Ingeniera Civil Química / En la actualidad, la sociedad está enfrentando el cambio climático y a la vez un continuo aumento de la demanda de energía. Es por ello que surge la necesidad de buscar fuentes de energía con un menor impacto ambiental, respecto a las convencionales (hidríca y térmica). Una de las alternativas en desarrollo, es el uso de la biomasa, la cual aprovecha materia orgánica renovable para la producción de energía. Una de las biomasas de importancia en Chile son los residuos forestales, debido a que la industria maderera es un sector económico relevante en el país. Para aprovechar energéticamente estos residuos existen cinco alternativas: combustión directa, pelletización, digestión anaeróbica, pirolisis y gasificación. El objetivo de este trabajo es identificar cual es la mejor alternativa tecnológica de aprovechamiento de los residuos forestales. Para evaluar esto se utilizó la herramienta Análisis de Ciclo de Vida, que permite identificar el impacto ambiental de cada una de las alternativas; además, se realizó una estimación económica para poder comparar las tecnologías entre sí. Para el análisis se consideró el estudio de las virutas de madera disponibles en la ciudad de Osorno. En primer lugar se determinó cual es el proceso productivo de cada alternativa y luego se realizó Análisis de Ciclo de Vida y estimación económica de cada una. Del trabajo se puede concluir que la alternativa de aprovechamiento energético más atractiva es la pirólisis, puesto que es la que posee el menor impacto ambiental con 477 [kg CO2 eq/kW], y además cuenta con costos de operación intermedios, 30.058 [CLP $/kW]. Otra tecnología interesante es la pelletización, dado que presenta los menores costos de operación, 13.657 [CLP$/kW], y posee un bajo impacto ambiental con 1.104 [kg CO2 eq/kW]. Adicionalmente, se determinó que es más conveniente instalar una única planta de aprovechamiento que una para cada empresa generadora de residuos, debido a que ambas poseen similar impacto ambiental y la primera opción es menos costosa. Las principales discusiones del trabajo hacen referencia a la calidad de los supuestos tomados, ya que para poder crear la base de datos de cada proceso se realizaron balances de masa y energía, utilizando información de procesos similares. Los supuestos más determinantes del estudio son aquellos considerados para confeccionar los procesos de generación de energía con los distintos combustibles producidos, dado que para todas las tecnologías, esta es la etapa del proceso que mayor impacto ambiental posee.

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / El presente estudio aborda una indagación de los grown material o materiales cultivados, aterrizando el trabajo a la exploración en un bio material compuesto del micelio del hongo pleurotus ostreatus y el desecho de mimbre para aplicaciones en áreas del diseño, construcción o fabricación. Mediante la mezcla de semillas de trigo inoculadas con el hongo en un desecho orgánico rico en lignocelulosa, el micelio crece y forma un material similar a algunos termoplásticos y espumas, en cuanto a características físico-mecánicas y de apariencia. El trabajo investiga el resultado en diferentes substratos, hasta llegar a uno que cumpla con la característica de desecho local, fácil de conseguir, que no se haya probado para producir este material y para eso se acude a un desecho producido en la artesanía chilena: la merma de mimbre. Durante este proceso se definen las variables de cultivo, donde se propone un procedimiento de cultivo para lograr formar el material de hongo o mushroom material. Y para determinar las propiedades del material se realizan pruebas y ensayos de mecanizado, coloración, pruebas físicas, térmica, mecánicas y de biodegradación, además de aplicar un deferencial semántico para tener una noción de lo que la gente percibe del material. Luego de esto, a través de diferentes moldes se define la capacidad que el material tiene de adaptarse a formas simples y complejas. Proponiendo una nueva versión del mushroom material o material de hongo de la familia de los materiales cultivados o grown materials, utilizando un desecho que sólo se produce en el país, como lo es la merma de mimbre, con propiedades y atributos únicos relacionados al proceso de cultivo o fabricación y al substrato utilizado.

