ING Tesis doctorado

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Assessing recent trends of agroclimatic indices using MODIS data in central Chile
(2018) Orellana Bello, Stephanie Paz; Meza, Francisco Javier; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal
La agricultura es una de las actividades más susceptibles al cambio climático. El aumento de las temperaturas y los cambios en las precipitaciones afectarán el crecimiento y el desarrollo de los cultivos, reduciendo la productividad agrícola. Las tendencias recientes observadas en la temperatura pueden haber producido ya cambios en la idoneidad de los cultivos. El análisis de tendencias temporales es una de las metodologías más aceptadas para evaluar el efecto de los cambios observados en la temperatura sobre la respuesta fisiológica de los cultivos. Desafortunadamente, sólo unos pocos estudios analizan el efecto de estas tendencias sobre los índices agroclimáticos, especialmente realizando un análisis espacial exhaustivo. Este trabajo presenta un análisis de las tendencias temporales recientes en Chile central para índices agroclimáticos basados en temperatura derivados de imágenes satelitales de temperatura superficial MODIS. Para investigar la estructura espacial de las tendencias calculadas, se estimaron variogramas direccionales. Los índices asociados a la categoría de calor muestran tendencias marcadas hacia un inicio temprano y un aumento en la duración de la temporada de crecimiento, así como una tendencia positiva grados día acumulados en invierno y verano. Los índices asociados a la categoría de frío tienen tendencias menos claras y un número menor de tendencias significativas. El análisis de NDVI para la respuesta de la vegetación muestra una deuda adaptativa, definida como la diferencia entre la duración potencial de la temporada de crecimiento y la respuesta real de la vegetación, debido a que el inicio y la duración de la temporada de crecimiento presentan tendencias opuestas a las encontradas en los índices agroclimáticos. Los resultados más significativos en las tendencias se encontraron en las áreas mediterráneas húmedas y subhúmedas que presentan un nuevo potencial productivo menos limitado por las bajas temperaturas. Los índices de frío sugieren un aumento del período de heladas con un mayor número de eventos extremos.
Assessment and modelling of organic carbon dynamic in soils of Chile
(2019) Ramírez Cisterna, Paulina; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La comprensión y predicción de los cambios en el contenido del carbono orgánico del suelo (SOC) es fundamental para desarrollar estrategias que aseguren una mitigación efectiva del cambio climático y la productividad agrícola a largo plazo. Los cambios en el SOC pueden variar según las diferentes condiciones del suelo y del clima, sin embargo, esto sigue siendo un área activa de investigación, ya que el contenido de SOC no siempre responde de manera predecible, debido a su dependencia de las propiedades específicas de cada ecosistema. En esta tesis, evaluamos los cambios espaciales y temporales de SOC a lo largo de diferentes condiciones climáticas, tipos y usos de suelo. Además, estudiamos las propiedades químicas, físicas y microbiológicas asociadas con la dinámica de SOC en Chile. En este trabajo buscamos encontrar evidencia de los cambios de SOC en suelos cultivables en las últimas tres o cuatro décadas y comprender los principales factores involucrados para el futuro mejoramiento o desarrollo de herramientas de simulación de la dinámica de SOC. Las muestras de suelo se analizaron en relación al contenido total de C, N, estabilidad de agregados, textura, densidad aparente, pH, fracción lábil, atributos microbianos y propiedades espectrales. Nuestros hallazgos muestran que las mayores pérdidas de SOC se produjeron en áreas semiáridas y subhúmedas durante el marco de tiempo considerado, disminuyendo sus reservas iniciales de C en un 24,2% y un 26,7%, respectivamente, lo que es consistente con el mayor contenido de fracción lábil encontrados en estas áreas. Los resultados también indican que en las regiones más frías y más húmedas, los contenidos de SOC se mantuvieron estables o aumentaron con el tiempo. Entre los tipos de suelos, los Mollisoles mostraron las mayores pérdidas (29.9% de reducción entre las fechas de muestreo). Los resultados de espectroscopía indicaron que las bandas de minerales para arcillas y silicatos se asociaron con los sitios que muestran mayor almacenamiento de SOC, lo que sugiere que la protección mineral desempeñó un papel importante en la acumulación de SOC a largo plazo en áreas semiáridas. Los regímenes climáticos desempeñaron un papel importante en la estructura de la comunidad microbiana. La composición de la comunidad fue controlada en gran medida mediante las fracciones lábiles, en las que miembros de los phyla Bacteroidetes, Proteobacteria y Archaea se asociaron con una menor disponibilidad de agua y menores contenidos de SOC. El modelo RothC, el cual es ampliamente utilizado, fue una herramienta efectiva para reproducir la dinámica y las tendencias históricas de los contenidos de SOC en sitios con cultivo anuales (trigo y maíz), sin embargo, el modelo se desempeñó bien bajo ciertas condiciones climáticas y de tipo de suelo en Chile. Dadas las limitaciones del modelo, proponemos que los modelos matemáticos se pueden desarrollar teniendo en cuenta los atributos microbianos y el mecanismo de protección de SOC específico del sitio. Esta tesis analiza el papel de las propiedades de los ecosistemas como un factor limitante en las pérdidas de carbono, examina el impulsor más importante de la dinámica de SOC en Chile y evalúa el uso de un modelo del carbono orgánico para abordar la restauración y adaptación a las tendencias futuras en el contexto del cambio global.
