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Evaluación técnico-económica respecto de tecnologías de separación de residuos con foco en la implementación de la Ley REP.
(Universidad de Concepción, 2025) Parada Briones, Arturo Horacio; Márquez, Fernando; Carrasco, Juan Carlos
Se estima que en Chile se generan 1,03 kg de residuos por habitantes al día. En consideración de esta situación, que lleva años en incremento, es que el año 2016 se promulga y publica la ley 20.920 o Ley REP, estableciendo como productos prioritarios a los neumáticos, envases y embalajes, aceites lubricantes, equipos eléctricos y electrónicos, pilas y baterías, y metas de gestión para ellos. Esto presenta una oportunidad de nuevos negocios y empleos, por lo que, en base a esto, se hace este trabajo con el objetivo de analizar la factibilidad técnico-económica de una planta de separación de residuos prioritarios, para la región del Biobío. Específicamente, se estudia el estado del arte de la generación de los materiales en la zona, y las tecnologías aplicables para separarlos, con lo cual se proponen diseños de plantas de separación, para finalmente examinar factibilidad técnico-económica de estas.
Para lograr estos objetivos, se realiza una búsqueda bibliográfica para obtener datos de generación de residuos, los cuales son ajustados a la región del Biobío. Se analizan informes, videos y páginas de plantas de separación y empresas fabricantes para identificar tecnologías avanzadas aplicadas. Además, se realizan entrevistas sobre recolección y reciclaje en la región, para lograr una mayor comprensión de la situación actual. Se desarrollan distintos diseños de planta y se calculan costos, ingresos, flujos de caja, los indicadores valor actual neto (VAN) y tasa interna de retorno (TIR), para finalmente realizar un análisis de sensibilidad respecto a cuatro variables clave.
Finalmente se decide trabajar con residuos de Envases y Embalajes, en consideración de los decretos publicados, la existencia de tecnologías y la calidad de los datos de generación de residuos. Para este grupo, se estima una cantidad total de Material No Valorizado en la región del Biobío de 95.782 toneladas anuales. En base a ello, se desarrolla un caso corto plazo con un flujo anual de 9.084 toneladas y casos a largo plazo con flujos de hasta 103.488 toneladas anuales. Finalmente, todos los diseños resultan factibles. con un TIR de 21% y VAN de 876 miles de USD para un caso corto plazo pesimista, ascendiendo hasta un 67% y 20,6 millones para el resto, siendo proporcional a la escala de la planta. Además, se consideraron procesos completos ofrecidos por fabricantes, los cuales también fueron factibles, con alta variación en los indicadores. Por último, se reconoce que las variables de mayor influencia en los resultados son el precio de venta y el costo de los equipos.
De esta forma se concluye que la planta es factible para diseños simples, pero necesita de la recolección Domiciliaria clasificada para poder operar, siendo este el mayor desafío, junto al financiamiento y la claridad de las cantidades generadas. Además, es necesario estudiar en profundidad el material, tomando muestras y especificando la composición.
Efecto del tamaño de partícula y el soporte en la hidrogenación de CO2 sobre catalizadores de Cu/Ce/TiO2.
(Universidad de Concepción, 2025) Ortuya Cisternas, Carolina Paz; Karelovic Burotto, Alejandro
El enfoque prometedor de utilizar CO2 capturado e hidrógeno verde para sintetizar metanol constituye una solución para mitigar las negativas consecuencias ambientales de utilizar combustibles fósiles como fuentes de energía. Esta idea requiere del desarrollo de catalizadores heterogéneos que permitan optimizar la actividad y estabilidad del sistema catalítico.
En este trabajo se estudian catalizadores de Cu/TiO2 promovidos por CeO2 para la síntesis de metanol vía hidrogenación de CO2. Específicamente se investiga el efecto de variar el tamaño de la partícula de cobre y de utilizar un soporte reducible en la actividad catalítica. Para ello se sintetizan mediante impregnación húmeda modificada dos grupos de catalizadores, uno en donde se varía el contenido de cobre en 0.1, 0.5, 1, 6 y 10 %p/p, manteniendo una razón de promotor 𝑛𝐶𝑒 𝑛𝐶𝑢+𝑛𝐶𝑒 = 0.45, y otro en donde, con la misma razón de promotor, se pretrata en H2 el TiO2 a 500, 600 y 700°C.
