MX2011001260A - Sistema para el crecimiento de algas. - Google Patents

Abstract

La invención incluye un sistema de biorreactor para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso y a la cosecha del cultivo fotosintético; la presente invención se refiere además a un método para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso y a la cosecha del cultivo fotosintético; la presente invención se refiere además a un uso de un sistema de cosecha dispuesto para recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético recogido en un sistema de foto biorreactor.

Description

SISTEMA PARA EL CRECIMIENTO DE ALGAS CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un sistema de biorreactor para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso y cosechar el cultivo fotosintético. La presente invención se refiere además a un método para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso y cosechar el cultivo fotosintético. En otro aspecto adicional, la presente invención se refiere a un sistema de iluminación para un sistema de biorreactor y a un sistema para cosechar un cultivo fotosintético. La presente invención se refiere además a un método para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso, y a un método para proveer iluminación para el cultivo fotosintético y para cosechar el cultivo fotosintético.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las algas, que pertenecen a la clase de microorganismos fototrópicos, son organismos que pueden convertir de manera eficiente la luz a biomasa usando la fotosíntesis. El proceso de fotosíntesis es la conversión de energía luminosa a energía química por medio de organismos vivos. Los materiales en bruto son dióxido de carbono y agua; la fuente de energía es la luz; y los productos finales son oxígeno y carbohidratos (ricos en energía).

Las algas y otros organismos fotosintéticos han sido reconocidos como un productor eficiente de biomasa, y en particular el petróleo a partir del cual pueden producirse biodiesel y otros combustibles. Durante la fotosíntesis, las algas y otros organismos fotosintéticos absorben dióxido de carbono (C02) y luz (fotones) en la presencia de agua y producen oxígeno y biomasa. Los nutrientes disueltos pueden ayudar en el proceso. Las algas y otros organismos fotosintéticos pueden producir lípidos o aceites vegetales que pueden ser cosechados y convertidos en biodiesel y en otros biocombustibles o usarse directamente.

Los beneficios de usar algas para cultivar de manera eficiente biomasa y producir biocombustible han sido conocidos por mucho tiempo, y se han utilizado varios métodos para cultivar algas en laboratorios y unidades experimentales en pequeña escala. No obstante, ha sido demostrado que es difícil cultivar algas de manera eficiente a una escala comercial.

Los sistemas de estanque abierto han sido usados para cultivar algas a gran escala. La mayoría de los sistemas usados para cultivar micro-algas son estanques poco profundos. En estos estanques, las micro-algas pueden ser cultivadas con una eficiencia de aproximadamente 2% de luz solar sólo en la región PAR (por sus siglas en inglés). La PAR es la región fotosintética activa que puede ser usada por las algas y otros organismos fotosintéticos, es decir, la luz solar de onda entre 400 y 700 nm. La luz del sol se disemina sobre un espectro mucho más amplio, y el contenido de energía de la luz solar en la región PAR es solo aproximadamente 43% del contenido de energía total de la luz solar. Las algas teóricamente pueden convertir aproximadamente 20% de la radiación recolectada (dentro de la PAR) en biomasa. No obstante, en la mayoría de los casos, esta deficiencia es menor porque la luz es absorbida a una velocidad mucho mayor que la velocidad a la cual los fotones pueden ser convertidos a biomasa. No obstante, en sistemas de estanque abierto es difícil controlar la temperatura y el pH, y es difícil evitar que algas y bacterias extrañas invadan el estanque y compitan con el cultivo de alga deseado. Además, mucha de la luz solar es reflejada por la superficie del agua, y la luz solar que entra al estanque sólo penetra una pequeña distancia dentro del agua debido a que las algas se vuelven muy densas y bloquean la luz, de manera que la luz solar sólo alcanza una capa delgada de algas que crecen cerca de la superficie del estanque.

También han sido utilizados los biorreactores, en los cuales se bombea agua cargada de nutrientes a través de tubos o placas de plástico o vidrio que están expuestas a la luz solar. Dichos reactores son por ejemplo conocidos por Singh et al., Journal of Applied Phycology 12: 269-275, de Usui, Energy Convers., Mgmt, vol. 38, Supple., pp S487-S492, 1997. La eficiencia fotoquímica de los sistemas de foto biorreactor, especialmente del reactor de vidrio de placa plana, puede alcanzar aproximadamente 16% que es mucho mayor que para las micro-algas en estanques.

No obstante, dichos biorreactores conocidos del estado de la técnica aún tienen algunas desventajas. Dichos biorreactores son más costosos y más difíciles de operar que los sistemas de estanque abierto, y también sufren del problema de obtener la luz solar para las algas en donde pueda ser absorbida. Una gran porción de la luz solar es reflejada por la superficie de los tubos o placas. Sólo una pequeña cantidad de la luz solar entra al agua en los tubos o placas, y esta pequeña cantidad de luz solar sólo penetra una corta distancia dentro del volumen del tubo o placa. Otros inconvenientes de tales sistemas de biorreactor son la dificultad de controlar la temperatura, y que están basados en la luz solar para el crecimiento del cultivo.

Las algas crecen mejor bajo condiciones controladas. Las algas son sensibles a las condiciones de temperatura y de luz. Al controlar todos los aspectos del cultivo, tales como temperatura, niveles de C02, luz y nutrientes, pueden obtenerse rendimientos extremadamente altos.

Un reactor para un cultivo fotosintético también es conocido por Konde et al., US6287852. Una desventaja de este reactor es el uso de recolectores fijos, lo que significa que durante la mayor parte del tiempo, la radiación del sol no es recolectada de manera eficiente.

La WO2005068605 describe un reactor para cultivar microorganismos fototróficos, en donde largo solar es introducida en paredes de compartimiento mediante el uso de uno o más colimadores móviles. Las paredes de compartimiento son transparentes y a partir de ahí se distribuye la luz dentro del reactor. Dicho reactor tiene una recolección mejorada de la radiación y una distribución mejorada de la radiación dentro del reactor, proporcionando así un reactor más eficiente y un cultivo más eficiente de microorganismos fototróficos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es un aspecto de la invención proveer un sistema de foto biorreactor alternativo para el crecimiento de un cultivo fotosintético (aquí también indicado como "cultivo") en un líquido acuoso y la cosecha del cultivo fotosintético, el sistema de foto biorreactor (aquí también indicado como "biorreactor" o "reactor") que comprende: a. un recipiente dispuesto para contener el líquido acuoso; b. un sistema de iluminación, dispuesto para ser sumergido por lo menos parcialmente en el líquido acuoso, y dispuesto para irradiar el cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso; c. un sistema cosecha porque comprende una construcción de cucharón, que comprende un cucharón, dispuesto para recoger por lo menos parte del cultivo fotosintético del líquido acuoso, y un sistema recolector, dispuesto para recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético recogido.

Cosechar una parte del cultivo fotosintético puede dejar al cultivo restante en una condición más óptima de crecimiento y puede de manera ventajosa permitir optimizar continuamente el sistema de biorreactor para condiciones de crecimiento, resultando en un rendimiento mejorado. Una ventaja del sistema es que cualquier tipo de cultivo puede crecer y ser cosechado.

El cultivo fotosintético puede ser un cultivo microbiológico, más específicamente un cultivo de algas por ejemplo una torta de cultivo de espirulina.

El líquido acuoso puede ser sólo agua, más específicamente una mezcla de agua y nutrientes (y CO2) para el cultivo y la fotosíntesis del mismo.

El recipiente que contiene el líquido acuoso puede ser un recipiente (tal como un estanque). La profundidad del recipiente es típicamente de 30 cm hasta profundidades significativamente mayores dependiendo del sistema de iluminación, como por ejemplo hasta aproximadamente 200 cm. Más específicamente el recipiente es una serie de recipientes separados, más específicamente una serie de recipientes interconectados. Aquí, en una modalidad específica, el recipiente comprende una pluralidad de recipientes.

El sistema de iluminación está por lo menos parcialmente sumergido en el líquido acuoso. Específicamente el sistema de iluminación está sustancialmente sumergido en el líquido acuoso para irradiar al cultivo fotosintético en el mismo. El sistema de iluminación sumergido puede resultar en una mejor y radiación del cultivo para mejorar aún más las condiciones de crecimiento para el cultivo fotosintético.

Es un aspecto adicional de la invención proveer un sistema de foto biorreactor, en donde el sistema de foto biorreactor está integrado en un ambiente controlado y/o encerrado, tal como un invernadero. Aquí, en una modalidad específica, la invención también provee un ambiente controlado y/o encerrado, tal como un invernadero que comprende el sistema de foto biorreactor. El ambiente controlado y/o encerrado, tal como un invernadero permite la operación del biorreactor en un medio ambiente controlado. En una modalidad específica, en donde el recipiente comprende una pluralidad de recipientes y en donde el ambiente controlado y/o encerrado, tal como un invernadero comprende una pluralidad de compartimentos individuales, cada recipiente individual puede estar encerrado en su propio compartimiento del ambiente controlado y/o encerrado, tal como un invernadero para controlar el ambiente de cada recipiente individual.

Es aún otro aspecto de la invención proveer un sistema de foto biorreactor en donde la construcción del cucharón comprende una construcción de rueda de paletas que comprende por lo menos una paleta, en donde la paleta comprende el cucharón, y en donde la construcción de cucharón está dispuesta para mover o girar el cucharón entre una posición por arriba de la superficie del líquido acuoso y una posición por debajo de la superficie del líquido acuoso.

En una modalidad específica la construcción de cucharón comprende una pluralidad de ruedas de paletas, más específicamente una pluralidad de ruedas de paletas dispuestas para girar en la dirección de las manecillas del reloj y otra pluralidad de ruedas de paletas dispuestas para girar en contra de las manecillas del reloj, aún más específicamente un arreglo de pluralidad de ruedas de paleta en donde una rueda de paleta está dispuesta para girar de acuerdo con las manecillas del reloj y una rueda de paleta vecina dispuesta para girar en contra de las manecillas del reloj. En otras palabras las ruedas de paletas vecinas están dispuestas para girar en direcciones opuestas.

En una modalidad específica la paleta comprende el cucharón, más específicamente la paleta es sustancialmente el cucharón, y aún más específicamente la paleta es el cucharón. En esta posición debajo de la superficie del líquido acuoso la rueda de paleta recoge el líquido acuoso. En su posición por arriba de la superficie del líquido acuoso la rueda de paleta descarga el agua para dejar al cultivo fotosintético en el cucharón. Dentro del líquido, el cucharón puede concentrar el cultivo, especialmente cuando el cucharón es un tamiz, dispuesto para tamizar parte del cultivo del líquido.

La disposición de foto biorreactor de la invención puede de manera ventajosa permitir una cosecha continua de un cultivo en lugar de cosechar por lotes en sistemas de foto biorreactor conocidos, con lo cual se mejora el rendimiento del sistema. No obstante, la disposición y el método de la invención también pueden ser utilizados para cosechar por lotes. Además la invención provee la cosecha y turbulencia simultánea de una manera eficiente al hacer uso de la rueda de paletas para la cosecha.

Es otro aspecto de la invención proveer un método alternativo para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso y cosecha del cultivo fotosintético, el método comprende: a. proveer el líquido acuoso que comprende el cultivo fotosintético; b. irradiar el cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso; c. recoger por lo menos parte del cultivo fotosintético del líquido acuoso, y d. recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético recogido.

Recolectar por lo menos una parte del cultivo fotosintético puede dejar al cultivo restante en el foto biorreactor en una condición de crecimiento más óptima y permite optimizar continuamente el sistema de biorreactor para las condiciones de crecimiento que resultan en un rendimiento mejorado.

Es otro aspecto de la invención proveer un uso de un sistema de cosecha que comprende una construcción de cucharón que comprende un cucharón, dispuesto para recoger por lo menos parte del cultivo fotosintético del líquido acuoso, y un sistema de recolección, dispuesto para recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético recogido, en un sistema de foto biorreactor para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso, para crear turbulencia en el líquido acuoso y para cosechar por lo menos parte del cultivo fotosintético. La recolección puede realizarse de diversas maneras. En una modalidad, el sistema de cosecha provee el cultivo recolectado a un canalón. Este canalón puede disponerse en una pared del reactor o en los paneles.

La invención también está dirigida al sistema de cosecha per se y al sistema de iluminación per se.

Es otro aspecto de la invención proveer un sistema de mejora de flujo para un sistema de foto biorreactor de acuerdo con la invención, un sistema de mejora de flujo comprende un cuerpo de mejora de flujo provisto con un perfil para arrastrar el líquido acuoso para introducir flujo turbulento en el líquido acuoso.

En una modalidad específica, el sistema de mejora de flujo comprende una pluralidad de cuerpos para arrastrar el líquido acuoso para introducir flujo turbulento en el líquido acuoso. En una modalidad específica, el cuerpo de mejora de flujo comprende un cilindro para arrastrar el líquido acuoso con una pared de cilindro del cilindro.

En una modalidad específica, el cuerpo de mejora de flujo comprende un conducto para el paso de fluido de una entrada a una salida del conducto; en una modalidad más específica el perfil comprende una entrada de fluido acoplada con el conducto para el paso del líquido acuoso a través del conducto. Alternativamente, la entrada puede estar acoplada (es decir en contacto líquido) con un conducto de suministro para suministrar uno o más de agua fresca, nutrientes, y similares, al líquido acuoso. En una modalidad aún más específica, el cuerpo de mejora de flujo comprende una entrada adicional para un acoplamiento fluido del conducto al conducto de suministro. En una modalidad específica la salida está dispuesta para dirigir el flujo hacia un cuerpo de mejora de flujo vecino. En una modalidad específica la salida está dispuesta para dirigir el fluido hacia arriba.

Es otro aspecto de la invención proveer un sistema de foto biorreactor que comprende un sistema de mejora de flujo de acuerdo con la invención.

La invención también está dirigida al sistema de mejora de flujo per se.

