El Biodiesel ha sido desde hace largos años una fuente de energía limpia y sustentable, estando de acuerdo con una tendencia ambientalista, busco a través del Diseño poder introducir la tecnología de los biocombustibles al hogar, para que cada persona que desee, independiente de su conocimiento técnico, pueda fabricar su propio combustible limpio, y pueda hacerlo de manera segura, fácil, y que no tenga que recurrir a guías complejas. El proyecto tiene como finalidad generar un nuevo artefacto que permita fabricar biodiesel en casa, para permitir a cualquier usuario que desee producir biodiesel que lo pueda hacer de forma segura y controlada, logrando que el nuevo artefacto sea coherente con el lenguaje del hogar y pueda mezclarse con los demás electrodomésticos como parte de un mobiliario global. Este proyecto debe mantener sus características experimentales y en ningún caso se Diseñará pretendiendo ser rentable, esto es, que a pesar de que se debe pensar en los costos de antemano, este factor no es más relevante que un artefacto que permita la experimentación.

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniero Agrónomo / La creciente preocupación por la continua alza en los precios de los combustibles fósiles y la contaminación ambiental producto de los gases de efecto invernadero, ha motivado la búsqueda de nuevas alternativas de fuentes de combustión, que ofrezcan mayor independencia energética y sean más inocuas con el medio ambiente. Una alternativa es el cultivo de especies con potencial bioenergético, como es el caso de la higuerilla (Ricinus communis L.), de la cual es posible elaborar biodiésel a partir del aceite de sus semillas. El presente estudio se enfocó en recopilar información sobre esta especie, relacionada principalmente a sus requerimientos agronómicos, su uso como materia prima en fabricación de biodiésel, así como profundizar en los antecedentes necesarios para su cultivo en Chile, que permitan decidir por ejemplo: el lugar, fechas y modo de establecimiento. También se hace mención de las principales plagas y enfermedades que pudiesen afectar su cultivo, junto con los demás usos que pueden darse al aceite de esta especie, principalmente vinculados todos ellos al área industrial. Se determinaron también las zonas más apropiadas en Chile para el establecimiento de un cultivo de higuerilla, en función de los requerimientos edafoclimáticos de esta especie y las características climatológicas de los distritos bioclimáticos presentes en el país. Además, se realizó una estimación de costos y prefactibilidad para una producción de semillas de higuerilla en una superficie de 1 ha. Para la realización de esta investigación, se recurrió principalmente a estudios realizados en Universidades y Departamentos Agrícolas de países Latinoamericanos como Brasil, Colombia y Ecuador, que llevan varios años cultivando higuerilla, así como publicaciones FAO y CEPAL, pues al no ser la higuerilla una especie cultivada en Chile, la información es relativamente escasa a nivel nacional. / The growing concern about the continued rise in the price of fossil fuels and environmental pollution arising from greenhouse gases has motivated the search for new alternative fuel sources that offer greater energy independence and be more environmentally friendly atmosphere. An alternative is the cultivation of bioenergy potential species, as in the case of higuerilla (Ricinus communis L.), which is possible to produce biodiesel from oil seeds. This study focused on collecting information on this species, mainly due to its agronomic requirements, use as feedstock in biodiesel production, as well as deepen the necessary background for cultivation in Chile, in order to decide for example, the place dates and setting mode. References to major pests and diseases that may affect its culture, along with other uses that may be the oil of this species, all of them linked primarily to the industrial area is also made. Chile the most appropriate for the establishment of a cultivation of higuerilla, depending on the soil and climate requirements of this species and the climatic characteristics of the districts bioclimatic zones in the country were also determined. In addition, a cost estimate and feasibility for higuerilla seed production in an area of 1 ha was performed. To carry out this research, mainly turned to studies in Universities and Agricultural Departments of Latin American countries like Brazil, Colombia and Ecuador, who have spent several years cultivating higuerilla and publications FAO and CEPAL, as to not be the higuerilla kind cultivated in Chile, the information is relatively scarce nationwide.