Captura de CO2 en cenizas de combustión de biomasa.
(2017) Lira Zúñiga, Sebastián Andrés; Sáez Navarrete, César; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La captura y secuestro de carbono CSC se ha convertido en una alternativa para enfrentar el calentamiento global del planeta causado por la dependencia mundial de combustibles fósiles. Dentro de los fundamentos aplicables a la separación de CO2, la adsorción requerirá de la búsqueda de materiales adecuados y de bajo costo, no sólo para la fijación de CO2 en formas más estables para su confinamiento, sino también para su concentración en fase gas que factibilice aplicaciones de CSC con diversos principios de operación. En este trabajo se estudiaron tres tipos de cenizas, dos de combustión de biomasa agrícola (fly ash y bottom ash) y un tipo de cenizas de biomasa de turba (peat ash). Para las cenizas de biomasa agrícola se estudió la capacidad de adsorción de CO2 a distintas temperaturas en forma de polvos y pelletizados, permitiendo de esta forma identificar el mecanismo de adsorción. La identificación del mecanismo de adsorción para peat ash, se realizó estudiando la capacidad de adsorción a distintas presiones y temperatura ambiente. Basado en Ideal Adsorbed Solution Theory, se determinó la selectividad de CO2 sobre N2 en los tres tipos de cenizas ensayadas, manteniendo la humedad ambiental de tal forma de estudiar su efecto en la adsorción competitiva. A una temperatura de 25°C, bottom ash y su pellet lograron una capacidad de adsorción de CO2 de 0,06 mmol/g y 0,07 mmol/g respectivamente. Peat ash alcanzó una capacidad de adsorción de 0,15 mmol/g demostrándose que en conjunto con sus características físico químicas pueden ser una alternativa eficiente y de bajo costo en la captura de CO2. Fly ash y su pellet mostró una capacidad significativamente menor. Las capacidades de adsorción a 25°C de las bottom ash y peat ash, son valores cercanos a las capacidades de adsorción de CO2 de carbón en bruto que es de 0,09 mmol de CO2/g y a sílica mesoporosa (MCM-41) cuya capacidad es de 0,04 mmol de CO2/g. Se identificó un mecanismo de adsorción física de CO2 predominante en bottom ash, mientras que fly ash predominó un mecanismo de adsorción química. En una mezcla de gases tipo de combustión de combustibles fósiles (85% N2 y 15% CO2) bottom ash presentó una selectividad de CO2 de 0,06, sin embargo, esta decayó al aumentar la fracción molar de N2. Peat ash y fly ash presentaron valores menores de selectividad 0,025 y 0,016; respectivamente. No obstante, la selectividad de peat ash no sería afectada significativamente al aumentar la fracción molar de N2.
Cn2 profiler for a multi-conjugated adaptative optics system.
(2014) Cortés Carvallo, Ángela Johanna; Guesalaga Meissner, Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Esta tesis presenta un método pionero e innovador para la medición de la distribución vertical del perfil de turbulencias atmosférica, en sistema de óptica adaptativa de campo amplio. Con la capacidad de proporcionar en tiempo real las mediciones para instrumentos de óptica adaptativa (OA), durante las observaciones astronómicas.La OA nos permite compensar los efectos negativos que tiene la turbulencia de la atmosfera sobre la calidad y la resolución de las imágenes tomadas para astronomía. Hoy en día, se ha optado por aumentar el tamaño de los telescopios ópticos para poder cumplir con los objetivos científicos y la OA ha desarrollado importantes nuevos avances. Mientras que el perfil de turbulencias no es algo nuevo, los sistemas desarrollados no proporcionan toda la información requerida por la ciencia, ya que se encuentran en un telescopio separado y por ende, independiente del instrumento de OA. El objetivo de esta nueva técnica es usar directamente los datos ya observados de un sistema de OA multi-conjugado, de modo de medir directamente la turbulencia que afecta al telescopio usado para la ciencia, sin la necesidad de un sistema externo. Además puede ser usada para la evaluación misma del sistema de OA y además se descubrió que nos permite la estimación de la intensidad del “seeing” dentro de la cúpula del telescopio. El método es la adaptación de una técnica conocida (SLODAR) para la medición del perfil vertical de turbulencia, pero en lugar de usar estrellas naturales, usa estrellas generadas con un láser. En principio se simularon datos para validar el perfil reconstruido y que nos permitiera identificar los parámetros importantes. El método fue primero implementado y calibrado en el sistema multi-conjugado de Gemini sur (GeMS), para ser finalmente validado con los datos tomados de observaciones reales en el cielo. El método encontró algunos factores limitantes, como el efecto “fratricida” proveniente de la dispersión del laser en la atmosfera y de la existencia del “seeing” presente en la cúpula, pero ambos efectos fueron identificados y mitigados.En una segunda aproximación para la reconstrucción del perfil, fue la implementación de técnicas de correlaciones temporal, llamada “perfil del viento”, la que nos proporcionó, no sólo el perfil vertical de turbulencias, sino que proporciona la dirección y velocidad del viento para cada capa, proporcionando un mayor desempeño ya que se ajusta automáticamente a la turbulencia, y condiciones como cambios de la escala externa (“outerscale”), ruido del sensor de frente de onda o la fuerza de la turbulencia no le afecta. Mejoras futuras de la técnica desarrollada, podrían beneficiar métodos de control predictivo, al compensar del los retrasos inherentes al ciclo de OA, al proporcionar información de velocidad y dirección del viento. Esta técnica fue inicialmente desarrollada para GeMS, pero es en la actualidad probada en al menos otros tres instrumentos del mejor nivel.
