Debido a la escasez de recursos energéticos cercanos a los centros de consumo y los avances tecnológicos de la electrónica de potencia es que la transmisión en corriente continua a altas tensiones (HVDC) ha ganado terreno en las últimas décadas. El objetivo general de esta memoria consiste en estudiar la operación de un sistema de generación AC -llamado sistema colector a lo largo del trabajo- que alimenta una estación rectificadora HVDC como única carga. La investigación realizada permite establecer que la naturaleza de una carga de este tipo, insensible a la frecuencia, obliga a realizar estudios estáticos y dinámicos para demostrar que los parámetros del sistema colector y que las medidas de control que pueden adoptarse ante contingencias permiten la operación del sistema AC bajo norma. El proyecto Energía Austral, que se encuentra aún en etapa de desarrollo, se usa como inspiración para crear un modelo sobre el cual se realizan estudios estáticos y dinámicos para observar su comportamiento ante los fenómenos que la literatura describe como relevantes. Los estudios estáticos se dividen en: flujos de potencia, que permite establecer un adecuado intercambio de reactivos entre los que aportan los filtros y los que provee el sistema colector para satisfacer los requerimientos de la estación rectificadora, además de verificar que los límites térmicos no son sobrepasados; autoexcitación, mediante el cual se determinan las reactancias de las unidades de generación con el fin de evitar este fenómeno; cortocircuitos, con los que se determina si el sistema es robusto ante interacciones AC/DC. Los estudios dinámicos permiten, mediante contingencias en el enlace, determinar rangos de parámetros para las inercias y reactancias subtransitorias con el fin de limitar las sobrefrecuencias y sobretensiones temporales respectivamente. Adicionalmente, mediante el control del enlace, es posible mitigar las caídas de frecuencia ante salidas intempestivas de generadores, dada la naturaleza aislada del sistema en que no existe reserva en giro y que la carga resulta insensible a la frecuencia. Finalmente, se propone una guía que permite establecer los estudios que demuestran la operación segura del sistema colector.

Ingeniero Civil Electricista / En el diseño y operación de redes eléctricas donde existen unidades de generación con recursos intermitentes, es necesario evaluar con anterioridad su funcionamiento en distintos escenarios, para lo que resultan bastante útiles los programas de simulación, de manera de realizar una correcta planificación, diseño y evaluación económica. En la actualidad es común encontrar programas enfocados en redes eléctricas de gran envergadura, donde se omiten ciertas consideraciones de pequeña escala, como el desbalance entre fases y la característica predominantemente resistiva de las líneas de distribución, típicas de una microred. Por lo anterior, surge la necesidad de una herramienta capaz de abordar las características particulares de sistemas eléctricos pequeños con generación distribuida. El objetivo de este trabajo de título es disponer de una herramienta que incorpore un algoritmo de flujo de potencia trifásico, que permita simular la operación de una microred desbalanceada. Además la aplicación debe incorporar la modelación de las distintas unidades de generación y almacenamiento, y la incorporación del recursos energético solar, mediante un despacho económico que optimice el uso de los recursos. Se implementa un algoritmo de flujo de potencia trifásico basado en el desacople de las tres mallas de secuencia, mediante compensaciones por inyecciones de corriente, lo que reduce la complejidad del problema matemático. El algoritmo se implementa como una extensión del proyecto MATPOWER que permite calcular flujos de potencia y flujos de potencia óptimos en MATLAB. El algoritmo se valida mediante la comparación con un caso de estudio internacional, obteniéndose un error de 0.0005[p.u.] para los voltajes de fase y 0.811\% para las potencias inyectadas, con un tiempo de ejecución de 0.1[s]. Se incorpora un despacho de unidades que permite dar las consignas de operación a las unidades de generación y almacenamiento de una microred, para un horizonte de simulación determinado. De esta forma, en conjunto con algoritmo de flujo de potencia, es posible simular la operación de la microred en un horizonte de simulación dado. La herramienta es probada con un caso de estudio basado en la microred real de Huatacondo, desarrollada por el Centro de Energía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, obteniendo resultados que reflejan su operación real. Obteniéndose una herramienta que constituye un aporte al análisis, estudio y desarrollo de microredes con generación distribuida.