No autorizada por el autor a ser publicada a texto completo / El material lignocelulósico utilizado en el proceso de producción de bioetanol de segunda generación debe pasar por las siguientes etapas: molienda y tamizado, pretratamiento, sacarificación y fermentación, purificación del etanol producido. Resultados de estudios anteriores sugieren que el pretratamiento con líquidos iónicos (IL) aumentaría notablemente la liberación de azucares desde el dicho material. En consecuencia, el objetivo del presente trabajo fue determinar las mejores condiciones de pretratamiento con IL y sacarificación y fermentación simultánea (SSF) para la producción de bioetanol a partir de residuos de trigo y maíz provenientes de los campos de la zona central de Chile. El estudio se dividió en 2 etapas principales: en una primera etapa se buscó encontrar las mejores condiciones de pretratamiento de este tipo de material con el líquido iónico [EMIM+][Cl-] usando las hidrólisis enzimática posterior como criterio para evaluar la calidad del pretratamiento. En la segunda etapa se estudió la fermentación y sacarificación simultánea (SSF) de las muestras de maíz y trigo previamente pretratadas con [emim+][Cl-].De la primera etapa se puede concluir que la variable que afecta de manera significativa el pretratamiento es el tiempo de contacto con el LI, siendo las mejores condiciones en el rango estudiado: un tiempo de pretratamiento de 60 [min]; razón de peso biomasa a peso LI de 1:3, temperatura 150 [ºC]. Al comparar con resultados de estudios anteriores se obtuvo que en el caso trigo este pretratamiento libera un 25% más de glucosa en la hidrólisis enzimática que el pretratamiento con ácido diluido y un 40% más que las mejores condiciones de pretratamiento con hongos de pudrición blanca, tanto para trigo como para maíz. En la segunda etapa se realizó la SSF de muestras de maíz y trigo pretratado con hongos de pudrición blanca y con IL bajo distintas condiciones de operación, manteniendo constantes la temperatura de fermentación en 37 [ºC], el volumen de trabajo en 40 [ml], el microorganismo (M.O.) fermentador (Saccharomyces cerevisiae Red Star) y el tiempo de fermentación en 72-120 [h]. De estos experimentos se concluye que la concentración de material lignocelulósico fermentado afecta significativamente la producción de etanol producido en la fermentación SSF y que, cuando la concentración inicial de microorganismos es alta (1 [g.p.s./L]), la concentración de enzimas también produce diferencias significativas en la producción de etanol . Además, cuando la concentración inicial de enzimas es baja (5 [FPU de celulasa/g]), la concentración inicial de M.O. produce diferencias significativas en la producción de etanol. Las mejores condiciones de operación para la SSF son: pretratamiento con líquido iónico [EMIM+][Cl-] en razón 1:3 a 150 [ºC] durante 60 [min], concentración de sustrato: 1 [g/ 40 ml], concentración enzimas: 20 [FPU de celulasa/g], concentración inicial M.O: 1 [g.p.s./L]. Bajo estas condiciones se alcanza el rendimiento teórico de etanol en fermentaciones (0.511 [g etanol/g glucosa]), produciendo 313 [L etanol/ton de material pretratado]. En conclusión, la fermentación SSF de material pretratado con IL produce resultados alentadores por lo cual se sugiere continuar con este estudio. Se sugiere realizar estudios a mayor escala, utilizar M.Os. capaces de fermentar un mayor espectro de azúcares y realizar un estudio sobre el contenido de azúcares del material post pretratamiento.

