El objetivo general de este trabajo fue obtener un producto en polvo a partir de una fruta silvestre poco conocida en nuestro país como es el maqui (Aristotelia chilensis). Esta berry, que crece en los bosques andino-patagónicos, ha sido hasta el momento poco aprovechada para el desarrollo de nuevos ingredientes de alto valor nutricional. En primer lugar, se caracterizó la materia prima para evaluar su potencial antioxidante y su poder colorante. Luego se estudiaron y optimizaron distintas etapas de procesamiento del fruto de maqui: extracción sólido-líquido y posterior secado. Se utilizó una extracción acuosa con temperatura como tecnología amigable con el medio ambiente y como método de deshidratación del extracto optimizado se empleó secado por atomización. Se evaluaron distintos adyuvantes de secado (maltodextrina, goma arábiga, celulosa microcristalina y dióxido de silicio coloidal) como agentes encapsulantes de los compuestos bioactivos del maqui (antocianinas y polifenoles). Se analizaron las propiedades fisicoquímicas y funcionales a lo largo del procesamiento y del producto en polvo. Se estudió en detalle la degradación de compuestos antociánicos, dado que son los responsables de color y de la capacidad antioxidante de frutos de maqui. Adicionalmente se realizó un estudio de vida útil acelerado del polvo de mejor performance y se analizó la bioaccesibilidad de los compuestos bioactivos luego de un estudio in vitro del proceso de digestión gastrointestinal. Finalmente se estudiaron dos aplicaciones del polvo de maqui: 1) elaboración de un nutracéutico en forma de comprimidos y 2) el uso como colorante natural y antimicrobiano en sidras. El polvo con dióxido de silicio presentó la mayor retención de compuestos bioactivos, una elevada capacidad antioxidante, buenas propiedades de flujo y una alta estabilidad física aún a humedades relativas elevadas. El estudio de almacenamiento acelerado mostró que envasado adecuadamente, puede ser expuesto a temperatura ambiente sin modificaciones en el color ni pérdida de los compuestos bioactivos durante un almacenamiento prolongado. Adicionalmente se observó una gran recuperación de polifenoles y de capacidad antioxidante al cabo del proceso digestivo, mayor que la observada para otros productos del mercado. Esto indica que el polvo obtenido tiene un alto potencial para ser utilizado como ingrediente funcional en distintos productos. Los estudios acerca de las aplicaciones propuestas del polvo de maqui mostraron resultados satisfactorios y prometedores. En el campo de los nutracéuticos fue posible elaborar comprimidos por compresión directa cuyo consumo (2 comprimidos diarios) implica un aporte elevado de compuestos bioactivos. La desintegración y el perfil de disolución de los comprimidos fueron adecuados para una formulación de liberación inmediata. Por otro lado, la incorporación del polvo como colorante en sidras permitió obtener bebidas de una gama de colores atractiva para distintos grupos de consumidores. El estudio realizado de aceptabilidad del color y percepción del consumidor mostró un 94 % de intención de compra del producto, siendo las sidras con el agregado de 400 y 600 mg de polvo cada 100 ml las de mejor performance con puntaje suficiente para ser consideradas como posibles prototipos a lanzar al mercado. Adicionalmente se comprobó el efecto antimicrobiano del polvo de maqui en levaduras contaminantes del proceso de elaboración de sidra, lo que permitiría reducir la concentración de sulfito en dicho proceso. / The main objective of this work was to obtain a powder from a wild fruit that is still relatively unknown in our country as is the case of maqui (Aristotelia chilensis). This berry, which grows in the Andean-Patagonian forests, has been poorly valorized for the development of new ingredients of high nutritional value. First, the raw material was characterized in order to evaluate its antioxidant potential and coloring power. Then, the different processing stages (solid-liquid extraction and drying) were optimized. An aqueous extraction at high temperature was used as green-friendly technology and spray drying was selected as dehydration method of the optimized extract. Different drying adjuvants (maltodextrin, gum arabic, microcrystalline cellulose and colloidal silicon dioxide) were evaluated as encapsulating agents of the bioactive compounds studied (anthocyanins and polyphenols). Physicochemical and functional properties were analyzed along all the processing steps and for the final maqui powder. Anthocyanin compounds degradation was studied in detail, since they are responsible for the color and the antioxidant capacity of maqui fruits. Additionally, an accelerated shelf-life study of the optimal powder was performed; also the bioactive compounds bioaccessibility was estimated by means of in vitro gastrointestinal digestion assay. Finally, two applications of maqui powder were studied: 1) development of a nutraceutical in the form of tablets and 2) use as natural colorant and antimicrobial agent in ciders. The powder with silicon dioxide had the highest retention of bioactive compounds, a high antioxidant capacity, good flow properties, and high physical stability even at high relative humidities. The accelerated storage study showed that if it is adequately packaged, the powder can be exposed to room temperature without changes in color or loss of bioactive compounds content during long periods of storage. Additionally, a good recovery of polyphenols and antioxidant capacity was observed after the digestion process, higher than that observed for other products on the market. This indicates that the maqui power obtained has a great potential to be used as a functional ingredient in different products. The studies carried out on the proposed applications of maqui powder yielded satisfactory and promising results. In the area of nutraceuticals it was possible to produce tablets by direct compression, the consumption of 2 tablets daily provides a high bioactive compounds supply. The disintegration and dissolution profile of the tablets were suitable for an immediate release formulation. On the other hand, the incorporation of the maqui powder as colorant in ciders yielded beverages of attractive color for different consumer groups. The study of color acceptability and consumer perception showed 94% purchase intention, being ciders with the addition of 400 and 600 mg of powder per 100 ml the best product with enough score to be considered as possible marketable product. Additionally, the antimicrobial effect of the maqui powder on contaminating yeasts of the cider-making process was verified. Then, the use of maqui would allow reducing the required sulphite concentration, which acts actually as antimicrobial in the cider production process.

