• INVESTIGADORES
Dr. K. Henrik Hansen
Sr. Adrián Rojo O.

• ÁREAS
Ingeniería Ambiental
Ingeniería Química

• RESUMEN
La acumulación de metales pesados en áreas de minería es un gran problema para el medio ambiente. Actualmente los residuos sólidos de la minería se depositan en lugares considerados seguros. Pero ocurre lixiviación hacia agua subterránea y suelo cerca de los depósitos.

En este proyecto se analizan las posibilidades de extraer metales de residuos sólidos mineros y suelo contaminado por actividades mineras. El método que se aplica para eliminar los metales usa campos eléctricos continuos, y es llamado remediación electrocinética. Este método es optimado con el uso de membranas de intercambio de iones según el principio de electrodiálisis. Durante el proyecto se desarrollan diferentes procedimientos para investigar en que forma los metales se encuentran precipitados, adsorbidos o fijados en los residuos sólidos y en el suelo. También se van a investigar los parámetros de importancia para la remediación.

La mina en la cual se va a aplicar el proyecto esta explotando cobre en grandes cantidades, entonces el metal que va a tener mayor atención en el análisis de factibilidad del método de remediación es el cobre.

• INVESTIGADORES
Dra. Lorna Guerrero
Dr. Bernardo Prado A.
Dr. Juan de la Fuente B.
Dr. Silvio Montalvo M ( Instituto Superior Politécnico J.A. Echeverría, Cuba)

• ÁREAS
Desarrollo de Procesos
Ingeniería Ambiental

• RESUMEN
Se estudian y desarrollan 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.

• INVESTIGADORES
Dr. Luis Bergh O.
Dr. Juan Yianatos B..

• ÁREAS
Control de Procesos
Modelación de Procesos

• RESUMEN
Se estudiará el uso de inteligencia artificial para modelar y controlar unidades de proceso (tales como celdas mecánicas de flotación, columnas de flotación, planta SX/EW y plantas pirometalúrgicas), usando software específicamente desarrollado para estos propósitos. Se trabajará tanto a escala laboratorio, piloto e 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.

Se evaluarán técnicas modernas de modelación de procesos y diseño de sistemas de control supervisor, basados fundamentalmente en el conocimiento del proceso, como una forma de generar independencia tecnológica.

• INVESTIGADORES
Dr. Ricardo Simpson R.

• ÁREAS
Procesamiento de Alimentos
Modelación Matemática

• RESUMEN
El autoclavado de alimentos en bolsas esterilizables, es una tecnología que todavía no se implementa en el país y que proporciona un producto nutritivo y organolépticamente de mejor calidad con relación a un símil procesado en los envases tradicionales de hojalata. Esto se debe fundamentalmente a que el proceso, llevado a cabo en condiciones térmicas equivalentes, requiere de un tiempo de proceso sustancialmente menor para el logro de la esterilidad comercial (mayor área por unidad de volumen).

El objetivo de este estudio es desarrollar y validar experimentalmente un modelo matemático de transferencia de calor para alimentos envasados en bolsas esterilizables considerando las variables críticas que afectan el fenómeno (presión interna del envase, volumen de gas residual, temperatura de proceso, razón de espacio de cabeza, razón aire vapor). Un objetivo secundario es determinar el perfil de temperatura de proceso que optimice la variabilidad de calidad dentro del envase. El modelo será aplicado en un alimento pesquero de exportación.

• INVESTIGADORES
Dr. Juan de la Fuente B.
Dr. José Manuel del Valle Ll. (Pont. Universidad Católica de Chile)

Dra. Susana Bottini (U. Nacional. del Sur, Argentina

• ÁREAS
Ingeniería Química
Procesamiento y Tecnología de Alimentos
Tecnología y Ciencias Silvoagropecuarias.

