El principal objetivo del presente trabajo de título es evaluar, mediante simulación, la respuesta dinámica de un molino tipo SAG con motor de anillo, en distintas situaciones operacionales. La tarea fue desarrollada bajo condiciones lineales de rigidez y el método de elementos finitos, utilizando la plataforma computacional ANSYS. En particular, se buscó la caracterización de los puntos críticos del equipo, tanto en el plano estructural como dinámico, es decir, fueron definidas las combinaciones de variables mecánicas, como deformaciones, esfuerzos, rigideces, velocidades de rotación del molino, frecuencias naturales y modos normales, que en conjunto denotan potenciales anomalías operacionales o fallas, con un enfoque especial en la variación del espacio de aire presente entre el estator y el rotor del equipo. Para esto se efectuó un análisis estructural, de rigidez, modal y finalmente un análisis de colapso de entrehierro. Paralelamente fue planteada una metodología de análisis clara y reproducible, mediante un protocolo de etapas e implementaciones técnicas utilizadas. La importancia de la realización de un análisis de estas características, se funda en la reducida oferta que este tipo de estudios posee a nivel mundial y la presente situación de la industria minera nacional, en donde un número considerable de molinos SAG con motor tipo anillo, ha sufrido fallas en su operación. El principal fenómeno mecánico estudiado en este trabajo son los denominados esfuerzos radiales excéntricos, generados por la interacción magnética entre el rotor y el estator del molino. Los factores predominantes en la existencia de estos esfuerzos, son inevitables fallas de montaje del equipo y las deformaciones que este sufre en operación. Éste último factor se refiere directamente a la magnitud de la rigidez global del sistema y a la de sus componentes. Los resultados finales del trabajo mostraron una disminución del 51% de la rigidez horizontal global respecto de la vertical. Particularmente se observa una notable asimetría de la rigidez del estator e importantes deformaciones. En términos cuasi-estáticos el espacio de aire estator-rotor no alcanza variaciones alarmantes, sin embargo, incorporando los resultados obtenidos en el análisis modal, existen dos modos normales del sistema (#4 y #5) que perjudican notablemente esta dimensión, cuyas frecuencias naturales se encuentran cercanas a dos fuentes excitatorias del sistema, en condiciones nominales de operación. Se concluye que los puntos críticos del equipo están directamente relacionados con dos modos normales del sistema, los que alteran directamente el espacio de aire estator-rotor. Especial énfasis como potencial de falla se le entrega al modo #5, dada su reducida capacidad de amortiguamiento. En términos estructurales el protagonista de las mayores debilidades y asimetrías en su rigidez, es el estator. Sin pretender asegurar que estas son las causas de las fallas de los equipos en faena, se pretende acotar el problema y establecer estos focos críticos como hipótesis de estudios de mayor complejidad. En términos generales, también se concluye que la simulación es una herramienta potente, que en buen uso, entrega información valiosa en estudios ingenieriles.

La reacción en cadena de polimerasa (PCR, por sus siglas en inglés) es un proceso ubicuo en laboratorios biológicos. Su uso específico que nos interesa en este trabajo es el de bio identificación de micro organismos en muestras biológicas ambientales, área conocida como metagenómica. Un PCR exitoso requiere pequeñas secuencias de nucleótidos llamadas “partidores”, las cuales deben satisfacer variadas condiciones termodinámicas y biológicas. El proceso de diseño de ellos es un tema de amplio estudio en bioinformática, pues es un proceso maduro y que necesita cada vez más contar con predicciones computacionales de su desempeño. El objetivo de esta memoria es desarrollar una herramienta de uso intensivo para el diseño de partidores de PCR en metagenómica, basándose en el trabajo previo del Laboratorio de Bioinformática y Matemática del Genoma (LBMG) de la Universidad de Chile. El sistema existente es una colección de programas, algunos de cómputo paralelo, que permiten definir un universo taxonómico, calcular partidores para dicho universo y simular su comportamiento numéricamente. Sin embargo, el sistema es de difícil operación e insuficiente extensibilidad. La metodología para este trabajo consiste de una revisión bibliográfica del estado del arte en la literatura científica y del LBMG, para posteriormente proceder a un re diseño que contemple las extensiones de interés y una re implementación del sistema acorde al re diseño. El resultado obtenido es el núcleo de la herramienta, con un diseño claro y escalable, junto con su correspondiente implementación, que tiene las mismas funcionalidades del sistema existente exceptuando la paralelización. Se obtiene además una especificación de las cualidades que se deben añadir o completar para contar con un sistema finalizado y operativo de uso intensivo. Se concluye que el trabajo realizado representa un avance importante en la sistematización del diseño de partidores para PCR sobre el cual basar trabajos futuros de extensión, aplicación a distintos dominios biológicos y como muestra de desarrollos concretos realizados íntegramente en el LBMG.

