Ingeniero Civil / En las zonas altas de los Andes del norte de Chile, Perú, Argentina y Bolivia se encuentran lagunas extremadamente someras, usualmente conocidas como salares, cuyo balance hídrico es determinado por afloramientos de agua subterránea y su posterior evaporación. Estas sustentan poblaciones de flamencos y otras especies, los que se alimentan del contenido orgánico que se encuentra en los sedimentos. El oxígeno disuelto (OD) es una de las sustancias que puede transportarse en las lagunas y es indicador de la actividad biológica en los sedimentos. Este se transporta horizontalmente producto de corrientes generadas por la interacción entre la distribución de batimetría de la laguna y los fuertes vientos que inyectan energía durante las tardes, lo que ha sido corroborado en experiencias de terreno. Con el propósito de desarrollar una herramienta de estudio y control de las lagunas, se implementan numéricamente las ecuaciones de continuidad y momentum bidimensional, promedio vertical para una capa, las que permiten resolver la dinámica del fluido ambiente. Estas se resuelven con las metodologías de Crank Nicolson y el Análisis Modal para el problema teórico planteado por Kranenburg (1992), el cual considera una distribución de batimetría idealizada excitada por un viento uniforme. En conjunto, se implementa un módulo de transporte escalar que permite resolver la dinámica del OD mediante volúmenes finitos, considerando consumo de OD en los sedimentos y transferencias con la atmósfera. Estos resultados se comparan con los obtenidos al suponer mezcla completa en la laguna. El módulo hidrodinámico de la herramienta numérica es validado experimentalmente mediante mediciones de velocidad realizadas con un velocímetro acústico Doppler en un contenedor que representa la batimetría de Kranenburg (1992) y que es ensayado en una mesa oscilatoria construida en el laboratorio de hidráulica Francisco Javier Domínguez de la Universidad de Chile. Los resultados muestran que la relación de aspecto de la laguna y el número de Wedderburn son los adimensionales que controlan la magnitud de la concentración promedio espacial de OD en el sistema. El estudio del transporte escalar muestra que la concentración de OD calculada con volúmenes finitos es en general mayor que la concentración de mezcla completa. Conjuntamente se obtiene que el supuesto de mezcla completa sobrestima los flujos de OD con los sedimentos en relación a los resultados del modelo. Las zonas más lentas de la laguna presentan las condiciones propicias para maximizar el consumo de OD, mientras que en las de mayor velocidad la advección horizontal neutraliza el consumo vertical. La instalación experimental y simulaciones numéricas ajustadas al resultado analítico del flujo en el problema de Kranenburg (1992), muestran que el coeficiente de fricción lineal varía con la magnitud del forzante externo, lo que es una característica fundamental de la formulación simplificada de las ecuaciones de flujo planteadas en este trabajo.

Elabora un equipo piloto que permitió evaluar la calidad de la descarga del agua residual de manera permanente y direccionar el flujo en función de los resultados obtenidos de la concentración de oxígeno disuelto, dato que se almacena en un archivo de Excel, como evidencia del cumplimiento. Este sistema permitió a la empresa tomar acción correctiva de manera inmediata, asegurando de esta manera descargar agua residual con la cantidad de oxígeno disuelto en el valor admisible para preservar la fuente de agua. Este sistema mixto de control y recirculación en línea para la evaluación de la calidad de la descarga de agua residual hacia la fuente de agua dulce, permitió a la Autoridad Ambiental de Aplicación Responsable desde su escritorio, conocer de manera inmediata los valores con lo que está descargando la empresa sus aguas residuales de manera permanente en función que los resultados son controlados, registrados y reportados cada segundo. La viabilidad del proyecto se la refleja en la última parte del estudio en donde se estableció el costo beneficio de la instalación de este sistema mixto de control y recirculación en línea, porque comparado con el sistema de evaluación actual de la calidad de la descarga de agua residual, se evidenció un ahorro significativo. / Tesis

El oxígeno disuelto en un estanque de crianza de peces, es una variable importante a medir, debido a que el oxígeno que los peces absorben mejorará su engorde y, con esto podemos obtener peces en mejores condiciones, tanto para su consumo como para su venta. La variable del oxígeno disuelto se mide, usualmente mediante un sensor o un equipo de medición multivariables para acuicultura, los cuales tienen un costo alto en comparación con los equipos de medición de otras variables, además de contar con una lectura de la variable oscilante, es decir, da una lectura que en el tiempo varía, y no se logra estabilizar. / Tesis

El presente Trabajo de Título tuvo por objetivo la simulación del control de Oxígeno Disuelto (OD) y la Demanda Química de Oxígeno (DQO) biodegradable en un sistema de lodos activados utilizando el modelo IWA ASM1 (considerando solo la remoción de carbono). Los datos de dimensionamiento, concentraciones y cinética bacteriana necesarias para la implementación del control fueron obtenidos de la ingeniería de una planta de tratamiento de aguas servidas. El control se basó en dos lazos feedback que controlaban el OD y DQO modificando las variables de entrada coeficiente de transferencia global de oxígeno (KLa) y tasa de recirculación de lodos activos ( r ), las que corresponden a flujo de aire alimentado y a flujo de lodos reciclado. La medición de las variables controladas se llevó a cabo mediante un método directo de medición de OD y uno indirecto para inferir la DQO biodegradable. La simulación dinámica del control realizado ante perturbaciones en la DQO biodegradable alimentada responde ajustándose dentro de límites impuestos por autoridad ( 70 ppm de DQO biodegradable en el efluente) y los límites necesarios para la operatividad del proceso (1 ppm de OD en el reactor). Otro objetivo que se persigue es un tiempo de asentamiento de las respuestas de los sistemas controlados sea cercano a medio turno de operador. Los resultados de la simulación son bastante alentadores respecto a la utilización de un sensor virtual de DQO biodegradable basado en la medición de OD y en una relación constante DQO biodegradable/OD, puesto que al cerrar el lazo de control de DQO con esta medición, se ajusta bastante bien al comportamiento del valor teórico. No obstante, esta medición no es certera y produce problemas de estabilidad, por lo que resulta más complejo hacer la sintonización y debiera utilizarse acompañado de mediciones periódicas de DQO biodegradable que permitan corregir valores predichos. En cualquier caso, es posible mantener las respuestas bajo los criterios de control impuestos. También se pudo observar que el sistema entrega valores distantes a los empíricamente esperados en algunos casos, producto de la hipótesis simplificatoria que mantiene la concentración de biomasa de los lodos constante, esto debe ser corregirse en futuras experiencia mediante un sensor virtual de DQO biodegradable basado en un balance de masa de lodos sedimentados o mediante un sensor de sólidos suspendidos. Ya sea utilizando una hipótesis de densidad constante o un balance de masas más estricto, debiese realizarse periódicamente una comprobación de la densidad de los lodos con tal de predecir comportamientos con mayor grado de certeza. Finalmente, se considera que el programa es un buen complemento para el control (no necesariamente automático) del funcionamiento de la planta puesto que sus resultados pueden ser aplicados en el programa de control diario.

El oxígeno disuelto en un estanque de crianza de peces, es una variable importante a medir, debido a que el oxígeno que los peces absorben mejorará su engorde y, con esto podemos obtener peces en mejores condiciones, tanto para su consumo como para su venta. La variable del oxígeno disuelto se mide, usualmente mediante un sensor o un equipo de medición multivariables para acuicultura, los cuales tienen un costo alto en comparación con los equipos de medición de otras variables, además de contar con una lectura de la variable oscilante, es decir, da una lectura que en el tiempo varía, y no se logra estabilizar.