A mathematical model of microalgal growth in light‐limited chemostat culture

Grima, E. Molina; Camacho, F. Garcı́a; Pérez, J.A. Sánchez; Sevilla, J. M. Fernández; Fernández, Francisco Gabriel Acién; Gómez, Antonio Contreras

doi:10.1002/jctb.280610212

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“…Esta cinética con exponente n del cociente de irradiancias constituye una simplificación del empleado previamente por Molina Grima et al (1994. La irradiancia promedio es función de la concentración instantánea.…”

Section: Modeladounclassified

“…Sobre consideraciones simplificatorias basadas en la configuración de la unidad experimental se propone luego un modelado del crecimiento de la biomasa en sus fases exponencial y lineal, introduciendo el efecto de atenuación en las etapas de media y alta concentración mediante una variante simplificada de la cinética propuesta previamente por Molina Grima et al (1994), obteniéndose resultados estadísticamente satisfactorios.…”

Section: Introduccionunclassified

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Modelado de la Producción de Biomasa Microalgal en un Fotobiorreactor de Burbujeo Anular y Configuración Variable

et al. 2017

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ResumenSe presenta el modelado de los datos empíricos obtenidos en el cultivo de microalgas marinas (Phaeodactylum tricornutum y Tetraselmis sp.) en un fotobiorreactor de escala piloto de tubos concéntricos verticales con burbujeo en el espacio anular. El reactor empleado permite alternar entre dos configuraciones que involucran diferentes volúmenes y modelos de flujo. Se ha podido concluir acerca del efecto que sobre la producción de biomasa provoca un aumento del volumen de cultivo en desmedro de la captación de energía lumínica. Para considerar el efecto de ensombrecimiento de células a media y alta concentración sobre la velocidad de crecimiento se propone un modelo con afectación simple de la ecuación cinética de reproducción exponencial. Palabras clave: producción de biomasa, microalgas, fotobiorreactor, modelado, ensombrecimiento mutuo Modeling of Microalgae Biomass Production in a Variable Configuration Annular Bubbling Photobioreactor AbstractThe results of the modeling of empirical data relative to marine microalgae cultures (Phaedactylum tricornutum and Tetraselmis sp.) in a pilot photobioreactor of two vertical concentric tubes with bubbling in the annular space, are presented. The geometry of this reactor switches between two configurations involving different culture volume and different hydrodynamics. The effect on biomass productivity that provokes an increasing in volume of culture at the expense of diminishing the capture of light energy has been analyzed. Finally, to consider the influence of shadowing of the cells on the biomass increment at medium and high concentration, a model is proposed with involvement of the exponential growth kinetic equation.

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Section: Modeladounclassified

Section: Introduccionunclassified

Modelado de la Producción de Biomasa Microalgal en un Fotobiorreactor de Burbujeo Anular y Configuración Variable

et al. 2017

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“…Grima et al (1994), propuseram um modelo matemático para o crescimento contínuo de uma cultura microalgal limitada por luz, utilizando o coeficiente de absorção da biomassa. O modelo reproduziu os estados estacionários atingidos e o comportamento dinâmico do sistema.…”

Section: Ufscar -São Carlos -Sp 16 a 19 De Julho De 2017unclassified

COMPORTAMENTO DO CRESCIMENTO DE Chlorella sorokiniana EM ESCALA LABORATORIAL E AMPLIADA

Araújo¹,

Montanhim²,

Lombardi³

2017

Blucher Chemical Engineering Proceedings

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RESUMO -Microalgas são organismos fotossintetizantes, cuja biomassa possui alto valor agregado, já que é rica em biomoléculas atrativas a vários ramos da indústria. Além disso, têm sido organismos alvo de empresas no processo de mitigação de carbono. O cultivo em larga escala ainda apresenta muitos desafios para os pesquisadores, como alto custo do processo como um todo, coleta da biomassa e fatores abióticos limitantes. Assim, a modelagem matemática pode proporcionar respostas para variáveis utilizadas durante um cultivo. O objetivo do presente trabalho foi representar parâmetros de biomassa por um modelo com comportamento exponencial, ajustando os parâmetros a fim de descrever o crescimento da microalga em relação ao tempo. Foram realizados cultivos da microalga Chlorella sorokiniana em escala laboratorial e ampliada. Com o auxílio do software Igor aplicou-se o ajuste de Boltzman utilizando-se os dados de clorofila a (mg L -1 ) e densidade óptica, mensurados diariamente. O modelo empregado descreveu o crescimento da microalga nas fases exponencial e estacionária de crescimento, mostrando-se adequado e evidenciado tais estágios de crescimento. INTRODUÇÃOAs microalgas planctônicas apresentam atributos biotecnológicos tal qual rápida velocidade de crescimento e versatilidade metabólica, tornando-as organismos promissores para produção comercial de compostos com alto valor agregado (BOROWITZKA e MOHEIMANI, 2013).Microalgas são uma fonte atrativa de biomassa para a produção de energia e biomoléculas, já que não competem com a agricultura na produção de alimentos e possuem maior rendimento energético por área do que as plantações terrestres tradicionais. No entanto, o sistema de cultura, o enriquecimento com nutrientes, necessários na formulação do meio nutritivo e o sistema de coleta de biomassa, podem tornar-se fatores impeditivos à viabilidade econômica da produção de biomassa algal (CLARENS et al., 2010;LUNDQUIST et al., 2010).Considerando o comportamento do cultivo e a produtividade, a modelagem matemática desempenha a condição de oferecer respostas para parâmetros utilizados. O desenvolvimento

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“…The algae cells closer to light source receive higher irradiance than cells further away. Grima et al proposed an empirical relationship between light attenuation and biomass concentration, and verified its accuracy for several types of freshwater microalga, P. tricornutum [19]. The model was later validated for different algae species and photobioreactor orientations in literature [20].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Dynamic Optimization Model for Designing Open-Channel Raceway Ponds for Batch Production of Algal Biomass

Yadala

2016

Processes

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This work focuses on designing the optimum raceway pond by considering the effects of sunlight availability, temperature fluctuations, and harvest time on algae growth, and introduces a dynamic programing model to do so. Culture properties such as biomass productivity, growth rate, and concentration, and physical properties, such as average velocity, pond temperature, and rate of evaporation, were estimated daily depending on the dynamic behavior of solar zenith angle, diurnal pattern of solar irradiance, and temperature fluctuations at the location. Case studies consider two algae species (Phaeodactylum. tricornutum and Isochrysis. galbana) and four locations (Tulsa, USA; Hyderabad, India; Cape Town, South Africa; and Rio de Janeiro, Brazil). They investigate the influences of the type of algae strain and geographical location on algae biomass production costs. From our case studies, the combination of I. galbana species grown in Hyderabad, India, with a raceway pond geometry of 30 cm channel depth, about a meter channel width, and 300 m in length, and a harvest interval of every six days yielded the minimum algal biomass production costs. The results of the sensitivity analysis reveal that smaller channel depths and longer ponds (within the ranges considered) are recommended to minimize the net present cost of algae biomass production.

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A mathematical model of microalgal growth in light‐limited chemostat culture

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Modelado de la Producción de Biomasa Microalgal en un Fotobiorreactor de Burbujeo Anular y Configuración Variable

Modelado de la Producción de Biomasa Microalgal en un Fotobiorreactor de Burbujeo Anular y Configuración Variable

COMPORTAMENTO DO CRESCIMENTO DE Chlorella sorokiniana EM ESCALA LABORATORIAL E AMPLIADA

A Dynamic Optimization Model for Designing Open-Channel Raceway Ponds for Batch Production of Algal Biomass

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