No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / Bajo el escenario energético actual, en donde el precio del gas natural no presenta estabilidad, y por lo tanto sus subproductos tampoco, es imprescindible realizar proyectos que tiendan a aprovechar de mejor manera las materias primas cuando este tipo de elementos están involucrados. El presente trabajo de título, se desarrolló en la Planta Prillex América de Enaex S.A. la cual es una empresa que produce nitrato de amonio en grado explosivo para la minería a partir de la reacción de amoniaco gas con ácido nítrico, este último también producido dentro de la planta. Como objetivo principal de este trabajo se propone la optimización de las condiciones de operación del circuito de evaporación de amoniaco y acondicionamiento de aire en la subplanta de nitrato de amonio 3, del complejo Prillex América. Esta optimización, lleva consigo beneficios tales como: La recuperación de parte, o la totalidad del amoniaco contenido en los drenajes de los equipos involucrados; disminución de la emisión de riles desde dicha planta, con todas las externalidades positivas que conlleva: medio ambientales; reducción en el uso y capacidad de piscinas de evaporación y estabilidad en la mantención de la temperatura del aire de prillado. Para cumplir con todos los objetivos propuestos, se dividió el trabajo en una serie de tareas: la primera tarea consistió en realizar una auditoría de las condiciones actuales de operación para cada equipo del circuito, recolectando todos los datos disponibles de los sensores e indicadores instalados en terreno y en la sala de control distribuido (sala de control, DCS) de esta tarea, se definió como base de análisis el funcionamiento del circuito en estado estacionario. La siguiente tarea consistió en realizar un diagnóstico y caracterización de los drenajes de cada uno de los equipos del circuito, pudiendo de esta forma, definir la operación normal y los episodios críticos de operación del circuito. El desarrollo de esta tarea permitió definir propuestas de optimización al sistema y la valorización de las pérdidas que ascienden a US$ 132586 por año. Se definieron gracias este diagnóstico, alternativas de operación para el circuito tendientes a reducir las descargas de agua amoniacal, y la mantención de la temperatura de aire de prillado. Del análisis de las ventajas y desventajas que estas propiciaban, se discriminó la alternativa mejor evaluada. La propuesta seleccionada, define un nuevo esquema de operación para el circuito de evaporación de amoniaco y acondicionamiento de aire en base a la integración del vaporizador de agua amoniacal (reconocido con la etiqueta E9206) operando de modo continuo, el cual reduce las pérdidas de materia prima. Esta propuesta se analizó gracias a la modelación matemática realizada en Matlab® que involucró el modelamiento de balances y propiedades fisicoquímicas de los compuestos de las corrientes de involucradas. El vaporizador de agua amoniacal, operará en régimen continuo según el análisis recibiendo un flujo de amoniaco de 293 [kg/hr] de agua amoniacal y 50823[kJ/kg] de energía, la cual será vaporizada por el calor entregado por vapor sobrecalentado a un flujo de 300 [kJ/hr] y 2771[kJ/hkg] que corresponde a la calidad del vapor disponible para este equipo. La inversión requerida para la implementación de la alternativa de operación propuesta, consiste en inversiones de capital fijo consistentes la instalación de líneas de proceso adicionales e instrumentación alcanzando un total de US$ 33.945, por lo que la recuperación de la inversión sea al tercer mes, resultando un proyecto favorable desde el punto de vista económico. A partir del presente trabajo, se concluye que es posible optimizar la operación del circuito de evaporación de amoniaco y acondicionamiento de aire, mediante una metodología flexible que permite su extrapolación a otros procesos de la planta, y cuyos resultados son favorables tanto del punto de vista operacional, pues estabiliza las condiciones de operación del circuito, como económicos, reduciendo las pérdidas de materia prima.

