Magíster en Ciencias de la Ingeniería Química

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  • Publication
    ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE SECADO Y DE LA DEGRADACIÓN DE POLIFENOLES DE LA CÁSCARA DE GRANADA DESHIDRATADA EN DOBLE TAMBOR ROTATORIO
    (2016-07)
    GALAZ CAMPOS, PAULINA SOLEDAD
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    SIMPSON RIVERA, RICARDO (Profesor Guía)
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    VALDENEGRO ESPINOZA, MÓNIKA (Profesora Guía)
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    ESCOBAR PEÑA, MARCELA (Profesora Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
    Hoy en día la cáscara de la granada es considerada un desecho agroindustrial. Sin embargo ésta posee un alto contenido de compuestos polifenólicos antioxidantes con comprobadas propiedades beneficiosas para la salud que también pueden tener un uso como preservantes y pigmentos naturales, entre otros. Por lo tanto la cáscara de granada podría utilizarse como ingrediente funcional y/o aditivo natural para mejorar la calidad de los alimentos. Una forma de dar estabilidad fisicoquímica y microbiológica a materiales vegetales es a través del secado. El secado busca reducir la actividad de agua para evitar reacciones de deterioro y controlar el crecimiento microbiano y, de esta forma, prolongar la vida útil de los productos frutícolas. El secador de doble tambor rotatorio es un sistema que utiliza altas temperaturas y gracias a su transferencia de calor eficiente logra reducir el contenido de humedad (actividad de agua) en cortos tiempos de proceso. Es sabido que la combinación de temperatura aplicada y tiempos requeridos para el secado puede afectar la estabilidad de los compuestos polifenólicos y minimizar su actividad antioxidante en el producto final. Así, el objetivo general de esta tesis es estudiar la cinética de secado y la degradación de compuestos polifenólicos de la cáscara de granada secada en doble tambor rotatorio a las temperaturas de 100, 110 y 120°C. Para ello, se obtuvieron datos experimentales de la cáscara de granada secada en doble tambor rotatorio a escala piloto a cada temperatura y por distintos tiempos. Mediante mínimos cuadrados se ajustaron los modelos de difusión de Page (k, n) y cálculo fraccional (k1, k2, α) a los datos experimentales. Además durante el proceso de secado se cuantificó el contenido de polifenoles totales presentes en la cáscara de granada. El secado de la cáscara de granada en tambor rotatorio necesitó tiempos de proceso en el orden de los minutos para obtener un producto con bajos contenido de humedad (actividad de agua) y por lo tanto estable. Además, el contenido de polifenoles totales de la cáscara de granada no cambió durante el secado a ninguna de las temperaturas en estudio. Así, en 4 minutos y 17 segundos a 120°C se obtuvo un ingrediente de la cáscara de granada que mantiene su contenido de polifenoles totales y taninos hidrolizables, así como su capacidad antioxidante. En conclusión, el secado en doble tambor rotatorio es una buena alternativa para obtener un ingrediente de calidad a partir de la cáscara de granada de manera de reutilizar y agregar valor a este desecho agroindustrial.
  • Publication
    NITRIFICACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN AUTÓTROFA SIMULTÁNEA EN UN REACTOR SECUENCIAL BATCH USANDO AZUFRE ELEMENTAL COMO DADOR DE ELECTRONES
    (2019-10)
    CORBALÁN GUTIÉRREZ, MARIO ANDRÉS
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    GUERRERO, LORNA (Profesora Guía)
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    DA SILVA, CRISTOPHER (Profesor Correferente)
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    HUILIÑIR, CÉSAR (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
    La tecnología de nitrificación-desnitrificación autótrofa simultánea en un reactor secuencial batch (SND-SBR) resulta ser una tecnología emergente (en fase de estudio) y versátil para la eliminación de compuestos nitrogenados presentes en efluentes de la industria. Sin embargo, requiere una atención especial en las estrategias operativas debido a la baja tasa de crecimiento de los microorganismos autótrofos, la sensibilidad a los cambios de pH, temperatura y oxígeno disuelto, además de los costos energéticos en los que se incurren al tratar de controlar estas variables. El objetivo de la investigación consiste la puesta en marcha y posterior operación de un reactor SBR de nitrificación/desnitrificación autótrofa con azufre elemental como dador de electrones, con el fin de evaluar el comportamiento operacional y estudiar la cinética del sistema propuesto, en el marco del proyecto Fondecyt 1170103: “Simultaneous Removal of Carbon-Nitrogen-Sulfide in a New Sequential Batch Biofilm Reactor with Elemental Sulfur and Zeolite as Support: Performance and Modeling”. Para ello, se montó un reactor de 2 L, el cual se inoculó utilizando lodo anaerobio de purín de cerdo y lodo aerobio obtenido de una planta faenadora de pollos. El reactor fue operado con una estrategia de alimentación distribuida, también llamada step-feed, la que permite disminuir los efectos de inhibición por sustrato. La operación se realizó con ciclos de tres días, distribuidos en 3 alimentaciones de una hora cada una, luego ocho horas de operación anóxica donde es llevada a cabo la desnitrificación, ocho horas de operación aireada donde es llevada a cabo la nitrificación, seis horas más de operación anóxica y finalmente una hora de operación aeróbica. Al finalizar el tercer sub-ciclo, se realiza una sedimentación y posterior extracción del efluente. El sistema SND-SBR fue operado un total de 154 días en los cuales se realizaron 51 ciclos completos. Se operó con velocidades de carga nitrogenada (VCN) ascendente, desde 0,0296 hasta 0,0426 kg NTK/m3·d. La relación C/N se mantuvo constante durante toda la operación a través del uso de una alimentación sintética. El reactor se mantuvo en ambiente de oscuridad y a una temperatura de 31ºC.