Los sólidos están presentes en numerosos procesos industriales. El conocimiento de las condiciones que promueven su formación o evitan su aparición, cuando la misma es indeseada, es de interés práctico. En este contexto, el estudio del equilibrio entre fases considerando la precipitación de fases sólidas en las mezclas involucradas, es de utilidad en el diseño y mejoramiento de los procesos. En la presente tesis se estudió el comportamiento de fases en sistemas binarios de complejidad variable considerando la presencia de fases sólidas en amplios rangos de temperatura, presión y composición. Para ello, se desarrolló y evaluó un nuevo enfoque ingenieril de modelado que permite describir las propiedades termodinámicas de las fases sólidas multicomponente. Las mismas se representaron como soluciones sólidas evitando así la frecuente suposición de precipitación en estado de pureza. Cabe mencionar que son los sólidos moleculares los considerados en esta tesis, excluyéndose de este estudio otros tipos de sólidos, como los iónicos. El enfoque propuesto se encuentra libre de varias limitaciones estructurales identificadas en modelos de la literatura. Ejemplos de tales limitaciones son: incapacidad de describir el comportamiento anómalo del agua, inaplicabilidad al caso de soluciones sólidas, formalismo matemático no unificado para distintos tipos de sólidos, discontinuidad a la temperatura del punto triple, imposibilidad de aplicación de reglas de mezclado, etc. También se presentan, en este trabajo, las herramientas desarrolladas para el cálculo del equilibrio entre fases sólidas y fluidas que permiten construir curvas (o hipercurvas) de equilibrio bifásicas (sólido-fluido y sólido-sólido), trifásicas (sólido-fluido-fluido y sólido-sólido-fluido) y críticas sólido-sólido, y computar puntos de coexistencia de cuatro fases (puntos cuádruples); y puntos críticos terminales que involucran a fases sólidas. Los algoritmos de cálculo propuestos posibilitan la generación de diagramas de fases de utilidad en el ámbito ingenieril, como proyecciones (PT, Txyz, Pxyz) de las líneas de equilibrio univariantes y de los puntos invariantes de sistemas binarios (diagramas denominados “mapas característicos del comportamiento de fases” en esta tesis). Así mismo, en esta tesis se desarrollaron métodos sistemáticos para la generación de cortes isotérmicos, isobáricos o isopléticos (diagramas de fases a temperatura constante, presión constante o composición de fase constante respectivamente) de las superficies de equilibrio entre fases que existen en el espacio presión-temperatura-composición. Los algoritmos implementados se basan en métodos de continuación numérica que permiten computar hiper-curvas de equilibrio altamente no lineales. También se aplicaron tests de estabilidad termodinámica y se identificaron diversos patrones del comportamiento de fases. El enfoque de modelado propuesto combina modelos del tipo ecuación de estado para la descripción de fases fluidas, con una expresión propuesta en este trabajo para la representación de las fases sólidas en que parte de los parámetros que describen a las soluciones sólidas son idénticos a los de las fases fluidas. Tal enfoque se ha denominado “enfoque de solución sólida” (SSA). Empleando el SSA, se realizó un estudio paramétrico en sistemas binarios (sistemas de nivel de asimetría y comportamiento de fases variables a nivel fluido), que permitió mostrar la flexibilidad del enfoque para generar diagramas de fases con topologías de complejidad variable, algunas de las cuales no se habrían reportado aún en la literatura abierta. Adicionalmente, se evaluó en este trabajo de tesis el desempeño del SSA en la reproducción del equilibrio entre fases (involucrando fases sólidas) observado experimentalmente para sistemas binarios con diversos grados de asimetría, pero con especial interés en sistemas con presencia de n-alcanos, por su interés en las industrias del gas y del petróleo. Los resultados obtenidos de la aplicación del SSA a la descripción del equilibrio entre fases observado experimentalmente son satisfactorios y justifican explorar variantes del mismo en el futuro / Solids are present in numerous industrial processes. The knowledge of the conditions that promote their formation or avoid their appearance, when undesirable, has a practical interest. In this context, the study of phase equilibrium considering the precipitation of solid phases in the involved mixtures is useful in the design and improvement of processes. In this thesis, the phase behavior of binary systems of variable complexity was studied considering the presence of solid phases in wide ranges of temperature, pressure, and composition. A new engineering modelling approach was developed and evaluated. The modelling approach here proposed allows the description of the thermodynamic properties of solid multi-component phases. These phases are represented as solid solutions, thus avoiding the frequent assumption of precipitation in a state of purity. It is worth mentioning that molecular solids are considered in this thesis, excluding other types of solids, such as ionic ones. The proposed approach is free from several structural limitations identified in models from the literature. Examples of such limitations are the following: inability to describe the anomalous behavior of water, inapplicability to the case of solid solutions, a non-unified mathematical formalism for different types of solids, discontinuity at the triple point temperature, the impossibility of application of mixing rules, etc. In this work tools developed for calculating the equilibrium between solid and fluid phases are presented that allow the construction of different types of curves (or hyper-curves): two-phase curves (solid-fluid and solid-solid), three- phase curves (solid-fluid-fluid and solid-solid-fluid), and critical curves of solid solid type; and they also make possible the calculation of points of coexistence of four phases (quadruple points), and of