Ingeniero Civil en Biotecnología / Ingeniero Civil en Química / El actual escenario energético del planeta, y la baja diversidad de la matriz energética de Chile, ha terminado por generar la necesidad de encontrar nuevas fuentes de combustibles. Combustibles que resulten menos contaminantes para el medio ambiente, y que permitan un desarrollo sustentable del país. Ante esta necesidad se alzan los biocombustibles. Chile no posee las ventajas competitivas de EE.UU. y Brasil para la producción de biocombustibles de primera generación, por lo que debe concentrar sus esfuerzos en la producción de biocombustibles de segunda generación utilizando diversos residuos lignocelulósicos, la variabilidad de suelos, y los diferentes climas a lo largo de su territorio. Es en esta situación que esta memoria se sitúa, como parte del proyecto FONDECYT de iniciación 11110368 y el programa Domeyko Energía. La memoria consistió en estudiar la fermentación de mezclas de medios de glucosa, derivados a partir de diferentes residuos lignocelulósicos, los cuales fueron pretratados previamente por hongos de pudrición blanca. Preguntas como la posible existencia de sinergias, inhibiciones, y cómo contribuyen estos residuos lignocelulósicos en el producto de bioetanol buscaron ser respondidas en este trabajo. El desarrollo de experiencias se diseñó a partir de hidrólisis y fermentaciones separadas (HFS). Primero se seleccionaron los residuos lignocelulósicos (rastrojos de maíz, rastrojos de trigo, y residuos de eucalipto) pretratados por hongos de pudrición blanca (Ganoderma applanatum, Lentinus edodes, y Stereum hirsutum), los cuales pasaron a continuación por idénticos procesos de sacarificación utilizando hidrólisis enzimática (1 [g] peso seco de residuo lignocelulósico, 40 [CBU] de Novozyme® 188, 2,5 [FPU] de Celluclast® 1,5 L, 75 [µL] de Tween® 20, 29,8 [mL] de tampón Acetato de Sodio 0,05 M y pH:4,8, por 72 [hrs] a 50 [°C] y 200 RPM), siendo posteriormente diluidas las concentraciones obtenidas de glucosa a 2 [g/L] para su posterior fermentación. Dichas fermentaciones se efectuaron usando la levadura Saccharomyces cerevisiae cepa Ethanol Red® (Red Star), los medios fermentados correspondieron a caldos con la cantidad de glucosa total fijada en 2 [g/L], en forma de mezclas o individualmente (10 [mL] de fase líquida sacarificada diluida a 2 [g/L], 9 [mL] de medio nutritivo compuesto de extracto de levadura-Fosfato de Amonio-Sulfato de Magnesio, 1 [mL] de inóculo de levadura, por 72 [hrs] a 40 [°C] y 200 RPM). Las mediciones de bioetanol fueron efectuadas en un cromatógrafo de gases, y mediciones de abundancias naturales de isótopos estables de 13C en un espectrómetro de masas. Para la determinación estadística de diferencias significativas entre resultados, se aplicaron los tests paramétricos: ANOVA, Tukey-Kramer, y los tests no-paramétricos: Kruskal-Wallis, Dunn-Sidak. Los resultados obtenidos mostraron que la mezcla de medios con glucosa de distintos sustratos genera efectos inhibitorios y sinergias. Las sinergias ocurrieron a partir de todas las mezclas fermentadas de rastrojos de maíz y residuos de eucalipto (10,5% en promedio sobre lo esperable), y las inhibiciones se generaron a partir de todas las mezclas fermentadas de rastrojos de maíz y rastrojos de trigo (467,5% en promedio menos de lo esperable). Además, se determinó que la contribución al producto final de bioetanol por parte de rastrojos de trigo y residuos de eucalipto es mayor (65,6% en promedio,) que la efectuada por los rastrojos de maíz (34,4% en promedio). En consecuencia, la glucosa con origen de plantas C3 generalmente tiene una mayor contribución que la glucosa con origen de plantas C4 en el producto de bioetanol. Se concluyó a partir de los resultados obtenidos que el principal factor que posiblemente influyó en los rendimientos de bioetanol fue la concentración de ácidos hidroxicinámicos en el medio de fermentación, la cual estaría determinada mayormente por la estructura lignocelulósica de los residuos y el tipo de hongo de pudrición blanca. En relación a la contribución por parte de las plantas C3 y C4 al producto final de bioetanol, se concluyó que esta situación se debió a una preferencia de la levadura Saccharomyces cerevisiae cepa Ethanol Red® (Red Star) por incorporar a sus productos de fermentación moléculas de glucosa isotópicamente más livianas, las cuales poseen velocidades de difusión y colisión más elevadas, además de tener energías de enlace menores. Este último párrafo, permite asentar las bases para continuar la investigación de fermentaciones de medios de cultivo que contienen glucosa derivada de dos sustratos distintos (e.g. análisis de inhibidores), y como siguiente paso una optimización del proceso en post de encontrar las mejores alternativas de producción de bioetanol de segunda generación.

