El presente trabajo de tipo teórico – experimental es el estudio del funcionamiento y rendimiento de las cocinas mejoradas domésticas localizadas en zonas rurales que emplean biomasa como combustible siendo principalmente la leña y en menor proporción la bosta de vaca. Se tiene el objetivo de desarrollar un modelo de cocina mejorada que sea energéticamente eficiente, socialmente aceptada y de una baja emisión de gases contaminantes. El trabajo realizado comprendió la construcción de 5 prototipos de cocinas mejoradas de adobe; la evaluación de rendimientos en los 5 prototipos de cocinas mejoradas mediante el Test Estándar de Ebullición de Agua obteniéndose resultados de: eficiencia térmica, potencia promedio y ahorro de combustible; la evaluación del nivel de contaminación de aire mediante el monitoreo de monóxido de carbono (ppm) presente en el ambiente interior donde se cocina durante la cocción. Después de una primera etapa de evaluación de los cinco prototipos iniciales se seleccionó uno en base a los índices de rendimientos obtenidos, posteriormente al prototipo seleccionado se le realizaron modificaciones en sus dimensiones con el objetivo de mejorar la transferencia de calor por radiación y convección esto se verificó en la segunda etapa de evaluación. Se logró un modelo de cocina mejorada que cumplió con los requerimientos establecidos en base a la encuesta realizada, alcanzando una eficiencia térmica de 30%, una potencia promedio de 2.93 kW y un ahorro de combustible de 42% respecto a una cocina tradicional. Además se logró reducir el nivel de contaminación de aire interior a un valor promedio de emisión de monóxido de carbono de 3.9 ppm. El modelo seleccionado se compone de una cámara de combustión tipo Rocket o “L”, tiene una distancia entre el lecho de combustible – base de la olla principal de 220 mm y una distancia radial olla – pared interior de la cocina de 10 mm esto tanto para la olla principal y secundaria. El balance final de energía del modelo seleccionado mostró una gran pérdida de energía a través de las paredes interiores de la cocina y a través de los gases calientes que escapan por la chimenea, representando aproximadamente el 40.6 % (4.03 kW) y el 29.4% (2.90 kW) de la energía entregada por la llama respectivamente. Se deja para un estudio posterior la influencia de los rendimientos de la cocina mejorada a causa del aislamiento de la cámara de combustión además de adecuar sistemas de aprovechamiento de la energía de los gases calientes que escapan por la chimenea. / Tesis

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Ingeniero Civil en Biotecnología / La gran dependencia energética de la sociedad actual, el agotamiento de las reservas de petróleo y el alto nivel de contaminación que generan los combustibles fósiles, han llevado a los gobiernos del mundo a potenciar el desarrollo de nuevas fuentes de energía que sean renovables y de bajo impacto ambiental. Las energías renovables, como biocombustibles, se presentan como una gran alternativa y están tomando fuerza. A partir de biomasa se pueden producir combustibles como biodiesel, biohidrógeno y bioetanol, siendo este último en el que se centra esta investigación. Una de las alternativas que ha acaparado mucho interés en las últimas décadas es utilizar biomasa de alga para la producción del bioetanol. Las algas tienen bajas cantidades de lignina y altas concentraciones de carbohidratos, entre ellos hexosas y pentosas, siendo las pentosas uno de los azúcares menos aprovechados en la fermentación alcohólica. Por esto, se planteó realizar un estudio exploratorio de producción de bioetanol a partir de algas utilizando la levadura fermentadora de pentosas Scheffersomyces stipitis. En primera instancia, se determinó la cantidad de azúcares reductores totales, glucosa y xilosa de dos algas que crecen en las costas chilenas, Macrocystis pyrifera y Ulva rigida, eligiéndose esta última para continuar con el estudio, debido a que no requiere pretratamiento y contiene más xilosa. Luego se realizaron