cenidetCentro Nacional de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico Departamento de Mecatrnica

TESIS DE MAESTRA EN CIENCIASConstruccin y Monitoreo de Variables de un Prototipo para el Tratamiento Biolgico de un Efluente con Colorante Naranja II, Mediante el Hongo Trametes Versicolorpresentada por

Ing. Electromecnico por el I. T. de Zacatepec como requisito para la obtencin del grado de: Maestra en Ciencias en Ingeniera Mecatrnica

Jos Efran Ruiz Ramrez

Director de tesis:Dr. Rigoberto Longoria Ramrez

Dra. Mara del Refugio Trejo Hernndez Cuernavaca, Morelos, Mxico.

Co-Director de tesis:

Octubre de 2010

cenidetCentro Nacional de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico Departamento de Mecatrnica TESIS DE MAESTRA EN CIENCIASConstruccin y Monitoreo de Variables de un Prototipo para el Tratamiento Biolgico de un Efluente con Colorante Naranja II, Mediante el Hongo

Trametes Versicolorpresentada por

Jos Efran Ruiz RamrezIng. Electromecnico por el I. T. de Zacatepec como requisito para la obtencin del grado de: Maestra en Ciencias en Ingeniera Mecatrnica

Director de tesis: Dr. Rigoberto Longoria Ramrez Co-Director de tesis: Dra. Mara del Refugio Trejo Hernndez Jurado: Dr. Enrique Quintero Mrmol Presidente Dra. Sara Lilia Moya Acosta Secretario Dra. Mara del Refugio Trejo Hernndez Vocal Dr. Rigoberto Longoria Ramrez Vocal Suplente

Cuernavaca, Morelos, Mxico.

Octubre de 2010

AgradecimientosA Dios por permitirme llegar hasta este momento tan importante de mi vida y lograr otra meta ms en mi carrera.

A mis padres por su apoyo, confianza y amor. Gracias por ayudarme a cumplir mis objetivos como persona y estudiante. Por brindarme los recursos necesarios y estar a mi lado apoyndome. A mi hermana Mayra por sus consejos y apoyo. A mi sobrino Mateo que vino a dar mucha alegra a mi hogar y con una sonrisa ilumina todo.

A mi novia Alejandra por su apoyo, compresin y amor que me permite sentir poder lograr lo que me proponga. Gracias por escucharme y por tus consejos. Gracias por ser parte de mi vida; eres lo mejor que me ha pasado.

A la Dra. Trejo por su importante aporte y participacin activa en el desarrollo de esta tesis, por su orientacin y atencin a mis consultas. Debo agradecer tambin su amabilidad y disponibilidad y por sus substanciales sugerencias en la redaccin de esta tesis.

Al Dr. Longoria por haberme dado la oportunidad de participar en este trabajo. Por sus consejos brindados durante el desarrollo de la tesis.

Al Dr. Quintero por sus consejos y apoyo otorgado cuando se presentaron problemas con el desarrollo de la tesis.

Gracias a mis amigos de la prepa que siempre me han prestado un gran apoyo moral y humano. Mil gracias por todos los momentos que hemos pasado juntos y por que han estado conmigo siempre. A Manuel, Hilario, Cinda e Ivn que con ellos compart conocimiento y momentos muy agradables durante la maestra.

Al Tc. M.B. Acadmico Daniel Guzmn por su apoyo y opiniones para la realizacin de este trabajo. A mi compaera y amiga Aurora Riegas Villalobos por su apoyo para la realizacin de los experimentos biolgicos.

Contenido

ndice de figuras .....................................................................................................................................v ndice de tablas ..................................................................................................................................... vii Nomenclatura ....................................................................................................................................... viii Abreviaturas ........................................................................................................................................... ix Resumen................................................................................................................................................. xi Abstract ................................................................................................................................................. xiii CAPTULO 1 .......................................................................................................................................... 1 INTRODUCCIN ................................................................................................................................... 1 1.1 Introduccin ..................................................................................................................................... 2 1.2 Planteamiento del problema ......................................................................................................... 3 1.3 Justificacin ..................................................................................................................................... 4 1.4 Hiptesis........................................................................................................................................... 4 1.5 Objetivo general .............................................................................................................................. 5 1.5.1 Objetivos particulares ............................................................................................................. 5 1.6 Metas ................................................................................................................................................ 5 1.7 Alcances ........................................................................................................................................... 6 CAPTULO 2 .......................................................................................................................................... 7 MARCO TERICO................................................................................................................................ 7 2.1 Fuentes de compuestos txicos ................................................................................................... 8 2.2 Colorantes ........................................................................................................................................ 8 2.3 Hongo Trametes Versicolor........................................................................................................... 9 2.4 Hongo Pleurotus ostreatus ............................................................................................................ 9 2.5 Biorreactores ................................................................................................................................. 10 2.6 Tipos de biorreactores ................................................................................................................. 10 2.6.1 Biorreactores agitados .......................................................................................................... 10 2.6.2 Biorreactores de columna .................................................................................................... 11 2.6.3 Biorreactores de circulacin................................................................................................. 11 i

2.6.4 Biorreactor airlift ..................................................................................................................... 11 2.7 Escalamiento de biorreactores ................................................................................................... 15 2.7.1 Criterios de escalamiento ..................................................................................................... 16 2.8 Variables a medir y monitorear en el biorreactor ..................................................................... 17 2.8.1 El pH ........................................................................................................................................ 18 2.8.1.1 Electrodo de vidrio ......................................................................................................... 18 2.8.1.2 Funcionamiento del electrodo de pH .......................................................................... 19 2.8.2 Temperatura ........................................................................................................................... 20 2.8.2.1 Termopares ..................................................................................................................... 20 2.8.3 Absorbancia............................................................................................................................ 21 2.8.3.1 Espectrofotmetro .......................................................................................................... 22 2.8.3.2 Componentes de un espectrofotmetro ..................................................................... 23 2.8.3.3 Utilidad del espectrofotmetro ..................................................................................... 23 2.8.3.4 Fotorresistencia .............................................................................................................. 23 2.8.3.5 LED................................................................................................................................... 24 CAPTULO 3 ........................................................................................................................................ 26 DEGRADACIN BIOLGICA DEL COLORANTE NARANJA II ................................................ 26 3.1 Preparacin de inculo en medio slido ................................................................................... 27 3.2 Preparacin del medio lquido para la inoculacin del hongo ............................................... 27 3.3 Inoculacin ..................................................................................................................................... 28 3.4 Inmovilizacin del hongo ............................................................................................................. 28 3.5 Preparacin de buffer pH = 6 ...................................................................................................... 30 3.6 Colorante Naranja II ..................................................................................................................... 31 3.7 Biodegradacin del colorante Naranja II en matraces ............................................................ 32 3.8 Biodegradacin del colorante Naranja II en un biorreactor .................................................... 34 3.9 Conclusiones experimentacin con el hongo ........................................................................... 34 CAPTULO 4 ........................................................................................................................................ 35 DISEO FSICO .................................................................................................................................. 35 4.1 Dimensionamiento y construccin del biorreactor ................................................................... 36 4.1.1 Soporte para el biorreactor .................................................................................................. 40

ii

4.2 Mdulo electrnico........................................................................................................................ 41 4.3 Medidor de absorbancia .............................................................................................................. 43 4.3.1 Sensor de absorbancia ......................................................................................................... 43 4.3.2 Rueda de LEDS ..................................................................................................................... 43 4.3.3 Bomba de recirculacin ........................................................................................................ 45 4.3.4 Integracin de los elementos del medidor de absorbancia ............................................ 45 4.4 Medidor de temperatura............................................................................................................... 47 4.5 Medidor de pH ............................................................................................................................... 48 4.6 Programacin microcontrolador ................................................................................................. 49 4.7 Programacin interfaz grfica ..................................................................................................... 50 4.7.1 Monitoreo de sensores ......................................................................................................... 50 4.7.2 Configuracin del puerto serie............................................................................................. 50 4.7.3 Almacenamiento de datos.................................................................................................... 51 4.7.4 Intervalo de almacenamiento de datos .............................................................................. 51 4.7.5 Visualizacin .......................................................................................................................... 52 4.7.6 Calibracin de sensores ....................................................................................................... 52 4.7.7 Longitud de onda ................................................................................................................... 52 4.7.8 Encendido bomba.................................................................................................................. 52 4.7.9 Herramientas adicionales ..................................................................................................... 53 4.8 Posicin longitud de onda ........................................................................................................... 53 4.9 Accionamiento de vlvulas .......................................................................................................... 54 CAPTULO 5 ........................................................................................................................................ 55 CALIBRACIN DE SENSORES ....................................................................................................... 55 5.1 Sensor de temperatura ................................................................................................................ 56 5.2 Sensor de pH................................................................................................................................. 58 5.3 Sensor de absorbancia ................................................................................................................ 60 CAPTULO 6 ........................................................................................................................................ 63 PRUEBAS Y RESULTADOS ............................................................................................................. 63 6.1 Prueba mecnica del biorreactor (decoloracin) ..................................................................... 64 6.2 Prueba biorreactor y sensores.................................................................................................... 65

iii

6.3 Prueba biorreactor, durante el cultivo y monitoreo de sensores ........................................... 67 CAPTULO 7 ........................................................................................................................................ 72 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................. 72 7.1 Conclusiones ................................................................................................................................. 73 7.2 Recomendaciones ........................................................................................................................ 75 Referencias .......................................................................................................................................... 76 Anexo A Anexo B Anexo C Anexo D Anexo E Diseo del Biorreactor ..................................................................................................... 78 Diseo tarjeta electrnica ............................................................................................... 86 Calibracin sensor de absorbancia............................................................................... 93 Programa Microcontrolador.......................................................................................... 101 Archivo con datos de los sensores ............................................................................. 109