Compensación demandada y su relación con el riesgo percibido : la aceptabilidad pública y la confianza en instituciones que regulan peligros ambientales
(2016) Gutiérrez Gianella, Virna V.; Cifuentes Lira, Luis Abdón; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En los últimos años se ha estudiado la relación entre la percepción del riesgo, la confianza en las autoridades reguladoras y la aceptabilidad pública de actividades y tecnologías. Sin embargo, poco se sabe de estas relaciones cuando se habla de peligros ambientales. Los peligros ambientales son considerados males públicos, ya que su producción o consumo generan externalidades negativas afectando el bienestar del individuo y la sociedad. La economía del bienestar sugiere dos medidas para estimar el cambio en el bienestar de una persona: la disposición a pagar (DAP) o la compensación demandada (CD). Utilizar una medida u otra depende de quién tiene los derechos de propiedad de un bien o servicio. Para el caso de peligros ambientales, los derechos de propiedad se encuentran en la sociedad que exige mayor regulación para el riesgo al que se someten producto de estos impactos al medioambiente. Esto conlleva a un interés por estudios que reflejen la realidad nacional y que a su vez aporten a la disciplina del análisis de riesgo en general. En Chile, estudiar las precepciones de la gente en cuanto a los riesgos ambientales a los que están sometidos es muy importante para la gestión de riesgos tanto del sector público como del privado. Avanzar en la compresión de los factores que influyen estas percepciones ayudará a desarrollar estrategias efectivas de comunicación y participación ciudadana.El objetivo principal de esta tesis es explorar si la compensación demandada se relaciona con las variables clásicas utilizadas en el área de percepción de riesgo (riesgo percibido, aceptabilidad y confianza en autoridades reguladoras). Para lograr dicho objetivo se realizaron tres estudios con dos muestras de la población de Santiago. La primera, con un total de 421 participantes que evaluaron 29 peligros ambientales para las cuatro variables de estudio. La segunda, con un total de 500 encuestados que evaluaron las cuatro variables para dos peligros particulares: uno de carácter local (contaminación atmosférica) y otro de carácter global (cambio climático). Con la primera muestra se realizaron dos estudios: el primero de carácter exploratorio con el fin de determinar la relación entre la compensación demandada, la aceptabilidad, el riesgo percibido y la confianza en las autoridades reguladoras; y el segundo de carácter confirmatorio cuyo objetivo era probar si las relaciones encontradas en el primer estudio se mantenían si se incorporaba en el análisis el medio ambiente afectado y la actividad económica generadoras de estas externalidades. Nuestra investigación exploratoria arrojó dos resultados principales. El primero es que la compensación demandada mantiene una relación directa y positiva con el riesgo percibido y una relación directa y negativa con la aceptabilidad.El segundo resultado sugiere que no existe una relación entre la compensación demandada y la confianza en las autoridades encargadas de regular los riesgos medioambientales. Nuestro segundo estudio avanza en la compresión de los factores que determinan la compensación demandada cuando se afecta la atmósfera, los lagos y ríos, el suelo y el océano como causa del desarrollo de actividades económicas como la minería, la urbanización, la pesca y la agricultura. Para esto planteamos un segundo objetivo en el cual exploramos si la compensación demandada y sus relaciones con las variables (riesgo percibido, aceptabilidad y confianza en autoridades) dependen del medio ambiente afectado y/o del sector económico que genera los impactos. Los resultados mostraron que la compensación demandada depende del riesgo percibido, la aceptabilidad, la confianza en las autoridades y de la actividad económica, pero no así del medio ambiente afectado. La aceptabilidad depende de la confianza en las autoridades, del riesgo percibido y de la actividad económica.El riesgo percibido depende de la confianza en las autoridades, de la actividad económica y del medio ambiente afectado. En general, los impactos ambientales de la minería son percibidos como más riesgosos, menos aceptables, y tienen una mayor compensación demandada que las otras actividades económicas. Estos resultados sugieren que, para lograr el desarrollo sostenible, las regulaciones deben considerar no sólo los impactos ambientales, sino también el sector económico que los origina. Finalmente, nuestro tercer y último estudio utiliza una segunda muestra para determina con un modelo confirmatorio si la relación entre estas cuatro variables se mantiene tanto para la contaminación atmosférica como para el cambio climático. Nuestros resultados sugieren que las relaciones difieren por tipo de peligro, encontrándose un mayor efecto de todas las variables sobre la compensación demandada para la contaminación atmosférica.
