El presente trabajo de tesis realiza un análisis de la evaluación del consumo de combustible y emisiones de dos vehículos livianos, marca Kia Rio y motor de encendido por chispa, funcionando con dos mezclas de gasolina y etanol (E7,8 y E10). Uno de los vehículos transitó en Lima Metropolitana, mientras que el otro en la ciudad del Cusco. Ambos vehículos fueron instrumentados adecuadamente, para obtener un registro de las emisiones y trayectoria del circuito de conducción. Además, se obtuvo el valor promedio del consumo de combustible. Las pruebas fueron realizadas en diferentes días y horas. Con los resultados obtenidos durante los ensayos, tanto en Lima Metropolitana y Cusco, se puede inferir que el consumo de combustible aumenta de acuerdo al tráfico de la ciudad (+15%) y la altitud de la zona (+17,8%). Del mismo modo, mientras más se aumente el contenido de etanol a la mezcla, el consumo de combustible sufre un ligero incremento de 18%; ya que el etanol, a diferencia de la gasolina, posee un poder calorífico inferior; en tal sentido, el motor necesitará un mayor consumo de combustible para desarrollar la misma potencia. Con respecto a las emisiones gaseosas expulsadas por el vehículo, se observa un aumento de CO (+60%) y HC (+80%) debido a las condiciones de tráfico y un mayor consumo de combustible. Por otro lado, el incremento de etanol en la mezcla de combustible influyó que las emisiones de CO presentaran un descenso; caso contrario sucedió que las emisiones de NOX se incrementaran ligeramente. De igual forma, el efecto de altitud provocó menores emisiones de CO, NOX y HC en gramos por kilómetro, ya que en Cusco el porcentaje de oxígeno disminuye a 67% en volumen de aire a causa de la presión atmosférica que cae a 67,2 atm. Finalmente, las emisiones de CO2 no sufrieron mucha influencia por el aumento de etanol, ni por efecto de la altura. / Tesis

Ingeniero Civil en Biotecnología / Hoy en día el tema de abastecimiento energético es cada vez más importante. En muchos países la matriz energética se basa en la explotación del recurso fósil, principalmente petróleo, el cual es un recurso limitado y que ha tenido una tendencia general al alza de precios. A lo anterior se añade las actuales normativas de emisiones que se están aplicando, las cuales prevén un futuro donde los combustibles fósiles se verán más limitados en su producción y aplicación. Los biocombustibles por tanto han sido una importante alternativa que se ha desarrollado por años, aunque, en un principio, muchos de los biocombustibles diseñados así competían (y compiten) en su materia prima con los recursos alimenticios (biocombustibles de primera generación). Además, una alternativa es el diseño de combustibles basado en residuos industriales, es decir materias primas que no son fuentes alimenticias (biocombustibles de segunda generación). Este estudio busca otra opción de producción de etanol, esta vez a partir de algas para producir biocombustibles de tercera generación, en especial se trabajó con la macroalga verde Ulva rigida. Para alcanzar el objetivo planteado, fue necesario diseñar un procedimiento experimental, el cual consistió en un pretratamiento con ácido diluido (1% y 2% v/v de ácido sulfúrico) a diferentes temperaturas (30°C y 120°C). Después del pretratamiento es necesario neutralizar las muestras para detener dicha reacción. La fracción sólida resultante del pretratamiento es sometida a una hidrólisis enzimática, gracias a la acción de celulasas y celobiasas durante 72 horas (Celluclast® 1,5L - Cat C2730, y Novozyme® 188 - CatC6105). Luego se fermentaron los azúcares liberados en la sacarificación mediante dos estrategias diferentes: Sacarificación y Fermentación Simultáneas (SSF), y Sacarificación Y Fermentación Separadas (SHF). Los resultados mostraron que el pretratamiento no es necesario; las muestras de algas utilizadas presentan azúcares fácilmente hidrolizables, y poseen una baja concentración de lignina, por lo que un pretratamiento con ácido diluido y temperatura no entrega mayor ventaja al proceso. Más aún, dicho procesamiento produce efectos negativos en la concentración de glucosa final. Por lo tanto, este proceso se suprimió del diseño planificado. La