Ingeniera Civil Química. Ingeniera Civil en Biotecnología / El agua es un recurso básico para el desarrollo de la vida y su escases y contaminación es un problema a nivel mundial. En especial, el arsénico, un contaminante altamente toxico a su consumo, abarca el interés científico por desarrollar nuevas tecnologías de bajo costo, alta eficiencia, simples de operar y con bajo impacto ambiental. La propuesta de este trabajo, se basa en el desarrollo de adsorbentes de arsénico, basados en carbón activado(CA) sintetizado a partir de residuos agroindustriales. La síntesis de CA se realizó a partir de dos precursores, aserrín de pino y cascara de arroz síntesis, bajo métodos de activaciones físicas, bajo flujo de N2 y CO2, y activaciones químicas por impregnación de ZnCl2 y H3PO4. Y posteriormente, fueron modificados con hierro por un método hidrotermal con microondas, con o sin etapa previa de oxidación con KMnO4. Los precursores y CA fueron caracterizados por análisis próximo, contenido de cenizas, espectroscopia infrarroja, pH superficial (pHPZC), área superficial BET y difracción de rayos X (XRD). Adicionalmente, se les realizó pruebas de adsorción de As(V) a diferentes condiciones de pH. El estudio sobre los precursores, arrojo un alto nivel de cenizas en la cascara de arroz, por lo que se seleccionó el aserrín de pino, en base a su alta pureza. Los CA físicas exhibieron grupos funcionales básicos (cetonas, quinonas) y pHPZC entre 7,8 y 9,5, mientras que, los CA químicos, grupos ácidos (lactonas y ác. carboxílicos) con pHPZC entre 3,0 y 6,8. Se seleccionó la activación física con CO2 y química con ZnCl2, basado en sus pHPZC. Los carbones CAP-CO2 y CAP-Zn mostraron bajos niveles de adsorción, por lo que se mejoraron bajo el método de impregnación de hierro, metal que tiene gran afinidad por el arsénico. Los carbones oxidados e impregnados, mostraron una mayor remoción de As(V), debido a que la oxidación propicia el desarrollo de grupos carboxílicos y fenólicos que favorecen una mayor dispersión y deposición de hierro. El análisis XRD de los carbones oxidados mostraron dos fases cristalinas, β-FeOOH y Fe3O4, ambas capaces de adsorber arsénico. En las pruebas de adsorción el CAP-CO2-Oxi-Fe, mostró niveles de adsorción de 4,5 mg/g, en un rango de pH entre 4 y 7, y bajo a 3,55 mg/g para pH 9. Mientras que el CAP-Zn-Oxi-Fe no mostró adsorción. Esto se debió principalmente a la importancia del pHPZC, sobre la adsorción de arsénico. Finalmente, se logró desarrollar un carbón físico con hierro de capaz de remover As(V), en un amplio rango de pH, el CAP-CO2-Oxi-Fe. / Este trabajo ha sido financiado por FONDEF

Ingeniera Civil Mecánica / En la actualidad existe un interés a nivel mundial por crear materiales que sean amigables con el medio ambiente. Los refuerzos de orígenes naturales se obtienen a partir de recursos no sintéticos o procesos industriales; lo anterior hace que este tipo de refuerzo se considere que tiene menor impacto ambiental en comparación a fibras sintéticas como las de vidrio o carbono. Esto ha generado el interés en la industria e investigaciones científicas, con el fin de ser utilizados como refuerzos de materiales compuestos; en particular, como refuerzo de materiales poliméricos. Los compuestos de madera y plástico (WPC, Wood Plastic Composites) corresponden a cualquier material compuesto que contenga madera y algún polímero. Las principales aplicaciones para los compuestos reforzados con madera son las industrias del automóvil y de la construcción, donde se utilizan en aplicaciones estructurales. Los refuerzos derivados de la madera provienen de subproductos de la industria forestal; utilizándolos en la fabricación de materiales compuestos se diversifica su uso y se evita la acumulación o quema en calderas que en general no entrega un mayor valor agregado. El trabajo de título tiene como objetivo estudiar las propiedades mecánicas de materiales compuestos a base de resina de poliéster reforzado con partículas de aserrín a distintas concentraciones de estas. Como objetivos específicos se encuentra la