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Separación de proteínas con dielectroforesis empleando estructuras aisladoras

María Delia Gutiérrez Espinosa (2007)

La dielectroforesis es el movimiento de partículas ocasionado por efectos de polarización

en un campo eléctrico no uniforme. Una vez formado el campo eléctrico no uniforme, las

partículas pueden quedar atrapadas en regiones de alta intensidad de campo eléctrico o

ser repelidas produciéndose dielectroforesis positiva y/o negativa, respectivamente (Pohl

y Hawk, 1966). Los postes aisladores representan una opción viable para generar campos

eléctricos no uniformes y poder llevarse a cabo la dielectroforesis. La dielectroforesis

tiene que vencer a la fuerza electrocinética conformada por la electroforesis y el flujo

electroosmótico para que pueda dominar el comportamiento de las partículas y atraparlas.

Se realizaron experimentos con el objetivo de demostrar la factibilidad de la

dielectroforesis para atrapar proteínas utilizando postes aisladores en microdispositivos

de vidrio en corriente directa, observando el efecto del campo eléctrico aplicado, del pH y

de la conductividad del medio de suspensión de las biopartículas así las diferentes

geometrías que tienen los microdispositivos de vidrio. En cada experimento se buscó el

campo eléctrico mínimo para lograr el atrapamiento de proteínas.

En los experimentos se observó que a medida que se incrementa la conductividad el

campo el requerido para lograr el atrapamiento disminuye; cuando se aumenta el pH del

medio de suspensión, se aumenta la intensidad de campo eléctrico requerido para lograr

atropamiento; y se requiere aplicar mayor campo eléctrico para atrapar proteínas en la

geometría con una distancia menor entre los postes (Geometría 1) que en la geometría

con una distancia mayor entre los postes (Geometría 2).

Este trabajo constituye el primer reporte en emplear la dielectroforesis con aisladores y

campos de corriente directa para lograr el atrapamiento de proteínas en México por lo

que se pueden realizar más investigaciones en el futuro para el desarrollo de esta técnica

y así lograr que sus aplicaciones tengan un beneficio para la ciencia.

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Destino de especies nitrogenadas en un pretratamiento con ozono en el tratamiento de lodos activos

Adriana Vargas Martínez (2007)

Esta investigación tuvo como propósito analizar el destino de las especies nitrogenadas (nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico, nitratos y nitritos), en un sistema de tratamiento biológico que incluyó ozonización como pretratamiento. El resultado de estos análisis fue comparado con un sistema de tratamiento biológico convencional.

Para analizar las especies nitrogenadas en el pretratamiento de ozono, se seleccionaron dos dosis diferentes de ozono aplicado al agua residual, la primera dosis (dosis alta) fue de 25 mg ozono por litro de agua residual y la segunda dosis (dosis baja) fue de 15 mg ozono por litro de agua residual. Además, se realizaron cuatro corridas en las que se variaba el tiempo de residencia celular y el tiempo de residencia hidráulico a través del flujo de agua residual alimentada al sistema. Esto se hizo con la intención de obtener un rango de diferentes condiciones de operación y así poder observar las variaciones en los parámetros del sistema.

Los resultados de esta investigación demuestran que el ozono tiene una alta capacidad oxidativa sobre el nitrógeno amoniacal (nutriente básico de los microorganismos); en el sistema de dosis alta de ozono se oxidó alrededor de un 83% del nitrógeno amoniacal que entró al pretratamiento, mientras que en el sistema dosis baja, se oxidó el 72%.

El ozono también oxidó al nitrógeno orgánico, pero con menor eficiencia, ya que el sistema de dosis alta removió el 36% del nitrógeno orgánico y en cambio, en el sistema de dosis baja la oxidación fue solo del 20%.

Como consecuencia de la ozonización, la cantidad de nitratos en los reactores preozonados aumenta respecto del reactor sin ozono y es función directa de la dosis de ozono utilizada, ya que las especies nitrogenadas son oxidadas a su último estado de oxidación (nitratos).