El avance en la investigación en terapia génica durante los últimos años ha generado interés en la construcción y producción de vectores virales, siendo actualmente los adenovirus los más utilizados en ensayos clínicos de terapia génica. Para satisfacer la demanda de estos vectores, es necesaria su producción a gran escala. Debido a esto, la caracterización del crecimiento de las células de riñón de embrión humano (HEK293) es de gran importancia para la identificación de factores que permitan la optimización de las condiciones de producción y una mejora en el rendimiento en la producción de adenovirus. En este trabajo se realizó una comparación del estado metabólico y del nivel de proteínas para cultivos de células HEK293 durante el crecimiento y producción de adenovirus. Se determinaron los parámetros de crecimiento para células creciendo adheridas en medio suplementado con 10% de suero fetal bovino (SFB) y para células adaptadas a crecer en un medio bajo en suero, suplementado con 0,5% de SFB, 40 [mg/L] de albúmina de suero bovino (BSA) e intralípidos al 0,01 [%v/v]. Las células adaptadas a crecer en el medio bajo en suero alcanzaron una concentración celular de 2x106 [cel/mL], comparable al caso base, logrando un crecimiento uniforme usando placas cebadas. En el caso de células creciendo adheridas, se observó que al consumirse completamente la glucosa éstas comenzaban a consumir lactato como fuente alternativa de carbono. Esto significó una extensión en la mantención del cultivo tanto en medio bajo en suero como en medio suplementado con 10% de SFB. Se adaptaron células a crecer en suspensión en spinners con medio bajo en suero suplementado con Pluronic F-68 y antiaglomerante, alcanzando una concentración de 1x106 [cel/mL]. Esta concentración es un 48% inferior a la obtenida creciendo adheridas, presentando además tasas de consumo de glucosa y producción de lactato un 71% y 76% menores, respectivamente. Durante la producción de adenovirus se registraron mayores tasas de consumo de glucosa y producción de lactato que las alcanzadas en el crecimiento, sin presentar un aumento de biomasa. Esto indica un cambio en el metabolismo celular durante la producción de adenovirus. Al mismo tiempo se observó una disminución de la viabilidad celular producto de la acción lítica del adenovirus. La mayor producción de virus se alcanzó en células creciendo adheridas en medio con 10% de SFB con un título de 1,6x1013 [pfu/mL] a las 48 [hpi]. A través de un ensayo de ELISA intracelular se cuantificaron enzimas claves del metabolismo del carbono, siendo las enzimas estudiadas: Fosfofructoquinasa (PFK), Piruvato deshidrogenasa (PDH), Lactato deshidrogenasa (LDH), y α-Ketoglutarato deshidrogenasa (α-KGD). Se comparó la cantidad de enzimas entre células creciendo en medio suplementado con 10% y 0,5% de SFB, tanto para el estado de crecimiento como para la producción de adenovirus. Se obtuvo diferencias significativas sólo en caso de la LDH, siendo el nivel de esta enzima mayor durante el crecimiento en el cultivo suplementado con 10% de SFB, siendo también el nivel de LDH mayor en la producción de adenovirus en comparación al crecimiento con 0,5% de SFB. Estos resultados fueron contrastados con los obtenidos a través del Análisis de Flujo Metabólico (MFA), para las vías en que participan dichas enzimas, encontrando una concordancia en el comportamiento en las condiciones comparadas, ya que el aumento en la producción de lactato en el crecimiento en medio con 10% de SFB responde a una mayor cantidad de LDH. En la producción de adenovirus el aumento del lactato sería producto de la lisis celular y no de un aumento de la LDH. Finalmente los resultados obtenidos permitirán un mejor entendimiento del comportamiento de células HEK293, y de sus requerimientos nutricionales en cultivo y producción de adenovirus.