critical end points involving solid phases. The proposed calculation algorithms allow the generation of phase diagrams that are useful in the engineering field, such as projections (PT, Txyz, Pxyz) of the univariate equilibrium lines and of the invariant points of binary systems (diagrams named "phase behavior characteristic maps” in this thesis). Furthermore, in this thesis, systematic methods were developed for the generation of isothermal, isobaric, or isoplethic sections (phase diagrams at a constant temperature, constant pressure, or constant phase composition, respectively) of the phase equilibrium surfaces that exist in the pressure-temperature-composition space. The implemented algorithms are based on numerical continuation methods that allow to compute highly non linear equilibrium hyper-curves. Thermodynamic stability tests were also applied and a variety of patterns of phase behavior were identified. The proposed modeling approach combines equation of state type models for the description of fluid phases, with a here proposed expression for the representation of solid phases in which part of the parameters that describe the solid solutions are identical to those of the fluid phases. Such an approach has been termed the "solid solution approach" (SSA). By using the SSA, a parametric study was carried out for binary systems (systems that at a fluid level have variable asymmetry and phase behavior), which made evident the flexibility of the approach for generating phase diagrams with topologies of variable complexity, some of which would not have been reported in the open literature yet. Additionally, in this thesis, the performance of the SSA in the reproduction of the experimentally observed phase equilibrium (involving solid phases) was evaluated for binary systems with varying degrees of asymmetry, but with a special interest in systems containing n-alkanes, due to its importance in the oil and gas industries. The results obtained from the application of SSA to the description of the experimentally observed phase equilibrium are satisfactory and justify exploring variants of such approach in the future

En la presente tesis se lleva a cabo la síntesis y caracterización de catalizadores basados en óxidos mixtos de níquel y niobio, tanto en forma particulada como en forma de catalizadores estructurados, para estudiar su actividad, selectividad y estabilidad en la reacción de deshidrogenación oxidativa de etano a etileno. Se preparan catalizadores por los métodos de evaporación y combustión, empleando distintas sales precursoras, con la relación molar Nb/Ni cercana al valor óptimo reportado en la literatura. La caracterización de los óxidos mixtos preparados se lleva a cabo mediante la aplicación de diversas técnicas. Se determinan composiciones, características estructurales, especies químicas y propiedades texturales de los catalizadores. Se estudia la factibilidad de utilizar el acero inoxidable ferrítico AISI 430 como sustrato para elaborar catalizadores estructurados. Se aplican al material tratamientos térmicos en atmósfera oxidante con el fin de desarrollar una película de óxido superficial para el posterior anclaje de los cubrimientos catalíticos. Las capas desarrolladas se analizan a partir de mediciones de rugosidad, adherencia, relación Cr/Fe y ganancia de peso con el objeto de encontrar una película de óxido con las características deseadas. Los sustratos se recubren con los óxidos mixtos de Ni-Nb mediante el método de cubrimiento por inmersión. Para ello se preparan suspensiones acuosas y se ajusta la concentración de sólidos y de aditivos. Se mide la viscosidad, el punto isoeléctrico y el pH de las dispersiones. Se analiza la morfología, adherencia y propiedades texturales de los cubrimientos depositados. La performance catalítica de las muestras en polvo y soportadas se evalúa en la reacción de deshidrogenación oxidativa de etano. La actividad y selectividad se determinan en distintas condiciones operativas. Se llevan a cabo estudios de estabilidad de los sustratos, catalizadores en polvo y estructurados a través de ensayos de reacción a tiempos prolongados. Los catalizadores ensayados en reacción son caracterizados a fin de relacionar sus propiedades con la estabilidad catalítica. / Synthesis and characterization of nickel-niobium mixed oxides catalysts in both powder and structured catalyst form are performed in this thesis in order to study their activity, selectivity and stability in the oxidative dehydrogenation of ethane to produce ethylene. Catalysts are prepared by evaporation and combustion methods using different precursor salts and selecting a Nb / Ni molar ratio close to the optimum reported in the literature. Mixed oxides characterization is performed by applying several techniques. Catalysts compositions, structural features, chemical species and textural properties are determined. The feasibility of using ferritic stainless steel AISI 430 as a substrate to produce structured catalysts is studied. Thermal treatments in an oxidizing medium are applied to the steel in order to develop a surface oxide film for subsequent anchoring of catalytic coatings. Roughness, adhesion, Cr/Fe ratio and weight gain measurements are conducted in order to find an oxide film having the desired properties. The substrates are coated with Ni-Nb mixed oxides by the dip-coating method. For this purpose, aqueous suspensions are prepared using different solids and additives concentrations. Dispersions viscosity, isoelectric point and pH are measured. Catalytic coatings morphology, adherence and textural properties are also studied. The catalytic performance towards the oxidative dehydrogenation of ethane for the supported and powder samples is evaluated. Activity and selectivity are determined at different operating conditions. Stability studies are performed on powder catalysts, substrates and structured catalysts. After reaction the catalysts are characterized to relate their properties with the catalytic stability.