También como consecuencia de la preozonización, los reactores biológicos con pretratamiento de ozono (Dosis Alta y Dosis Baja) tienen una diferente alimentación de nutrientes, ya que la mayoría del nitrógeno en estos sistemas entra en al reactor en forma de nitratos. Por lo que la biomasa después de consumir el nitrógeno amoniacal remanente en el agua ozonada, tiene que asimilar el nitrógeno orgánico y convertirlo a nitrógeno amoniacal. En esta investigación los microorganismos en los reactores no consumieron los nitratos para asimilarlos como nutrientes; a falta de nitrógeno amoniacal, se asimiló el nitrógeno orgánico.

La fracción de nitrógeno en peso en la fórmula de la biomasa, resultó diferente en cada tratamiento. Por ejemplo, en el reactor de dosis alta resultó igual a 0.7, en el de dosis baja fue 0.9, mientras que en el reactor sin ozono fue de 0.11 (ver sección 4.2.3 del capítulo 4). Los microorganismos de los reactores con preozonización tienen menor cantidad de nutrientes fácilmente disponibles en el sustrato por esto se debe la diferencia en la composición de la biomasa en comparación al sistema convencional.

El nitrógeno asimilado por la biomasa, junto con el nitrógeno amoniacal, nitratos, nitritos y nitrógeno orgánico cierra el balance de especies nitrogenadas para cada parte del sistema (entradas y salidas de contactores, y efluentes de reactores), es decir, no existió desnitrificación en los reactores. Los tres reactores siempre tuvieron una alta dosis de oxígeno disuelto por lo tanto el sistema no era propicio a tener desnitrificación. Sin embargo, en los sistemas con preozonización se podría favorecer la desnitrificación en caso de existir una zona anóxica en los reactores biológicos. Debido a la ausencia de nitrógeno amoniacal en los reactores con preozonización la nitrificación es relativamente menor que en el reactor sin ozono. Se encontró que la tasa de nitrificación específica (qn) en el reactor dosis alta para un tiempo de residencia hidráulico de 12 horas es de 0.303 días-1, en el reactor dosis baja es de 0.452 días-1 y por último el reactor sin ozono presentó una tasa de nitrificación específica de 0.776 días-1. Por ende, la tasa de crecimiento específica de los microorganismos nitrificantes (μn) es menor en los reactores con pretratamiento, esto se debe por que los microorganismos de estos reactores consumen la mayoría del nitrógeno amoniacal para el crecimiento y mantenimiento de la biomasa, dejándolos con poca cantidad de nitrógeno amoniacal; en cambio, el reactor sin ozono no está limitado en nitrógeno amoniacal.

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Estrategia para diagnosticar el desempeño ambiental de la industria de artes gráficas por emisiones de compuestos volátiles orgánicos a la atmósfera

RAFAEL LORENZO PIÑON (1996)

