Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / Las zonas áridas de Chile corresponden aproximadamente al 40% del territorio nacional, y están compuestas por suelos potencialmente productivos no utilizados. Las potenciales áreas para la expansión de cultivos energéticos, no representan competencia para los cultivos con fines alimenticios, debido a que son suelos marginales y áridos, subutilizados debido a la degradación que poseen, inviables para la producción agroalimentaria. El uso de aguas servidas para el riego de cultivos energéticos contribuye a la disminución de la demanda de agua de riego frente a la escasez. Las especies del género Atriplex representan una opción para la producción de biomasa para bioenergía. Esta memoria determinó el efecto del riego con aguas servidas tratadas sobre el crecimiento y desarrollo de A. nummularia, A. halimus y A. canescens, con fines bioenergéticos.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniera Forestal / El presente estudio evalúa la producción y productividad de biomasa aérea en un bosque secundario de Nothofagus macrocarpa ubicado en el Santuario de la Naturaleza Cerro El Roble. Para ello, en tres sectores en los que la estructura del bosque corresponde a un bosque secundario, se establecen parcelas de 0,05 ha y se obtiene la tabla de rodal del bosque. Según la dispersión diamétrica de los individuos, se cosechan 63 vástagos, midiéndose en terreno, el diámetro a la altura del pecho (DAP), la altura total (H), la altura de tocón (Ht) y el crecimiento en longitud de la ramilla principal de la copa. Las hojas de la copa, ramas y rodelas obtenidas de los fustes seccionados desde la base cada un metro, son transportados en sacos rotulados a laboratorio, donde se separan manualmente según componente: hojas, ramas y ramillas y fuste. El material es almacenado en bolsas de papel y secado en estufa a 65º C, hasta alcanzar peso constante, a fin de determinar el peso seco por componente y vástago.

Ingeniero Civil en Biotecnología. Ingeniero Civil Químico / Producto de la crisis energética actual y el consumo proyectado a futuro, se están buscando maneras de diversificar la matriz energética, abriéndose a diversas opciones de preferencia renovables. En este contexto surge la producción de energía a partir de biomasa como una alternativa viable debido principalmente a su carácter natural y renovable. Dentro de este tipo de energía los biocombustibles son candidatos prometedores debido a su capacidad de utilizarse en motores de combustión interna sin producir gases de efecto invernadero y sin la necesidad de modificar las tecnologías ya existentes para su uso, siendo el biobutanol la alternativa más destacada por sobre el resto. La producción de este tipo de biocombustible se ha tendido a desarrollar en los últimos años en plataformas biológicas, los llamados biocombustibles de tercera generación, debido principalmente al fácil acceso a la materia prima, las algas, y a la mayor eficiencia económica que este tipo de producción ofrece. La producción biológica del biobutanol se centra principalmente en dos rutas metabólicas: La ruta de síntesis de valina y la ruta de Ehrlich. Cinco enzimas regulan la síntesis del biobutanol mediante estas dos rutas metabólicas dentro de las cuales la que presenta los parámetros cinéticos más bajos y por ende es el cuello de botella del proceso de síntesis es la acetolactato sintasa. El objetivo del presente trabajo consiste en encontrar una enzima acetolactato sintasa en un microorganismo que presente parámetros cinéticos superiores a la mayoría de las enzimas de este tipo, para posteriormente expresar esta enzima en Escherichia coli de forma heteróloga y comparar los resultados en la producción de isobutanol con la enzima nativa de la bacteria. Se pretende además realizar mediante diseño racional in silico una mutación en la enzima heteróloga con el fin de mejorar la eficiencia catalítica de esta. Mediante búsqueda bibliográfica se determinó que la enzima acetolactato sintasa de Klebsiella pneumoniae posee parámetros cinéticos que la hacen una opción atractiva para este estudio. Se realizaron mutaciones sitio-dirigidas in silico en esta enzima y se estimaron los aumentos en la afinidad entre la enzima y el ligando. La mutación Y543R de la enzima presenta el mayor aumento en la afinidad por el sustrato dentro de las opciones probadas con un aumento del 12% en comparación con la original. No se logró expresar la enzima de forma heterologa en los experimentos de laboratorio debido a un error en el diseño de partidores que resultó en la expresión de una enzima oxido-reductasa de tamaño similar a la acetolactato sintasa. Se propone para futuros trabajos un ensayo de Nested PCR para la correcta obtención del gen que codifica la enzima acetotlactato sintasa a partir del DNA genómico de Klebsiella pneumoniae y una vez expresada correctamente la enzima realizar las comparaciones tanto en los parámetros cinéticos como en la producción de isobutanol con la enzima nativa de Escherichia coli y con la enzima heterologa mutada.