La selección de solventes para procesos de separación resulta desde hace mucho tiempo un problema de gran relevancia para las industrias química, petroquímica, farmacéutica, alimenticia, etc., y ha dado origen a áreas de investigación y desarrollo, como la del Diseño Molecular de Solventes. Una familia de problemas de separación de gran interés está vinculada a la separación de productos derivados de la hidrólisis de biomasa lignocelulósica debido a que una gran cantidad de estos compuestos resultan inhibidores de la actividad de enzimas y microorganismos involucrados en el proceso de fermentación alcohólica. En general, la extracción con solventes de estos compuestos es una alternativa factible para el proceso de detoxificación. En particular, el problema de extracción líquido–líquido posee características especiales debido a que en este caso el producto de interés es el refinado (caldo de fermentación) y no el extracto. El extracto obtenido es una mezcla de compuestos parafínicos, heterocíclicos y aromáticos que provienen fundamentalmente de la degradación de la lignina y de la hemicelulosa. En consecuencia la selección de solventes es complicada por el gran número y variedad de los compuestos que deben ser recuperados y por la necesidad de una eficiente recuperación del solvente tanto del extracto como del refinado. Por otra parte el solvente seleccionado debe ser compatible con las restricciones ambientales actuales. En esta tesis se enfrenta el problema de búsqueda y selección de solventes para el proceso de detoxificación en biorrefinerías estudiando la combinación de un enfoque de diseño molecular asistido por computadoras, basado en el análisis de estructuras moleculares y de las interacciones entre grupos, con una sistematización de la evolución del comportamiento de fases de series de compuestos con miembros de distintas familias moleculares. Debido a la presencia de la gran cantidad de compuestos asociativos contenidos en la mezcla proveniente del hidrolizado de material lignocelulósico, se desarrolló una plataforma computacional para la estimación de propiedades de mezcla, acoplada al algoritmo de síntesis de estructuras moleculares, basada en el modelo termodinámico AUNIFAC. Considerando la gran variedad de compuestos aromáticos inhibidores de la fermentación, se extendieron las reglas de combinación y de factibilidad en la síntesis de estructuras moleculares ramificadas a la familia de compuestos aromáticos. Además, en esta tesis se amplió el rango de condiciones a cubrir por los modelos a contribución grupal utilizados y se mejoró la capacidad predictiva de propiedades físicas de compuestos puros. Finalmente, desarrolló una nueva metodología de diseño y selección de solventes para llevar a cabo síntesis orgánicas. / Solvent selection for separation processes has been from a long time a problem of great relevance for chemical, petrochemical, pharmaceutical, food industry, etc., and it has given rise to research and development like Molecular Design of Solvent. A very important family of separation problems is linked to the separation of biomass products derived because a large amount of these compounds are enzymes and microorganisms activity inhibitors involved in the fermentation processes. Generally, extraction with solvents of these compounds is a feasible alternative for the detoxification process. In particular, the liquid-liquid extraction problem has special features because in this case the interest product is the refined (fermentation broth) and not the extract. The extract obtained is a mixture of paraffinic, heterocyclic and aromatic compounds originating from the degradation of lignin and hemicellulose. Consequently the selection of solvents is complicated by the large number and variety of compounds to be recovered and by the need of an efficient solvent recovery from both extract and refining. In addition, the selected solvent must be compatible with current environmental restrictions. This thesis addresses the problem of solvents selection for the detoxification process in biorefineries studying the combination of a computer-aided molecular design approach, based on the analysis of molecular structures and interactions between groups, with a systematization of the evolution of the phase behavior of compounds series with members of different molecular families. Due to the large amount of associative compounds in the hydrolysate, a computational platform was developed for estimating properties of mixture, coupled to molecular structures synthesis algorithm, based on the A-UNIFAC thermodynamic model. Considering the large variety of aromatics inhibitors, the combination and feasibility rules in the synthesis of branched molecular structures were extended to the family of aromatic compounds. Furthermore, in this thesis the range of conditions to cover by the group contribution models used was extended and the predictive ability of physical properties of pure compounds was improved. Finally, we developed a new methodology of molecular design and selection of solvents to carry out organic synthesis.

