El presente documento corresponde a la memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas de la Universidad de Chile y trata de la caracterización geotécnica y la determinación de ángulos de talud para el proyecto minero a cielo abierto Franke, la cual se encuentra ubicada en el distrito de Altamira, en el límite sur de la región de Antofagasta. Para la caracterización geotécnica se realizó primero una revisión de los métodos de clasificación geotécnica más utilizados. En base al tipo de dato geotécnico del proyecto se considero el Geological Strength Index (GSI) como el método de clasificación geotécnica a utilizar. Luego, se analizó la orientación de las estructuras dentro del yacimiento, de acuerdo a datos entregados por inspección de pozos de sondajes con sensores ópticos. Como resultado este análisis se concluye que existe una orientación preferente de las estructuras en la dirección NW-NNW la cual es coincidente con el rumbo de las estructuras mayores presentes en el yacimiento. A continuación se caracterizaron las diferentes unidades litológicas (que habían sido anteriormente determinadas y que se orientan de forma horizontal y de forma sub-paralela, obteniéndose un GSI en un rango de 45-55 lo cual significa una baja variabilidad. Con esto se concluyó que la litología, en este caso, no diferencia claramente dominios geotécnicos. Se postula que la variación de GSI estaría relacionada más con el evento mineralizador. Es así, que de acuerdo a la clasificación del GSI se presenta un macizo menos competente en el centro del rajo proyectado, creciendo su competencia conforme se aleja del centro. A partir de la zonificación descrita en base a GSI y estructuras y de la geometría proyectada del rajo se sugirieron 14 perfiles de análisis. Se determinó entonces, con ayuda de la red de Schmidt y diagramas de polos, el modo de falla de cada uno de los taludes en los perfiles antes sugeridos, siendo estos mayormente cuñas y algunas fallas planas. Finalmente se procedió a realizar los análisis de estabilidad de acuerdo a los potenciales modos de falla anteriormente determinados, a saber: análisis por contención, análisis de equilibrio limite (determinístico y probabilístico) de fallas planas y cuñas y análisis rotacional. Se hicieron entonces simulaciones de acuerdo a cada perfil para el tipo de falla correspondiente, a fin de analizar la posibilidad de un incremento del ángulo de talud entregado por la ingeniería de perfil anteriormente desarrollada. Se aprecia, como resultado de los análisis de estabilidad, que los ángulos de talud varían entre 51° y 55°, siendo este último valor determinado por el criterio de bermas para la contención de caída de rocas. Asimismo se sugiere que el sector sur de la mina pudiese presentar algunos problemas de estabilidad. Finalmente se recomienda continuar actualizando el índice GSI en conjunto con el desarrollo de nuevas labores mineras, así como también la realización de ensayos de compresión uniaxial para todas las litologías presentes, a fin de obtener una aproximación más exacta del la resistencia a la compresión uniaxial de la roca.