Las pruebas cinéticas se llevan a cabo en un reactor de laboratorio de lecho fijo a 8 bar, utilizando un flujo de 20 mL∙min-1 de una mezcla de H2 y CO2 en proporción estequiométrica de 3:1. Se realiza un experimento de barrido de temperatura de 220 a 280°C, y un segundo experimento de tiempo de residencia, sólo para el catalizador Cu6CeOx/TiO2-x-500°C, a 260°C y 8 bar con flujos de 10-50 mL∙min-1. Para la caracterización de los catalizadores se utilizan técnicas TEM, XRD y H2-TPR.
Los catalizadores se evalúan de acuerdo con la conversión, selectividad, velocidades de reacción, energías aparentes de reacción y TOF. Los resultados indican que la reacción de síntesis de metanol se ve afectada por el contenido de Cu presente en el catalizador. Un mayor tamaño de partícula, hasta 6 %p/p, logra aumentar la conversión y la velocidad de reacción, a diferencia de la reacción RWGS, la cual se ve beneficiada en aquellos catalizadores con menor carga metálica debido a, probablemente, la menor interacción soporte-metal Ti-Cu. Por otro lado, los catalizadores con TiO2 previamente reducidos logran valores más altos de conversión y selectividad cuando la temperatura de reducción es 500°C, mayores temperaturas de pretratamiento del TiO2 disminuyen la actividad catalítica debido a la modificación estructural que sufre el soporte. Al variar el tiempo de residencia se determina que el catalizador Cu6CeOx/TiO2-x-500°C a la misma conversión que Cu6CeOx/TiO2 es 3 veces más activo para la síntesis de metanol, probablemente debido a la formación de un nuevo sitio activo creado por las vacancias de oxígeno disponibles en la titania reducida.
Estudio técnico económico del uso de hidrógeno y amoníaco verdes en transportes de ferrocarriles en Chile.
(Universidad de Concepción, 2025) Bao Mora, Mario Alfonso; Márquez, Fernando; Carrasco, Juan
En esta memoria de título se realiza un estudio técnico-económico de la utilización de hidrógeno y amoníaco verdes como combustibles en el transporte de ferrocarriles en el norte de Chile. Este estudio se basa en búsquedas bibliográficas, realizando con ellos balances de energías, cálculos de consumo de combustible y cálculos de costos de equipos para su debida implementación, y de esta manera realizar una comparación entre los tres combustibles. Este estudio se basa en parte en el tren de FCAB, de donde se rescatan las características más importantes de este tren, como su potencia, peso, velocidad, recorrido, etc. El tren de hidrógeno verde está compuesto por un sistema de pilas de combustible y de baterías de potencia. Por su parte, el tren de amoníaco verde está formado principalmente con un sistema llamado Amogy Powerpack, que es un sistema integrado de reactor de craqueo, un absorbedor y celdas de combustibles. El hidrógeno verde presenta una eficiencia energética del 59%, siendo muy superior a las eficiencias del amoníaco verde y del diésel, esto se ve reflejado en la baja cantidad de kilogramos de hidrogeno verde que se necesitan para realizar cierto recorrido. En temas de costos anuales de combustible y de su transporte, el amoníaco verde es el que presenta mayores valores para estos costos anuales. Para los costos de equipos y de estanque específicos para cada tren, el que presenta mayores costos es el hidrógeno verde y esto se debe en gran parte por la alta presión en la que se almacena este combustible. A pesar de los desafíos técnicos y económicos identificados, los resultados de este estudio demuestran que la adopción de hidrógeno y amoníaco verde en el transporte ferroviario del norte de Chile representa una alternativa viable y sostenible con el tiempo.
Síntesis de hidrogeles a partir de alginato de sodio reforzado.
(Universidad de Concepción, 2025) Montaña Malebrán, Benjamín Esteban; Montoya Rendon, Luis Felipe
Los hidrogeles inteligentes son una clase de polímeros funcionales que se utilizan ampliamente en diversos ámbitos, como la agricultura, la medicina, la farmacia, el tratamiento de efluentes, la industria textil, entre otros. Para el caso del uso de hidrogeles en áreas forestales y/o agrícolas se utilizan debido a su capacidad de desorber agua y nutrientes de forma controlada durante un tiempo establecido.
Para esta memoria de título se realiza un hidrogel inteligente a base de la microalga Scenedesmus obliquus que es la encargada de aportar nutrientes y bioestimulantes de forma natural al hidrogel.
Se tiene como objetivo estudiar las oportunidades de reforzamiento de los biomedios microalgales para mejorar las propiedades estructurales de hidrogeles a partir de microalgas. Debido a que esta memoria forma parte de un proyecto, del cual, se quiere estudiar posibles mejoras a través de fortificadores en la estructura actual del hidrogel.