Un material compuesto es un material que se forma por la mezcla de dos o más materiales con propiedades diferentes entre sí, que al combinarse producen un nuevo material con propiedades distintas al de sus componentes individuales. En los materiales particulados, el componente mayoritario se conoce como matriz y el minoritario como relleno. El interés industrial por los materiales compuestos a base de matrices termoplásticas se debe principalmente a la versatilidad de usos y aplicaciones que presentan. Los rellenos (o cargas) de mayor interés comercial son los de origen mineral debido, principalmente, a su relativo bajo costo y alta disponibilidad, dando lugar al desarrollo de nuevos materiales compuestos de un costo relativamente bajo. Utilizando diferentes polímeros como matriz y distintos rellenos se pueden modificar las propiedades ópticas, térmicas, de barrera, mecánicas, etc., y, de esta forma, diseñar materiales compuestos “a medida” para distintas aplicaciones específicas. La correcta dispersión de las partículas de relleno depende en gran medida de la compatibilidad entre el polímero y la carga, y también de los métodos empleados para su obtención y procesamiento. Algunos de los métodos más utilizados son el mezclado en fundido, en solución o una combinación de ambos. Por otro lado, durante las últimas décadas ha crecido el interés por el desarrollo de materiales poliméricos con fuerte anisotropía en sus propiedades eléctricas, magnéticas, mecánicas, ópticas, de transporte o térmicas para su uso en variadas aplicaciones, tales como sensores y actuadores, prótesis óseas, electrónica, fotónica y membranas, entre otros. Los copolímeros bloque resultan de particular interés debido a los diversos arreglos macroscópicos que presentan, permitiendo un control sobre la distribución y orientación de las cargas. En esta tesis se desarrollaron películas de materiales compuestos a base de diferentes matrices poliméricas termoplásticas utilizando dos tecnologías de procesamiento. Para modificar las propiedades de las películas desarrolladas, se incorporaron diferente tipo de cargas. La aplicación posterior de flujos de corte y tratamientos térmicos mejoro aún más la estructura interna de largo alcance y las propiedades finales de los compuestos. Las películas obtenidas se caracterizaron mediante técnicas complementarias de análisis para estudiar la morfología y determinar las propiedades finales. Los resultados obtenidos mostraron que los materiales desarrollados orientados se pueden proponer como membranas selectivas para remoción de nitrógeno de corrientes de gas natural y remoción de dióxido de carbono post combustión. En cuanto a las películas compuestas obtenidas por mezclado en fundido y termo-compresión, se comprobó su capacidad de barrera a la radiación UV, protegiendo aguas saborizadas susceptibles a este tipo de radiación. / A composite material is a material obtained from combining two or more constituent material with different properties between them that, when combined produce a new material with different properties from the individual components. In the case of particulate composites, the component with higher concentration is known as the matrix while the one with lower concentration is the filler. The industrial interest for composite material based on thermoplastic matrices is mainly due to the versatility of the material, in relation to its uses and applications. The fillers (or charges) of high commercial interest are those of mineral origin, mainly owing to its relative low cost and high availability, resulting in the development of new relatively low cost composite materials. Using different polymer as matrix and different fillers, it is possible to modify the material (optical, thermal, barrier and mechanical, etc) properties and thus, design tailored composite materials for different specific applications. The correct dispersion of the filler particles largely depends in the compatibility between the polymer matrix and the filler particles, and also on the methods used to obtain and Process the composite material. Some of the most used methods are the melt mixing, solution mixing or a combination of both. Moreover, the interest for developing polymeric materials with strong anisotropy on its (electric, magnetic, mechanical, optical, transport or thermal) properties has greatly increased in the last decades due to its potential use on various applications like: sensors, and actuators, bone prosthesis, membranes and other uses in the fields of electronics and photonics. Block copolymers are of particular interest due to the multiple macroscopic arrangements that they can feature, which allows controlling the distribution and orientation of the fillers. In this thesis, composite material films were developed, using different thermoplastic polymeric matrices and two processing technologies. In order to modify the properties of the films, different kind of filler were introduced. The subsequent application of shear flows and thermal treatments further improved the long range internal structure and final properties of the composites. The films were characterized through complementary analysis techniques in order to study the morphology and determine its final properties. The results showed that the developed oriented material can be proposed to be used as selective membranes for nitrogen removal from natural gas streams and carbon dioxide removal post-combustion. Regarding the composite films obtained from melt mixing and thermo compression, its UV radiation barrier capacity was proved, which was tested for the protection of flavored water sensitive to this type of radiation.