El presente trabajo de memoria se propone como objetivo principal el de analizar el desempeño de los filtros de partículas clásico y sensible al riesgo en el estudio de la vida útil de componentes mecánicos que se encuentren en falla. Los filtros de partículas, también conocidos como métodos secuenciales de Monte Carlo, corresponden a técnicas de estimación y pronóstico que se sustentan en un marco teórico de trabajo capaz de tratar con problemas en tiempo real, no lineales y con ruidos de proceso y observación no necesariamente Gaussianos. El desempeño de estos métodos de estimación y predicción será estudiado y validado mediante la utilización de datos de laboratorio, provenientes de pruebas realizadas a componentes reales de un helicóptero en falla. En particular, se utilizarán los datos originados a partir del crecimiento de una fractura en una placa de engranaje planetario, pieza que se encuentra presente en el rotor principal de la nave. La prueba de laboratorio, realizada por terceros, consistió en fracturar artificialmente una placa de engranaje planetario para luego someterla a una carga variable, carga que en un instante de la prueba sufre un cambio. A partir del perfil de vibraciones originado se hizo una estimación ruidosa del crecimiento de la fractura, característica que finalmente es la que se utiliza en este trabajo. Lo que se espera a partir del estudio de esta señal es evaluar cómo se desempeña el filtro de partículas sensible al riesgo, en comparación con el clásico, en vista del cambio introducido durante el registro de los datos y cómo ello influye en la estimación de la vida útil de la pieza mecánica. Para implementar los algoritmos de los filtros se hacen diversas consideraciones de cara a disminuir la complejidad del código, proveer una aproximación más simple al problema y reducir la carga computacional asociada con su ejecución. La suposición más importante que se realiza da origen a que durante el proceso de pronóstico los pesos de las partículas se mantengan constantes. En particular, la implementación de la etapa de predicción para el caso del filtro de partículas sensible al riesgo considera dos casos excluyentes. En el primero, las componentes del ruido de proceso y distribuyen como Gaussianas de media cero y se calcula el valor esperado de los estados. En el segundo caso, ~ y , sin cálculo del valor esperado de los estados. Las estimaciones de vida útil obtenidas a partir de los filtros de partículas implementados no fueron satisfactorias. Al no existir una actualización de pesos en la etapa de pronóstico, no fue posible corregir el error que se estaba cometiendo en la estimación. Así, la alerta de falla se activa con demasiada anticipación, subestimando el tiempo real de vida útil remanente del sistema. En conformidad con lo anterior se propone como trabajo futuro la implementación de una técnica encargada de actualizar los pesos de las partículas durante la etapa de pronóstico, así como de una estrategia que sea capaz de evaluar en línea la calidad de las predicciones a largo plazo. Se concluye a partir del trabajo realizado que para el caso de los filtros de partículas sensibles al riesgo implementados, en cuanto a estimación de vida útil y desempeño computacional, no ofrecen ventajas comparativas claras frente al filtro de partículas clásico.

Ingeniero Civil Electricista / Los huecos de tensión corresponden a desviaciones en la tensión con respecto a sus valores nominales o esperados que afectan a los sistemas de potencia, incluyendo redes de distribución. Estos fenómenos provocan que los generadores se desconecten del sistema para proteger sus equipos. Así, los requerimientos frente a huecos de tensión obligan a éstos a permanecer conectados durante ciertos períodos de tiempo, proporcionando una operación más segura del sistema. Lo anterior se aplica generalmente a grandes generadores. Sin embargo, en Chile también se incluyen los Pequeños Medios de Generación Distribuida, conocidos como PMGD. Ahora bien, la generación distribuida en baja tensión, o doméstica, no posee reglamentación con respecto a los huecos de tensión, por lo que tomando esto en cuenta además del gran crecimiento que han experimentado estas tecnologías (especialmente la fotovoltaica) en los últimos tiempos, es pertinente estudiar el comportamiento de los requerimientos frente a huecos de tensión en redes de distribución que incluyan generadores descentralizados. Para realizar el estudio se escogió un alimentador promedio, tipo rural, utilizando para esto el alimentador Gabriela Mistral de Conafe. En este sistema se incluyó generación distribuida en media y baja tensión, PMGD y doméstica, respectivamente, debido a los requerimientos existentes para la primera, conectándose en los mismos puntos que los consumos. Se definieron ocho escenarios de penetración de la generación distribuida, incluyendo distintos porcentajes de PMGD. Además se escogieron tres distribuciones de ésta a lo largo del alimentador. Para generar un hueco de tensión que representara el peor caso, se utilizó un cortocircuito trifásico en la primera barra del sistema, y se estudiaron dos tiempos de despeje distintos. También se encontraron los tiempos críticos de despeje del sistema. Entre las conclusiones principales destaca el hecho de que los escenarios de penetración y las distribuciones de la generación distribuida afectaron las tensiones previas y posteriores a las perturbaciones estudiadas, siendo las diferencias entre éstas mayores al momento en que la penetración es mayor y en la distribución Creciente. Los requerimientos frente a huecos de tensión para los PMGD obligaron a la generación distribuida a permanecer conectada luego del cortocircuito con despeje a los 150 ms, aportando a la respuesta del sistema; esto se verificó ya que los tiempos críticos de despeje fueron mayores cuando la generación distribuida doméstica se regía por éstos requerimientos. Finalmente, en el caso de un cortocircuito con un despeje a los 300 ms, se produjo una desconexión masiva de la generación distribuida del sistema.

