Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / El disipador de calor de canal con flujo espiral ha demostrado ser una alternativa prometedora para el manejo térmico de aplicaciones de alto flujo de calor, como electrónica y fotovoltaica concentrada. Temperaturas indeseadas son perjudiciales para el despempeño, la seguridad y la vida útil de estos dispositivos, por lo cual la investigación de tecnologías de enfriamiento de alto flujo de calor es una de las áreas de transferencia de calor con mayor actividad en la actualidad. En este trabajo se identifican estrategias eficientes para el aumento de la transferencia de calor en el disipador de calor de canal con flujo espiral estudiando la respuesta de las perturbaciones de temperatura frente a un forzamiento de momentum. Se presentan simulaciones numéricas de los campos de velocidad y temperatura estacionarios en el dispositivo para investigar el efecto de los parámetros de diseño en el desempeño termohidráulico. La rotación del fluido induce una componente de flujo cruzado, y se encuentra que esto aumenta considerablemente la transferencia de calor convectiva debido a movimiento del fluido hacia la superficie de intercambio térmico. En este estudio, se usa el marco de la teoría de estabilidad no modal para estudiar la estabilidad y receptividad del flujo estacionario en el canal de flujo espiral. Para este propósito, se formula un problema de perturbaciones lineales con un forzamiento armónico usando las aproximaciones de flujo local y paralelo. Al contrario del flujo de Poiseuille plano, se encuentra que el crecimiento transiente de las perturbaciones es pequeño, y por lo tanto, no juega un rol en el mecanismo de transición. La transición se le atribuye a la inestabilidad de flujo cruzado que ocurre por el cambio en la forma del perfil de velocidad debido a los efectos rotacionales. Se lleva a cabo un experimento de visualización de flujo y se encuentra una concordancia cualitativa entre los patrones de difusión observados y el número de Reynolds crítico predicho. La mayor amplificación en la respuesta de temperatura frente al forzamiento de momentum es presentada por vórtices y trazas longitudinales, seguidas por ondas viajeras radiales, y luego por ondas viajeras longitudinales. Se lleva a cabo un experimento para medir el desempeño del disipador de calor usando un flujo pulsante con frecuencias de forzamiento dentro del rango sugerido por el análisis de receptividad. Para obtener la misma temperatura de pared que en el caso sin pulsaciones, se observa una reducción de la potencia de bombeo de hasta un 26.6%, y usando la misma potencia de bombeo se obtiene un aumento del Nusselt de hasta un 10.3%. Este enfoque para identificar estrategias para el aumento de la transferencia de calor basado en física se puede extender a otras técnicas, por ejemplo, para seleccionar la longitud de onda en una superficie ondulada, la periodicidad de elementos de rugosidad, o la frequencia de vibraciones acústicas.

Ingeniero Civil / La estructuración en acero en estructuras urbanas es una práctica que no es muy aplicada en Chile, pero sí es aplicada en el caso del área industrial nacional, práctica que propone (y utiliza) un elemento adicional en el anclaje de la estructura a su fundación, llamado silla de anclaje. Este elemento forma parte del anclaje de la estructura a su fundación, y se diseña de forma que falle de manera dúctil, en cambio, en la práctica norteamericana, que es referencia principal en la normativa de diseño sísmico chilena para estructuras de acero, el anclaje a la fundación se diseña de forma que su comportamiento esperado sea del tipo elástico-lineal. Este estudio analiza el efecto del tipo de anclaje a la fundación de la estructura, en cuanto al desempeño ante eventos sísmicos de grandes magnitudes en territorio nacional. Con este fin se diseñan dos conjuntos de tres edificios de oficina, de 3, 6 y 9 pisos de altura, en donde la variación entre los grupos es el tipo de anclaje utilizado, con el fin de evaluar su desempeño sísmico. En general, los diseños quedan controlados por el corte mínimo normativo, salvo el caso del modelo más bajo. Los modelos incluyen el comportamiento no lineal para los elementos fusibles de la estructura, que son los encargados de la disipación de la energía sísmica ingresada en los análisis dinámicos. Los análisis realizados son del tipo no lineal estático (push-over) y dinámico (tiempo-historia). Para este último se consideran 10 eventos sísmicos registrados en estaciones a lo largo del país, resultando en 20 registros utilizados (dos direcciones por estación), todos incluyendo su respectiva componente vertical, y que datan desde el terremoto de Valparaíso del año 1985 hasta el sismo registrado en Iquique el año 2014. El desempeño de los modelos es evaluado en base al cálculo de los factores de modificación de la respuesta sísmica, de acuerdo con la metodología presente en el estándar FEMA P695. Los resultados de los análisis estáticos realizados muestran una gran dependencia de la resistencia de la estructura en cuanto a la participación de la silla de anclaje, siendo lo que limita el comportamiento para el caso de la estructura más rígida (modelo de 3 pisos). Los resultados del análisis dinámico muestran que la disipación de energía sísmica aumenta cuando se incluye el anclaje dúctil, y aumenta la altura del modelo.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Tras el terremoto magnitud Mw 8.8 del 27 de febrero de 2010, que afectó a la zona centro-sur de Chile, solo en la industria del país se generaron pérdidas económicas en un rango de $6 a $7 billones debido a daños de componentes y sistemas no estructurales, lo que corresponde aproximadamente al 20% de las pérdidas directas derivadas del terremoto. Dentro de los componentes que más recurrentemente presentaron daños se encuentran los tanques, silos de metal y generadores eléctricos de emergencia. No solo la industria sufrió pérdidas económicas, de 130 hospitales ubicados en la zona afectada por el terremoto, el 62% tuvo daños en elementos no-estructurales, donde el 83% perdió total o parcialmente su capacidad de funcionamiento, aun cuando no presentaron daños estructurales. Es por ello, que este trabajo busca identificar los límites de las mejoras posibles en el desempeño sísmico de equipos eléctricos y mecánicos al incorporar disipadores de energía de anillos friccionales, dispuestos en forma vertical en los puntos de apoyo de los equipos. Para ello se efectúa un análisis paramétrico variando las propiedades físicas de los elementos no estructurales, tales como la frecuencia fundamental de vibrar y la esbeltez. Los resultados son obtenidos utilizando la metodología de selección de disipadores de anillos friccionales desarrollada como parte de este trabajo, la cual se caracteriza por la implementación de algoritmos genéticos para determinar las propiedades de los disipadores que permiten alcanzar la máxima reducción posible de la probabilidad de excedencia de la capacidad de diseño de los equipos. El estudio efectuado permite concluir que los disipadores de energía de anillos friccionales no son adecuados para proteger sísmicamente equipos flexibles con frecuencias fundamentales menores a 4 [Hz] y su óptima implementación es en equipos donde la relación entre su altura al centro de masa y la distancia promedio entre los apoyos es cercana a 1.5. No obstante, es factible obtener reducciones en la probabilidad de excedencia de la capacidad de diseño de los equipos superiores al 50% independientemente de la relación de esbeltez del equipo, por lo que el uso de estos disipadores no está limitado solo a equipos esbeltos.