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Title:	ANÁLISIS DE LA DINÁMICA DE PRODUCCIÓN DE CARBOHIDRATOS DE SISTEMAS DE CULTIVO DE MICROALGAS A TRAVÉS DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA
Authors:	GUZMAN PALOMINO, ABRAHAM
Issue Date:	2023-04-01
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Instituto Tecnológico de Ciudad Madero
Description:	Se ha estudiado extensamente la biomasa basada en microalgas debido a su potencial para producir varios bioquímicos importantes, como lípidos, proteínas, carbohidratos y pigmentos, así como precursores en la fabricación de productos de valor agregado, como vitaminas, compuestos bioactivos y antioxidantes. Además, el secuestro de CO2 como un efecto secundario contribuye a la mitigación del calentamiento global, y hay un interés creciente en las microalgas como materia prima renovable para la producción de biocombustibles. Los modelos dinámicos son herramientas importantes para optimizar y controlar sistemas de biomasa basados en microalgas a escala de laboratorio y gran escala. El enfoque de este trabajo es el análisis matemático de un modelo de crecimiento de microalgas desarrollado por M.R. Droop en 1974 para el cultivo por lotes con nutrientes limitados. Se estudia la estabilidad, los equilibrios y la sensibilidad del modelo, así como la incorporación matemática del efecto de la intensidad de la luz, la dinámica de flujo de carbono como carbohidratos y la fotoaclimatación en un sistema de cultivo continuo. Este análisis se basa en desarrollos recientes en la literatura y utiliza parámetros experimentales de la misma para varias simulaciones matemáticas. El objetivo es obtener información útil para la optimización de la producción de carbohidratos en sistemas de cultivo de microalgas. En el modelo de Droop operado por lotes, se encontraron dos puntos de equilibrio: uno estable que representa la producción de biomasa a largo plazo y otro inestable que indica la ausencia de biomasa. Además, se realizaron simulaciones utilizando datos de la literatura para contextualizar los resultados encontrados en el análisis de estabilidad. Adicionalmente, después de analizar el sistema de ecuaciones de Droop operado por lotes, se encontró que el sistema de ecuaciones no tiene puntos fijos aislados, sino que más bien exhibe una cantidad infinita de equilibrios, influenciados por la cuota mínima celular y las condiciones iniciales de las variables de estado del modelo. Por otro lado, se encontró que el modelo es más sensible a variaciones en los parámetros de la constante de saturación media y la cuota celular mínima que a cambios en la tasa máxima de absorción de nutrientes inorgánicos y la tasa máxima de crecimiento. Después de realizar un análisis de sensibilidad del modelo de Droop en un sistema de cultivo continuo de la cepa Isochrysis galbana con respecto a los efectos de la luz, se encontró que las soluciones del modelo son más sensibles, en orden de importancia, a la cuota mínima celular de nitrógeno, la velocidad máxima de absorción de nutrientes, la tasa de dilución y la cuota máxima celular de nitrógeno. En el análisis del equilibrio en un sistema de cultivo continuo de la cepa Isochrysis galbana, se examinó el efecto de la variación del parámetro de la intensidad de la luz y la velocidad de dilución en la concentración de biomasa y carbohidratos. Los resultados indicaron que una intensidad de luz de 350 μmolm−2s−1 fue óptima para lograr la máxima producción de biomasa y carbohidratos, alcanzando valores de 56.214 gCL−1d−1 y 30.352 gCL−1d−1, respectivamente. También se encontró que para lograr la máxima productividad de biomasa y carbohidratos, los valores óptimos de velocidad de dilución son 0.325 d−1 y 0.2625 d−1, respectivamente, correspondientes a 126.91 gCL−1d−1 y 48.113 gC−1d−1. Después de realizar simulaciones matemáticas y analizar la dinámica de producción de carbohidratos del modelo, se observó que las altas intensidades de luz pueden afectar la velocidad de absorción de nitrógeno en el medio de cultivo. Esto conduce a un retraso en la inanición nutritiva y, como resultado, en la producción de carbohidratos.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Appears in Collections:	Doctorado en Ciencias de la Ingeniería

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