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo trata de un estudio numérico mediante el código Fire Dynamics Simulator (FDS) de las cortinas de aire Doble Jet-Doble Flujo y su eficiencia como dispositivos de confinamiento de calor producido por incendios al interior en túneles viales, enmarcándose en el proyecto FONDECYT Nº 1085015. Se modelo la instalación experimental del Laboratorio de Estudios en Fluidodinámica, asociado al Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile que corresponde a un túnel a escala que contiene una fuente térmica y dos cortinas Doble Jet-Doble Flujo que buscan confinar calor. Las simulaciones numéricas se realizaron mediante el código FDS en el Clúster Levque del Centro de Modelamiento Matemático de la Universidad de Chile (CMM). Se consideró la condición de paredes no adiabáticas del túnel y un mayor número de puntos de medición que estudios anteriores. El tratamiento de la turbulencia se realizó mediante el modelo Large Eddy Simulation (LES). Con el fin de validar el modelo, en una primera etapa se simularon dos casos en base a estudios paralelos, uno experimental realizado por Schneider J. y otro numérico con FLUENT realizado por Castro J. En una segunda etapa se simularon ocho casos de velocidad baja, identificando el número de Reynolds límite del Doble Jet-Doble Flujo para que la cortina no se despegue de la superficie y cumpla su rol confinatorio. De acuerdo es esto, para cuatro de los ocho casos, se analizó la similitud correspondiente a los perfiles de velocidad y temperatura, y se construyeron distintas curvas asociadas al transporte turbulento de cantidad de movimiento y de calor. Además de identificar las estructuras rotacionales asociadas al transporte turbulento, como lo son los vórtices de Kelvin-Helmholtz y los de Görtler. Con esto se pudo corroborar la efectividad de las cortinas Doble Jet - Doble Flujo como sistema de confinamiento, concluyendo que para velocidades bajas en los jets de la cortina, la configuración más eficiente en cuanto a confinamiento es la correspondiente al jet de recirculación más rápido.

Magíster en Minería / Ingeniero Civil de Minas / La aplicación de métodos de caving en minas de gran profundidad se ha vuelto cada vez más frecuente, lo que se traduce en un incremento en las alturas de columna de mineral a explotar. Por este motivo, el material que fluye hacia los puntos de extracción se encontrará bajo un alto régimen de esfuerzos. El flujo gravitacional tiene un impacto sobre la recuperación de las reservas del yacimiento, por lo que resulta trascendental estudiar los mecanismos físicos que permitan comprender el proceso por el que un material hundido se mueve desde su posición inicial hasta los puntos de extracción bajo estas condiciones. El objetivo de esta tesis es mejorar el entendimiento sobre los mecanismos físicos en un flujo gravitacional confinado aplicado a minería de caving, a través de un set experimental. Para ello se diseña y construye un equipo de laboratorio capaz de replicar aproximadamente la magnitud los esfuerzos verticales existentes en la mina, para estudiar el efecto de la sobrecarga aplicada en la capacidad de fluir del material, medir la fragmentación y compactación del material durante los ensayos y medir el efecto del esfuerzo vertical en las zonas de flujo del material. A partir de diferentes ensayos se determinan las propiedades de corte, propiedades de resistencia, tamaños y forma del material. Los parámetros a variar en los ensayos corresponden al esfuerzo aplicado por la prensa hidráulica y el tamaño del material a utilizar. Los experimentos realizados muestran una clara influencia de la carga vertical aplicada en el comportamiento del flujo material granular. Entre mayor es la carga vertical, mayor es el grado de compactación, a su vez existe una mayor reducción de los tamaños de los fragmentos. Además existe una reducción en las características de flujo lo que resulta en colgaduras o arcos mecánicos donde el flujo no es posible a pesar de tener razones entre ancho del punto de extracción y tamaño de partículas mayores a 5 veces. Respecto al efecto del tamaño de partícula, éste no tiene un efecto significativo en la geometría de las zonas de flujo de extracción y movimiento bajo las condiciones establecidas en los experimentos realizados. El mecanismo físico que está principalmente presente en los experimentos que estudian el flujo gravitacional confinado, es el colapso de arcos donde la geometría de IEZ está controlada por la cantidad de masa extraída y los esfuerzos verticales aplicados. Por otro lado, el mecanismo de erosión no se observa a medida que el material es extraído desde el punto de extracción de manera aislada. Finalmente, a partir de los resultados experimentales, se desarrolla una aplicación en minería de caving que relaciona el régimen de esfuerzos a escala mina con los esfuerzos aplicados en los experimentos. La aplicación se enfoca en la capacidad de fluir del material variando de acuerdo al tamaño característico del material, diámetro del punto de extracción y los esfuerzos verticales aplicados.