3.01 Escuela de Ingeniería
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Browsing 3.01 Escuela de Ingeniería by browse.metadata.categoriaods "12 Producción y consumo responsable"
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- ItemAssessing environmental and economic performance of Municipal Waste Services: an empirical application for Chile(2024) Llanquileo Melgarejo, Paula Iris; Molinos Senante, María; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa recolección y manejo de los residuos sólidos urbanos (RSU) es un servicio público que impacta en el medio ambiente y la salud pública. A pesar de los esfuerzos realizados desde la política pública, a nivel global, el volumen de RSU generado ha aumentado notablemente en la última década. Es por ello que, en el contexto de economía circular, instituciones internacionales como las Naciones Unidas y la Unión Europea están impulsando la recogida selectiva y el reciclaje de residuos. Por otro lado, el aumento del volumen de RSU tiene marcadas consecuencias no solo desde el punto de vista ambiental sino también económico. Teniendo en cuenta las restricciones presupuestarias que afectan a los sectores públicos, mejorar el desempeño en la prestación de servicios de RSU ha sido identificado por los municipios como una excelente opción para mejorar la sustentabilidad en la gestión de RSU. La evaluación del desempeño de las municipalidades en la recolección y disposición de residuos es un tópico que comenzó a estudiarse en la última década, pero aún es incipiente. La mayoría de los estudios anteriores se centraron en evaluar el desempeño económico de los municipios en la gestión de RSU sin diferenciar entre residuos reciclados y no reciclados. La revisión de la literatura sobre este tema muestra que existen tres vacíos de conocimiento: i) evaluación del impacto de la recolección separativa y reciclaje de RSU en el desempeño a través de la comparación de los indicadores de eficiencia y eco-eficiencia; ii) evaluación del cambio en el desempeño de municipios en la gestión de RSU lo largo del tiempo; iii) evaluación del desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos en la prestación de servicios de RSU. El objetivo principal de esta tesis es, evaluar el desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos en la prestación de servicios de RSU. Para lograr este objetivo, se definieron los siguientes objetivos específicos: i) evaluar el impacto de la recolección selectiva y el reciclaje de RSU en el desempeño de los servicios de residuos municipales mediante la comparación de índices de eficiencia y ecoeficiencia; ii) evaluar si los cambios en las tasas de recolección selectiva y reciclaje de RSU han impactado en el desempeño ambiental y económico de los municipios a lo largo del tiempo comparando los índices de cambio de productividad y cambio de eco-productividad y; iii) identificar los factores externos a la gestión que realizan los municipios que inciden en su desempeño medido como eficiencia, ecoeficiencia, productividad y eco-productividad. Para lograr estos objetivos, se han aplicado varios modelos de análisis envolvente de datos (DEA). DEA es una técnica no paramétrica basada en programación lineal que mide el rendimiento relativo de las unidades en función del uso de inputs para producir outputs. Permite integrar outputs deseados, que en este caso son residuos reciclados, y outputs no deseados, residuos no clasificados. Por lo tanto, este enfoque metodológico permite la evaluación conjunta del desempeño económico y ambiental de los municipios en la prestación de servicios de RSU. De acuerdo con los objetivos planteados, esta tesis doctoral abarca 4 publicaciones científicas enfocadas en evaluar el desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos utilizando una base de datos robusta de 2015 a 2019 cuyos principales resultados son los siguientes: i) El 40,4% de los municipios chilenos evaluados presentaron economías de escala negativas en la prestación de servicios de RSU. Este hallazgo evidencia que el tamaño actual de la operación de los municipios no es óptimo; por lo tanto, se debe promover la organización conjunta de sistemas de gestión de RSU; ii) la ecoeficiencia promedio de los municipios chilenos fue de 0,58 y el 92,3% de ellos no eran ecoeficientes; iii) la recolección selectiva y el reciclaje de RSU impactaron el desempeño de los municipios desde el punto de vista estadístico. El porcentaje de municipios ineficientes fue de 95,30% y 96,64%, según los scores de eficiencia y ecoeficiencia, respectivamente; iv) las estimaciones de cambio de productividad promedio son mayores que las asociadas a cambios en la eco-productividad para todos los años evaluados; v) los puntajes promedio agregados de cambio de productividad y cambio de ecoproductividad para 2015/19 fueron 2,73 y 1,33, respectivamente, lo que revela que el desempeño de los municipios chilenos también ha mejorado desde una perspectiva ambiental; vi) Se evidenció una divergencia considerable en los puntajes de cambio de eco-productividad entre los municipios chilenos y, por lo tanto, se recomienda desarrollar e implementar políticas a escala metropolitana o regional para aprovechar las economías de escala potenciales en la recolección y el tratamiento de RSU.