Los problemas de contaminación del aire se recrudecen cada día, principalmente en los grandes centros urbanos, en donde la acumulación de automóviles y sus emisiones, junto con las emisiones a la atmósfera de industrias, crean condiciones que no son ajenas a los procesos y condiciones naturales del medio, creando con esto serios problemas a la salud, al bienestar y al desarrollo económico. Los diferentes sectores industriales juegan un papel preponderante en los esfuerzos por combatir a la contaminación, y en el caso de la acumulación de ozono en la atmósfera urbana, la Industria de Artes Gráficas (IAG) puede colaborar de forma decidida en este esfuerzo. Al sector de Artes Gráficas le corresponde colaborar en este esfuerzo en la medida que muchos de sus procesos productivos involucran el uso de compuestos volátiles orgánicos, precursores en la formación de ozono (03 ) en el aire de las grandes ciudades. El ozono es un compuesto químico altamente reactivo, formado en la atmósfera por la combinación de oxígeno atómico(O) y oxígeno molecular (02 ). En la estratosfera, el ozono nos protege de los rayos ultravioletas del sol, mientras que, en la troposfera, es un constituyente primario del smog fotoquímico, y la severidad de los episodios de contaminación del aire es frecuentemente medida por los niveles máximos de concentración de ozono. El ozono es un contaminante secundario formado por la reacción de gases orgánicos (compuestos volátiles orgánicos) y óxidos de nitrógeno. Desde el punto de vista sectorial, la Industria de Artes Gráficas no ha tomado conciencia de lo que en un momento determinado pudiera afectar su actividad como resultado de una regulación más estricta para controlar la contaminación del aire por ozono. En ese sentido, se puede observar que están haciendo otras ciudades para combatir la contaminación. Como referencia, la lucha contra la contaminación atmosférica por ozono en Estados Unidos ha llevado a establecer una regulación específica para el sector, lo que pudiera representar el antecedente para acciones similares en algunas ciudades de México. Es importante utilizar una metodología que permita conocer el diagnóstico del sector, y poder establecer el impacto potencial que una regulación más estricta pudiera tener en las actividades del sector. En este sentido, las metodologías diseñadas nos podrán dar una visión del sector en México, desde el punto de vista ambiental y específicamente de la contaminación del aire por ozono. La importancia del sector artes gráficas no se limita a lo económico, sino al papel fundamental que juega en la sociedad, en la industria y en el gobierno, dada la utilidad de sus productos y el mercado en donde se desarrolla: sus productos son los medios impresos y su mercado es el de las comunicaciones. Esta importancia, obliga a no permitir un debilitamiento del sector, sino al contrario tratar de fortalecerlo desde la perspectiva de la prevención.

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Aplicación de modelos semi-emp�?ricos para el análisis y pron�?stico de la calidad del aire en el area metropolitana de Monterrey, N.L.

CARLOS IGNACIO GARCIA SANCHEZ (2003)

Monterrey, N.L. se caracteriza por ser una ciudad altamente industrializada,

hecho que conlleva a una serie de fuentes emisoras de contaminantes, tanto fijas

como móviles. Si bien es cierto que Monterrey no ha alcanzado aún niveles de

contaminación tan dramáticos como los encontrados en la Ciudad de México,

resulta importante prestar atención en medidas preventivas y de alertamiento a la

población respecto a niveles de contaminación que puedan llegar a afectarla de

forma negativa.

Este trabajo, tiene como finalidad presentar un modelo que permita

pronosticar los niveles de concentración de ozono en el Área Metropolitana de

Monterrey, N.L. (AMM), partiendo de una serie de variables meteorológicas

pronosticadas para el día de interés, y variables químicas del día anterior. Así, se

presenta un modelo de Regresión No Lineal (RNL) y un modelo de Redes

Neuronales Artificiales (RNA), calibrados ambos sobre una base de datos de

1998-2001 y evaluado su desempeño con datos del 2002. Las variables usadas

por los modelos son: temperatura máxima, velocidad del viento máxima, factor de

radiación solar total (RST) promedio del día, humedad relativa máxima, presión

máxima, precipitación total del día, concentración máxima (ppb) de ozono del día

anterior y concentraciones máximas (ppb) de NÜ2 y NOx de 15 a 23 horas del día

anterior.

El desempeño se evaluó comparando las concentraciones de ozono

estimadas respecto a las observadas, contabilizando el porcentaje de acierto

sobre tres diferentes niveles de calidad de aire: Buena, Moderada y Mala. Tanto

el modelo RNL como el RNA mostraron buenos desempeños en sus estimaciones

sin presentar una diferencia significativa entre ambos. El modelo RNL mostró

eficiencias globales del 76.2% ai 83.7%, y específicas de: 52.63%, 93.33% y

71.43%, para cada uno de los niveles de calidad de aire, respectivamente. El

modelo RNA mostró eficiencias globales del 75.8% al 82.8%, y específicas de:

55.55%, 86.67% y 86.71%, para cada uno de los niveles de calidad de aire,

respectivamente

En base a los resultados obtenidos por los modelos y las variables

seleccionadas, se concluye que para e! AMM las variables que tienen una mayor

relevancia en la descripción de la formación de ozono por los modelos son:

temperatura máxima, factor RST, concentración de ozono (ppb) del día anterior,

velocidad del viento y concentración máximas óxidos de nitrógeno (NOx y

NO2); considerando sus relaciones físicas y químicas existentes.

