Ingeniera Civil / El presente trabajo de título tiene como objetivo la creación de un manual técnico apropiado para que profesionales encargados del reacondicionamiento térmico puedan utilizarlo en su trabajo y hacer éste de forma eficiente, optimizando el ahorro de energía y reduciendo la probabilidad de que la intervención de la vivienda no se realice correctamente, además de dar a conocer el sistema de calificación energética en el país y su aplicación. En Chile, cerca del 25% de la energía generada se utiliza en el sector residencial, siendo aproximadamente el 56% de ésta usada en calefacción de viviendas. Es por ello que es muy importante reducir el consumo de energía en calefacción, para contribuir así a una disminución en el consumo total de energía en el país. Los principales combustibles utilizados son la leña y la biomasa (lo que corresponde a un 59% del total del consumo de combustibles), seguidos en menor cantidad por el gas licuado (17%), electricidad (15%) y gas natural (7%). Si se logra un correcto reacondicionamiento de la vivienda, es posible disminuir el consumo de estos combustibles, alrededor del 30%-40% según características de la vivienda como la orientación, su nivel de aislación previo, su forma y la zona térmica en que se encuentre, lo que se traduce en una menor contaminación y por ende una mejor calidad de aire dentro y fuera de la vivienda junto con una mejor calidad de vida para los usuarios. De este trabajo se puede concluir que las medidas óptimas a considerar al aislar una vivienda dependen de diversos factores, tales como la zona térmica en la que se encuentre, la orientación de sus ventanas, su superficie construida, materialidad y el tipo de vivienda (si es aislada, pareada o se trata de un departamento). Conociendo esto, y si la vivienda no presenta ningún tipo de aislación (que es el caso más común en viviendas en Chile), se debe aislar primero el complejo de techumbre (con espesor mínimo exigido por la O.G.U.C.), seguido de muros (idealmente con espesores mayores a los exigidos por la O.G.U.C); mientras que ventanas y pisos ventilados se deben reacondicionar sólo si es necesario y se poseen los recursos, ya que sus aportes al ahorro energético son menores y no necesariamente son rentables. En el caso de pisos no ventilados no se recomienda su intervención, debido a la dificultad que presenta. Por otro lado, si se trata de un departamento, se debe considerar su ubicación dentro del edificio y la superficie de muros y ventanas que posea hacia el exterior para decidir la opción más conveniente de intervención, aunque la opción más económica es aislar muros y posteriormente ver el cambio de ventanas. Una vez que la vivienda esté aislada térmicamente, y solo una vez intervenida, se debe estudiar el cambio del sistema de calefacción utilizado y las medidas de ventilación que puedan ser necesarias.

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Las plumas e impulsos térmicos son fenómenos físicos donde una cierta cantidad de calor es liberada continua o impulsivamente a un fluido, su estudio tiene gran relevancia en los modelos de dispersión de contaminación atmosférica y predicción de flujo del humo en incendios. Experimentalmente, las plumas térmicas son generadas a través de diversos métodos. El más común de todos implica insertar una resistencia eléctrica dentro de un fluido (agua, aire, etc.). La temperatura que genera la resistencia produce una variación en la densidad, con lo que se produce el movimiento. Existen métodos más complejos que permitirían conseguir el efecto de fuente puntual, mediante un calentamiento ohmnico de dos electrodos ubicados dentro de un fluido. El principal parámetro que caracteriza la intensidad de la boyancia es el número de Grashof, o en su defecto, el número de Rayleigh. La siguiente memoria tiene como objetivo estudiar la dinámica de plumas térmicas en régimen laminar, a través de simulación numérica directa (DNS), y turbulento mediante el modelo k -  de turbulencia. Este estudio se enmarca dentro del proyecto Fondecyt 1085020. Para esto, se simuló el fenómeno como un fluido dentro de una cavidad cuadrada con un electrodo metálico en una de sus caras. El electrodo recibe una inyección de potencia a través de la base, lo que produce una variación en las temperaturas desembocando en una boyancia inducida. Las simulaciones se llevaron a cabo en el software CFD Fluent v6.3. De la simulación se concluyó que los resultados laminares son consistentes con la teoría. Los perfiles de temperatura presentan una forma de función Gaussiana que coincide con lo propuesto por la bibliografía. Se observó que la curva Nusselt exhibe una perturbación la cual podría vincularse al instante en que se desconecta la vorticidad asociada a la pluma, de la vorticidad asociada al electrodo. Sin embargo, los contornos de vorticidad no fueron concluyentes y mayores pruebas deben ser realizadas. El régimen estacionario se alcanzo entre los 90 y 10[s]. Respecto de la turbulencia, se observó que el volumen de estudio no fue lo suficientemente grande, tal de no perturbar la generación de la pluma. Se obtuvieron velocidades máximas del orden de 1.5, muy por encima de las generadas en el caso laminar. La energía cinética turbulenta máxima obtenida es del orden de los 0.325[cm²/s²] mientras que su disipación es de 0.13[cm²/s³].