- Item¿Chao Bolsas Plásticas? Aprendizajes de la prohibición de bolsas de comercio en Chile(2023) Frey Moreno, Maximiliano; Cifuentes Lira, Luis Abdón; Gil Ureta, Magdalena; Larrañaga, Osvaldo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa contaminación por plásticos es uno de los principales problemas ambientales que se tienen hoy. Desde la acumulación de residuos en la naturaleza hasta la presencia de micro plásticos en los alimentos, los efectos en la salud de las personas y los ecosistemas son discutidos en todo el mundo. Por ello, regular el consumo de plásticos se ha convertido en una necesidad. La política pública más usada por los gobiernos es la prohibición de bolsas plásticas de un solo uso. Sin embargo, su efectividad para proteger el medio ambiente se encuentra en discusión, debido a la limitada literatura existente sobre las consecuencias de la regulación y la incertidumbre sobre los impactos ambientales que podrían estar teniendo los productos sustitutos. Este trabajo aborda esta brecha en la literatura con el propósito contribuir al diseño de políticas públicas efectivas para la protección del medio ambiente. Para esto, se toma como caso de estudio la aplicación de la Ley Chao Bolsas Plásticas en Chile (Ley Nº21.100, 2018), que prohibió la entrega de bolsas plásticas de comercio en todo el territorio nacional. El objetivo principal es analizar la política pública buscando extraer aprendizajes sobre su diseño, evaluando su efectividad. Para ello, se elabora la teoría de cambio que subyace a la ley y se analizan las opiniones de informantes clave sobre el ciclo de la política pública a través una revisión de la literatura y 15 entrevistas semi-estructuradas. En paralelo, se estima el cambio en el consumo de SUPBs y los sustitutos, y sus impactos ambientales esperados para el período 2013 al 2021. Los resultados sugieren un impacto positivo para el medio ambiente debido a la variación en el consumo de SUPBs y los sustitutos tras la promulgación de la ley. Quince de las dieciocho categorías estudiadas muestran una reducción en el impacto ambiental esperado neto y hay consenso entre los informantes clave sobre la relevancia que tuvo la ley en esto. Por lo que, a pesar de que no se le puede atribuir un efecto causal, esta investigación sugiere que la ley está siendo efectiva. Las SUPBs se redujeron a prácticamente la mitad y las bolsas de papel emergieron como principal sustituto. En ese sentido, la legislación se cumple en la mayoría de los establecimientos, a pesar, de la poca fiscalización reportada. Del análisis cualitativo se extrae que la simplicidad de la legislación fue un factor clave para generar una norma social que permitiera el cumplimiento de la ley. El apoyo ciudadano y la validación política son fortalezas del proceso que se mantienen hasta el día de hoy. No obstante, hubo algunos supuestos de la teoría de cambio que no se cumplieron, y terminaron perjudicando a algunos actores y limitando la efectividad de la ley. En concreto, la rapidez de la implementación de la ley hizo quebrar a los principales productores nacionales de bolsas plásticas y hubo un incremento en la cantidad consumida de bolsas de basura. Además, hubo un aumento en la intensidad del uso del suelo, que es una categoría ambiental sensible para el contexto país.