Coping with unertainty in climate change: merging general circulation models and local climate to simulate the future performance of a reservoir system
(2018) Chadwick, Cristián; Gironás León, Jorge Alfredo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La simulación de variables hidro-climáticas y su impacto futuro implica usar Modelos de Circulación General (GCM) bajo distintos escenarios de gases de efecto invernadero o RCP (Representative Concentration Pathways). Cuantificar y tratar formalmente la incertidumbre asociada a estos modelos y escenarios es clave en estudios de impacto y adaptación al cambio climático. Este trabajo propone metodologías para enfrentar esta incertidumbre, particularmente en el análisis del desempeño de embalses, por medio de la transferencia de los estadísticos de los GCM al clima local. Inicialmente se demuestra la contribución relevante de los GCM y sus realizaciones a la incertidumbre total. Luego se propone un tratamiento de los GCM mediante la fusión de ensambles de estos y el clima local para generar series de clima estadísticamente compatibles con las proyecciones globales. La metodología es aplicada en tres cuencas Chilenas (Limarí, Maipo y Maule) simplificando el correcto tratamiento de los GCM y la generación de climas futuros asociados a probabilidades de ocurrencia para la modelación hidrológica. Esta metodología se utiliza para identificar el tiempo de emergencia (ToE) en el que el cambio en precipitaciones y temperaturas en estas cuencas aparece significativamente. Finalmente se evalúa una meta cambiante de entrega de agua como estrategia de adaptación del sistema de embalses Paloma (Limarí). Junto con las metodologías de generación de clima e identificación del ToE, otros resultados relevantes son: (1) sólo 5 percentiles de tendencia del ensamble de GCM replican las estadísticas obtenidas a partir de series individuales de clima para cada GCM; (2) el ToE ocurre antes del 2030 para las tres cuencas bajo escenarios RCP 6.0 y 8.5, siendo el Maule donde las precipitaciones futuras cambian mayormente; y (3) la reducción progresiva del agua distribuida por el sistema Paloma mantiene constante el número de fallas, pero reduce fuertemente la disponibilidad de agua.
Effect of the heat transfer on supercritical CO2 extraction of solid substrates: Modeling and quantification of the impact at industrial level
(2024) Toledo Cayuleo, Felipe Rodrigo; Valle Lladser, José Manuel del; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La modelación y simulación de la extracción de sustratos sólidos con CO2 supercrítico es una herramienta útil para optimizar extracciones, escalar resultados y diseñar plantas industriales. Sin embargo, los modelos de transferencia de masa para este proceso incluyen suposiciones que pueden ajustarse en extracciones de laboratorio, pero que es difícil controlar a grandes escalas. El objetivo de esta tesis fue evaluar el efecto de relajar la suposición de temperatura constante durante el proceso y cuantificar su impacto en extracciones en plantas industriales. Esta tesis presenta un programa de simulación de plantas con múltiples extractores y un modelo de transferencia de masa y calor que estima perfiles de temperaturas durante las etapas de despresurización, presurización y extracción, los cuales son considerados en el cálculo de las curvas de rendimiento de extracción. El simulador de plantas industriales mostró la importancia del número de extractores y el tiempo de ciclo para evaluar la productividad de estas plantas. Un modelo unidimensional para la transferencia de calor en estado estacionario fue ajustado con datos de extracciones (en un extractor de 1 litro) con gradientes de temperaturas impuestos (a 48 MPa, con CO2 a 40 °C con la pared del extractor a 60 °C y viceversa). Al aplicar los perfiles de temperatura calculados en el modelo de transferencia de masa, las curvas de extracción simuladas coinciden con los datos experimentales de la extracción con gradientes impuestos. El modelo de transferencia de calor fue expandido para considerar un sistema transiente y variaciones axiales y radiales de temperatura, junto con las etapas de despresurización y presurización. Una nueva correlación para estimar la transferencia de calor por convección pared-fluido fue ajustada con datos experimentales de despresurización, y su uso fue validado en el modelo por medio de la simulación y comparación con datos experimentales de las etapas de presurización y extracción. Finalmente, este modelo general de transferencia de calor y masa fue aplicado en la simulación de una planta industrial con dos extractores (volumen de 1 m3) para evaluar el efecto de los gradientes de temperatura formados durante las etapas de reacondicionamiento en las curvas de extracción. Para una extracción a 48 MPa, con el CO2 y el fluido de servicio en contacto con la cara externa del extractor a 60 °C, las diferencias entre el caso no isotérmico y el isotérmico no superan un 9%, incluso variando velocidad superficial del CO2 y el tamaño de partícula. Estas diferencias aumentan significativamente hasta un 36% cuando las condiciones del proceso aumentan a 70 MPa y 80 °C, cuando el tiempo de extracción es de 10 minutos.