iv

ndice de figurasFigura 2.1: Trametes Versicolor ......................................................................................................................... 9 Figura 2.2: Pleurotus ostreatus ........................................................................................................................... 9 Figura 2.3: Reactor airlift ................................................................................................................................... 13 Figura 2.4: Electrodo de vidrio .......................................................................................................................... 18 Figura 2.5: Representacin de un termopar ................................................................................................... 20 Figura 2.6: Demostracin de la absorbancia .................................................................................................. 21 Figura 2.7: Fotorresistencia ............................................................................................................................... 24 Figura 2.8: LEDs ................................................................................................................................................. 25 Figura 3.1: Crecimiento del hongo, en medio solido ..................................................................................... 27 Figura 3.2: Fragmentos de micelio para ser molido ...................................................................................... 28 Figura 3.3: Solucin de alginato y biomasa .................................................................................................... 29 Figura 3.4: Inmovilizacin del hongo ............................................................................................................... 29 Figura 3.5: Cada de la biomasa en el carbonato de calcio ......................................................................... 30 Figura 3.6: Estructura qumica del colorante naranja II. ............................................................................... 31 Figura 3.7: Espectro de la desaparicion del colorante naranja II con T.v libre. ........................................ 32 Figura 3.8: Evolucin de la absorbancia con el hongo T.v y el P.o libre e inmovilizado. ........................ 33 Figura 3.9: Evolucin de la absorbancia con el hongo T.v y P.o libre ........................................................ 33 Figura 3.10: Funcionamiento del birreactor .................................................................................................... 34 Figura 4.1: Biorreactor ....................................................................................................................................... 39 Figura 4.2: Difusor de aire interno 39 Figura 4.3: Difusor de aire externo40 Figura 4.4: Tamao de burbuja biorreactor .................................................................................................... 40 Figura 4.5: Estructura para el biorreactor ....................................................................................................... 41 Figura 4.6: Tarjeta electrnica del biorreactor ................................................................................................ 42 Figura 4.7: Mdulo electrnico ......................................................................................................................... 42 Figura 4.8: Alineacin del led con la fotorresistencia .................................................................................... 44 Figura 4.9: bomba de recirculacin .................................................................................................................. 45 Figura 4.10: Caja sensor de absorbancia ...46 Figura 4.11: Alineacin del tubo46 Figura 4.12: Circulacin de flujo en el medidor de absorbancia .................................................................. 47 Figura 4.13: Electrodo de pH ............................................................................................................................ 49 Figura 4.14: Etiqueta monitoreo de sensores ................................................................................................. 53 Figura 4.15: Etiqueta Posicin longitud de onda ........................................................................................... 54 Figura 4.16: Accionamiento de vlvula............................................................................................................ 54 Figura 5.1: Respuesta del termopar ................................................................................................................ 56 Figura 5.2: Regresin lineal termopar ............................................................................................................. 57 Figura 5.3: Calibracin de pH ........................................................................................................................... 58 Figura 5.4: Regresin lineal del pH .................................................................................................................. 59 Figura 5.5: Grafica medidor de absorbancia. ................................................................................................. 61 Figura 5.6: Grfica del espectrofotmetro. ..................................................................................................... 62

v

Figura 6.1: Degradacin biolgica del colorante naranja II .......................................................................... 64 Figura 6.2: Efecto de la concentracin del colorante naranja II sobre la temperatura. ............................ 66 Figura 6.4: Efecto de la concentracin del colorante naranja II sobre la absorbancia............................. 67 Figura 6.5: Evolucin de la temperatura en el proceso de degradacin del colorante naranja II ........... 68 Figura 6.6: Evolucin del pH en el proceso de degradacin del colorante naranja II .............................. 69 Figura 6.7: Evolucin de la absorbancia en el proceso de degradacin del colorante naranja II .......... 69 Figura 6.8: a) Reactor al tiempo 0 y b) reactor despus de 4 horas ........................................................... 70 Figura 6.9: a) Colorante termino de la prueba b) Colorante al inicio de la prueba. .................................. 70 Figura 6.10: Biomasa ......................................................................................................................................... 71

vi

ndice de tablasTabla 2.1: Termopares de uso comn. ............................................................................................................ 21 Tabla 2.2: Compuestos empleados en la construccin de LED ................................................................... 24 Tabla 4.1: Longitudes de onda de LEDs .......................................................................................................... 44 Tabla 4.1: Calibracin termopar ms AD594 .................................................................................................. 58 Tabla 5.2: Longitud de onda de colorantes ..................................................................................................... 60

vii

NomenclaturaA Ag Absorbancia Plata

AgCl Cloruro de plata C C cm Dd DI Dr EH Eref F Fem g g/l gM HT H HL I0 I1 k KLa l L M ml mM M N Concentracin de sustancia absorbente en el medio Grados centgrados centmetros Dimetro del tubo externo Diamtro interno Dimetro del tubo interno Potencial a travs de la membrana de vidrio Potencial generado por el electrodo de referencia Constante de Faraday Fuerza electromotriz Gramos Gramos sobre litro Gramos mol Altura del cilindro exterior Altura total Altura del lquido Intensidad de la luz incidente Intensidad de la luz una vez ha atravesado el medio Coeficiente de extincin Coeficiente de transferencia de oxgeno Litros Distancia que la luz atraviesa por el cuerpo Molar mililitro milimolar Mega ohm Velocidad de agitacin

viii

Nin nm

Carga del ion Nanmetros Fosfato dicido de sodio Fosfato cido de sodio

NaH2PO4 Na2HPO4 ppm PSI

Pg/V Potencia por unidad de volumen Partes por milln Libra fuerza por pulgada cuadrada

Pg/V Potencia por unidad de volumen R rpm T V Vop Vref Vt VT Vc % V Constante de los gases Revoluciones por minuto Temperatura grados Kelvin Volumen Volumen de operacin Voltaje de referencia Volumen de tapas Volumen total Volumen del cilindro Coeficiente de absorcin o la absorbancia molar de la sustancia Longitud de onda del haz de luz Por ciento Micro volts Densidad del fluido Viscosidad dinmica del fluido

AbreviaturasADC Convertidor Analgico Digital

BITS Digito Binario BNC Del ingles Bayonet Neill-Concelman

CEIB Centro de Investigacin en Biotecnologa LDR LED Resistor Dependiente de la Luz Diodo Emisor de Luz

ix

PCB PDA PIC PN P.o. PVC T.v.

Tarjeta de Circuitos Impresos Agar Papa Dextrosa Controlador de Interfaz Perifrico Positivo Negativo Pleurotus Ostreatus Policloruro de Vinilo Trametes versicolor

x

Resumen

En el presente trabajo de investigacin se dise y construy un biorreactor airlift para tratar agua contaminada con el colorante sinttico Naranja II mediante en hongo Trametes versicolor. Este hongo participa en la descomposicin blanca de la madera debido a que es capaz de degradar la lignina mediante la generacin de un complejo enzimtico extracelular, conocido como sistema ligninoltico. Este complejo enzimtico ha sido utilizado para la biodegradacin de una gran variedad de compuestos aromticos en diversos sistemas de operacin, biorreactores discontinuos y continuos. El biorreactor es un recipiente cerrado donde se llevan a cabo los procesos de biodegradacin de los compuestos txicos contaminantes de agua, que puede operar en continuo y discontinuo. Para su operacin se ha equipado con entradas y salidas de flujo de materia, as como sistemas de monitoreo de variables fisicoqumicas que permiten el seguimiento de los procesos biolgicos. La complejidad de los sistemas de monitoreo depende de los procesos biolgicos que se pretenden realizar. En general se utilizan sistemas de monitoreo y almacenamiento de algunas variables importantes como son la temperatura, pH. No obstante, se requieren de otros parmetros de monitoreo que no son generales y para ello se deben realizar diseos especficos como la determinacin de la absorbancia. Este parmetro an no sido implementado en los biorreactores comerciales, por lo que fue necesario disear e implementarlo en un biorreactor de tipo airlift, junto con el monitoreo de la temperatura y del pH. Debido que durante el proceso de biodegradacin del colorante se presenta una disminucin que implica un cambio en la absorbancia. Este parmetro nos permite cuantificar la concentracin del colorante presente durante el proceso de degradacin en continuo. Para llevar a cabo el monitoreo de las variables, se requiri de conocimiento de los principios tericos tanto fisicoqumicos como biolgicos de las diferentes variables de medicin, as como su operacin especfica: Por otra parte, as como conocimientos de mecnica,

xi

electrnica y computacin para la implementacin de los circuitos electrnicos involucrados en los dispositivos de medicin. El Hardware para el monitoreo de las variables antes mencionadas es una tarjeta de adquisicin de datos donde el elemento principal es el microcontrolador PIC16F877A, donde es recibida la seal analgica de los sensores despus de su acondicionamiento y es convertida a seal digital, para despus poder ser leda por la computadora acondicionadores de seales para los sensores de temperatura, pH y absorbancia. Por otra parte el software para el monitoreo y manejo del usuario, est programado en la plataforma LabView 8.2. y

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Abstract

In the present research was designed and built an airlift bioreactor to treat water contaminated with the synthetic dye Orange II by in fungus Trametes versicolor. This fungus is involved in the decomposition of the wood white because it is able to degrade lignin by generating an extracellular enzyme complex, known as ligninolytic system. This enzyme complex has been used for the biodegradation of a variety of aromatic compounds in various operating systems, batch and continuous bioreactors. The bioreactor is a closed vessel which carried out the process of biodegradation of toxic pollutants from water, which can operate in continuous or discontinuous. For its operation is equipped with inputs and outputs flow field as well as monitoring systems physicochemical variables that allow tracking of biological processes. The complexity of monitoring systems depends on biological processes that have been announced. In general, monitoring systems are used and storage of important variables such as temperature, pH. However, other parameters require monitoring that are not general and it should make specific designs such as the determination of the absorbance. This parameter has not yet been implemented in commercial bioreactors, so it was necessary to design and implement a type airlift bioreactor, together with monitoring of temperature and pH. Given that during the process of biodegradation of the dye is a decrease implies a change in absorbance. This parameter allows us to quantify the concentration of dye present in the continuous process of degradation. To carry out the monitoring of variables, it required knowledge of the theoretical principles physicochemical and biological variables of different measurement and its specific operation: On the other hand, as well as knowledge of mechanics, electronics and computers for implementation of the electronic circuits involved in measurement devices.