  • Publication
    MODELACIÓN MATEMÁTICA PARA INVESTIGAR LA EFECTIVIDAD DE LA TECNOLOGÍA DE PERFORACIÓN LÁSER EN LA VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE MATERIA PARA EL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA EN MANZANA GRANNY SMITH
    (2019-11)
    VELOSO ECHEVERRÍA, GONZALO ANDRÉS
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    SIMPSON RIVERA, RICARDO (Profesor Guía)
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    JAQUES SOLIS, ALDONZA (Profesora Correferente)
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    NÚÑEZ ANDRADE, HELENA (Profesora Correferente)
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    LEMUS MONDACA, ROBERTO (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
    La técnica de Deshidratación Osmótica (DO) es utilizada en la industria alimentaria como pretratamiento a procesos de secado de alimentos. El gran inconveniente de esta técnica son los largos tiempos de proceso requeridos, con el consecuente costo económico que esto conlleva. En este contexto, se propone el uso de láser de CO2 para la generación artificial de poros en manzanas, creando nuevos espacios disponibles para la difusión de soluto (azúcar) y generando perfiles difusivos bidireccionales hacia el interior de ésta. Para estimar la eficiencia en el uso de esta técnica, se plantean dos modelos matemáticos, basados en la ley de Fick, que describen el proceso de difusión desde un medio concentrado hacia un medio de concentración inicial homogénea, que cumple la condición de placa infinita. El primero considera independencia de la coordenada temporal y espacial, convergiendo en una exponencial, mientras que el segundo se basa en la función error complementaria (erfc). El efecto de la perforación es modelado de manera independiente, teniendo como solución global el acople del aporte desde la solución y desde las perforaciones. Los modelos matemáticos se contrastan con datos experimentales para su validación. Con este fin se midió la variación de concentración de sólidos totales en el tiempo para láminas circulares de manzana Granny Smith de 38,31±0,12[mm] de diámetro y 5,29±0,07[mm] de espesor, en una solución azucarada de 45°Brix a 40[°C] constante en el tiempo. Los tiempos de muestreo se seleccionan mediante un diseño D-optimal, mientras que los experimentos a realizar se determinan según la metodología Taguchi, considerando dos variables de observación: el tamaño de poro y la distribución de la perforación. Al comparar los modelos teóricos con el resultado experimental se obtienen para el modelo exponencial acoplado valores de R2 en un rango de 0,83 a 0,94, mientras que el modelo erfc acoplado presenta valores de R2 por sobre 0,92 en todos los casos, por lo que se selecciona este último para su uso en el análisis de variables de incidencia. Este modelo indica como variables de mayor relevancia la cantidad de perforaciones y el diámetro de perforación, con los que se puede alcanzar una reducción de 54,7% al considerar 100 poros de 0,6[mm] de diámetro, y 57,4% de reducción al considerar 64 poros de 1[mm] de diámetro, en el tiempo requerido para alcanzar una concentración normalizada de 0,6. Por otro lado, cambios en la distribución de la perforación no generan diferencias entre sí, por lo que no se considera un parámetro relevante en la aplicación de la técnica. La efectividad de a técnica se comprueba al ajustar los modelos exponencial y erfc sin el acople de la perforación a los datos experimentales, y comparar la velocidad de transferencia de masa mediante el parámetro de ajuste Deff, obteniendo un valor tres veces mayor al valor obtenido para el caso control con el caso de 64 perforaciones de diámetro 600[µm] en una distribución cuadrada, y el modelo erfc. Se ajusta un modelo fraccional (anómalo) de dos parámetros a los datos experimentales, con el cual no existe una mejora en la calidad del ajuste, dado que se obtienen valores de R2 similares a los obtenidos con el ajuste del modelo erfc.
