Memoria para optar al título de Arquitecto

El Proyecto consiste en el diseño de una planta desaladora de agua de mar que utiliza tecnología de osmosis inversa. Tendrá una capacidad de desalación de 500 litros por segundo y se construirá en la ciudad de Arica. tiene como fin terminar definitivamente con la escasez de agua potable, que limita el normal desarrollo y crecimiento de la ciudad El proyecto nace de la reflexión que el edificio debe ser originado por el medio ambiente y no solo que se relacione correctamente con el medio que lo rodea. En relación a un edificio se pueden diferenciar tres dimensiones existentes; (una relación con) el medio natural, el medio construído y el medio social 1. En términos amplios, el primero es aquel conformado naturalmente por elementos pertenecientes a la naturaleza, sin la intervención humana (sol, lluvia, viento, topografía, etc); el segundo comprende el entorno físico modificado por el humano para el desarrollo (estructura urbana, forma construida) y el último es el que integra a los seres humanos en su forma de vida, como organización y sociedad. Cada dimensión tiene sus propias exigencias, las cuales analizadas por separado en el terreno dan origen a distintos espacios: El medio ambiente natural exige un emplazamiento que busque captar la mayor energía solar directa desde el norte y una buena iluminación difusa en el resto de las fachadas. Por la fuerte radiación solar, se debe buscar proteger al edificio y los usuarios del sol. Se requiere también utilizar la corriente de viento predominante desde el mar para ventilar y renovar el aire en los espacios. El medio ambiente construido exige ser coherente con la imagen urbana del sector. El terreno se encuentra emplazado en un área industrial, mayoritariamente galpones pesqueros. El medio ambiente social por otro lado, exige espacios que conecten al humano con las grandes construcciones y que sean parte de ellos. Espacios que den acogida tanto a los trabajadores como a los visitantes de la planta.

Arquitecto / Desde algún tiempo, se ha hecho presente en el ámbito científico una notoria preocupación por la inminente capacidad de nuestra especie de sobrepasar los límites naturales de sostenibilidad de nuestro planeta. En una época donde la humanidad crece de forma globalizada, ha surgido el entendimiento de que los recursos de nuestro planeta son limitados, y por ende, mientras mas rápido los consumamos, menos tiempo tendremos para desarrollar nuevas formas de distribuir dichos recursos. Surge a partir de esto una pregunta: ¿Cuánto tiempo tenemos para hacer sostenible nuestra presencia en la tierra antes de que esta se vuelva rotundamente insostenible? Para numerosos especialistas y estudiosos de las relaciones entre nuestra especie y el planeta, no nos queda mucho tiempo, y al parecer tenemos una agenda bastante ajustada. Este siglo XXI puede resultar decisivo para encaminar nuestro desarrollo en vías de hacer progresar nuestra civilización más allá, sin comprometer los mecanismos básicos del medio natural que la mantienen en pie. Ahora bien, en el último tiempo la sociedad en su conjunto se ha hecho consciente de la degradación ambiental que vive el planeta, y esta buscando resolver dichas problemáticas por medio de diversas vías de cuidado y reparación del medio, sin impedir el desarrollo económico y social de la humanidad. En el año 1987 se elaboro el informe “Nuestro Futuro Común” encabezado por la doctora Brundtland (1), en el marco de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones Unidas, que populariza el concepto de desarrollo sostenible, desde entonces la ONU ha puesto sus esfuerzos en abordar el tema de la degradación ambiental, invitando a participar a las naciones en las llamadas Cumbres de la Tierra, donde se establecen principios y planes de acción conducentes a abordar la protección del medio Ambiente. Sin embargo el Agotamiento de los Recursos Naturales que vive el planeta va en aumento, siendo la desertificación y la crisis mundial del agua una de las problemáticas ambientales mas graves. En el 2050 la escasez de agua afectará a 7.000 millones de personas, Naciones Unidas advierte de la gran crisis del siglo XXI, agravada por el cambio climático. (2) El Agua es el más importante de todos los recursos naturales y uno de los principales constituyentes del mundo en que vivimos y de la materia viva. Sin embargo, este recurso ha sido sobreexplotado y contaminado a lo largo de la historia, y hoy en pleno siglo XXI esta en crisis. Actualmente, Chile se ve afectado por distintos procesos de degradación ambiental, siendo las de mayor preocupación; la Desertificación de los suelos, la degradación de cuencas hidrográficas y la inminente escasez de agua que se da en las Zonas Áridas y Semiáridas del norte y centro de nuestro territorio, producto de las actividades mineras y agrícolas a gran escala. Esto hace necesario buscar nuevas tecnologías que permitan explotar el recurso natural del agua de forma sostenible y frenar estos procesos de deterioro ambiental.