- ItemIngeniería racional de la enzima resveratrol O-metiltransferasa para la síntesis biológica de pinoestilbeno(2022) Herrera Toro, Daniela Paula; Parra, Loreto; Schüller, Andreas; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos estilbenos son compuestos fenólicos derivados del metabolismo secundario de las plantas y cumplen un rol fundamental en su respuesta defensiva. El resveratrol es uno de los estilbenos más estudiados debido a sus propiedades benéficas para la salud humana. Sin embargo, al ser consumido, es metabolizado rápidamente mostrando una baja biodisponibilidad. Se ha reportado que derivados metilados de resveratrol, tienen una mayor estabilidad y biodisponibilidad, y por tanto un mayor valor agregado y atractivo industrial. El avance en la biocatálisis y la ingeniería metabólica ha permitido que la biosíntesis de resveratrol y derivados, mediante microorganismos optimizados, sea una alternativa sustentable a la síntesis química y a su extracción desde fuentes naturales. Existen escasos estudios que aborden la biosíntesis de pinoestilbeno, resveratrol mono-metilado, de elevado valor comercial. Principalmente porque las enzimas caracterizadas con actividad Ometiltransferasa (OMT), presentan una baja eficiencia en catalizar la mono-metilación de resveratrol, favoreciendo la di-metilación de este compuesto en una reacción secuencial de dos pasos, obteniendo pteroestilbeno como principal producto. Para generar una ruta alternativa de biosíntesis de pinoestilbeno, en esta investigación aplicamos una estrategia de ingeniería racional de proteínas en la enzima resveratrol OMT de Vitis vinifera (VvROMT), la que presenta la mayor eficiencia catalítica descrita en di-metilar resveratrol y obtener pteroestilbeno. En ausencia de la estructura cristalográfica de VvROMT, construimos un modelo tridimensional por homología en una conformación cerrada y catalíticamente competente, en complejo con resveratrol y S-adenosil-metionina. Caracterizamos el sitio de unión a sustrato de VvROMT a través de diferentes herramientas in silico, lo que nos permitió identificar cuatro residuos críticos. Construimos las variantes W20A, F24A, F311A, y F318A mediante mutagénesis sitio dirigida y observamos una disminución considerable de su actividad enzimática a partir de resveratrol, validando nuestro modelo estructural. Luego, mediante un diseño racional, aplicando una estrategia basada en estructura y un análisis comparativo de los residuos del sitio activo entre VvROMT y otras estilbeno OMTs, generamos ocho variantes. La variante F311W/L117F generó hasta un 67% de conversión a pinoestilbeno después de 24 h de reacción mientras que con la enzima nativa no se detectó pinoestilbeno y se obtuvo un 44,2% de conversión a pteroestilbeno. Por otro lado, la variante L117F presentó una mejora global en su actividad específica. Logramos modificar exitosamente la preferencia de sustrato de VvROMT, pasando desde una di-metilación secuencial a mono-metilar resveratrol y obtener pinoestilbeno como principal producto. Estas variantes pueden ser incluidas en rutas sintéticas existentes para la biosíntesis sustentable de pinoestilbeno en sistemas recombinantes. Nuestros resultados sugieren que el sitio activo de VvROMT puede ser ingenierizado para diversificar la producción de estilbenos y otros compuestos fenólicos industrialmente competitivos y beneficiosos para la salud y nutrición humana.