Es otro aspecto de la invención proveer un panel de iluminación para un sistema de iluminación de un sistema de fotos biorreactor, tal como el caso descrito en la presente, el panel de iluminación comprende paredes laterales transparentes que forman un compartimiento, una fuente de luz provista en el compartimiento para iluminación de las algas, medios de acoplamiento para alojar el panel de grupos en una pared que comprende paneles de luz acoplados. La pared que comprende paneles de luz acoplados es adecuada para formar secciones de canal, también conocidos como canaletas, en un recipiente del sistema de foto biorreactor. El panel de iluminación puede comprender una pared lateral transparente, como se mencionó anteriormente. No obstante, los paneles también pueden comprender paredes, en donde las fuentes de luz están integradas y/o fijas a ellas. De esta manera, puede suministrarse luz desde las paredes al líquido.

En una modalidad específica el compartimento comprende una pluralidad de fuentes de luz, más específicamente cada una de esas fuentes de luz está dispuesta para proveer luz con una longitud de onda específica, por ejemplo entre 400-450 nm y/o 640-680 nm, aún más específicamente la fuente o fuentes de luz comprenden un diodo emisor de luz.

Es otro aspecto de la invención proveer un sistema de foto biorreactor que comprende un panel de luz de acuerdo con la invención, específicamente paneles de luz acoplados que forman una pared.

En una modalidad específica de la pared, la pared comprende un marco para acoplamiento y soporte de los paneles de luz.

En aún otra modalidad, la invención provee un sistema de foto biorreactor para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso, el sistema de foto biorreactor comprende: a. un recipiente dispuesto para contener el líquido acuoso; b. un sistema de iluminación, dispuesto para estar sumergido por lo menos parcialmente en el líquido acuoso, y dispuesto para irradiar el cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso; c. una construcción de rueda de paletas, dispuesta para crear turbulencia en el líquido.

De esta manera, puede crearse turbulencia, y especialmente flujo en el biorreactor. Dicho reactor puede comprender además uno más sistemas de mejora de flujo como se describe en la presente. La cosecha puede realizarse con los métodos conocidos en la técnica, pero también puede realizarse con la construcción de rueda de paletas y un sistema recolector.

En aún otra modalidad, la invención provee un método para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso y cosechar el cultivo fotosintético, el método comprende: a. proveer el líquido acuoso que comprende el cultivo fotosintético; b. irradiar el cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso; c. crear turbulencia, especialmente un flujo, en el líquido acuoso; d. remover por lo menos parte del cultivo fotosintético del líquido acuoso, y e. recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético removido.

La remoción del cultivo puede realizarse especialmente con el sistema de cosecha como se describe en la presente, pero también puede realizarse con un método conocido en la técnica. La turbulencia se crea especialmente con la construcción de rueda de paletas como se describe en la presente. En una modalidad, se usa el sistema de cosecha para crear turbulencia en el líquido y para remover (recoger) cultivo de líquido. Como alternativa o adicionalmente el flujo puede también ser creado por inyección en el líquido de agua y/o nutrientes. En una modalidad específica, la turbulencia también es creada al proveer agua y/o nutrientes al líquido con un sistema de mejora de turbulencia, especialmente un sistema de mejora de turbulencia del tipo de embudo.

La invención también se refiere a un método para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso y la cosecha del cultivo fotosintético, el método comprende: a. proveer el líquido acuoso que comprende el cultivo fotosintético; b. irradiar el cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso en donde el cultivo fotosintético es irradiado desde una pared de un reactor que contiene el cultivo fotosintético y también opcionalmente desde un obstáculo, dispuesto en el reactor y dispuesto en el líquido, en donde el obstáculo es un obstáculo cilindrico (y en donde el obstáculo no está dispuesto como pared).

Como un ejemplo adicional, el tipo de luz que emana desde la pared es otro tipo de iluminación que la luz que emana del obstáculo. Por ejemplo, el contenido azul de la luz del obstáculo es mayor que el contenido de azul de la luz de la pared. Especialmente, la pared comprende fuentes de luz que generan luz azul y roja, mientras que los obstáculos pueden comprender fuentes de luz que generan luz azul.

Los diversos aspectos discutidos en esta patente pueden ser combinados para proveer ventajas adicionales.

La presente invención en un aspecto adicional se dirige a proveer un biorreactor mejorado usando un sistema de dominación LED para proveer por lo menos parcialmente la luz para las algas.

Para este propósito, las modalidades de la invención se refieren a un sistema de iluminación para iluminar un cultivo fotosintético en un líquido acuoso que comprende una fuente de luz que comprende una pluralidad de LED, una estructura de montaje para soportar los LED, y un alojamiento para alojar la fuente de luz y de estructura de montaje, por lo menos una porción del alojamiento es transparente para la luz emitida por la fuente de luz, mientras que el alojamiento está por lo menos parcialmente lleno con un líquido de enfriamiento, de manera que, durante el uso, el calor de los LED se transfieren por el líquido de enfriamiento de los LED por medio de convección.

En modalidades, la invención se refiere a un reactor para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso, el reactor comprende un tanque para alojar el líquido acuoso con el cultivo fotosintético en él, del sistema de iluminación antes mencionado para la iluminación del cultivo fotosintético, en donde el sistema de iluminación está sumergido por lo menos parcialmente en el líquido acuoso.

En modalidades, la invención se refiere a un reactor para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso, el reactor comprende: un tanque para alojar el líquido acuoso con el cultivo fotosintético en él; y un sistema de iluminación que comprende una fuente de luz que comprende una pluralidad de LED, una estructura de montaje para soportar los LED, y un alojamiento para alojar la fuente de luz y la estructura de montaje, por lo menos una porción del alojamiento es transparente para la luz emitida por la fuente de luz; en donde sustancialmente toda la porción transparente del alojamiento está sumergida en el líquido acuoso de manera que sustancialmente toda la luz emitida del sistema de iluminación entra al líquido acuoso por debajo de la superficie superior del líquido acuoso.

En modalidades, la invención se refiere a un método para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso, el método comprende: proveer un líquido acuoso con el cultivo fotosintético en él, proveer un sistema de iluminación sumergido por lo menos parcialmente en el líquido acuoso, el sistema de iluminación comprende una pluralidad de LED, proveer un líquido de enfriamiento para enfriar los LED del sistema de iluminación, e irradiar el cultivo fotosintético con la luz generada por los LED, la luz siendo transmitida a través del líquido de enfriamiento y dentro del líquido acuoso en una región por debajo de la superficie superior del líquido acuoso.

En modalidades, la invención se refiere a un método para transferir la luz generada por un diodo emisor de luz hacia un líquido acuoso que contiene un cultivo fotosintético, el método comprende: emitir luz mediante el diodo emisor de luz, el diodo emisor de luz tiene un primer índice de refracción, transmitir la luz a través de un medio líquido que tiene un segundo índice de refracción; transferir además la luz a través de un medio sólido que tiene un tercer índice de refracción; y pasar la luz dentro del líquido acuoso; el líquido acuoso tiene un cuarto índice de refracción; en donde los valores del primero, segundo, tercero, y cuarto índices de refracción forman una secuencia con un orden descendente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ahora se describirán las modalidades de la invención, sólo a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos anexos en los cuales los símbolos de referencia correspondientes indican las partes correspondientes, y en los cuales: La Figura 1 describe esquemáticamente, en una vista en perspectiva, un sistema de biorreactor de acuerdo con la invención; La Figura 2A describe esquemáticamente en una vista superior, un detalle de una modalidad de un recipiente y un sistema de cosecha comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención; La Figura 2B describe esquemáticamente en sección transversal una modalidad de un recipiente y un sistema de cosecha comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención; La Figura 3 describe esquemáticamente, en una vista lateral, una modalidad del sistema de cosecha comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención; La Figura 4A describe esquemáticamente en una vista lateral una modalidad de un cucharón comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención; La Figura 4B describe esquemáticamente en una vista superior al cucharón de la figura 4A.

La Figura 5A describe esquemáticamente en una vista lateral una modalidad de un panel de iluminación comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención; La Figura 5B describe esquemáticamente una sección transversal del panel de iluminación de la figura 5A; La Figura 5C describe esquemáticamente una vista superior del panel de Iluminación de la figura 5A; La Figura 6 describe esquemáticamente en sección transversal un detalle de una modalidad de un recipiente que comprende un aplicador C[teta]-2; La Figura 7 describe esquemáticamente en una vista en perspectiva un sistema mejorador de flujo; La Figura 8 describe esquemáticamente en una vista superior un sistema mejorador de flujo; La Figura 9A describe esquemáticamente en una vista en perspectiva una pared que comprende paneles de iluminación; La Figura 9B describe esquemáticamente en una vista superior la pared de la figura 9A; La Figura 10 describe esquemáticamente en una vista en perspectiva un número de paredes que comprende paneles de iluminación; La Figura 1 1A es una vista superior simplificada de una modalidad de un biorreactor con paneles de luz; La Figura 1 1 B es una vista en perspectiva de un biorreactor en la figura 11 A; La Figura 12 es una vista en perspectiva de una modalidad de un panel de iluminación; La Figura 13 es una vista superior de una disposición de paneles de iluminación en un biorreactor; La Figura 14A es una vista superior simplificada de una disposición de los LED en un panel de iluminación; La Figura 14B es una vista superior simplificada de otra disposición de los LED en un panel de iluminación; La Figura 15A es una vista en sección transversal de una disposición de montaje de dos lados para los LED; La Figura 15B es una vista en sección transversal de una disposición de montaje de un lado para los LED; La Figura 16 es una vista en perspectiva de una disposición de montaje para los LED; La Figura 17 es una vista lateral en sección transversal de un panel de iluminación que muestra la circulación de los fluidos de enfriamiento; La Figura 18 es una vista en sección transversal de una disposición de difusor; La Figura 19A es una vista superior de una disposición de reflector para los LED; La Figura 19B es una vista en sección transversal de una disposición de reflector para los LED; Las Figuras 19C y 19D son vistas en perspectiva de una disposición de reflector para los LED; La Figura 20 es una vista en sección transversal de una disposición alternativa de un panel de iluminación; La Figura 21 es una vista en sección transversal de otra disposición alternativa de un panel de iluminación con una parte superior transparente; La Figura 22 es una vista lateral y una vista superior en sección transversal de un panel de iluminación alternativo que tiene un alojamiento tubular; La Figura 23 es una vista en perspectiva con el panel de iluminación de la figura 22 parcialmente desmantelado; La Figura 24 es una vista en sección transversal del panel de iluminación de la figura 22; La Figura 25 es un diagrama esquemático simplificado de un biorreactor con paneles de iluminación que tienen alojamientos tubulares; La Figura 26A es una vista en sección transversal de una bomba de disco para un biorreactor; y La Figura 26B es otra vista en sección transversal de la bomba de disco de la figura 26A.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente es una descripción de diversas modalidades de la invención, a manera sólo de ejemplo y con referencia a los dibujos. En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor de acuerdo con la invención, el sistema de iluminación comprende una fuente de luz dispuesta para irradiar al cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso. Esto puede significar que la fuente de luz está ubicada por debajo de la superficie del líquido durante el uso del sistema de foto biorreactor. En una modalidad más específica la fuente de luz está sumergida por lo menos parcialmente en el líquido acuoso por debajo de la superficie del líquido acuoso. En una modalidad aún más específica la fuente de luz está sumergida en el líquido acuoso. En una modalidad la fuente de luz emite sustancialmente luz en el espectro de radiación fotosintéticamente activa (par) y puede ser seleccionada de uno o más de los grupos que consisten de lámparas incandescentes, LED (LED en estado sólido u OLED), lámparas fluorescentes, lámparas de descarga de gas, lámparas de cátodo frío, etc. Especialmente pueden usarse los LED.

Especialmente, la fuente de luz está dispuesta para sustancialmente emitir luz que tiene una longitud de onda seleccionada del intervalo de aproximadamente 600-730 nm, tal como 620-665 nm, y especialmente en el intervalo de 640-680 nm. En otra modalidad, la fuente de luz está dispuesta para proveer luz en el intervalo de 400-500 nm. Especialmente, se proveen ambos tipos de luz, la roja y la azul. Esto puede especialmente mejorar la eficiencia fotosintética (y en consecuencia también la eficiencia de energía).

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor de acuerdo con la invención, el sistema de iluminación comprende un reflector dispuesto para reflejar luz de la fuente de luz debajo de la superficie del líquido acuoso dentro del líquido acuoso. Esto puede significar que el reactor está dispuesto para ser ubicado debajo de la superficie del líquido durante el uso del sistema de foto biorreactor. De esta manera, la luz de la fuente de luz puede ser reflejada por lo menos parcialmente dentro del líquido. En una modalidad más específica uno o más reflectores están dispuestos por debajo de una o más fuentes de luz (respectivamente) y están dispuestos para dirigir por lo menos parte de la luz al líquido acuoso (especialmente por debajo de la fuente de luz). De esta manera, la luz puede penetrar más profundo dentro del líquido. En una modalidad aún más específica el reflector está dispuesto para girar durante el uso del sistema de foto biorreactor para "difractar" la luz a través del líquido acuoso para mejorar la condición del crecimiento para el cultivo fotosintético. El reflector puede estar dispuesto para reflejar de manera especular o para reflejar de manera difusiva.

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor, el cucharón comprende un tamiz, dispuesto para recoger una fracción predeterminada del cultivo fotosintético. En una modalidad específica la fracción recogida (cosechada) es entre 10-60% del cultivo/día, dependiendo de la tasa de crecimiento del cultivo fotosintético.

