• INVESTIGADORES
Dra. Lorna Guerrero S.
Dr. Bernardo Prado A.
Dr. Juan de la Fuente B.
Dr. Silvio Montalvo M.

• 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
Ph.D. Luis Bergh O.
Ph.D. 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.

• INVESTIGADOR
Ph.D. Ricardo Simpson R.

• ÁREAS
Procesamiento de Alimentos
Modelación Matemática

• RESUMEN
La incorporación de sistemas computacionales, automatización y control en línea, constituye un factor primordial para satisfacer las demandas, cada vez más exigentes, de los consumidores modernos. Sin embargo, la incorporación de sistemas automatizados, sensores en línea –incluso biosensores- en la industria de alimentos es compleja y requiere de complicados procedimientos de validación para la correcta implementación de los respectivos hardware y software. El concepto de validación de los sistemas de control automático para los procesos alimentarios es ahora de gran importancia debido a las exigencias de los organismos reguladores en los principales mercados mundiales, como por ejemplo Food and Drug Administration (F.D.A.) en U.S.A. Estos sistemas validados crean vías expeditas para la introducción de productos nuevos en los mercados internacionales, y ahora con mayor relevancia en virtud de los tratados de libre comercio.

El objetivo general de este proyecto es analizar, desarrollar e implementar distintas estrategias de control en línea para el proceso de esterilización de alimentos de baja acidez. Los objetivos específicos son:

a) Diseñar y validar sistemas de control automático aplicable a conservas que se calientan por conducción y convección forzada.
b) Diseñar y validar sistemas de control automático aplicable a todo tipo de conservas.

Desde el punto de vista teórico, es posible diseñar una estrategia de control que incorpore criterios de optimización para alimentos conductivos y convectivos puros (convección forzada). También, se pueden lograr mejoras importantes a los sistemas comerciales de control, actualmente en uso (aplicables a todo tipo de conservas).

Este proyecto ayudará a incrementar el desarrollo teórico necesario para mejorar los sistemas de control propuestos y estudiados para alimentos de los cuales se dispone de un modelo matemático, y además, se considera la implementación y validación práctica de estos sistemas a escala piloto, tanto para estos alimentos (modelables matemáticamente) como así también para todo tipo de alimentos.

• INVESTIGADORES
Dr. Juan de la Fuente B.

• ÁREAS
Ingeniería Química
Termodinámica de Procesos

• RESUMEN
El desarrollo de procesos de extracción de compuestos activos, a partir de sustratos de plantas vegetales que utilizan fluidos en condiciones de temperatura y presión superiores a sus correspondientes valores críticos, i.e., fluidos supercríticos (FS), presenta demostradas ventajas frente a los métodos que emplean solventes tradicionales, e.g., ausencia de degradación térmica o hidrolítica, carencia de residuos de solventes tóxicos, etc. El desarrollo de estos nuevos procesos requiere de conocimientos básicos en dos aspectos: (i) equilibrio entre fases a alta presión, (ii) cinética de la extracción. El objetivo general del presente proyecto de investigación, es llevar a cabo un estudio del equilibrio entre fases sólido-fluido de la mezcla boldina [(S)-2,9-dihidroxi-1,10-dimetoxiaporfina] + CO2 a presiones y temperaturas sub- y supercríticas del CO2, utilizando un método analítico-estático recientemente implementado, que permita obtener información de temperatura, presión, y la composición de la fase supercrítica mediante el uso de cromatografía HPLC. La boldina es el principal alcaloide de las hojas y corteza de boldo (Peumus boldus M.), al que se han atribuido interesantes propiedades biológicas, principalmente capacidad antioxidante, por lo que su estudio es de gran interés científico por su potencial aplicación en el área farmacológica y alimenticia. Las etapas que contempla el proyecto, de un año de duración, se han establecido: (i) modificar 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 supercrítica; (iii) modelar el equilibrio de las mezclas boldina + CO2 con la ayuda de ecuaciones de estado cúbicas, y diferentes reglas de mezclado y combinación. El resultado de este proyecto permitirá dar los primeros pasos para establecer la potencialidad del empleo de CO2 supercrítico, en la extracción de productos naturales frente a los procesos que emplean solventes orgánicos tradicionales, así como también otorgarle continuidad a la incipiente y productiva línea de investigación del Laboratorio de Termodinámica de Procesos, para el reforzamiento del aspecto de la medición y el modelamiento del equilibrio entre fases a alta presión.

• INVESTIGADORES
Ph.D. Knud H. Hansen
Msc. Patricio Núñez M.