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Química / La presente memoria evalúa el proyecto de producción de Combustible Alternativo Sólido (CAS), el cual encuentra su motivación en los crecientes requerimientos energéticos del país, en la necesidad de diversificar la matriz energética y en las escazas alternativas para la gestión de los residuos en Chile. Para enfrentar dicha realidad, se propone una alternativa para el tratamiento y gestión de los residuos, que corresponde a su co-procesamiento en la industria cementera, disminuyendo el porcentaje de desechos que se dispone en depósitos de seguridad o rellenos sanitarios. El proyecto considera como materia prima a aquellos residuos industriales que posean alto poder calorífico, bajo contenido de cloro y de otros compuestos, que dañan la operación de los hornos rotatorios, donde se ingresará el producto para ser utilizado como insumo energético. El estudio de mercado, determina que existe materia prima disponible en el mercado actual de residuos. El diseño de la planta considera un flujo de materia prima igual a 2,7[ton/h], el cual logra cubrir la demanda estimada de CAS. La materia prima se somete a etapas de separación por tamaño, trituración, mezclado, separación de metales, una nueva separación por tamaño y un mezclado final entre materiales sólidos y líquidos, logrando con ello producir 2,36[ton/h] de CAS. Gracias a la evaluación social y ambiental, se identifican beneficios del proyecto, como la reducción de residuos en Chile y el aumento de la vida útil de los depósitos de seguridad y rellenos sanitarios presentes en el país. Finalmente se concluye que sólo es recomendable realizar el proyecto, bajo ciertos supuestos del precio de venta, por lo que se deben acordar previamente tarifas con clientes para lograr aquellas tarifas que sustenten el proyecto. También es importante mencionar que el proyecto tiene aportes que superan lo exclusivamente económico, que se describen en el análisis integral, donde se utilizó la herramienta HAIN.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Forestal / Se identificaron las áreas potenciales para el establecimiento de plantaciones dendroenergéticas para la Comuna de Empedrado, Región del Maule, utilizando criterios ambientales y territoriales. Para ello se propusieron cinco especies forestales, Acacia dealbata, Acacia melanoxylon, Chamaecytisus proliferus ssp. palmensis, Eucalyptus camaldulensis y Robinia pseudoacacia. El primer paso para establecer este tipo de plantaciones fue encontrar áreas susceptibles de recibirlas. Para identificar áreas potenciales físicas para plantaciones dendroenergéticas se evaluó la aptitud del terreno integrando la opinión de expertos en plantaciones forestales y dendroenergía, más la información cartográfica y digital disponible de la Comuna de Empedrado, además de los requerimientos ambientales de las especies propuestas obtenidos mediante investigación documental. Se determinaron nueve variables climáticas, edáficas y orográficas que fueron jerarquizadas por los expertos a través del método delphi. Esta información fue incorporada en sistemas de información geográfica (SIG) a través de matrices de comparación de pares para determinar el peso de cada variable. Cada variable se representó espacialmente y fueron transformadas a una escala común a través de procesos fuzzy (lógica borrosa).

The thesis deals with the issue of renewable resources in general terms. It describes advantages and disadvantages of individual renewable sources and their potential in rural areas. The thesis focuses on the area of the MAS Poličsko. Natural conditions of the area are described first (in term geomorphological, climatic conditions, agriculture and forestry, etc.). Based on the acquired knowledge, it was assessed that the use of solar and biomass energy seems to be the most suitable for the area. Furthermore, existing renewable resources (incl. photos) and brownfields, which represent one of the possibilities for effective solar power placement, were examined and described. The main part of the thesis consists of designing photovoltaic and solar system and a biomass boiler for two family houses located in Polička. Calculations were performed using the interactive application PVGIS, “Kotlíkové kalkulačky” and Microsoft Excel. The results show that the use of a variant of photovoltaic system (variant A1) is the most advantageous.