The hardware for the monitoring of the aforementioned variables is a data acquisition board where the main element is the PIC16F877A microcontroller, where the analog signal is received from the sensors after preparation and is converted to digital, and then can be read by the computer and signal conditioners for temperature sensors, pH and absorbance.

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Moreover, the software for monitoring and management of the user, the platform is programmed in LabView 8.2.

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CAPTULO 1

INTRODUCCIN

Captulo 1

Introduccin

1.1 Introduccin

Un problema grave en la actualidad es la contaminacin de las aguas, que puede proceder de fuentes naturales o de actividades humanas. En la actualidad la ms importante, sin duda, es la provocada por el hombre. La contaminacin se debe a que se han descargado al ambiente compuestos xenobiticos (que son sintetizados por el hombre) y stos han causado un desequilibrio ambiental. Entre ellos se encuentran los colorantes utilizados en industrias para teir fibras textiles, plsticos, pieles, cosmticos y alimentos. Se estima que alrededor del 10% de los colorantes aplicados durante los procesos de teido no se absorben en las fibras de las telas y son desechados en los sistemas de tratamiento de aguas residuales o al medio ambiente [1]. Este tipo de colorantes son recalcitrantes a la degradacin microbiana, son txicos ya que algunos presentan alta solubilidad y evitan la transmisin de luz en el agua, afectando a la flora y fauna acutica. Una de las opciones ms atractivas es el utilizar hongos de podredumbre blanca para tratar los efluentes industriales textiles, ya que son econmicos, factibles y eficientes para estos fines. La finalidad de este trabajo de tesis fue disear y construir un biorreactor airlift, en donde se pudiera llevar a cabo el monitoreo de las variables ms importantes del proceso de remocin de color: temperatura, pH y absorbancia. Esta ltima variable monitorea en forma continua el grado de colorante existente en el agua dentro del biorreactor, sin tener que sacar muestra del fluido con colorante cada determinado tiempo y no tener que utilizar otro equipo (espectrofotmetro) para medir esta variable. En el primer captulo de este documento se describe el fundamento terico necesario para el desarrollo del trabajo de tesis. En el captulo 2 se muestran resultados de los primeros experimentos realizados con el hongo Trametes versicolor y Pleurotus ostreatus en matraces y en el reactor airlift con capacidad de 300 mililitros; adems de los pasos realizados para llevar a cabo la inmovilizacin del hongo con alginato. En el captulo 3 se describen los clculos, construccin del biorreactor y elementos que lo conforman, as como el diseo y construccin del mdulo electrnico, conformado por una tarjeta de adquisicin de datos compuesta principalmente por el microcontrolador

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Captulo 1

Introduccin

PIC16F877A, y acondicionadores de seales para los sensores de temperatura, pH y absorbancia. En el captulo 4 se presenta el mtodo de calibracin de los sensores de pH, temperatura y absorbancia. En el captulo 5 se muestran los diagramas de flujo de la programacin realizada en el microcontrolador PIC16F877A para la adquisicin de datos de los sensores. Tambin se muestra la interfaz grfica realizada en LabView 8.2, y se describen las partes que la conforman. En el captulo 6 se presentan los resultados obtenidos en el biorreactor, con el monitoreo de variables. Para terminar, en el captulo 7 se muestran las conclusiones a las que se lleg despus de terminado el trabajo de tesis y las recomendaciones para trabajos futuros en el biorreactor.

1.2 Planteamiento del problemaSe han propuesto diferentes tipos de procesos de tratamiento para llevar a cabo la decoloracin de las aguas residuales de la industria textil. Estos tratamientos pueden ser de tipo fisicoqumico, y entre stos se tienen los procesos de oxidacin avanzada (clorinacin, blanqueado, ozonizacin), electrlisis, coagulacin, adsorcin, intercambio inico, filtracin por membranas, etc. Actualmente, el tratamiento de las aguas residuales de la industria textil, se ha limitado a la utilizacin de procesos por membrana para la remocin de colorante y su recuperacin; para poder reutilizar el agua en su proceso. Esta tecnologa es muy eficiente pero, su aplicacin a nivel industrial, en donde se involucran grandes volmenes de agua, lo hace muy costoso. Es por esto que existe un mayor inters por el uso de otras tcnicas para tratar aguas residuales como son los tratamientos biolgicos, o una combinacin de ambos dependiendo del tipo de efluente a tratar [1]. El problema que se pretende abordar en este trabajo, consiste por una parte, en experimentar con la capacidad de degradacin de colorante del hongo Trametes versicolor, y del Pleurotus ostreatus en matraces y con concentraciones de colorante naranja II a 25 ppm, tambin de una prueba en biorreactor airlift de 300 ml y por otra, en disear y construir un biorreactor airlift de 3000 ml automatizado, para monitorear y almacenar las variables involucradas en el proceso de degradacin de colorante.

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Captulo 1

Introduccin

1.3 JustificacinEntre los compuestos ms importantes y que se descargan al medio ambiente estn los de tipo azo. La relevancia de estos compuestos es que son txicos para los organismos vivos y aun as son ampliamente utilizados. Es por ello que existe el inters de implementar procesos que permitan la eliminacin de este tipo de compuestos de los efluentes. Si bien existen estudios relacionados con tratamientos biolgicos, la mayora de ellos son sistemas bacterianos que no han resultado ser satisfactorios a la hora de realizar una biodegradacin de estos compuestos coloreados. Sin embargo se ha investigado desde hace algunos aos la potencialidad oxidativa de otro tipo de microorganismos, como los denominados hongos de podredumbre blanca, cuya principal caracterstica es la biodegradacin de lignina mediante la generacin de un complejo enzimtico extracelular, conocido como sistema ligninoltico.

Las ventajas de este proceso biolgico de tratamiento de aguas son:

Su bajo costo con referencia a otros mtodos de tratamiento. Se puede logra una mejor decoloracin del agua. Hongo de origen mexicano.

Las desventajas de este proceso son:

Mayor tiempo para la remocin de color. Se necesitan cantidades grandes de biomasa, para volmenes grandes.

1.4 HiptesisEl uso de hongos del tipo de podredumbre blanca es eficiente para degradar diversos tipos de colorantes que se encuentren en aguas residuales de origen industrial y conducen a la reduccin de su concentracin y de su toxicidad en el medio ambiente.

4

Captulo 1

Introduccin

Es factible realizar la automatizacin del reactor para facilitar el proceso de decoloracin de las aguas residuales de origen textil, manteniendo las condiciones ptimas para el desarrollo y vida de los hongos.

1.5 Objetivo generalConstruir un prototipo a nivel laboratorio para el tratamiento biolgico de agua residual con colorantes utilizados en la industria textil.

1.5.1 Objetivos particulares

Establecer las caractersticas ptimas de los materiales usados para la construccin del prototipo. Medir y monitorear las variables ms importantes que intervienen en el proceso. Disear e implementar un sistema de adquisicin de datos de las variables del proceso. Disear y construir un prototipo para el tratamiento biolgico. Realizar pruebas de funcionamiento del prototipo.

1.6 Metas

Lograr un porcentaje de decoloracin (medido a travs de la absorbancia) entre 40% y 80% dependiendo del tipo de colorantes en el tratamiento de agua residual de origen textil.

Tener un reactor con capacidad para 3 litros de agua. Mantener un pH alrededor de 6.0. Tener errores pequeos alrededor de +-1% en el monitoreo y control de variables

5

Captulo 1

Introduccin

1.7 AlcancesEl prototipo diseado y construido slo tendr capacidad para flujos a nivel laboratorio y debe ser capaz de reducir el color del agua de origen residual textil. El prototipo se evaluar con colorantes que han sido probados anteriormente con los hongos y su degradacin a travs de ellos, y por lo tanto existe un registro de datos. El prototipo final debe ser capaz de monitorear las variables involucradas en el proceso.

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CAPTULO 2

MARCO TERICO

Captulo 2

Marco terico

2.1 Fuentes de compuestos txicosLos principales componentes del agua residual son las impurezas naturales que se encuentran en las fibras naturales y los compuestos qumicos agregados durante los procesos empleados para el tratamiento de fibra, hebras o tejidos. Las plantas de procesamiento textil utilizan una amplia variedad de tintes y otros compuestos qumicos, incluidos los cidos, bases, sales agentes humedecedores, tintes y otros acabados auxiliares. Muchos de stos no permanecen en el producto textil terminado sino que se desechan despus de un uso especfico. El efluente combinado de una planta textil, por tanto, puede contener cualquiera de estos compuestos o todos ellos [1]. Muchos de estos agentes qumicos empleados en la industria textil son considerados txicos y peligrosos. La descarga de estas substancias en el medio ambiente puede causar serios perjuicios a la salud y al bienestar de una comunidad expuesta o al ecosistema afectado. Estos materiales pueden crear serios peligros para la salud y enfermedades de naturaleza crnica. Las aguas superficiales y subterrneas, los suelos y el aire pueden contaminarse todos con substancias peligrosas y txicas [1].

