Ingeniería Civil Química (Santiago-San Joaquín)

Producto de la escasez hídrica mundial, se requiere más que nunca un uso eficiente y tratamiento eficaz para su posterior reutilización. Para ello es indispensable monitorear, detectar y remover aquellos contaminantes que a la fecha ingresan constantemente al medio sin presentar una norma o regulación de sus concentraciones limitantes en el entorno. Algunos de estos contaminantes, son los fármacos, cuyo aumento en la producción y el consumo impulsado por factores como el envejecimiento de la población, la mayor prevalencia de enfermedades crónicas y la innovación en el desarrollo de nuevos medicamentos, produce un impacto ambiental y efectos adversos en la salud de organismos vivos y humanos, tales como resistencia a los antibióticos, trastornos metabólicos, neurológicos, daños al sistema inmunológico, alteraciones, entre varios. En función de lo expuesto, en la presente investigación se planteó establecer una metodología multi-residual que detecte aquellos compuestos farmacológicos activos (CFA) con mayor presencia y concentración tanto a nivel mundial como nacional, además de su cuantificación por medio de la utilización de UHPLC acoplado a un espectrómetro de masas de triple cuadrupolo.

El constante aumento en las emisiones de CO2 debido al uso de combustibles fósiles, dan pie a buscar nuevas alternativas para la generación de energía. Una opción que engloba el uso de ERNC, captura de CO2 e hidrógeno verde es la producción de metanol, el cual posee una alto contenido energético y se encuentra en estado líquido a condiciones ambientales. La hidrogenación de CO2 para formar metanol se realiza regularmente en reactores multitubulares. Un punto importante para obtener una alta conversión de CO2 es la temperatura de operación, la cual se define para cierta composición de entrada, esta última al ir variando a lo largo del reactor da indicios de que la temperatura óptima pueda variar según el avance de la reacción. El objetivo general es determinar el impacto en el CAPEX y OPEX de la unidad de conversión al utilizar un perfil de temperatura variable en las secciones del reactor, frente a uno homogéneo en la totalidad de este. La investigación se realiza mediante el software Aspen HYSYS V9, donde se simula el comportamiento del reactor multitubular mediante un PFR isotérmico y se compara con la alternativa propuesta siendo cinco PFR en serie con enfriamiento intermedio para mantener la temperatura óptima constante en cada uno de ellos. La estrategia comienza buscando la temperatura óptima para la primera sección del reactor, donde una vez obtenida se realiza el mismo procedimiento para el segundo reactor pero considerando que el primer reactor ya posee su temperatura que maximiza la conversión de CO2, así sucesivamente hasta llegar a la última sección. Esto se realiza para dos casos de alimentación uno concentrado y el otro diluido. Se obtiene que al utilizar un perfil de temperatura variable el largo del reactor disminuye un 20% a diferencia de la alternativa tradicional. No obstante, los costos de inversión aumentan un 160% y de operación en 40% al implementar esta estrategia, por lo que aún es necesario estudiar alternativas distintas para llevar a cabo el perfil de temperatura óptimo, teniendo en consideración de que existe evidencia que al seccionar el reactor y controlar su temperatura es posible disminuir su largo en un porcentaje significativo, obteniendo la misma conversión que utilizando un único reactor isotérmico.

El uso de combustibles fósiles contribuye a la producción de gases de efecto invernadero que han producido alteración del clima y de la vida. Por ello una solución es utilizar energías renovables como los biocombustibles, donde las microalgas son un potencial candidato para su producción debido a que su contenido lipídico es alto, variando entre 30- 60% y que su cultivo es sustentable. La presente investigación se refiere a la cantidad de lípidos que se puede extraer de una microalga mediante extracción Soxhlet, donde se utilizó n-hexano como solvente control y etanol, agua y mezclas de etanol-agua para buscar un reemplazo más compatible con la vida y el medio ambiente que el n-hexano, debido a su toxicidad. El objetivo principal fue determinar la cantidad de lípidos que contienen las microalgas mediante extracción Soxhlet. El método utilizado se basó en la ISO 13944-2012. Los solventes utilizados fueron n-hexano, etanol anhidro, agua pura y mezclas de etanol-agua de 10-90% etanol. Se masaron muestras en triplicado de microalga Nannochloropsis gaditana de 10 g aproximadamente cada una y se realizó extracción durante 8 h. Luego se separó los lípidos de microalga de cada extracción para obtener la cantidad de lípidos y así también el rendimiento de extracción junto al gasto energético de cada separación. El rendimiento de extracción con n-hexano fue de 9,9%, con etanol de 27,2% y con agua de 7,0%. Del n-hexano se esperaba un rendimiento cercano al 30% debido a su afinidad con los lípidos, no obteniéndose el resultado esperado. El rendimiento del etanol concordó con la teoría y del agua se determinó que no se extrajeron lípidos por su polaridad. Las mezclas EtOH:Agua entre 90:10 y 70:30 (%v/v) obtuvieron mayores rendimientos de extracción de 29,4% y 30,1%, respectivamente, mientras que las mezclas EtOH:Agua entre 60:40 y 10:90, mostraron menores rendimientos de extracción, entre 2,7% y 11%, respectivamente. También se notó que las mezclas con mayor porcentaje de etanol y n-hexano extrajeron mayor cantidad de clorofila. Respecto al gasto energético, las mezclas EtOH:Agua desde 10:90 a 50:50 (%v/v) obtuvieron mayor gasto energético de 19 kWh, las extracciones con mezclas EtOH:Agua 60:40 a 90:10 un gasto de 10 kWh y finalmente el etanol puro y el n-hexano obtuvieron gastos cercanos a 2 kWh. Se logró determinar la cantidad de lípidos contenidos en la microalga N. gaditana, el rendimiento de extracción de lípidos y gasto energético, determinándose que las mezclas EtOH:Agua entre 70:30 a 90:10 (%v/v) tienen un mayor rendimiento de extracción y al ser más amigables con el medio ambiente son ideales para reemplazar el n-hexano, pero debido a su gasto energético, se debe evaluar, en otra investigación, si un mayor gasto energético es más amigable que usar hexano.