El sistema de foto biorreactor puede de manera ventajosa permitir una cosecha continua. La cosecha continua es ventajosa sobre la cosecha por lotes conocida de un recipiente completo. Permite mantener un recipiente en condiciones óptimas de crecimiento de cultivo y mejora el rendimiento global del sistema de biorreactor. El cultivo fotosintético puede comprender micro algas, pero también otras especies que pueden convertir la radiación (del sol) en biomasa como por ejemplo la bacteria púrpura fotosintética. En esta invención, el cultivo fotosintético puede comprender por lo menos uno o más de los grupos que consisten de la cianobacteria, la Rodofita (alga roja), la Clorofita (alga verde), Dinofita, Crisofita (alga dorada-marrón), Pirmnesiofita (haptofita), Bacillariofita (diatomas), Xantofita, Eustigtofita, Rafidofita, Faeofita (alga marrón) y bacteria púrpura fotosintética. También puede aplicarse el Botirococcus, especialmente se aplican tales especies por la accesibilidad del petróleo. No obstante, el cultivo fotosintético (algunas veces también indicado como microorganismos fototrópicos) de acuerdo con esta invención también puede comprender cultivos celulares de otros organismos como por ejemplo micro algas, micro algas genéticamente modificadas, micro algas genéticamente mejoradas, etc.

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor, el cucharón comprende mallas, y las mallas en una modalidad tienen un tamaño de malla en el intervalo de aproximadamente 0.5-10 [mu]m, tales como 0.5-20 [mu]m, como especialmente 0.5-10 [mu]m, para recoger una fracción del cultivo fotosintético con un tamaño predeterminado, por ejemplo algas maduras. En una modalidad más específica el tamaño de la malla es ajustable por ejemplo al ajusfar el propio cucharón o al intercambiar cucharones con diferentes mallas.

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor, el sistema de cosecha comprende además un transportador de cosecha, dispuesto para permitir al cucharón de la construcción de cucharón tomar diferentes posiciones en el líquido acuoso. En una modalidad más específica el transportador comprende un riel. Es ventajoso cosechar el cultivo uniformemente sobre todo el líquido acuoso.

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor, el sistema recolector comprende además un transportador de producto, dispuesto para transportar el cultivo fotosintético recogido recolectado a una unidad de almacenamiento.

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor, el sistema de foto biorreactor comprende además un secador, dispuesto para secar el cultivo fotosintético recogido recolectado.

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor, la construcción de cucharón comprende una construcción de rueda de paletas, y el sistema recolector está dispuesto para recibir al cultivo fotosintético recogido que cae del cucharón. El cucharón elimina el agua del cultivo cuando está fuera de su posición por debajo de la superficie del líquido acuoso. El cultivo sin agua restante se deja caer en el sistema recolector mientras que el cucharón está en su segunda posición por arriba de la superficie del líquido acuoso, más específicamente mientras el cucharón está en su posición de dejar caer, lo que significa mientras que el cucharón está por arriba del sistema recolector a una inclinación apropiada de manera que el cultivo fotosintético recogido puede caer dentro/sobre el sistema recolector, más especialmente un recibidor, tal como un recipiente, del sistema recolector.

En una modalidad específica del sistema de foto biorreactor, el sistema de cosecha está dispuesto además para crear turbulencia en el líquido acuoso, específicamente la construcción del cucharón está dispuesta para crear turbulencia, más específicamente el cucharón está dispuesto para crear turbulencia en el líquido acuoso. En comparación con un flujo laminar, el flujo turbulento crea condiciones de crecimiento mucho mejores para el cultivo.

En una modalidad específica un aplicador de CO2 está dispuesto para contribuir también con la turbulencia en el líquido acuoso.

El propósito del aplicador de C02 es proveer C02 al líquido acuoso. Más específicamente, pueden ubicarse diferentes aplicadores a lo largo de la longitud de las canaletas para proveer CO2. El C02 es aplicado de tal manera, es decir la cantidad y la velocidad de adición, y en tal forma (líquido o gaseoso) que se mantienen las condiciones óptimas de crecimiento en la canaleta, en tiempo y en todas las ubicaciones en la canaleta. Es posible combinar la adición del CO2 con la adición de otros componentes (agua fresca, nutrientes, sales). El control de la adición de C02 tiene dos propósitos principales.

Primero, el C02 se añade de tal manera (cantidad, velocidad, forma, ubicación) con el propósito de controlar el pH del líquido. Más específicamente, la adición del CO2 es de tal manera que se mantendrá el pH óptimo. El C02 se añade de tal manera que el pH es entre 8 y 12.

Segundo, el C02 se añade de tal manera (cantidad, velocidad, forma, ubicación) que se asegura la concentración óptima de las diferentes especies (C02, nutrientes, sales) en el líquido acuoso.

La concentración óptima asegurará una ingesta óptima (cantidad y velocidad) del CO2 y los nutrientes por las micro-algas.

Para permitir mantener los niveles óptimos de pH para las diversas especies de algas que crecen se desea ser capaz de cumplir con la demanda en aumento del C02 en su sistema de crecimiento de algas. Entonces, los nutrientes particularmente de los efluentes tales como granjas y aguas residuales con CO2 en un estado líquido, seco o de espuma que puede absorber 10-20 más veces de C02 que el agua, o el CO2 directo del aire. Además, al añadir el CO2 al medio de crecimiento en un estado líquido, seco o como espuma es posible suministrar el C02 dentro del sistema sin burbujas, que pueden provocar esfuerzos cortantes y pueden dañar a las algas.

Los nutrientes, especialmente los nutrientes líquidos, que contienen nitratos entre otros, pueden absorber una concentración mucho mayor de CO2 que por ejemplo el agua (pura), esto puede permitir aumentar la alta concentración de absorción, y mantenerlo líquido para una ingesta más rápida y más fácil por el alga con un mínimo o sin esfuerzos cortantes que pueden ser provocados normalmente por las burbujas (muchas).

La figura 1 describe esquemáticamente un sistema de foto biorreactor 1 (en la presente también indicado como "foto biorreactor" o "reactor") para el crecimiento de microrganismos acuosos, en particular un bio-cultivo fotosintético, en particular algas, a una gran escala. El sistema de biorreactor 1 puede extenderse fácilmente sobre diversas hectáreas hasta aún cientos de hectáreas. En esta modalidad el sistema de biorreactor 1 comprende una pluralidad de recipientes 3 en donde crecen las algas. Los recipientes individuales 3 son separados por paredes del recipiente 4. Los recipientes 3 tienen una profundidad a, como se indica en la fig. 2B, en el intervalo de 30 cm hasta diversos metros. Los recipientes 3 están encerrados por un ambiente controlado y/o cerrado, tal como un invernadero 2 para proveer un ambiente controlado para el crecimiento de algas, posiblemente se provee un ambiente controlado para cada recipiente individual 3.

La figura 2A (vista superior) y 2B (sección transversal; vista frontal) describen esquemáticamente una modalidad de un estanque 3 o recipiente 3 y un sistema de cosecha 26 comprendido en el sistema de biorreactor 1 de acuerdo con la invención. Las paredes del recipiente 4 y el fondo del recipiente 5 forman el recipiente 3 que contiene al líquido acuoso 6. El recipiente 3 está dividido en secciones de canal 7 por las divisiones 8.

El sistema de cosecha 26 está dispuesto para extenderse sobre el recipiente 3. Se concibe que un sistema de cosecha 26 se extiende sobre una pluralidad de recipientes 3. El sistema de cosecha 26 puede estar conectado móvilmente con el recipiente 3, más específicamente con las paredes del recipiente 4, aún más específicamente con las divisiones 8. En una modalidad específica el sistema de cosecha 26 está conectado móvilmente con el recipiente 3 por medio de un portador 12, más específicamente por medio de dos portadores opuestos 12. Los portadores 12 pueden ser guiados a lo largo de la pared del recipiente 4 por medio de un riel 13 o resbaladera 13. Este riel 13 o resbaladera 13 puede también estar comprendida de manera ventajosa por la superficie superior de las divisiones 8 (ver lo siguiente).

En esta modalidad descrita esquemáticamente, el sistema de cosecha 26 comprende una pluralidad de ruedas de paletas 9. Una rueda de paletas 9 está dispuesta para extenderse durante el uso (por lo menos parte del tiempo) por lo menos parcialmente dentro del líquido acuoso 6, más específicamente una rueda de paletas 9 está dispuesta para extenderse durante el uso (por lo menos parte del tiempo) sustancialmente a la mitad dentro del líquido acuoso 6. La rueda de paletas 9 aquí comprende un elemento de rueda alargado 27 que gira alrededor de un eje de rotación horizontal 11. Además la paleta en una modalidad comprende un cucharón 10, específicamente dos cucharones opuestos en las extremidades del elemento de rueda 27. Se concibe que la rueda de paletas 9 comprenda una pluralidad de elementos de rueda 27. El cucharón 10 recoge líquido acuoso 6 que contiene el cultivo fotosintético, tal como algas. Durante la cosecha el cucharón 10 elimina el agua por medio de un tamiz (véase por ejemplo las figuras 4A y 4B). El tamiz puede tener una rejilla de malla seleccionada del intervalo de aproximadamente 0.5-35 [mu]m, tal como 0.5 a 10 [mu]m (de diámetro) para separar el cultivo fotosintético maduro del cultivo fotosintético prematuro y el agua. La rejilla de malla del tamiz puede determinar el tamaño del cultivo fotosintético cosechado y en parte la fracción cosechada determinando en consecuencia las condiciones de crecimiento globales y así el rendimiento del sistema de biorreactor. El tamaño de la malla también depende del cultivo fotosintético específico.

En una modalidad del sistema de foto biorreactor 1 , el sistema comprende además un aplicador de CO2 para suministrar CO2 al líquido acuoso. En una modalidad específica el aplicador es un cojín de CO2 (no mostrado en esta figura 2B, pero véase la figura 6) que se extiende sobre el fondo del recipiente 5. El cojín se provee con una pluralidad de orificios para surtir y disolver el CO2 en el líquido acuoso y al mismo tiempo crear turbulencia en el mismo. La manera preferida de añadir el CO2 es en una forma solubilizada. Más específicamente, el CO2 es absorbido en un líquido que se añade a la canaleta mediante el aplicador. El CO2 es añadido de tal forma que el líquido siempre está saturado con CO2. La adición de CO2 absorbido en un líquido minimizará la aparición de burbujas gaseosas. Esto evitará la aparición de esfuerzos cortantes en el líquido acuoso.

Las secciones de canal 7 pueden en una modalidad estar en contacto líquido entre sí, tal como se describe esquemáticamente en las figuras 8 y 10.

El sistema de cosecha 26 como en la figura 2A puede servir a cada sección de canal 7 o canaleta, pero el sistema de cosecha 26 también puede servir a canales alternados. El sistema de cosecha 26 puede también servir a canales adyacentes. Ya que las secciones de canal 7 pueden estar en contacto de líquido, el flujo generado en una primera sección de canal 7 también puede generar un flujo en una segunda sección de canal en contacto líquido con la primera sección de canal. De esta manera, no es necesario que el sistema de cosecha 26 sirva a cada sección de canal.

La figura 3 describe esquemáticamente, en una vista lateral, una modalidad del sistema de cosecha 26 comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención. Los números de referencia se refieren a las mismas partes que en las otras figuras, y los números añadidos serán elucidados. Al centro de la rueda de paletas 9 el sistema de cosecha 26 comprende un sistema recolector 18 que comprende un contenedor 18. El sistema recolector 18 puede estar conectado al sistema de cosecha 26 por medio de elementos de marco 16, 17, 19. En una modalidad específica el contenedor 18 está provisto con medios de eliminación de agua, más específicamente un tamiz. Por ejemplo, el fondo del contenedor 18 puede comprender un tamiz, especialmente dispuesto para permitir eliminar el agua pero que mantenga al cultivo fotosintético en el contenedor 18. Las ruedas 15 que corren dentro (o sobre) del riel 13 permiten al sistema de cosecha 26 moverse con respecto al líquido acuoso 6.

Como alternativa o adicionalmente, el sistema recolector 18 puede comprender un canalón, que puede por ejemplo estar dispuesto a los lados. El sistema de cosecha puede estar dispuesto para permitir al producto cosechado deslizarse o caer en el canalón. Por ejemplo, el canalón puede estar dispuesto sobre parte de la pared 4.

La figura 4A y la figura 4B describen esquemáticamente una modalidad de un cucharón 10 comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención. El cucharón 10 comprende un elemento de tamiz 14 con una rejilla de malla, por ejemplo en el intervalo de 0.5 a 10 [mu]m, o mayor, tal como en el intervalo de 0.5-35 [mu]m. De hecho el tamaño de la malla puede estar en el intervalo de 0.5 a más de 6 [mu]m dependiendo del cultivo. La posición del cucharón 10 puede ajustarse para influenciar la fracción del cultivo que es cosechada y/o la cantidad de turbulencia provocada por el movimiento del cucharón 10 en el líquido acuoso 6. La posición del cucharón 10 puede ser ajustable con respecto al elemento de rueda alargado 27 al girar el cucharón alrededor del eje 32. La superficie proyectada del cucharón 10 que arrastra el líquido acuoso puede además opcionalmente será justa para controlar el ángulo X que forma el cucharón 10 con el eje 33, que es un eje perpendicular al eje 32.

Las figuras 5A-5C describen esquemáticamente una modalidad de un sistema de iluminación 24 comprendido en el sistema de biorreactor de acuerdo con la invención. El sistema de iluminación 24, o más específicamente el panel de iluminación 28 (también indicado como panel) está dispuesto en las divisiones 8 o comprendido por las paredes del recipiente 4 (o ambos). En una modalidad, los paneles de iluminación 28 están en las divisiones 8. Un recipiente puede comprender una pluralidad de paneles 28 para irradiar el líquido acuoso 6 (a través del recipiente 3 completo). Ya que la radiación PAR puede sólo penetrar el líquido acuoso de una manera limitada, la altura del panel de iluminación 28 y la profundidad del recipiente 3 pueden sustancialmente corresponder. Un panel de iluminación 28 puede comprender una o más fuentes de luz 20, más específicamente una o más fuentes de luz fluorescente 20 (descritas esquemáticamente) y/o una o más lámparas incandescentes (bulbos) (no descrito) y/o uno más LED, como las barras LED 23 (descritas esquemáticamente) con una serie de LED 34 separados.

