DISPOSITIVO DE OPTIMIZACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR PARAFOTOBIORREACTORES, FOTOBIORREACTOR QUE INCORPORA DICHODISPOSITIVO, Y MÉTODO PARA MONTAR EL DISPOSITIVO EN UNFOTOBIORREACTOR.

Dispositivo de optimización de la radiación solar para fotobiorreactores,

fotobiorreactor que incorpora dicho dispositivo, y método para montar el dispositivo en un fotobiorreactor.

Permite aprovechar mejor la radiación solar en fotobiorreactores tubulares horizontales, dotados de al menos un tubo de cultivo (10) configurado para albergar un cultivo de microalgas. El dispositivo (1) comprende: a) una superficie reflectante, configurada para reflejar la radiación solar sobre el tubo de cultivo (10), donde la superficie reflectante comprende a su vez: al menos una base reflectante (3) plana, y dos cuerpos reflectantes (4) planos ubicados en los extremos de la base reflectante (3), y orientados respecto de la base reflectante (3) formando un ángulo θ con la normal a la base reflectante (3); y b) un soporte (20) para soportar la superficie reflectante.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico del aprovechamiento de la energía solar, en concreto, dentro del campo de los fotobiorreactores.

De manera más específica, el objeto de la invención se refiere a un dispositivo de optimización de la radiación solar lumínica especialmente indicado para fotobiorreactores, así como un 15 fotobiorreactor que incorpora dicho dispositivo, y un método para montar el dispositivo en un fotobiorreactor.

La invención permite maximizar la radiación lumínica incidente sobre los tubos de cultivo del fotobiorreactor, aumentando la disponibilidad de luz en el interior de dichos tubos de cultivo, y 20 de este modo favorecer la reacción fotosintética, incrementando así la tasa de crecimiento de las microalgas y mejorando la productividad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los fotobiorreactores son sistemas cerrados o semicerrados donde se realiza el cultivo de microalgas de una forma controlada y ajena a la atmósfera circundante.

Hay cuatro aspectos esenciales a tener en cuenta en el diseño de un fotobiorreactor, que son: el aporte efectivo y eficiente de luz al medio de cultivo; la dosificación de C02 y del resto de 30 nutrientes; la extracción del oxígeno generado en la fotosíntesis; y el escalado de la tecnología.

La disponibilidad de nutrientes y C02, la temperatura y la dinámica de fluidos son variables que pueden ser controladas de forma relativamente sencilla. Sin embargo, incluso en condiciones

óptimas de estos factores, la disponibilidad de luz es la que determina el grado de fotosíntesis que se produce a nivel celular y, por tanto, la tasa de crecimiento algal. Esto invita a pensar en sistemas de cultivo que dispongan de una elevada superficie de iluminación o en incorporar tecnologías de intensificación de la radiación luminosa.

En la actualidad, se reconoce que la eficiencia de los fotobiorreactores viene determinada por la capacidad de transporte de la radiación solar al medio de cultivo. Es por ello que se investiga en el desarrollo de sistemas de cultivo con elevada superficie de iluminación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención describe, de acuerdo con un primer aspecto, un dispositivo de optimización de la radiación solar especialmente destinado a su uso en fotobiorreactores, aunque podría también tener uso en otras aplicaciones, como por ejemplo en aplicaciones 15 termosolares.

Los fotobiorreactores son del tipo tubular, es decir, de los que comprenden al menos un tubo de cultivo cuyo interior está adaptado para albergar un cultivo de microalgas. El objeto de la invención es un dispositivo acoplable al fotobiorreactor para optimizar la radiación lumínica 20 recibida por el tubo de cultivo desde el exterior.

Para ello, el dispositivo se caracteriza porque comprende los siguientes elementos:

- una superficie reflectante, configurada para reflejar la radiación solar sobre aquellas zonas de cada tubo de cultivo a las que no llega la radiación directa, donde la superficie 25 reflectante comprende a su vez:

- al menos una base reflectante plana, y

- dos cuerpos reflectantes planos ubicados en los extremos de la base reflectante, y orientados respecto de la base reflectante formando un ángulo 0 con la normal a la base reflectante; y

- un soporte para soportar la superficie reflectante.