sacarificación de las algas sin pretratamiento presentó un rendimiento del 27,2% respecto a la glucosa total de la muestra. Por otra parte, los resultados de las dos estrategias de fermentación SSF y SHF fueron diferentes. El rendimiento, respecto a la conversión de glucosa total de la biomasa, de la estrategia SSF fue de un 50%, considerado alto para ser un primer acercamiento a la utilización de macroalgas. La estrategia SHF presentó un rendimiento del 24,5%. La diferencia de rendimientos indica que la estrategia SSF es mejor, aprovechándose de mejor forma los azúcares constituyentes de las macroalgas y obteniendo una mayor concentración de etanol en solución (5 g/l). Es importante mencionar que dicho rendimiento tiene su base en la composición total de glucosa de la macroalga, por lo que su alto valor puede corresponder a la fermentación de glucosa más la fermentación de otros azúcares no considerados en la composición total de glucosa. Aún así, la estrategia SSF es mejor que la SHF, ya que produce mayor etanol por gramo de biomasa empleado. A partir de los resultados obtenidos, se concluye que se logró un primer acercamiento a la producción de etanol a partir de la macroalga Ulva rigida, diseñándose un proceso de operación y evaluando el pretratamiento de ácido diluido en dicho procedimiento. También se concluyó que la estrategia SSF es mejor que la estrategia SHF para la producción de etanol a partir de la mencionada macroalga. Finalmente, se recomienda complementar este estudio mediante la caracterización completa de la macroalga utilizada.

Los motores de combustión interna son y seguirán siendo por los próximos años la principal forma de propulsión de los distintos tipos de vehículos, es por esto que se vienen desarrollando gran cantidad de actividades a nivel mundial con el desafío de mejorar la eficiencia, reducir las emisiones contaminantes y la adecuación de combustibles alternativos que no sean derivados del petróleo. Es en este escenario que se requiere de un adecuado entendimiento del fenómeno de combustión y con ello el modelado matemático de los procesos termodinámicos que suceden en los motores. A pesar que se han realizado estudios de los motores de combustión interna desde finales del siglo XIX, el ciclo de motor, en especial el proceso de combustión es considerado de alta complejidad, ya que conlleva la coexistencia de distintos fenómenos químicos y físicos. Estos estudios abarcan la cinética química de una gran cantidad de reacciones y distintos compuestos orgánicos, flujos multi-fásicos y turbulentos, así como las características de la velocidad y forma del frente de llama, los procesos de transferencia de calor, las características físico-químicas de los combustibles y la construcción y forma de la cámara de combustión, entre otras variables de estudio. Para poder contribuir con este tipo de estudios, a partir de la década de 1960, se comenzó a desarrollar en mayor medida modelos computacionales de simulación a partir de modelos termodinámicos que se vienen estudiando desde finales del siglo XIX. El desarrollo de estos modelos computacionales ha ayudado en el desarrollo de nuevas tecnologías en los motores, así como el estudio de la influencia en el desempeño y emisiones contaminantes con el uso de distintos tipos de combustibles, incluyendo combustibles alternativos como el etanol, o el biodiesel. El desarrollo de modelos computacionales ayudan en el desarrollo preliminar de nuevos combustibles y motores, ya que reducen de manera significativa el tiempo y dinero invertidos en ensayos experimentales, por lo que se convierten en una herramienta indispensable para el trabajo de empresas, universidades e instituciones que desarrollen este tipo de tecnología a nivel mundial. En el caso del Perú, al no ser un país con industria automotriz activa, el desarrollo de estos modelos computacionales para el desarrollo de tecnología en motores de combustión es muy escaso por lo que se puede decir que el presente trabajo pretende contribuir al cambio de ese escenario en el país. El uso de biocombustibles ha aumentado considerablemente a nivel mundial en el sector transporte, con el objetivo de reducir la dependencia de los derivados del petróleo y reducir las emisiones de CO2, principal responsable del efecto invernadero. En este contexto, el gobierno del Perú aprobó el reglamento de promoción del mercado de biocombustibles el año 2005 con el Decreto Supremo Nº 013-2005-EM, en el cual se indica que a partir del primero de enero del año 2010, se añada un porcentaje de 7,8% en volumen de etanol anhidro como mínimo a las gasolinas comercializadas a nivel nacional. / Tesis