Effectiveness of green roofs and walls to mitigate atmospheric particulate matter pollution in a semi-arid climate
(2021) Viecco Márquez, Margareth Indira; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Air pollution is an atmospheric phenomenon by which particles (solid/gas) contaminate the environment. The World Health Organization (WHO) considers air pollution as a substantial environmental risk for health, specifically for cities. Reducing the levels of air pollution can decrease morbidity related to strokes, lung cancers, and chronic and acute lung diseases, including asthma. Industries such as construction, transportation, and consumption of fossil fuels, in other sectors, have contributed to increasing pollutant emissions to the urban environment. Pollutants, such as atmospheric particulate matter (PM), are considered highly harmful to people's health. Long-term exposure to PM is statistically associated with respiratory morbidity and mortality. Thus, many cities have focused on improving urban air quality using different strategies, such as the implementation of green roofs (GRs) and green walls (GWs). Although there have been significant advances in research on the effect of GRs and GWs on urban air quality, there are still research gaps. These gaps related to identifying vegetation that favors the capture of PM, establishing strategies to enhance the PM capture capacity of different vegetation, and quantifying the impact of implementation of GRs and GWs at urban scales. The main objective of this research is to analyze the effectiveness of GRs and GWs on mitigating air pollution by PM10 and PM2.5 in improving urban air quality. The variability in capturing PM for GRs and GWs plants is evaluated and the influence of species biodiversity in capturing PM is investigated. The impact of GRs and GWs layouts on PM capture and concentrations in a highly dense urban area with a Mediterranean climate is studied. In particular, GRs and GWs layouts, considering coverage and building heights where GRs and GWs are located, are two aspects of urban morphology analyzed. The research methodology consists of quantifying the PM capture capacity for nine GRs and GWs species as monocultures and polycultures to investigate how PM capture varies among plants and due to biodiversity. Two methods are used to evaluate the PM capture, gravimetric analysis and decay curve. Based on the results of PM capture, a validated ENVI-met model is used to assess how urban morphology and GRs and GWs coverage influence PM capture and concentrations at a neighborhood scale of Santiagos’ downtown. The results in monocultures, GRs and GWs show that PM capture is highly species type dependent. PM2.5 capture ranged from 0.09 μg·cm-2∙h-1 for Sedum Spurium P to 1.32 μg·cm-2∙h-1 for S. Album. Moreover, it found that biodiversity significantly increases the PM2.5 capture compared to monocultures. In four of the five species studied, the PM2.5 levels captured by the vegetation was higher in polycultures. Moreover, the results from ENVI-met modeling show that priority should be given to GRs for buildings lower than 10 m height to decrease PM2.5 concentrations at pedestriam level. For GWs, the PM2.5 abatement is favorable in all building configurations. In addition, the combined use of GRs and GWs can reduce up to 7.3% of PM2.5 in Santiago’s downtown compared to a base case scenario without GRs and GWs. In conclusion, GRs and GWs are a valuable strategy to improve urban air quality, thus they should be implemented as a complement to other air quality mitigation strategies in large cities. S. Album outperforms the other species evaluated in capturing PM2.5 either as monoculture or polyculture. It was also found that biodiversity enhance the PM2.5 capture of GRs and GWs. It is recommended the polycultures of L. Spectabillis, Lavandula Angustifolia and S. Album for GRs and Sedum Palmeri, S. Album and Sedum Spurium P for GWs to maximize the effectiveness of GRs and GWs to capture PM2.5. On the other hand, the implementation of GWs has a greater impact on PM2.5 abatement than GRs due to their proximity to the emission source. It is suggested to implement GRs on buildings up to 10 m height and coverage between 50% and 75%. For GWs, a coverage of 25% is recommended. These results provide scientific support for the inclusion of GRs and GWs in public policies and urban development plans in order to improve urban air quality. Moreover, the methodologies used in this research can also be applied to other species and urban morphologies to identify the optimum combinatory of vegetation species and layouts to capture PM in the urban environment.
