Ingeniería Civil Química

Esta tesis se desarrolló en Planta Arauco Línea 3, Modernización y Ampliación de la Planta Arauco, la cual es la nueva línea de producción de pulpa de celulosa en el país y que tiene como objetivo principal aumentar la capacidad productiva de Planta Arauco a 2,1 millones de toneladas anuales. Debido a los diferentes avances tecnológicos en los procesos industriales, las plantas de celulosa, actualmente, cuentan con una gran cantidad de datos para su monitoreo y posterior análisis. Línea 3, presenta variados datos relacionados a diferentes variables de proceso, los cuales se encuentran dispersos en distintos sistemas, lo cual dificulta su acceso y visualización, es por esto que uno de los focos que tiene la panta es implementar un modelo de datos para la integración de estos, permitiendo centralizar y unificar la búsqueda de información de las variables. Es por ello, que el objetivo de este estudio es diseñar e implementar un modelo de datos que permita la integración de variables de proceso de los distintos sistemas de gestión y control de la planta. Para esto se realizó un estudio general de la planta junto a sus variables que se monitorean, y se diseñó la estructura a implementarse en tres secciones: 00 Base Line, 01 Sistemas, 02 Desarrollo. Una vez divididas las secciones y creadas las diversas áreas con su respectiva distribución, se crearon los TAGs con su descripción y unidad de medida correspondiente, además se debieron crear diferentes análisis para las estampas de tiempo requeridas: acumulación día en curso, acumulación día en curso específica, acumulación día, acumulación día específico, acumulación week to day, acumulación week to day específica, acumulación mes y acumulación mes específica. Posteriormente, se realizó un balance de materia modelado del área de Planta Química, el cual fue comparado con el balance de diseño obteniendo que el policloruro de aluminio fue el químico que más se consumió durante el día 04 de junio, superando en un 107% respecto a lo de diseño. Además, se realizó una valorización real, considerando los meses de marzo a junio, donde se obtuvo una diferencia de 4.306.807 USD respecto al valor de diseño, correspondientes a 118 días de la curva de partida. Asimismo, se realizó una valorización proyectada, considerando 6 días de producción, obteniendo que, mientras la planta opere con los mismos consumos de químicos del día 04 de junio del 2023, se obtiene una ganancia de 33.429 USD/d respecto a lo diseño, alcanzando la cantidad de toneladas anuales requerida en la planta.

La destilación es el proceso de separación más utilizado en la industria, teniendo aplicaciones en refinerías a partir de columnas de destilación, las cuales con el programa Aspen Hysys se simularon junto con otros equipos como hornos atmosféricos, hornos de vacío, separadores flash, separadores de 3 fases, acumuladores, desaladores, bombas, e intercambiadores de calor. Para este trabajo se simuló el proceso de Topping y Vacío II en Enap Refinería Bío Bio con un crudo convencional llamado Sauces y se usó el paquete termodinámico Peng-Robinson para equilibrio líquido-vapor, con la finalidad de validar el proceso con datos del balance de masa correspondientes al diseño de la refinería. Esta validación garantiza la eficiencia y calidad de los productos obtenidos. El proceso de refinación estudiado comienza con el calentamiento del petróleo a altas temperaturas para vaporizarlo parcialmente y separarlo en diferentes productos mediante una torre de fraccionamiento. De ella se obtiene el crudo reducido que alimenta a la torre de vacío para volver a separar sus componentes, para ello se reduce la presión total del sistema, que produce la disminución de la presión parcial y el punto de ebullición de cada uno de los componentes. Considerando lo anterior, se realizó la caracterización del crudo Sauces y se obtuvieron datos de presión, flujos y temperatura de cada fracción destilada. El rango de presiones fue de 1,41 (kg/cm2) a 5,63 (kg/cm2) y el rango de temperaturas fue de 125°C a 500°C aproximadamente, los cuales permiten conocer el rendimiento de cada corte. El crudo Sauces en Topping y Vacío II tiene un rendimiento mayor en los cortes de Nafta pesada y Gas Oil con un 24% y 23%, respectivamente. Luego le sigue el residuo con 19%, el destilado liviano con 17%, destilado pesado con 12%, la Nafta liviana con 4% y los gases de escape con 1%. Finalmente, los resultados demuestran la validación del modelo según los balances de masa obtenidos de la simulación comparados con el balance de masa del diseño de la refinería.