El presente trabajo de tesis realiza un análisis del rendimiento y las emisiones de un motor de encendido por chispa Nissan GA15 trabajando con diferentes mezclas etanol-gasolina, dicho motor es carburado y está instalado en el Laboratorio de energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Asimismo, el motor fue instrumentado adecuadamente, para así, poder registrar los datos necesarios para el respectivo análisis. Los combustibles (mezclas etanolgasolina) fueron ensayados a 3 velocidades y 4 porcentajes de torque. Con los resultados obtenidos después de realizados los ensayos se puede decir que, mientras más se aumente el contenido de etanol en la mezcla, el flujo másico de combustible aumentará, ya que, el etanol tiene un menor poder calorífico que la gasolina, por lo que necesitará quemar más combustible para desarrollar una misma potencia. Por otro lado el rendimiento efectivo del motor aumenta conforme se incrementa la velocidad de giro, esto sin importar cuál sea el combustible utilizado. Con respecto a las emisiones, se observa una gran disminución en las cantidades de CO (50% en algunos casos), ya que al existir mayor cantidad de oxígeno en la composición del etanol, resultará una combustión menos incompleta dentro del cilindro, con lo que disminuye el HC y CO, y, aumentará el CO2 y el O2. / Tesis

Tesis para optar al grado de Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química y Biotecnología / La macroalga parda Macrocystis pyrifera es una especie de algas marinas que posee una amplia distribución en aguas templadas y frías tanto del hemisferio norte como sur, formando bosques productivos de alta diversidad biológica. En Chile M. pyrifera se distribuye a lo largo de la costa desde Iquique al Cabo de Hornos. La importancia comercial de esta especie se ha incrementado en la última década, especialmente en la extracción de alginato y su uso como alimento de abalones. El alga se compone principalmente de carbohidratos heterogéneos (> 50% peso seco del alga) como fucoidano, alginato y laminarina, los cuales pueden ser empleados como plataforma para la producción de variados compuestos. Además, posee compuestos polifenólicos únicos en su especie conocidos como florotaninos los cuales han sido ampliamente estudiados por sus beneficios potenciales para la salud como anti-oxidantes, anti-cáncer, anti-diabetes, anti-inflamación y anti-microbianas, entre otras. En este trabajo se estudió el diseño de un proceso de extracción de florotaninos y carbohidratos desde M. pyrifera, usando enzimas marinas en la etapa de hidrolisis de los carbohidratos. Para lo cual se procedió en un primer paso a determinar condiciones que mejoran la extracción de florotaninos desde el alga, tales como temperatura de secado del alga, parámetros de extracción e identificación de los compuestos. En una segunda etapa se optimizó la producción de enzimas carbohidrasas, alginato liasa, fucoidanasa y 1,3-β-D-glucanasa, desde microorganismos marinos asociado a la macroalga, para ser empleadas posteriormente en el pre-tratamiento enzimático de M. pyrifera. En una tercera etapa se determinó condiciones de extracción simultánea de carbohidratos y florotaninos desde el alga incorporando la etapa previa de pre-tratamiento enzimático. Finalmente, se estudió la separación de florotaninos desde el extracto final usando resinas macroporosas. La evaluación de estas etapas permitió determinar que un pre-tratamiento enzimático del alga con carbohidrasas, producidas por el hongo marino Alternaria sp, a 25°C por 36 horas a un pH 7.0 y una razón alga/extracto enzimático de 1/20, seguido por extracción alcalina de fase solida con NaOH 0.5N a 100°C por 180 min en una razón sólido/líquido de 1/20. Obteniendo un extracto con