Ingeniero Civil Químico / Toda actividad productiva requiere de energía para llevarse a cabo, lo que ha provocado una intensa búsqueda de fuentes de energía de bajo costo, pero a la vez que sean de carácter renovable. En el caso chileno, los biocombustibles se perfilan como una de las alternativas más limpias, seguras y eficientes. Otro de los problemas presentes en las sociedades actuales es la gestión de los residuos urbanos e industriales, asunto que poco a poco genera mayor preocupación en la población, y a la vez, crea conciencia sobre el potencial que presentan los productos en desuso. Es precisamente el objetivo de este trabajo vincular los problemas mencionados, a través de la producción catalítica heterogénea de biodiesel, utilizando como materia prima los aceites vegetales desechados. Particularmente, empleando el catalizador de 15%Na/TiO2 para realizar estudios experimentales y económicos. La fase experimental consiste en llevar a cabo la reacción de transesterificación con aceites de distinto origen vegetal y grado de degradación, determinando el efecto que tienen sobre el desempeño del catalizador, y consecuentemente, en la producción de biodiesel. A partir de los datos experimentales obtenidos en un reactor batch se determinan los parámetros cinéticos del sistema, mediante los cuales se diseña un reactor continuo heterogéneo que opera en condiciones similares. Para comparar los sistemas homogéneo y heterogéneo de producción de biodiesel se emplean algunos indicadores económicos, como lo son la inversión de capital y los costos de operación de la planta, entre los cuales el criterio definitorio corresponde al beneficio neto de producir un kilogramo de biocombustible. La principal conclusión que se desprende de este trabajo es la factibilidad técnica y económica de utilizar aceites vegetales usados en la producción catalítica de biodiesel, siendo más atractivo el proceso heterogéneo que el homogéneo. Dentro de las propuestas de extensión de este trabajo se deben recalcar dos; una enfocada en la fase experimental y la otra en la evaluación del proyecto. Para el estudio en laboratorio se sugiere operar el reactor de forma continua, y para el estudio de prefactibilidad, se recomienda incorporar indicadores de rentabilidad más robustos, como el VAN y TIR.

Magíster en Bioquímica área de Especialización en Bioquímica ambiental / Memoria para optar al Título de Bioquímico / Los problemas ambientales y la disminución de las reservas de petróleo han reiniciado la búsqueda de combustibles alternativos a los combustibles fósiles. El etanol se presenta como una alternativa sustentable para resolver esta problemática. En la naturaleza existen microorganismos silvestres productores de etanol, tales como la bacteria Zymomonas mobilis y la levadura Saccharomyces cerevisiae. Si bien estos dos microorganismos son altamente eficientes en la generación de etanol, sólo son capaces de utilizar azúcares de 6 carbonos, limitando la producción industrial de etanol solo a materias primas que contengan hexosas. En los residuos lignocelulósicos se encuentra una gran reserva de hidratos de carbono almacenada como polímeros de glucosa (celulosa) o azúcares de 5 carbonos como xilosa y arabinosa. Para el aprovechamiento de pentosas disponibles en esta materia prima se han modificado estos microorganismos, mediante la introducción de los genes de las enzimas necesarias para metabolizar arabinosa y xilosa o se han incorporado los genes de las enzimas de la ruta etanológica de Z. mobilis, piruvato descarboxilasa (pdc) y alcohol deshidrogenasa II (adhB) a bacterias capaces de utilizar pentosas, como Escherichia coli, Klebsiella oxycota, Lactobacillus plantarum, Lactococcus lactis y Bacillus subtilis. El género Pseudomonas, principalmente Pseudomonas aeruginosa, posee muchas de las características necesarias para la producción industrial de etanol, es una versátil bacteria Gram negativo, capaz de adaptarse y sobrevivir bajo amplio rango de condiciones ambientales y al igual que Z. mobilis asimila azúcares por la ruta de Entner-Doudoroff, además posee una toleracia a etanol mayor que bacterias E. coli recombinantes utilizadas en la producción de etanol. El objetivo general de este trabajo es la construcción de un operón