Ingeniería Civil Química

La generación de residuos orgánicos ha mostrado un aumento acelerado a nivel mundial. En Chile, los residuos orgánicos constituyen, según el ministerio del medio ambiente, el 58% de los residuos totales, siendo aprovechados apenas el 1% de estos. El proceso de digestión anaeróbica permite reutilizar residuos orgánicos buscando producir biogás con el fin de producir energía limpia y bioabono como productos con valor agregado, presentándose como una alternativa atractiva para producción energética limpia y el reaprovechamiento de residuos. En el país solo 6 empresas destinadas al tratamiento de RILes utilizan el proceso de digestión anaerobia, las que produjeron 68,2 millones de metros cúbicos de biogás durante el año 2018. La aplicación de esta tecnología ha sido lenta, debido a que las investigaciones realizadas no han profundizado en su totalidad el proceso, faltando así mayor conocimiento del mismo para mejorar la relación costo/beneficio de la tecnología. Lo anterior es principalmente debido al elevado costo de los equipos requeridos para el área de investigación. Es por esta razón, que el presente estudio tuvo como objetivo evaluar la factibilidad de construcción de un biorreactor agitado de bajo costo para estudios de digestión anaerobia a escala de laboratorio, esperando con ello, facilitar el acceso a esta tecnología con el fin de aumentar la eficiencia del proceso. El estudio consideró tres factores esenciales a la hora de diseñar y construir el equipo, los cuales fueron el recipiente, el sistema de agitación y el sistema de calefacción. El tanque digestor fue construido con acero inoxidable 304, del tipo cilíndrico vertical, con un volumen total de 7,4 litros. El sistema de calefacción consistió en un serpentín externo, fabricado con cobre recocido de 3/8’’ de diámetro, el cual se recubrió de plancha aislante de 3 milímetros para evitar pérdidas de calor hacia el ambiente. El sistema de agitación consideró un agitador de tipo helicoidal de 7,7 centímetros de diámetro por 15,9 centímetros de largo, útil para la homogeneización de fluidos viscosos como es el caso de las mezclas liquidas con alto contenido de materia orgánica. El equipo en su totalidad tuvo un costo de 8 UF, siendo este un valor equivalente al 0,5% del valor de mercado de un equipo similar. Las pruebas de funcionamiento del equipo no se realizaron debido a falta de equipos esenciales para su propósito. El estudio demostró que el diseño y construcción de un equipo a escala laboratorio de bajo costo es factible.

Danisco Chile S.A es una empresa productora de carragenina la cual es utilizada como gelificante, espesante y/o estabilizante en la industria alimenticia. De su proceso productivo se generan residuos líquidos industriales (RILes), los cuales son tratados actualmente por un proceso de separación física, coagulación y floculación, el cual entrega altos valores en la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) y la demanda química de oxígeno (DQO). Por tanto, el objetivo de este trabajo fue desarrollar una alternativa basada en un biofiltro a escala de laboratorio para la reducción de los parámetros de DBO5 y DQO em los residuos líquidos industriales derivados del proceso productivo sin considerar el uso de reactivos químicos o generación de lodos. Se realizaron pruebas a nivel de laboratorio, en donde se confeccionó un lombrifiltro mediante 4 capas filtrantes. En orden ascendente, la primera y segunda capa a base de piedras de distintos tamaños, una tercera capa de arena y para finalizar una mezcla de compostaje para lombrices, aserrín y tierra de hoja en donde se dispusieron los organismos. Se realizaron 2 pruebas con la campaña 1041, con RIL diluido y otra sin diluir. El caudal de alimentación fue de 2 L/h con un tiempo de retención hidráulico de 2 horas. Como resultado de estos ensayos se obtuvo una reducción en los parámetros de DBO5 en un 77% y 60%, DQO en un 78% y 58% y sólidos suspendidos totales en un 98% y 97% para RIL tratado diluido y no diluido, respectivamente, en comparación al RIL crudo sin tratar. Dado los buenos resultados, se analizó la factibilidad económica de instalar el sistema de tratamiento a escala industrial, haciendo uso de un espacio cerca de planta de RILes que actualmente se utiliza como almacenamiento intermedio para la torre de enfriamiento. Se consideró un sistema constituido por bolones de roca, roca más fina y arena que cubrieran una altura de 0,5 m, más 0,8 m cubiertos por viruta, compost, humus de lombriz y lombrices. Así, el análisis económico mostró que el proyecto sería económicamente viable a escala industrial para la campaña 1041, con un aumento del VAN a 10 años de 2,53 MUSD. En conclusión, se demostró que es factible reducir DBO5 y DQO en RILes de una de las campañas de Danisco Chile. Por otro lado, en la medida que confirmen estos resultados para las demás campañas, se demostró que la instalación y operación del lombrifiltro a escala industrial es factible técnica y económicamente.