concentración final de 452 mg carbohidrato/g alga y 2.14 mg florotaninos/g alga, lo cual representa un rendimiento de extracción específico de 89.6% para carbohidratos y 21.4% para florotaninos. Posteriormente, el uso de resina XAD-16N permitió la separación del 42% de los florotaninos desde el extracto. La fracción enriquecida en florotaninos fue liofilizada presentando una concentración de 14.2 mg florotaninos/g liofilizado. / The brown macroalgae Macrocystis pyrifera is a kind of seaweed that has a wide distribution in temperate and cold waters of both the Northern and Southern hemispheres, forming productive forests of high biological diversity. In Chile M. pyrifera it is distributed along the coast from Iquique to Cape Horn. The commercial importance of this species has increased in the last decade, especially in alginate extraction and use as food abalones. M. pyrifera (>50 % of the alga dry weight) as fucoidan, laminarin and alginate, which can be used as a platform for the production of many compounds is mainly composed of heterogeneous carbohydrate. In addition, the brown seaweeds have unique polyphenolic compounds in their species known as phlorotannins which have been widely studied for their potential health benefits such as prevention of oxidative stress-mediated radical, anti-cancer, anti-diabetes, anti-inflammation and anti-microbial, among others. In this work was studied in this paper the design of an extraction process phlorotannins and carbohydrates from Macrocystis pyrifera, using marine enzymes in the hydrolysis step carbohydrates. For which we proceeded in a first step to determine the conditions that improve phlorotannins extraction from algae such as seaweed drying temperature, parameters extraction and identification of compounds. In a second stage production carbohydrate active enzymes, alginate lyase, fucoidanase and 1,3-β-D-glucanase was optimized from microorganisms associated with marine macroalgae, to be employed subsequently in the enzymatic pretreatment of M. pyrifera. In a third stage of simultaneous extraction conditions of carbohydrate and phlorotannins was determined from M. pyrifera incorporating the previous stage enzymatic pretreatment. Finally, the separation of phlorotannins was studied from the final extract using macroporous resins. Evaluation of these stages allowed to determine that an enzymatic pretreatment with carbohydrate active enzymes, alginate, fucoidanasa and 1,3-β-D-glucanase produced by the marine fungus Alternaria sp, at 25°C for 36 hours pH 7.0 and algae/enzyme extract of 1/20, followed by alkaline extraction of the solid phase with 0.5 N NaOH at 100°C for 180 min in a solid/liquid ratio of 1/20 allowed obtain a final extract with a concentration 452 mg carbohydrate/g of alga and 2.14 mg phlorotannins/g of alga, which represents a specific extraction yield of 89.6% for carbohydrates and 21.4% for phlorotannins. Subsequently, the use of macroporous resin XAD- 16N allowed separation of the 42% of phlorotannins from the extract. Finally, the enriched fraction with phlorotannins was lyophilized presenting a concentration of 14.2 mg phlorotannins/g lyophilized. / Este trabajo es financiado por una beca CONICYT para estudio de doctorado en Chile, el proyecto AKA-ERNC 0009 OPTIFU; y por el Centro Basal financiado por CONICYT CeBiB FB0001

El bioetanol es uno de los biocombustibles líquidos con mayor potencial para sobrellevar el agotamiento y sobreutilización del petróleo como principal carburante a nivel mundial. El presente trabajo estudia la estrategia Sacarificación y Fermentación Simultáneas (SSF) como la principal tecnología de fermentación que permite aumentar la producción de bioetanol a partir de residuos forestales, específicamente de la especie Nothofagus pumilio también conocida lenga. El estudio comprendió una primera etapa en donde se identificaron los parámetros críticos que afectan el rendimiento de etanol al utilizar la estrategia SSF. En una segunda etapa, se realizó un trabajo experimental sobre éstas y se determinaron las mejores condiciones de operación. El factor que mostró tener un efecto más significativo en el rendimiento de etanol correspondió al tipo de pretratamiento