De manera preferente, el dispositivo está configurado para que un plano normal a la base reflectante esté orientado, cuando el dispositivo está en uso, formando un ángulo o con la

horizontal que es igual a la latitud del lugar de emplazamiento del dispositivo. La consecuencia ventajosa de dicha disposición preferente es la de permitir recoger la mayor cantidad de radiación posible si no existe un dispositivo de seguimiento anejo.

De manera aún más preferente, la superficie reflectante presenta simetría respecto de un plano de simetría que es normal a la base reflectante. De manera aún más preferente, el dispositivo está configurado para que dicho plano de simetría esté orientado, cuando el dispositivo está en uso, formando un ángulo a con la horizontal que es igual a la latitud del lugar de emplazamiento del dispositivo.

Mediante el empleo de un dispositivo como el que se acaba de describir, se logra maximizar la luminosidad recibida por el tubo de cultivo del fotobiorreactor, ya que cada tubo de cultivo, que estaría situado con su eje en posición horizontal, recibe radiación solar directa a través de parte de su superficie exterior, así como recibe, en la parte de su superficie exterior no iluminada 15 directamente por los rayos solares, la reflexión de dichos rayos solares producida por el dispositivo de la invención.

La intensidad lumínica conseguida puede adaptarse modificando el valor del ángulo 0. El valor más preferente para el ángulo 0 es igual al valor de la máxima declinación anual solar, 20 denotado por a, lo cual permite alcanzar el valor óptimo de intensidad lumínica.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se describe un fotobiorreactor tubular horizontal que comprende:

- al menos un tubo de cultivo, dotado de un eje longitudinal, de un diámetro que está 25 preferentemente comprendido entre 30 y 100 mm, y que está dispuesto, en condiciones de uso,

con el eje longitudinal en orientación horizontal, y

- el dispositivo anteriormente descrito, donde el soporte está configurado para soportar la superficie reflectante en una posición predefinida respecto del tubo de cultivo.

De manera preferente, el fotobiorreactor está configurado para que el eje longitudinal del tubo de cultivo esté comprendido en un plano de simetría normal a la base reflectante, donde la superficie reflectante es simétrica respecto del plano de simetría.

Una de las ventajas del dispositivo descrito es que puede ser aplicado a fotobiorreactores ya existentes con el objetivo de incrementar su productividad. Por ello, de acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se describe un método para montar el dispositivo descrito en un fotobiorreactor tubular horizontal que comprende al menos un tubo de cultivo dispuesto, en 5 condiciones de uso, horizontalmente, donde el método comprende los siguientes pasos:

- disponer el soporte, por ejemplo, fijando dicho soporte al suelo o al fotobiorreactor, y

- fijar la superficie reflectante al soporte.

La presente invención, en cualquiera de sus tres aspectos descritos, permite mejorar la 10 productividad y, por lo tanto, la cantidad de biomasa algal producida y, además, aumentar el número de localizaciones geográficas en las que es viable la instalación de fotobiorreactores tubulares de tipo horizontal, ya que al incrementarse la radiación incidente sobre los tubos de cultivo, los fotobiorreactores podrían llevarse a latitudes en las que antes no era viable su ubicación debido a la falta de productividad.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de 20 realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista esquemática de una primera realización de un fotobiorreactor 25 tubular horizontal de acuerdo con el segundo aspecto de la invención.

Figura 2.- Muestra un esquema geométrico ilustrativo para determinar la longitud de los cuerpos reflectantes y la anchura de la base reflectante aplicando una serie de criterios.

Figura 3.- Muestra una vista esquemática de una realización del dispositivo de la invención de acuerdo con los criterios ilustrados en la figura 2.

Figura 4.- Muestra una vista esquemática de una segunda realización de un fotobiorreactor

tubular horizontal de acuerdo con el segundo aspecto de la invención.

Figura 5.- Muestra una vista esquemática de una tercera realización de un fotobiorreactor tubular horizontal de acuerdo con el segundo aspecto de la invención.

Figura 6.- Muestra una vista esquemática de una cuarta realización de un fotobiorreactor tubular horizontal de acuerdo con el segundo aspecto de la invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Seguidamente se describe, con ayuda de las figuras 1 a 6 anteriormente referidas, una descripción en detalle de una realización preferente de la invención.

El fotobiorreactor mostrado en la figura 1 es un fotobiorreactor tubular horizontal que 15 comprende...