productor de etanol para la expresión de los genes pdc y adhB de la ruta etanologénica de Z. mobilis en P. aeruginosa PAO1. El diseño del operón artificial incluyó los siguientes elementos genéticos: el promotor del operón inducible arabinosa (PBAD), sitio de unión a ribosoma (RBS), gen pdc, gen adhB y un terminador transcripcional para P. aeruginosa. Las primeras etapas para la construcción del operon pet, contemplaron la realización de 2 construcciones genéticas mediante PCR. La primera comprende la mínima región codificante del gen pdc y una región adaptadora de 33 pb (adp), la segunda corresponde a la unión de adp2 (secuencia que contiene una zona complementaria a adp y un sitio de unión a ribosoma) con la mínima región codificante del gen adhB y un terminador transcripcional específico para Pseudomonas. Los análisis de restricción, PCR y secuenciación mostraron la obtención de un fragmento 1740 pb correspondiente al producto pdc-adp, un fragmento de 1247 pb para el producto adp2- adhB-term. Para los productos de PCR de la fusión de las construcciones pdc-adp con adp2- adhB-term se obtuvieron amplicones inespecíficos de tamaños superiores e inferiores al tamaño teórico esperado (3 Kb). De manera alternativa para la obtención de la construcción que contenga los genes pdc y adhB con la secuencia adaptadora y de unión a ribosoma, se realizaron reacciones de ligación de ambos fragmentos utilizando la enzima T4 DNA ligasa, las cuales fueron clonadas en el vector pSC-B. De todos los clones analizados solo uno contenía la construcción esperada (plasmidio pCL27-B), pero los análisis de PCR revelaron que los genes no se encontraban en la orientación adecuada, por lo tanto no fue posible obtener la construcción del fragmento pdc-adp-RBS-adhB, construcción clave en el término de la construcción del operón pet. / Environmental problems and declining oil reserves have resumed the search for alternative fuels to fossil fuels. Ethanol is presented as a sustainable alternative to solve this problem. In nature there are wild ethanol producing microorganisms, such as bacteria Zymomonas mobilis and yeast Saccharomyces cerevisiae. While these two microorganisms are highly efficient in the generation of ethanol, are capable of using only 6 carbon sugars, limiting the industrial production of ethanol only to raw material containing hexoses. In lignocellulosic waste there is a large reservoir of stored carbohydrates like glucose polymers (cellulose) or 5-carbon sugars such as xylose and arabinose. For the utilization of available pentoses in this raw material, such microorganisms have been modified by the introduction of genes of the necessary enzymes to metabolize arabinose and xylose or enzymes genes have been incorporated of etanologic pathway from Z. mobilis, pyruvate decarboxylase (pdc) and alcohol deshidrogenasa II (adhB) to bacteria capable to use pentoses, such as Escherichia coli, Klebsiella oxycota, Lactobacillus plantarum, Lactococcus lactis and Bacillus subtilis. The genus Pseudomonas, mainly Pseudomonas aeruginosa, has many of the features needed for industrial production of ethanol, is a versatile Gram negative bacteria, able to adapt and survive under wide range of environmental conditions and like Z. mobilis assimilated sugars by the Entner-Doudoroff pathway, and in addition has ethanol higher tolerance than recombined E. coli bacteria used in the production of ethanol. The overall aim of this work is the construction of an ethanol producer operon for the expression of pdc and adhB genes from the Z. mobilis etanologic pathway on P. aeruginosa PAO1. The artificial operon design included the following genetic elements: the arabinose inducible operon promoter (PBAD), ribosome binding site (RBS), pdc gene, adhB gene and a transcriptional terminator to P. aeruginosa. The first step to construct the pet operon, contemplated 2 genetic constructs by PCR. The first involves a pdc gene minimum coding region and a adapter region of 33 bp (adp), the second corresponds to the union of adp2 (sequence that contains a complementary zone to adp and a ribosome binding site) with adhB gene minimal encoding region and a specific transcriptional terminator to Pseudomonas. The restriction analysis, PCR and sequencing