Para difractar y dirigir la luz dentro de todo el líquido acuoso el panel de iluminación 28 puede estar provisto con un reflector 22. Por ejemplo, los reflectores 22 se proveen en la parte superior y/o el fondo de un panel de iluminación 28. En una modalidad específica el reflector 22 está conectado giratoriamente con el panel de iluminación 28, más específicamente el reflector 22 gira mediante un accionador (no mostrado), y puede girar alrededor de un eje de rotación 25. En una modalidad del sistema de foto biorreactor 1 , el sistema de iluminación 24 comprende un riel 13 que está dispuesto para guiar al sistema de cosecha 26 de la figura 3. En esta modalidad, el riel 13 se provee en la parte superior de los paneles de iluminación 28 (el cual, como se mencionó anteriormente, puede estar dispuesto como la división 8). El riel 13 puede opcionalmente estar provisto con lados 36 para guiar al sistema de cosecha 26, especialmente sus ruedas 15. De esta manera, el sistema de cosecha 26 puede trasladarse sobre las divisiones 9, especialmente sobre los paneles de iluminación 28 (sus partes superiores).

El riel 13 puede comprender bocas de ventilación 37 para permitir la ventilación del sistema de iluminación 24, más específicamente de un panel de iluminación 28, y de esta manera contribuir al enfriamiento de las fuentes de luz 20. Un panel de iluminación 28 puede comprender un disipador de calor para transportar calor al líquido acuoso 6 y contribuir a la capacidad de enfriamiento del panel de iluminación 28. En una modalidad específica el panel de iluminación 28 comprende una entrada 38 y una salida 39 para proveer al panel de iluminación 28 con un líquido de enfriamiento que remueve calor del panel de iluminación 28, por ejemplo hacia un intercambiador de calor 40. En una modalidad más específica el líquido de enfriamiento comprende agua, y en una modalidad adicional, no comprende el líquido acuoso 6. El ¡ntercambiador de calor 40 puede además estar dispuesto para distribuir calor (uniformemente) en el líquido 6, o proveer el calor a un sistema de almacenamiento de calor (no descrito) que puede ser usado para proveer calor al líquido 6 en periodos en donde es necesario el calentamiento (por ejemplo durante la noche).

En una modalidad del sistema de foto biorreactor 1 , el sistema de cosecha 26 comprende una unidad de limpieza (no descrita) dispuesta para limpiar al sistema de iluminación 24, más específicamente los paneles de iluminación 28, para mejorar aún más la irradiación del cultivo fotosintético. Aún más específicamente una unidad de limpieza comprende cepillos separables. Por ejemplo, los cucharones pueden estar dispuestos para estar equipados con una cuchilla separable y/o material/dispositivo del tipo de cepillo para frotar contra los paneles de luz para mantenerlos limpios contra polvo o acumulación de cualquier tipo de crecimiento y/o acumulación orgánica para una fotosíntesis óptima a través de los paneles.

La figura 6 describe esquemáticamente en sección transversal un detalle de una modalidad de un recipiente que comprende un aplicador 29 de C02 30 para suministrar C02 30 al líquido acuoso 6. En una modalidad específica el aplicador 29 es un cojín de C02 29 que se extiende sobre el fondo del recipiente 5. El cojín 29 está provisto con una pluralidad de orificios 31 para surtir y disolver el C02 30 en el líquido acuoso 6 y al mismo tiempo crear turbulencia en el mismo.

La condición de crecimiento para el cultivo fotosintético es una función de un grupo de parámetros que comprende la velocidad del sistema de cosecha, la velocidad de la rueda de paletas, el ángulo del cucharón, la malla del tamiz, el sistema de iluminación. Por lo menos estos parámetros contribuyen a un ambiente controlado para mantener al cultivo fotosintético en una parte inclinada de la curva de crecimiento. Entonces, un aspecto ventajoso de la invención es la libertad de controlar todo tipo de parámetros, y así influenciar el crecimiento y elegir las mejores condiciones, por ejemplo, dependiendo de la latitud del foto biorreactor, el tipo de cultivo fotosintético, la temperatura, etc.

Las modalidades de los sistemas de mejora de flujo 100 se describirán con referencia a las figuras 7 y 8. La figura 7 describe esquemáticamente en una vista en perspectiva algunas modalidades de los sistemas de mejora de flujo 100. La figura 8 describe esquemáticamente en una vista superior modalidades de sistemas de mejora de flujo 100.

El sistema de mejora de flujo 100 puede comprender un cuerpo de mejora de flujo 102 provisto con un perfil 103 para arrastrar el líquido acuoso 6 para introducir un flujo turbulento en el líquido acuoso 6. En una modalidad, indicada con la referencia 102, el cuerpo mejorador de flujo comprende un embudo (indicado además como cuerpo mejorador de flujo o embudo 02). El líquido que fluye puede entrar en la entrada 107 y salir en la salida 108, con velocidad aumentada. De esta manera, puede introducirse la turbulencia.

Aquí, a manera de ejemplo, el sistema de mejora de flujo 100 comprende una pluralidad de cuerpos de mejora de flujo 102, que tienen una estructura del tipo de embudo, para arrastrar el líquido acuoso 6 para introducir flujo turbulento en el líquido acuoso 6. De manera alternativa o adicionalmente, el sistema mejorador de flujo puede comprender un obstáculo.

En otra modalidad, el cuerpo mejorador de flujo 100 comprende un obstáculo 104, tal como un cilindro para arrastrar el líquido acuoso, por ejemplo con la pared del cilindro 103 del cilindro. La pared del cilindro 103 también es referida como el perfil 03.

En una modalidad específica, el reactor 3 comprende una pluralidad de cuerpos mejoradores de flujo. En una modalidad adicional, el reactor comprende combinaciones de un embudo 102 y un obstáculo 104, en donde el obstáculo 104 está dispuesto en línea con la salida 108 del embudo 102. Esto puede mejorar aún más la turbulencia.

Aquí, el cuerpo mejorador de flujo 102 comprende un conducto 105 para el paso de fluido desde una entrada 107 hasta una salida 108 del conducto 105. El perfil 103 puede comprender una entrada de fluido 107 acoplada con el conducto 105 para el paso de líquido acuoso 6 a través del conducto 105. De manera alternativa, la entrada 107 puede estar acoplada con un conducto de suministro 1 0 para suministrar agua fresca, nutrientes, y similares al líquido acuoso 6. Aquí, el cuerpo mejorador de flujo 102 comprende una entrada adicional 109 para un acoplamiento de fluido del conducto 105 al conducto de suministro 1 10. El fluido puede ser el líquido acuoso 6, de una mezcla de líquido acuoso 6 y el agua fresca del conducto de suministro 110. Aquí, la salida 108 dirige el fluido hacia un cuerpo mejorador de flujo 102 vecino. Aquí, la salida 108 dirige el fluido hacia arriba para evitar la aglomeración de algas en el fondo del recipiente 3. En este sentido hacia arriba significa hacia la superficie del líquido acuoso 6 contenido en el recipiente 3 de un sistema de foto biorreactor.

La figura 8 (vista superior) describe esquemáticamente modalidades en donde el obstáculo 104 está dispuesto horizontal (izquierda inferior) y vertical (izquierda superior), y en donde está dispuesto un embudo 102.

En una modalidad específica, el obstáculo 104 puede comprender además una o más fuentes de luz. Ya que el obstáculo 104 está dispuesto dentro del reactor, y su superficie de obstáculo está encerrada con agua, estas fuentes de luz pueden usarse además para iluminar los organismos en el líquido. Especialmente, ya que el color rojo puede penetrar más dentro del líquido que el color azul, las paredes pueden comprender fuentes emisoras de luz azul y roja, mientras que los obstáculos pueden especialmente comprender fuentes emisoras de luz azul. Entonces, los obstáculos pueden también tener la función de una fuente de luz auxiliar.

Es otro aspecto de la invención proveer un sistema de foto biorreactor que comprende un sistema mejorador de flujo 100 de acuerdo con la invención.

El panel de iluminación 1 será descrito con referencia a las figuras 9A, 9B y 10. La figura 9A describe esquemáticamente en una vista en perspectiva una pared 2 que comprende paneles de iluminación 1. La figura 9B describe esquemáticamente en una vista superior la pared 2 de la figura 9A. La figura 10 describe esquemáticamente en una vista en perspectiva un número de paredes 2 que comprenden paneles de iluminación 1.

El panel de iluminación comprende paredes laterales transparentes 203 que forman un compartimiento 204, una fuente de luz 5 provista en el compartimiento 204 para la iluminación de las algas, medios de acoplamiento 206 para alojar el panel de iluminación 1 en una pared 2 que comprende paneles de luz acoplados 1 , y opcionalmente medios y/o suministro de energía, indicados con las referencias 207-209. La pared 2 comprende paneles de luz acoplados y es adecuada para formar secciones de canal 7, también conocidos como canaletas 7, en un recipiente del sistema de foto biorreactor.

Aquí, el compartimiento 204 comprende una pluralidad de fuentes de luz 5, más específicamente cada una de estas fuentes de luz 5 provee luz con una longitud de onda específica, aún más específicamente la fuente de luz 5 o las fuentes 5 comprenden un diodo emisor de luz.

En una modalidad específica de la pared, la pared comprende un marco 211 para acoplamiento y soporte de los paneles de luz 1.

En un ejemplo de la invención puede crecer un cultivo fotosintético en un recipiente que contiene un líquido acuoso (especialmente agua) (que comprende este cultivo fotosintético), más específicamente una serie de recipientes encerrados en un ambiente controlado y/o cerrado, tal como un invernadero que provee un ambiente controlado para optimizar la condición de crecimiento para el cultivo fotosintético. El cultivo es cosechado continuamente por el sistema de cosecha que pueden recoger aproximadamente hasta cerca de 10% del cultivo fotosintético por día; también pueden aplicarse cantidades menores de cosecha, tales como hasta aproximadamente 1 % o hasta aproximadamente 0.1 %, o hasta aproximadamente 0.01 % de cultivo por día. Por esa razón el cucharón comprende un tamiz con una malla apropiada para cosechar el cultivo maduro y dejar el líquido acuoso en el cultivo restante en el recipiente. Además el sistema de cosecha se provee en un transportador de cosecha que mueve al cosechador sobre el recipiente completo para proveer una cosecha uniforme del recipiente completo. El cultivo cosechado se recolecta por un sistema de recolección que transporta el cultivo a un depósito.

La cosecha del cultivo fotosintético con un cucharón tiene el beneficio de contribuir al flujo turbulento en el líquido acuoso. El flujo turbulento contribuye a la condición óptima de crecimiento del cultivo fotosintético. El flujo turbulento también es generado por un aplicador de CO2 que surte CO2 al fondo del recipiente y con lo cual las burbujas de gas que se elevan contribuyen al flujo turbulento en el líquido acuoso contenido en el recipiente. El flujo turbulento también puede ser generado por un aplicador de C02, que surte una corriente adicional, que comprende por lo menos C02, nutrientes, sales, al fondo del recipiente y con lo cual la corriente que se eleva contribuye al flujo turbulento en las canaletas.

Las condiciones de crecimiento para el cultivo fotosintético son además mejoradas por el sistema de iluminación que contribuye a la irradiación del cultivo fotosintético en el líquido acuoso. La fuente de luz comprendida en el sistema de luz, irradia al cultivo a través del recipiente completo, especialmente con respecto a las partes más profundas del recipiente. Los reflectores, especialmente los reflectores rotatorios, contribuyen a una distribución uniforme de la luz a través del recipiente completo.

Los paneles de luz pueden formar las paredes que dividen los estanques en (numerosas) canaletas, el número de las cuales dependerá de la distancia deseada requerida entre los paneles de luz para obtener la penetración óptima de la luz en una densidad específica de crecimiento óptimo para cualquier especie particular de algas y la dinámica de flujo óptima deseada.

Un marco o estructura puede montarse en el piso del estanque para recibir y sujetar los paneles de luz puedan comprometer los accesorios herméticos al agua y/o las conexiones para suministrar a cada uno de los paneles de luz individuales con energía y refrigerantes.

Los paneles de luz pueden ser herméticos al agua ya sea sellados o con una tapa removible y pueden ser equipados con entradas para enfriador y suministro de energía y salidas para los enfriadores.

Pueden existir diferentes líquidos usados en los paneles de luz, uno para la transmisión de luz dentro del panel de luz, otro puede ser usado y circulado sólo para enfriar las luces.

En una modalidad, los paneles de luz montables pueden estar integrados con la pared de vidrio de la canaleta.

Para un crecimiento óptimo de las algas, puede proveerse luz de un color específico (longitud(es) de onda o intervalo(s) de longitud de onda) a las canaletas.

Para poder proveer luz con un color específico pueden usarse paneles de luz que consisten de una fuente o fuentes de luz que proveen diferentes colores.

Los paneles de luz pueden ser insertados en las paredes de la canaleta, y comprender un número de fuentes de luz. De esta manera se puede optimizar la intensidad, longitud de onda, y la distribución espacial de cada color específico de la luz en el medio.

El tamaño de los paneles puede por ejemplo ser fijo por aproximadamente 2 por 1 = 2 m2, pero el número de fuentes del panel puede ser ajustado para diferentes aplicaciones, es decir tipo/cepa de alga y el tipo de medio de crecimiento. Más específicamente: a) el número de fuentes de luz por panel puede ser ajustado, por ejemplo para cada dos fuentes de roja existen ocho fuentes de luz azul, b) el tamaño y/o la intensidad de la fuente de luz para cada color puede ser ajustado, y c) la distancia entre las fuentes de luz puede ser ajustada.

Los paneles comprenden por lo menos dos fuentes de luz que producen un color diferente. Las fuentes de luz para los diferentes colores incluyen una fuente de luz que produce la luz azul (400-500 nm o más específicamente 400-450 nm) y la luz roja (600-730 nm o más específicamente 640-680 nm). En una modalidad, las fuentes de luz son lámparas LED (diodo emisor de luz). La intensidad de la luz de las fuentes de luz, la densidad de flujo de fotones (PFD- por sus siglas en inglés) puede ser de hasta 2000 micromolar de fotones por metro cuadrado por segundo (?moles fotones m"2 s"1). Además, al ajustar la distancia y/o el número de columnas con fuentes dé luz (en cada panel) puede controlarse el tiempo de exposición efectiva (de las algas) a la luz con una longitud de onda específica.