preparación de probetas del material compuesto con distintas concentraciones de partículas, la realización ensayos, analizar los resultados y por último, encontrar si existe un contenido óptimo de contenido de partículas que maximice las propiedades mecánicas Las propiedades estudiadas mediante ensayos son la resistencia a la tracción, resistencia a la flexión, módulo de elasticidad en flexión y resistencia al impacto; además se incluye un análisis morfológico para probetas ensayadas en tracción. Para realizar el trabajo se preparan probetas con distintas concentraciones de refuerzo, luego las probetas son ensayadas para evaluar sus propiedades mecánicas; con lo anterior, se realiza análisis e interpretación de resultados para establecer una relación entre las propiedades mecánicas y el contenido de refuerzo. Los resultados muestran que la resistencia a la tracción y flexión disminuye con el contenido de aserrín. Propiedades como módulo de elasticidad y resistencia al impacto aumentan. La morfología muestra que a mayor porcentaje de aserrín la superficie pierde homogeneidad y aumenta la aglomeración de aserrín y la presencia de burbujas. Dentro de los compuestos con algún contenido de aserrín estudiados, para concentraciones baja (5% p/p), destaca la resistencia a la tracción e impacto; a concentraciones mayores (20 % p/p), se aprecian mejores propiedades en flexión.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Forestal

No description available.

No description available.

Ingeniera Civil en Biotecnología / Los combustibles fósiles son cada vez más escasos y la contaminación ambiental sigue en aumento, por lo que es imprescindible la búsqueda de nuevas fuentes de energía. Una alternativa es la producción de bioetanol, la cual se puede realizar a partir de residuos de biomasa forestal, lo que es bastante conveniente para la situación chilena, ya que la industria forestal es una de las más importantes en este país. Este trabajo de memoria consistió en estudiar distintas condiciones del proceso productivo del bioetanol, a partir de residuos de Eucaliptus globulus Labill (eucalipto) como material lignocelulósico. La primera parte de este estudio consistió en utilizar líquidos iónicos protonados (PILs) en la etapa de pre-tratamiento, con condiciones de operación de 30 o 60 minutos a 60, 70, 80 y 90°C. En este caso, se obtuvo pequeños aumentos en el rendimiento de la sacarificación al utilizar acetato de 2-hidroxydietilamonio (2-HDEAA) y lactato de 2-hidroxyetilamonio (2-HEAL) en el pre-tratamiento. El mejor resultado se obtuvo con 2-HEAL a 70°C, durante 30 minutos, aunque este rendimiento no supera el 4%. En la segunda parte de este estudio, se analizaron distintas condiciones de operación en la etapa de pre-tratamiento, de secado y de lavado del proceso productivo del bioetanol. En la etapa del pre-tratamiento, se utilizaron dos líquidos iónicos aprotonados (AILs): [EMIM][Cl] y [EMIM][Ac]. En los estudios en los que se utilizó [EMIM][Cl] no se obtuvieron buenos resultados, ya que los rendimientos no superaron el 6%, lo que se debe a las impurezas que presentó el LI utilizado. En el caso del [EMIM][Ac] se obtuvieron muy buenos resultados, ya que se los rendimientos fueron de hasta un 63%, lo que equivale a obtener 351 mg de glucosa / gr de material pre-tratado. Si se compara este resultado con resultados anteriores (con [EMIM][Cl]), en los cuales el mejor rendimiento corresponde de 185 mg de glucosa / gr de material pre-tratado, se obtiene un aumento del 90% en el rendimiento. La última etapa de este estudio correspondió a la sacarificacion y fermentacion simultáneas, en las cuales se analizaron distintas cargas de biomasa, LI en el pre-tratamiento y distintos métodos de obtención del inóculo de levaduras. Los mejores rendimientos se obtuvieron con una carga de biomasa del 5%, con el material pre-tratado con [EMIM][Ac] y con el inóculo obtenido sin propagación, equivalentes a un rendimiento de 412 litros de etanol por tonelada de material pre-tratado. Al comparar estos resultados con los mejores obtenidos en