UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
Departamento de Procesos Químicos, Biotecnológicos
y Ambientales
 |
Actividades
de Investigación 2001 |
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
Departamento de Procesos Químicos, Biotecnológicos
y Ambientales
|
Actividades
de Investigación 2001 |
PROYECTO USM 27.01.21 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN Se estudian y desarrollan de procesos bioquímicos industriales de interés nacional para la revalorización y tratamiento de residuos líquidos y sólidos, en especial aquellos en los que se obtienen subproductos, como biogás, bioabono, etc. Este proyecto da continuidad al proyecto interno originado en el año 1997 bajo el mismo nombre, el que nos ha permitido avanzar en la implementación de procesos bioquímicos tanto para la depuración de residuos líquidos y sólidos además de su revalorización. Por otro lado, se genera una línea de investigación en el Departamento, con connotaciones en la docencia, permitiendo adecuar ésta al desarrollo de áreas en que Chile tiene ventajas comparativas. Cuando los contaminantes son principalmente compuestos biodegradables, por razones técnicas y económicas, los tratamientos a aplicar son los biológicos. Sin embargo, éstos generalmente deben complementarse con pretratamientos (tratamientos primarios), para la eliminación de sólidos suspendidos, grasas y otros, o postratamientos (tratamientos terciarios), que son aplicados para la eliminación de contaminantes concretos que aún persisten o si se requiere rebajar más la materia orgánica contaminante. Basados en estos antecedentes, se estudian principalmente los procesos biológicos para la eliminación de materia orgánica contaminante, con énfasis en el tratamiento anaerobio, con el que se logra la obtención de subproductos (biogás, bioabono), sin dejar de lado los tratamientos complementarios a éste: tratamiento aerobio, tratamientos primarios (sedimentación, flotación, coagulación-floculación, etc.), tratamientos terciarios (nitrificación-desnitrificación biológica, desorción, etc.). Lo anterior es aplicable a residuos líquidos. Para residuos sólidos, el objetivo es desarrollar una tecnología tendiente a revalorizar los residuos industriales, mediante su tratamiento por digestión anaerobia, o bien estudiando su reutilización sin llegar a aplicar un sistema de tratamiento. |
PROYECTO USM 27.01.22 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN Se estudiará el uso de inteligencia artificial para modelar y controlar unidades de proceso (tales como columnas de flotación, planta SX/EW) usando software específicamente desarrollado para estos propósitos. Se trabajará tanto a escala piloto como industrial, en diversas plataformas computacionales. Se continuará el desarrollo de estrategias de control supervisor para procesos de operación compleja, estudiando soluciones para los problemas de medición, de coordinación de los lazos locales de control convencional, de diagnóstico de fallas de instrumentación y de detección de problemas operacionales. El sistema inteligente de control que incorpora técnicas estadísticas, redes neuronales, lógica binaria y lógica difusa, se desarrollará sobre una base de software comercial. |
PROYECTO USM 27.01.23 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN El este proyecto de investigación se llevará a cabo un estudio el equilibrio entre fases sólido - fluido de las mezclas naftoquinonas + CO2. Para ello se planea llevar a cabo medir el equilibrio entre fases a alta presión utilizando un método analítico-estático, que permita obtener información de temperatura, presión, y la composición de la fase fluida (supercrítica) mediante el uso de cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). Los sistemas de interés en este estudio, corresponden a las mezclas naftoquinona ((-)-2,3,3-trimetil-2-3-dihidroxinapto[2,3,-b]furan-4,9-quinona) + CO2 y extracto de Calceolaria sessilis + CO2. Estos metabolitos secundarios son de alto interés médico / farmacéutico, en vista que han demostrado ser útiles contra tumores y protozoos que atacan la salud humana. Las etapas que contempla el proyecto, de dos años de duración, se ha establecido: (i) chequear el funcionamiento del equipo