las estrategias de fermentación Sacarificación y Fermentación Simultáneo (SSF) e Hidrólisis y Fermentación Separadas (SHF) utilizando U. rigida y S. stipitis, con el fin de comparar cuál estrategia entregaba mayores rendimientos. Finalmente, se planteó fermentar los azúcares de la biomasa utilizando S. cerevisiae y S. stipitis en dos estrategias: una co-fermentación simultánea con ambas levaduras, y otra estrategia secuencial fermentando inicialmente con S. cerevisiae y luego con S. stipitis. La finalidad de estos ensayos era encontrar si existía un aumento de los rendimientos de etanol al utilizar S. stipitis, en comparación con los obtenidos en trabajos previos en los que se utilizó U. rigida y S. cerevisiae. Los resultados permitieron determinar que el alga M. pyrifera está constituida en un 43,8% de azúcares reductores, y de estos, un 7% y 5% corresponden a glucosa y xilosa, respectivamente. El alga U. rigida está constituida en un 36,3% de azúcares reductores, y de estos, un 28% y 8% corresponden a glucosa y xilosa, respectivamente. Al comparar los resultados de las estrategias SSF y SHF con S. stipitis, se encontró que SSF entrega rendimientos de 0,044 [g EtOH/g alga], mientras que en SHF no se produjo etanol. Finalmente, la estrategia secuencial presentó mayores rendimientos que la simultánea, 0,099 [g EtOH/g alga] versus 0,064 [g EtOH/g alga], pero en ambos casos fueron mayores que SSF y SHF utilizando sólo S. stipitis. Como conclusiones se tiene que el mayor potencial de azúcares en U. rigida se encuentra en los azúcares reductores no medidos, y no en la glucosa y xilosa, por lo que se recomienda realizar un estudio acabado de la composición del alga. También, los rendimientos de sacarificación de U. rigida utilizando Celluclast® y Novozyme® podrían mejorarse probando con otras enzimas, como hemicelulasas. La presencia de inhibidores y sales pudo ser la causa de la no producción de etanol en SHF y la baja cantidad de levadura inicial la causa del bajo rendimiento de SSF. Finalmente, la estrategia secuencial no representó un avance pues el máximo de etanol se generó durante la fermentación con S. cerevisiae, y no producto de la fermentación de pentosas por S. stipitis. Aún quedan muchas variables por mejorar, por lo que no se descarta continuar con las investigaciones de producción de etanol con U. rigida y S. stipitis.

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El proyecto pretende diseñar y desarrollar, hasta un nivel de planos de construcción, una unidad gasificadora de biomasa para producción de energía térmica y eléctrica de 10 - 15 kW de capacidad. En Chile existe unos 99.000 hogares que carecen de facilidades para acceder a los servicios de fuentes de energía, ya sea eléctrica y/o gas combustible. La mayoría de esos hogares se encuentran ubicados en la zona sur de nuestro país, con gran acceso a los desechos de biomasa forestal y agrícola. Teniendo en cuenta estos factores se deduce que la gasificación de biomasa constituye una novedosa tecnología para solucionar las necesidades eléctricas y térmicas básicas del consumo humano. Actualmente, existe una gran diversidad de proyectos de gasificación de biomasa en el mundo, pero en su mayoría corresponden a centrales con potencias sobre 200 kW, lo que genera un gran incentivo de investigación al desarrollo comercial de unidades de baja potencia. Un atractivo importante del proceso de gasificación de biomasa en esta memoria es la generación de biochar, un carboncillo que sirve para mejorar las tierras de cultivos. Se diseñó una unidad gasificadora con innovaciones que permiten reducir el nivel de alquitranes del syngas producido. Éstas corresponden a un lecho modelo Imbert para una gasificación de tiro inverso, un sistema de inyección de aire secundario y precalentamiento el aire de gasificación. La unidad de gasificación - biochar se compone del lecho de gasificación, un enfriador de gases, un ciclón y un filtro de mangas La unidad de gasificación - biochar produce syngas suficiente para alimentar