• RESUMEN
Los autores de esta propuesta estamos interesados en el desarrollo de procesos de extracción utilizando fluidos supercríticos (FSs) como solventes. Esto se enmarca dentro de los objetivos estratégicos de nuestros respectivos Departamentos en Termodinámica de Procesos (UTFSM) y Bioseparaciones (PUC). El objetivo general del presente proyecto es otorgarle continuidad a nuestras incipientes y productivas líneas de investigación, reforzando el aspecto de la medición y el modelamiento del equilibrio entre fases a alta presión. Con posterioridad, el desararollo de estas herramientas de investigación, y su integración con otras en medición y modelamiento de la cinética de extracción, debiera contribuir a la evaluación de procesos de extracción, especialmente adaptados para recursos vegetales nacionales. Por este motivo, nuestros objetivos específicos dicen relación con la extracción de anticancerígenos, antimicrobianos, antioxidantes y otros principios bioactivos a partir de ají, boldo, calafate, capachito, matico, y otras plantas endémicas chilenas o asilvestradas en nuestro país, usando CO2 supercrítico (SCO2) como solvente. Formará parte integrante del proyecto la elevación anual de nuestros resultados con el propósito de reorientar la investigación a los componentes y/o sustratos que aparezcan como más atractivos. Es importante destacar que los principios bioactivos antes citados son ingredientes fundamentales en nuevos productos alimenticios que jugarían un papel fundamental en el bienestar humano, cuales son los productos nutraceúticos (alimentos que contribuyen a la mantención de nuestra salud). Estos adquirirán un rol cada vez más importante a medida que nuestra esperanza de vida se vaya extendiendo.

Los procesos de extracción con FSs (EFS) o extracción supercrítica generalmente tienen un costo (inversión/operación) elevado, lo que se puede deber parcialmente a los requerimientos de investigación para el desarrollo de procesos sustentables. Se destaca la necesidad de conocimientos básicos en dos aspectos: i) el equilibrio entre fases a alta presión, que facilita la selección de condiciones apropiadas de presión y temperatura de operación; y, ii) la cinética de extracción, que facilita la selección del pretratamiento del sustrato, y las condiciones de flujo del FS en el extractor. Esta información, integrada a la experiencia de proveedores de equipos debiera permitir el dimensionamiento y evaluación técnico-económica de procesos industriales óptimos. Es obvio que este proyecto debiera permitirnos avanzar hacia la consecución del último objetivo, pero que éste no es una parte integrante del mismo, por requerir un mayor grado de madurez en nuestra investigación.

En este momento necesitamos generar información experimental y evaluar modelos para el equilibrio entre fases (en términos de presión, temperatura y composición), para mezclas producto natural + SCO2 que complementarán resultados obtenidos durante los últimos 2 años de investigación, dedicados principalmente a los aspectos cinéticos de la EFS. Para alcanzar este objetivo se planea: i) construir un equipo experimental de bajo costo para el estudio termodinámico del equilibrio entre fases a alta presión (no disponible en el medio nacional); ii) medir el equilibrio de los sistemas capsaicina + SCO2, extracto de ají + SCO2, extracto y/o principio activo en planta autóctona chilena o asilvestrada en Chile + SCO2 (e.g., extracto de boldo + SCO2, aceite esencial de boldo + SCO2, boldina + SCO2); iii) modelar los resultados experimentales empleando ecuaciones de estado cúbicas para representar el comportamiento de las mezclas; y, iv) relacionar estos datos de equilibrio con valores de solubilidad operacional, determinados en estudios cinéticos de la EFS.

• INVESTIGADORES
Dr. Luis Bergh O.
Dr. Juan Yianatos B..

• ÁREAS
Control de Procesos
Modelación de Procesos

• RESUMEN
Se estudiará el uso de inteligencia artificial para modelar y controlar unidades de proceso (tales como celdas mecánicas de flotación, columnas de flotación, planta SX/EW y plantas pirometalúrgicas), usando software específicamente desarrollado para estos propósitos. Se trabajará tanto a escala laboratorio, piloto e 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.