Ingeniero Civil Mecánico / En el norte de Chile el problema de agua toma cada vez más importancia siendo la desalinización una posible solución. Sin embargo, el gasto de energía en combustibles fósiles para producir agua por desalinización sólo puede ser costeado por algunas localidades del mundo. A menudo ocurre que áreas geográficas donde se necesita agua tienen alta radiación solar como es el caso del norte de Chile, país con mayor radiación del mundo según la Universidad de Chile. La idea, entonces, es estudiar la factibilidad técnica-económica de desalinizar agua a pequeña o mediana escala, con energía solar térmica, en localidades costeras del norte de Chile. De la gama de métodos térmicos para desalinizar, el que presenta mejores ventajas comparativas es el método multiefectos (MED). Luego, tomando las distintas configuraciones del proceso MED, se tiene que para energía solar térmica, la mejor opción es el método multiefectos por apilamiento (MES en sus siglas en inglés), que corresponde al mismo principio MED pero las etapas se encuentran una sobre la otra, tal como los pisos de un edificio. De las localidades costeras del Norte de Chile se seleccionaron: Mejillones, Caldera y Chañaral, cuyos recursos solares son similares siendo Mejillones el más alto y Caldera el menor. Se creó un modelo del método de desalinización MES y se implementó un código Matlab, el cual requiere una serie de parámetros de entrada tales como: número de etapas, temperatura del primer y último efecto, flujo del fluido caliente que provee el input de calor a la planta, el flujo de agua que alimenta el sistema, su salinidad y su temperatura. Con ello, se puede modelar la planta completa. El modelo se ha ajustado y validado con datos reales de una planta piloto de igual tecnología en la Plataforma Solar de Almería. También se ha visto su sensibilidad al cambiar parámetros como la temperatura del primer efecto y la diferencia de temperatura del agua de enfriamiento en el condensador. En la inversión se estima un costo de US$ 7.265.452 para Planta Mejillones, lo que corresponde a 7.137 US$/m3 de producto. Planta Chañaral tiene un costo de US$ 9.999.120, correspondiente a 6.752 US$/m3. Finalmente, Planta Caldera tiene un valor de US$ 11.535.721, equivalente a 6.826 US$/m3. Costos de Operación y mantenimiento se estiman en US$ 424.6855 para Mejillones, US$ 720.780 para Caldera y US$ 689.1389 para Chañaral. Haciendo un flujo de caja con un horizonte de 20 años, una tasa de descuento del 10% y con los precios de venta de agua actuales, se obtiene un VAN de MUS$ 2.426 para Mejillones, MUS$ 2.148 para Caldera y MUS$ 3.360 para Chañaral. Con ello se concluye que según las estimaciones realizadas, la desalinización por medio de energía solar térmica es económicamente factible y competitiva. Al considerar la planta de Caldera como si fuera convencional a petróleo, se tiene que con los precios actuales de venta de agua, la planta no es económicamente factible hasta que se llega a un precio de venta de 9,63 $US/m3, muy superior a los 4,23 $US/m3 de venta actual en Caldera.