2.2 ColorantesLos colorantes, pocas veces son considerados una forma de contaminacin a pesar de los daos que provocan, Debido a su estructura qumica, los colorantes absorben luz en el espectro visible [2]. Durante el tratamiento de un residuo coloreado se debe prestar atencin a la reduccin o eliminacin del color, contribuyendo de esta forma a reducir el impacto sobre los ecosistemas donde son vertidos [2]. Existen diferentes tipos de colorantes, y entre el 60% y 70% de los colorantes aplicados en la industria textil son compuestos de tipo azo, los cuales se caracterizan por la presencia en su estructura de uno o ms grupos azo - N = N [2].

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Captulo 2

Marco terico

2.3 Hongo Trametes Versicolor

Hongo que desarrolla cuerpos fructferos o setas (basidiomas) con sombreros imbricados, de 3 a 6 cm., delgados, de borde ondulado, que carecen de pie y se aplanan prontamente. En la figura 2.1 se muestra ejemplo del hongo Trametes en su estado natural [3].

Figura 2.1: Trametes Versicolor

2.4 Hongo Pleurotus ostreatus

El Pleurotus es un hongo comestible gastronmicamente de primersima calidad. Su color es blanco o castao, aunque hay variedades azuladas y rosadas. Su carne es compacta en el sombrero y fibrosa y blanca en el pie con sabor y olor agradable. Esta especie crece en ambientes naturales sobre troncos de rboles cados y otras plantas leosas en descomposicin. Es un hongo semianaerbico que soporta un 32 % de CO2 y fija el nitrgeno atmosfrico (ver figura 2.2) [22].

Figura 2.2: Pleurotus ostreatus

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Captulo 2

Marco terico

2.5 BiorreactoresUn biorreactor o fermentador se define como aquel dispositivo que proporciona un medio ambiente controlado que permite el crecimiento eficaz de las clulas y la formacin de un producto. El medio ambiente adecuado que proporciona un biorreactor, tiene que tener niveles ptimos de temperatura, pH, sustrato, sales, y oxgeno, para as convertir las materias primas en productos especficos de inters [4].

2.6 Tipos de biorreactoresLos biorreactores pueden clasificarse de la siguiente forma:

Agitado Columna Circulacin Propelas Airlift Jet

2.6.1 Biorreactores agitados

Este tipo de biorreactores es muy empleado, en todas las escalas de produccin. Consiste de un cuerpo cilndrico con tapas elipsoidales, semiesfricas. Generalmente su relacin altura/dimetro es menor a 3 y ms comnmente menor a 2. Cuentan con un motor al que se acopla la flecha de transmisin que contiene a su vez los impulsores que agitarn el lquido. Dependiendo del tamao del reactor, el motor puede colocarse en la tapa superior o en la inferior, pero invariablemente se requiere de sellos mecnicos para garantizar el trabajo asptico. Generalmente la aireacin se realiza a travs de tubos perforados, efectundose la dispersin del aire en las zonas cercanas a los impulsores [5].

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Captulo 2

Marco terico

2.6.2 Biorreactores de columna

Este tipo de biorreactores carece de sistema de transmisin mecnica para mezclar el caldo. El mezclado se realiza por la inyeccin de aire en el lquido desde el fondo del recipiente, al dispersarse el aire en burbujas y al ascender causan la turbulencia del lquido. Generalmente la relacin altura/dimetro es mayor a 3. Si las columnas son grandes se pueden emplear platos perforados colocados en posiciones intermedias para dispersar las burbujas de gas. Al carecer de partes mviles tanto la construccin, operacin y mantenimiento de este tipo de biorreactores son ms econmicos que cualquier otro tipo [5]. 2.6.3 Biorreactores de circulacin

La denominacin de este tipo de biorreactores se debe al patrn de circulacin definido del lquido en el biorreactor. Se clasifican en dos grandes grupos: de circulacin externa o interna. Externa si el liquido es inducido a circular por un lazo lateral conectado al cuerpo principal del biorreactor en su parte inferior y superior, mientras que es interna si el lquido circula en forma definida sin salir del cuerpo principal del reactor. Los primeros solo se han empleado a nivel experimental, mientras que los segundos se han llegado a utilizar a nivel industrial, generalmente en el tratamiento de aguas residuales alcanzando volmenes de hasta 13,600 m [5].3

2.6.4 Biorreactor airlift

El biorreactor tipo airlift tambin es un equipo agitado neumticamente y se caracteriza porque el suministro de energa para mantener homogeneidad en su interior tiene lugar mediante la expansin isotrmica del gas introducido. La alimentacin de gas permite el suministro de oxgeno para las operaciones que as lo requieran, y adems se mantienen patrones de flujo internos aproximadamente bien definidos. Los biorreactores Airlift tienen una gran cantidad de aplicaciones potenciales tanto en procesos qumicos y biolgicos. En los reactores Airlift, la fluidizacin de slidos no es una consecuencia directa del burbujeo del gas sino es, ms bien, debida a la circulacin del lquido dentro del reactor. Debido a lo anterior, stos equipos ofrecen la posibilidad de una fluidizacin de slidos muy simple, de

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Marco terico

alta eficiencia y

permiten establecer ambientes internos con esfuerzos de corte

aproximadamente constantes a lo largo del biorreactor, debido a que la distribucin de la energa suministrada para agitacin y mezclado se realiza por expansin del gas inyectado y no se introduce mediante energa cintica de un agitador. Por lo tanto se evitan cambios morfolgicos y metablicos en las clulas de cultivo. Entre las configuraciones geomtricas ms usadas en biotransformaciones, existen las de circulacin interna y las de circulacin externa [6]. Reactores airlift de circulacin interna: El cuerpo del reactor se divide en dos zonas, por medio de un tubo concntrico o bien por medio de una particin plana colocada en forma vertical. En stos reactores solamente una de las regiones se mantiene aireada y la otra funciona exclusivamente como recirculacin [6]. Reactores airlift con circulacin externa: Consisten de dos columnas interconectadas en donde la columna de dimetro mayor es la que se mantiene aireada y los lquidos se

recirculan por la columna ms pequea [6]. Los reactores airlift estn comprendidos en cuatro zonas distintas, cada una de estas tiene su propio patrn de flujo, el cual divide al reactor en dos regiones de flujo: flujo ascendente y flujo descendente. Las zonas o canales permiten una recirculacin en macro escala del lquido alrededor del circuito formado. La primera zona en la que el gas es aspersado se conoce como la zona de ascenso, la dispersin de gas en el lquido se da generalmente en dos fases en corriente paralela. Esta seccin, tiene la retencin de gas ms alta en el reactor y es en la que ocurre la mayor parte de la transferencia de oxgeno. El lquido que ingresa al domo de la columna entra en una zona de liberacin de oxgeno (zona II) que es un separador gas-lquido en el que algo o la mayora del oxgeno dispersado es eliminado. El lquido libre de gas fluye entonces hacia la zona de descenso (III) y viaja hacia el fondo de la columna (zona IV), en l cual completa el ciclo y reingresa a la zona de ascenso.

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Marco terico

Aunque el biorreactor Airlift presenta algunas de las caractersticas de las columnas de burbujeo convencionales, la circulacin del fluido en escala industrial lo diferenca de los segundos. Esta circulacin es un efecto causado por la retencin fraccional de oxgeno en la zona I y la zona III. As mismo, esto crea una diferencia de presin hidrosttica entre el fondo de la zona I y el fondo de la zona III, que acta como fuerza impulsora para el movimiento del fluido (ver figura 2.3) [6].

Figura 2.3: Reactor airliftLas ventajas principales de los biorreactores airlift con respecto a las columnas de burbujas, son: mayores capacidades de transferencia de masa, mayores velocidades superficiales de lquido y gas, y los patrones de flujo bien definidos que se obtienen en ellos, su construccin es simple debido a que no tienen partes mecnicas mviles para llevar a cabo la agitacin. Otras de las ventajas que implica el uso de estos reactores son: existe un riesgo de contaminacin muy bajo debido a que se tiene un sellado hermtico, y su orientacin vertical facilita su limpieza y esterilizacin, adems de ser un reactor en el que se abaten los costos por suministro de energa, ya que el aire cumple con las funciones de aireacin y agitacin. En procesos biolgicos, la principal ventaja de los reactores airlift sobre las columnas de burbujeo y los tanques agitados se debe a que se produce un menor dao celular, exhibiendo mayores velocidades de transferencias de masa y menores costos energticos [6].

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Desventajas: En la actualidad, los reactores airlift son menos utilizados que los tanques agitados debido a que son menos flexibles a los requerimientos de cambios de proceso, por lo que un reactor airlift es menos flexible en su aplicacin a diferentes procesos, por ende, con diferentes necesidades de transferencia de masa, velocidad del lquido, intensidades de mezclado, etc. Caractersticas que se manejan perfectamente en un tanque agitado. Actualmente la aplicacin de los fermentadores airlift es limitada, aunque recientemente se han hecho aplicaciones a escala piloto para cultivos celulares tales como diferentes

microorganismos. Se han utilizado biorreactores tipo Airlift con diversos volmenes de operacin, para la obtencin de diferentes productos como protena unicelular, cido ctrico. Este tipo de reactores puede emplearse en casi cualquier tipo de fermentacin, principalmente en fermentaciones aerobias [6].