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El presente trabajo tiene por objeto caracterizar la energía liberada por una llama de difusión dentro de un túnel modelo. El trabajo se enmarca dentro del proyecto FONDECYT 1085015, que apunta a determinar la efectividad de cortinas de aire doble jet - doble flujo (DJ-DF) operando como un sistema de protección contra incendios en túneles. El estudio se llevó a cabo en una instalación experimental que representa un túnel vial a escala 1:34, al interior del cual se genera una celda de confinamiento mediante dos cortinas DJ-DF. Con el fin de representar la potencia liberada y la dinámica de un incendio se procedió a diseñar, construir y montar un quemador estándar de llama de difusión, equipado con un sistema de refrigeración, un circuito de alimentación de combustible y un mecanismo de encendido remoto. El comportamiento de la llama se caracterizó de la siguiente manera. En primer lugar, se efectó una simulación numérica con el programa Fire Dynamics Simulator (FDS) para predecir la radiación incidente a lo largo de un tramo del túnel. Luego se midió experimentalmente la radiación en dichos puntos bajo las mismas condiciones del modelo. Al contrastar estos resultados se valida el modelo de radiación y combustión empleado por FDS, por cuanto se logra predecir efectivamente los datos experimentales. Sin embargo, una desviación en la estimación numérica de la producción de hollín se traduce en una leve discordancia de la predicción computacional. El confinamiento del calor generado por la llama se abordó como sigue. Se obtuvo experimentalmente la altura de la llama para diversas tasas de liberación de calor en el marco de dos escenarios, uno en que la llama se desarrolla sin perturbaciones, y otro en que la llama se encuentra dentro de la celda de confinamiento. En el primer caso los resultados experimentales se ajustan a las correlaciones publicadas al respecto, dando cuenta que la metodología empleada es adecuada y certera, aunque pierde validez para bajas liberaciones de calor y cuando la llama toca el techo propagándose por éste. Luego, al comparar ambos escenarios se observa una disminución en la altura de la llama para altas liberaciones de energía, y la situación contraria para bajas liberaciones de energía. Así se concluye que la configuración DJ-DF cumple su objetivo para llamas cuya altura comparte el mismo orden de magnitud que la altura del túnel. Para llamas más débiles, las cortinas tienden a favorecer su desarrollo, aunque esta conclusión está sujeta a reducir la incertidumbre en la medición de la altura de llama.

Magíster en Minería / Ingeniero Civil de Minas / La dilución es una parte integral de una operación minera de hundimiento y su comportamiento posee implicancias relevantes en todas las etapas de un proyecto minero subterráneo. Los modelos de dilución existentes, han sido construidos sin la consideración de parámetros que pueden definir su entrada y comportamiento posterior, tales como la propagación del caving o la ubicación de la dilución con respecto a un panel a explotar. Esto hace que hoy, la principal herramienta de control de dilución en las minas explotadas por block o panel caving sea la medición de la uniformidad con que se realiza la extracción en términos de tonelaje, la cual resulta insuficiente por sí sola cuando el control de tiraje es sólo una de las variables que dominan la entrada de la dilución. El objetivo del presente trabajo de tesis consiste en estudiar el comportamiento de la dilución en las operaciones de hundimiento de CODELCO-Chile con el fin de identificar los mecanismos a través de los cuales la dilución ingresa a los puntos de extracción. Para esto, se desarrolló un software de visualización y análisis de datos de operaciones de block y panel caving, denominado Syscave®. A través del análisis de las curvas de dilución observada, las alturas de columna in-situ, la uniformidad y la secuencia con las que se extraen cuatro sectores de El Salvador y el Panel III de Andina, se identificaron tres mecanismos de entrada de la dilución. Dos de ellos ya son conocidos, y corresponden a la entrada vertical desde un sector ubicado encima del panel analizado y a la entrada de dilución acompañada de un estallido de aire debido a la propagación repentina del caving luego de una colgadura. El tercero corresponde a un nuevo mecanismo identificado como resultado de este trabajo. Éste ocurre cuando el panel se ubica al costado de un sector ya explotado y el cave back se propaga hacia la interfaz con el material quebrado. Si se genera un espacio de aire que permita el ingreso de diluyente y el ángulo de la pila granular permite el flujo lateral del primero, éste viajará hasta puntos de extracción alejados de la interfaz con el material quebrado. Otra conclusión fundamental de esta tesis, es que la propagación del caving hacia el material diluyente es la principal variable controladora de la entrada de dilución. De manera de probar la coherencia del mecanismo de entrada lateral de la dilución con la teoría de flujo gravitacional, se utilizó la herramienta numérica de flujo gravitacional REBOP para evaluar la ocurrencia del mecanismo bajo las condiciones impuestas en la hipótesis. Para ello, se comparó el software con datos de ocho sectores productivos y se simuló la extracción histórica de un sector representativo del mecanismo bajo condiciones de propagación de cave back hacia el material quebrado, obteniéndose como resultado la reproducción parcial del mecanismo para algunos puntos de extracción por parte de éste. Finalmente, a través de un análisis de equilibrio límite se prueba que el proceso que da origen al movimiento lateral del material diluyente es factible desde el punto de vista mecánico bajo las condiciones presentes en una operación de panel caving.