Se evaluarán técnicas modernas de modelación de procesos y diseño de sistemas de control supervisor, basados fundamentalmente en el conocimiento del proceso, como una forma de generar independencia tecnológica.

• INVESTIGADORES
Dr. Luis Bergh O.
Dr. Juan Yianatos B.

Sra. Angélica León R.


• ÁREAS
Ingeniería de Instrumentación y Control
Ingeniería Metalúrgica

• RESUMEN
El objetivo general de este proyecto es el desarrollo, adaptación y evaluación de técnicas modernas de modelación de procesos y diseño de sistemas de control supervisor, basadas fundamentalmente en el conocimiento del proceso. El desarrollo de control supervisor se extiende a diferentes áreas de la industria de procesos, cubriendo esquemas complejos de control, recuperación de condiciones extremas de operación, procedimientos de detención por emergencias, procedimientos de detección de fallas, procedimientos de optimización considerando restricciones operacionales y monitoreo del comportamiento de sistemas de control, entre otras.

En particular, este proyecto cubre tres grandes áreas dentro de procesamiento de minerales: (a) el perfeccionamiento de técnicas de escalamiento de equipos de flotación basadas en el conocimiento del proceso y la tecnología, y en el buen manejo de la información generada a escala piloto y su contrastación con el comportamiento de plantas industriales; (b) el desarrollo y evaluación de sistemas de supervisión inteligentes para el proceso de extracción por solvente y electro-obtención, a realizar en una planta piloto; y (c) el desarrollo y evaluación de supervisores en procesos pirometalúrgicos, procesando información a escala industrial.

• INVESTIGADORES
Dr. Rolando Chamy M. (P. Univ. Católica de Valparaíso)
Dra. Lorna Guerrero S.

Dr. Marcel Szántó N. (P. Univ. Católica de Valparaíso)

• ÁREAS
Ingeniería Química

• RESUMEN
El destino que tienen actualmente los residuos sólidos provenientes de los desechos domiciliarios, industriales y de plantas de tratamiento, es la disposición en vertederos sanitarios en los cuales se 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 anaerobio de dos fases, permite reducir los tiempos de estabilización, los requerimientos de terreno y obtener productos finales reciclables. Sin embargo, es necesario conocer y optimizar la etapa hidrolítica del sistema, que es la limitante para este tipo de residuos.

La investigación propuesta, incluye el estudio de la cinética de hidrólisis de sustratos sólidos complejos (gelatina, aceite, almidón), representativos de las diversas fracciones existentes en los residuos sólidos y su integración, considerando residuos sólidos. Se evaluará el efecto sobre la cinética, de diversos factores tales como agitación, reciclo de percolado, pH y tamaño de partícula. En base a los resultados, se generarán modelos que permitan predecir el comportamiento de los reactores y se validará con ensayos a escala semipiloto, operando con un residuo industrial modelo (orujo cervecero) y con RSU. Finalmente, acoplando a un reactor UASB se evaluará el comportamiento de un sistema de dos fases alimentado con residuos sólidos urbanos.

El plan de trabajo incluye el estudio de las mejores condiciones de operación del reactor hidrolítico, en función del sustrato a tratar y la generación de una metodología tendiente a realizar experiencias replicables con RSU.

• INVESTIGADORES
Dr. K. Henrik Hansen
Sr.Adrián Rojo O.

• ÁREAS
Ingeniería de Minas

• RESUMEN
La acumulación de metales pesados en áreas de minería es un gran problema para el medio ambiente. Actualmente los residuos sólidos de la minería se depositan en lugares considerados seguros, pero ocurre lixiviación hacia agua subterránea y suelo cerca de los depósitos.

En este proyecto se analizan las posibilidades de extraer metales de residuos sólidos mineros y suelo contaminado por actividades mineras. El método que se aplica para eliminar los metales usa campos eléctricos continuos, y es llamado remediación electrocinética. Este método es optimado con el uso de membranas de intercambio de iones, según el principio de electro diálisis. Durante el proyecto se desarrollan diferentes procedimientos para investigar en que forma los metales se encuentran precipitados, adsorbidos o fijados en los residuos sólidos y en el suelo. También se van a investigar los parámetros de importancia para la remediación.

