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- ItemIntegration 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 IngenieríaConcrete 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.
- ItemImpact on patient waiting and service downtime due to nonstructural earthquake damage of Hospital critical rooms(2025) Guamán Cabrera, Jaime Wilson; Llera Martin, Juan Carlos de la; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaProveer cuidado médico continuo y estabilizar a pacientes gravemente heridos son servicios críticos que los hospitales ofrecen durante emergencias causadas por terremotos. Sin embargo, durante las últimas décadas muchos hospitales alrededor del mundo han sufrido daño no estructural significativo que ha impactado severamente la funcionalidad de los servicios médicos, reduciendo drásticamente su capacidad de respuesta hospitalaria. Actualmente, existe escasa investigación acerca de cómo correlacionar adecuadamente el daño de elementos no estructurales, sistemas, y contenidos (NSC) con la funcionalidad de recintos críticos hospitalarios y su posterior recuperación. Para abordar este vacío de conocimiento, esta investigación se enfoca en la estimación del impacto del daño de NSC en la Funcionalidad Residual (RF) y Tiempos de Espera de pacientes (WT) en recintos críticos hospitalarios. Para lograr esto, en primer lugar, la Técnica de Proyección de Cámara (CPT) fue usada para extraer las respuestas experimentales del equipamiento médico instalado en el edificio de cinco pisos, ensayado a escala natural en la Universidad de California San Diego, en 2012. Segundo, tres modelos numéricos no lineales, es decir, rodante, deslizante, y balanceo-vuelco, fueron desarrollados en MATLAB para reproducir las respuestas experimentales obtenidas en CPT. Luego, dos modelos de edificios hospitalarios tridimensionales y completamente equipados fueron desarrollados en OpenSees para simular un Box de Urgencia (ER), una Unidad de Cuidados Intensivos (ICU), y un Recinto Operatorio (OR) en el primer, cuarto, y quinto piso, respectivamente, considerando ambos sistemas de apoyo, Fijo-a-la-Base (FB) y Base-Aislada (BI). Ambos modelos hospitalarios fueron analizados para estimar su desempeño y daño estructural, no estructural, y de contenidos de forma progresiva para los sismos de Servicio (SE), Diseño (DE), y Máximo Sismo Considerado (MCE), y para ambos sistemas de apoyo. Luego, curvas de fragilidad estructural y de contenido médico no anclado fueron específicamente desarrolladas en este estudio usando Análisis Dinámico Incremental (IDA). Posteriormente, se adoptó una metodología probabilística para construir escenarios de daño no estructural usando modelos 3D de Realidad Virtual (3D-VR) mediante el acoplamiento de curvas de fragilidad estructural y no estructural usando 10,000 Simulaciones Monte Carlo (MCS). Luego, estos escenarios 3D-VR fueron usados para llevar a cabo elicitaciones a expertos médicos con la finalidad de obtener opiniones imparciales para RF y WT para cada recinto crítico, nivel de demanda sísmica, y condición de apoyo. Finalmente, los juicios de expertos fueron procesados usando el método Cooke para construir curvas de fragilidad discretas para RF y WT. Esta investigación busca contribuir a un mejor entendimiento del daño NSC, su interacción con el desempeño estructural, y su impacto en la continuidad de servicios médicos.
- ItemRecovery of Murta polyphenols using eutectic solvents and advanced sustainable techniques(2025) Fuentes Jorquera, Natalia Andrea; Pérez C., José Ricardo; Canales Muñoz, Roberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaUgni candollei B. (murta blanca) y Ugni molinae T. (murta roja), son especies nativas silvestres chilenas que tradicionalmente han sido utilizadas en medicina etnobotánica, poseen perfiles polifenólicos diversos y poco explorados, especialmente en el caso de la murta blanca. Técnicas analíticas avanzadas, como UPLC-ESI-ORBITRAP MS y UHPLCESI-QTOF, han identificado una amplia gama de compuestos fenólicos en frutos, hojas y tallos, incluyendo numerosas estructuras nuevas. Las bayas de murta blanca revelaron más de 100 compuestos fenólicos en sus extractos, mientras que los extractos de murta roja demostraron un potencial antioxidante significativo, especialmente en las hojas. Los métodos sostenibles de extracción influyeron significativamente en el rendimiento y la composición de polifenoles. Es así, como técnicas avanzadas tales como la extracción asistida por microondas (MAE) y la extracción asistida por ultrasonido (UAE), combinadas con solventes eutécticos (ES), mejoraron el rendimiento de la extracción cuando se optimizaron. Específicamente, para las condiciones del ES, ChCl:1,3-butanodiol con 30% de agua y MAE a 353 K durante 3 min produjo el mayor contenido de polifenoles extraíbles (EPP). Por otro lado, los polifenoles no extraíbles (NEPP), principalmente proantocianidinas, contribuyeron hasta el 19% del total de polifenoles, lo que resalta su importancia. La extracción con líquidos presurizados (PLE) con glicerol acuoso mejoró la recuperación de compuestos fenólicos de hojas y tallos, mientras que la maceración convencional favoreció algunos compuestos del fruto. Estos hallazgos respaldan el uso de métodos de extracción ecológicos para obtener compuestos antioxidantes de alto valor a partir de murta, promoviendo su aplicación en las industrias alimentaria y nutracéutica. Este estudio está alineado con los principios de la economía circular, la revalorización de residuos agroalimentarios y los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas.