utilizado: ácido sulfúrico diluido (ASD 0,75%) versus el líquido iónico (LI) 1-etil-3-metiImidiazol cloro ([EMIM]Cl). Los resultados obtenidos mostraron que la mayor concentración de etanol, 10,4 g/l, fue alcanzada usando una fracción sólida al 9% p/v del material pretratado con el líquido iónico [EMIM]Cl. Se utilizó la levadura S. cerevisiae cepa Red Star como microorganismo fermentador, una concentración inicial de inóculo de 10 g p.s./l, una carga enzimática de 37 FPU/g de sustrato, 40°C como la temperatura de fermentación, 72 horas como el tiempo de reacción, 300 rpm como la velocidad de agitación y el surfactante Tween 20 como modificador de la actividad enzimática. Para el mejor caso se obtuvo un rendimiento de etanol de 0,12 g/g de material pretratado y una productividad volumétrica de etanol de 1,2 g/lh para las primeras 6 horas. Al comparar los dos tipos de pretratamiento, se obtuvo que utilizar el LI se logró un valor de rendimiento de fermentación del orden de un 47% respecto del valor teórico máximo; mientras que para el pretratamiento con ASD sólo se logró un valor del 23%. Además, se observó que un aumento en la masa a pretratar implicaría una disminución de los azúcares fermentables disponibles en la etapa de sacarificación y una consecuente disminución en el rendimiento final de etanol. Por otro lado, se comparó la estrategia SSF con la estrategia Sacarificación y Fermentación Separadas (SHF). Se obtuvieron valores de 146 y 72 litros de etanol por tonelada de material pretratado con LI, respectivamente, destacándose un incremento del 103% en la producción de etanol por la tecnología SSF respecto de la estrategia SHF. Considerando una masa potencial de 254 mil toneladas anuales de residuos de lenga, se estimó una producción de 32 mil m3 de bioetanol, que corresponderían al 50 y 20% de la demanda nacional del biocombustible necesario para utilizarse en las mezclas normadas de 2 y 5% etanol-gasolina. Como conclusión del trabajo elaborado, se estima importante continuar con los estudios desarrollados con el fin de aumentar el rendimiento de etanol obtenido a partir de la estrategia SSF. Para esto, se recomienda seguir estudiando las condiciones de pretratamiento con el LI [EMIM]Cl, aumentar el tiempo de reacción y analizar factores que limiten el desarrollo del M.O. fermentador.

El presente trabajo de tesis realiza un análisis de la evaluación del consumo de combustible y emisiones de dos vehículos livianos, marca Kia Rio y motor de encendido por chispa, funcionando con dos mezclas de gasolina y etanol (E7,8 y E10). Uno de los vehículos transitó en Lima Metropolitana, mientras que el otro en la ciudad del Cusco. Ambos vehículos fueron instrumentados adecuadamente, para obtener un registro de las emisiones y trayectoria del circuito de conducción. Además, se obtuvo el valor promedio del consumo de combustible. Las pruebas fueron realizadas en diferentes días y horas. Con los resultados obtenidos durante los ensayos, tanto en Lima Metropolitana y Cusco, se puede inferir que el consumo de combustible aumenta de acuerdo al tráfico de la ciudad (+15%) y la altitud de la zona (+17,8%). Del mismo modo, mientras más se aumente el contenido de etanol a la mezcla, el consumo de combustible sufre un ligero incremento de 18%; ya que el etanol, a diferencia de la gasolina, posee un poder calorífico inferior; en tal sentido, el motor necesitará un mayor consumo de combustible para desarrollar la misma potencia. Con respecto a las emisiones gaseosas expulsadas por el vehículo, se observa un aumento de CO (+60%) y HC (+80%) debido a las condiciones de tráfico y un mayor consumo de combustible. Por otro lado, el incremento de etanol en la mezcla de combustible influyó que las emisiones de CO presentaran un descenso; caso contrario sucedió que las emisiones de NOX se incrementaran ligeramente. De igual forma, el efecto de altitud provocó menores emisiones de CO, NOX y HC en gramos por kilómetro, ya que en Cusco el porcentaje de oxígeno disminuye a 67% en volumen de aire a causa de la presión atmosférica que cae a 67,2 atm. Finalmente, las emisiones de CO2 no sufrieron mucha influencia por el aumento de etanol, ni por efecto de la altura.