1.- Dispositivo (1) de optimización de la radiación solar para fotobiorreactores tubulares horizontales, donde el fotobiorreactor comprende un tubo de cultivo (10) configurado para albergar un cultivo de microalgas, caracterizado por que comprende:

- una superficie reflectante, configurada para reflejar la radiación solar sobre el tubo de cultivo (10), donde la superficie reflectante comprende a su vez:

- al menos una base reflectante (3) plana, y

- dos cuerpos reflectantes (4) planos ubicados en los extremos de la base reflectante (3), y orientados respecto de la base reflectante (3) formando un ángulo 0 con la normal a la base reflectante (3); y

- un soporte (20) para soportar la superficie reflectante.

2.- Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que está configurado de tal manera que un plano normal a la base reflectante (3) está orientado, cuando el dispositivo (1) está en uso, formando un ángulo a con la horizontal que es igual a la latitud del lugar de emplazamiento del dispositivo (1).

3 - Dispositivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el ángulo 0 es igual al ángulo a de máxima declinación solar, que vale 23.45°.

4.- Dispositivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que la superficie reflectante presenta simetría respecto de un plano de simetría (2) que es normal a la base reflectante (3).

5.- Dispositivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que está configurado para que el plano de simetría esté orientado, cuando el dispositivo está en uso, formando un ángulo a con la horizontal que es igual a la latitud del lugar de emplazamiento del dispositivo (1).

6.- Dispositivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que la superficie reflectante presenta forma de prisma hexagonal no

regular seccionado por un plano paralelo a una de sus caras.

7.- Dispositivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la superficie reflectante comprende una pluralidad de bases

reflectantes (3) concatenadas por medio de los cuerpos reflectantes (4).

8.- Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que las superficies reflectantes están distribuidas en una primera fila (5) superior y una segunda fila (6) inferior, donde las bases reflectantes (3) en cada una de las filas (5, 6) están dispuestas de manera

adyacente, pero alternadas con respecto a las de la otra fila (5, 6).

9.- Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que las bases reflectantes (3) pertenecientes a la primera fila (5) son más cortas que las de la segunda fila (6), así como los cuerpos reflectantes (4) de la primera fila (5) están ubicados únicamente en

los extremos de la superficie reflectante, y no en los extremos de cada base reflectante (3).

10.- Dispositivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que la superficie reflectante está realizada en una sola pieza.

11.- Fotobiorreactor tubular horizontal que comprende:

- al menos un tubo de cultivo (10), dispuesto, en condiciones de uso, horizontalmente, así como dotado de un eje longitudinal (11), y

- el dispositivo (1) descrito, en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el soporte (20) está configurado para soportar la superficie reflectante en una posición

predefinida respecto del tubo de cultivo.

12.- Fotobiorreactor de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que los cuerpos reflectantes (4) presentan una longitud tal que un rayo incidente en los extremos libres de dichos cuerpos reflectantes (4) formando un ángulo igual a a respecto de la normal a la 30 base reflectante (3), con sentido hacia el interior, es reflejado de manera que incide sobre la superficie exterior del tubo de cultivo (10) de manera tangencial en un punto T situado por encima del eje longitudinal (11) del tubo de cultivo (10).

13.- Fotobiorreactor de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que los cuerpos reflectantes (4) presentan una longitud tal que un rayo incidente en los extremos libres B de los cuerpos reflectantes (4) formando un ángulo o con la horizontal, es decir, normal a la base reflectante (3), se refleja, después de su reflexión en un punto C de una circunferencia K

ficticia, incidiendo tangencialmente a la superficie exterior del tubo de cultivo (10) en un punto T' situado por debajo del eje longitudinal (11) del tubo de cultivo, donde la circunferencia K tiene su centro en un punto P definido como la intersección entre el plano de simetría (2) y una recta que, conteniendo el punto B, forma un ángulo igual a a con la horizontal,

así como la circunferencia K tiene un radio igual PB = PC,

donde la base reflectante (3) es tangente a la circunferencia K en su punto H más bajo, definiéndose puntos A' y B' de intersección entre la base reflectante (3) y los cuerpos reflectantes (4), determinándose la longitud óptima de los cuerpos reflectantes (4) como el valor B'R.

14.- Método para montar, el dispositivo (1) descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en un fotobiorreactor tubular horizontal que comprende al menos un tubo de cultivo (10) dispuesto, en condiciones de uso, horizontalmente, donde el método comprende los siguientes pasos:

- disponer el soporte (20), y

- fijar la superficie reflectante al soporte (20).