La actividad agrícola actual enfrenta diversos desafíos: existencia de una limitada área de cultivo, demanda creciente de producción debido al aumento de la población mundial, necesidad de adecuación a climas adversos, reposición de nutrientes por fertilización, control de plagas, entre otros. Algunos de estos desafíos se sobrellevan mediante la agricultura de precisión que está orientada a la aplicación de productos fitosanitarios de manera eficiente. Para ello, se introducen nuevas tecnologías asociadas a los productos y equipos que los aplican. La efectividad de los productos fitosanitarios depende fuertemente de la habilidad del aplicador para regular la pulverización con el propósito de que el producto alcance el sitio objetivo en la cantidad deseada. La pérdida de estos compuestos no depositados en el lugar deseado se denomina deriva y puede alcanzar hasta un 30% del producto aplicado. Su minimización es una preocupación creciente para asegurar la salud del operador, proteger el medio ambiente, lograr una eficiente protección de los cultivos y transformar la pulverización de fitosanitarios en una actividad sostenible. Por esta razón, el objetivo general de esta Tesis es desarrollar un modelo matemático validado capaz de predecir adecuadamente la deriva resultante de aplicaciones de fitosanitarios mediante pulverizadoras de botalón. Además de su capacidad predictiva, el modelo debe poseer las siguientes características principales: a) requerir un bajo tiempo de cómputo para su resolución, b) poseer un número mínimo de parámetros de ajuste y representar adecuadamente la deriva en ventanas operativas amplias y c) estar en función de variables de entrada de fácil medición o conocimiento (i.e., las habituales que manejan los aplicadores de fitosanitarios). Estas características permiten que el modelo pueda ser acoplado a máquinas pulverizadoras y proveer recomendaciones de operación o controlar variables en línea para minimizar la deriva. En el Capítulo 1, se introducen conceptos acerca del proceso de pulverización de fitosanitarios mediante pulverizadoras de botalón y el panorama productivo nacional de maquinaria agrícola. En el Capítulo 2 se describe el proceso de atomización y las boquillas generalmente utilizadas en la aplicación terrestre de productos fitosanitarios. Además, se desarrolla un modelo matemático que es capaz de predecir satisfactoriamente la distribución de tamaño de gotas atomizadas en boquillas de uso agrícola, utilizando variables de entrada que coinciden con las que el aplicador habitualmente selecciona. En el Capítulo 3 se realiza una revisión detallada de los modelos matemáticos disponibles en literatura a fin de comparar ventajas y desventajas de cada enfoque de modelado. Finalmente, se concluye acerca de la necesidad de desarrollar un nuevo modelo que mejore la relación entre nivel predictivo y costo computacional y que permita resolver de manera simultánea el proceso de atomización, desplazamiento, evaporación y deposición de las gotas. En el Capítulo 4 se desarrolla un modelo matemático para predecir la deriva de pulverización correspondiente a una boquilla. El modelo se valida frente a datos experimentales de campo, sin necesidad de incorporar parámetros de ajuste. Posteriormente, se realiza un análisis de sensibilidad de variables ambientales y operativas sobre la deriva. Se observó que el uso de una velocidad media de viento basada en la población de gotas en vuelo reduce considerablemente la cantidad de cálculos sin perder precisión en el resultado. En el Capítulo 5, se extiende el modelo matemático presentado en el capítulo anterior para ser aplicado a múltiples boquillas. Además, se incorporan efectos de dispersión de las gotas provocados por la turbulencia del aire ambiente. En este caso fue necesario realizar ajuste de dos parámetros vinculados a la dispersión. El modelo se validó frente a datos experimentales de campo reportados por diferentes autores. Una vez validado el modelo completo, se definieron curvas operativas para efectuar recomendaciones operacionales a los efectos de trabajar con deriva aceptable. Estas curvas ilustran cómo optimizar el proceso de pulverización agrícola por botalón, sugiriendo para ello cambios en las variables que conocen y manejan los aplicadores (condiciones ambientales, condiciones operativas y características asociadas a la pulverizadora). Por último, en el Capítulo 6, se resumen los resultados más destacados y se presentan las futuras líneas de investigación que se llevarán a cabo para construir un prototipo a ser incorporado en pulverizadoras para brindar recomendaciones o controlar en línea la calidad de la aplicación. / The current agricultural activity faces several challenges: existence of a limited area of cultivation, growing production demand due to the increase in the world population, need for adaptation to adverse climates, replacement of nutrients by fertilization, pest control, among others. Some of these challenges are overcome with precision agriculture, that is oriented towards the application of phytosanitary products efficiently. To this end, new technologies associated with the products and equipment that apply them are introduced. The effectiveness of phytosanitary products depends strongly on the applicator's ability to regulate spraying so that the product can reach the target site in the desired amount. The loss of the compounds that are not deposited in the desired place is called drift, and it can be up to 30% of the applied product. Its minimization is a growing concern to