Ingeniero Civil / El problema de la intrusión salina en acuíferos costeros de las islas del mundo, se ha convertido en la principal causa de degradación de la calidad del agua en las zonas pobladas cercanas a costas, debido a la instalación de pozos en las cercanías del mar y el desconocimiento de la dinámica de las formaciones acuíferas subterráneas, que son abastecidas únicamente por una recarga producida por las precipitaciones que caen sobre estos cuerpos de tierra. Motivado por esto, el presente trabajo se enfoca en la implementación de un modelo experimental y numérico que simule la formación de un lente de agua dulce en una isla bidimensional, con el fin de estudiar la forma y profundidad de la interfaz de densidad en régimen permanente entre el agua de mar y dulce entrante, y la influencia de la recarga superficial y la conductividad hidráulica sobre este proceso, para analizar la validez de las soluciones analíticas existentes para las dimensiones del montaje y la relevancia de los parámetros hidrogeológicos sobre la dinámica de la formación de acuíferos costeros. Para esto, se diseñó y construyó un montaje experimental que simula las condiciones de nivel de mar en la costa y recarga superficial uniforme sobre la superficie de la isla. Se realizaron seis experimentos de laboratorio, considerando tres recargas superficiales de agua dulce teñida con colorante y dos conductividades hidráulicas distintas, que fueron caracterizadas por ensayos de permeámetro de carga constante. Se tomó registro de cada experiencia mediante fotografías de la evolución del fenómeno hasta alcanzar el estado estacionario. Mediante el análisis de imágenes de los experimentos, se logró identificar la interfaz y el alcance de la parte central para distintos tiempos. El modelo numérico fue construido en el paquete computacional COMSOL, utilizando un modelo de flujo de dos fases en medios permeables. El problema se modeló como flujo de dos fases miscibles y los parámetros relevantes se asignaron de acuerdo a las propiedades del suelo y las condiciones de borde e inicial según lo observado en el montaje experimental. Los resultados fueron comparados cualitativa y cuantitativamente con lo encontrado mediante el análisis de imágenes de los experimentos y las soluciones teóricas. Además, se aplicó una de las soluciones analíticas estudiadas al caso de la Isla de Pascua, con el fin de estimar la profundidad de la interfaz y el nivel freático. Se obtuvo que el montaje experimental fue capaz de reproducir la forma y evolución de la interfaz en el tiempo, validando las soluciones analíticas existentes para una razón de aspecto límite entre la profundidad máxima del lente y el ancho de la isla de 1:5, ratificando lo obtenido por Dose et al.,2014. Por otro lado, el modelo numérico arrojó buenos resultados para la granulometría más gruesa. Se encontró también, que la conductividad hidráulica es el parámetro que condiciona prioritariamente el alcance del lente de agua dulce, mientras la recarga sólo tiene una influencia menor en el inicio del proceso transiente del acuífero en formación.

En el presente trabajo de tesis, se presenta la síntesis, caracterización y aplicación de un electrodo de carbón activado y carbón activado modificado con el líquido iónico hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazolio en la remoción de cloruro de sodio mediante el proceso de deionización capacitiva (CDI) en soluciones acuosas salinas preparadas de 200, 500 y 1000 ppm y aplicando potenciales de 0,8; 1,0 y 1,2 V. El desarrollo de la tecnología de deionización capacitiva (CDI) para la desalinización de soluciones electrolíticas es un área bastante prometedora, registrándose hasta la fecha múltiples trabajos a escala de laboratorio e industrial. El proceso de deionización capacitiva (CDI) depende directamente de la capacitancia eléctrica de los materiales empleado como electrodos, la humectabilidad de estos, así como el potencial de trabajo aplicado entre los electrodos. Los materiales carbonosos al ser modificados con líquido iónico presentan un incremento de la capacitancia eléctrica, gran estabilidad electroquímica, así como una mejora de la humectabilidad. Ante esto, surge la siguiente interrogante: ¿será posible desarrollar un electrodo que contribuya a la mejora de la remoción de cloruro de sodio en el campo de la deionización capacitiva (CDI)?. Mediante voltametría cíclica se calcula la capacitancia eléctrica del carbón activado modificado y carbón activado; siendo 58,40 F/g y 44,20 F/g, respectivamente. Mediante la medición del ángulo de contacto