No autorizado por el autor para ser publicada a texto completo / La problemática de staffing, es decir, la contratación de personal para la atención de clientes, es cada día de mayor relevancia dentro del mundo de los negocios. Apoyar las decisiones de contratación de recursos humanos, se ha convertido en una necesidad cada vez mayor. El caso particular del staffing para atención de requerimientos en colas tales como bancos, cajas de supermercado etc., reviste gran interés por la complejidad del problema, cuya adecuada resolución provee beneficios tanto a los clientes como a la propia empresa. El presente trabajo aborda la implementación de una metodología utilizada en gestión de operaciones muy utilizada en este tipo de situaciones y que es conocida como optimización-simulación. Esta estrategia se basa en un enfoque iterativo que consiste en la resolución de un modelo matemático para obtener una solución preliminar, la cual es sometida a una prueba de simulación que introduce variaciones probabilísticas para detectar posibles puntos en las cuales los niveles de calidad deseados no se cumplan. Utilizando estos puntos vulnerables se modifica el modelo matemático para repetir nuevamente el proceso. En la primera etapa de este trabajo, se define el problema de staffing, se identifican los principales elementos que intervienen en el proceso de staffing. Los datos que permiten definir cada uno de ellos y las relaciones en que intervienen. Posteriormente se revisa el diseño y la implementación de los diversos elementos y algoritmos que componen el framework, entre ellas: la base de datos, la capa de datos, el procedimiento de simulación de colas, se define el cálculo de los indicadores de interés que se obtienen como resultado de la simulación. Luego se aborda el caso particular de Metro S.A. en la contratación de cajeros para sus estaciones y cómo se procede a implementar la solución de este problema utilizando el framework antes desarrollado. Se detallan la confección de las interfaces de usuario y su funcionamiento y los archivos de entrada y salida de la aplicación.

No autorizado por el autor para ser publicada a texto completo / Los esquemas de desconexión automáticos de carga (EDAC) por señal específica se definen como recursos generales o especiales de control de contingencias, que operan al detectar un cambio de estado predefinido en el Sistema Interconectado (SI). Estos automatismos se definen en la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio (NT) y son de gran importancia para preservar la seguridad del SI. El presente trabajo busca contribuir en el desarrollo de estos esquemas, evaluando distintas aplicaciones en un modelo reducido del Sistema Interconectado Central (SIC). Adicionalmente, se propone una metodología para valorizar el Servicio Complementario que se provee al sistema. En esta memoria se consideran cuatro casos: EDAC por colapso de tensión, por límite térmico, por salida en cascada y por colapso en isla. Se simulan contingencias simples en todos los elementos donde son aplicables, y a partir de los estándares de recuperación dinámica, definidos en la NT, se procede a determinar los puntos críticos del modelo reducido del SIC, a los cuales se aplica una evaluación técnico-económica para determinar la conveniencia de implementar un EDAC por señal específica. Desde el punto de vista económico, se busca establecer si la operación del SI con uno de estos esquemas minimiza los costos de operar la red con un criterio N-1, el cual se refiere a una metodología de planificación y operación del SI, donde la ocurrencia de una contingencia simple no afecta a las restantes instalaciones del mismo. Los resultados obtenidos muestran que los EDAC por señal específica son un complemento válido al criterio N-1, ya que permiten utilizar el sistema de transmisión por sobre la limitación técnica establecida, lo que hace posible aumentar las transferencias hasta las cercanías del límite por colapso de tensión o el límite térmico. Por otro lado, estos automatismos permiten operar líneas de transmisión con elevados niveles de carga en sectores caracterizados por tener una topología enmallada, ya que evitan una salida en cascada al presentarse una contingencia simple en este lugar del SIC. Por consiguiente, centrales ubicadas en lugares remotos, y con menores costos variables, pueden aumentar sus inyecciones al SI, disminuyendo el costo de operación sistémico, con lo cual el Centro de Despacho Económico de Carga (CDEC) cumple con el mandato legal de operar el sistema con una confiabilidad prefijada y a mínimo costo. Finalmente se evalúa numéricamente la propuesta de valorización para los distintos escenarios desarrollados. Se consideran las siguientes componentes de la valorización: la anualidad por inversión, el costo de falla, el valor de restablecer los consumos desconectados, reducción en las pérdidas del sistema y los costos de operación y mantenimiento. Se concluye que el valor del Servicio Complementario está fuertemente influenciado por la topología del sector, ya que las componentes fundamentales son la anualidad por inversión, costo de falla y valor de la energía no suministrada luego de que el sistema restablece el máximo de clientes posibles. Como trabajo futuro, se propone la implementación de múltiples escenarios utilizando el método de Monte Carlo, con lo cual se puede realizar una valorización más precisa de los EDAC por señal específica.