La optimización del ciclo de alta intensidad-baja intensidad puede lograrse al ajustar el número de fuentes de luz por unidad de longitud y el caudal de flujo (circulación) del flujo principal. Típicamente, el caudal de flujo principal estará en el orden de 0.6 m/s, el PDF promedio estará entre 50 y 500 (Dmoles fotones m"2 s"1) mientras que el tiempo de exposición para la intensidad máxima de la luz no excederá 5 ms.

Para mantener un flujo de circulación constante de la suspensión de algas, pueden requerirse puntos de inflexión adicionales a lo largo de la longitud de las canaletas. En el caso en que la velocidad de circulación de la suspensión de algas sea muy baja, las algas pueden comenzar a sedimentarse y se formarán aglomerados, lo que es perjudicial para las algas.

Para evitar la sedimentación de las micro-algas, se usará un levantamiento mediante un flujo extra de líquido, el flujo extra del líquido puede entrar en las canaletas por los denominados puntos de inyección o mejoradores de flujo.

El propósito de los puntos de inyección en una modalidad puede ser doble. Primero, los puntos de inyección pueden usarse para añadir uno o más de agua fresca, nutrientes, C02 y opcionalmente otros ingredientes requeridos para un crecimiento constante de las algas.

Segundo, al controlar la dirección del flujo y al controlar el caudal de flujo se inducirá el denominado levantamiento. La dirección del flujo extra de líquido será determinada por el ángulo del punto de inyección y lo ubicación del punto de inyección. El punto de inyección puede colocarse perpendicular al flujo en la canaleta, o los puntos de inyección pueden colocarse bajo un ángulo.

Los puntos de inyección pueden ubicarse en el fondo de la canaleta (mejoradores del flujo de fondo) y en la pared de la canaleta (mejoradores de flujo lateral). Para los mejoradores de flujo colocados bajo un ángulo en la pared, el ángulo es tal que se logra un flujo hacia arriba.

En una modalidad, el flujo líquido se añade a una presión elevada de 1-15 kg/cm2 (por superficie). De esta manera, la diferencia de presión entre el flujo principal y el flujo extra de líquido localmente inducido afectará (localmente) el movimiento de las algas. El líquido a una presión elevada puede provocar movimiento y succión de las algas. Este fenómeno es conocido como efecto Venturi.

Más específicamente, el flujo adicional (provisto por los mejoradores de flujo) puede ajustarse a la viscosidad de la suspensión de algas. De esta manera, puede aumentar la velocidad de circulación. Si se requiere, puede usarse un sistema de bombeo para entregar, flujo líquido adicional con un caudal de flujo específico y con una densidad y viscosidad específicas.

Para una velocidad de crecimiento estable y constante de las algas, es importante que se puedan controlar las condiciones de iluminación para exponer las algas. Lograr este movimiento radial de las algas transversal al panel de iluminación es benéfico, es decir las algas se moverán del centro de la canaleta a la pared de la canaleta, y se moverán de regreso al centro. Por supuesto, al mismo tiempo, tomará lugar el movimiento a lo largo de la longitud de la canaleta (movimiento axial) para evitar la sedimentación.

El movimiento adicional en la dirección radial, también conocido como remolinos o turbulencia, se inducirá al hacer uso de mezclas internas o estáticas a lo largo de la longitud de la canaleta. El flujo turbulento es un flujo rotación al estacionario alrededor de un eje.

Una posible construcción consiste de un accesorio interno "con forma cilindrica" erigido en el flujo principal. Un posible acercamiento se basará en un cilindro, por ejemplo ubicado en la línea central de la canaleta. De esta manera el flujo principal será "dividido en dos" y como resultado se formará un remolino a ambos lados (de la línea central del eje). Esos remolinos asegurarán el movimiento radial y las algas se moverán, en un movimiento circular continuo, desde el centro de la canaleta a la pared y de regreso al centro.

Son posibles soluciones más sofisticadas mediante el uso de los denominados mezcladores estáticos que asegurarán el movimiento radial y el levantamiento al mismo tiempo. La construcción con forma cilindrica, la cual se usa como obstáculo (véase también lo anterior), puede disponerse horizontales, verticales, o en ángulo con el fondo del reactor. Especialmente, están dispuestas horizontales o verticales, en una modalidad una o más están dispuestas verticales.

También, pueden usarse accesorios internos para proveer iluminación adicional bajo el agua desde el centro de la canaleta al equipar los accesorios internos con fuentes de luz. En particular, el accesorio interno puede tener luces LED así como para crear una mezcla de luz y ambiente óptimos de crecimiento en la parte media de las canaletas.

De esta manera, está disponible un "parámetro" adicional para la sintonización fina de la relación entre el caudal de flujo (de hecho el tamaño de la canaleta en términos tanto de la longitud como del ancho) y la intensidad de la luz (ciclo de alta-baja intensidad). El equipamiento con los accesorios internos con paneles de luz llevará a un diseño más flexible, porque el tamaño de la canaleta es determinado principalmente (únicamente) por la penetración profunda de las fuentes de luz ubicadas en (o dentro) las paredes de las canaletas.

En una modalidad específica, el uno o más cucharones del cosechador son giratorios alrededor de un eje de cucharón y/o pueden ser sometidos a vibraciones con un aparato de vibración y/o pueden someterse a un flujo de aire, especialmente cuando el cucharón respectivo está por arriba de la superficie del líquido, con un soplador de aire, y/o puede ser rociado con agua, especialmente cuando el cucharón respectivo está por arriba de la superficie del líquido, con un aparato de lavado, y/o puede someterse a una reextracción, por ejemplo por un generador de flujo de líquido. Dichas modalidades pueden usarse para remover los sólidos remanentes en el cucharón, especialmente en/sobre las mallas. De esta manera, puede proveerse cualquier tipo de reextracción al cucharón, especialmente al cucharón de tamiz.

En las modalidades descritas y redactadas en la presente, opcionalmente, el sistema de cosecha puede reemplazarse por una construcción de rueda de paletas "únicamente", es decir, la construcción de rueda de paletas no se usa como sistema de cosecha, sino que únicamente se usa sustancialmente para crear turbulencia, especialmente flujo. Entonces, en modalidades específicas, a menos de que sea claro a partir del contexto, el sistema de cosecha 26 puede referirse a la construcción de rueda de paletas que está dispuesta para crear turbulencia en el líquido, y no específicamente dispuesta para cosechar cultivos.

Las tecnologías descritas en la presente también serán indicadas como Algae-Sphere TM. Las fuerzas impulsoras detrás del concepto de Algae-Sphere TM son - aumentar la productividad de biomasa por unidad de tiempo, volumen y área superficial y como resultado por capital invertido - un aumentar el rendimiento neto de los productos de algas, como aceite, vitaminas, antioxidantes, etc. - disminuir el riesgo de inversión con una producción eficiente en costos - hacer uso tanto como sea posible de tecnologías probadas, simples y robustas - producción controlada independiente del clima y el medio ambiente - escalable modular y comercialmente. La instalación para la producción de Algae-Sphere TM tiene la ventaja de usar la irradiación solar natural con una producción potencial de aproximadamente 150 t/ha/año, complementada por una tecnología de iluminación de crecimiento específicamente diseñada de Algae-Sphere TM. La eficiencia de iluminación puede ser tan alta como 30 a 50% de densidad de PPF del sistema de iluminación y la luz natural. El área superficial PAR efectiva en la instalación típica de Algae-Sphere TM aumenta con 270% en comparación a un sistema de estanque abierto y muchas más veces en comparación con los PBR. La calidad y cantidad de iluminación es ajustable dependiendo del crecimiento de las algas y los requerimientos de desarrollo y los productos a ser obtenidos. El potencial de producción resultante aumenta dramáticamente en comparación con otras tecnologías de producción de algas.

Una o más ventajas pueden ser: - En el Algae-Sphere TM las condiciones de procesamiento pueden ser optimizadas para casi todas las especies imaginables y deseadas de productos de algas; - Las instalaciones de producción de Algae-Sphere TM consisten típicamente de un sistema modular, con un módulo de base de 1 hectárea, el sistema es práctico, manejable y puede expandirse a cientos de hectáreas; - Un solo módulo consiste propiamente de 20 unidades de producción individuales y pueden estar completamente separadas entre sí para la flexibilidad de la producción; - Un solo módulo puede manejar varios objetivos de producción, usando diferentes algas o manteniendo diferentes condiciones de crecimiento en cada una de las unidades separadas; - Calidad del alimento, alimentación y/o farmacéutica en un sistema escalado; - Productividad por metro cuadrado bajo un clima de luz completamente optimizado tiene el potencial de ser 5 veces mayor que el PBR encerrado y tanto como 10 veces es de los sistemas de estanque abiertos; - Ultima tecnología LED más eficiente; - últimas tecnologías e ingeniería para una operación fácil y bajo mantenimiento; - puede capturarse el C02 de diversas fuentes industriales y alimentarse en altas concentraciones a las cargas, sin provocar esfuerzos cortantes que dañen a las células; - tecnología de cosecha eficiente en energía; y - potencial para reducciones de costos para soluciones de apoyo en apoyo para energía, CO2 y efluentes.

La figura 11A es una vista superior simplificada de una modalidad de un biorreactor con paneles de luz, y la figura 11B es una vista en perspectiva del biorreactor. El biorreactor 301 comprende un recipiente, referido además como el tanque 301 , que contiene un líquido acuoso en el cual crecen algas u otros cultivos fotosintéticos. El líquido acuoso puede ser agua fresca o agua salina o alguna otra solución acuosa adecuada, pero para simplicidad en la presente se refiere como agua. El cultivo fotosintético puede ser algas o cianobacterias u otros organismos fotosintéticos adecuados, pero para simplicidad en la presente se refiere como algas.

Los paneles de iluminación 303 están sumergidos por lo menos parcialmente en el agua. Esto permite que se transmita mucha más luz emitida del sistema de iluminación dentro del agua, al emitir la luz desde las paredes del panel de iluminación en un punto por debajo de la superficie superior del agua. Los paneles de iluminación pueden usarse como paredes dentro del biorreactor para formar secciones de canal, referidas además como canaletas 302. Cuando los paneles de iluminación se usan como paredes, pueden montarse de manera segura en el piso del biorreactor. Alternativamente, las canaletas adyacentes 302 pueden estar en contacto de líquido entre sí. El uso de paneles de iluminación 303 sumergidos en el agua permite una transmisión mejorada y más flexible de la luz dentro del agua al disponer los paneles suficientemente cerca de manera que la luz alcance la mayor parte de las algas en el volumen de agua en el tanque.

El biorreactor puede dividirse en un número de canaletas, el número y tamaño de las cuales puede depender de uno o más tamaños de los paneles, el tamaño del biorreactor, la profundidad de penetración de la iluminación usada en los paneles de iluminación, y las especies específicas de algas que crecen dentro del biorreactor. El uso de canaletas permite el movimiento controlable de las algas de manera que la luz suministrada por las paredes es distribuida uniformemente sobre las algas en el agua. Dicho movimiento puede incluir un movimiento alrededor de la pared del panel de luz, por ejemplo en un modo en el sentido de las manecillas del reloj o en contra de las manecillas del reloj, como un movimiento alternado hacia arriba-hacia abajo de las algas.

El uso de luz artificial al interior del tanque de biorreactor evita la necesidad de construir el tanque de un material transparente. Esto reduce costos y permite al tanque de biorreactor ser fabricado de materiales más económicos y más durables, y resulta en tanques que son fabricados más fácilmente. El tanque de biorreactor puede fabricarse, por ejemplo, de acero, acero inoxidable, y similares.

Los tanques también pueden ser mucho más altos que un estanque o un biorreactor tradicional dependiendo de la luz solar. Esto permite que los tanques tengan una zona de recepción mucho menor para el mismo volumen de cultivo de algas, ahorrando espacio en el suelo y permitiendo una instalación de crecimiento de algas mucho más compacta. Esto tiene particular importancia en ambientes urbanos o donde los costos de la tierra son altos.

El control preciso de la temperatura del agua en el tanque se logra más fácilmente también con el biorreactor de las figuras 11A, 11 B. Un biorreactor que se basa en la exposición a la luz solar requiere una gran área superficial. Una disposición más compacta con menos área superficial reduce el efecto de las variaciones de la temperatura exterior, y las paredes no transparentes del tanque reducen la variación de la temperatura debido a las variaciones de temperatura y luz solar del día a la noche y de verano al invierno.

El control preciso de la luz recibida por las algas también se logra más fácilmente con el biorreactor de las figuras 11A y 11 B. Los estanques o biorreactores que se basan en la luz solar están sometidos a amplias variaciones en la exposición a la luz, entre la noche y el día, condiciones soleadas o nubladas, días de verano largos o días de invierno cortos. Mediante el uso de luz artificial, el periodo de exposición a la luz aumenta a 24 horas por día, y se provee iluminación constante a través del año independientemente de las condiciones exteriores. El sistema de iluminación puede ser fabricado a la medida para proveer luz a las longitudes de onda específicas que pueden usarse para el crecimiento de las algas. El sistema de iluminación también puede fabricarse a la medida para proveer luz a la intensidad correcta para lograr altas tasas de crecimiento, mientras que se evita una exposición excesiva que dañe a las algas.

La figura 12 es una vista en perspectiva de una modalidad del panel de iluminación 303. El panel de iluminación tiene un alojamiento que comprende un marco 304 con paredes transparentes 305. Alternativamente, el propio marco puede ser construido de un material transparente adecuado. Las paredes transparentes 305 pueden formarse de vidrio, policarbonato, u otro material transparente fuerte adecuado. En una modalidad, el material transparente similar a vidrio tiene un índice de refracción de 1.3 o mayor.