  • Publication
    EFECTO DE LA SEPARACIÓN DE PRODUCTOS DE HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE PROTEÍNAS DE SUERO DE LECHE MEDIANTE ULTRAFILTRACIÓN SOBRE LA PRODUCTIVIDAD DE UN REACTOR DE MEMBRANA
    (2019-10)
    IBÁÑEZ ESPINEL, FRANCISCO
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    VALENCIA ARAYA, PEDRO (Profesor Guía)
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    ASTUDILLO, CAROLINA (Profesora Correferente)
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    ALMONACID, SERGIO (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
    La hidrólisis enzimática de proteı́nas de aislado proteico de suero de leche (APSL), genera péptidos con alto valor agregado, debido a las múltiples propiedades funcio- nales ausentes en las proteı́nas originales. Se sabe que la enzima es el factor más importante en los costos del proceso y que es inhibida por los productos de la reac- ción, disminuyendo la productividad del sistema. La hipótesis postula que la separa- ción de los productos de hidrólisis y el reciclaje de la enzima mediante un reactor de membrana aumentan significativamente la productividad del proceso. El objetivo de esta propuesta es determinar el efecto de la separación de productos de reacción y del reciclaje de enzimas mediante ultrafiltración en la productividad del reactor en- zimático de membrana (REM) para la hidrólisis de APSL. La metodologı́a consistió en el estudio del desempeño de un reactor acoplado a una membrana de ultrafil- tración. Se propusieron tres configuraciones del reactor: i) el reactor enzimático de membrana cı́clico por lotes (CBEMR), para estudiar el efecto inhibitorio del tamaño de los péptidos formados durante la hidrólisis, ii) el reactor enzimático de membra- na semicontinuo (SCEMR), para evaluar el efecto de la separación de los productos de hidrólisis durante la reacción y iii) el reactor enzimático de membrana continuo (CEMR), para evaluar el efecto de la adición continua de sustrato fresco a la reacción. La evidencia obtenida mostró un aumento significativo de la productividad debido a la separación continua de los productos de hidrólisis mediante una membrana de ultrafiltración comparado con un reactor operado en modalidad batch. Se observó un aumento de la eficiencia del proceso, debido a la retención y reutilización de la enzima en 5 ciclos completos de operación, con una disminución del efecto de la inhibición por producto y un aumento de la productividad total del sistema de 439 [ %], 530 [ %] y 416 [ %] para los CEMR de 1 [kDa], 5 [kDa] y 10 [kDa], respectivamente. Los resul- tados de esta investigación resaltan la importancia de la implemetanción de reactores enzimáticos de membrana para las reacciones de hidrólisis de proteı́nas en términos de la productividad total acumulada y de la actividad relativa de la enzima.
  • Publication
    EXPERIMENTAL MEASUREMENT OF THERMODYAMIC, TRANSPORT PROPERTIES & INTERFACIAL PROPERTIES AS WELL AS PHASE BOUNDARIES RELEVANT TO THE CO2 CAPTURE, UTILIZATION & SEQUESTATION
    (2019-10)
    VILLABLANCA AHUES, RAFAEL
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    DE LA FUENTE, JUAN (Profesor Guía)
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    CANALES, ROBERTO (Profesor Correferente)
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    JAEGER, PHILIP (Profesor Correferente)
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    NUÑEZ, GONZALO (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
    Large parts of the industry depend on combustion technologies, not only to satisfy the energy demand but also for production the processes. As a direct consequence Carbon Dioxide (CO2) has increased its concentration in the atmosphere, interfering with the natural Carbon Cycle. CO2 is the main contributor to the global warming among the Greenhouse-Effect Gases (water vapor, methane, nitrous oxide among the others). It is accepted by the scientific community (Intergovernmental panel on climate change, 2013) that the increasing concentration of CO2 in the atmosphere is mainly caused by human activities (anthropogenic) on a direct way e.g., cement production, fossil or high carbon content fuel combustion like power plants or indirect e.g., deforestation. There are international efforts to decrease CO2 atmospheric concentration, being the most promising alternative Carbon Capture Utilization & Sequestration (CCUS) technologies. CCUS consist in 4 stages: Capture, Purification, Transport, and Sequestration or Utilization. Two of these stages are crucial for CCUS, transportation and sequestration, where thermodynamic and transport properties are needed in order to achieve them. For the transportation stage, the study of phase behavior of CO2 rich mixtures containing H2O and other contaminants becomes necessary. This knowledge regarding CO2 rich mixtures is also useful for sequestration. There are other properties worth studying for sequestration and transportation such as mutual diffusivities, and interfacial tension (IFT). Given the lack of data regarding these properties available on the literature, simple methods to measure them were used and compared with available literature. Diffusion coefficient relevant to Sequestration conditions were estimated by three methods, the Stoke-Einstein diffusion coefficient formula is used to estimate pure diffusivities, statistical methods is proposed and the Fick’s second law for longer times at reservoir conditions. The las two models vary between 1.98 x10-8 and 8.52x10-8 m2/s, at 40-60°C and 5-20MPa. The effect of natural convection is observed in view of the effective diffusion coefficient at these conditions and supported by the Ryleigh number. IFT was measured with a pendant drop method at transport conditions of 5-40°C and 5- 20 MPa resulting in values between 9 and 43 𝑚𝑁/𝑚. Phase behavior of three systems containing CO2+Contaminants that represents oxidize, reduce and a real complex mixture were measured to see the influence of different pollutants on the dew and boiling lines. The change in these systems is related to the presence of compounds with critical points at very low temperatures and pressures. This work allows to increase the amount of available data relevant to CCUS technologies and extend the required data base.