se obtiene una mejora de la humectabilidad de 112,00° para el electrodo sin modificar a 61,90° para el electrodo modificado. Finalmente, se logra determinar que a una concentración salina de 1240 ppm y un potencial de 1,0 V se obtiene la mayor capacidad de remoción de 13,79 mg/g. / In the present thesis is presented the synthesis, characterization and application of an activated carbon electrode and activated carbon modified with ionic liquid 1-butyl-3- methylimidazolium hexafluorophosphate for the removal of sodium chloride in prepared aqueous saline solutions of 200, 500 and 1000 ppm and applying potentials of 0,8; 1,0 and 1,2 V by means of capacitive deionization process (CDI). The development of capacitive deionization (CDI) technology for the desalination of electrolytic solutions is a quite promising field, with multiple laboratory and industrial scale work being recorded to date. The capacitive deionization process (CDI) directly depends on the electrical capacitance of the materials used as electrodes, wettability, as well as the applied work potential between the electrodes. The carbonaceous materials modified with ionic liquid exhibit an increase in electrical capacitance, great electrochemical stability, as well as an improvement in wettability. Given this, the following question arises: will it be possible to develop an electrode that contributes to the improvement of the removal of sodium chloride in the field of capacitive deionization (CDI)? Through cyclic voltammetry technique, the electrical capacitance of modified activated carbon and activated carbon is calculated as 58,40 F/g and 44,20 F/g, respectively. By measuring the contact angle, an improvement in wettability is obtained from 112,00° for the unmodified electrode to 61,90° for the modified electrode. Finally, it is determined that the highest removal capacity of 13,79 mg/g is obtained at a saline concentration of 1240 ppm and a working potential of 1,0 V. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / El objetivo principal de este trabajo fue realizar un estudio experimental para evaluar el rendimiento de nuevas membranas de osmosis inversa modificadas con nanopartículas de cobre (CuO, CuCl2, Cu(s)) y titania (TiO2) en la desalinización de agua. Se diseñó e implementó una planta piloto capaz de realizar una filtración de flujo cruzado para determinar el caudal de agua permeada a través de un área de membrana, definido como flux, y el porcentaje de rechazo de estas. Para ello se sintetizaron membranas Thin Film Composite (TFC) a las cuales se les adicionaron las nanopartículas durante la polimerización interfacial, a diferencia de otros métodos de modificación por inmersión. Estas membranas fueron caracterizadas mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) para determinar la rugosidad, espectroscopía de energía dispersa por rayos X (EDX) para determinar la presencia de las nanopartículas en la membrana, microscopía electrónica de barrido (SEM) para determinar la estructura de la membrana y ángulo de contacto para determinar la hidrofilicidad superficial. Además, se realizaron ensayos biológicos para determinar la capacidad de anti-adhesión y efecto bactericida para la bacteria E.Coli. De estos experimentos se obtuvo que todas las membranas modificadas mejoraron su efecto anti-adhesión, obteniendo resultados hasta un 99 % mejores. En cuanto al efecto biocida, las membranas modificadas con cobre presentaron una mejora significativa, logrando hasta un 80 % más de bacterias muertas que una membrana sin modificar. Se llevaron a cabo experimentos en el Laboratorio de Hidráulica Francisco J. Domínguez de la Universidad de Chile a una presión de 300 psi en todo el sistema, para determinar el rendimiento de una membrana comercial y las membranas sintetizadas en laboratorio, al desalinizar una solución salobre de 1000 ppm de concentración de NaCl. Se obtuvo que las membranas modificadas con CuO y CuCl2 al 1% mejoran el flux permeado con respecto a una membrana sin modificar. Adicionalmente, se obtuvo que la modificación con partículas de CuO al 1 % presentó una mejora del flux con respecto a la membrana comercial. Además, se obtuvo que todas las modificaciones mantuvieron el porcentaje de rechazo de sales por sobre un 94 %. Se realizó un experimento para determinar una posible polarización de la concentración (acumulación de especies iónicas en la membrana), donde se obtuvo que las membranas sintetizadas, a diferencia de la membrana comercial, estaban siendo afectadas por este fenómeno, aumentando la resistencia al paso del agua.