Ingeniera Civil Mecánica / La actividad minera en Chile crece cada año, aumentando cada vez más su consumo energético, producto de lo cual las empresas de este rubro han mantenido un interés creciente por proyectos de generación y recuperación de energía para el abastecimiento de sus requerimientos en sus procesos reproductivos. Algunas de las compañías mineras han implementado como medida el transporte del material extraído como pulpa a través de concentraductos, que van desde el interior de la mina hacia la planta de secado. Un ejemplo de esto es la Minera Doña Inés de Collahuasi, que dada su ubicación geográfica existe un diferencia de altura entre la planta de producción y el puerto (4270 metros), con pendientes que hacen viable técnicamente este tipo tecnologías desde el punto de vista técnico. Existe un gran interés por determinar el recurso energético disponible generado por las pendientes de los concentraductos de pulpa, debido a las grandes diferencias de altura existentes en la mayoría de los proyectos de la gran Minería . En tal sentido, la División El Teniente (DET), desde el año 2009 ha estado realizando ensayos de prueba para generación eléctrica de a través de pulpa de relaves, por lo que DET se transforma así en la primera planta piloto de generación eléctrica bajo esta modalidad de tecnología pretendiendo así llegar a un nivel de generación del orden de los 12 MW. El objetivo principal de este Trabajo de Título es estudiar la variación de energía disponible en tramos rectos de concentraductos para poder ser utilizada en generación eléctrica, para poder llevar a cabo esto, se trabajó con el software ANSYS. Como metodología de trabajo primero se diseñó una tubería como volumen finito, para continuar así con las simulaciones realizadas con el programa ANSYS-CFX, siendo éste una aplicación especial del software para flujos bifásicos, en donde se determinó la pérdida de energía mecánica en concentraductos para diferentes condiciones de operación (velocidad, viscosidad) y parámetros de diseño (diámetro, largo, pendiente). A partir de los datos obtenidos, se construye un modelo matemático que correlaciona la caída de presión de las simulaciones con las condiciones de operación y parámetros de diseño real de un análisis utilizando el concepto de ajuste de curva "Curve Fitting", usando el programa Mathematica 8. Se concluye que la pérdida de presión cae principalmente debido al aumento del largo de la tubería o su pendiente (parámetros), y un aumento en la velocidad de la pulpa o viscosidad ya que provocan una mayor fricción, por un parte entre las mismas partículas que colisionan entre si y por otra, en el contacto de ellas con la tubería, originando así mayores pérdidas de presión.

Ingeniero Civil Electricista / El intenso desarrollo a nivel mundial de tecnologías alternativas para la generación en los sistemas eléctricos de potencia impone distintos desafíos a sus operadores y/o planificadores. En particular, aquellas tecnologías que hacen uso de recursos intermitentes (como la energía eólica o la solar), y la tendencia a la baja de los costos de inversión de las mismas, hace necesaria una evaluación del impacto técnico y económico que puede provocar una creciente penetración de dichas fuentes energéticas. Al respecto, hoy en día se trabaja fuertemente en desarrollar herramientas, tanto de largo plazo (planificación) como de corto plazo (predespacho), que permitan ir integrando los fenómenos que induce la variabilidad de algunas fuentes renovables. La metodología desarrollada en este trabajo de investigación busca ahondar en la mejora de herramientas existentes para la planificación de los sistemas eléctricos con generación eólica, proponiendo una restricción de flexibilidad, que pretende abordar los fenómenos de corto plazo que normalmente (por limitaciones computacionales) no son considerados. Se presenta una revisión bibliográfica que incluye las diversas metodologías de planificación centralizada de la expansión. Asimismo, se clasifican los tipos reserva que implementan distintos operadores de sistemas eléctricos a nivel mundial, en particular aquellas resultantes de la integración de recursos intermitentes, junto con su relación con los modelos de predespacho para la operación de corto plazo. El análisis presentado permite evidenciar las deficiencias existentes en las herramientas de planificación de la expansión, en términos de la información que se pierde al realizar simplificaciones que conllevan no considerar algunas restricciones de corto plazo (predespacho) y el impacto que esto puede tener en los resultados de la matriz energética proyectada comparada con el desarrollo real del sistema. Con el fin de superar estas deficiencias, se propone incorporar una restricción de flexibilidad al problema de planificación. El modelo propuesto es integrado a un software existente de planificación, donde se realizan validaciones y estudios de distintos escenarios. Los resultados confirman que la integración de la restricción propuesta, permite alcanzar soluciones de expansión cercanas, errores menores al 6% en la potencia instalada, a aquellas resultantes de resolver el problema completo. Este porcentaje se compara con diferencias de hasta un 50% mostradas por los esquemas tradicionales. Asimismo, los tiempos de cómputo muestran reducciones de hasta un 57% respecto de resolver el problema completo. El trabajo futuro se concentra en mejorar el esquema de convergencia de las aproximaciones a la restricción de flexibilidad y extender el análisis a otros elementos de inflexibilidad del sistema (mínimos técnicos, energía solar, etc.).