un generador de unos 10 kW aproximadamente o para ser consumido como gas combustible, agua caliente sanitaria y biochar. El trabajo especifica todas las modificaciones necesarias para implementar el gasificador – biochar en una vivienda tipo, conformada por 4 personas en una casa de 3-4 habitaciones de 100 – 120 m2 y se detallan los equipos auxiliares requeridos y las condiciones de operación y uso del equipo. La evaluación técnico – económica revela que la gasificación – biochar es altamente competitiva en la resolución de la problemática de viviendas que no tienen fácil acceso a servicios básicos de energía eléctrica y térmica, en comparación con otras alternativas existentes. Como negocio, el servicio de armado de unidades gasificadoras presenta una buena opción de inversión ya que tiene retornos monetarios interesantes y bajas barreras de entrada al mercado.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El trabajo a continuación describe el diseño, evaluación, implementación y post evaluación de un servicio de producción de biomasa a partir de residuos forestales. El proyecto en el cual se fundamenta, evalúa la participación en la licitación para el servicio de producción de biomasa, abierto por Forestal Celco Norte, de un volumen de 550.000 M3st anuales puestos en planta, donde la empresa, Servicios Portuarios Reloncaví Ltda., participó durante el año 2011 y fue adjudicada. El objetivo principal de este trabajo es identificar las brechas entre la evaluación de este proyecto y la realidad, para así presentar recomendaciones para el proyecto en cuestión o proyectos futuros del mismo tipo. Para identificar estas brechas, se definieron las variables operativas principales del negocio, es decir volumen de producción, rendimientos productivos, consumos de petróleo, disponibilidad mecánica de los equipos (Uptime) y tiempos perdidos por falta de camión, y se comparó cada una de ellas, estimando su impacto en el valor presente neto y la tasa interna de retorno de la evaluación como la realidad. La evaluación definió se debía invertir en US 3.666.522, obteniendo un VAN de US 371.782 a una tasa de descuento del 12%, con una TIR del 15,14%. La post evaluación arrojo como resultado que se necesitó invertir en US 3.789.002, proyectando un VAN de US -572.382 a una tasa de descuento del 12%, con una TIR del 7,24%. De acuerdo a estos resultados, el proyecto no se considera atractivo ya que no logra al menos el VAN = 0 al 12% de tasa de interés. Las principales desviaciones que generaron este menor resultado son la baja disponibilidad mecánica de los Chipper Truck (Uptime), la que se evaluó en 85% y realmente fue de 50%, la falta de camión para poder producir, la que se estimó en 0 horas perdidas y en la realidad está cercana a las 4,5 horas perdidas por falta de camión por día, y además no haber considerado en la evaluación original la necesidad de invertir en capital de trabajo, por un monto estimado de US 287.070. Para revertir esta situación, se debe disminuir los tiempos perdidos por falta de camión, lo que puede enfrentarse vía negociación de las condiciones contractuales con el transportista asociado al servicio o a través de la inversión en camiones por parte de Reloncaví, y aumentar la disponibilidad mecánica de los Chipper Truck, la que puede gestionarse a través de la contratación de personal más calificado en relación a los problemas recurrentes de estos equipos y también en la gestión logística en cuanto a disponibilidad de repuestos en plaza. Con solo disminuir de 4,5 a 3 horas la falta de camión, se lograría llegar a un VAN de US 524.917 y TIR 16,12%. A modo de conclusión, se estima que los principales errores cometidos en este proyecto fue haber subestimado la sensibilidad logística del sistema productivo, toma de decisiones erróneas al no invertir en los carros de camión adicionales evaluados y no analizar en conjunto con el cliente y el prestador de servicio de transporte una solución integral de la cadena logística de producción transporte y recepción.