La lixiviación ácida es el proceso más utilizado para la recuperación de cobre desde minerales oxidados. La rentabilidad de esta operación va a estar determinada por el consumo de ácido sulfúrico y el grado de extracción de cobre. Se sabe que un aumento en la concentración de ácido en las soluciones lixiviantes impulsa una mayor recuperación de cobre, pero también se produce un elevado consumo de ácido por especies reactivas de la ganga, lo que repercute negativamente en la economía del proceso. De estudios anteriores se sabe que con una adecuada selección del nivel de concentración de ácido es posible optimizar el consumo de ácido en el proceso. De esta forma, el objetivo principal de este trabajo de título es identificar y estudiar los mecanismos involucrados en las cinéticas del consumo de ácido y de disolución del cobre de un mineral al variar la concentración de ácido sulfúrico en la solución lixiviante. Se estudió el comportamiento de un mineral oxidado con una ley de 1,2% de cobre principalmente presente como cuprita (), con un diámetro de partícula entre 0,93 y 1,4 [cm]. Se realizaron pruebas experimentales de lixiviación ácida en columnas diferenciales inundadas con circulación de la solución inducida mediante un agitador. Se analizó el efecto de la concentración de ácido sobre la velocidad de lixiviación utilizando las siguientes concentraciones: 2, 3, 5, 10, 15 y 20 [g/l]. Luego, para la interpretación de los datos experimentales se ajustó el modelo del núcleo sin reaccionar, con el fin de identificar los mecanismos involucrados en los procesos de lixiviación. Como resultado principal de este estudio se estableció que la velocidad de consumo de ácido y de disolución de cobre aumentó a medida que la concentración de ácido crecía en el rango 2 - 20 [g/l]. Se comprobó que la cinética de estos dos procesos está controlada por la difusión de protones () en el interior de las partículas en el todo el rango de acidez estudiado. El valor del tiempo de reacción completa (), está dado por la expresión: [h] = 52.549 ⁄ ([] [g⁄l]), para el caso de la cinética de consumo de ácido y por la expresión: [h] = 19.503 ⁄ ([] [g⁄l]), para el caso de la cinética de lixiviación de cobre. En base a estudios anteriores de lixiviación de minerales oxidados de cobre se esperaba que la velocidad de lixiviación de cobre no aumentara con la concentración de ácido a concentraciones sobre los 5 [g/l]. Por lo tanto, el comportamiento observado con este mineral indica que en la lixiviación de la cuprita interviene también el ión férrico como agente lixiviante, ion producido por la lixiviación de hematita () y limonita ()) presentes en la ganga de este mineral. Este mecanismo impide que en este caso se pueda controlar el consumo de ácido durante la lixiviación de este mineral sin afectar la disolución de cobre. Se logró estudiar detalladamente las cinéticas de consumo de ácido y disolución de cobre, y se determinó el mecanismo que controla estos procesos, encontrándose los parámetros claves que caracterizan al mineral. Un estudio cinético como el que se realizó en este trabajo brinda información relevante sobre el comportamiento de un mineral bajo condiciones controladas, que puede ser aplicada en el diseño de las soluciones en los procesos se producción de cobre mediante la vía hidrometalúrgica, aumentando la lixiviación de cobre y disminuyendo el consumo de ácido sulfúrico, es decir, mejorando la economía de todo el proceso.

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Ingeniero Civil en Química / Ingeniero Civil en Biotecnología / Debido a la gran demanda de proteínas recombinantes y en particular de anticuerpos para el uso terapéutico en humanos, se busca optimizar los cultivos celulares para obtener mayor producción de proteínas y menores costos de producción. Uno de los métodos utilizados en el mejoramiento de los cultivos es la ingeniería celular donde, mediante la inserción o eliminación de un gen, se modifican las vías metabólicas de las células. Las líneas celulares animales tienen la desventaja de que su metabolismo es incapaz de oxidar la glucosa completamente a CO2 y H2O. La mayor parte de la glucosa, es oxidada a piruvato y finalmente a lactato, el que tiene un impacto negativo en el crecimiento celular y en la producción de proteínas. El trabajo consistió en caracterizar los clones CHO MDHII y CHO PYC generados a partir de una línea celular CHO productora de IgG, que sobreexpresan los genes MDHII y PYC2 las cuales han mostrado mejorar la eficiencia del metabolismo en otras líneas celulares, produciendo menos lactato y aumentando el flujo de carbonos desde la glicólisis hacia el ciclo del TCA. Para ello fue necesario hacer una selección previa de clones, de tal forma de escoger a los que presentaran mayor productividad específica de IgG y mayor eficiencia metabólica, caracterizada por valores bajos de producción de lactato por glucosa consumida (ΔL/ΔG). Luego se procedió a realizar las curvas de crecimiento para los clones y las células CHO wild-type que se utilizó como control. Para la caracterización del metabolismo, se midió la glucosa consumida, la producción de lactato, IgG y amonio, y se calcularon las tasas de consumo y