El presente trabajo de tesis realiza un análisis del rendimiento y las emisiones de un motor de encendido por chispa Nissan GA15 trabajando con diferentes mezclas etanol-gasolina, dicho motor es carburado y está instalado en el Laboratorio de energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Asimismo, el motor fue instrumentado adecuadamente, para así, poder registrar los datos necesarios para el respectivo análisis. Los combustibles (mezclas etanolgasolina) fueron ensayados a 3 velocidades y 4 porcentajes de torque. Con los resultados obtenidos después de realizados los ensayos se puede decir que, mientras más se aumente el contenido de etanol en la mezcla, el flujo másico de combustible aumentará, ya que, el etanol tiene un menor poder calorífico que la gasolina, por lo que necesitará quemar más combustible para desarrollar una misma potencia. Por otro lado el rendimiento efectivo del motor aumenta conforme se incrementa la velocidad de giro, esto sin importar cuál sea el combustible utilizado. Con respecto a las emisiones, se observa una gran disminución en las cantidades de CO (50% en algunos casos), ya que al existir mayor cantidad de oxígeno en la composición del etanol, resultará una combustión menos incompleta dentro del cilindro, con lo que disminuye el HC y CO, y, aumentará el CO2 y el O2.

Los motores de combustión interna son y seguirán siendo por los próximos años la principal forma de propulsión de los distintos tipos de vehículos, es por esto que se vienen desarrollando gran cantidad de actividades a nivel mundial con el desafío de mejorar la eficiencia, reducir las emisiones contaminantes y la adecuación de combustibles alternativos que no sean derivados del petróleo. Es en este escenario que se requiere de un adecuado entendimiento del fenómeno de combustión y con ello el modelado matemático de los procesos termodinámicos que suceden en los motores. A pesar que se han realizado estudios de los motores de combustión interna desde finales del siglo XIX, el ciclo de motor, en especial el proceso de combustión es considerado de alta complejidad, ya que conlleva la coexistencia de distintos fenómenos químicos y físicos. Estos estudios abarcan la cinética química de una gran cantidad de reacciones y distintos compuestos orgánicos, flujos multi-fásicos y turbulentos, así como las características de la velocidad y forma del frente de llama, los procesos de transferencia de calor, las características físico-químicas de los combustibles y la construcción y forma de la cámara de combustión, entre otras variables de estudio. Para poder contribuir con este tipo de estudios, a partir de la década de 1960, se comenzó a desarrollar en mayor medida modelos computacionales de simulación a partir de modelos termodinámicos que se vienen estudiando desde finales del siglo XIX. El desarrollo de estos modelos computacionales ha ayudado en el desarrollo de nuevas tecnologías en los motores, así como el estudio de la influencia en el desempeño y emisiones contaminantes con el uso de distintos tipos de combustibles, incluyendo combustibles alternativos como el etanol, o el biodiesel. El desarrollo de modelos computacionales ayudan en el desarrollo preliminar de nuevos combustibles y motores, ya que reducen de manera significativa el tiempo y dinero invertidos en ensayos experimentales, por lo que se convierten en una herramienta indispensable para el trabajo de empresas, universidades e instituciones que desarrollen este tipo de tecnología a nivel mundial. En el caso del Perú, al no ser un país con industria automotriz activa, el desarrollo de estos modelos computacionales para el desarrollo de tecnología en motores de combustión es muy escaso por lo que se puede decir que el presente trabajo pretende contribuir al cambio de ese escenario en el país. El uso de biocombustibles ha aumentado considerablemente a nivel mundial en el sector transporte, con el objetivo de reducir la dependencia de los derivados del petróleo y reducir las emisiones de CO2, principal responsable del efecto invernadero. En este contexto, el gobierno del Perú aprobó el reglamento de promoción del mercado de biocombustibles el año 2005 con el Decreto Supremo Nº 013-2005-EM, en el cual se indica que a partir del primero de enero del año 2010, se añada un porcentaje de 7,8% en volumen de etanol anhidro como mínimo a las gasolinas comercializadas a nivel nacional.