showed the obtention of a 1740 pb fragment corresponding to the pdc-adp product, a 1247 pb fragment for the product adp2-adhB-term. For the PCR products of pdc-adp and adp2-adhB-term construction fusion, non specific amplicons were obtained in higher and lower sizes than the theoretical size expected (3 Kb). Alternatively for the obtention of the construction which have the pdc and adhB genes with the adapter sequence and ribosome binding, ligation reactions were performed of both fragments using T4 DNA ligase enzyme, which were cloned on the vector pSC- B. Of all the clones analyzed just one contained the expected construction (plasmid pCL27-B), but PCR analysis revealed that genes were not in the proper orientation, therefore it was not possible to obtain the construction of fragment pdc-adp-RBS-adhB, key construction in the completion of the pet operon construction.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / Las necesidades de energía eléctrica en áreas aisladas han requerido diversos mecanismos de solución, entre ellos el uso de generadores eléctricos en base a biodiesel. La gran cantidad de parámetros o elementos interrelacionados dificulta la toma de decisiones o proyecciones a futuro, y por lo tanto, la posibilidad de replicar iniciativas similares con una confiabilidad viable. Por ello, se desarrolló un modelo computacional de simulación dinámica que permite interpretar la realidad en la producción de una planta de biodiesel, además de optimizar la producción de energía eléctrica e incluso la replicabilidad de proyectos similares frente a realidades distintas. Los antecedentes de origen para la generación del modelo fueron obtenidos por el Proyecto FONDEF D10ER2002 ejecutado por la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile en la provincia de Cauquenes, región del Maule. Allí se utilizaron aceites reciclados provenientes de las principales ciudades de la provincia para satisfacer las necesidades energéticas de dos pequeñas comunidades rurales, promoviendo el reciclaje y el cuidado ambiental. Durante enero y abril de 2013 se obtuvieron los antecedentes del aceite recolectado y el biodiesel generado para desarrollar un modelo de simulación dinámica en base al mecanismo desarrollado previamente, que presenta una serie de pasos previos establecidos y validados para la generación de este tipo de modelos.

Memoria para optar al título profesio nal de Ingeniero Agrónomo. Mención: Producción Animal

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / Los sistemas de apoyo a la toma de decisión, son herramientas que cuentan con sustento teórico y científico para poder identificar y medir riesgos, juegan cada vez un rol de mayor importancia en las decisiones que se toman dentro de una institución. En la evaluación de proyectos contar con este tipo de herramientas simplifica la evaluación y comparación de los proyectos, permitiendo la elección del que mejor satisfaga los intereses de quienes deben decidir. El software BiodieselFAO tiene como objetivo apoyar a la toma de decisión en proyectos de producción de aceite o biodiesel. Calcula variables económicas, financieras y sociales de los proyectos, y permite evaluarlos desde una perspectiva agrícola e industrial. Para la validación del software BiodieselFAO en Chile es necesario probar como responde ante un caso de prueba efectuado en el país. Con este fin se escogió el informe Evaluación del Potencial Productivo de Biocombustibles en Chile con Cultivos Agrícolas Tradicionales (EBPCh) confeccionado por la Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM). Este informe evaluó la producción de biodiesel desde el cultivo de raps y maravilla, determinando la viabilidad económica de su producción. Se comparó estadísticamente los flujos de caja de la producción industrial de biodiesel obtenidos por el software BiodieselFAO y los obtenidos por la UTFSM. También se compararon los VAN obtenidos en todos los análisis económicos realizados. De la comparación de los modelos, se concluye que el software BiodieselFAO no queda validado, ya que al comparar los VANs demuestra que existen diferencias significativas (p>0,05) entre los resultados obtenidos por el software BiodieselFAO y los obtenidos por la UTFSM. Los flujos de caja obtenidos