Se han hecho estudios sobre reactores airlift, principalmente en las siguientes reas:

1. Cultivos celulares: Enfocado principalmente al estudio de la cintica de crecimiento del microorganismo en cuestin. 2. Diseo: Se estudia principalmente el efecto producido por la utilizacin de diferentes geometras, y se han intentado descripciones y caracterizaciones de los patrones de flujo en reactores airlift, as como del efecto de la composicin de las corrientes de entrada y de los aditamentos utilizados. 3. Hidrodinmica: Estudio de los patrones de flujo obtenidos, de ciertas variables que tienen influencia sobre el comportamiento del reactor como la retencin del gas, la velocidad de circulacin del lquido y del gas, y comparaciones de estos estudios realizados en reactores de tubos concntricos con reactores de circulacin externa. 4. Transferencia de masa: Medicin del coeficiente volumtrico de transferencia de masa global, y obtencin de algunas ecuaciones para predecirlo, se estudian los efectos de la variacin de temperatura, carga, etc. sobre el coeficiente de transferencia de masa global. 5. Escalamiento: Estimacin de datos experimentales de reactores airlift de diferentes dimensiones, y comparacin entre ellos. 6. Modelacin y control: Se enfoca principalmente a la cintica de crecimiento de microorganismos en los rectores [6].

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Antes de poder encontrar correlaciones universales de diseo y operacin para reactores airlift, es necesario obtener mayor informacin acerca de la influencia de las propiedades existentes en las diferentes zonas del reactor, tales como: regmenes de flujo, transiciones en los regmenes de flujo, desarrollo de ecuaciones y mtodos de medicin para la

obtencin de coeficientes locales de transferencia de masa, entre los ms importantes. Tambin existen carencias en la informacin disponible de datos experimentales para transferencia de calor, dispersin de gas en el lquido, y mezclado. Como se ha podido observar, el actual estado del arte sobre los biorreactores airlift, no incluye aplicaciones generales de diseo, control y simulacin de procesos en un reactor de sta clase. [6]

2.7 Escalamiento de biorreactoresEl escalamiento involucra el estudio de los problemas asociados a transferir la informacin obtenida en el laboratorio (ml) a escala de planta piloto (lt) y desde escala de planta piloto (lt) a escala industrial (m3). La seleccin del criterio de escalamiento depender de cul es la variable ms importante para el crecimiento del microorganismo y para la produccin de producto deseado, por ejemplo: Fragilidad del m.o. Trasferencia de O2

Generalmente el escalamiento se hace en base de principios de semejanza entre 2 sistemas. Esta semejanza se refiere a similitud entre las 2 escalas. Dichas similitudes pueden ser:

Similitudes geomtricas: Las razones entre las longitudes correspondientes deben ser iguales en ambos sistemas. Similitudes cinemticas: Las razones entre las velocidades en puntos equivalentes deben ser iguales en ambos sistemas.

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Marco terico

Similitudes dinmicas: Las razones entre las fuerzas en puntos equivalentes deben ser iguales en ambos sistemas.

2.7.1 Criterios de escalamiento

1. Coeficiente de transferencia de oxgeno

Si lo ms importante es mantener el nivel de transferencia de oxgeno en el cultivo, se debe considerar este criterio. Los pasos a seguir son:

a) Determinar kLa ptimo desde experimentos a nivel de piloto (kLa debe medirse o estimarse) b) Relacionar kLa con variables de diseo de la escala a la cual se desea escalar (kLa) escala1 = (kLa) escala2 2. Potencia por unidad de volumen

Resulta el criterio clsico de escalamiento en Ing. Qumica, permite mantener el nivel de agitacin. Al momento de aplicarlo se debe tener cuidado de no sobrepasar los lmites tanto de esfuerzo de corte mximo y nivel de trasferencia de oxgeno mnima.

(Pg/V) escala1= (Pg/V) escala2 Dado que siempre se cumple que: Pg/V a N3 Di2, a partir de ello se puede deducir que (Probarlo): (N3 Di2) escala 1 = = (N3 Di2) escala 2 3. Velocidad tangencial de agitacin

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Marco terico

Permite mantener el nivel de agitacin, esta variable deber ser simple evaluada dado que se puede estar trabajando con microorganismos o micelas que no resistan esfuerzos de corte mayores que los establecidos. Al momento de escalar con otros criterios puede ocurrir que se sobrepasen los esfuerzos de corte mximo aceptable, en ese caso debe prevalecer este criterio.

(N Di) escala 1 = = (N Di) escala 2 4. Mantencin del nmero de Reynolds

Asegura un nivel de agitacin adecuado, pero se deben tener en cuenta los mismos puntos que para el criterio de potencia por unidad de volumen. (N Di2 /) escala1 = (N Di2 /) escala2 5. Velocidad de Bombeo de aire

Asegura una adecuada aireacin del sistema, lo cual no asegura una adecuada transferencia de oxgeno, por lo cual se debe verificar. Siempre se cumple que la razn de bombeo es proporcional a la velocidad de agitacin, F/V N. Entonces al aplicar este criterio de escalamiento se cumple [23]:

(N) escala 1 = = (N) escala 2

2.8 Variables a medir y monitorear en el biorreactor

A continuacin se describen las variables que intervienen en el proceso de degradacin del colorante naranja II en el biorreactor airlift.

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Marco terico

2.8.1 El pH

El pH es una medida utilizada por la ciencia, en particular la Qumica, para evaluar la acidez o la alcalinidad de una solucin. cido es toda sustancia que en solucin acuosa libera protones (cido, segn Arrhenius). Las sustancias alcalinas aportan el in hidroxilo (OH-) al medio. Por lo tanto, el pH es una medida de la acidez de una solucin que depende de la concentracin de H+ [7]. Como cualquier medida, el pH posee una escala propia que indica con exactitud un valor. La escala va de pH = 0 a pH= 14; el pH 7 es el que simboliza la neutralidad. Si el pH es < 7 la solucin es considerada cida; por el contrario, si el pH es > 7, la solucin se considera alcalina. Mientras ms cida la solucin, ms cerca del 0 estar; y mientras ms bsica o alcalina el resultado se aproximar a 14 [7]. 2.8.1.1 Electrodo de vidrio

El electrodo de vidrio (ver figura 2.4) actualmente constituye la pieza fundamental en la medicin electromtrica del pH. Junto con el electrodo de calomel, se encuentran ampliamente difundidos y a la fecha no existe otro sistema para la medicin electromtrica que tenga la misma versatilidad y precisin. El principio bajo el cual trabaja el electrodo de vidrio fue descubierto, en forma accidental por McInnes y Dole, cuando observaron que el vidrio que empleaban en sus investigaciones mostraba cierta sensibilidad a las variaciones de pH. Una vez hecho su descubrimiento, procedieron a investigar una composicin ms adecuada de vidrio, que es la base de los electrodos empleados hoy da [8].

Figura 2.4: Electrodo de vidrio

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2.8.1.2 Funcionamiento del electrodo de pH

El mtodo determina el pH midiendo el potencial generado (en milivolts) por un electrodo, este potencial se compara contra un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino que permite el paso de los milivolts generados hacia al circuito de medicin [8]. El sistema actual de medicin de pH es, por excelencia, el electrodo combinado. Su nombre deriva de la prctica inicial en que el electrodo sensor de (H+) estaba separado del electrodo de referencia; la combinacin de ambos en una sola estructura llev a su nombre actual. Sin embargo, la prctica industrial sigue utilizando electrodos de referencia y de pH separados, porque permite seales ms confiables y procedimientos de manutencin que, en ciertos casos, resultan ms controlables y de menor costo [8].

De cualquier forma, la diferencia de potencial ser dada por la ecuacin de Nernst [9]:

Donde EH es el potencial (en voltios) detectado a travs de la membrana de vidrio, E

ref

es el

potencial del electrodo de referencia, y (2.3 RT/NF) es el factor de Nernst, que depende de la constante de los gases (R), la constante de Faraday (F), la carga del in (Nin), que para el pH vale 1, y la temperatura en grados Kelvin (T). El comportamiento del electrodo depende de la temperatura. Por eso es importante que a la hora de calibrar el pH-metro siempre esperemos a que las disoluciones patrn sacadas de la nevera se pongan a temperatura ambiente. Como a 25C el factor de Nernst vale aproximadamente 0,0591 y el potencial de referencia se considera igual a cero, la ecuacin de Nernst queda reducida a [9]:

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Captulo 2

Marco terico

2.8.2 Temperatura

La temperatura es una medida del calor o energa trmica de las partculas en una sustancia. En resumen, la temperatura es una medida de la energa media de las molculas en una sustancia y no depende del tamao o tipo del objeto que las contenga [10].

2.8.2.1 Termopares

Cuando dos metales se unen, en la unin se produce una diferencia de potencial. sta depende de los metales utilizados y la temperatura de la unin. Un termopar (ver figura 2.5) es un circuito completo con dos uniones de este tipo. Si ambas uniones estn a la misma temperatura, no existe una fuerza electromotriz (fem) neta. En cambio, si la temperatura es diferente, si se produce una fem. Por lo general una de las dos uniones se mantiene a 0C [11].