En este trabajo, se diseñó y probó a escala piloto un medio de cultivo a base de bagazo de manzana como sustrato para la producción industrial de biomasa de levaduras de vino nativas Patagónicas convencionales y no convencionales. El bagazo de manzana se caracterizó fisicoquímicamente y su potencial utilidad como componente de un medio de cultivo completo para la producción de biomasa de levadura se evaluó en primer lugar utilizando diseños experimentales factoriales. La influencia de la composición del medio sobre los parámetros de crecimiento de las levaduras vínicas autóctonas de la Patagonia, se analizó mediante diseños Plackett-Burman y compuesto central con metodología de superficie de respuesta, comparando en cada ensayo el bagazo de manzana con la melaza de caña, el sustrato comúnmente utilizado para la propagación de biomasa. Se formuló la composición del medio de cultivo y se validaron los modelos. Seguidamente, la composición del medio de cultivo se optimizó en cultivos por lote a escala piloto (20 L) ajustándose la fuente nitrogenada, el pH y la temperatura hasta obtener una conversión óptima del sustrato en producto, en función del tiempo de fermentación. La calidad microbiológica de la biomasa obtenida se evaluó mediante métodos convencionales y sus propiedades tecnológicas se analizaron a escala industrial mediante vinificaciones guiadas utilizando la biomasa húmeda obtenida y dos iniciadores comerciales como controles. La cinética de la fermentación, seguida por evolución de la densidad del mosto, fue óptima y capacidad de implantación de las cepas, evaluada mediante recuento de viables en un medio completo y discriminación de las cepas por ADNm RFLP utilizando la endonucleasa Hinf I, resultó del 100 %. Los vinos fueron analizados química y sensorialmente y sometidos a una prueba de preferencia del consumidor con resultados estadísticamente significativos y favorables. Finalmente, se realizó un estudio de factibilidad técnica y económica del proyecto de producción de levadura seca activa (LSA) teniendo en cuenta las necesidades regionales, obteniéndose resultados favorables. Los resultados permiten concluir que el bagazo de manzana constituye un sustrato ventajoso para la propagación de levaduras enológicas, en particular las Crabtree positivas como Saccharomyces cerevisiae, tanto desde un punto de vista nutricional, tecnológico como económico. Importancia e impacto del estudio: Este trabajo propone transformar un material alternativo rico en carbono, generosamente disponible en la región de la Patagonia y generado como desecho industrial, en un recursos energéticos sostenible, económicamente rentable y amigable con el medio ambiente destinado a la producción de insumos alimenticios que involucren levaduras. Adicionalmente el proyecto agregará valor a la producción vitivinícola local y permitirá la sustitución de insumos importados. / A culture medium based on apple bagasse was designed and tested as a substrate for biomass production of conventional and unconventional Patagonian native wine yeasts. The physicochemical characterization of the apple bagasse/waste was carried out and its potential utility as a constituent of a complete culture medium for the production of yeast biomass was firstly analysed using the experimental statistical designs. Growth parameters of conventional and non-conventional Patagonian wine yeasts were analysed with Plackett–Burman designs and response surface methodology, comparing in each assay the apple bagasse substrate with the commonly used substrate for biomass development, cane molasses. The composition of the culture medium was formulated and models were validated. After this, culture medium composition was optimized at pilot scale (20 L) in batch cultures where nitrogen source, pH and process temperature were adjusting in order to obtain optimal substrate conversion into product. The biomass microbiological quality was evaluated by conventional methods and its technological properties were assayed at industrial scale through guided vinifications using wet biomass and two commercial starters as controls. The kinetics of alcoholic fermentation were followed by density and implantation of the strains by counting viable cells on agar plate agar and molecular analysis using ADNm RFLP and Hinf I endonuclease. The wines were chemically analyzed and their oenological quality was evaluated using a consumer preference test with statistically favorable results for them. Finally, the technical and economic feasibility study of a project on active dry yeast production attending regional needs was performed. The results allow to conclude that apple bagasse constitutes an advantageous substrate for the propagation of enological yeasts from a nutritional, technological and economic point of view. Significance and Impact of the Study: This work propose to transform an alternate carbon-rich material, generously available in Patagonia region, originally generated as fruit industrial waste, into a source of sustainable, economically profitable, and environmentally friendly energy resource for the food supplies production that involving yeasts. The project allows also to improve the local wine industry as well as imported products substitution.

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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.