por el software BiodieselFAO no contemplan el valor de desecho de las inversiones, por lo mismo, el VAN y la TIR se encuentran subestimados en comparación con los obtenidos por la UTFSM, esto puede inducir a errores a quienes toman la decisión. Se concluye, finalmente, que no es recomendable la utilización del software BiodieselFAO, hasta que los problemas encontrados sean solucionados. / Systems to support decision making, are tools which identify and measure risks with theoretical and scientific support. They play a greater role in take of decisions within an institution. This tool simplifies the evaluation and comparison between different projects, allowing the best choice to satisfy the interests of business. BiodieselFAO software supports the take of decision in projects of oil or biodiesel production. Take into account economic, financial and social variables, as well as it allows assessing the project from an agricultural and industrial viewpoint. To validate the BiodieselFAO software in Chile it is necessary to test how it responds to a test case carried out in the country. For this purpose, the Assessment of the Biofuels Potential Production in Chile with Traditional Agricultural Crops report (EBPCh) was chosen, made by the Technical University Federico Santa María (UTFSM). In this report the production of biodiesel from rapeseed and sunflower seeds was evaluated, determining the economic viability of their production. The cash flows of the industrial biodiesel production obtained with the software BiodieselFAO and those obtained with UTFSM were compared statistically. The net present value (VANs) was also compared for all economic analysis performed. It is concluded that BiodieselFAO software cannot be validated, based on the significant differences (p>0.05) from the VAN obtained with the BiodieselFAO y those obtained with UTFSM. The cash flows obtained by the BiodieselFAO software doesn’t consider the salvage value of investments, therefore, the VAN and internal rate of return (TIR) are undervalued compared with those obtained by the UTFSM, this may be misleading to decision makers. Finally, it is concluded that isn’t advisable to use the BiodieselFAO software until these problems encountered are resolved.

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Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico / La sociedad humana enfrenta hoy en día problemáticas ambientales de alto impacto que han suscitado el interés y la necesidad de promover la sustentabilidad en sus actividades. El calentamiento global, fenómeno que se debe a las altas emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, y el inevitable agotamiento de los recursos fósiles en el mediano plazo, son realidades que han significado un incentivo al desarrollo de procesos que permitan elaborar combustibles a partir de fuentes renovables, como por ejemplo el biodiesel. En los últimos años, el interés por el cultivo y la investigación respecto a las microalgas ha cobrado fuerza debido a su alta productividad de aceites, materia prima en la elaboración del aquel biocombustible. En el presente trabajo se diseñaron alternativas de procesos para una planta de producción de biodiesel desde microalgas en Chile, desde la etapa de floculación y concentración de las algas, hasta la etapa de extracción y purificación de los lípidos que producen, lo cual se realizó mediante las metodologías de diseño básico de etapas secuenciales y de diseño de sistema completo, para luego evaluar y comparar su sustentabilidad mediante un análisis económico, energético y ambiental. Se evaluaron diversas alternativas tecnológicas para cada una de las etapas consideradas en el proceso, las cuales se simularon con ayuda del programa SuperPro Designer, versión 8.5, a partir de parámetros y datos operacionales publicados en diversas fuentes tanto científicas como técnicas relativas al tema. Se calcularon y analizaron el consumo energético, los costos operacionales y de inversión, en conjunto con la productividad de cada alternativa evaluada, tanto por etapa como en sistema completo, obteniendo entonces para cada opción resultados respectivos al consumo específico de energía (kWh/unidad de producto), un costo variable específico ($US/unidad