Ingeniera Civil / Los flujos de detritos, también conocidos como aluviones, son una constante preocupación, principalmente, para las mineras de la zona central de Chile. La predicción de estos eventos es fundamental para mejorar los sistemas de prevención y/o protección. Con el objetivo de avanzar en esta tarea, se ha desarrollado un estudio experimental que consiste en generar deslizamientos, bajo condiciones controladas. Para esto, se trabaja en una instalación compuesta por un canal prismático de 0.6mx2.0mx0.6m (ancho/largo/alto), que se rellena con material extraído de la cuenca alta del río Coya. El canal puede inclinarse desde 1° hasta 45°. A continuación del canal hay una rampa, con la misma inclinación del canal, que permite el tránsito del material removido. Los experimentos consisten en la generación de un aluvión inducido por un flujo subsuperficial que se inyecta a la muestra de suelo. Este flujo subsuperficial se controla mediante un sistema de válvulas, ubicadas en la zona de ingreso del flujo a la muestra y en la zona por donde sale el caudal efluente. Se realizan nueve experiencias donde se combinan tres condiciones de pendiente, 33°, 38°y 43°; y tres condiciones de densidad inicial del suelo,1600 kg/m3 (suelo suelto), 1700 kg/m3 (suelo medio) y 1800 kg/m3 (suelo compacto). El rango de densidades estudiado queda determinado por las densidades admisibles en la instalación experimental. El sistema de medición consta de cinco sensores de presión de agua, instalados en la base del canal, que controlan la dinámica del nivel freático. También se cuenta con cámaras con vista lateral y en planta del canal, que mediante procesamiento de imágenes (PIV) permiten obtener el campo de velocidad de la suelo detectando el inicio y la zona de falla. La ladera, inicialmente estable, alcanza la condición de inestable debido a la presencia de la presión de agua, que disminuye el roce entre las partículas. Se encuentra una relación entre la densidad inicial del suelo y la altura del nivel freático, concluyendo que, mientras mayor es la densidad inicial del suelo, se requiere mayor presión de agua para alcanzar la inestabilidad y generar la falla. Se han identificado dos mecanismos de falla dependiendo de la densidad inicial del suelo. En suelo suelto el movimiento se inicia apenas entra el flujo subsuperficial, generando un reacomodo de las partículas que inhibe el alza de la zona saturada. La base de la falla coincide con el nivel freático por lo que la mayor parte de la zona en movimiento se encuentra no saturada. La falla no desencadena un aluvión. En suelo medio y denso, el movimiento inicia cuando el flujo subsuperficial ha alcanzado el nivel superficial, y se origina en la zona saturada generando un posterior aluvión. Cuando mayor es la densidad inicial del suelo, en este segundo mecanismo, la falla abarca un área mayor incorporando también zonas no saturadas al movimiento.

Ingeniero Civil Industrial / El objetivo de este trabajo es mejorar la calidad de servicio de la empresa distribuidora de energía eléctrica Ampla Energía y Servicios S.A en lo que se refiere a la atención de emergencias en el suministro eléctrico, optimizando los recursos económicos relacionados con el proceso. La empresa atiende alrededor de 2,7 millones de clientes del estado de Río de Janeiro en Brasil (cerca de 10 millones de personas). El foco del estudio está en la reducción del tiempo de atención a los problemas en el suministro eléctrico en dos zonas del estado. Durante el año 2012, el tiempo promedio de atención para los más de 350.000 eventos fue cercano a 11 horas, mientras las compañías con similares características que poseen el mejor desempeño registran un promedio cercano a las 2 horas. Para abordar las mejoras al sistema, se utiliza una combinación de herramientas matemáticas para la determinación de dotación, basado en resultados de teoría de colas. Además, se construye un modelo de simulación que permite validar los resultados y realizar análisis de sensibilidad sobre el escenario actual, para finalmente estimar los efectos económicos de las mejoras al proceso. La solución propuesta aumenta la dotación de 20 a 24 turnos diarios en la zona de San Gonzalo y de 14 turnos al día a 18 en Niterói, logrando la disminución de los tiempos de atención a cerca de 3 horas en ambos casos, con un costo asociado de 630.760 en equipos y salarios. Como consecuencia de ello, se estima un beneficio de 1.561.403 por reducción de compensaciones pagadas a los clientes, obteniendo un beneficio neto de 930.643. Con esto se responde a los problemas identificados en el proceso, mejorando el servicio a los clientes, disminuyendo los montos de compensaciones a pagar y mejorando su imagen y relación con los clientes, considerando esto último como un elemento importante para el desarrollo de la compañía en el largo plazo.

Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, el CDEC-SIC incorpora en sus modelos del SIC las relaciones horarias de las generaciones eólicas y fotovoltaicas, aunque sin un fundamento metodológico lo suficientemente acabado que compruebe una representación más fiel de la generación esperada. El objetivo del presente trabajo consiste en probar la validez de la metodología actualmente empleada, incorporando en ella los cambios que mejor se ajusten a representar la volatilidad eólica y fotovoltaica de largo plazo del SIC, e integrar dicha modelación a las planillas usadas en las revisiones anuales del Estudio de Transmisión Troncal, efectuadas por el CDEC-SIC. La metodología desarrollada, comienza con un análisis estadístico de datos de generación eólicos y fotovoltaicos reales, considerando la estructura que requiere el software de Programación de Largo Plazo (PLP). Posteriormente, se plantean una serie de modelaciones distintas para representar los factores de planta y peaks de generación de estas tecnologías, con el objeto de elegir una para el caso eólico y otra para el caso fotovoltaico. Finalmente, se realizan simulaciones para comparar el método actual con las modelaciones propuestas y apreciar las diferencias que se introducen en la operación esperada del sistema eléctrico. Mediante el mínimo error cuadrático, se escogen las modelaciones que mejor representen al factor de planta y a los peaks de generación. Las mejoras en este ámbito para el caso eólico, corresponden a una disminución en un 71% del error al calcular el factor de planta, y de un 25% al representar los peaks de generación. Para el caso fotovoltaico, si bien aumenta el error de los factores de planta en un 2,6%, el error de la representación de peaks disminuye en un 8%. Por otra parte, la nueva modelación incluye las variaciones estacionales, al calcular el factor de planta mensualmente, mientras que con el método actual, al ser calculado anualmente, variaciones intra-anuales no quedan bien representadas. De las simulaciones realizadas, se logra que la modelación propuesta contenga todos los casos de la modelación actual y agrega escenarios con mayor influencia de las centrales ENRC que antes no eran considerados.Estudios futuros en esta materia debieran considerar la mejora de las modelaciones propuestas, basándose en datos reales de nuevas centrales generadoras e investigar, en profundidad, la relación entre la ubicación de una central eólica y su respectivo factor de planta, a medida que nuevas unidades se vayan incorporando al sistema interconectado central.

Ingeniero Civil / La mayor parte de los cursos superficiales de agua disponibles en los valles de Chile Central se originan a partir de los procesos físicos que tienen lugar en la cordillera. La acumulación en nieve promueve el almacenamiento en la cuenca, permitiendo así contar con un suministro de agua persistente y estable en el tiempo de deshielo, atenuando el volumen de las crecidas pluviales. En este trabajo se estudian las condiciones del manto y de precipitación que tienen lugar en la cuenca Mapocho en Los Almendros. Mediante las observaciones de la estación meteorológica UChile - Valle Nevado, se analiza la acumulación y la evolución de la nieve depositada, gracias a la instalación de equipamiento que permite medir la nieve equivalente en agua (en inglés SWE) y la densidad de la nieve en forma instantánea y automatizada. Luego de ello se emplea la plataforma Cold Regions Hydrological Model (CRHM), para realizar un balance de transferencia de masa-energía, con el objetivo de evaluar el comportamiento del SWE y contrastar sus resultados con las mediciones de la estación. Posteriormente, ello da pie a extender el modelo de nieve a toda la cuenca, para finalmente desarrollar un modelo hidrológico que simule la respuesta en escorrentía superficial de la cuenca. Las observaciones recopiladas permiten contar con información detallada del manto, permitiendo da sí escribir procesos a pequeña escala. Por último, se logra elaborar un modelo de derretimiento de nieve, en base un balance de energía-masa donde se cuantifican flujos de entrada y salida, obteniendo una correlación satisfactoria con los datos observados.