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Evaluación de los impactos ambientales generados por la gasificación y la incineración como tratamientos de gestión de residuos sólidos para la Ciudad de México

BERTHA PAULINA LOPEZ JUAREZ (2010)

La búsqueda de tecnologías para la disposición de los residuos sólidos generados por la vida

cotidiana se ha convertido últimamente en uno de los tópicos más abordados. La Ciudad de México

con su 9 millones de habitantes genera alrededor de 12 500 toneladas diarias de residuos sólidos.

Aproximadamente el 87% de estos, son dispuestos en el único relleno sanitario disponible, Bordo

Poniente; el cual carece de tecnología adecuada para el tratamiento de estos residuos. Esto origina

emisiones incontroladas de biogás y lixiviados, los cuales incrementan los gases de efecto

invernadero, contaminación del agua y la contaminación terrestre, como la salud humana. Países

dentro de la Unión Europea han optado por implementar acciones para el manejo de los residuos,

como la fabricación de compost, el reciclaje y el aprovechamiento de los residuos para la

generación de energía. Uno de los procesos más utilizados a nivel mundial para el tratamiento de

residuos sólidos es la incineración, proceso mediante el cual estos residuos se someten a una

combustión para generar calor. Otro en menor escala es la gasificación, proceso termoquímico que

convierte la biomasa en un gas combustible. El objetivo de esta investigación es el de evaluar los

impactos ambientales generados por la gasificación y la incineración como tratamientos de gestión

de residuos sólidos para la Ciudad de México. Para esta evaluación se utilizó un análisis de ciclo de

vida basado en las normas ISO 14040 y 14044, utilizando un software TEAM™ . Se analizaron

tres diferentes escenarios; uno se refiere a la situación actual en la gestión de residuos de la Ciudad

de México y los otros dos por cada tecnología propuesta. Las categorías de impacto evaluadas

fueron acidificación del aire, toxicidad del agua, gases de efecto invernadero, toxicidad humana,

toxicidad terrestre, formación de foto-oxidantes, disminución del ozono estratosférico y

eutrofización. Los resultados muestran que para la toxicidad del agua el escenario actual emite 12

108 gramos de 1,4 diclorobenceno, mientras que para la gasificación y la incineración es de 1 171

gramos y de 5 626.6 gramos respectivamente. Con respecto a los gases de efecto invernadero la

gasificación presenta menor impacto con 241.8 gramos de CO2 en comparación a los 989 gramos

generados por la incineración y 4 509.7 gramos por la situación actual. La toxicidad terrestre es de

17.4 gramos de 1,4 diclorobenceno para la situación actual, 10.2 gramos para la gasificación y 37.6

gramos para la incineración. El proceso con mayor impacto es el de relleno sanitario por la fuga del

biogás generado por los residuos, estas emisiones incontroladas se ven reflejadas en las altas

concentraciones de gramos de CO2 emitidos por este mismo proceso. Así la recolección de todos

los residuos contribuye en todas categorías y en los tres escenarios por el uso de combustibles

fósiles para el transporte de estos residuos. El escenario que contribuye al ahorro en ocho de las

nueve categorías a evaluar es el escenario 2, el que incorpora a la gasificación como una tecnología

para el tratamiento de los residuos sólidos orgánicos. Esta tecnología no sólo ayuda a la

disminución de los impactos generados por el sistema actual de gestión de residuos, sino que tiene

como producto un gas con un poder calorífico de 5.4 MJ/Nm3

, lo cual haciendo una estimación de

la cantidad de gas generado por el total de residuos destinados a dicha tecnología da como resultada

la cantidad de energía necesaria para abastecer la demanda de energía anual en la Zona de Oaxaca.