En el presente trabajo se muestran los resultados de la calificación en la calidad de briquetas de hojas de caña de azúcar (HCA) por medio de ensayos físicos y térmicos, para distintas formulaciones elaboradas, siendo la variable el porcentaje de arcilla en un rango de [0-15%]. En primer lugar se procedió a clasificar las HCA dentro de la biomasa, para de esta manera estimar sus características físico-químicas, con el fin de predecir su comportamiento como combustible en un proceso de conversión energética. Luego se identificaron las técnicas y procesos para la elaboración de densificados a baja presión, realizando una breve descripción de los densificados y los factores que intervienen en su proceso. Seguidamente se relaciona la densificación con el proceso de aglomeración, ya que en este se evalúan y se relacionan los enlaces formados por los aglutinantes (arcilla y fécula), con los resultados obtenidos en la caracterización de las distintas formulaciones. Además, se mencionan los ensayos de evaluación de briquetas, los cuales permiten evaluar la calidad de las briquetas elaboradas. En el desarrollo de la parte experimental, se realizó tanto una caracterización física y química de la HCA, lo que permitió establecer una serie de pre-tratamientos, los cuales consistían en la reducción granulométrica de la HCA y un proceso intermedio de lavado el cual permitió reducir los índices de álcalis de las HCA y evitar problemas operacionales como la corrosión, incrustaciones (fouling) y las escorias (slagging). Una vez finalizado los pre-tratamientos, se procedió a realizar las 4 formulaciones de briquetas, siendo la estructura la siguiente: 75% HCA y 25% aglutinante (arcilla y fécula), del cual se varió el porcentaje de arcilla en [0 – 5 – 10 – 15%]. Para ello se realizó el proceso de densificado a baja presión utilizando una briqueteadora manual con una presión de trabajo de 150 bares. Una vez obtenida la briqueta se realizó el secado de la misma durante 4 horas utilizando un horno eléctrico a 90ºC. Por último, se realizaron los ensayos de resistencia a la compresión, impacto, esponjamiento y de combustión. De los cuales se obtuvo como resultado final, un promedio de las características que presentaba cada formulación en los ensayos descritos. A medida que se incrementa el porcentaje de arcilla como aglutinante en la mezcla, la calidad de la briqueta disminuye, obteniéndose como resultado briquetas con menor calidad y resistencia. / Tesis

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniera en Recursos Naturales Renovables / La biomasa residual agrícola, es una fuente de energía que aparece dispersa en el territorio. La dispersión territorial que caracteriza a la biomasa genera importantes costes de logística de aprovisionamiento, y constituye uno de los principales obstáculos en su desarrollo. La necesidad de que las instalaciones de valorización energética tengan garantizado el suministro a lo largo de su vida útil, junto al condicionante de costes, justifica una adecuada evaluación y caracterización de la distribución geográfica de este recurso que contemple su evolución en el tiempo. El objetivo y propósito principal de esta investigación es elaborar una propuesta metodológica para el aprovechamiento de la biomasa residual de cultivos agrícolas en la región de la Araucanía, bajo la necesidad nacional de generar nuevas alternativas de generación que permitan ampliar la matriz energética y reducir la dependencia a los combustibles fósiles. Además, se identificaron las zonas con mayores necesidades energéticas, que permiten proponer sitios prioritarios de localización de plantas de bioenergía, y por último analizar las tecnologías de conversión energética óptimas. La biomasa residual se cuantificó mediante el método relación residuo-producto (RRP) y el método de coeficientes de residuos no utilizados. El método del RRP caracteriza una producción de 4,72 [Mt año -1 ] de maíz y 622 [Mt año -1 ] de trigo, mientras el método de coeficientes de residuos no utilizados caracteriza una producción de biomasa de residuos de maíz de 3,462 [Mt año -1 ] y de trigo de 190,54 [Mt año -1 ]. El análisis espacial de la dispersión de biomasa se realizó elaborando una cartografía en escala distrital de las magnitudes de producción, utilizando ArcGis. Los distritos de General López, La Selva, Rehuecoyán, Quilquén y Quilquilco fueron identificadas mediante el método de Evaluación Multicriterio (EMC) como sitio prioritarios de abastecimiento energético y sitios de instalación de plantas bioenergéticas, bajo escenarios de alta demanda, de factibilidad e impacto social. Los resultados generados son un acercamiento al de los residuos de cultivos agrícolas con fines energéticos, y su disponibilidad, reduciendo la incertidumbre de su cuantificación, distribución espacial y temporal de