Ingeniero Civil Eléctrico / El diseño de las subestaciones primarias de distribución se realiza actualmente de acuerdo al criterio determinístico de seguridad denominado N-1, el cual se basa en la salida intempestiva de uno de los transformadores de la subestación debido a un evento de falla. Sin embargo, este criterio no contempla eventos más graves de carácter catastrófico y producido, por ejemplo, por algún desastre natural (tormentas, inundaciones, terremotos, etc.). Además, este criterio actualmente utilizado no contempla la contribución de capacidad de tecnologías inteligentes, en específico, la que dota a la demanda la capacidad de participación activa (Demand Side Response o DSR) en los sistemas eléctricos. En esta memoria se propone un modelo probabilístico para el diseño robusto y eficiente de una subestación primaria de distribución que contempla el uso de transformadores y cables a subestaciones vecinas, como también el uso de DSR y generación distribuida de respaldo. El modelo determina la proporción óptima entre la capacidad de los transformadores, el número de cables a subestaciones vecinas, el monto DSR a contratar y la capacidad de la generación de respaldo. La optimización se realiza en base a una enumeración completa de los estados de la subestación, según la disponibilidad o indisponibilidad de cada elemento, y utilizando la demanda de un año según datos de una subestación real ubicada en el Reino Unido. La función objetivo incluye el valor de inversión y utilización de cada equipo como también el costo esperado de la energía no suministrada. Además, se incorpora a la optimización una restricción de la medida de riesgo CVaR(Conditional Value at Risk), la cual restringe la exposición al riesgo frente a eventos catastróficos, de baja probabilidad y alto impacto (HILP, High Impact Low Probability Events). Con el modelo probabilístico se estudian las distintas soluciones de diseño determinadas frente a distintos tipos de eventos catastróficos que pueden llegar a afectar a transformadores y equipos DSR, como falla de causa común debido a inundaciones y condiciones climáticas extremas. Del análisis se puede concluir que los equipos DSR son capaces de desplazar capacidad de transformación con respecto a la capacidad de diseño según el criterio N-1, y también, disminuyen la exposición al riesgo de eventos catastróficos como también los costos de capital de la subestación. Además, se deduce que la diversificación en la inversión de varios activos y tecnologías de red (transformadores, cables de transferencia y equipos DSR) producen una reducción de la exposición a altos niveles de energía no suministrada y también una disminución en los costos totales (capex, opex y energía no suministrada). Este trabajo busca determinar el aporte de la demanda en términos de su capacidad para desplazar potencia firme de unidades de transformación y representa un avance hacia la incorporación de equipos DSR en las futuras normas de distribución.

Ingeniero Civil / Debido a la sismicidad nacional y la importancia económica de la industria vitivinícola chilena nace la necesidad de estudiar el comportamiento estructural de los estanques de almacenamiento de acero frente a una solicitación sísmica. En la presente memoria se modelan 2 estanques con dimensiones geométricas diferentes a través del programa de elementos finitos ANSYS versión 15. Se realiza un análisis no-lineal estático del tipo pushover variando la condición de borde para ambos tipos de estanque. De los modelos analizados se extraen las curvas de capacidad, los modos de falla y la distribución de tensiones principales y equivalentes (o tensión de Von-Mises). Los resultados entregados por el programa se comparan con las cargas y fuerzas de diseño obtenidas de las normas y guías de cálculo. Luego de procesar los resultados se concluye que -El programa logra modelar de buena forma el comportamiento estructural de los estanques obteniendo los modos de falla observados en terreno -La condición de borde del estanque incide en el modo de falla visualizado en el manto -Los estanques simplemente apoyados muestran un pobre desempeño. Su capacidad máxima se encuentra por debajo del corte basal de diseño.