El objetivo general del presente trabajo de título es obtener un modelo teórico-matemático para la predicción del calentamiento de perfiles de acero protegidos contra incendio, con el fin de predecir su temperatura máxima y el espesor de material aislante Blaze Shield II necesario para satisfacer los requerimientos de resistencia contra el fuego. La Sección de Ingeniería Contra Incendios del IDIEM de la Universidad de Chile, cuenta con laboratorios para la certificación de estructuras según la actual norma chilena para ensayos y diseño de elementos de construcción en general. El uso de modelos teóricos puede optimizar el proceso de certificación disminuyendo la cantidad de productos rechazados y los costos asociados a ello. Los actuales modelos recomendados no consideran la variación con la temperatura de las propiedades térmicas de los materiales, lo que significa que las curvas de calentamiento no son resultados en general confiables, mostrando incluso en ciertos casos valores de temperatura sin sentido físico. A raíz de lo anterior, el modelo propuesto se formuló incluyendo en la ecuación de difusión de calor la dependencia con la temperatura de las propiedades de los materiales, para así obtener mejores aproximaciones de las curvas de calentamiento del acero. Se determinaron los factores que predominan en la respuesta térmica del sistema y fueron ajustados los resultados del modelo a los datos experimentales entregados por el IDIEM. Se pudo observar que la emisividad resultante, la conductividad térmica del material aislante y el calor específico del acero, tienen un efecto importante sobre el calentamiento de los perfiles. Además el modelo propuesto entregó resultados físicamente consistentes en el rango de masividades estudiado, y las curvas de calentamiento se ajustaron satisfactoriamente a los datos experimentales. Se concluye que el modelo desarrollado entrega mejores aproximaciones de las temperaturas máximas y de las curvas de calentamiento que los modelos actuales, utilizando Blaze Shield II como material protector. No obstante, debe ampliarse el rango de validez del modelo para variadas condiciones de incendio y tipos de protección térmica.