de medición del equilibrio a altas presiones que se dispone; (ii) determinar experimentalmente el equilibrio sólido - fluido a alta presión, en términos de temperatura, presión y composición de la fase fluida (supercrítica), para el sistema seleccionados: naftoquinona + CO2, y extracto de Calceolaria sessilis + CO2; (iii) analizar la selectividad del CO2 frente a los distintos compuesto extraídos de Calceolaria sessilis, sobre la base de su relación con las condiciones de presión y temperatura del proceso; (iv) modelar el equilibrio de las mezclas naftoquinona + CO2 con la ayuda de ecuaciones de estado cúbicas, y diferentes reglas de mezclado y combinación. El resultado de este proyecto permitirá establecer la potencialidad del empleo de CO2 cuasi / supercrítico en la extracción de naftoquinonas frente a los procesos que emplean solventes orgánicos tradicionales. |
PROYECTO USM 27.01.24 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN Para las empresas chilenas tanto la merluza austral (Merluccius australis) como el salmón atlántico (Salmo salar) son productos de alto valor de exportación pero a su vez sumamente perecible. Debido a la distancia de los mercados, tanto la Merluza Austral como Salmón fresco refrigerado son normalmente transportados por avión. Una de las tecnologías que se ha explorado para extender la vida útil es el empacado en atmósfera modificada (MAP). El objetivo final es extender la vida útil de estos productos para exportarlos por un medio de transporte más económico (transporte marítimo). El objetivo de este estudio es desarrollar y validar experimentalmente un modelo matemático de transferencia de masa para predecir la variación del entorno gaseoso (CO2, O2, N2 y vapor de H2O) en alimentos magros y grasos envasados en atmósferas modificadas refrigeradas. Un objetivo secundario es determinar el coeficiente de difusión de CO2 a través de un método inverso. Un modelo matemático de transferencia de masa para CO2, O2, N2 y vapor de agua será desarrollado y validado. El modelo será aplicado a Merluza Austral (pescado magro) y Salmón Atlántico (pescado graso) en condiciones de refrigeración. |
PROYECTO USM 27.01.61 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADOR |
|
RESUMEN El transporte pneumático en fase densa es una alternativa muy atractiva para el transporte de sólidos granulados, permitiendo el manejo de materiales difíciles de transportar de una manera eficiente. Sin embargo, las aplicaciones industriales no han sido muy exitosas debido a la falta de entendimiento a nivel fundamental, y al pobre conocimiento de diseño. Este proyecto considera algunos de los fenómenos importantes en el transporte en fase densa, combinando un desarrollo teórico con un programa experimental. Un aspecto destacado del estudio es el énfasis dado al tratamiento dinámico de este tipo de sistemas, aspecto que no ha sido abordado con suficiente profundidad en estudios anteriores, a pesar de que el transporte en fase densa es esencialmente transiente ó de carácter pulsante. Para ello se construirá y operará un "cañón pneumático", donde se estudiarán los fenómenos incipientes que determinan los regímenes de flujo. Además se operará una línea de transporte, que permitirá integrar el conocimiento básico para definir parámetros de diseño de líneas industriales. El enfoque teórico-experimental busca incorporar en un modelo los efectos de mecánica del lecho y de la dinámica del flujo de gases, tomando en cuenta las propiedades físicas del material granular. Los resultados del proyecto contribuirán a formular nuevas metodologías de diseño para este tipo de unidades. |
PROYECTO USM 27.01.41 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADOR |
|