Memoria para optar al título de Geóloga / Chile es un país con una extensa área de costa la cual ha tenido un desarrollo urbanístico que no necesariamente considera la creciente demanda de recursos hídricos lo cual puede llevar a una sobrexplotación, induciendo problemas de contaminación como lo es la intrusión marina. Dado que las aguas subterráneas de las zonas costeras han sido poco estudiadas no existen muchas referencias con respecto a los procesos de intrusión marina y el posible deterioro de la calidad de las aguas. En este último punto es particularmente sensible el tema de la zona central de Chile, donde las zonas costeras son densamente habitadas y se ve el asentamiento de industrias. Con el propósito de analizar la influencia de contaminantes inorgánicos (agua marina) y orgánicos (grupo BTEX) en un acuífero costero detrítico se procesaron datos mediante diferentes escenarios de funcionamiento usando el código PHREEQC y, al incorporar el factor tiempo, se implementaron modelos de transporte reactivo usando el programa CrunchFlow. Al usar datos de agua de mar estándar y de un acuífero costero tipo con una configuración en parte confinada, donde existen pozos que bombean las dos capas acuíferas se evidencia que la intrusión marina se presenta en pozos cercanos a la costa y alcanza valores de hasta 1,7% del total de la composición del agua. Se identifica una relación entre el tipo de agua y la cercanía de la muestra a la costa. Además, se reconoce la existencia de procesos de intercambio iónico y precipitación/disolución de minerales. El modelo de transporte reactivo con ingreso de contaminantes orgánicos en un acuífero costero salinizado evidencia que el ingreso del agua contaminada por BTEX provoca un aumento en el volumen de yeso, disminuyendo la porosidad en aquellas zonas de precipitación y aumentando en zonas donde se ve disolución de este mineral. Existe un descenso de pH asociado a la entrada del contaminante orgánico (descendiendo en casi una unidad) y un aumento mínimo asociado a la entrada de la intrusión marina. El factor que afecta de mayor manera la propagación y concentraciones máximas alcanzadas por las especies primarias en el sistema es la temperatura. También tiene un efecto en el volumen de mineral precipitado/disuelto en el sistema. Otros parámetros que afectan el sistema son la porosidad inicial, el pH y la geología de la zona. Los resultados obtenidos confirman que los procesos de interacción agua-roca, además de la interacción con contaminantes orgánicos, son factores fundamentales en la composición del agua subterránea.

Tesis para optar al grado de Magíster en Administración / Autores, no autorizan acceso a texto completo de su documento. / Luis Ortega [Parte I], Ricardo Checura [Parte II] / La escasez del agua dulce es un problema a nivel mundial que ha generado numerosas campañas que invitan a cuidarla. Parte de este vital recurso está presente en ríos, lagos, napas subterráneas y glaciares continentales y representa apenas un 1,76% del total de agua en el planeta, otro 1,74% se encuentra en los glaciares y casquetes polares, mientras que el 96,5% restante está en los océanos. Es por ello que para un país con una amplia zona desértica y más de 4.000 kilómetros de costa, la desalinización se transforma en una opción atractiva y por lo mismo, la necesidad de conocer estas tecnologías y cómo silenciosamente el tema ha ido ganando un espacio en nuestro país y en el extranjero. Por su parte, la industria de la gran minería del cobre consume agua debido a que en las etapas de molienda, flotación y transporte se utiliza en grandes cantidades. A pesar de ser un proceso en que se recupera gran parte del agua, el 75% que va al tranque de relaves se evapora y no puede ser recuperada. Debido a la constante disminución de leyes de cobre es que cada vez se requiere más agua para poder producir cobre. Los acuíferos de los cuales se extrae el agua están siendo cada vez más controlados y la única forma de seguir produciendo de manera sostenible es contar con recursos que no alteren de gran manera el medio ambiente. El uso de agua desalada en el proceso productivo de la gran minería del cobre es la solución a los problemas de escases de recursos hídricos, ya que genera agua de alta calidad y permite una operación sostenible en el tiempo. Debido a que desde hace poco tiempo se está utilizando esta tecnología, es que hoy no existen en el mercado empresas especialistas en la gestión