Ingeniero Civil / Mediante la realización de este trabajo de título se ha buscado estimar los aportes en la aislación térmica que pueden llegar a tener las cubiertas vegetales; techos y fachadas, lo que se realizó con ensayos de laboratorio para medir la conductividad de los sustratos y mediante modelación computacional para incluir los efectos que son complejos de considerar. El objetivo general de esta memoria es aportar al conocimiento sobre estrategias de edificación sustentable, mostrando que los techos y fachadas vegetales son una opción viable en Chile y que actualmente puede ser ejecutada sin mayores inconvenientes. Para estudiar y medir la conductividad térmica del sustrato, se han realizado ensayos según la norma chilena NCh850-2008 a distintas mezclas, preparadas en base a la revisión bibliográfica y contactos personales. Gracias a estudios previos y los valores que se entregan en la norma NCh853-2007, fue posible hacer una extrapolación de los resultados obtenidos en seco, congruentes con lo visto en la literatura. La modelación computacional permite considerar los efectos de la capa vegetal, que representan gran parte del aporte a la aislación que provee el techo verde a la envolvente del edificio. Se observaron mejoras en el desempeño energético de una casa que alcanzan valores para la condición de verano sobre el 20%. En el caso del edificio, las mejoras fueron observadas casi únicamente en el último piso, alcanzado valores que llegan al 27% en dicho nivel, por lo que para ambos casos, sus efectos son considerablemente mayores durante la época estival. El análisis de costos permite concluir que por la gran cantidad de beneficios del uso de techos y fachadas verdes difíciles de llevar a valores monetarios y por lo complicado de replicar los parámetros de diseño de un proyecto a otro, un balance económico que solo considera la inversión inicial, es insuficiente. Finalmente, se debe destacar que más allá del ahorro energético en climatización que pueda generar el uso de cubiertas vegetales su mayor importancia recae en sus beneficios medioambientales; aumentan la superficie de áreas verdes, contribuyen a disminuir la contaminación y purificar el aire, reducen el efecto isla de calor en las urbes, contribuyen a la biodiversidad y mejoran el manejo de las escorrentías de aguas lluvias. Además, han mostrado ser buenos aislantes acústicos, aumentan la plusvalía de los edificios y mejoran la estética de las ciudades. Sus beneficios abarcan una zona mucho más global que el lugar donde son instalados, ayudando a construir entornos más saludables, ciudades más prósperas, confortables y sostenibles para las futuras generaciones.

Ingeniera Civil / El estudio a realizar consiste en el diagnóstico, diseño, gestión de obra y posterior análisis energético y térmico de la remodelación de la oficina central de EA Buildings Chile. Se pretende realizar una comparación del desempeño energético y térmico entre una situación base y una remodelada, incorporando una serie de medidas de eficiencia energética. Dicho análisis se efectúa en función de la medición de variables de consumo eléctrico, confort térmico y nivel de hermeticidad de la edificación por medio del ensayo Blower door test y captura de termografías. Adicionalmente, se realiza un análisis computacional por medio de la modelación de la vivienda en el software Design Builder, que entrega el consumo de electricidad y la temperatura de ambiente interior. Los resultados arrojan que la instalación de ventanas DVH disminuye el nivel de la infiltración de aire exterior en un 70%, mientras que el consumo de energía eléctrica no se ve mayormente afectado. La evaluación económica estima un período de retorno de la inversión de 35 años cuando se considera un sistema eficiente de climatización, mientras que para las condiciones actuales no se justifica económicamente su implementación. Finalmente, se demuestra teóricamente mediante la simulación del recinto, que la instalación de aislación exterior de muros y de losa es la medida que logra la mayor disminución en el uso de electricidad, llegando a un 90% de reducción de esta variable.

Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo de la conversión de energía desde fuentes renovables no convencionales forma parte fundamental de la investigación y desarrollo de nuestro presente. Una de las tecnologías más utilizadas es la solar fotovoltaica, cuyo objetivo es convertir directamente la energía solar proveniente del sol en energía eléctrica para ser utilizada por sus consumidores. La utilización de módulos fotovoltaicos (PV) para la conversión de energía solar ha sido un gran avance de la ingeniería moderna, pero aún posee importantes puntos pendientes en su desarrollo. La dependencia del rendimiento con la temperatura de la celda, convierte a este parámetro en uno de los más relevantes a la hora de diseñar mejoras en el desempeño de un panel fotovoltaico operando en condiciones reales. Mientras mayor sea la temperatura que alcance el panel, menor será su rendimiento eléctrico final, por lo que es de gran interés poder controlar el desempeño frente a condiciones externas mediante algún tipo de disipador de calor. El estudio presentado tiene por objetivo general presentar un estudio acerca de la temperatura al interior de un panel fotovoltaico con disipador de calor mediante análisis teórico y simulaciones computacionales para un módulo sometido a condiciones atmosféricas reales del norte de nuestro país. El objetivo principal es analizar la distribución de temperatura en el módulo fotovoltaico y la influencia de la presencia del dispositivo disipador de calor en el aumento de la eficiencia del panel fotovoltaico, mediante la caracterización de la resistencia térmica que posee el conjunto panel-disipador. Para conseguir el objetivo planteado, se realiza un análisis teórico de la temperatura en el interior del panel fotovoltaico mediante un balance energético (definición de la temperatura de celda en función de la radiación incidente, pérdidas por radiación y convección al ambiente, y pérdidas por disipación de calor y por generación de energía) para un modelo simplificado. A continuación se realizan simulaciones computacionales mediante software especializado en análisis por elementos y volúmenes finitos (ANSYS Mechanical) para poder realizar un análisis térmico en tres dimensiones. Luego de obtener resultados numéricos que permitan caracterizar la temperatura al interior del panel se procede a optimizar el diseño del disipador de calor mediante simulaciones con diseño paramétrico (ANSYS APDL) para poder caracterizar la influencia de la geometría del disipador en la resistencia térmica. Finalmente, se realiza un análisis cuantitativo del incremento en la eficiencia del panel en base a los resultados obtenidos por las distintas simulaciones. La memoria se desarrolla en el contexto del proyecto FONDECYT N° 11110235 Charge carrier flow hydrodynamics in PN junctions with applications to photovoltaic solar cells junto con el trabajo de otros memoristas y tesistas.

En la presente investigación se plantea diseñar una cámara de secado de madera con una capacidad de 25m con el objetivo de disminuir el tiempo de secado y obtener una mejor calidad del producto. La cual esta investigación se caracteriza por ser de tipo aplicada con un nivel descriptivo con un enfoque cuantitativo y con un diseño no experimental. Para ello se hizo una revisión del marco teórico existente y luego se procedió a visitar los aserraderos para realizar el diagnóstico inicial del proceso empírico de secado de madera y realizar la encuesta al personal involucrado. Donde se obtuvo como resultado que ningún aserradero contaba con un proceso de secado, simplemente lo desarrollaban de manera empírica. Por esta finalidad se realizará el proceso de secado artificial mediante cámara con bomba de calor que permitirá disminuir considerablemente el periodo de secado y la aparición de insectos manchas, deformaciones mecánicas y deterioro durante el almacenamiento a largo plazo. Por lo tanto, para el desarrollo de este proyecto la cámara de secado tiene como dimensiones internas de 6,5 metros de largo; 5,46 metros de ancho y 3 metros de alto, lo cual las paredes están conformadas en la parte interna con una plancha de aluminio de 3 mm de espesor, un aislante de fibra de vidrio de 50 mm de espesor, ladrillo y una capa de concreto, al igual que para el techo y piso. Sin embargo, la cantidad de energía que se requiere para este proceso de secado es de 35880,99 W o 30852 Kcal/h para la etapa de calentamiento y una energía de 30 049,14 W o 25 837,61 Kcal/h para la etapa de secado, siendo estos parámetros importantes para la selección de los equipos como ventiladores, controladores de temperatura y la bomba de calor. Cabe recalcar que el tiempo de secado tiene una duración de 10 días más 1 día de enfriamiento. Generando una inversión total de S/ 85 180,14. Sin embargo, mediante la evaluación económica se obtiene un VAN de S/ 63 985,75 y un TIR del 28 % lo cual lo convierte en un proyecto viable con un periodo de recuperación de 3 años y un costo-beneficio de 1,2.