Magíster en Minería / Ingeniera Civil de Minas / Por más de un siglo se ha llevado a cabo investigación referente al campo del flujo gravitacional a través de variadas herramientas. De hecho, casi todas las minas operadas por métodos basados en hundimiento o explotadas por métodos fundamentados en flujo gravitacional han sido objeto de diversas experiencias de modelamiento con modelos numéricos, modelos físicos y pruebas a escala mina, las que han llevado a lograr un importante avance en el entendimiento de los principales mecanismos que gobiernan el flujo gravitacional. En este contexto, los modelos físicos se presentan como una herramienta de ingeniería que tiene la ventaja de ser el enfoque de menor costo, evitando las dificultades propias de la experimentación a escala mina como las complicaciones de obtener mediciones in-situ- siendo además de larga data y muy costosas. Sin embargo, con el fin de validar los modelos físicos, es fundamental desarrollar una metodología apropiada teniendo en cuenta los efectos de escala y las limitaciones propias derivadas de estos modelos. Este trabajo de tesis, tiene como propósito establecer una metodología para el estudio del flujo gravitacional para un caso en particular, la Mina Goldex (Agnico Eagle, Canadá). El caserón Primario Este, en Goldex, presenta un novedoso método de explotación: el mineral es perforado y tronado como en un SLS pero el nivel de producción corresponde al de una operación de hundimiento por bloques. La mayor preocupación radica en el hecho de que el Nivel de Producción es menor que la proyección vertical del cuerpo mineralizado, generando interrogantes acerca de la movilidad del material ubicado en la pared yacente del caserón. El principal objetivo de esta investigación, es por lo tanto, el estudio de los mecanismos que conducen el flujo gravitacional para el Caserón Primario Este, con el fin de apoyar el diseño ingenieril y para ser utilizado como herramienta para la estimación de reservas y para la estimación de la entrada de la dilución. Los experimentos se realizan en un modelo axisimétrico a escala 1:200. En una primera etapa se desarrolla un test de prueba de IMZ (zona de movimiento aislado) a modo de determinar la geometría de la zona de movimiento. El segundo experimento consiste en determinar la potencial falla del mineral localizado en la pared yacente, mediante una extracción de múltiples puntos. Dado que el mineral situado fuera de la proyección vertical del nivel de producción no se moviliza, es propuesto un nuevo nivel de extracción. El modelo físico se modifica con este nuevo nivel (Nivel 76) y se realizan experimentos mediante la extracción de ambos niveles de producción. Finalmente se conduce un experimento simulando la continua entrada de dilución desde el techo del caserón; el objetivo es determinar los mecanismos de entrada de dilución, así como la recuperación minera y los principales mecanismos que rigen la entrada de la dilución para un hipotético caso inestable. En una etapa final, y utilizando el conocimiento adquirido a partir de los resultados experimentales se lleva a cabo modelación numérica de los experimentos utilizando REBOPv3.1. Los modelos numéricos y los resultados físicos sólo pueden compararse cuando el mecanismo de flujo por gravedad es identificado, con el fin de calibrar adecuadamente el software. Una vez que REBOP que ha sido calibrado, hay evidencia de que las simulaciones del software presentan una buena concordancia con los resultados experimentales para los casos estables, sin embargo, para los casos inestables cuando el mecanismo que rige la entrada de la dilución es el movimiento lateral de la roca quebrada, REBOP no es capaz de reproducir los mecanismos y por lo tanto la entrada de dilución a nivel cuantitativo.