RESUMEN El empleo de CO2 representa una alternativa atractiva a los solventes orgánicos tradicionales para la industria de extractos naturales, especialmente considerando su bajo costo, no-toxicidad y seguridad. Información de la topología del equilibrio entre fases de sistemas producto natural + solvente no tradicional, es indispensable para el establecimiento de este nuevo proceso de extracción. El presente proyecto de investigación tiene como objetivo estudiar el equilibrio entre fases (en términos de presión, temperatura y composición) para mezclas producto natural + CO2. Como solutos se han seleccionado capsaicinoides (principios pungentes) de ajíes, boldina (antioxidante natural) de boldo, y otros principios activos que podrán ser identificados durante el desarrollo del proyecto. Para alcanzar los objetivos, se planea construir una celda de equilibrio estática, con la cual se medirá la solubilidad del soluto (producto natural) en el solvente supercrítico. El análisis de la composición de llevará a cabo utilizando un cromatógrafo HPLC. El equipo experimental se empleará para la medición del equilibrio de capsaicinoides puros + CO2, boldina + CO2, extracto de ají + CO2 y extracto de boldo + CO2. Los resultados se van a modelar empleando el enfoque f-f, y ecuaciones de estado cúbicas para representar el comportamiento de las mezclas. La información obtenida en el proyecto, se espera que contribuya a una futura implementación industrial de la extracción supercrítica para especies nativas o cultivadas competitivamente en Chile. |
PROYECTO FONDECYT 1990859 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN Se estudiará la aplicación de inteligencia artificial para modelar y controlar por computador tres unidades de proceso, que representan diferentes desafíos. Se realizarán estudios experimentales en una columna de flotación a escala piloto, que fue construida, instrumentada y desarrollado el sistema de monitoreo y control distribuido en proyectos anteriores. Además, se desarrollará un sistema supervisor inteligente para una unidad de extracción por solvente y electro-obtención a escala piloto, que se encuentra en etapa de construcción y para un reactor tipo UASB, a escala piloto, para tratar residuos líquidos contaminados, el que se encuentra en etapa de construcción, incluyendo su instrumentación. Se usará software específicamente desarrollado para estos propósitos, complementado con software comercial en una plataforma computacional formada por una red de computadores tipo PC y de PLC. Se usarán redes neuronales para la obtención de modelos predictivos y en el diagnóstico de sistemas de detección de fallas de instrumentos y de equipos. Se usará lógica difusa y sistemas expertos para supervisar sistemas de control distribuido de acuerdo a los objetivos y restricciones propias de cada proceso. |
PROYECTO FONDECYT 1000719 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN Dentro de las posibilidades de tratamiento para la eliminación de nitrógeno se encuentra el proceso de nitrificación-desnitrificación biológica, el que en la actualidad presenta algunas incógnitas por la escasa investigación realizada a nivel nacional al respecto. Para poder implementarlos en nuestro país, considerando las particularidades propias, es necesaria una acabada investigación de las cinéticas de los procesos de nitrificación y desnitrificación. Esto permitirá incluso, trabajar con ambos en forma conjunta. La nitrificación es un proceso aerobio, en el cual en una primera etapa, el amoniaco es transformado a nitrito por las bacterias Nitrosomonas, y luego éste pasa a nitrato por acción de las Nitrobacter. Ambas especies son sensibles a varios factores, especialmente a los propios sustratos y a los de la otra. Los equipos que se usarán en el estudio de este proceso serán un reactor de Lodos Activados y un reactor "Airlift", operados con aguas sintéticas. La desnitrificación es un proceso anaerobio en el que el nitrato es transformado a nitrito y luego éste es oxidado hasta nitrógeno gaseoso (gas inocuo) por bacterias desnitrificantes. En éste se usará un reactor Anaerobio de Manto de Lodos (UASB) y un Filtro Anóxico, operado también con aguas sintéticas. Analizando ambos procesos, se observa que existe el paso aerobio de NO2- a NO3-, y luego el anaerobio de NO3- a NO2-. Esto lleva a pensar que el proceso de nitrificación-desnitrificación se puede realizar sin pasar por nitrato (inhibiendo la especie Nitrobacter, con manejo de pH y concentración de amoniaco). Esta es la principal innovación en el presente estudio. Como objetivo final de esta investigación, se operará un sistema conjunto de nitrificación-desnitrtificación (tanto para aguas sintéticas como para RILES), considerando lo anteriormente expuesto, es decir, evitando el paso a nitrato. Este sistema conjunto, diseñado sobre la base de los resultados obtenidos en las fases anteriores, será una columna. En su parte inferior operará la desnitrificación, mediante un sistema híbrido UASB-Filtro y la parte superior operará como Lodos Activados o "Airlift". A la altura que corresponda, según los volúmenes requeridos para cada proceso, se alimentará el aire para la etapa aerobia. |