El cambio climático y sus efectos adversos han generado una urgente necesidad de revisar y reformular las prácticas industriales y sociales que han contribuido a la acumulación descontrolada de residuos y su disposición inadecuada. Esta problemática cobra especial relevancia en países como Chile, donde la falta de políticas públicas integrales para la gestión de residuos sólidos se ha convertido en un desafío complejo. En este contexto, el cambio climático, resultado del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, ha generado preocupación global. Uno de estos gases, el metano, contribuye de manera significativa al calentamiento global. Los vertederos y rellenos sanitarios son fuentes importantes de emisiones de metano debido a la descomposición anaeróbica de los residuos orgánicos. Esta relación entre la gestión inadecuada de residuos sólidos y el cambio climático resalta la importancia de buscar alternativas más sostenibles a la disposición de residuos. En este contexto la empresa Orizon plantea el proyecto “Cero Basura a Relleno”, el cual tiene como objetivo alcanzar la valorización del 90% de residuos generados en operación al año 2025. El proyecto “Cero Basura a Relleno” abarca las cinco instalaciones de Orizon S.A: el complejo pesquero industrial, en adelante CPI-Coronel, que integra cuatro plantas (harina y aceite de pescado, conservas, congelados y productos de valor agregado); Coquimbo, que cuenta exclusivamente con la planta de harina de pescado; Frigorífico Escuadrón, responsable del almacenamiento de los productos congelados provenientes de CPI-Coronel; Conservas 4 Esquinas, con su planta de etiquetado y almacenamiento de conservas; y Harina 4 Esquinas, enfocada en blending (mezcla) y almacenamiento de harina de pescado. Esta Habilitación Profesional se enfoca en desarrollar una propuesta que contenga acciones concretas para la implementación del proyecto en todas sus instalaciones. El presente informe detalla la propuesta de implementación del proyecto “Cero Basura a Relleno” a partir del planteamiento del problema, seguido de una revisión bibliográfica que abarca los principales contenidos teóricos que sustentan este trabajo, los objetivos propuestos y la metodología seguida para realizar la propuesta. También se presentan los principales resultados obtenidos junto con la discusión, conclusiones y recomendaciones .

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.

La industria forestal y de la celulosa es un sector de la economía que generó al año 2019 el 1,9 % del PIB de Chile y aún tiene expectativas de seguir creciendo. Aun cuando éste es un negocio rentable en el país y genera una gran cantidad de trabajo, la industria se ha encontrado constantemente en la palestra por conflictos socioambientales producidos en las comunidades afectadas por su actividad. Lo anterior hace que sea necesario identificar el desempeño ambiental de la industria para producir pulpa de celulosa en Chile. La evaluación de ciclo de vida (ECV) es una metodología que permite, a partir de una visión sistémica del proceso, cuantificar cuál es la carga ambiental en diversas categorías. A nivel internacional se han desarrollado estudios utilizando esta metodología, identificando que el biopulpaje es el proceso con menos efectos ambientales, pero el proceso Kraft es el que obtiene mejores rendimientos de producción, existiendo aún formas de mejorar su desempeño ambiental. El objetivo de este trabajo fue evaluar el desempeño ambiental, cuantificado a través de 8 categorías de impacto de ciclo de vida, de la producción de 1 tonelada de celulosa blanqueada fibra corta por proceso Kraft en la industria chilena, teniendo un enfoque desde la cuna hasta la puerta, incluyendo la etapa silvícola, el transporte desde el predio hasta la planta y la etapa industrial. Para lo anterior se consideraron datos primarios, con año base de producción 2017 y para una producción de 1.495.000 ton de pulpa/año. De los resultados obtenidos fue posible identificar que en 7 de las 8 categorías la etapa industrial es la que genera una mayor carga ambiental. En el caso del potencial de calentamiento global (PCG) se obtuvo un resultado de 468 kg CO2eq por tonelada de celulosa, lo cual es un resultado de igual magnitud a lo que se genera en la industria española, pero deja el desafío de mejora según desarrollado actualmente en Noruega o Finlandia. Otros resultados como la ecotoxicidad terrestre (ET) muestran los significativos efectos del transporte en esta evaluación en el desempeño ambiental global. La etapa silvícola es el principal aportante en el potencial de eutrofización marina (PEM) generado principalmente por la utilización de fertilizantes, los cuales también tienen incidencia significativa en otras categorías como el potencial de calentamiento global (PCG), potencial de acidificación (PA) y otros. Estos resultados permiten entregar información cuantificada para la toma de decisiones que apunten a mejoras del proceso tanto a escala global como por etapa, enfatizando aquellas categorías de impacto más significativas.