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INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA DEL MEDIO AMBIENTE RESIDUOS INDUSTRIALES

Modelo matemático para diseño de procesos de separación de proteínas a partir de extracto crudo

Lucila Liliana Vázquez Cantú (2007)

En estudios experimentales, se ha demostrado que a través de ciertas bacterias es posible obtener proteínas con propiedades aprovechables para fines terapéuticos, analíticos e industriales. Su obtención representa un impacto positivo tanto económico como ambiental, al desplazar a productos químicos sintéticos perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente.

En muchos casos, los procesos de recuperación de proteínas resultan complicados por los múltiples pasos de cromatografía necesarios para la purificación. Para reducir estos pasos, se ha sugerido el uso alternativas de recuperación como los sistemas de dos fases acuosas (ATPS, por sus siglas en inglés). Los ATPS son una técnica de recuperación primaria que presenta ventajas, como su facilidad de escalamiento, capacidad de manejo de grandes volúmenes y bajo costos de instalación y equipos, sobre otros métodos como, por ejemplo, la cromatografía de un paso utilizando precipitación con sulfato de amonio y la cromatografía de intercambio iónico.

En este proyecto se presenta un modelo matemático para diseño de procesos de separación de proteínas a partir de extracto crudo, utilizando sistemas de dos fases acuosas basados en polietilenglicol y sales inorgánicas como agentes separadores. Para integrar el modelo, se propuso una metodología que permite el empleo de deducciones y modelos de estudios existentes en materia de modelación de sistemas de separación.

Se aplicó la metodología para desarrollar el modelo matemático para el diseño de la separación ATPS de la proteína colorante b-ficoeritrina producida por Porphyridium cruentum, que puede ser utilizada en comestibles, cosméticos, genética molecular y detergentes.

El modelo matemático desarrollado tiene la ventaja de ser un modelo flexible, que puede ser adaptado para diferentes condiciones del sistema, por lo que se recomienda como herramienta de predicción, que permite reducir la experimentación necesaria para determinar condiciones de procesos ATPS para la separación de proteínas.

Se realizó un análisis de influencia de variables importantes como la relación geométrica H/D, la línea de corte (TLL) de operación y la relación de volumen de las fases Vr, encontrándose que todas estas variables presentan influencia sobre los tiempos de separación final. Ante un aumento en alguna de las variables, se presenta un incremento en el tiempo de separación. Por otra parte, se encontró que el pH del sistema tiene un efecto importante en la partición de la proteína, en donde ante una disminución de este, disminuye la concentración de BPE en la fase superior.

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Evaluación ambiental del proyecto relleno sanitario de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas.

Humberto Miguel Sansebastián García (2010)

Esta investigación se desarrolló evaluando ambientalmente el proyecto del Relleno Sanitario de Tuxtla Gutiérrez, para determinar si es viable su construcción en el sitio propuesto. Al realizar esta evaluación ambiental, se encontró que de acuerdo a la norma NOM-083-ECOL-1996, la cual estable las condiciones que deben reunir los sitios destinados a la disposición final de los residuos sólidos municipales, únicamente no cumple con la referente a la infiltración, por lo que se recomienda utilizar membrana plástica para alcanzar el parámetro y así evitar la percolación de lixiviados, y por ende contaminar las aguas subterráneas. En lo referente a la NOM-084-ECOL-1994, la cual establece los requisitos para el diseño de un relleno sanitario y sus obras complementarias, el proyecto cumple con los requisitos de esta norma. Por lo que la construcción del Relleno Sanitario de Tuxtla Gutiérrez, aportará una serie de beneficios hacia la población y al ambiente en general, propiciando en términos generales mejores condiciones de vida, mejores servicios de aseo urbano y una mayor calidad ambiental a los habitantes del Municipio de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, ya que sustituirá el actual tiradero a cielo abierto.

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Caracterización química y determinación de factores de emisión de contaminantes emitidos por hornos crematorios

JANAI MONSERRAT HERNANDEZ CONTRERAS (2019)

108 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería Ambientales.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México).