• ÁREAS
Ingeniería Ambiental
Ingeniería Química

• RESUMEN
La necesidad de tener procesos de tratamiento adecuados de aguas residuales industriales en las fundiciones de cobre es un desafío presente en Chile. En este proyecto se investigan las posibilidades de tratar RILES de fundición de cobre. Los riles de fundiciones de cobre tiene al menos tres fuentes y deben ser dispuesta en un receptor líquido. Los procesos de tratamiento que se investigan son: precipitación con NaSH, electrocoagulación, electrodiálisis, osmosis inversa y extracción líquido-líquido. Estos procesos ya se conocen para remover metales de RILES – metales, tales como: Arsénico, flúor, cadmio, selenio y otros metales, los cuales están presentes en las aguas residuales de fundición. Las investigaciones incluyen análisis de cinética, determinación de parámetros críticos para el diseño, considerando fuentes individuales o mezclas adecuadas. Basados en los resultados se formulan los balances de masa y energía, y se evalúan los procesos más adecuados mediante simulación en ASPEN a escala industrial. Se utiliza como fundición modelo con refinería y planta de Metales Nobles.

• INVESTIGADORES
Dr. Gerardo Riquelme D.

• ÁREAS
Ingeniería Química

• RESUMEN
El objetivo de este proyecto es determinar la influencia de los parámetros que gobiernan el arrastre de orgánico en sistemas de extracción por solventes del tipo mixer-settler.

La extracción por solvente de metales es un proceso hidrometalúrgico de gran importancia nacional, ya que la mayor parte de los proyectos de producción de cobre, están basados en la producción de soluciones ácidas de cobre soluble, que se obtiene por lixiviación o biolixiviación de minerales oxidados (o mezclas con sulfurado), que se extraen en sistemas de extracción tipo mixer-settler. En este proceso la pérdida de fase orgánica por arrastre en la fase acuosa es un problema permanente, problema que es responsable de pérdidas que pueden llegar a millones de dólares anuales en cada instalación. La importancia del proyecto radica en determinar las modificaciones necesarias al settler para reducir la pérdida de orgánico sustancialmente. Los estudios realizados acerca del arrastre de orgánico se han centrado más en la parte remedial de la operación, instalación de filtros, coalescedores y/o columnas de flotación. Outokumpu ha realizado grandes esfuerzos en el rediseño de los mezcladores con relativo éxito en la disminución del arrastre. Los resultados avanzados en este proyecto permiten fundadamente concluir que existe una metodología de diseño que permitiría reducir los arrastres sustancialmente, se ha probado con éxito a escala piloto, pero se requiere realizar un plan de experiencias para la presentación de una solicitud de patente.

• Caracterización de la dispersión de orgánico en acuoso (o viceversa) generada en el mixer.
• Caracterización de la distribución de tamaños de gotas con especial énfasis en los parámetros de diseño y de operación que las afectan.
• Caracterización de los campos de flujo de acuoso en los settler y determinación de los arrastres de orgánico en la fase acuosa (arrastre físico), por espectroscopia infrarroja.
• Análisis teórico experimental de la velocidad de coalescencia de la fase orgánica en la banda de dispersión. Determinación de velocidades bajo diferentes condiciones, efecto de tensoactivos, efecto de la presencia de sólidos en general y de arcillas en particular. Efecto de la acumulación de sólidos y otros en la interfase, sobre la velocidad de coalescencia, y su efecto sobre como cambia el arrastre de orgánico a través del tiempo de operación sin limpieza de la interfase.

Se plantea un modelo fenomenológico que integra la representación matemática de los fenómenos fundamentales del sistema de extracción, de manera que permite no sólo predecir el arrastre de orgánico, para una condición dada de variables de operación y de diseño, sino también visualizar la importancia relativa de los diferentes fenómenos. Esto sirve como herramienta para focalizar el esfuerzo del proyecto en el análisis de aquellos fenómenos que resultan los pasos controlantes del proceso.

Resultados esperados del proyecto es lograr un mejor conocimiento del fenómeno de coalescencia de orgánico en mixer-settler, recolectar información experimental de arrastre de orgánico con y sin tecnología desarrollada, para presentar en el primer año una solicitud de patente de invención, y publicar los resultados en revistas internacionales indexadas.

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

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
Dra. Lorna Guerrero S.
Dr. Rolando Chamy M. (Universidad Católica de Valparaíso)
Sr. David Jeison J. (Universidad de La Frontera)

• ÁREAS
Ingeniería Química
Tecnología y Ciencias de la Ingeniería

• RESUMEN
Los temas relacionados con el cuidado del medioambiente y el correcto tratamiento y disposición de los residuos, han logrado notoriedad en los últimos años en nuestro país. Es así como nuevas leyes y reglamentos han sido publicadas que regulan la descarga de los residuos industriales líquidos. Es por esto, que hoy más que nunca se requiere de tecnologías de tratamiento confiables, que involucren costos accesibles para las industrias nacionales. En este contexto, los procesos de digestión anaerobia representan una de las alternativas más convenientes para la remoción de materia orgánica. Posee muy bajos requerimientos de energía y por lo tanto, involucra costos de operación reducidos. La producción de lodo es reducida, por lo que su disposición o tratamiento no constituye un problema real. Finalmente, la degradación anaerobia de la materia orgánica produce biogás, el que puede utilizarse con fines energéticos.

