se van a utilizar, sus condiciones y requerimientos para un crecimiento óptimo, y la resistencia a diferentes variables ambientales. Los reactores cerrados o fotobiorreactores son los sistemas que ofrecen mayores garantías para el proceso por la facilidad de control de estas variables, que ayudan a conseguir las mejores condiciones para el correcto crecimiento y reproducción de las microalgas.

El desarrollo de la tecnología para producir biocombustible mediante cultivos de microalgas es importante en Colombia porque puede conducir a la sustitución de los combustibles derivados del petróleo y sus derivados, que cada vez son más escasos. Además, el proceso de obtención de biodiésel mediante el cultivo de algas favorece la disminución del calentamiento global; a través del secuestro de dióxido de carbono (CO₂) y la liberación de oxígeno (O₂).

Los primeros indicios de cultivos de algas se remontan a la época de la Segunda Guerra Mundial.