ensure the health of the operator, protect the environment, achieve efficient crop protection and transform the spraying of phytosanitary products into a sustainable activity. For this reason, the general objective of this thesis is to develop a validated mathematical model capable to adequately predict the drift resulting from phytosanitary applications using boom sprayers. In addition to its predictive capacity, the model must: a) require a low computation time for its resolution, b) have a minimum number of adjustment parameters and adequately predict the drift for wide operating windows and c) have as input data, variables of easy measurement or knowledge (i.e., the usual ones used by the pulverization operators). These features allow the model to be coupled to spray machines and provide operating recommendations or control variables online to minimize drift. Chapter 1 presents concepts about the phytosanitary spraying process by boom sprayers and the state of the Argentinean agricultural machinery. Chapter 2 describes the atomization process and the nozzles generally used in the terrestrial application of phytosanitary products. In addition, a mathematical model is developed that satisfactorily predicts the size distribution of drops atomized by agricultural nozzles, using input variables that match those that the applicator usually selects. In Chapter 3, a detailed review of the mathematical models available in the literature is made in order to compare advantages and disadvantages of each modeling approach. Finally, it is concluded that there is need to develop a new model able to predict the pulverization quality, to have a low computational cost and to solve simultaneously the processes of atomization, displacement, evaporation and deposition of drops. In Chapter 4, a mathematical model is developed to predict the spray drift corresponding to a nozzle. The model is validated against experimental field data, without the need to incorporate adjustable parameters. Subsequently, a sensitivity analysis of environmental and operational variables on drift is performed. It was observed that the use of an averaged wind speed (based on the population of drops in flight) considerably reduces the computational time without losing precision. In Chapter 5, the mathematical model presented in the previous chapter is extended to the pulverization with multiple nozzles. In addition, dispersion effects of the drops caused by the turbulence of the ambient air are also incorporated. In this case, it was necessary to adjust two parameters related to the dispersion. The model was validated against experimental field data reported by different authors. Once the complete model was validated, operational curves were defined to make operational recommendations to reduce the drift. These curves illustrate how to optimize the process of pulverization by boom sprayers, suggesting changes in the variables handled by the applicators (environmental conditions, operating conditions and characteristics associated with the sprayer). Finally, in Chapter 6, the most outstanding results are summarized and the future research to build a prototype to be incorporated in boom sprayers is presented aiming to provide recommendations or control the pulverization quality in real time.

Ingeniero Civil Químico / Ingeniero Civil en Biotecnología / Durante el año 2013, el Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de la Universidad de Chile, en el contexto de su preparación para la re-acreditación, ha asumido la labor de reestructurar sus planes de estudio de acuerdo con las nuevas normativas de la institución, destacando la reformulación del Perfil de Egreso, con el objetivo de orientarlo según competencias, tal como demanda el Modelo Educativo de la casa de estudios. Este contexto resulta clave para evaluar, entre muchos otros aspectos, la conexión con el medio laboral que posee la formación de ingenieros en torno a la habilitación profesional. De acuerdo a la experiencia personal, existen muchas falencias respecto de este punto. Un gran ejemplo de ello es que los cursos que son parte del plan de estudios, en general, no presentan coherencia entre ellos durante el mismo semestre ni tampoco con aquellos de semestres diferentes. La vinculación con el medio en Ingeniería Química se efectúa principalmente a través de las prácticas profesionales, es por esto que son ellas objetivo de análisis, así como los cursos del plan de estudios que poseen conexión entre teoría y práctica como parte de su currículo. Se realizó una encuesta aplicada a estudiantes y se logró identificar los grandes problemas, como por ejemplo, las incoherencias que existen entre los objetivos, la falta de información de los estudiantes y sus consecuencias en la calidad de la negociación de su práctica, entre otros. Luego de analizar el plan de estudios y los resultados de la encuesta aplicada a estudiantes, se logró establecer las bases para un nuevo Modelo de Vinculación con el Medio que permita acercar al estudiante al ejercicio de su profesión de manera temprana y también continuada durante todo el plan de estudios. El modelo sugiere entonces la creación de una estructura que permita la vinculación con el medio continuada, que se oriente según el perfil de egreso y que permita la evaluación de competencias en la formación profesional. Así, finalmente permitir que la formación de los ingenieros del departamento esté favorablemente orientada hacia la habilitación profesional, cumpliendo con todos los requerimientos de la institución.