El hidrogel actual está hecho a partir de un biomedio expuesto a aguas de la piscicultura, este se encuentra formado de alginato de sodio y microalga. Sin embargo, se encuentra el problema de que este biomedio de geometría esférica tiene una duración de solo 14 días en el agua de la piscicultura, lo cual, no es eficiente. Es aquí donde se toman dos decisiones innovadoras, por un lado, probar dos fortificadores naturales como lo son el Agar-Agar y la Carragenina. Y, por otro lado, probar un cambio en la geometría tradicional y probar láminas de biomedios en vez de esferas.
Se probaron estos biomedios en un sistema de acuarios que simulan las condiciones de la piscicultura durante 35 días realizando tres ciclos en los cuales se iba fortificando el agua y se iban analizando diariamente los niveles de amonio, fosfato y nitrito. La depuración arrojó los mejores resultados para el biomedio tradicional y el realizado con Agar-Agar.
A lo largo de este informe, se pueden revisar los diferentes análisis y caracterizaciones visuales, microscópicas y mecánicas. Además de las interacciones descritas en la depuración.
Finalmente, se presenta una opción funcional de geometría diferente a la encapsulación tradicional con la misión de buscarle mejores en la degradación o reutilización de mallas y además, se presenta que el hidrogel fortificado con Agar-Agar muestra resultados interesantes que abren diversas opciones de análisis y posibles utilidades de este en el área de la depuración y del ahorro de agua en el área agrícola-forestal.
Evaluación de componentes de PEMFCs usando una celda de testeo comercial.
(Universidad de Concepción, 2025) Hernández Vargas, Catalina Ariela; Montoya Rendon, Luis Felipe; Sanhueza Gómez, Felipe
En el escenario global actual, donde la transición hacía las tecnologías energéticas y sostenible es crucial, las celdas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC) han surgido como una opción prometedora para la generación de electricidad a partir de hidrógeno verde. Estas celdas destacan por su alta densidad de potencia, operación a bajas temperaturas y capacidad de respuesta rápida, características que la convierten en una alternativa ideal para aplicaciones futuras en transporte y generación estacionaria. Sin embargo, su proceso de desarrollo enfrenta desafíos relacionados con la optimización de componentes y las condiciones de operación que impactan directamente en su rendimiento.
Por lo anterior, este trabajo de tesis se enfoca en la integración de una celda de prueba comercial Leancat en un banco de pruebas para evaluar componentes de la celda PEMFC. La investigación abarca desde el diseño y ensamblaje del sistema hasta su validación experimental. Para ello, se emplean técnicas de caracterización electroquímica, como curvas voltaje-corriente (V-I), análisis estructural mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y evaluación molecular a través de espectroscopía Raman. Además, se realizó un análisis ANOVA para interpretar los resultados obtenidos. Se desarrolló también un manual detallado que incluye los procedimientos de configuración, calibración y mantenimiento del banco de pruebas, con el objetivo de garantizar un uso eficiente y seguro del sistema.
Entre los resultados obtenidos, las curvas voltaje-corriente (V-I) mostraron que una humidificación adecuada de los gases reactivos mejora considerablemente la eficiencia electroquímica de la celda. En particular, se observó que al aumentar la humidificación relativa del hidrógeno del 66.7 % al 76.9% y la del oxígeno del 60.2% al 70.5%, la corriente promedio se incrementó en un 45.8%, mientras que el voltaje promedio aumentó un 2.50%. Sin embargo, al aumentar aún más los niveles de humidificación, alcanzando un 82.3% para el hidrógeno y un 78% para el oxígeno, el voltaje continuó incrementándose en un 54.6%, pero la corriente experimentó una disminución del 34.9%, lo que sugiere que una humidificación excesiva podría afectar negativamente la dinámica de transferencia de carga. Además, operar la celda a temperaturas superiores a los 80 °C puede provocar deshidratación de la membrana, resultando en una disminución en la eficiencia de la celda. Por otro lado, los análisis estructurales como la espectroscopía Raman y SEM revelaron cambios significativos en la membrana y catalizadores después de su uso, identificando defectos que impactan en la durabilidad y el rendimiento del sistema. El análisis ANOVA corroboró que los diferentes niveles de humedad y las temperaturas de la celda influyen directamente en el voltaje y corriente de la celda, lo que destaca la importancia de evaluar estas variables para optimizar su rendimiento.