producción de los metabolitos. La caracterización de la expresión transcripcional se realizó mediante un PCR en tiempo real, para el que fue previamente necesario extraer el RNA de las muestras, seguida de la síntesis de cDNA. Los resultados mostraron una menor producción de biomasa y anticuerpo IgG en los clones en comparación al control CHO wild-type, debido a un aumento inesperado en la producción de este último. Por otro lado, sí fue posible demostrar una mayor eficiencia metabólica de los clones debido a la disminución en la producción de lactato, en el caso del clon CHO MDHII y a una menor diferencia entre las tasas de producción de lactato y consumo de glucosa, en el clon CHO PYC. Al comparar las eficiencias de ambos clones, las células CHO MDHII mostraron una mayor eficiencia metabólica lo que se debería a un mayor flujo de carbonos desde la glicólisis al ciclo del TCA. Se cree que el clon CHO PYC no mostró una mayor eficiencia metabólica debido a que se generaría una acumulación de malato que no podría ser procesada por la enzima MDHII en el ciclo del TCA. Los cálculos de productividad específica de IgG demostraron que la producción de proteína recombinante estaría asociada al crecimiento celular y se cree que el consumo de glutamina cumpliría un rol importante en la producción de biomasa e IgG debido a que se obtuvieron mayores concentraciones de amonio en las células con mayor densidad y producción de proteína. El análisis de la expresión transcripcional no permitió detectar diferencias en la amplificación de los genes MDHII y PYC2, principalmente debido a la variación en los resultados obtenidos y a que no fue posible amplificar un producto específico para el gen PYC2. Del trabajo se puede concluir que el clon CHO MDHII presentó una mayor eficiencia metabólica debido a la menor producción de lactato y exhibió mayor producción de biomasa e IgG que el clon CHO PYC. Para comprender mejor el comportamiento de estos clones, se debe llevar a cabo un estudio de los flujos en las vías metabólicas y buscar métodos de cultivo que optimicen el crecimiento celular y la producción de proteína, para obtener el máximo beneficio de los clones. Por otro lado, es importante que en el proceso de la selección de clones, la productividad de proteína recombinante de los clones se compare con una muestra control, de tal manera de verificar que estos presentan una mejora. Además se deben seleccionar los clones que presenten una mayor densidad celular y menor producción de lactato, ya que se ha visto que estas características mejoran la productividad.

Ingeniera Civil Química / Ingeniera Civil en Biotecnología / En el presente informe se detalla el estudio desarrollado como trabajo de título, denominado Integración y Optimización del Proceso Químico y Bacteriológico para la Recuperación de Fósforo a partir de Residuos Minerales , el cual se enmarca en el proyecto "Recovery of phosphorous from Vale phosphate ore tailings applying bioleaching with autotrophic microorganisms". Se plantea un sistema compuesto por dos reactores, un reactor de biolixiviación de azufre en el cual se produce ácido sulfúrico por acción de la bacteria Acidithiobacillus thiooxidans, y un reactor de lixiviación de relave mineral en el cual se realiza la lixiviación química del relave por acción de dicho ácido sulfúrico. Ambos operan en conjunto en ciclo cerrado. La base de diseño son 100 ton/día de relave mineral. En base a este sistema se desarrolla un modelo matemático con el fin de simular la extracción de fósforo. Para desarrollar el modelo se plantean los balances de masa de cada especie implicada de cada reactor, así como las ecuaciones estequiométricas de producción y consumo de cada una de ellas. Se selecciona el modelo del núcleo sin reaccionar para modelar la lixiviación de fósforo, debido a lo cual es necesario ajustar manualmente curvas experimentales provenientes de publicaciones externas al proyecto, con el fin de determinar la etapa controlante de la lixiviación. También se selecciona la expresión cinética bacteriana a utilizar en la biolixiviación de azufre, escogiendo una que depende únicamente del pH del reactor. Se utilizan 17 parámetros, de los cuales 3 son variables: el pH del reactor de lixiviación cuyo valor varía entre 1 y 5; el parámetro p_(sólido/sol) (masa sólido dividida por masa de la solución del reactor de lixiviación) cuyo valor es 0,1-0,25-0,4; y el parámetro ε (volumen de azufre dividido por volumen del reactor de biolixiviación) cuyo valor es 0,01-0,05-0,1. Se obtuvo que lo óptimo es trabajar con un valor de porcentaje p/p de sólido versus solución (en el reactor de lixiviación química) de 25%; con un valor de volumen de azufre versus volumen del reactor de biolixiviación de 0,05 (equivalente a 10% de p/p de azufre versus solución del reactor), y de pH de operación del reactor de lixiviación química entre 1,4 y 1,5; con lo cual se obtiene un pH de operación del reactor de biolixiviación entre 1,1 y 1,2; un volumen para el reactor de lixiviación de 5 [m3], y un volumen para el reactor de biolixiviación de 17 [m3] aproximadamente. Los tiempos de residencia obtenidos para cada reactor son de aproximadamente 33 [min] y 21 [min], respectivamente.