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Magíster en Ciencias, Mención Geología / Geóloga / Desde la década de 1940 se ha reconocido la importancia de los sistemas de fallas como estructuras que hospedan mineralización. Esta tesis busca establecer las relaciones estructurales entre los procesos de deformación y de mineralización de plata y oro, para determinar blancos de exploración en el Distrito Cerro Bayo (DCB), región de Aysén, Chile. El área en estudio se ubica en el sector Laguna Verde del DCB, donde afloran las secuencias volcánicas del miembro inferior de la Formación Ibáñez de edad Jurásico (154 144 Ma). Éstas hospedan las vetas de cuarzo subverticales con mineralización de plata y oro (114 111 Ma), emplazadas en un ambiente epitermal de baja a intermedia sulfuración a través de sistemas de fracturas con orientación N S a NO SE. Sistemas de fallas con orientación NE SO a E O cortan las secuencias mineralizadas con desplazamientos principalmente normales, y menores componentes de rumbo, que habrían provocado una caída de los bloques occidentales al este de Laguna Verde. En las inmediaciones de Laguna Verde se estima que la orientación del eje de apertura principal del sistema de vetas (T), equivalente el eje mínimo de deformación (σ3), es horizontal y presenta una orientación de N57°E. Esta apertura fue definida según la actitud y potencia de las vetas. La orientación de apertura no habría variado para el sistema hidrotermal sincrónico y posterior a la mineralización de plata y oro. Esto permite determinar que las vetas principales presentan orientaciones de N33°O ± 10°, y las vetas secundarias presentan orientaciones entre N69°O N43°O y N23°O N11°E. Estas orientaciones permiten determinar siete zonas probablemente mineralizadas con plata y oro dentro del DCB, las que se establecen a partir de un análisis geométrico de fotolineamientos en las secuencias volcánicas de la Formación Ibáñez del DCB. Éstas se enumeran del 1 al 7, donde 1 corresponde a la que presenta una mayor frecuencia y largo de lineamientos asociados a la apertura principal. Estudios anteriores de inclusiones fluidas proponen que el sector Laguna Verde es el más erodado del distrito. Esto, junto al comportamiento de las fallas NE SO, indica que al oeste de Laguna Verde la mineralización de plata y oro, debería encontrarse más somera.

Ingeniero Civil Eléctrico / Desde hace algunos años que la disciplina especializada en el diagnóstico de fallas en sistemas y el pronóstico de eventos que pudieran afectar la salud de éstos, denominada Prognostics and Health Management (PHM), ha ido tomando cada vez más fuerza y ha empezado a consolidarse como una nueva área de la ingeniería. Esta disciplina tiene como eje principal la caracterización del estado de salud de los sistemas dinámicos, ya sea a través de enfoques probabilísticos, posibilísticos, o epistémicos, por nombrar algunos; siendo el enfoque probabilístico el adoptado en la presente Tesis. Dado que la mayoría de los sistemas se conciben mediante complejas relaciones que suelen establecerse en base a no linealidades e incertidumbre no necesariamente Gaussiana, el empleo de métodos secuenciales de Monte Carlo -también llamados filtros de partículas- ha tomado gran relevancia para el diagnóstico de la salud de los sistemas. Los filtros de partículas proveen una distribución empírica de probabilidad para los estados del sistema siguiendo un enfoque Bayesiano. Es muy frecuente que en rutinas de estimación, y en especial al usar filtro de partículas, algunas de las mediciones que debiesen proporcionar los sensores se pierdan de manera parcial o total. En el caso de una pérdida parcial, se propone una estrategia basada en la Teoría de Imputaciones Múltiples desarrollada en los años 60' que permite incorporar la incertidumbre que hay al perder solo parte de la información. Por otra parte, cuando se pierde acceso a la totalidad de las mediciones se puede hablar de un problema análogo al de pronóstico. Se propone un algoritmo que recibe como entrada una distribución empírica producto del final de una etapa de estimación basada en filtro de partículas, en la cual se propaga incertidumbre haciendo uso de sigma-points y del ajuste paramétrico de mezclas de Gaussianas para la aproximación de distribuciones de probabilidad. Además de los algoritmos anteriormente mencionados, en esta Tesis se presenta la deducción y demostración de una nueva medida de probabilidad de falla de sistemas en el contexto de monitoreo en línea, la cual modifica el estado-del-arte y abre nuevas ramas de investigación que pueden influir fuertemente en el desarrollo de nuevos sistemas de toma de decisiones. Los desarrollos presentados en esta Tesis abordan principalmente el caso del problema de estimación y pronóstico del Estado-de-Carga de baterías de ion-litio para el análisis y validación de los algoritmos que se proponen dada su relevancia en la autonomía de los dispositivos electrónicos que requieren procesamiento de información en tiempo real; tales como tablets, celulares, vehículos o micro-redes, por nombrar algunos ejemplos.