Desarrolla la producción por mecano-síntesis de aleaciones del sistema Fe-Co-Cu y de aglomerados de Fe-Co en una matriz Cu en fases metaestables. Para dicho efecto se usaron tres procedimientos diferentes. El primero de ellos partió de la mezcla simple de los polvos metálicos de Fe, Co y Cu y los otros dos usaron dos pre-aleaciones de FeCo, preparadas en dos formas diferentes, las cuales posteriormente se hicieron reaccionar con Cu por mecano-síntesis. En la primera etapa se estudió la formación de la aleación Fe0,2Co0.8 a partir de la aplicación de la mecano-síntesis a una mezcla simple de polvos metálicos de Fe y Co de alta pureza. Los análisis por difracción de rayos X, espectroscopia Mössbauer y análisis térmico diferencial mostraron la formación de una aleación no homogénea, coexistiendo estructuralmente las fases bcc y fcc, acompañada de fases espúreas, posiblemente óxidos. La formación de partículas pequeñas, así como la formación de óxidos fueron factores limitantes en la obtención de una muestra homogénea. En la segunda etapa se prepararon y analizaron soluciones sólidas cristalinas ordenadas en las composiciones Feo.20Co0.50 y Feo.6oCo0.40 por fusión en un horno dearco voltaico, las cuales fueron homogeneizadas térmicamente. Estas muestras se sometieron a tratamientos mecánicos con el propósito de analizar el desorden inducido. Los análisis por difracción de rayos X y espectroscopia Mössbauer mostraron cambios en la estructura magnética local alrededor de los sitios de Fe. En la etapa final se compararon diferentes formas de producir la aleación ternaria FeCo-Cu por mecano-síntesis. La primera partió de la mezcla simple de los polvos reactantes., la segunda se preparó mezclando polvos de Cu con cada una de las pre-aleaciones de Fe-Co, obtenidas por mecano-síntesis y en horno de arco. Con la pre-aleación producida por horno de arco, se logró un producto final en la fase fcc del Cu, mostrando una estructura magnética desordenada, al parecer compuesta de partículas ferromagnéticas, superparamagnéticas, posteriormente a causa del tiempo prolongado del tratamiento es afectada por la presencia de óxidos según los análisis por difracción de rayos X y espectroscopia Mössbauer. / Tesis

El propósito de la presente Tesis Doctoral es estudiar y predecir las características y la biodegradabilidad de diferentes biocomposites desarrollados a partir de materiales biodegradables procedentes de fuentes renovables. Para ello, se emplean dos termoplásticos de base almidón como matrices poliméricas (Mater-Bi KE03B1 y Mater-Bi NF01U ), que se refuerzan con distintas fibras naturales (algodón, cáñamo, kenaf, lino y yute) con el fin de mejorar sus propiedades mientras están en servicio, al tiempo que se mantiene su biodegradabilidad. Las fibras naturales, las matrices poliméricas y los biocomposites reforzados se caracterizan con el objetivo de estudiar de la influencia de cada fibra natural en las propiedades de la matriz polimérica. Para ello se emplea una metodología basada en el Análisis Espectroscópico (FTIR-ATR), Mecánico (Ensayos de Tensión), Morfológico (SEM) y Térmico (DMTA, TGA, DSC). Así mismo se establecen correlaciones entre la composición química de las fibras naturales y las propiedades de los biocomposites reforzados. La degradabilidad de las matrices poliméricas y de los biocomposites se evalúa mediante enasayos de degradación en tierra y de absorción en agua. La hidrólisis de las matrices poliméricas y de los biocomposites se estudia como étapa previa a su biodegradación en tierra. Ambos procesos, la degradación en tierra y la absorción de agua se monitorizan mediante cambios en las propiedades térmicas. En particular, los parámetros térmicos de control escogidos son: las temperaturas de inicio y máxima velocidad de termodegradación como marcador de la estabilidad térmica; y las energías de activación de cada proceso de descomposición, puesto que este parámetro permite discernir los cambios en los entornos moleculares que facilitan o dificultan el proceso de termodegradación. Estos estudios de degradación, se complementan con análisis morfológicos y espectroscópicos. Finalmente, se confirma que el Mater-Bi NF y el Mater-Bi KE aumentan sus aplicaciones cuando se refuerzan con fibras naturales al mismo tiempo que mantienen su capacidad para degradarse en el momento en el que finaliza su vida útil. En el diseño del biocomposite, la selección de una u otra fibra natural como material de refuerzo dependerá de las propiedades finales requeridas. / Moriana Torró, R. (2010). Desarrollo y caracterización de biocomposites enfibrados procedentes de recursos renovables. Estudio de su degradación en tierra [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8958