Figura 2.5: Representacin de un termopar En la tabla 2.1 se muestran los termopares de uso ms comn, los intervalos de temperatura en los que se usan y sus sensibilidades caractersticas. A estos termopares de uso comn se les asigna letras de referencia. Por ejemplo, el de hierro-constantn se conoce como termopar tipo J [11].

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Captulo 2

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Tabla 2.1: Termopares de uso comn. Referencia B Materiales Rodio/platino, platino 30%, rodio 6% E J K N R Cromel/constantn Hierro/constantn Cromel/alumel Nirosil/nisil Platino/platico con 13% rodio S Platino/platino con 10% rodio T Cobre/constantn -200 a 400 43 0 a 1400 6 -200 a 1000 -200 a 900 -200 a 1300 -200 a 1300 0 a 1400 63 53 41 28 6 Intervalo en C 0 a 1800 V/C 3

2.8.3 Absorbancia

Es una relacin exponencial entre la transmisin de luz a travs de una muestra lquida y la concentracin de la sustancia que absorbe la luz. La longitud de onda de la luz incidente y la naturaleza de la sustancia que la absorbe guardan una dependencia estrecha. Si conocemos l y , la concentracin de la sustancia puede ser deducida a partir de la cantidad de luz transmitida (ver figura 2.6) [12].

Figura 2.6: Demostracin de la absorbancia 21

Captulo 2

Marco terico

Las unidades de c y dependen del modo en que se exprese la concentracin de la sustancia absorbente. Si la sustancia es lquida, se suele expresar como una fraccin molar. Las unidades de son la inversa de la longitud (por ejemplo cm-1). En el caso de los gases, c puede ser expresada como densidad, en cuyo caso es una seccin representativa de la absorcin y tiene las unidades en longitud al cuadrado (cm2, por ejemplo) [12]. El valor del coeficiente de absorcin vara segn los materiales absorbentes y con la longitud de onda para cada material en particular. Se suele determinar experimentalmente [12]. Esto se puede expresar de distintas maneras:

A lc

I1 e lc I0

A log

I1 I0

4k

A es la absorbancia I0 es la intensidad de la luz incidente I1 es la intensidad de la luz una vez que ha atravesado el medio l es la distancia que la luz atraviesa por el cuerpo c es la concentracin de sustancia absorbente en el medio es el coeficiente de absorcin o la absorbancia molar de la sustancia es la longitud de onda del haz de luz k es el coeficiente de extincin 2.8.3.1 Espectrofotmetro

Instrumento que expone una muestra a una luz de longitudes de onda definidas y mide la absorbancia. Distintos tipos de espectrofotmetros actan en distintos mrgenes de longitud de onda, como el ultravioleta, el visible y el infrarrojo [13].

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Marco terico

2.8.3.2 Componentes de un espectrofotmetro

Fuente de luz: La misma ilumina la muestra. Debe cumplir con las condiciones de estabilidad, direccionalidad, distribucin de energa espectral continua y larga vida. Las fuentes empleadas son lmparas de tungsteno y lmpara de arco de xenn. Monocromador: Para obtener luz monocromtica, constituido por rendijas de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersin. El monocromador asla las radiaciones de longitud de onda deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto [13]. Fotodetectores: en los instrumentos modernos se encuentran una seria de 16 fotodetectores para percibir la seal en forma simultnea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto reduce el tiempo de medida y minimiza las partes mviles del equipo [13]. 2.8.3.3 Utilidad del espectrofotmetro

El espectrofotmetro tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromtica (de una longitud de onda particular) a travs de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida (absorbancia) por dicha muestra. Esto permite al experimentador realizar dos funciones.

1. Obtener informacin sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra. Esto podemos lograrlo midiendo la absorbancia a distintas longitudes () de onda y graficar estos valores en funcin del largo de onda, formando un espectrograma. 2. Saber cunta cantidad de la sustancia que nos interesa est presente en la muestra. La concentracin es proporcional a la absorbancia, segn la ley de Beer-Lambert (descrita en la parte de absorbancia); a mayor cantidad de molculas presentes en la muestra, mayor ser la cantidad de energa absorbida por sus electrones [13]. 2.8.3.4 Fotorresistencia

Una fotorresistencia (ver figura 2.7) es un componente electrnico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede tambin ser llamado

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Captulo 2

Marco terico

fotorresistor, fotoconductor, clula fotoelctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en ingls light-dependent resistor. Su cuerpo est formado por una clula o celda y dos patillas. El valor de resistencia elctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en l (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando est a oscuras (varios megaohmnios) [14].

Figura 2.7: Fotorresistencia 2.8.3.5 LED

Un diodo emisor de luz (ver figura 2.8), tambin conocido como LED (acrnimo del ingls de light-emitting diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unin PN del mismo y circula por l una corriente elctrica. Este fenmeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor empleado en la construccin del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo, (ver la tabla 2.2) [15].

Tabla 2.2: Compuestos empleados en la construccin de LED Compuesto Arseniuro de galio (GaAs) color Infrarrojo Longitud de onda 940 nm 890 nm

Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAS) Rojo e infrarrojo Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) Fosfuro de galio (GaP) Nitruro de galio (GaN) Seleniuro de zinc (ZnSe) Nitruro de galio e indio (InGaN) Carburo de silicio (SiC) Diamante (C) Silicio (Si)

Rojo, anaranjado y amarillo 630 nm Verde Verde Azul Azul Azul Ultravioleta En desarrollo 450 nm 480 nm 555 nm 525 nm

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Captulo 2

Marco terico

Figura 2.8: LEDs

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CAPTULO 3 DEGRADACIN BIOLGICA DEL COLORANTE NARANJA II

Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

En este captulo se presenta, la metodologa utilizada para la produccin de biomasa de los organismos utilizados, las condiciones de trabajo y resultados obtenidos en la decoloracin biolgica del colorante Naranja II en matraces de 125 ml y en reactores de tipo Airlift de 300

3.1 Preparacin de inculo en medio slido

Se utilizaron las cepas Trametes versicolor y Pleurotus ostreatus. Para preparar el inculo los hongos fueron crecidos en cajas Petri en un medio con PDA (papa-dextrosa-agar) con una concentracin de 39g/l. El medio PDA fue esterilizado a 121C y 15 psi por 20 minutos en una autoclave. Posteriormente se inocul aproximadamente 0.5 cm2 del hongo crecido en medio slido, se incub a 25 C en oscuridad durante 8 das. (ver figura 3.1).

Figura 3.1: Crecimiento del hongo, en medio solido

3.2 Preparacin del medio lquido para la inoculacin del hongoEl medio lquido para el crecimiento de P. ostreatus y T. versicolor se realiz con una solucin buffer de fosfatos (NaH2PO4 como cido y Na2HPO4) 60 mM, a un pH 6.0 y como fuente de carbono se utilizo cereal molido (hojuelas de salvado) al 1%. Esto se realiza en matraces Erlenmeyer de 500 ml. con un volumen total de 100 ml.

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Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

Los matraces con el medio se esterilizan a una temperatura de 121C y 15 psi por 20 minutos en una autoclave. Pasado el tiempo de esterilizacin se inocula 0.5 mm de micelio el cual es molido (ver figura 3.2) durante 10 segundos con buffer pH 6 y se coloca en el medio lquido.

Figura 3.2: Fragmentos de micelio para ser molido

3.3 Inoculacin

Se vierten 2 mililitros de preinculo en los matraces, cada uno con 100 mililitros (previamente esterilizados) de buffer pH 6, a 60 mM al 1% de la fuente de lignocelulosa. Se toma una muestra cada 12 horas para medir su actividad enzimtica en el espectrofotmetro con el fin de identificar su fase exponencial para poder inmovilizar al micelio puesto que es la produccin ptima de lacasa.

3.4 Inmovilizacin del hongoPara la inmovilizacin se necesita alginato, las proporciones son de 1 gramo por 100 mililitros de agua destilada, el alginato se va agregando poco a poco en el agua, el agua de preferencia debe de estar tibia al incorporarse y se deja homogenizar. Cuando est listo el alginato se vaca la biomasa, dejando que se mezcle por un tiempo (ver figura 3.3).

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Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

Figura 3.3: Solucin de alginato y biomasa Para preparar cloruro de calcio 0.2 Molar, se agregan 22.2 gramos de cloruro de calcio a un litro de agua destilada, se homogeniza la solucin y se almacena a 4C. (Siempre debe permanecer fro). Cuando se vaya a inmovilizar se mantendr en agitacin esta solucin durante todo el proceso. Cuando se tiene todo esto, se conecta una bomba peristltica por donde circula el alginato con la biomasa (ver figura 3.4). Se fija una velocidad en la bomba para que el alginato con la biomasa caiga gota a gota en el carbonato de calcio (ver figura 3.5), para formar las

pelotitas con un dimetro aproximado de 0.4- 0.5 cm., se deja en el cloruro de calcio durante 60 minutos, una vez terminado el tiempo se tamiza y se lava con buffer p H 6.

Figura 3.4: Inmovilizacin del hongo

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Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

Figura 3.5: Cada de la biomasa en el carbonato de calcio

3.5 Preparacin de buffer pH = 6Se realizaron los clculos necesarios para la utilizacin de un buffer de fosfato de pH = 6, los cuales son los siguientes:

Para el cido se tiene la siguiente relacin:

NaH2PO4 = 23+2+31+64 = 120gM

Para la base se tiene la siguiente relacin:

Na2HPO4 = 46+1+31+64 = 142 gM

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Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

3.6 Colorante Naranja II

El uso de este colorante y de otros se ha incrementado debido a su bajo costo de produccin y su alta estabilidad qumica (a la luz, temperatura, detergentes y ataque microbiano). Los colorantes ms utilizados en la industria textil so los azo. El grupo azo est unido por un lado ncleo aromtico o heterocclico, y por otro lado puede estar unido a una molcula insaturada de tipo carboxilo, heterocclico o aliftico (ver figura 3.6)

Figura 3.6: Estructura qumica del colorante naranja II. En la figura se presenta el espectro de absorcin del colorante al inicio y al final de la degradacin. Donde se puede observar que la longitud de onda dominante es a 450 nm, y esa misma longitud es la que se mantiene en todo el experimento de degradacin (ver figura 3.7).

