La Escuela de Ingeniería Química de la Universidad del Valle, en colaboración con la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, celebró su cuarta Feria de Biorreactores el pasado 6 de diciembre de 2024, destacando la integración interdisciplinaria en el diseño de biorreactores y la implementación de sensores para la producción de hidrógeno.
Proyectos Presentados:
1. Diseño y construcción de un biorreactor productor de H2 usando Enterobacter sp
Integrantes: Estudiantes Ing. Química: Francisco Buitrago, Richard Taramuel, Jimmy Josa. Estudiantes Ing. Electrónica: Carlos Pizarro y Hayder Melo.
El proyecto desarrolló un biorreactor por lotes para la producción de hidrógeno mediante fermentación oscura, empleando Enterobacter spp. como biocatalizador. El sistema operó a 35°C y pH 6.5, utilizando un sustrato de melaza al 2% y peptona al 1%. El reactor, fabricado en vidrio, incorporó un sistema de extracción de gases para mantener condiciones anaeróbicas óptimas. El hidrógeno producido se acopló exitosamente a una celda de combustible, demostrando su viabilidad para futuras aplicaciones.
2. Fotobiorreactor para producción de hidrógeno a partir de cáscara de banano
Integrantes: Estudiantes Ing. Química: Ruber Fajardo, Juan Sebastián Sánchez y Carlos Botina. Estudiantes Ing. Eléctrica y Electrónica: Juan Camilo Henao, Gerónimo Sánchez y Alejandro Morales.
En este proyecto se abordó la producción de hidrógeno a partir de fermentación oscura en donde se hizo una adaptación de un consorcio microbiano proveniente de una PTAR al sustrato de las cáscaras de banano. El sistema consistió en un biorreactor lote alimentado con agitación mecánica, la cual se reguló mediante un potenciómetro. Se hizo un control de temperatura a partir de un sensor LM35 para garantizar las condiciones óptimas de producción. El sensor MQ8 permitió el monitoreo de H2, demostrando así la efectividad del biorreactor para, a partir de residuos, producir un gas de creciente interés en múltiples sectores industriales.
3. Producción de hidrógeno en un biorreactor a partir de la microalga Chlorella vulgaris
Integrantes: Estudiantes Ing. Química: Enyi Montilla, Arabella Vargas y Ángela Ortega. Estudiantes Ing. Eléctrica y Electrónica: Manuel Perez, Camilo Ríos y Catalina Henao.
El proyecto se centró en el diseño innovador de un biorreactor por lote de bajo costo. La primera fase se dedicó al cultivo de microalgas utilizando un medio nutritivo rico en sales y luz azul, optimizando significativamente el crecimiento y desarrollo algal. La segunda fase empleó un nuevo medio de cultivo con agua destilada y bicarbonato de sodio, manteniendo las algas en ambiente libre de azufre y condiciones anaeróbicas, con exposición continua a luz azul para facilitar la producción de hidrógeno.
4. Fotobiorreactor para la producción de hidrógeno con la microalga Chlorella vulgaris
Integrantes: Valeria Beltrán, Stephania Castro y Laura Daza.
Este diseño se centró en dos etapas fundamentales. La primera utilizó un fotobiorreactor específicamente diseñado para optimizar el crecimiento y reproducción de la microalga, equipado con sistema de iluminación controlado, medio de cultivo adecuado y sistema de burbujeo de aire. En la segunda etapa, implementó un biorreactor para generación de hidrógeno con ambiente estrictamente anaerobio, equipado con sensor MQ 8 y sistema de procesamiento de datos en MATLAB.
5. Producción Biológica de Hidrógeno a partir de Suero de Leche como Subproducto de la Industria Láctea
Integrantes: Laura Bravo, Juan Camilo Salinas y Gabriela Ríos.
Se desarrolló un prototipo de reactor por lotes utilizando suero de leche como sustrato principal y bacterias del género Enterobacter como inóculo. El diseño incorporó un agitador casero para mantener una agitación uniforme, sensores de hidrógeno y temperatura programados mediante Arduino, permitiendo el monitoreo en tiempo real de las condiciones del proceso y la concentración de hidrógeno producido.
6. Producción de BioHidrógeno a partir de residuos de mango empleando lodo proveniente de una planta de tratamiento de aguas residuales
Integrantes: Camilo Calambás, Alejandro Chaves y Eduard Popo.
El proyecto desarrolló un proceso sostenible utilizando lodo de plantas de tratamiento de aguas residuales combinado con residuos de mango ricos en carbohidratos. El proceso incluyó pretratamiento del lodo para optimizar el contenido de sólidos (2-10%), monitoreo de parámetros críticos (temperatura 30-37°C, pH 6.8-7.5) y tiempo de retención hidráulica de 10-12 horas. El sistema incorporó un filtro de membrana para purificación y sensor MQ-8 conectado a Arduino UNO para monitoreo.