La figura 13 es una vista superior de una disposición de paneles de iluminación en un biorreactor. Los paneles de iluminación tienen una disposición de acoplamiento 306, en esta modalidad en la forma de rebordes, para acoplar los paneles de iluminación conjuntamente para formar una sección de pared en el biorreactor. Los rebordes 306 cooperan con una viga o pilar 310 para ubicar el panel de iluminación. Esto resulta en una disposición en la cual los paneles de iluminación se deslizan verticalmente en su lugar en el biorreactor. De esta manera se puede formar una pared compuesta de diversos paneles de iluminación dispuestos de extremo a extremo, por ejemplo, con la interfaz entre los paneles de iluminación formando una pared lisa para evitar impedir el flujo de agua a lo largo de la longitud de la pared formada por los paneles. El panel de iluminación es hermético al agua, de manera que se forma una cavidad interior 308 en el panel de iluminación 303, separada del agua en el biorreactor cuando los paneles de iluminación son colocados dentro de del agua.

El panel de iluminación 303 puede comprender una disposición de LED 320. La expresión LED en este contexto también se refiere a chips LED o dados LED. Los LED 320 pueden estar montados en un portador de cerámica similar a un tablero de circuito impreso de cerámica, que está montado en una estructura de montaje dentro del panel de iluminación 303. En una modalidad, la estructura de montaje es una estructura planar. El portador de cerámica puede ser un PCB (por sus siglas en inglés) del núcleo metálico para soportar un gran número de LED, por ejemplo 60 LED. El portador de cerámica con los LED unidos desnudos puede ser encolado o de unión eutéctica en la estructura de montaje.

Los LED 320 forman una fuente de luz para iluminar las algas en el tanque de biorreactor 301. La intensidad de la luz de la fuente de luz puede ser fabricada a la medida para que tenga la suficiente intensidad para sustancialmente evitar el crecimiento del cultivo o algas fotosintéticas en la superficie de la porción transparente del alojamiento. La fuente de luz puede comprender diferentes tipos de LED, que emiten luz en ciertas longitudes de onda específicas más adecuadas para promover el crecimiento de las algas. Por ejemplo, la fuente de luz puede comprender una combinación de uno o más LED para emitir luz con una longitud de onda en la escala de 400-500 nm, o más específicamente 400-450 nm (por ejemplo los LED azules) y uno o más LED para emitir luz con una longitud de onda en la escala de 600-730 nm, o más específicamente 640-680 (por ejemplo los LED rojos). Los LED para emitir la luz roja pueden ser un LED de fosfuro de aluminio indio galio.

En algunas modalidades, la fuente de luz está dispuesta de manera que, durante la operación, la mayoría de la luz emitida de la fuente de luz tiene una longitud de onda en las escalas de 400-450 nm y 640-680 nm, por ejemplo 80% o más. Estas longitudes de onda se eligen para coincidir con la máxima absorción de clorofila y los pigmentos que son usados por diversos tipos de algas y organismos fotosintéticos para crecer.

La figura 14A es una vista superior simplificada de una disposición de los LED en el panel de iluminación 303. Una placa de montaje 312 está dispuesta en una posición vertical en el espacio interior 308 del panel de iluminación. Los LED 320 están dispuestos sobre la placa para emitir luz a través de las paredes transparentes 305. La placa de montaje 312 es por ejemplo rígida y un buen conductor de calor, tal como aluminio, cobre o acero, para conducir calor lejos de los LED que se calientan durante la operación. El espacio interior 308 puede ser llenado con un líquido de enfriamiento 319 en contacto directo con los LED para transferir calor lejos de los LED. Además o como alternativa, la placa 312 puede estar provista con uno o más canales de enfriamiento para la circulación de un segundo fluido de enfriamiento para mejorar la remoción de calor de los LED. La figura 14B muestra una disposición alternativa de los LED montados en puntales de montaje 314 dispuestos verticalmente en el panel de iluminación.

La figura 15A muestra una sección transversal de una disposición de montaje de dos lados. El puntal de montaje 314 tiene un canal interno 316 para la circulación de un fluido de enfriamiento para enfriar los LED. El puntal de montaje también puede incluir una depresión 317 en cada lado en el cual se montan los LED 320. Este diseño permite un montaje seguro de los LED que encaran hacia afuera para emitir la máxima luz hacia las paredes transparentes 305 a cada lado del panel de iluminación, mientras que proveen enfriamiento en la parte posterior de los LED. Los puntales de montaje están formados por ejemplo de un buen conductor de calor, tal como aluminio o cobre, para conducir el calor de manera eficiente lejos de los LED. La figura 15B muestra una disposición de montaje alternativo de un lado para los LED.

La figura 16 muestra una vista en perspectiva de los puntales de montaje 314 dispuestos verticalmente lado a lado a lo largo de la longitud del panel de iluminación. El uso de los puntales de montaje 314 en una disposición vertical permite una construcción modular más flexible del panel de iluminación, lo cual puede ser benéfico en términos de la flexibilidad y la habilidad de cumplir con los requerimientos del panel de iluminación con las especies de algas a ser iluminadas.

La figura 17 muestra una sección transversal a través del panel de iluminación y el puntal de montaje mostrando la circulación de los dos fluidos de enfriamiento para enfriar los LED. Los LED 320 están montados en ambos lados del puntal de montaje 314, con el canal 316 formado en el puntal de montaje.

Todas las modalidades anteriores pueden usar dos fluidos de enfriamiento, un primer fluido de enfriamiento en contacto directo con el lado frontal de los LED y un segundo fluido de enfriamiento que fluye en un canal para remover calor desde el lado posterior de los LED. El primer fluido de enfriamiento posteriormente será referido como un primer fluido de enfriamiento.

El primer fluido de enfriamiento 319 llena el espacio interior 308 entre los LED 320 y la pared transparente 305 del panel de iluminación. Este fluido de enfriamiento fluye pasando la superficie frontal externa de los LED, por ejemplo en contacto directo con los LED. El líquido de enfriamiento 319 es por ejemplo un aceite. El líquido de enfriamiento 319 por ejemplo circula bajo convección natural, elevándose desde el fondo del panel de iluminación a medida que se vuelve más caliente por el contacto con los LED. Los chips de LED por ejemplo son montados verticalmente, con el electrodo de fondo del LED contra la placa de montaje 312 o puntal de montaje 314 para promover la transferencia de calor desde el LED hacia la estructura de montaje. El electrodo superior del LED encara hacia afuera y es enfriado por el líquido de enfriamiento 319. Los dados de LED pueden ser provistos con una película muy delgada de protección o pasivación, para proveer protección física mientras que aún permite una buena transferencia de calor desde los LED hacia el líquido de enfriamiento. Los LED azules (que emiten en la escala de 400-450 nm) por ejemplo tienen una película de protección o pasivación sólo en la superficie superior, para protegerlos del líquido de enfriamiento 319. Los LED rojos (que emiten en la escala de 640-680 nm) por ejemplo no tienen ninguna película de protección o pasivación, porque no son afectados de manera adversa por el líquido de enfriamiento.

También puede usarse la convección forzada del líquido de enfriamiento 319, aunque un flujo excesivo puede dañar los cables de unión de los LED dispuestos verticalmente. Además por esta razón, los cables de unión de los LED 320, por ejemplo se extienden en una dirección en paralelo al flujo del fluido de enfriamiento 319.

El primer líquido de enfriamiento 319 es por ejemplo un aceite con un alto índice de refracción, tal como un Dow Corning C5 o C51 . El sistema de iluminación está por ejemplo construido de materiales seleccionados para tener índices de refracción favorables para maximizar la transmisión de luz desde los LED dentro del agua que contiene las algas. Los chips de LED típicamente tienen un índice de refracción de aproximadamente 3.3 para los LED rojos y de 2.2 para los LED azules. Es ventajoso si el primer líquido de enfriamiento está en contacto directo con el LED y tiene un índice de refracción que coincide con el LED tan cercanamente como sea posible. Esto reduce la reflexión de la luz en el límite entre el LED 320 y el líquido de enfriamiento 319 para resultar en una extracción máxima de fotones de los LED.

Un líquido de enfriamiento adecuado 319 tiene un índice de refracción, buena transparencia, y viscosidad suficientemente baja para fluir fácilmente sobre los LED bajo convección natural. El primer líquido de enfriamiento 319 por ejemplo tiene un índice de refracción en el intervalo de 1.5 a 1.7 y específicamente hasta 1.62. La nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) altamente refractivas, por ejemplo con un índice de refracción de aproximadamente 1.8, pueden ser disueltas en el aceite 319 para aumentar el índice de refracción de la suspensión hasta aproximadamente 1.7.

El primer líquido de enfriamiento 319 también tiene otras ventajas. La película del líquido de enfriamiento/aceite 319 asegura un buen contacto térmico entre los LED 320, la estructura de montaje 312 o 314, y la pared transparente 305. La humectación de la superficie frontal del chip de LED por el líquido de enfriamiento 319 mejora la transferencia de calor desde los LED. Un líquido de enfriamiento adecuado 319 también actúa para reducir el deterioro del material de encapsulado de los LED. El líquido de enfriamiento 319 también permite el uso de paredes transparentes más delgadas para el panel de iluminación, especialmente para paneles de iluminación profundos colocados en agua profunda (por ejemplo 2 m o más) en tanques de biorreactor altos, ya que el líquido de enfriamiento presuriza el interior al panel de iluminación para ayudar a contrarrestar la presión externa del agua.

El segundo fluido de enfriamiento 318 puede circular en canales por detrás de los LED en la placa de montaje 312 o puntales de montaje 314 para aumentar la capacidad de enfriamiento del sistema. El fluido de enfriamiento 318 puede ser agua, por ejemplo agua que no ha estado en contacto con el agua en el tanque de biorreactor 301. En una modalidad preferida, el fluido de enfriamiento tiene una temperatura inferior a 0 °C. En tal caso el líquido de enfriamiento 318 puede ser un refrigerante o un gas enfriado, por ejemplo gas dióxido de carbono enfriado. El enfriamiento de los LED vía el canal 316 con un fluido de enfriamiento a una temperatura relativamente baja, por ejemplo inferior a 10 °C, por ejemplo inferior a 0 °C, permite a los LED operar a una temperatura relativamente baja también, lo que aumenta el rendimiento de los LED 320. Además, la posibilidad de elegir el tipo de fluido de enfriamiento 318 puede ayudar a ajustar la temperatura del agua en el biorreactor a una temperatura que se ajusta a una especie específica de alga o cultivo fotosintético.

En la figura 17, el segundo fluido de enfriamiento 318 que circula en el canal 316 es dirigido en una dirección opuesta a la dirección del flujo convectivo del primer líquido de enfriamiento 319. Aunque se prefiere esta disposición, también es posible que el segundo fluido de enfriamiento 318 se desplace a través del canal 316 en una dirección que es similar a la dirección del primer líquido de enfriamiento 309.

La construcción completa del sistema de iluminación sumergido es por ejemplo diseñada para maximizar la transmisión de la luz desde los LED dentro del agua que contiene las algas. Esto se efectúa al igualar los índices de refracción tan cercanamente como sea posible de los materiales a través de los cuales pasa la luz desde los LED al agua que contienen las algas y evitar grandes diferencias en los índices de refracción de estos materiales. Como se discutió anteriormente, un primer líquido de enfriamiento 319 tiene un alto índice de refracción en una modalidad ii para reducir la reflexión en el límite entre los LED y el líquido de enfriamiento. La pared transparente 305 por ejemplo se construye de un material con un índice de refracción que se aproxima o que iguala al primer líquido de enfriamiento 3 9, por ejemplo vidrio con un alto contenido de plomo o cualquier otro material transparente similar, por ejemplo policarbonato o epoxis. Un índice de refracción típico del vidrio es 1.52 que puede aumentar por la adición de plomo para igualar el intervalo preferido para el líquido de enfriamiento 19 de 1.5 a 1.7. El agua tiene un índice de refracción de aproximadamente 1.33. Por lo tanto, la igualación de los índices de refracción del líquido de enfriamiento 319 y de la pared transparente 305 reducirá las reflexiones en ese límite, pero puede aumentar la reflexión en el límite entre la pared transparente y el agua que contienen las algas.

En una modalidad, la luz emitida por los LED no pasa a través de aire antes de ser emitida desde la porción transparente del alojamiento. En tal modalidad, la luz sólo pasa a través de medios líquidos y sólidos antes de dicha emisión. En otras palabras, el sistema de iluminación sumergido no tiene una capa de índice de refracción baja, tal como el aire, entre los LED y el agua que contiene las algas. Por lo tanto, aunque existe una disminución de los índices de refracción de las capas de material a través de las cuales pasa la luz, no existe un aumento. Por ejemplo, los índices de refracción aproximados en una modalidad pueden ser: LED 3.3 (LED rojo) o 2.2 (LED azul), líquido de enfriamiento 1.7, pared transparente 1.7 (vidrio con contenido de plomo) o 1.52 (vidrio sin plomo) o 1.42 (policarbonato), y agua 1.33. Dentro de esta disposición, el panel de iluminación puede lograr un acoplamiento mejorado de la luz desde los LED al agua, de 2.5 o más micromoles de fotones por watts de energía ingresado a los paneles de iluminación. En contraste, los sistemas de iluminación con un espacio de aire sólo pueden lograr valores de alrededor de 1.0 micromoles por watt. Un biorreactor con este tipo de disposición de iluminación puede lograr el crecimiento de algas que resulta en el doble de las algas cada 6 horas, de manera opuesta a los sistemas previos que se basan en la luz solar que típicamente logran doblar las algas cada 24 horas.