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Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

Figura 3.7: Espectro de la desaparicion del colorante Naranja II con T.v libre.

3.7 Biodegradacin del colorante Naranja II en matraces

Los experimentos fueron realizados en matraces de 125 ml con un medio de buffer de fosfatos pH 6 y el colorante naranja II a 25 ppm, en un volumen final de 20ml. La biomasa utilizada fue del 10% para ambas condiciones (en forma libre e inmovilizada). Las condiciones de la biodegradacin fueron las siguientes: agitacin constante 150 rpm (agitadora orbital) a temperatura ambiente durante 48 horas de incubacin. Se midi la decoloracin en un espectrofotmetro (marca beckman) a una longitud de onda de 450nm. Los resultados se presentan en la figura 3.8 donde se observa la evolucin de la absorbancia del hongo Trametes versicolor (T.v.) libre e inmovilizado, as como del Pleurotus Ostreatus (P.o.) libre e inmovilizado. Se aprecia que el hongo T.v libre tiene una mayor disminucin de la absorbancia, por consiguiente una decoloracin mayor del colorante Naranja II, no sucediendo lo mismo con el hongo P.o que no alcanza los mismos valores de absorbancia que el T.v, por lo tanto tiene una menor degradacin. En la figura 3.9 se presenta el resultado de la prueba realizada con T.v y P.o con biomasa libre, en las mismas condiciones antes descritas. Donde se observa un mejor funcionamiento del hongo T.v para la degradacin del colorante Naranja II en 3.5 horas de funcionamiento.

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Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

Figura 3.8: Evolucin de la absorbancia con el hongo T.v y el P.o libre e inmovilizado. .

Figura 3.9: Evolucin de la absorbancia con el hongo T.v y P.o libre

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Captulo 3

Degradacin biolgica del colorante Naranja II

3.8 Biodegradacin del colorante Naranja II en un biorreactor

En el experimento en el biorreactor no se presentan datos de absorbancia debido a que el medio se contamin, accidentalmente, ya que el micelio inmovilizado no se lav antes de introducirlo al biorreactor, y por lo tanto se contamin con calcio que se utiliza para la inmovilizacin. Es por esto que el colorante se observa turbio (ver figura 3.10).

Figura 3.10: Funcionamiento del birreactor

3.9 Conclusiones experimentacin con el hongoSe puede concluir que el hongo T.v. degrada mejor el colorante Naranja II a 25ppm y esto lo realiza mejor en forma libre, ya que al inmovilizarlo reduce su actividad. Otro problema al inmovilizar es el calcio que se queda en las perlitas de alginato y que puede contaminar el efluente. Por lo que para experimentos posteriores con el biorreactor no se realizarn con biomasa inmovilizada.

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CAPTULO 4 DISEO FSICO

Captulo 4

Diseo Fsico

En este captulo se presenta el diseo y construccin de los elementos que integran el prototipo para el tratamiento biolgico de colorantes, stos son:

Dimensionamiento y construccin del biorreactor Soporte del biorreactor El mdulo electrnico

Tambin se presenta la programacin del microcontrolador y de la interfaz grfica.

4.1 Dimensionamiento y construccin del biorreactorPara este trabajo se decidi utilizar un reactor airlift para evitar el dao a las clulas y a las perlitas de alginato, ya que la agitacin se realiza con aire. Y para favorecer la transferencia de oxgeno, la cual es determinante en los procesos biolgicos. Mucha informacin relacionada con la construccin de biorreactores tipo airlift tiene origen emprico, de tal manera que se han recomendado algunas relaciones geomtricas que optimizan el tiempo de mezclado y la transferencia de masa en el fermentador [6]. Es necesario determinar la escala de operacin (V) o bien el dimetro del equipo para calcular el volumen total.

Vop= 0.7 VT__________________________ (1) Se debe obtener el volumen de tapas de la siguiente manera: Vt= Dd3/24 Vt= Dd3/12 Vt= 0

para tapas elipsoidales________________________ (2)

para tapas hemisfricas_______________________ (3)

para tapas planas____________________________ (4)

El volumen total se obtiene tambin de la suma del volumen del cilindro ms el volumen de tapas. 36

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Diseo Fsico

VT= Vc + Vt ____________________________________________________ (5) Mientras que el volumen del cilindro se calcula por medio de la ecuacin: Vc= HT Dd2/4 __________________________________________________ (6) La altura total del biorreactor es la suma de HT y Dd. H= HT + Dd ______________________________________________ (9)

Y la altura del lquido est dada por:

____________________________________________________________________

(10)

El dimetro del tubo interno se recomienda tomarlo como:

Dr= 0.6Dd______________________________________________________ (11)

Para fines de diseo del prototipo a escala piloto, se considera nicamente el escalamiento por volumen, ya que en los experimentos a escala de laboratorio no se hicieron consideraciones de: transferencia de oxgeno, Nmero de Reynolds, velocidad de bombeo de aire, etc. Por lo tanto, como los experimentos previos fueron con biorreactores airlift de 0.3 litros, se propuso escalar 10 veces ese volumen para tener un biorreactor final de 3 litros. Teniendo en consideracin este volumen, se contina con el clculo de las dimensiones con las frmulas mencionadas anteriormente. Como ya se conoce el volumen de operacin que es de 3 litros o 0.003 m3 entonces se tiene: Vop= 0.003m3

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Despejando VT de la ecuacin (1), se obtiene el volumen total del reactor

Para el volumen de tapas (Vt) se toma la ecuacin (3) para tapas hemisfricas. Se propone un dimetro de biorreactor (Dd) que se pueda encontrar de manera comercial, en este caso se propone el dimetro de 0.1m3.

Para calcular el volumen del cilindro exterior (Vc) se despeja Vc de la ecuacin (5). Vc = VT - Vt =0.004286m3 0.000262m3 = 0.004024m3 De la ecuacin (6) se despeja HT que es la altura del cilindro exterior.

La altura total del biorreactor se calcula con la ecuacin (9):

H= HT + Dd= 0.5123+0.1=0.6123 m La altura mxima del lquido se calcula con la ecuacin (10)

El dimetro del tubo interno se calcula con la frmula (11).

Dr = 0.6Dd = 0.6 (0.1) = 0.06m

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Una vez que se tienen las dimensiones del reactor para un volumen de 3 litros, se construy el reactor en tubera de PVC hidrulico (ver figura 4.1) ya que este es ms econmico que otros materiales existentes como el acero inoxidable, el acrlico y el vidrio; adems es muy fcil de conseguir. No se utiliza PVC sanitario ya que tiene paredes muy delgadas, la ventaja de ste es que es ms barato que el PVC hidrulico (ver los planos en el Apndice A).

Figura 4.1: Biorreactor Para introducir el oxgeno al biorreactor se utilizaron dos piedras difusoras para acuario, una al interior del biorreactor como se muestra en la figura 4.2 y otra afuera del biorreactor en la manguera de entrada de aire como se ve en la figura 4.3, al colocar estos dos difusores se obtiene una burbuja como se muestra en la figura 4.4.

Figura 4.2: Difusor de aire interno

Figura 4.3: Difusor de aire externo

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Figura 4.4: Tamao de burbuja biorreactor 4.1.1 Soporte para el biorreactor

Para sujetar el reactor se dise y construy una estructura de cuadrado de fierro, montado sobre una lmina de fierro (ver figura 4.5). Esta estructura sujeta al biorreactor por medio de seis tornillos que se ajustan al dimetro del mismo. Debido a su diseo se pueden sostener biorreactores de distintos dimetros de hasta 150 milmetros (ver planos en el Apndice A).

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Figura 4.5: Estructura para el biorreactor

4.2 Mdulo electrnicoConsiste en una tarjeta electrnica (ver figura 4.6) para la adquisicin de datos de los sensores de temperatura, absorbancia y pH; para el control de movimiento del motor de pasos unipolar, para el encendido de los LEDs, as como para la comunicacin serial con la computadora. sta tarjeta es puesta dentro de un gabinete de color negro con dimensiones 22.3 x 14 x 9.2cm, que cuenta por la parte de afuera con 2 conectores BNC hembra, uno para el sensor de temperatura (termopar) y el otro para el sensor de pH (electrodo de vidrio), dos conectores jack banana para la fotorresistencia y tres conectores hembra DB9 (ver figura 4.7).

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Figura 4.6: Tarjeta electrnica del biorreactor

Figura 4.7: Mdulo electrnico El circuito y el PCB de la tarjeta se disearon en PROTEL 2004 y sta ltima se mand a fabricar en fibra de vidrio con doble cara y acabado en estao. La adquisicin de estas seales se hace por medio del microcontrolador PIC16F877A [16] de la empresa de microchip. La resolucin proporcionada por es ADC del PIC16F877A a 10 bits es funcin de la tensin de referencia Vref, de acuerdo con la frmula siguiente:

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Resolucin

Vref Vref 1023

5000 mV 0 mV 4.88 1023 bit bit

Por tanto, a la entrada analgica de 0 V le corresponde una digital de 00 0000 0000 y para la de 5 V una de 11 1111 1111. Para alimentar esta tarjeta se utiliza una fuente de poder simtrica de 12V, -12V, 5V, -5V. Los detalles de esta tarjeta se discuten en el Apndice B.

