As embarcações projetadas na atualidade possuem dimensões muito superiores às empregadas no passado recente do transporte marítimo, tanto para os navios de carga, quanto para os navios de cruzeiro. Esta realidade tem suas vantagens, permitindo o transporte de maior volume de cargas e passageiros, reduzindo os custos agregados às mercadorias e pessoas transportadas, mas, em contrapartida, traz desvantagens, pois essas embarcações possuem maior área exposta às ações ambientais, como ventos e correntes. Além disso, existe a demanda de amplos espaços náuticos, particularmente lâminas d\'água, e auxílio de rebocadores para acesso e atracação destas embarcações. Para reduzir os custos com as operações de dragagem, mais terminais portuários são construídos em áreas expostas a condições ambientais mais severas. Todas estas condições implicam diretamente no comportamento das embarcações atracadas, pois estas poderão estar sujeitas a movimentos de grande amplitude, suscetíveis de reduzir a eficiência e a segurança com que as operações de movimentação de carga são realizadas, podendo obrigar a sua interrupção e, nos casos mais críticos, provocar a ruptura das linhas de amarração e/ou danos nas defensas, podendo causar danos na estrutura de acostagem e na própria embarcação eventualmente, ocasionando vítimas. Levando em conta todos estes fatores, existem métodos pelos quais é possível o desenvolvimento de planos de amarração para conter os movimentos da embarcação durante a movimentação da carga e passageiros, buscando sempre obter o máximo de segurança nas operações no cais. Ainda para a verificação da eficácia e otimização dos planos de amarração, antes da sua implantação no terminal, existem métodos de análise, em que é possível estimar as forças exercidas nos cabos das linhas de amarração. Desta forma, este trabalho propôs-se a realizar uma pesquisa comparativa do emprego dos métodos analítico e de modelagem física. Assim, obteve-se uma avaliação crítica quanto à estimativa de esforços nos cabos das linhas de amarração de embarcações atracadas sob a ação de correntes. / Currently designed vessels have dimensions much higher than those used in the recent past of shipping, both for cargo ships and for cruise ships. This reality has its advantages, allowing the transportation of a larger volume of cargo and passengers, reducing the aggregate costs to the goods and people transported, but, on the other hand, it has disadvantages, since these vessels have greater area exposed to environmental actions, such as winds and currents. In addition, there is a demand for large nautical spaces, particularly water slides, and assistance of tugs for access and mooring of these vessels. To reduce costs with dredging operations, more port terminals are built in areas exposed to more severe environmental conditions. All these conditions directly imply the behavior of moored vessels, as these may be subject to large-scale movements, which may reduce the efficiency and safety with which the cargo handling operations are carried out, and may cause them to be interrupted and in the worst-case scenario,, damage the fenders and the berthing structure the vessel itself possibly causing casualties. Taking into account all these factors, there are methods by which it is possible to develop mooring plans to contain the movements of the vessel during the movement of the cargo and passengers, always seeking to obtain maximum safety on the dockside operations. In order to verify the efficacy and optimization of the mooring plans, prior to their implementation in the terminal, there are methods of analysis, in which it is possible to estimate the forces exerted on the ropes of the mooring lines. In this way, this work proposes to carry out a comparative research of the use of analytical and physical modeling methods. Thus, a critical evaluation was obtained regarding the estimation of efforts in the cables of the mooring lines of vessels moored under the action of currents.