El crecimiento de las algas en la superficie externa de las porciones transparentes del alojamiento del panel de iluminación reduce la efectividad del sistema de iluminación. Estas algas que se adhieren a las paredes transparentes no circularán en el agua y bloquearán la luz de los LED para que alcance la masa de las algas que circulan en el agua. Este crecimiento indeseado de algas puede ser reducido o eliminado al ajustar la intensidad de la fuente de luz. Durante la operación, la luz transmitida a través de las paredes transparentes 305 es por ejemplo de intensidad suficiente para sustancialmente evitar el crecimiento de algas en la superficie de las paredes transparentes. Un flujo de luz de 1000 micromoles por segundo por metro cuadrado o mayor en la superficie exterior de la pared transparente ha demostrado ser suficiente para este propósito. La luz no debe ser demasiado intensa para evitar daño a las algas que circulan en el agua.

La figura 18 es una vista en sección transversal de un panel de luz 305 provisto con una disposición de difusor 322. Las paredes transparentes 305 por ejemplo incluyen una disposición de difusor 322 para dispersar luz de los LED 320 dentro del agua. La disposición de difusor 322 puede tomar la forma de perfiles convexos al exterior de las paredes transparentes 305 del alojamiento. De manera alternativa o adicionalmente, la disposición de difusor puede tomar la forma de una película o lámina de difusión que se provee en una superficie de las paredes transparentes del alojamiento.

La figura 19A es una vista superior de una disposición de reflector que puede usarse en combinación con uno o más de los LED 320, mientras que la figura 19B muestra una sección transversal de una modalidad específica de dicha disposición de reflector. Las figuras 19C y 19D son vistas en perspectiva de una disposición de reflector que difiere de la disposición de reflector de la figura 19B. La disposición de reflector comprende uno o más reflectores 328 que pueden ser usados alrededor de los LED 320 para aumentar la transmisión de la luz desde los LED dentro del agua, al dirigir la luz emitida desde los LED en una dirección sustancialmente perpendicular a la pared transparente 305. El uno o más reflectores 328 pueden tomar la forma de estructuras cóncavas que rodean el LED, por ejemplo como una estructura de borde como se muestra en la figura 19B o 19C y 19D. Las estructuras cóncavas pueden formarse de un metal, o un material con un índice de refracción bajo suficientemente diferente del líquido de enfriamiento 319 para resultar en una buena reflexión de la luz desde los LED, por ejemplo un material formado fácilmente como un epoxi adecuado con un índice de refracción de aproximadamente 1.1. La estructura de borde puede ser perfilada como se muestra en la figura 19B para asegurar que la combinación del perfil y el índice de refracción del material de la estructura de borde reflejan la luz emitida por el LED 320. La disposición de reflector en una modalidad comprende una superficie de reflexión circular alrededor de cada LED para mejorar la uniformidad de la emisión de la luz.

La disposición de reflector puede ser diseñada de manera que limita el ángulo al cual se emite la luz por un LED hacia el agua. El ángulo externo al cual se recibe la luz emitida por el LED en la ¡nterfaz entre el fluido de enfriamiento y la pared transparente puede disponerse de manera que la reflexión total en esta ¡nterfaz, y por ejemplo también en la ¡nterfaz entre la pared transparente y el agua, se evitan tanto como sea posible. A limitar el ángulo de salida de los LED de tal manera, la disposición de reflector reduce las pérdidas de eficiencia debido a la reflexión total. Por razones similares, por ejemplo, el reflector está dispuesto para reflejar la luz emitida desde los LED hacia la pared transparente del panel de iluminación sustancialmente en ángulos rectos con la superficie de la pared transparente.

La figura 20 es una disposición alternativa de un panel de iluminación 303. En esta disposición, en lugar del montaje de los LED 320 a lo largo de una placa o puntal dentro del panel de iluminación 303, los LED 320 son montados en la parte superior del marco 4 y dirigidos hacia adentro al panel de iluminación 303. En esta modalidad, una superficie de las paredes transparentes 305 del panel de iluminación 303, por ejemplo la superficie exterior, está cubierta con una disposición de difusión, por ejemplo una película o lámina de difusión 323. La disposición de difusión está dispuesta para difundir la luz emitida por los LED 320 para distribuir la luz a través del tanque de biorreactor tan uniformemente como sea posible.

La figura 21 es aún otra disposición alternativa de un panel de iluminación. En esta disposición, los LED 320 están montados en un puntal de montaje 314. El marco 304 comprende una porción superior o estructura recubierta 325 que es sustancialmente transparente a la luz externa, por ejemplo a la luz solar. La porción superior transparente 325 puede comprender un reactor para (re direccionar la luz solar dentro del alojamiento. En una modalidad, la porción superior transparente 325 comprende un filtro. Dicho filtro puede filtrar la luz con las longitudes de onda que no son consideradas útiles para irradiar al cultivo fotosintético, por ejemplo porque las longitudes de onda no serán absorbidas por el cultivo fotosintético. El filtro puede filtrar la luz con longitudes de onda que se consideran como dañinas, por ejemplo porque estas longitudes de onda limitarán el crecimiento del cultivo fotosintético. El filtro puede ser reemplazable, y puede adaptarse en vista del tipo de algas o cultivo fotosintético que está creciendo.

La luz externa que esta acoplada dentro del panel de luz vía la estructura recubierta 325, se provee al líquido acuoso en el tanque vía las paredes transparentes 305 del panel de iluminación. En una modalidad, por razones similares a las discutidas con referencia a la modalidad mostrada en la figura 20, la superficie (externa) de las paredes transparentes 305 del panel de iluminación se proveen con una película o lámina de difusión 323.

La modalidad del panel de iluminación de la figura 21 tiene la ventaja de que además de la luz provista por los LED, la luz puede ser equilibrada con la luz externa tal como la luz solar para proveer a las algas en el tanque de biorreactor con las condiciones óptimas de luz. En consecuencia, puede ser posible obtener los mismos resultados con respecto al crecimiento de las algas con menos consumo de energía por los LED 320 ya que la luz externa provee un flujo de luz adicional. La luz externa puede ser recolectada vía recolectores y reflectores de luz y distribuir a través del panel de una manera controlable, por ejemplo mediante el uso de una o más lentes, conductores de luz como fibras ópticas, y ópticos de difusión. Algunos o todos de estos elementos ópticos pueden incluirse en la estructura de cubierta 325. De esta manera, pueden crearse condiciones óptimas de luz para las especies de algas.

La figura 22 es una vista lateral y una vista superior en sección transversal de un panel de iluminación alternativo que tiene un alojamiento tubular. El panel de iluminación incluye una estructura de montaje tubular 315 para soportar la fuente de luz 330, la estructura de montaje tubular tiene un canal interno 316 para la circulación de un líquido de enfriamiento para enfriar la fuente de luz.

El alojamiento incluye una pared transparente 305 en un perfil tubular, la estructura de montaje tubular 315 y la pared transparente tubular 305 están dispuestas concéntricamente. La fuente de luz 330 está formada en una sección planar formada en la superficie externa de la estructura de montaje tubular 315. La fuente de luz incluye una tira de LED 320 montada en un tablero de circuito impreso de cerámica, que está montado en la sección planar. El portador de cerámica puede ser un PCB con núcleo metálico para soportar un gran número de chips de LED, por ejemplo 60 chips. El portador de cerámica con dados de LED unidos desnudos puede ser encolado o de unión eutéctica en la sección planar plana de la estructura de montaje 315.

Más de una fuente de luz 330 puede ser ubicada en una cierta posición a lo largo de la longitud de la estructura de montaje tubular. En una modalidad mostrada en la figura 22, están dispuestas tres fuentes de luz 330 separadas equidistantemente alrededor de la circunferencia de la estructura de montaje tubular 315. La estructura de montaje tubular 315 puede formarse en longitudes largas que tienen fuentes de luz dispuestas en diversas posiciones a lo largo de su longitud. La estructura de montaje tubular 315 también puede construirse en longitudes más cortas y unirse a las otras estructuras de montaje usando un manguito de conexión 332.

Una cavidad interior 308 se forma en el espacio entre los dos tubos de la estructura de montaje 315 y la pared transparente 305, la cavidad está llena con un líquido de enfriamiento 319, por ejemplo aceite con un alto índice de refracción. En una modalidad la cantidad de aceite para esta pequeña cavidad es mínima. La pequeña cantidad de líquido de enfriamiento resulta en una circulación mínima del aceite en la cavidad 308, lo que reduce la oportunidad de daño del alambre de unión o los chips de LED y reduce el daño o desgaste y desgarre provocado por cualquier partícula contaminante en el líquido de enfriamiento.

En otra modalidad existe suficiente líquido de enfriamiento en la cavidad 308 para resultar en una corriente de convección natural en el líquido de enfriamiento para mejorar la transferencia de calor lejos de los LED. El panel de iluminación está por ejemplo dispuesto con su eje longitudinal en una dirección vertical para proveer una distancia vertical suficiente sobre la longitud de las fuentes de luz 330 para promover la corriente de convección natural dentro del líquido de enfriamiento 319.

Pueden usarse los mismos materiales para esta modalidad del panel de iluminación que la modalidad previa de la figura 12, para la pared transparente, estructura de montaje, líquidos de enfriamiento etc. Los materiales usados para esta modalidad por ejemplo tienen índices de refracción que resultan en una maximización del acoplamiento de luz entre los LED y el agua que contiene las algas, como se discutió para las modalidades previas. Las mismas consideraciones aplican para esta modalidad y para las modalidades previas. Un líquido de enfriamiento con alto índice de refracción tiene un efecto positivo en el acoplamiento de la luz que sale de los LED hacia el agua/algas, y humectación de la superficie de los chips de LED para mejorar la transferencia de calor. El líquido de enfriamiento también puede reducir los problemas de deterioro del material de encapsulado de los LED. Una película delgada del líquido de enfriamiento también se colocará alrededor del tubo completo, asegurando un contacto térmico óptimo entre la estructura de montaje 315 y la pared transparente 305. El líquido de enfriamiento también evitará cualquier efecto de electrólisis en la fuente de luz y las conexiones. Los alambres y componentes electrónicos de conexión para proveer una corriente impulsora constante a los LED pueden integrarse en la misma estructura de montaje 315 en una sección plana del tubo.

La figura 23 es una vista en perspectiva del panel de iluminación de la figura 22 parcialmente desmantelado para mostrar la tapa extrema 334 y el anillo sellador 335 para sellar los extremos de la cavidad 8 formada entre la estructura de montaje 315 y la pared transparente 305. La tapa de extremo 334 y el anillo sellador 335 funcionan para separar la cavidad 308 del agua del biorreactor, para mantener al líquido de enfriamiento sin filtrarse de la cavidad y evitar que el agua entre a la cavidad. El llenado inicial de la cavidad 308 con el líquido de enfriamiento 319 puede realizarse con una aguja de inyección gruesa a través de la totalidad entre la pared transparente y la sección planar plana de la estructura de montaje. La pared transparente luego puede moverse sobre el anillo sellador de caucho 335 y por lo menos parte del aceite puede ser llenado a través de este anillo con una aguja de inyección delgada.

La figura 24 es una vista en sección transversal del panel de iluminación que muestra la porción planar plana de la estructura de montaje tubular 315 en donde están ubicados los LED 320 de las fuentes de luz.

La figura 25 es un diagrama esquemático simplificado de un biorreactor con paneles de iluminación 303 que comprende un número de lámparas de LED. Las lámparas de LED pueden alojarse en los paneles de luz como se describió con referencia a las figuras 14A, 14B o pueden alojarse por alojamientos tubulares como se describió con referencia a las figuras 22-24.

El biorreactor puede comprender un sistema de suministro de CO2 340 que incluye un aplicador 341 para suministrar dióxido de carbono (C02) al agua que contienen las algas. En algunas modalidades, el aplicador es un cojín de C02 341 que puede extenderse sobre el fondo del tanque de biorreactor 301.

El cojín se provee con una pluralidad de orificios para surtir y disolver el CO2 en el agua y al mismo tiempo crear turbulencia en la misma. Por ejemplo el C02 se añade en una forma que puede disolverse, por ejemplo de manera que el CO2 sea absorbido en el líquido a ser agregado a la canaleta mediante el aplicador de C02. El C02 puede añadirse en tal forma que el líquido que se añade por el aplicador de C02 siempre está saturado con CO2. La adición de CO2 absorbido vía un líquido reduce la aparición de burbujas gaseosas. Ya que tales burbujas pueden provocar esfuerzos cortantes en el agua que pueden dañar a las algas, su presencia por ejemplo se mantiene a un mínimo.

En una modalidad del tanque de biorreactor 301 que comprende un aplicador de C02, los LED 320 están dispuestos verticalmente, por ejemplo como se muestra en la figura 16 o 22, para proveer un nivel de luz consistente a medida que el CO2 se eleva a través del agua.

Se suministra un fluido de enfriamiento a la fuente de luz de LED vía un sistema de suministro de fluido de enfriamiento 343 separado. El fluido de enfriamiento corresponde al segundo fluido de enfriamiento 318 discutido anteriormente. El biorreactor comprende además un calentador 342 para calentar el CO2 antes de que sea suministrado al tanque de biorreactor en la forma de gas C02, representado esquemáticamente por las burbujas en la figura 25. El biorreactor comprende además un intercambiador de calor 344 para enfriar el fluido de enfriamiento. El intercambiador de calor está dispuesto para remover calor del fluido de enfriamiento después del paso a través de los paneles de iluminación 303 en el biorreactor, y para suministrar el calor removido del fluido de enfriamiento al agua que contiene las algas, y/o un calentador para calentar el C02 suministrado al biorreactor, y/u otro medio para remover el calor del sistema. La reutilización del calor del líquido de enfriamiento 318 permite un biorreactor con un rendimiento muy eficiente.

Se prefiere que la temperatura de los LED y la temperatura del agua que contiene las algas estén bajo un control separado. Aunque el intercambiador de calor puede reutilizar el calor del fluido de enfriamiento 318 para calentar el agua o el CO2 inyectado, es preferible que se mantenga el control separado de la temperatura del fluido de enfriamiento y de la temperatura del agua.