En este estudio se analizó la aplicación de resinas libres de formaldehido (LF) en tejidos de punto en la empresa textil Cotton Knit SAC, cuyo propósito es remplazar a las que se estaban usando a base de formaldehido (BF) por ser este dañino para la salud y medio ambiente, además poder cumplir las normativas ISO del mercado de exportación, las que exige que el formaldehido libre en una prenda para adulto debe ser menor a 75 ppm y para niños debe ser menor a 16 ppm, lo que no logra con las resinas clásicas a base de formaldehido. Se realizaron pruebas de resinado primero a nivel de laboratorio por aplicación por foulard, para evaluar la presencia o no de formaldehido en forma cualitativa usando el método de la gota con indicador y cuantitativo en laboratorios externos certificados, la estabilidad al mezclarse con ácidos grasos y siliconas, como su polimerización, cambio de color a los tonos, variación de resistencia, etc, luego se aplica en planta con resultados, que tomando como base 20 kg de tela el costo sería $ 179.00 LF, respecto a $ 174.00 BF, que si se quisiera disminuir el formaldehido libre este se incrementa a $ 205.00 BF, por lo que se decide cambiar a usar resina libre de formaldehido además también con resultados de estabilidad dimensional al largo, ancho y torsión aceptables, otra ventaja que la perdida de resistencia está entre 10-20% LF comparado con 20-30% BF. Para obtener una muestra de 20 Kg de tela de algodón, resinada con resina libre de formaldehído con análisis cualitativo y cuantitativo seria aproximadamente $ 600.00. / Trabajo de suficiencia profesional

Busca el aprovechamiento de la sangre de cuy en la elaboración de galletas a partir de la obtención del plasma y fracción celular sanguínea. Se utilizaron 30 cuyes de la línea Perú, destetados con 21 días de edad y criados en los ambientes acondicionados en la EP de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM) durante 6 semanas. El beneficio de cuyes se realizó en el laboratorio de alimentos de la EP donde se obtuvo la sangre de cuy con un rendimiento de 2.94% del peso vivo por animal, luego por centrifugación se obtuvo el plasma sanguíneo y la fracción celular sanguínea, procediendo a deshidratar la fracción celular. El análisis fisicoquímico del plasma presentó 90.80% humedad, 7.40% proteínas, 1.23% cenizas, 0.07% grasa y extracto no nitrogenado 0.50%; mientras que la fracción celular tuvo en base húmeda 83.60% humedad, proteínas 14.81%, cenizas 0.63%, grasa 0.06% y extracto no nitrogenado 0.90%. Los tratamientos en la formulación de las galletas fortificadas fueron T0: Galletas con 0% de plasma líquido y 0% fracción celular en polvo; T1: Galletas con 1% de plasma líquido y 0,2% fracción celular en polvo; T2: Galletas con 2% de plasma líquido y 0,5% fracción celular en polvo; T3: Galletas con 4% de plasma líquido y 1% fracción celular en polvo. Según el análisis fisicoquímico de cada uno de las formulaciones se determinó su valor nutricional y mediante una evaluación de aceptabilidad, se obtuvo que la formulación T2 es la más adecuada en valor nutricional presentando humedad 1.87%, 10.26% proteína, 33.86% extracto etéreo, 0.40% fibra cruda, 0.49% cenizas, 53.12% extracto no nitrogenado y 558.26 kcal/100g energía total; y en apreciación general organoléptica obtuvo un valor de 3.50 en una escala hedónica de 1 a 5. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Comprende el estudio de las propiedades reológicas de las mezclas de soluciones acuosas de las gomas de Tara y Xantán. Se ha encontrado que existen importantes efectos de interacción entre estas gomas que condicionan su comportamiento reológico. Se ha determinado la viscosidad intrínseca de las gomas de Tara, Xantán y de sus mezclas evidenciando un efecto de sinergia importante, dado que todos los valores de las mezclas son superiores a los de los componentes puros, presentando un máximo a la fracción de goma de Tara de 0,50. El modelo que mejor ajusta los valores experimentales es el Tangerplaitbul & Rao. Asimismo se ha caracterizado la dependencia de la viscosidad de las soluciones de goma de Tara, Xantán y sus mezclas en función de la gradiente de velocidad, la concentración total, la temperatura y –en el caso de las mezclas-, de la fracción de goma de Tara. Los resultados muestran que existen efectos de sinergia entre las gomas mostrando valores máximos de viscosidad cuya localización depende de la concentración total de la solución. Salvo bajo condiciones muy diluidas, las soluciones presentan comportamiento pseudoplástico y se advierte efectos de sinergia importantes. Para correlacionar los datos experimentales de viscosidad en función de la gradiente de velocidad se han empleado principalmente los modelos de Herschel & Bulkley y de Cross. Una revisión del modelo de Cross y de sus variantes permite proponer un nuevo Modelo de Coordenadas Reducidas (MCR) como la mejor opción. Asimismo se ha investigado la dependencia de los parámetros de estos modelos en función de la temperatura y la concentración. El modelo de Auslander es el que mejor representa los datos experimentales de viscosidad de las mezclas de Tara y Xantan. / Tesis