Con el fin de disminuir la eutrofización causada por el desarrollo de la acuicultura se han estado desarrollando diversas tecnologías, dentro de estas destaca el uso de microalgas y bacterias desnitrificantes para el tratamiento de agua residuales, ya que poseen la capacidad de remover contaminantes y además transformarlos en un producto de mayor valor. En este trabajo el objetivo fue estudiar el efecto en la depuración de los contaminantes, en especial del nitrato, fosfato, nitrito y amonio a diferentes concentraciones de inoculo inicial de la microalga Tetradesmus obliquus la cual se encontraba en esferas de alginato en consorcio con bacterias desnitrificantes. También se buscó cuantificar el tiempo necesario para que las esferas perdieran sus capacidades mecánicas lo que se tradujo en la exudación de las microalgas al medio. Se utilizaron tres concentraciones de microalga, T1 (1,5 ∗ 105 cel/mL), T2 (5,5 ∗ 105 cel/mL) y T3 (2,2 ∗ 106 cel/mL). En los matraces se midió diariamente la concentración celular de las microalgas en las esferas, la absorbancia del medio de cultivo y la concentración de contaminantes en el medio. Al finalizar se observó que la concentración T3 fue el tamaño de inoculo inicial en donde se obtuvieron mejores resultados, obteniendo tasas de depuración máximas de 96% de amonio, 56% fosfato, 80% nitrito y 46% nitrato. Se concluye que la microalga Tetradesmus obliquus en consorcio con bacterias, es capaz de depurar de manera eficiente los contaminantes del agua y que la concentración inicial del inoculo es un factor importante que afecta las tasas de depuración.

Los jugos naturales de fruta son una fuente deseable de minerales, vitaminas y antioxidantes que contribuyen positivamente a una dieta equilibrada. El método más utilizado para la obtención de jugo es el mecánico, el cual consiste en someter la fruta a presión, centrifugación u otra fuerza física externa para extraer el jugo (Extracción de los Zumos, 2016). Este método tiene la ventaja de obtener jugos con similares características que la fruta de partida. Sin embargo, no todos los componentes bioactivos presentes en la fruta pasan al jugo, ya que estos se encuentran en otras partes de la fruta como la cáscara, semillas y pulpa (Naczk &Shahidi, 2006). Un proceso alternativo para la extracción de jugo de fruta es la extracción con vapor, el cual tiene como ventaja la protección de compuestos bioactivos presente en la fruta, debido al desplazamiento del oxígeno por parte del vapor (Mendes, 2016). Asimismo, el vapor aumenta el porcentaje de extracción de los compuestos bioactivos que no son solubles a temperatura ambiente, y no se requiere de un proceso posterior de pasterización y filtrado del producto final. No obstante, lo anterior, tiene el inconveniente de que el vapor diluye al jugo de fruta, por lo que constituye una limitante para la comercialización del jugo como jugo natural utilizando este método. En el Centro de Investigación de Polímeros Avanzados (CIPA) se ha desarrollado una tecnología basada en el método de extracción con vapor donde se reduce la dilución del jugo. Para ello, se ha diseñado y construido un extractor multipropósito (Rodriguez, 2021) que opera en dos modos: extracción de jugo y extracción de compuestos bioactivos. A fin de evaluar el funcionamiento del extractor y las variables que mayor importancia tienen en la calidad del producto se visualiza como oportunidad su uso para la producción de jugo utilizando la uva de la variedad País. Fruta estoica que constituye el sustento de más de 4.441 viticultores del Valle del Itata (Lima, 2015). Actualmente, los precios de comercialización de la uva País no cubren ni los gastos asociados a su producción, por lo que la producción de jugo de uva País podría ser una alternativa para revalorizar esta fruta (Biblioteca general INIA, 2023). Teniendo en cuenta que el extractor multipropósito solo ha sido probado con residuos de biomasa vegetal de la producción de uva. Específicamente, sarmiento de las parras de uva de la variedad País, plantadas en la comuna de San Nicolás, Valle del Itata, Región del Ñuble, Chile. Es por el cual existe la necesidad de probarlo en la producción de jugo y aprovechando la disponibilidad de la uva País en la Región del Ñuble. En este informe de habilitación profesional, se propone validar el uso del extractor multipropósito desarrollado en el CIPA, para la producción de jugo de uva País, considerando aspectos técnicos tales como rendimiento, productividad y las características física-químicas del jugo. A estas últimas, se les prestará especial atención debido a las propiedades antioxidantes mejoradas de este jugo con respecto a jugos de otras de variedades de uva (Ide, 2021). A nuestro criterio, la tecnología del extractor multipropósito a disposición de la uva País podría ser atractiva para la inversión privada en el Valle del Itata con el consiguiente beneficio para los viticultores de uvas de cepas patrimoniales.