PROYECTO FONDECYT 1990797 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN El destino que tienen actualmente los residuos sólidos (desechos domiciliarios, industriales y otros) es la disposición en vertederos sanitarios, los cuales requieren de extensas áreas y de prolongados tiempos para lograr la estabilización de la fracción orgánica. La escasez de terreno para estos fines y el crecimiento sostenido de la generación de residuos sólidos hace necesario buscar nuevas alternativas de tratamiento. En este proyecto se postula que el tratamiento anaerobio de la fracción orgánica de los residuos sólidos en un reactor de dos fases permite reducir los tiempos de estabilización, los requerimientos de terreno y obtener productos finales reciclables. El estudio incluye la optimización de las condiciones de operación de las dos fases: hidrolítica y metanogénica, a partir de un residuo sólido definido para luego aplicar los resultados obtenidos para diseñar, construir y evaluar el comportamiento de un reactor a escala de laboratorio de dos fases alimentado con residuos sólidos urbanos. Asimismo, se caracterizarán los subproductos obtenidos de este proceso: biogás (fuente de energía), residuo sólido estabilizado (fertilizante) y el efluente líquido (agua de riego). El plan de trabajo incluye el estudio de las mejores condiciones de operación de cada reactor por separado (hidrolítico y metanogénico). Los parámetros a estudiar serán: razón sustrato/inóculo, pH, carga, calidad del efluente del primer reactor con relación a las condiciones de entrada al segundo. A partir de los resultados experimentales obtenidos se podrán entregar los parámetros de diseño y de operación que permitan escalar los reactores de dos fases. |
PROYECTO FONDECYT 1000382 |
||
|
|
||
|
INVESTIGADORES |
|
RESUMEN El presente proyecto pretende apoyar a la agroindustria nacional en el desarrollo de procesos de extracción de aditivos alimentarios de alto valor agregado usando una tecnología de punta: la extracción con CO2 supercrítico. A pesar que han surgido aplicaciones comerciales de la extracción supercrítica (EFS), incluso muy incipientemente en países en vías de desarrollo, ésta es aún una tecnología cara, con importantes requerimientos de investigación para el desarrollo de procesos. Siendo una de las limitaciones actuales de la EFS para plantas pequeñas/medianas la carencia de sistemas continuos para la extracción de sólidos, este trabajo propone aumentar la capacidad de procesamiento de extractores que operan a alta presión mediante la compactación del sustrato. Esta hipótesis de trabajo se sustenta en el hecho que las limitaciones a la transferencia de masa en la fase sólida asociadas con la densificación del sustrato pueden ser parcialmente compensadas por las excelentes propiedades de transporte de los fluídos supercríticos, es decir, su relativamente alta difusividad y baja viscosidad. Para conseguir este objetivo se va a estudiar: (i) la solubilidad de principios pungentes y pigmentos de pimientos y otros cápsicos en CO2 y mezclas CO2/etanol en función de la presión y temperatura; (ii) el efecto de los proceso de molienda y peletizado en la microestructura de cápsico densificado; y, (iii) la relación entre la microestructura del sustrato y la cinética de solubilización de los compuestos de interés en la extracción de lechos empacados de cápsico peletizado. La justificación del sistema modelo escogido es que los cápsicos se producen en Chile en condiciones calidad/precio muy competitivas a escala internacional. A partir de la experiencia ganada con este producto, se pretende desarrollar extractos naturales de otros de recursos agronómicos que se producen o pueden llegar a producirse competitivamente en Chile, como lo son ajo, lúpulo, rosa mosqueta y boldo. |