Actualmente, en el país, la mayor emisón de gases de efecto invernadero (GEI) proviene de la industria de generación de electricidad. Al 2021, el 42% de la capacidad instalada nacional proviene de fuentes fósiles. Con el fin de descarbonizar la matriz eléctrica se requiere aumentar el uso de energías provenientes de fuentes renovables no convencionales (ERNC), como la solar y eólica, y, de esta manera, aprovechar el gran potencial de generación eléctrica renovable el cual se estima en 2150 GW. Las ERNC tienen la gran ventajas de ser ser inagotables, pueden no generar GEI y están siendo economicamente competitivas frente a las fósiles. Pero tienen el problema de ser intermitentes, ya que dependen de la disponibilidad del sol y el viento, provocando un desbalance energ´etico entre la generación eléctrica y su consumo por parte de la población. Por ello, lograr la total descarbonización de la matriz eléctrica requiere un sistema de gestión sostenible y de alta capacidad, que permita almacenar y despachar de forma oportuna y eficiente; facilitando así, el balance entre el suministro y la demanda eléctrica. Este proyecto de memoria propone un sistema de gestión basado en la producción y combustión de metanol verde, para el almacenamiento y la generación de energía eléctrica respectivamente. El sistema, se basa en la generación de electricidad a partir de los vientos en la Región de Magallanes y, de esta forma, aprovechar su gran potencial. La energía sobregenerada alimenta un electrolizador, el cual, permite la generación de hidrógeno verde. A la vez, alimenta una unidad de captura de CO2 atmosférico para producir metanol, esto, mediante la reacción de hidrogenación de CO2 . El metanol, se almacena para su posterior reinyección a la red, cuando la demanda supere la generación eólica. La transformación de la energía química del metanol en energía eléctrica se realiza mediante una turbina de gas cuya capacidad es de 10,5 MW y opera con una eficiencia del 28%. En base a esto, la producción de metanol alcanza las 24 kton anuales, la capacidad del electrolizador es de 54 MW y el sistema DAC es de 34 kton de CO2; mientras que la capacidad eólica de la planta alcanza los 82,8 MW. Finalmente, se obtiene que la batería diseñada tiene una capacidad de almacenamiento de 750 MWh, equivalente a 170 m3 de metanol, cuya eficiencia alcanza un 18%

Chile en los últimos años ha presenciado como el cambio climático ha afectado a gran parte de los recursos hídricos que tiene el país, por lo que es necesario una búsqueda de nuevas alternativas capaces de mitigar la escasez hídrica. Frente a esto, aparece la opción de reutilización de aguas grises para disminuir la demanda, mantener la oferta y beneficiar a un grupo de personas que necesite de esta oportunidad. De esta manera, se buscó analizar la factibilidad técnica y económica de un conjunto de sistemas de tratamiento y distribución de aguas grises en una localidad de la quinta región, a fin de proporcionar soluciones de mitigación de sequía, donde se seleccionó alternativas para el tratamiento de las aguas grises, tomando en consideración las necesidades de la localidad afectada, desarrollar el estudio técnico del sistema del conjunto de tratamiento y distribución de aguas grises, capaz de otorgar beneficios y soluciones de mitigación de sequía y desarrollar la evaluación económica del proyecto, tomando en consideración el carácter social del estudio. Para cumplir con este objetivo, se seleccionó el lugar ubicado en Lo Vásquez, Casablanca, y se realizó una encuesta y un taller FODA a una población de 16 casas. Se estableció que el agua a tratar correspondería solo a aguas provenientes de lavadora debido a la menor intervención que presenta y un sistema individual por casas dada las condiciones que presentaba el alcantarillado. También se seleccionó la alternativa de tratamiento, que consiste en un sistema de distribución de aguas grises con una etapa de filtración, un biofiltro y desinfección, el cual se seleccionó por los eficientes porcentajes de remoción que permiten estar por debajo de los límites máximos de la Ley 21.075 de Chile, además de presentar bajos costos de operación y mantenimiento