- ItemUn método heurístico para optimizar la operación de recolección a domicilio de residuos sólidos(2022) González Reynals, Maximiliano Felipe; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Klapp Belmar, Mathias; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn grandes ciudades, el costo de las etapas de recolección y transporte representa, aproximadamente, entre un 70% y 80% del presupuesto total para manejo de residuos. La oportunidad de reducir estos costos y planificar eficientemente la operación motiva el uso de técnicas de Investigación Operativa. Para ello, se han estudiado diversas variantes del problema de Recolección de Residuos, en inglés Waste Collection Problem (WCP), que suelen modelar rutas de recolección y viajes intermedios de descarga para una flota de vehículos recolectores. Típicamente, en la literatura especializada se asume que el costo de atravesar un segmento de calle es constante. Sin embargo, en operaciones como la recolección de residuos, el vehículo puede duplicar su peso al cargarse completamente, lo que incrementa su consumo instantáneo de combustible. En este trabajo estudiamos el problema de recolección de residuos con costos dependientes de la carga transportada, selección del sentido de tránsito en segmentos bidireccionales y posibilidad de múltiples viajes de descarga (LDWCP-ADS). Consideramos una función objetivo que minimiza costos por consumo de combustible y tiempo de operación. Proponemos un modelo de programación lineal entera mixta que resuelve el problema en instancias pequeñas. Dada la naturaleza NP-Hard del problema, presentamos un algoritmo heurístico basado en Iterated Local Search y Programación Dinámica que permite obtener buenas soluciones al LDWCP-ADS en instancias de tamaño realista como una comuna o un barrio de una ciudad. Adicionalmente, proponemos un modelo aproximado del costo de operación, el cual puede ser resuelto analíticamente, obteniéndose una fórmula cerrada dependiente de parámetros estructurales del problema para la decisión óptima de la política de vaciamiento de carga y su costo asociado.
- ItemOptimización dinámica de operaciones same-day delivery integradas con recogida de productos(2024) Gaete Silva, Matías Gonzalo; Klapp Belmar, Mathias Alberto; Larrain Izquierdo, Homero; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn este trabajo, estudiamos el problema de same-day delivery (SDD) integrado con recogida de productos (SDDP-PP). El SDDP-PP es un modelo de planificación operacional enfrentado por un operador logístico que ejecuta e-commerce desde un centro de distribución (CD). El operador logístico recibe dinámicamente solicitudes de entrega a domicilio y recogida de productos hacia el CD durante el día. Para ello, dispone de una flota de vehículos para atender las solicitudes. Las solicitudes de entrega se caracterizan por tener tiempos límite de entrega ajustados. Las solicitudes de recogida representan devoluciones, residuos o productos de proveedores que abastecen al operador logístico. Estudiamos integrar la operación de recogida con la de entrega y así aprovechar las economías de consolidación geográficas presentes en la operación de ruteo de los vehículos. El objetivo es maximizar el beneficio esperado por atender solicitudes, asumiendo que el operadorlogístico asigna un beneficio distinto a cada tipo de solicitud. Para resolver este modelo se requiere de políticas de decisión dinámicas que sean reactivas frente al estado de la flota y las solicitudes del sistema y también proactivas frente al arribo futuro de solicitudes. Dada esta naturaleza dinámica de decisión y los aspectos geográficos y temporales presentes en el estado del sistema, proponemos una política basada en el método Multiple Scenario Approach para anticipar eventos futuros combinado con la heurística Adaptive Large Neighborhood Search para optimizar los planes de rutas. Nuestro método de solución es evaluado en instancias computacionalmente simuladas con diferentes tasas de arribo y distribuciones espaciales de solicitudes, tamaño de flota y beneficios por atendercada tipo de solicitud. Comparamos el beneficio de integrar recogidas en la operación SDD versus operaciones que dividen la flota de vehículos para realizar SDD y recogidas por separado. Para un operador logístico que valora el doble atender solicitudes de entrega versus atender solicitudes de recogida, nuestros resultados computacionales muestran que integrar recogidas en la operación mejora el beneficio obtenido en un 6.9% versus una operación que solo realiza SDD sin considerar recogidas. Esta mejora disminuye cuando: aumenta la tasa de arribo de solicitudes, disminuye el número de vehículos o aumenta la razón entre el beneficio por atender solicitudes de entrega y recogida. Además, concluimos que integrar recogidas con entregas versus separar ambas operaciones mejora el beneficio en un 7.7%.