Equilibrium partition of vegetable extracts between pretreated vegetable substrates and pure or oil-modified supercritical CO2
(2015) Urrego, Freddy A.; Valle Lladser, José Manuel del; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En la modelación de la extracción de sustratos vegetales con CO2 supercrítico (CO2 SC), es común considerar a las variables del equilibrio de partición (función que relaciona la concentración máxima que podría alcanzar un soluto en la fase fluida, Cf, con base en la concentración residual del soluto en la fase sólida, Cs, Cf = f (Cs)) como parámetros de ajuste, algunas veces desconociendo si los resultados obtenidos reflejan la realidad física. El objetivo de esta tesis fue estudiar (experimentalmente), el equilibrio de partición de extractos vegetales entre CO2 SC y sustratos vegetales, modelar los resultados, y evaluar su inclusión en modelos de extracción. Para esto, se desarrolló, estandarizó, y validó una metodología que intercala etapas de equilibramiento (y muestreo), con etapas de extracción (para agotar el sustrato), midiendo el equilibrio de partición de aceite de raps entre CO2 SC y raps preprensado, a 40-60ºC y 22-28 MPa. Luego, se aplicó en la medición del equilibrio de partición de oleorresina de pimentón (y carotenoides), entre CO2 SC puro o modificado con aceite vegetal, y pimentón peletizado-molido-tamizado, a 54-67ºC y 22-28 MPa.
Fine particulate matter : indoor and outdoor source apportionment at Santiago, Chile
(2015) Barraza Saavedra, Francisco Javier; Jorquera, Héctor; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los habitantes de Santiago han estado expuestos a altas concentraciones de material particulado fino (PM2.5) por décadas. La mejoría de los niveles ambientales del MP2.5 en Santiago ha ido frenándose en los últimos años. Para poder solucionar esta problemática, es necesario identificar y cuantificar claramente los agentes que contribuyen al aumento de niveles de PM2.5. El objetivo de esta Tesis es obtener una evaluación mejorada de la calidad del aire existente para Santiago, mediante la identificación y cuantificación de las principales fuentes que contribuyen al PM2.5 en Santiago, diferenciando entre el ambiente intradomiciliario y el exterior. Para cumplir con este objetivo se aplicó un modelo fuente-receptor mediante la utilización del programa computacional PMFv3.0 el cual fue aplicado sobre: a) bases de datos históricos, b) nuevos datos interior/exterior generados por esta tesis y c) nueva base de datos colectados en conjunto con investigadores de la University of Wisconsin-Madison.
Integration of electrochemical decarbonation of limestones into an innovative chain for low carbon foot print cement production
(2025) Ramírez Amaya, Darío Alonso; González Hormazabal, Marcelo Andres; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Concrete is the most widely used human-made material, but its use faces pressing challenges related to reducing CO2 emissions. These emissions are primarily associated with the cement production processes, which involve the calcination of calcium carbonate (CaCO3)-rich limeston esto produce quicklime (CaO), hydrated lime (Ca(OH)2), and clinker —the main active compound in Portland cement (PC). Due to the growing demand for concrete and, consequently, cement, the cement industry increasingly relies on disruptive technologies to meet CO2 stabilization targets for2050, which are essential for contributing to less severe global warming scenarios. Recently, an electrochemical process based on water electrolysis has been proposed as a disruptive technology with potential for the deep decarbonization of lime and cement production. In this process, introducing solid CaCO3 into an electrolysis cell triggers a decarbonation reaction in anaqueous medium at room temperature and atmospheric pressure, releasing H2, and a mixture of O2 and CO2. Calcium precipitates as solid Ca(OH)2 and is recovered from the electrolysis cell by filtration. This precipitated material (PM) has the potential to be used as a non-carbonate feedstock for lime and cement production (Ca(OH)2 Heat→ CaO + H2O), addressing the chemical emissions produced by limestone calcination (CaCO3 Heat→ CaO + CO2). For a future deployment of this technology in the cement industry, it is essential to understand the implications of electrochemical decarbonation (ED) in the manufacturing process and the final product's performance. Accordingly, this research focused on the integration of the ED into an innovative chain for low-carbon footprint cement production, advancing the understanding of the fundamentals of the electrochemical process, and