modo de facilitar la inserción de nuevos proyectos energéticos con recursos locales. / Agricultural residual biomass is a source of energy which is dispersed across the territory. The territorial dispersion, which characterizes biomass, generates significant logistics costs of supply, and is one of the main obstacles in its development. The need for energy recovery plants of having guaranteed supply over its lifetime together with the costs constraint, justifies an appropriate evaluation and characterization of the geographical distribution of this resource that contemplates its evolution over time. The main objective and purpose of this research is developing a methodological proposal for the use of residual biomass of agricultural crops in the Araucanía region. This is under the national need to generate new generation alternatives which allow expanding the energy matrix, and reducing dependence to fossil fuels. In addition, areas with higher energy needs were identified allowing propose priority sites of the location of bioenergy plants, and finally analyze optimal energy conversion technologies. Residual biomass has been quantified through the Residue-to-Product Ratio method (RPR) and the coefficient unused residues method. The RPR method characterizes a corn production of 4.72 [Mt yr -1 ] and a wheat production of 622 [Mt yr -1 ]. While the coefficient unused residues method characterizes a residual biomass of corn production of 3,462 [Mt yr -1 ] and of wheat production of 190,54 [Mt yr -1 ]. Spatial analysis of the biomass dispersion was carried out by developing a district scale cartography of the magnitudes of production using ArcGis. Districts of General López, La Selva, Rehuecoyán, Quilquén y Quilquilco were identified through Multi-Criteria Evaluation method (MCE) as priority sites of energy supply and installation sites of bioenergy plants under scenarios of high demand, feasibility and social impact. The generated results are an approach to the agricultural crops residues for energy purpose and their availability allowing reduce uncertainty of their quantification, and spatial and temporal distribution in order to facilitate the insertion of new energy projects with local resources.

La cascarilla de arroz es un residuo agrícola que se obtiene a partir del proceso de molienda de arroz. Este residuo se genera en grandes cantidades, sin embargo, cuenta con pocas aplicaciones de uso. El proceso de gasificación se presenta como una alternativa viable para el aprovechamiento de este residuo en aplicaciones térmicas. En la presente tesis se relacionan las propiedades de la cascarilla de arroz con los requerimientos del gasificador para lograr el diseño final. Se opta por el tipo downdraft invertido porque es adecuado para gasificar biomasa de baja densidad y tamaño pequeño como lo es la cascarilla de arroz. Mediante el proceso de gasificación se obtiene un gas combustible que posee un alto contenido de nitrógeno por lo que se le llama gas pobre. Para el diseño del gasificador se ha definido dos sistemas, el sistema de generación de gas pobre y el sistema de acondicionamiento de gas pobre. El sistema de generación de gas pobre está compuesto por un reactor, un sistema de suministro de aire y un sistema de retiro de cenizas. El sistema de acondicionamiento de gas pobre está compuesto por un ciclón. El gas combustible obtenido se utilizará en un quemador para generar calor. Las características del reactor son: potencia de 2600 kcal/h, eficiencia de 30 %, diámetro interior de 0,19 m, diámetro exterior de 0,24 m, altura total de 1,12 m, capacidad de 0,02 m3, temperatura máxima de reacción de 500 °C y temperatura exterior de 27,5 °C. El proceso se realiza por lotes y se necesitan 2,1 kg de cascarilla de arroz para que el sistema opere durante 3/4 de hora. El caudal de aire necesario para el proceso es 3,33 m3/h y es suministrado por un ventilador axial de 12 VDC. El retiro de cenizas se realiza mediante una rejilla pivotada cuyos agujeros tienen un diámetro de 0,008 m. Las características del ciclón son: diámetro interior de 0,16 m, altura total de 0,66 m y eficiencia de 50 % para partículas de ceniza de 10 μm. El quemador a usar puede ser del tipo atmosférico para GLP o gas natural. Se propone el diseño de un quemador simple con 80 agujeros de diámetro de 0,005 m para lograr una buena combustión. El gas pobre obtenido tiene bajo poder calorífico (< 6 MJ/m3), está libre de partículas con tamaño superior a 50 μm y posee alta temperatura. Estas características lo hacen apropiado para aplicaciones térmicas. El costo de fabricación del sistema (sistema de generación de gas y sistema de acondicionamiento) se estima en S/. 7.296,00 (siete mil doscientos noventa y seis nuevos soles). Esto incluye los materiales, mano de obra, equipos y costos de ingeniería. / Tesis