4.3 Medidor de absorbanciaLos espectrofotmetros estn compuestos bsicamente por un emisor de luz, un monocromador y un detector. Y sirven para medir la cantidad de luz absorbida por una muestra, l haz debe ser a cierta longitud de onda, dependiendo del tipo de colorante predominante en la muestra. Para el medidor propuesto se utiliza el diodo emisor de luz (LED) como emisor de luz y como monocromador y una fotorresistencia como detector.

4.3.1 Sensor de absorbancia El sensor de absorbancia est compuesto por una fotorresistencia de 1M, que es el elemento receptor sensible a la luz. Este dispositivo varia su resistencia de forma logartmica, por lo tanto, para acondicionar la respuesta de este sensor a los cambios de intensidad luminosa y que puedan ser ledos por el Microcontrolador, se utiliza el circuito diferencial en modo comn con el amplificador operacional LM741. Este circuito linealiza la respuesta de la fotorresistencia, dando a la salida un voltaje lineal con la variacin de la resistencia. (ver Apndice B) [17]. 4.3.2 Rueda de LEDS

La rueda de LEDs contiene 8 elementos emisores de luz (LEDs), cada uno con diferente longitud de onda emitida dependiendo del dopado del material y por consiguiente l color de

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luz. Los LEDs son encendidos por el Microcontrolador dependiendo de la longitud de onda que se requiera. En la tabla 4.1 se muestran las longitudes de onda de los LEDs utilizados.

Tabla 4.1: Longitudes de onda de LEDs color Naranja Verde Azul ultra brillante Longitud de onda (nm) 605 565 470

Rojo ultra brillante 625 violeta Amarillo claro Amarillo difuso 420 585 590

Para mover y posicionar la rueda se utiliza un motor de pasos unipolar. Sus movimientos son controlados por el Microcontrolador que proporciona los movimientos (pasos) necesarios que debe efectuar el motor para posicionar cada LED, de forma que quede alineado con la fotorresistencia (ver figura 4.8), y se puedan efectuar las mediciones correspondientes de la absorbancia.

Figura 4.8: Alineacin del LED con la fotorresistencia

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4.3.3 Bomba de recirculacin

Con el fin de poder recircular agua del biorreactor al medidor de absorbancia se utiliza una bomba de lavadora marca ASKOLL, con alimentacin de 127 volts de corriente alterna y un consumo de corriente de 0.83 amperes, a esta bomba se le adaptaron 2 reducciones de x y dos espigas de (ver figura 4.9).

Figura 4.9: bomba de recirculacin 4.3.4 Integracin de los elementos del medidor de absorbancia

El sensor y la rueda se montan sobre una caja cerrada de metal de color negro mate, esto para evitar ruido en la medicin por reflejo de luz (ver figura 4.10). La caja se perfora de la parte superior e inferior, para permitir la circulacin del fluido con colorante, para esto se utiliza un tubo especial de vidrio (celda) para evitar la difraccin de la luz. ste pasa

solamente en la parte donde es atravesado el haz del emisor, es decir por la parte central de donde se encuentran alineados el emisor (LED) y el receptor (fotorresistencia) (ver la figura 4.11), y poder hacer la medicin correspondiente de la absorbancia. La caja cuenta en la parte frontal con tres conectores de salida que son:

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Fotorresistencia Motor de pasos Rueda de LEDs

Estos se deben conectar al mdulo electrnico.

Figura 4.10: Caja sensor de absorbancia

Figura 4.11: Alineacin del tubo

La bomba est conectada para tener una recirculacin como se muestra en la figura 4.12 y as no tener flujo esttico en la parte del medidor de absorbancia, ya que si no existiera recirculacin siempre se estara midiendo el mismo valor de absorbancia. El diseo de los elementos de medicin de la absorbancia y la recirculacin de fluido es un diseo nuestro cuyos principales objetivos fueron; la precisin necesaria para detectar pequeas variaciones en la concentracin del colorante y un costo bajo con respecto al de un espectrofotmetro, as como la posibilidad de hacer mediciones de absorbancia en forma continua y sin desperdicio de muestras, ya que estas se recirculan al biorreactor. Esta parte del trabajo de tesis, sin duda es una de las mayores contribuciones.

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Figura 4.12: Circulacin de flujo en el medidor de absorbancia

4.4 Medidor de temperaturaPara medir esta magnitud fsica se utiliza un termopar tipo K. Para el acondicionamiento de la seal se utiliza el circuito integrado de Analog Devices (AD594), especfico para termopares. ste contiene un amplificador de instrumentacin y el circuito de compensacin de punta fra para un termopar tipo J, aunque se puede calibrar para otros tipos de termopares como es el caso (ver Apndice B) [18].

Algunas caractersticas acerca de este sistema de medida son [18]:

El circuito est calibrado a una temperatura de 25 C para un termopar tipo J. A la temperatura de 25 C la sensibilidad del termopar es 51,08 V/C. A la temperatura de 25 C la ganancia del amplificador de instrumentacin es 193,34. A la temperatura de 25 C la tensin que el circuito entrega a su salida es de 10 mV/C (51,08 V/C 193,34).

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El circuito integrado introduce un offset en la salida del amplificador de 16 V, por tanto, la tensin exacta de salida para 25 C es: AD594output = (Vtermopar + 16 V) 193,34

La tensin del termopar tipo J ser por tanto: Vtermopar = (AD594output / 193,34) 16 V

La salida del AD594 es conectada a la entrada AN0 del Convertidor Analgico Digital (ADC) del microcontrolador PIC16f877A, donde se enva el dato digital de forma serial, por medio de un programa realizado en LabVIEW 8.2, este dato es recibido y se transforma en una salida de temperatura que el usuario puede visualizar en el panel frontal.

4.5 Medidor de pHPara la medicin de pH se utiliza un electrodo 405 DPAS-SC-K8S/325 (ver figura 4.13) de mettler Toledo. El rango de medicin de este electrodo es de 0 a 12 unidades de pH.

La manera ms exacta para la medicin del pH, es utilizando un medidor de pH con electrodo combinado de vidrio. El pHmetro mide la diferencia de potencial entre el electrodo de referencia (Ag+/AgCl) y el de cristal que es sensible a los iones de hidrgeno. Para obtener con exactitud el pH de una solucin, se debe calibrar el pHmetro con soluciones llamadas buffer o tampones que mantienen casi invariable el pH de una solucin cuando a sta se le agrega cido o base o la solucin se diluye. Las soluciones tampones se pueden preparar con un valor de pH bien definido, y que pueda ser leda por el microcontrolador. Se utilizaron amplificadores operacionales para construir el pHmetro (ver Apndice B) [7].

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Figura 4.13: Electrodo de pH

4.6 Programacin microcontroladorEl programa del microcontrolador se realiz en lenguaje BASIC [20], con ayuda del programa MicroCode Studio [21]. El programa cuenta con 4 subprogramas que son:

Absorbancia ADC Vlvulas_cerradas Bomba

El primer subprograma sirve para el control de movimiento y posicionamiento del motor de pasos, para cada longitud de onda; el segundo sirve para accionar el convertidor analgico digital (ADC) del microcontrolador y enviar por el puerto serie los datos a la computadora, el tercero sirve para accionar las vlvulas solenoides (Esta subrutina qued para una modificacin a futuro del biorreactor), y el ltimo subprograma sirve para encender y apagar la bomba de recirculacin del medidor de absorbancia.

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4.7 Programacin interfaz grfica

Esta interfaz grfica se realiz en LabView 8.2, y sirve para la comunicacin entre el microcontrolador y la computadora. La comunicacin que se utiliza es serial asncrona con dato invertido, es decir que un 1 lgico vale 0 Volts, y un 0 lgico vale 5 Volts. El programa cuenta con tres etiquetas que son:

Monitoreo de sensores Posicin longitud de onda Accionamiento de vlvulas

4.7.1 Monitoreo de sensores

Adquiere, almacena y visualiza numricamente y grficamente los valores de las 4 entradas del ADC del microcontrolador (ver figura 4.14). Esta etiqueta cuenta con 7 partes principales que son:

Configuracin del puerto serie Almacenamiento de datos Intervalo de almacenamiento de datos Visualizacin Calibracin de sensores Longitud de onda Encendido bomba

4.7.2 Configuracin del puerto serie

Se configura la transmisin del puerto serie, para esta aplicacin se configura de la siguiente manera:

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Velocidad de transmisin: 9600 bits/s Bits de datos: 8 bits Paridad: ninguna Bits de parada: uno Control de flujo: ninguno Retardo de lectura: 250 milisegundos

4.7.3 Almacenamiento de datos

En esta parte se configura el almacenamiento de datos como sigue: Nombre de archivo: Se introduce el nombre con el que el usuario desea almacenar sus datos. Extensin: Sirve para diferenciar el tipo de archivo almacenado, se puede utilizar extensin .dat, .xls, y .txt. Indicador de archivo: Muestra el nombre del archivo al ejecutarse el almacenamiento de datos. Un ejemplo del archivo generado se muestra en el Apndice E.

4.7.4 Intervalo de almacenamiento de datos

Controla el tiempo y ejecucin para el almacenamiento de datos de los sensores, y cuenta con las siguientes etiquetas de configuracin:

Tiempo de trabajo: Es el tiempo que permanecer en ejecucin el programa, de acuerdo a lo requerido p