investigating the effects of substituting natural limestone with its corresponding PM on the entire production chain and the properties of the resulting cement. The physical and chemical properties of limestones from cement plants were of interest in explaining the quality of the PM. For this purpose, different-grade limestones were decarbonated using an H-type cell, demonstrating that ED is possible on natural limestones of different CaCO3 purities. In all cases, the PM obtained was mainly comprised of Ca(OH)2, with a higher CaO concentration and lower loss on ignition (LOI) than their precursors, which is beneficial for cement and lime production. The quality of the PM as a feedstock for cement and lime production was assessed according to the state of practice in these industries. It was demonstrated that regardless of the CaCO3 purity and origin of the precursor limestone, the ED enhances the lime saturation factor due to an increase in the CaO concentration while reducing the rest of primary oxides and impurities of the precursor, which can be separated from the calcium component and isolated in the cell's anodic chamber by decantation. For most of the studied cases, PMs' chemical and physical characteristics supported the ED suitability for cement and hydrated lime production. In this sense, low fineness and specific surface area of the precursor, along with a high content of MgO, were linked to an increase in unreacted CaCO3 in the PM. The effect of using PMs on the cement manufacturing process was initially evaluated by identifying and quantifying the main hydraulic phases and free lime content in laboratory synthesized electrochemical clinker (E-CK). It was demonstrated that the raw meal for E-CK can be formulated by completely replacing the precursor limestone with its PM, reducing CO2 chemical emissions up to 90%. After the clinkerization stage, the resulting E-CK was mainly comprised of Alite (C3S), and the rest of the hydraulic phases remained in suitable proportions for Portland cement production. In addition, under the same thermal treatment, the raw meal formulations based on PM had a lower free lime content than conventional formulations based on the precursor limestones. It was suggested that the high reactivity of the alternative raw meal is due to the lower enthalpy and temperature of decomposition of the Ca(OH)2 dehydroxylation compared to CaCO3 decarbonation.
Proposal on a new climatic zoning for building in the south of Chile
(2021) Verichev, Konstantin; Carpio Martínez, Manuel; Zamorano Toro, Montserrat; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La zonificación climática para la edificación es una herramienta efectiva de la política de regulación energética. Sin embargo, el cambio climático está provocando que la zonificación actual no se ajuste a la realidad climática existente. Este es el caso del sur de Chile, donde las zonas actuales y los códigos de edificación no pueden garantizar la implementación de edificaciones energéticamente eficientes. Esta tesis ha tenido como objetivo desarrollar una propuesta de zonificación climática para edificación residencial en el sur de Chile, con una metodología reproducible que permita una actualización constante, mitigue y se adapte al cambio climático, reduciendo así los efectos en el medio ambiente en su proceso de climatización. Para ello, en las cinco regiones del país, se ha analizado la adecuación de la aplicación métodos de zonificación: basada en grados-día para calefacción, la bioclimática, la basada en el método de clusterización de los parámetros climatológicos, las dos metodologías del Código Técnico de la Edificación de España y la de la ASHRAE. Como resultado, se identificaron los principales parámetros y características que debe tener una zonificación climática efectiva: (i) tener una metodología reproducible para la actualización constante en contexto de dinamismo climático; (ii) basarse en datos meteorológicos de alta resolución espacial; (iii) tener en cuenta las características climáticas de los períodos de invierno y verano. Considerando lo anterior, se concluye con una propuesta metodológica que ha permitido determinar nuevas zonas climáticas para la edificación, así como proporcionar recomendaciones para el diseño de la envolvente de los edificios, basándose en la metodología del Código Técnico de la Edificación de España y de la ASHRAE. La zonificación climática propuesta permitirá implementar proyectos de viviendas con altos estándares energéticos, desarrollar códigos de construcción dinámicos que permitirán mitigar los efectos del cambio climático y adaptar la edificación a los mismos.