Ingeniero Civil Electricista / La minería del cobre en Chile ha crecido sostenidamente desde los años 90 y, actualmente, a nivel nacional, es la actividad económica más importante, y a nivel internacional, lidera la producción de este metal. En este contexto, para la industria nacional del cobre es fundamental aumentar la productividad; disminuir costos; y reducir los perjuicios a las personas, al entorno, y a las unidades productivas. En consecuencia, aumentar la continuidad operacional y disminuir los costos de falla de las correas transportadoras en los procesos de conminución contribuye a conseguir las metas establecidas. Por último, a fin de alcanzar las metas relacionadas a las correas transportadoras en estos procesos es necesario estudiar sus modos de falla, con el propósito de generar medidas compensatorias como esquemas de detección y aislación temprana apropiados. El presente trabajo tiene como propósito realizar un análisis de fallas en los equipos y componentes mecánicos más importantes de las correas transportadoras CV-005, CV-006, y CV-007 de Minera Los Pelambres (transporte de mineral grueso del chancado primario a la molienda), con la finalidad de proponer esquemas de detección y aislación temprana destinados a dichos equipos y componentes (el desarrollo de medidas compensatorias se excluye de este trabajo). Particularmente en este análisis, se presentan las principales características de las correas transportadoras. En seguida, se identifican y describen los sub-sistemas de las correas transportadoras, se identifica su instrumentación, y se describen sus modos de operación normal, tanto de forma general como particular. Luego, a partir de la información entregada por CONTAC Ingenieros Ltda., se seleccionan los equipos y componentes mecánicos más importantes de las correas transportadoras escogidas, considerando la frecuencia y duración promedio de las paradas no planificadas (evento relacionado a fallas) de los sub-sistemas identificados. Posteriormente, en base a la información facilitada por Minera Los Pelambres se identifican y describen tanto los modos de falla en los equipos y componentes determinados como sus causas, efectos, y procedimientos de detección. Finalmente, a partir de este análisis y de la investigación centrada en ingeniería, se proponen esquemas de detección y aislación temprana para los modos de falla establecidos. Los esquemas de detección y aislación temprana propuestos para los equipos y componentes determinados presentan diferentes niveles de desarrollo. En el caso de los polines, generalmente se basan en la captura de termografías; pero en las correas transportadoras escogidas, este esquema de inspección es impracticable, a causa de la distribución espacial de los polines (en otros sistemas distribuidos se han usado vehículos aéreos no tripulados para este fin). En el caso de la banda, generalmente se sustentan en la captura de imágenes superficiales y de rayos X. En el caso de los motores eléctricos, se basan en la medición de vibraciones y de la corriente en el estator. En el caso de los frenos de disco, no se encontraron esquemas específicos para la liberación fallida de las pastillas de freno; pero se podrían desarrollar a partir del procesamiento digital de imágenes y, por otra parte, la pérdida de eficiencia del resorte del sistema hidráulico cuenta con medidas compensatorias a implementar por parte de la empresa. Por último, en el caso de los reductores, se sustentan en la medición de vibraciones y en el análisis de aceites. Como trabajo futuro se sugiere principalmente estudiar la (pre)factibilidad técnica y económica de los esquemas de detección y aislación temprana propuestos.