En el año 2013 el INEGI reportó 74,566 defunciones en el Distrito Federal (actualmente Ciudad de México) y de acuerdo con datos expresados por la Asociación de Necrología Mexicana (ANEMEX) cuatro de cada nueve personas fueron cremadas (INEGI, 2014). Sin embargo, se están presentando problemas de entierro debido a que el espacio disponible para inhumaciones es cada vez menor; ocasionando consigo el aumento de crematorios, por lo que es necesario determinar los contaminantes que emiten, así como sus concentraciones e implicaciones en la contaminación atmosférica. Las PM2.5 deben ser cuantificadas en emisiones de hornos crematorios, sin embargo, no se incluyen en la norma NADF; por lo que es importante cuantificarlas debido a su potencial riesgo a la salud y se prevé que sus instalaciones dentro del país se irán acrecentando; la cremación genera tanto contaminantes criterio como el CO y los NOx, además de partículas de diferentes tamaños que pueden contener especies tóxicas que representen un riesgo a la salud. Actualmente en la Ciudad de México los hornos crematorios son evaluados bajo la norma NADF-017-AIRE-2017 pero en el resto del país los hornos siguen siendo regulados por la Norma Oficial Mexicana NOM-043-SEMARNAT-1993 que establece los niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de partículas sólidas provenientes de fuentes fijas; sin embargo cabe mencionar que esta norma fue diseñada para la evaluación de emisiones originadas por actividades industriales que cuentan con procesos más complejos en comparación con un horno crematorio, lo que significa que al ser evaluados bajo está norma siempre cumplen con el límite máximo permisible (Secretaría del Medio Ambiente, 2017). Con la entrada en vigor de la norma NADF-017-AIRE-2017 se solicita la medición de gases de CO y óxidos de nitrógeno; por lo que surge la necesidad de determinar las emisiones generadas y su composición para desarrollar recomendaciones en materia de emisiones a la atmósfera con el fin de prevenir, controlar y mitigar la emisión de contaminantes a la atmósfera para mejorar la calidad del aire. Considerando que el CO2 y el carbono negro contribuyen al cambio climático, las partículas, los HAP’s y los metales son un riesgo a la salud humana es de vital importancia contar con los factores de emisión que determinen la cantidad de contaminantes que se emiten por la actividad de cremación; cabe mencionar que México presenta una carencia en cuanto a FE de PM2.5, CO, HAPs, OC, EC y metales provenientes de hornos crematorios.

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Air--Pollution--Health aspects. Cremation. Aire -- Contaminación -- Aspectos ambientales. RA576 INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA DEL MEDIO AMBIENTE CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Optimal design of water allocation networks in highly altered basins: the guandu river case, Brazil.

JURGEN MAHLKNECHT (2020)

https://orcid.org/0000-0002-5708-0043

Water scarcity is present in many regions around the world. Factors affecting water availability include, but are not limited to, population growth, resource depletion, alteration of natural ecosystems, and climate change. Said this, the study of water allocation networks is taking an important role worldwide due to the importance of the liquid for the development of human activities. The application of optimization models represents an opportunity to create new approaches to water resources management and to guarantee the sustainability of natural resources. Many previous optimization models focused on studying the hydraulic elements of the water allocation networks (e.g., pipes, pumps, and storage) to maximize economic profit or minimize distribution costs. These past approaches often neglected the hydrological aspects which describe the behavior of natural ecosystems. The aim of this research is to develop a multiobjective optimization model that incorporates parameters and equations for hydrological processes for the design of water allocation networks in highly altered basins. The model is applied to the Guandu basin in Brazil, one of the most altered watersheds worldwide (receiving 96% of its volume from surrounding basins). This basin supplies 9 million inhabitants of the Rio de Janeiro metropolitan area. Simultaneously, this basin is characterized by a strong relationship with the energy sector, i.e., around 25 % of the city's energy is produced in the basin through a hydropower complex. The results show that water transfer can be optimized by integrating water storage and reuse/recycling elements to satisfy water demands throughout the year. Also, through optimal allocation networks, it is possible to avoid saline intrusion downstream of the Guandu river, even if there is a reduction in the volume transferred from nearby basins. The developed tool is a highly feasible option for decision-making in water resources planning and management.

Master of Science in Engineering Science

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