de activos de plantas desaladoras, con capacidad mayor a los 200 lts/seg (mercado objetivo), mediante mantenimiento estratégico. La oportunidad que se visualiza es generar un servicio que permita maximizar la disponibilidad de las plantas desaladoras a bajo costo y con un seguimiento en línea de KPI de gestión estratégicos que apalanquen productividad, alto MTBF y bajo MTTR. Esto último, en su conjunto, conformará la ventaja competitiva de la empresa de servicios. El modelo de negocio es ofrecer un servicio de gestión de activos el cual se pague no por horas hombre (HH) o por cantidad de equipos, si no por KPI’s estratégicos y disponibilidad de planta (ventaja competitiva). El equipo estará compuesto por dos socios con una participación de 40% cada uno, que son los que tienen el know-how del proceso, sistema y estructura del modelo de gestión de activos y dos socios con una participación de 10% que son los que manejan el área comercial y la implementación de la estrategia en los clientes. El financiamiento del proyecto será generado por el capital propio que levantarán los socios y el capital de trabajo de los primeros meses de la parte variable será asumido por un socio estratégico que tendrá el contrato con la empresa de la gran minería del cobre. La estimación de la demanda, basada en las operaciones vigentes y en los proyectos en construcción, ingeniería y estudios, genera una oportunidad atractiva de entrar a este negocio.

Tesis para optar al grado de Magíster en Administración / EcoDesalación SpA es una empresa que nace para ayudar a solucionar el problema de la escasez hídrica en el norte de Chile, problema que pone en peligro el desarrollo y sustentabilidad de la minería del cobre. Nuestra propuesta es la desalinización del agua de mar como alternativa para el abastecimiento de agua dulce a los proyectos mineros que iniciarán actividades en el mediano plazo. Dado la tendencia mundial hacia el cuidado del medio ambiente, hoy en día las empresas mineras están dispuestas a pagar por la diferenciación ecológica, debido a que esto mejora su reputación ambiental y su relación con las comunidades locales. Es por ello que nuestra apuesta es por la alimentación de la planta de desalinización con energía solar limpia y sustentable, aprovechando el potencial de generación de energía solar del desierto del norte de Chile. Nuestra misión entonces es proveer de agua dulce a las empresas mineras en el altiplano, usando para esto energías renovables y tecnologías de última generación que minimizan los posibles impactos ambientales, cuidando así el medio ambiente en donde se emplazan sus faenas. En el largo plazo, nuestra visión es aportar al desarrollo de actividades económicas que consideren los aspectos medioambientales para lograr un crecimiento sustentable del país. Nuestra propuesta de negocio corresponde a la construcción y operación de una planta de desalinización de agua de mar alimentada con energía solar en la región de Antofagasta. Nuestra estrategia competitiva será la diferenciación ecológica, por ser una empresa sustentable que cuida del medio ambiente a través de la entrega de agua desalinizada con energías renovables, minimizando de esta manera los posibles impactos ambientales indirectos de nuestros clientes, cuidando así su reputación ambiental y su relación con las comunidades locales. Nuestra estrategia de entrada será participar en las licitaciones de los proyectos El Abra Mill Project de Freeport-McMoRan, Chuquicamata Subterránea de Codelco Norte y Radomiro Tomic Súlfuros de Codelco Norte. Se estima que estos proyectos demandarán cerca de 1.000 l/s de agua desalinizada, correspondiente al 33% del aumento esperado en la demanda de agua en la región de Antofagasta para el 2021. Como estrategia de ventas se considera obtener los permisos ambientales antes de que se abran las licitaciones de estos proyectos, de modo de garantizar la factibilidad de ejecución de los mismos y tener ventaja respecto del resto de los competidores. El resumen asociado a la evaluación financiera del proyecto se presenta en la Tabla 1.1. Como se observa, el proyecto es económicamente viable cuando se evalúa en su estado puro, sin considerar deuda. Tomando un precio de venta de 6 US$/m3 y una tasa de descuento del 15%, se obtuvo que para 20 años de operación el VAN del proyecto es MMUS$282 y la TIR es de 21%. Es así como este proyecto debería ejecutarse, dado que genera ganancias por sobre la rentabilidad exigida.