El objetivo del presente Trabajo de Memoria de Título fue investigar los procesos en las Divisiones: Refinería, Etileno y Coker de la Refinería Bio Bio de ENAP; para determinar las variables críticas de operación por unidad productiva y asignar límites de control a las variables críticas de operación determinadas, de modo de generar una herramienta computacional, mediante Microsoft Excel, que entregue en línea la información relevante determinada. La problemática surge de la gran cantidad de unidades productivas con que cuenta la Refinería para llevar a cabo sus objetivos de operación; así la cantidad de equipos y variables operativas implicadas en los procesos es extremadamente alta. Se puede acceder a esta información mediante el uso de herramientas actualmente disponibles, como el Sistema de Datos PI.2 y el Programa LIMS, lo cual puede resultar muy engorroso debido a la gran cantidad de información que generan, dificultando una ágil y eficiente toma de decisiones. Se realizó una minuciosa investigación de cada unidad, mediante el uso del Sistema de Datos PI.2 y del Programa LIMS, consulta con Manuales de Operación de Plantas y entrevistas con Supervisores de Operaciones, a partir de lo cual se determinó los factores críticos del procesamiento del crudo. Se consideró como variable crítica a cualquier variable implicada en el proceso, que encontrándose en condiciones anormales por tiempo prolongado puede causar un descontrol en el proceso completo de una planta, influyendo directamente en la producción y calidad de los productos obtenidos. En base al tipo de influencia que ejercen las variables determinadas en el proceso, se identificó como variable crítica a temperaturas, presiones y flujos que participan dentro de la operación de las plantas; y como propiedad crítica, a ensayos que indican la calidad de cargas y productos de unidades. Para la Unidad de Topping 1 se determinó como equipos críticos al Desalador F-1, al Horno B-1, y a la Columna de Topping E-1. En el caso del Desalador, las variables críticas con sus intervalos de control determinados fueron: temperatura, 120 a 145 ºC, presión, 13 a 20 kg/cm2 y flujo de agua, 6 a 10% de la carga. En el caso del Horno: temperatura de entrada, 250 a 270 ºC, presión de los coils, Máximo 14 kg/cm2, temperatura de metales, Máximo 560 ºC, temperatura de humos, Máximo 870 ºC y temperatura de salida 350 a 370 ºC. En el caso de la Columna de destilación: temperatura de tope, 110 a 115 ºC, temperatura de plato de nafta, 135 a 145 ºC, temperatura de plato de kerosene, 170 a 190 ºC, temperatura de plato de diesel, 240 a 260 ºC, diferencia de temperatura de zona flash, 4 a 6 ºC, temperatura de zona flash, 350 a 370 ºC y presión, 1,4 a 2 kg/cm2. Finalmente, a partir de la información determinada como relevante se generó dos herramientas de ayuda, “Variables Críticas” que consta de una hoja por cada unidad productiva; donde se detalla valores de carga y producción de la unidad, valores de variables críticas por equipo seleccionado como relevante, y valores de propiedades críticas por corriente seleccionada como relevante y “Propiedades Críticas” que consta de una hoja por cada producto identificado como crítico: gasolina, kerosene, diesel y gas oil, donde se detalla valores de flujos y propiedades por corriente seleccionada como relevante. Cabe destacar que las herramientas se implementaron exitosamente para la División Programación de la Producción; y están a disposición del resto del Departamento de Producción si así lo requieren. Las herramientas de ayuda generadas permiten actualmente tener una visión global del funcionamiento de la Refinería, de modo de mantener bajo control los procesos y lograr los niveles de calidad y producción deseados.

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