El biorreactor también comprende un sistema de control 350 para suministrar energía al sistema de iluminación de LED. La fijación del carbón en las algas, que parte del proceso de fotosíntesis, ocurre en la oscuridad. El sistema de control puede encender y apagar rápidamente en un ciclo a los LED para aumentar la fijación del carbón en las algas e incrementar la tasa de crecimiento de las algas, por ejemplo al conmutar los LED en encendido y apagado en un ciclo de 10 milisegundos de encendido y 10 milisegundos de apagado. Las conexiones eléctricas 351 a los LED se forman por ejemplo en la parte superior de los paneles de iluminación 303 de manera que las conexiones están por arriba del agua.

En algunas modalidades de la invención, puede proveerse una o más disposiciones adicionales para evitar la exposición continua de las algas a la luz emitida por los LED 20. Una disposición para lograr dicho efecto puede ser proveer un movimiento adecuado del líquido acuoso dentro del tanque de biorreactor. Por ejemplo, el movimiento a lo largo de la canaleta o el movimiento hacia arriba-hacia abajo como se describió antes puede calificar como tales movimientos. Además o como alternativa, puede introducirse un movimiento de turbulencia en el tanque, de manera que en diferentes momentos se expongan diferentes porciones de las algas o del cultivo fotosintético.

En lugar o además del movimiento adecuado del líquido acuoso que comprende las algas, los LED 320 pueden ser puestos en un ciclo de encendido y apagado para efectuar la exposición discontinua. Como resultado de la exposición discontinua provocada por el movimiento adecuado del líquido acuoso y/o del ciclo de encendido/apagado de los LED 320, puede aumentar la fijación del carbón en las algas.

Para forzar el movimiento del líquido acuoso dentro del tanque de biorreactor 1 , puede inducirse un flujo por medio de la inyección de líquido en posiciones adecuadas, en lo siguiente referido como puntos de inyección. Los puntos de inyección pueden ubicarse en el fondo de la canaleta (mejoradores de flujo de fondo) y en la pared de la canaleta (mejoradores de flujo lateral). Para los mejoradores de flujo colocados bajo un ángulo en la pared, el ángulo es tal que se logra un flujo hacia arriba.

En una modalidad, el flujo líquido se añade a una presión elevada de 1-15 kg/cm2 (por superficie). De esta manera, la diferencia de presión entre el flujo principal y el flujo del líquido extra introducido localmente puede afectar el movimiento de las algas. El flujo de líquido adicional puede ser ajustable a la viscosidad del líquido acuoso con las algas si se requiere, puede usarse un sistema de bombeo para suministrar el flujo de líquido adicional con un caudal de flujo específico y con una densidad y viscosidad específicas.

En una modalidad, el sistema de bombeo es una bomba de disco. Una bomba de disco es una bomba que comprende uno o más discos para realizar la acción de bombeo. Debido al uso de los discos, se evita el daño a las algas.

La figura 26A muestra una vista en sección transversal de una modalidad de una bomba de disco. La figura 26B muestra una vista en sección longitudinal de la misma bomba. La bomba 401 comprende un alojamiento 402 que comprende una placa frontal 403, una placa intermedia 404 y una placa posterior 405. Las placas formadas pueden fabricarse de acero o de un plástico. Las placas pueden ser prensadas conjuntamente por pernos o similares (no mostrados) la placa intermedia 404 se provee con una depresión cilindrica circular la cual, junto con la placa frontal 403 y la placa posterior 405, definen una cámara 406. La placa posterior 405 comprende un alojamiento de rodamientos 407, en el cual una flecha compuesta 408 está alojada giratoriamente por medio de dos rodamientos 410, por ejemplo rodamientos de bola de doble sello. Dos rodamientos 410 están sujetos entre dos anillos roscados internamente 411 , el anillo interno 411 está sellado mediante un empaque con forma de anillo 412. La fecha 408 esta provista con una bocallave 409, por medio de la cual la flecha 408 puede ser conectada a una unidad impulsora, tal como un motor eléctrico.

Un rotor 414 se encuentra montado en una porción central 4 3 de la flecha 408, el cual comprende un número de discos redondos, planos 415. Los discos pueden fabricarse de acero, acero inoxidable o un plástico, tal como PVC o policarbonato. Los discos 415 están separados entre sí por medio de separadores con forma de anillo 416. Además, los discos están prensados contra el anillo interno 41 1 por medio de una pieza de sujeción 417. A su vez, la pieza de sujeción está montada sobre la porción central 413 de la flecha 108 por medio de un perno 418. Los discos 415 y la cámara 406 conjuntamente forman una denominada bomba Tesla. Los detalles del diseño y operación de las bombas Tesla se proveen en la patente norteamericana no. 1 ,061 ,142 la cual se incorpora para referencia en su totalidad.

Mientras más grande sea el área superficial y/o el número de discos, mayor será el suministro y la fuerza de propulsión de dicha bomba.

La placa frontal 403 comprende una abertura circular que ajusta sobre la pieza de sujeción 1 17 formando una entrada axial, anular, 419 con la misma. Como lo muestra la figura 26A, los discos 415 pueden ser provistos con un número de orificios 420. Además, un inserto con forma de cuña 421 está montado en el alojamiento 402, dicho inserto forma un canal de salida 422 junto con la placa frontal 403, la placa intermedia 404 y la placa posterior 405.

La bomba está provista con un canal de derivación sustancialmente tangencial 423, un primer extremo del cual se abre dentro del canal de salida 422 de la bomba 401 , y un segundo extremo que forma una entrada 424. El canal de derivación 423 está formado en la placa intermedia 404 y tiene el mismo ancho A que la cámara 406. Para asegurar que el flujo de la cámara es suficientemente potente para generar un flujo significativo a través del canal de derivación 423, la altura ß del canal 423 en el canal de salida 422 es igual o menor que la distancia C entre una línea imaginaria transversal a la periferia del rotor 414 y a la pared interna de la cámara 406, de igual manera en el canal de salida 422.

El canal de derivación 423 puede ser provisto con una entrada para suministrar gas dióxido de carbono al líquido acuoso. Al suministrar gas dióxido de carbono de esta manera, el tamaño de las burbujas de dióxido de carbono será pequeño. Dichas burbujas pequeñas de CO2 provocan un daño mínimo al cultivo fotosintético.

Será obvio que la descripción anterior y los dibujos se incluyen para ilustrar algunas modalidades de la invención, y no para limitar el alcance de protección. A partir de esta descripción, serán evidentes muchas más modalidades para la persona experta que están dentro del alcance de protección y la esencia de está invención y que serán combinaciones obvias de las técnicas previas y la descripción de esta patente.

El término "sustancialmente" en la presente, tal como en "sustancialmente consiste", es entendido por la persona experta en la técnica. El término "sustancialmente" puede también incluir modalidades con "totalmente", "completamente", "todo", etc. Entonces, en las modalidades el adjetivo sustancialmente también puede ser eliminado. Cuando aplique, el término "sustancialmente" también puede referirse a 90% o más, tal como 95% o más, especialmente 99% o más, aún más especialmente 99.5% o más, incluyendo 100%. El término "comprende" también incluye modalidades en donde el término "comprende" significa "consiste de".

Además, los términos primero, segundo, tercero y similares en la descripción y en las reivindicaciones, se usan para distinguirlos entre elementos similares y no necesariamente para describir un orden secuencial o cronológico. Se entenderá que los términos así usados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y que las modalidades de la invención descritas en la presente son capaces de operar en otras secuencias a las descritas o ilustradas en la presente.

Los dispositivos en la presente se encuentran entre otros descritos durante la operación. Como resultará claro a la persona experta, la invención no se limita los métodos de operación o dispositivos de operación.

Deberá apreciarse que las modalidades mencionadas anteriormente ilustran más que limitan la invención, y los expertos en la técnica serán capaces de diseñar muchas modalidades alternativas sin separarse del alcance de las reivindicaciones anexas. En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no deberá considerarse como limitante de la reivindicación. El uso del verbo "comprender" y sus conjugaciones no excluye la presencia o elementos o etapas diferentes a esas establecidas en la reivindicación. El artículo "un" o "uno" que precede un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos.

El sólo hecho de que ciertas medidas estén descritas en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de esas medidas no pueda usarse como una ventaja.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1.- Un sistema de foto biorreactor (1) para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso (6) y cosechar el cultivo fotosintético, el sistema de foto biorreactor (1 ) comprende: a. un recipiente (3) dispuesto para contener el líquido acuoso (6); b. un sistema de iluminación (24), dispuesto para ser sumergido por lo menos parcialmente en el líquido acuoso (6); y dispuesto para irradiar el cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso (6); y c. un sistema de cosecha (26) que comprende una construcción de cucharón que comprende un cucharón (10), dispuesto para recoger por lo menos parte del cultivo fotosintético del líquido acuoso (6), y un sistema de recolección (18), dispuesto para recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético recogido. 2.- El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sistema de foto biorreactor (1) comprende un ambiente controlado y/o cerrado, tal como un invernadero (2) que encierra al recipiente (3). 3.- El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el sistema de iluminación (24) comprende una fuente de luz (20) dispuesta para irradiar al cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso (6). 4. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el sistema de iluminación (24) comprende un reflector (22) dispuesto para reflejar luz de las fuentes de luz (20) por debajo de la superficie del líquido acuoso (6) dentro del líquido acuoso (6). 5. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el reflector (22) está dispuesto para girar durante el uso del sistema de foto biorreactor (1). 6. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el cucharón (10) comprende un tamiz (14), dispuesto para recoger una fracción predeterminada del cultivo fotosintético. 7. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el cucharón (10) comprende mallas, y en donde las mallas tienen un tamaño de malla en el intervalo de aproximadamente 0.5- 35 pm. 8. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la construcción de cucharón comprende una construcción de rueda de paletas (9) que comprende por lo menos una paleta, en donde la paleta comprende el cucharón (10), y en donde la construcción de cucharón está dispuesta para mover el cucharón (10) entre una posición por arriba de la superficie del líquido acuoso (6) y una posición por debajo del líquido acuoso (6). 9. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la construcción de cucharón está dispuesta para girar el cucharón (10). 10. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el sistema de cosecha (26) comprende adicionalmente un transportador de cosecha (12), dispuesto para permitir a la construcción de cucharón la recolección en diferentes posiciones en el líquido acuoso (6). 1 - El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el transportador comprende un riel (13). 12. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el sistema de cosecha (26) comprende una unidad de limpieza dispuesta para limpiar el sistema de iluminación (24). 13. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el sistema de recolección (18) comprende adicionalmente un transportador de producto; dispuesto para transportar el cultivo fotosintético recogido recolectado a una unidad de almacenamiento. 14. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque comprende adicionalmente un secador, dispuesto para secar el cultivo fotosintético recogido recolectado. 15. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la construcción de cucharón comprende una construcción de rueda de paletas de acuerdo con la reivindicación 8, y en donde el sistema de recolección está dispuesto para recibir al cultivo fotosintético recogido que cae del cucharón (10). 16. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el sistema de cosecha (26) está dispuesto adicionalmente para crear turbulencia en el líquido acuoso. 17. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque comprende adicionalmente un aplicador de C02 (29) para suministrar C02 al líquido acuoso. 18. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema mejorador de flujo que comprende un cuerpo mejorador de flujo provisto con un perfil para arrastrar el líquido acuoso (6) para aumentar la turbulencia en el líquido acuoso (6). 19. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el sistema de iluminación (24) comprende un panel de iluminación que comprende (a) paredes laterales transparentes que forman un compartimiento, el compartimiento contiene una fuente de luz para iluminar las algas, y (b) medios de acoplamiento para alojar el panel de iluminación en una pared que comprende paneles de luz acoplados. 20. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema mejorador de flujo (100), que comprende un cuerpo mejorador de flujo provisto con un perfil para arrastrar el líquido acuoso (6) para aumentar la turbulencia en el líquido acuoso (6). 21. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el sistema mejorador de flujo (100) comprende un sistema del tipo de embudo que comprende una entrada para líquido y una entrada para un nutriente, y una salida para el líquido y el nutriente. 22. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el sistema mejorador de flujo (100) comprende un obstáculo, dispuesto en el recipiente, 23. - El sistema de foto biorreactor de conformidad con las reivindicaciones 21-22, caracterizado además porque el obstáculo está dispuesto en línea con la salida del sistema del tipo de embudo. 24. - Un panel de iluminación para el sistema de iluminación (24) del sistema de foto biorreactor de cualquiera de las reivindicaciones 1-23, que comprende (a) paredes laterales transparentes que forman un compartimiento, el compartimiento contiene una fuente de luz para iluminar las algas, y (b) medios de acoplamiento para alojar el panel de iluminación y una pared que comprende paneles de luz acoplados. 25. - Un ambiente controlado y/o cerrado, tal como un invernadero (2) que comprende el sistema de foto biorreactor (1) de cualquiera de las reivindicaciones 1-23. 26. - Un método para el crecimiento de un cultivo fotosintético en un líquido acuoso (6) y cosechar el cultivo fotosintético, el método comprende: a. proveer el líquido acuoso (6) que comprende el cultivo fotosintético; b. irradiar el cultivo fotosintético por debajo de la superficie del líquido acuoso (6); c. recoger por lo menos parte del cultivo fotosintético del líquido acuoso (6), y d. recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético recogido. 27. - El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque se aplica el sistema de foto biorreactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-23. 28. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-27, caracterizado además porque se aplica el método dentro de un ambiente controlado y/o cerrado, tal como un invernadero. 29. - El uso de un sistema de cosecha (26) que comprende una construcción de cucharón que comprende un cucharón (10), dispuesto para recoger por lo menos parte de un cultivo fotosintético de un líquido acuoso (6), y un sistema recolector (18) dispuesto para recolectar por lo menos parte del cultivo fotosintético recogido, en un sistema de foto biorreactor (1) para el crecimiento del cultivo fotosintético en el líquido acuoso (6), para crear turbulencia en el líquido acuoso (6) y para cosechar por lo menos parte del cultivo fotosintético.