Toward resilient and sustainable communities: performance evaluation of light frame timber residential structures subjected to seismic and hurricane hazards
(2024) Valdivieso Cascante, Diego Nicolas; Abbie B., Liel; Guindos Bretones, Pablo; López-García, González Diego; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería ; University of Colorado Boulder
Esta tesis ofrece un análisis profundo sobre el comportamiento estructural y la modelización de estructuras de entramado ligero de madera. Destaca la importancia de un modelado en 3D que refleje con precisión el comportamiento real, frente a las aproximaciones simplificadas en 2D comúnmente usadas en el ámbito profesional. El objetivo principal de esta tesis es profundizar en el entendimiento de las respuestas estructurales ante riesgos sísmicos y huracanados en Chile y Puerto Rico, respectivamente. Esta mayor comprensión podría potenciar la resiliencia de las comunidades en estas zonas ambientalmente sensibles, haciendo al mismo tiempo que la construcción con madera sea más competitiva y factible como opción sostenible en el tiempo. Centrándose en la sostenibilidad, este estudio subraya el importante papel de la madera en la disminución del déficit habitacional y en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel mundial. Basada en desempeño para evaluar los riesgos relacionados con los vientos huracanados. También se consideran los posibles impactos del cambio climático en la frecuencia e intensidad de los huracanes en la isla. Esta tesis integra varios aspectos del comportamiento de los edificios de madera bajo cargas sísmicas y de vientos huracanados, desafiando los enfoques de diseño convencionales y abogando por prácticas sostenibles y socialmente responsables. Las conclusiones y recomendaciones establecen un camino para el desarrollo de prácticas de construcción robustas, eficientes y sostenibles en áreas propensas a amenazas naturales. Se espera que investigaciones futuras expandan sobre los efectos de sistema y los efectos de las capas no estructurales para desarrollar la información necesaria para que los profesionales y académicos consideren tales efectos en el análisis de estructuras de madera. Las investigaciones futuras también deberían centrarse en desarrollar modelos integrales de cambio climático para la evaluación del riesgo ante múltiples amenazas, promoviendo así la resiliencia en comunidades vulnerables a nivel global
Understanding groundwater dynamics in a chanching climate: numerical modeling and remote sensing insights from the Salar del Huasco Basin
(2023) Blin Lizasoain, Nicole; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El agua subterránea es la mayor fuente de agua dulce a nivel global. En regiones áridas, donde el agua superficial es limitada, el agua subterránea es la principal fuente de agua. El continuo avance del cambio climático y el crecimiento acelerado de la población generarán un aumento en la demanda de dicho recurso. Por lo tanto, es esencial comprender cómo podrían verse afectados los sistemas de agua subterránea y así gestionar sustentablemente los recursos hídricos y preservar ecosistemas. Motivada por dichas proyecciones, esta investigación se enfoca en el estudio de la cuenca del Salar del Huasco en el árido Altiplano chileno, mediante la simulación del agua subterránea bajo diferentes escenarios de cambio climático. La primera parte de la investigación examina la respuesta del acuífero del Salar del Huasco ante escenarios extremos de cambio climático. Los resultados indican que el acuífero se adapta a diversas condiciones externas mediante la regulación de sus descargas, con la evaporación como el principal mecanismo de descarga que mantiene estable el nivel freático alrededor de los humedales. La segunda parte evalúa la aplicabilidad de productos satelitales en la modelación del agua subterránea en áreas con monitoreo limitado. La integración de EEFlux en el modelo mejoró la representación espaciotemporal del nivel freático y la calibración de parámetros específicos, confirmando el potencial de estos productos en la modelación del agua subterránea. Finalmente, se explora el papel del agua subterránea en la mitigación de los efectos del cambio climático en ecosistemas dependientes, con enfoque en los humedales del Salar del Huasco. A pesar de los cambios climáticos proyectados, los humedales se mostraron resistentes a cambios debido a la influencia del agua subterránea. Esto sugiere que el agua subterránea podría amortiguar parte de los impactos del cambio climático en ecosistemas dependientes en regiones áridas.
Water balance in the Chilean Altiplano: exploring the spatiotemporal scales of coupled atmospheric-hydrogeological processes
(2025) Aguirre Correa, Francisca; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Hartogensis, Oscar; Bollasina, Massimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Esta investigación estudia los procesos multi-escala que gobiernan el balance hídrico en el Altiplano chileno, una región árida y de gran altitud compuesta por múltiples cuencas endorreicas. Mediante el uso de observaciones in situ, datos de teledetección y modelos numéricos, se analiza cómo la precipitación, la evaporación y el agua subterránea interactúan en escalas continental, regional y de cuenca. A gran escala, se muestra que ∼60% de la variabilidad intraestacional de la precipitación proviene de oscilaciones de alta frecuencia (<20 días) del Monzón de Sudamérica, desencadenadas por ondas de Rossby originadas en la Zona de Convergencia del Pacífico Sur. Estas oscilaciones provocan cambios abruptos entre fases monzónicas activas e inactivas, definiendo cuándo y dónde ocurre la precipitación. A escala regional, una circulación térmicamente impulsada genera un colapso de la capa límite atmosférica al mediodía sobre el desierto y transporta aire más frío y seco hacia humedales y lagunas adyacentes, creando peaks pronunciados de evaporación. Esta interacción pone de manifiesto cómo la dinámica de la capa límite regula la pérdida de agua a la atmósfera en un entorno heterogéneo. Por último, a nivel de cuenca, se observa que la recarga de agua subterránea ocurre en zonas de gran altitud donde la precipitación excede la evaporación. Por el contrario, el agua subterránea aflora en humedales, lagunas y zonas ribereñas de baja altitud que actúan como vías preferenciales para la evaporación, siendo los principales puntos de descarga del sistema endorreico. En conjunto, se demuestra que la precipitación establece el marco de la disponibilidad de agua, los procesos en la capa límite atmosférica rigen las tasas de evaporación y el agua subterránea media los flujos a escala de cuenca. Reconocer estos acoplamientos multiescala es esencial para estimar con precisión el balance hídrico y elaborar estrategias de gestión sostenible ante la variabilidad climática y la creciente demanda de recursos hídricos.

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