Sin embargo, la aplicación de la digestión anaerobia presenta inconvenientes al tratar aguas residuales que poseen un alto contenido de sulfato. En presencia de éste, se genera una competencia entre el consorcio anaerobio y las bacterias sulfatorreductoras, las que utilizan el sulfato como aceptor final de electrones, reduciéndolo a ácido sulfídrico. La generación de altas concentraciones de H2S en el biogás genera problemas de olores y corrosión, además de inhibir a las bacterias metanogénicas y a las mismas sulfatorreductoras.

Son varias las industrias que presentan en sus aguas residuales concentraciones elevadas de sulfato, como por ejemplo curtiembres, industria de la celulosa, la producción de levaduras, algunos procesos de fermentación, etc.

Se hace necesario por tanto, buscar estrategias de operación que permitan la aplicación de las tecnologías anaerobias para este tipo de industrias, de manera de poder llevar los beneficios de esta tecnología a otras industrias.

La presente investigación pretende analizar el tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sulfato, utilizando reactores anaerobios de alta carga en conjunto con procesos fisicoquímicos, de manera de lograr la eliminación conjunta de materia orgánica y sulfato, recuperando este último como azufre elemental. Se plantea analizar tres alternativas diferentes, cada una involucrando un reactor anaerobio distinto (UASB, EGSB y Gaslift). El análisis de las condiciones de operación óptimas y de las ventajas y limitaciones de cada una de las tres tecnologías analizadas, permitirá definir su campo de aplicación de cada alternativa.

• INVESTIGADORES
Ph.D. Luis Bergh O.
Ph.D. 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
Ph.D. Knud H. Hansen
Mg. 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
Ph.D. Juan Yianatos B.
Ph.D. Luis Bergh O.
Ing. Francisco Díaz V. (Comisión Chilena de Energía Nuclear)

• ÁREAS
Ingeniería Metalúrgica

• RESUMEN
La flotación es uno de los procesos de separación más ampliamente usados a nivel mundial, especialmente en la cadena de preparación de materiales para tecnologías relevantes al área de telecomunicaciones, cerámicas, procesos de remoción y reciclo de deshechos, y principalmente en la gran industria minera. Actualmente, el tratamiento de minerales por flotación alcanza los 2.000 millones de toneladas anuales en todo el mundo, incluyendo los minerales metálicos, no-metálicos y el carbón. La mayor aplicación del proceso de flotación está en la industria del cobre con un tratamiento anual de 1.000 millones de toneladas de mineral. En la última década, la producción mundial de cobre prácticamente se ha duplicado, y Chile lidera este avance con un tratamiento anual de 325 millones de toneladas de minerales de cobre por flotación, siendo actualmente el primer productor mundial de cobre. Paralelamente, se ha observado un notable crecimiento en el tamaño de los equipos de flotación. Desde los años 80 el tamaño de las celdas mecánicas ha aumentado 10 veces, alcanzando hoy niveles de 160-200 m3, mientras que las celdas neumáticas de flotación (columnas) ya superaron los 200 m3.

Actualmente, se plantean diferentes argumentos para justificar la efectividad de la flotación en distintos tipos de celdas mecánicas de gran tamaño, algunos señalan la necesidad de recircular toda la pulpa a través de la cavidad rotor-estator, otros establecen la necesidad de una adecuada dispersión del mineral y del gas en todo el volumen de la celda. Sin embargo, hasta hoy no es posible determinar con precisión el cómo y dónde se forma principalmente el agregado partícula-burbuja en los equipos de flotación industrial. Además, cabe señalar que una de las principales restricciones en la operación de equipos de gran tamaño es el manejo de la espuma. En consecuencia, el explosivo crecimiento de tamaño en los equipos de flotación impone nuevos desafíos, pues a pesar del gran esfuerzo en investigación y el desarrollo de la tecnología, los equipos y circuitos industriales aún se diseñan prácticamente en base a reglas empíricas. Recientemente, en el año 2002, se realizó una reunión internacional sobre fundamentos y aplicaciones de la flotación, donde se planteó a los investigadores la necesidad urgente de contribuir a llenar el espacio existente entre el conocimiento fundamental del proceso y su aplicación industrial.

Al respecto, el presente proyecto pretende caracterizar la operación de equipos de flotación industrial de gran tamaño, a fin de verificar el impacto que tienen las principales variables de diseño (ej.: sistema de remoción de espuma) y variables de operación (ej.: flujo de gas, altura de espuma) en el resultado metalúrgico del proceso.

En particular, se estudiará el comportamiento hidrodinámico y los flujos de transporte del mineral en función de las variables operacionales y de diseño del equipo. Para caracterizar el comportamiento hidrodinámico y el transporte del mineral en la interfase se usará la técnica de trazado radioactivo, marcando el líquido, el sólido flotable y no-flotable por clases de tamaño, y el gas. Los modelos resultantes tendrán la doble utilidad de servir como herramienta para el diagnóstico y la optimización de la operación industrial, como también para el diseño y escalamiento de nuevos equipos.