- ItemImpact of resource capacity in hospital facilities on post-earthquake demand for emergency healthcare response(2025) Merino Peña, Yvonne; Llera Martin, Juan Carlos de la; Aguirre Aparicio, Paula; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos desastres continúan demostrando las consecuencias de una infraestructura vulnerable en la salud pública y los servicios críticos que prestan atención de emergencia en el contexto de terremotos. Los hospitales dan soporte fundamental en la respuesta de servicios de salud de emergencia en desastres. En terremotos muy destructivos, los heridos inmediatos acuden a los hospitales operativos para recibir asistencia en salud, y las víctimas rescatadas de los escombros son trasladados a los hospitales de alta complejidad para ser asistidos por equipos especializados ante el riesgo vital. Además, en el largo plazo, las comunidades siguen acudiendo a los servicios de salud hospitalarios en busca de atención en salud mental. Sin embargo, los terremotos tienen potencial destructivo para reducir la capacidad de respuesta de los hospitales y limitar su disposición para absorber las demandas de atención oportuna por múltiples factores como el daño físico, la pérdida del recurso humano, y la percepción del riesgo dentro de su personal, entre otros. Esta situación hace necesario explorar cuáles son los factores que impactan la función hospitalaria y determinan las consecuencias de los terremotos en la oferta ininterrumpida de servicios de salud en emergencia. Los modelos de hospitales disponibles en la literatura carecen de una perspectiva integral de la resiliencia sísmica de atención en salud. Los modelos estructurales que predicen la respuesta física de los edificios donde operan los hospitales carecen, en general, de una conexión con las pérdidas humanas por terremotos (e.g., víctimas heridas y fatales). Adicionalmente, los modelos de desempeño sísmico para hospitales no integran el impacto de la disponibilidad post-terremoto de los recursos físicos en las variables de atención a las víctimas que se estiman en los modelos de riesgo basándose en las investigaciones en salud pública y medicina de emergencia. Esta propuesta hace énfasis en oportunidades de investigación novedosas para progresar en el estudio de hospitales resilientes desde una mirada interdisciplinar y basada en evidencias recientes. Esta tesis presenta modelos de servicios médicos y procesos de emergencia que capturan las consecuencias de la interrupción de recursos hospitalarios en las métricas de capacidad de respuesta, y demuestra cómo ellas pueden informar mejor los modelos de desempeño sísmico de edificaciones hospitalarias. Empleando los principios básicos de investigación de operaciones, se desarrolla un modelo de respuesta hospitalaria que puede conectarse con modelos estructurales para complementar el análisis de desempeño sísmico en infraestructura de salud. Los resultados muestran cómo un esfuerzo interdisciplinar para integrar la epidemiología en desastres, la medicina de emergencia, y la ingeniería estructural puede ofrecer criterios más efectivos para priorizar y proteger recursos hospitalarios de apoyo a servicios críticos para la atención de heridos por terremotos.
- ItemProjection of particles from the turbulent flow: the fundamental link to the understanding of erosive wear mechanism(2025) Espinoza Jara, Ariel Orlando; Walczak, Magdalena; Messa, Gianandrea; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEsta tesis profundiza en la comprensión del desgaste por erosión turbulenta en flujos con partículas en suspensión, mediante el estudio de las estructuras turbulentas coherentes, particularmente los Movimientos a Gran Escala (LSM, por sus siglas en inglés) y potencialmente los Movimientos a Escala Muy Grande (VLSM). Estas estructuras concentran una contribución significativa de la energía cinética turbulenta, llegando hasta un 60%, la cual puede transferirse a las partículas arrastradas, impulsándolas hacia las superficies y generando erosión. El análisis revela evidencia clara de la relación entre la dinámica de estas estructuras y las velocidades y ángulos de impacto de las partículas observados experimentalmente a partir del análisis inverso de las huellas de desgaste, lo que confirma la hipótesis central de que las estructuras turbulentas gobiernan el proceso erosivo en estos sistemas. Se identificaron parámetros clave del flujo y de las partículas como: el número de Reynolds, el número de Stokes, la concentración de sólidos, el ángulo de impacto y la velocidad de imapcto, que influyen directamente en la frecuencia y distribucion de los impactos erosivos. El estudio integra técnicas de simulación avanzadas (Simulación de Grandes Vortices, LES, acoplada con el modelo Multi-Phase Particle-in-Cell, MPPIC) junto con herramientas experimentales innovadoras como la Velocimetría por Imágenes de Ultrasonido (UPIV) y la Velocimetría por Seguimiento de Partículas (PTV), permitiendo caracterizar tanto la turbulencia de la fase líquida como el comportamiento de las partículas en las proximidades de las superficies sólidas. De manera relevante, los resultados respaldan un cambio hacia modelos de erosión basados en la energía transferida desde el flujo hacia la superficie, considerando la dureza del material erosionado y las estructuras coherentes del flujo, en contraposición a los enfoques tradicionales basados en el esfuerzo de fluencia. Un análisis de reducción de orden mediante POD y transformadas wavelet demostró que un número reducido de modos energéticos es capaz de predecir la coherencia espacio-temporal de eventos del tipo ”Sweep” responsables de los impactos de partículas. Además, se validó el uso de partículas equivalentes en tiempo de respuesta de Stokes, lo cual permitió simular partículas experimentales de mayor tamaño de forma eficiente sin comprometer la resolución de LES. Aunque persisten desafíos, como cuantificar la pérdida de masa superficial a largo plazo y mejorar la resolución de estos fenómenos cerca de la pared, este trabajo establece una base sólida para la modelación predictiva del desgaste por erosión turbulenta. Plantea los fundamentos para el desarrollo futuro de modelos más precisos, eficientes computacionalmente y validados experimentalmente, con aplicación directa en sistemas industriales de manejo de pulpas como lo son las tuberías.