La tesis busca diseñar, fabricar y probar un dispositivo que permita calentar agua con leña, para satisfacer las necesidades de pobladores ubicados en las zonas más frías de nuestro territorio. Disponer de este dispositivo permitirá disminuir la falta de higiene de estos pobladores, atacará el problema de salud que se origina por la inhalación de gases de combustión que se desprenden al usar la leña como elemento portador de energía. En este trabajo de tesis se explica la metodología de diseño conceptual, el diseño cumple con una lista de exigencias y deseos que sirven como parámetros en busca del prototipo ideal, se analiza la estructura de funcionamiento y se descompone en sus elementos esenciales, los cuales a través de una matriz morfológica encuentran de forma rápida y creativa soluciones a sus problemas. La tesis cuenta con instrucciones de fabricación que permiten construirla de forma sencilla, tiene una breve descripción de las partes del calentador de agua, también cuenta con parámetros de soldadura, prueba hidrostática y evaluación económica. La máquina es un calentador de agua de forma cilíndrica, que por medio de la transferencia de calor que se produce entre el agua, las paredes del cilindro y la cámara de combustión donde se quema la leña, el agua eleva su temperatura. El calentador es versátil sirve también para calentar bañeras, piscinas o jacuzzis pues al elevar la temperatura del agua, esta circula por el calentador por medio del efecto físico que se produce al cambiar su densidad. (Efecto Termosifón) El dispositivo es seguro, tiene una eficiencia del 33.74% la cual es muy alta para este tipo de máquinas. El tiro de la chimenea minimiza la emisión de gases de combustión al ambiente, contribuyendo a disminuir las enfermedades que se originan por aspiración de gases contaminantes. En la actualidad no se disponen comercialmente de este tipo de máquinas en nuestro país, mucho menos hechas con materiales reciclados, este diseño logrará un impacto positivo al despertar la curiosidad por la inventiva en las personas demandantes de tecnología, al ver que en su mayoría el calentador esta hecho de materiales de segundo uso y que puede ser desarrollado por ellos.

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.

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.

En el presente trabajo se muestran los resultados obtenidos acerca de la mejora de las propiedades físicas y químicas de las hojas de caña de azúcar (HCA) a partir del lavado o lixiviación (pre-tratamiento físico), con miras a su uso en procesos de aprovechamiento energético como lo es la combustión. En primer lugar se procedió con la clasificación de la HCA con el objetivo de poder determinar su comportamiento en un proceso de combustión. Dentro de las características favorables resaltan su gran porcentaje de materia volátil y bajo contenido de nitrógeno (menores emisiones de óxidos nitrosos). Sin embargo, estas presentaron ciertas desventajas como, por ejemplo, su baja densidad (31.18 kg/m3); un tamaño de partícula en el orden de los centímetros; y por sobre todo, su alto contenido de álcalis (potasio, sodio, cloro, azufre), los cuales acarrean problemas operacionales como es la corrosión, ensuciamiento (fouling) y las escorificación (slagging). Se procedió a caracterizar las HCA vírgenes para establecer parámetros de partida previa al pre-tratamiento al cual iban a ser sometidas. Como parte del proyecto FINCYT (fondo para la innovación, ciencia y tecnología) se determinó que el método de pre-tratamiento de lavado o lixiviación sería el más efectivo debido a ensayos previos elaborados en la PUCP los cuales dieron resultados positivos, además de no afectar las propiedades químicas de la HCA. Luego de haber elegido el método, se fijaron parámetros de la temperatura del lavado a 80°C, 40ºC y 20ºC, un tiempo de residencia de 10 y 20 minutos, y las velocidades de agitación V1, V2, V3 manteniendo una variable constante de concentración líquido/sólido de 3,33%. De los ensayos se concluyó que al aumentar la temperatura de trabajo se generó una mayor reducción de alcális; lo mismo ocurrió al aumentar la velocidad de agitación y el tiempo pero en una menor escala de efectividad. De acuerdo a las curvas de los ensayos se concluyó que la mejor combinación de parámetros sería el ensayo a 20 minutos, 80ºC y a una velocidad de agitación V2. Finalmente, se comprobó que hubo una reducción de 62% en cuanto al índice de alcális, una reducción de 12% de contenido de Cloro, una reducción de 65% del radio de contenido, un aumento del 4% del índice de viscosidad y una reducción de 70% en cuanto al índice de incrustaciones (fouling).