Medir la eficiencia del comportamiento de tres intersecciones: Avenida Salaverry, Cádiz y Canevaro, asimismo evaluar la calidad de nivel de servicio. Se empleó como herramienta el programa SYNCHRO 8.0, el cual a partir de los datos obtenidos en campo como los aforos vehiculares, ciclo de semaforización y factores de ajuste para el flujo de saturación pudo determinar los tiempos de demora que definieron finalmente los niveles de servicio en cada una de las intersecciones. Cabe mencionar que para corroborar los resultados obtenidos por el programa se realizó una comparación con los cálculos obtenidos de manera manual utilizando la metodología del Highway Capacity Manual / Measure the efficiency of the behavior of three intersections: Avenida Salaverry, Cádiz and Canevaro, also assess the quality of service level. The SYNCHRO 8.0 program was used as a tool, which of the data obtained in the field, such as motor vehicles, the traffic signaling cycle and the adjustment factors for the saturation flow, were able to determine the delay times that were finally defined. service at each of the intersections. It is worth mentioning that in order to corroborate the results obtained by the program, a comparison was made with the measures of manual use using the methodology of the Highway Capacity

El objetivo general del presente trabajo de título es estudiar a través de datos experimentales y simulaciones numéricas, la dinámica de la estela generada por un perfil plano y su interacción con un escalar pasivo. Este trabajo de título se enmarca en el proyecto Fondecyt Nº 1085020. Se construyó la geometría en base a un sistema perfil plano - alerón, compuesto por una placa plana y un alerón de acuerdo a estudios experimentales realizados en el laboratorio LEAF-NL. Las simulaciones se realizaron utilizando un modelo laminar con el software Fluent v6.3. La validación de resultados consistió en comparar los siguientes aspectos con resultados experimentales: (i) Perfiles de velocidad de estelas sin forzamiento a diferentes números de Reynolds. (ii) Perfiles de velocidad para un forzamiento sinusoidal variando la frecuencia de forzamiento. Y (iii) contornos de fluctuación de energía cinética de la estela a diferentes frecuencias. Luego se estudió la evolución temporal de los perfiles de velocidad para frecuencias características. Se calculó la fuerza de arrastre para distintas frecuencias de forzamiento. Se estudió la dependencia del ancho de la estela con la distancia aguas abajo del alerón. Y se realizaron simulaciones numéricas incorporando la inyección de una sustancia escalar pasiva para configuraciones de estelas anteriormente simuladas, con el objetivo de determinar el efecto de la estela en la advección y difusión de la sustancia escalar. Del proceso de validación se concluyó que las simulaciones numéricas para estelas sin forzamiento se ajustan con datos experimentales. Para el caso con alerón forzado sinusoidalmente, se encontró la presencia de una frecuencia de resonancia (fr) que aumenta el ancho de la estela y la velocidad media del perfil. Con casos forzados se obtuvo similar comportamiento al experimental, pero a frecuencias un tanto menores. Se obtuvo que la fuerza de arrastre presenta un mínimo para fr cuando es calculada según la teoría de perfil delgado. Y presenta dos mínimos, incluido fr, si es calculado a partir de los esfuerzos de corte ejercidos en la superficie del alerón. Por otro lado, el ancho de la estela aguas abajo depende de la frecuencia de forzamiento, mostrando un comportamiento creciente. De las simulaciones con interacción de escalar pasivo se concluyó que la estela transporta sustancia escalar aguas abajo en el flujo manteniendo la mayor parte de este dentro de los límites de la estela. Y el medio de transporte utilizado son las estructuras de vorticidad generadas por el movimiento oscilante del alerón, las cuales en su generación adquieren escalar y lo transportan aguas abajo.

La convección es una de las 3 formas de transferencia de calor y se produce por intermedio de fluidos que transportan el calor hacia otras zonas de distinta temperatura. Uno de los casos de mayor importancia tecnológica es la convección en el exterior de bancos de tubos con flujo cruzado, debido a su importancia en procesos y aplicaciones industriales. El coeficiente convectivo representado habitualmente por h, mide la influencia de las propiedades de un fluido, de la superficie y su régimen de flujo cuando se produce el fenómeno de convección. Dado el alto costo de experimentos para predecir estos coeficientes, es una alternativa viable la modelación de este coeficiente mediante uso de Software de elementos finitos y transferencia de calor. En la presente Memoria se realizó la modelación de flujo laminar y transferencia de calor en un haz de tubos. El software de elementos finitos utilizado es COMSOL MULTIPHYSICS V3.5 que está disponible en el departamento. Dada la complejidad que presentan estos equipos en cuanto a su configuración, se utilizaron computadores potenciados para considerar grandes arreglos de tubos y de esta misma forma se analizó el comportamiento e influencia entre tubos. Se consideró para este estudio un modelo de flujo laminar y transferencia de calor con bajos números de Reynolds, además que el estudio se programó en un régimen transiente para ver la evolución de estos parámetros en el tiempo. Para una mayor rapidez de procesamiento se restringió al caso de dos dimensiones. El modelo bidimensional dependiente del tiempo se construyó en dos versiones: a) Para un tubo único b) Para un haz de ocho tubos, en cuatro configuraciones geométricas. En el rango de número de Reynolds entre 900 y 2400, los coeficientes convectivos para tubo único presentaron diferencias del orden del 10% con respecto a los resultados empíricos. Con respecto al modelo de haz de tubos, los errores fueron mayores, fluctuando entre un 5 y un 20%.