7. Producción de hidrógeno a partir de residuos orgánicos de piña
Integrantes: Estudiantes Ing. Química: Alejandro Martínez y Luis Córdoba. Estudiantes Ing. Eléctrica y Electrónica: Juliana Andrea Sarria, Manuel Almendra y Julian Mora.
Integrantes: Estudiantes Ing. Química: Alejandro Martínez y Luis Córdoba. Estudiantes Ing. Eléctrica y Electrónica: Juliana Andrea Sarria, Manuel Almendra y Julian Mora. Este proyecto abordó la producción de hidrógeno mediante fermentación anaeróbica de residuos del corazón de piña, seleccionados por su alta disponibilidad y contenido de carbono orgánico. El reactor por lotes se diseñó priorizando bajo costo, simplicidad operativa y flexibilidad, permitiendo ajustes en variables como pH, temperatura y concentración de sustrato. El sistema alcanzó una producción esperada de 1.54 mol de H2 por mol de glucosa. 
Perspectivas de los Profesores
La colaboración interdisciplinaria fue uno de los aspectos más destacados de esta cuarta feria de biorreactores. El profesor Esteban Rosero, de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, compartió su entusiasmo por la integración de conocimientos: "Para mí lo más importante yo creo que es la interacción de los chicos, de esos saberes de Ingeniería Química, Ingeniería Electrónica, sobre todo en la parte de señales y lo que tiene que ver con la sensórica, donde vemos una completa interacción en los procesos".
El profesor Esteban Rosero enfatizó la importancia de promover la interacción entre diferentes campos de la ingeniería, señalando que desde las distintas disciplinas se puede aportar a los desarrollos, tanto desde las experiencias como desde la formación que reciben los estudiantes. Además, destacó el potencial de estos proyectos para la investigación, aunque sean principalmente trabajos de curso.
Por su parte, el profesor Howard Diego Ramírez Malule, titular del curso de Reactores Químicos y Bioquímicos, reflexionó sobre los desafíos enfrentados durante la feria: "En esta ocasión fijamos el producto, que fue hidrógeno, y se vivieron algunas dificultades. Por ejemplo, hubo cierre de la universidad un día antes de la feria, y de alguna manera se pensó en aplazar la feria, pero tomé la decisión de no hacerlo, porque en la industria les va a pasar, pasan cosas imprevistas en la planta y ellos tienen que reaccionar y tomar decisiones".
El profesor Ramírez valoró positivamente la experiencia interdisciplinaria, destacando la colaboración entre las escuelas de Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Ingeniería Química. Observó diferentes resultados en la producción de hidrógeno según los sustratos utilizados y el acople con la sensórica, señalando que estas variaciones y desafíos técnicos son valiosas experiencias de aprendizaje que reflejan situaciones reales en la industria.
Mirando hacia el futuro, ambos profesores compartieron sus visiones para próximas ediciones de la feria. El profesor Ramírez reveló planes ambiciosos: "Ya hemos utilizado reactores a escala pequeña, ya incorporamos sensórica en esta versión, ya nos acoplamos con otras escuelas. ¿Qué estoy pensando? Reactores más grandes, menos grupos, en consecuencia, menos reactores, pero entonces proponer un juego de roles, tener como una especie de empresa donde hayan algunas actividades y hagamos un biorreactor un poco más grande o dos biorreactores, pero que sean mucho más visibles en la escuela".
Además, expresó su interés en iniciar el diseño de los reactores con mayor anticipación, realizar más pruebas previas, mejorar la adquisición de datos y, especialmente, incorporar inteligencia artificial en futuras ediciones. "Esta es la cuarta feria, pero entonces ya quiero que el biorreactor se pueda diseñar con mucho más tiempo de antelación en el curso. Nosotros siempre lo dejamos para el final, ahora quiero desde antes empezar a hacer pruebas y al final tener un reactor un poco más pulido, con pruebas previas, adquisición de datos, que era lo que queríamos hacer con ingeniería electrónica y poder tener algún tipo de modelo".
La colaboración entre las escuelas continuará fortaleciéndose, según indicó el profesor Rosero, quien mencionó que el nuevo pénsum incluye cursos nuevos y proyectos interconectados, relacionados con los cursos teóricos, manteniendo siempre el enfoque en los procesos que caracterizan a la Ingeniería Química. Los proyectos presentados no solo demostraron la viabilidad técnica de la producción de hidrógeno a partir de diferentes fuentes renovables, sino también la importancia de la automatización y el control preciso de las variables del proceso para optimizar la producción. Esta colaboración interdisciplinaria marca un importante precedente para futuras iniciativas académicas en la universidad.