de producto) y su VAN ($US). Se determinó que la producción de biodiesel desde microalgas es hoy en día factible técnicamente pero no es rentable. La metodología por sistema completo significa más recursos para el diseño de los proyectos, pero permite reducir costos de inversión, así como evitar costos mayores y problemas técnicos en las etapas posteriores. A partir del análisis se concluyó en que se debe avanzar en eliminar la etapa del secado del proceso, caso en el cual es posible obtener un producto rentable energéticamente. La metodología por sistema completo permite, al contrario que el diseño por etapas, avanzar en la línea de interacción por etapas e intersistemas, lo que significa un avance hacia la sustentabilidad energética; también se impone en sustentabilidad ambiental, logrando evitar impactos ambientales, al promover la gestión propia de los residuos y permitir la medición y el seguimiento a los componentes de las corrientes. La alternativa de proceso con el mejor rendimiento económico se diseñó mediante la metodología de sistema completo, el cual requiere un valor de venta del biodiesel igual o mayor a $2.431 pesos chilenos para ser rentable, muy lejos del valor actual de venta del diesel en Chile ($619 por litro). La rentabilidad de la producción de biodiesel desde microalgas podría lograrse mediante la producción paralela, y venta, de otros productos derivados de estos microorganismos, principalmente aquellos que poseen un de alto valor en el mercado, como por ejemplo proteínas, carotenoides (algas rojas) y otros compuestos químicos.

Ingeniero Civil Químico. Ingeniero Civil en Biotecnología / El presente trabajo de tesis tiene como objetivo el estudio de la síntesis bajo distintas condiciones de un catalizador derivado de cáscara de huevo de gallina para su futuro uso como catalizador heterogéneo de la transesterificación de aceites para la producción de biodiesel. Para esto, se realizó un tratamiento con ácidos (clorhídrico y acético) para 3 concentraciones de ácidos (5, 25 y 100 mM) y 3 rangos de tamaños de partícula (53 75, 75 200 y 200 425 µm) para aumentar su área específica y, por ende, su actividad catalítica. Se calcularon las velocidades iniciales para los distintos tamaños de partícula y se obtuvieron los órdenes y constantes de reacción, los primeros se encuentran alrededor de 1 a 1,6 y los valores de las constantes entre 0,01 y 1, con una constante considerablemente mayor al resto con un valor de 16,12. No se obtiene evidencia concluyente de que el tratamiento con ácido aumente el área específica de la cáscara de huevo debido a la contaminación de las muestras con aire atmosférico, lo que llevó a la formación de hidróxido y carbonato de calcio. Se logra demostrar que estos compuestos generan la mayoría o todo el aumento de área observado en los análisis a las muestras preparadas, mediante análisis de área específica y difracción de rayos X. Se obtienen indicios de que una calcinación previa a 300°C por 3 horas podría darle estabilidad al material contra la hidratación. Se determinan los porcentajes de masas remanentes después del tratamiento ácido, las cuales varían según la concentración inicial del ácido, como era de esperarse; dichos porcentajes son, en promedio, 92,23% de la masa original para la concentración inicial de 5 mM, 85,38% para las muestras tratadas con ácidos a concentración 25 mM y 53,96%, para las tratadas con 100 mM de ácido. Luego de la calcinación, el promedio de porcentaje de masa remanente en las muestras después de la calcinación es de un 51,03%, siendo 56,04% el porcentaje teórico. Se encontraron muestras calcinadas parcialmente. Se propuso un modelo de fracturamiento de la cáscara de huevo que explica por qué no aumenta el área considerablemente al disminuir el tamaño de partícula. También se proponen modelos del ataque ácido sobre una cáscara con y sin membrana, siendo el último caso con membrana el favorable para el aumento de área; esto implica que la cáscara de huevo debe ser tratada antes de ser molida. Los catalizadores son activos incluso cuando poseen hidróxido de calcio sin una pérdida apreciable de actividad. A partir de las pruebas experimentales, se calculan rendimientos mínimos y máximos, que son 65,6% y 89,3% respectivamente.