estudios previos, se observó un aumento de un 182% en el rendimiento. Finalmente, con el rendimiento de 412 litros de etanol por tonelada de material pre-tratado, y buscando reemplazar el 2% o un 5% del requerimiento de gasolina para el año 2012, se logra cubrir un 1,2% o un 0,5% de la demanda de este combustible respectivamente. Para obtener mejores porcentajes de cobertura se debe optimizar este proceso productivo, o se podría aumentar la cantidad de material disponible, para esto se propone el uso de cultivos dendroenergéticos de eucalipto. Como conclusión al trabajo realizado, se estima conveniente continuar este estudio, con el fin de aumentar el rendimiento del proceso productivo del bioetanol. Para esto se recomienda realizar más estudios con 2-HDEAA, 2-HEAL y con [EMIM][Ac], ya que estos presentaron los mejores resultados. Por otro lado, se recomienda estudiar el reciclaje de líquidos iónicos, ya que se deben reducir los costos de este proceso productivo.

Ingeniero Civil Químico / Producto de la crisis energética actual y el consumo proyectado al futuro, se están buscando maneras de diversificar la matriz de energía, abriéndose a diversas opciones de preferencia renovables. La gasificación de biomasa es una ellas y consiste en la oxidación parcial de las moléculas de carbono para obtener un gas con valor energético. La empresa ENERCOM, proveedora de equipos de combustión y secado, actualmente posee un gasificador del tipo downdraft con angostamiento. Sin embargo, algunas características del equipo lo hacen poco atractivo para la industria, principalmente, el régimen de operación batch, los despuntes de madera como materia prima y la seguridad. Por ello, se decide a considerar una operación en continuo y con pellets. El objetivo de este trabajo es diseñar un reactor continuo para gasificación de biomasa. Para ello, es necesario analizar desde el punto de vista técnico el reactor actual y determinar si es posible, bajo las condiciones requeridas, modificarlo para llevarlo a su aplicación industrial o se requiere de un diseño nuevo. Tras esa decisión, proponer los principales parámetros. Mediante un estudio del mercado de los gasificadores, se determina que el diseño downdraft es el que más se utiliza a nivel industrial y puede operar con pellets en continuo. Luego, con la ayuda de un modelo de balances de masa y energía, se logra predecir el funcionamiento del equipo en continuo, obteniendo de la composición del gas producto y el perfil de temperaturas. Se decide mantener el diseño downdraft con angostamiento. Esto implicará incluir un sistema de alimentación, para lo que se propone un tornillo sin fin alimentado desde una tolva. También, se requiere de un extractor de cenizas, para lo que se proponen dos ideas: i. tornillo sin fin, similar al de alimentación; o ii. tornillo de extracción húmeda (tornillo de Arquímedes), que retiraría ceniza suspendida en agua. Internamente, el diseño no necesita cambios importantes. No obstante, se requiere reducir la separación entre los rieles de la parrilla que sustenta la materia prima y agregar un vibrador que remueva las cenizas. Además, se propone agregar unos perfiles que ayuden a la caída del pellet y al paso de los gases a lo alto del equipo. Finalmente, se plantean lazos de control en la temperatura y presión para dar seguridad a la operación. Además, se propone un sistema de encendido automático. Todo esto permitirá operar remotamente el reactor, sin exponer a los operarios. Se cumple el objetivo principal de este trabajo. Se observa que cambiando el reactor actual a una operación continua con pellets, el uso efectivo de la energía de la madera aumenta de un 55% a un 73%. Esto se debe a un mejor aprovechamiento de la materia prima, que aumenta la producción de gas pobre de 1,9 [kg] por cada kilogramo de madera cargada a 2,2 [kg]. Se propone para futuros trabajos analizar la factibilidad económica del proyecto. También, sería bueno considerar de todas formas un nuevo diseño y sus respectivos estudios para la gasificación de pellets alimentados de forma continua.