La mina en la cual se va a aplicar el proyecto esta explotando cobre en grandes cantidades, entonces el metal que va a tener mayor atención en el análisis de factibilidad del método de remediación es el cobre.

• INVESTIGADORES
Dr. José del Valle Ll. (Pont. Universidad Católica de Chile)
Dr. Juan de la Fuente B.

• ÁREAS
Procesamietno y Tecnología de Alimentos
Ingeniería Química

• RESUMEN
El presente proyecto pretende contribuir al desarrollo de procesos de extracción de sustratos vegetales con dióxido de carbono (CO2) supercrítico (ScCO2). La extracción con fluidos supercríticos (FS) o extracción supercrítica (EFS) es una tecnología de punta con grandes requerimientos de investigación y desarrollo. Necesidades específicas incluyen el esclarecimiento de los efectos del pretratamiento del sustrato, y los cambios de escala, en los fenómenos de transferencia de masa que ocurren durante la EFS de lechos empacados de sólidos, entre otras. En este proyecto se aplicará un pretratamiento consistente de molienda, peletizado y reducción de tamaño, para obtener matrices sólidas especialmente adaptadas para la EFS, que pueden ser agotadas eficazmente, y forman lechos con altas densidades aparentes. Utilizando porosimetría, microscopía, análisis de imágenes, análisis fractal, y modelamiento matemático, se van a establecer relaciones microestructura-difusividad útiles para la evaluación, modelamiento y escalamiento de la EFS. Se usarán hojuelas de ají Jalapeño (Capsicum annuum L.) como materia prima, para así aprovechar nuestra experiencia previa y paralela en medición y modelamiento de la cinética de extracción de pelets de cápsicos, y del equilibrio entre fases a alta presión para sistemas extracto de cápsico+ScCO2. Adicionalmente, se va a caracterizar el efecto de los dos atributos del sustrato sólido de mayor incidencia en la velocidad de transferencia de masa y rendimiento de EFS, cuales son la humedad y tamaño de partícula, para el caso de ajo (Allium sativum L.) molido. Éste es un sustrato complicado, que presenta tendencia a la aglomeración al aumentar la superficie específica y/o concentración de agente ligante. Por otro lado, para estudiar los efectos del cambio de escala, se va a comparar la extracción en un sistema de laboratorio (de un paso), y en un sistema de planta piloto con reciclo de solvente, que presentan diferencias de capacidad por un factor máximo de 20. Para ello: (i) se van a estimar la partición de soluto entre fase sólida y FS (K) y la difusividad efectiva (De) en el sólido, por ajuste de parámetros de modelos matemáticos con distintas hipótesis sobre el mecanismo de transferencia de masa interna, utilizando datos obtenidos en el sistema de laboratorio; (ii) se va a simular el comportamiento del sistema de planta piloto; y, (iii) se va a comparar los resultados de la simulación matemática y de los experimentos de planta piloto. Se intentará explicar las diferencias detectadas en (iii) en base a la acumulación de agua y otros solutos volátiles en la corriente de reciclo, canalización del FS en el lecho, dispersión de soluto en los componentes del sistema, y reducción en la eficiencia de recuperación de soluto en el separador. Como parte de los estudios de planta piloto, se va estudiar la contribución de fenómenos de convección natural a los coeficientes de transferencia de masa en la fase supercrítica, haciendo circular el ScCO2 a través de lechos diferenciales de sustrato molido en la dirección de la gravedad, o en la dirección opuesta. En este caso se va a extraer aceite de semillas, de modo de aprovechar una gran disponibilidad de literatura sobre EFS de oleaginosas, equilibrio de fases para mezclas de CO2 y triglicéridos, y mediciones de propiedades de transporte para mezclas de CO2 y aceites vegetales u otros compuestos relacionados.