Ingeniero Civil / En la presente memoria se brinda una herramienta computacional de acople a HEC-RAS, denominada MR-HR, la cual es capaz de resolver escurrimientos sobre lechos tanto rugosos como macro rugosos en cauces naturales, mediante la implementación de diferentes expresiones no lineales que dan cuenta del efecto de la macro rugosidad. La primera etapa del estudio, consistió en la recopilación de antecedentes generalizados de pérdida de carga en cauces naturales. Posteriormente se recopilaron los antecedentes de pérdida de carga asociados con lechos macro rugosos, particularmente, las parametrizaciones del número de Strickler de Keulgean (1938), Limerinos (1970), Parker y Peterson (1980) y Ayala y Oyarce (1993). Estas expresiones fueron ajustadas para lograr una transición suave entre lechos macro rugosos y rugosos, forzando a que el número de Strickler en lechos rugosos fuera igual a 0.12. Luego se desarrolló una aplicación en un caso real en un tramo particular del río Baker, de 148 km de extensión, comprendidos entre Baker 1 y la desembocadura en caleta Tortel. Esta aplicación se dividió en dos partes. En la primera, se simplificó el lecho del cauce asumiendo un sólo diámetro característico para todo éste, lo que implicó que la macro rugosidad varió únicamente por el desarrollo del eje hidráulico. En la segunda, se abordó el problema lo más general posible, admitiendo que la macro rugosidad variará tanto en función del desarrollo del eje hidráulico como en función de la variación longitudinal del tamaño de los sedimentos del lecho. El sentido de dividir la aplicación en dos partes fue que en la primera etapa, simplificada, se buscó analizar los factores de los que dependían los ejes hidráulicos proporcionados por las distintas parametrizaciones, y en la segunda etapa, se buscó corroborar lo anterior y comparar los resultados con el eje hidráulico proporcionado por un coeficiente de Manning uniforme para todo el cauce que obvió los efectos de la macro rugosidad. Los resultados de la primera etapa sugirieron que el desarrollo de ejes hidráulicos considerando las parametrizaciones aquí revisadas, es un problema que carece de generalidad en términos de que no siempre es posible esperar que una parametrización brinde alturas de escurrimiento mayores que las demás. Esto se debe a que aparte de la parametrización seleccionada, el desarrollo del eje hidráulico está influenciado por la distribución espacial de los números de Strickler que a su vez dependen de otros factores como el caudal, la geometría particular del cauce y las condiciones de borde del problema. En la segunda etapa, se corroboraron las hipótesis anteriores para un caudal en particular, y con respecto a la comparación entre considerar un lecho como macro rugoso y no considerarlo, se obtuvieron diferencias significativas dada la comparación desigual realizada. Finalmente se menciona que los resultados obtenidos son particulares y que por ningún motivo deben extrapolarse a otros problemas sometidos a distintas condiciones, y se proporcionan consideraciones que se deberían tener en cuenta al momento de evaluar los resultados brindados por MR-HR.

Ingeniera Civil / La comuna de Maipú, Región Metropolitana, ha experimentado un explosivo crecimiento demográfico que ha causado deficiencias en el drenaje urbano actual, requiriendo un mejoramiento del manejo de las aguas lluvias. El trabajo de título realizado consiste en determinar opciones de mejoramiento de la red de drenaje pluvial de esta comuna, considerando en el diseño el análisis de datos históricos en conjunto con proyecciones de precipitación. El objetivo general es diseñar el mejoramiento la red de drenaje de aguas lluvias de Maipú considerando proyecciones climáticas. Para ello se analizó el sistema de drenaje pluvial existente a fin de reconocer deficiencias, y se definieron proyecciones de precipitación, que luego de ser escaladas al área de estudio mediante registros de estaciones meteorológicas cercanas, permitieron seleccionar la precipitación de diseño. Luego, mediante un modelo matemático (Storm Water Management Model, SWMM) capaz de reproducir los fenómenos de escorrentía urbana basado en simulación de precipitaciones, se explica el comportamiento del sistema de drenaje en el estado actual, etapa calibración, y en las condiciones futuras permitiendo la propuesta de nuevas opciones de conducción o dispositivos de almacenamiento local que den solución a problemas de inundación detectados. Se obtuvo como resultado mejoras al sistema de drenaje de aguas lluvias de Maipú, específicamente la implementación de un estanque de retención en el sector del Pajonal, que permite reducir el caudal peak de escorrentía urbana en un 40%, además la necesidad de conducir en forma independiente agua servida y agua lluvia en las cercanías del colector 5 de Abril para evitar inundaciones., así como también la importancia del mantenimiento de los canales abiertos incorporados en el drenaje urbano para conducir adecuadamente la escorrentía urbana producto de las precipitaciones proyectadas.

Ingeniera Civil / El objetivo de este trabajo es diseñar una estructura de soporte de sifón de captación de agua mar, utilizando las disposiciones sísmicas de la norma NCh2369 y paralelamente con ASCE 7, obtener los costos de inversión de cada estructura y comparar los resultados obtenidos entre ambas. La estructura corresponde a un marco arriostrado excéntricamente por pilotes, para soportar la tubería. En la dirección transversal posee marcos excéntricos, y al final se ubican dos torres de succión de agua de mar. La metodología consiste en diseñar la estructura en SAP2000, con las solicitaciones definidas a partir de ambas normas, verificar para obtener los factores de utilización de cada elemento y determinar el costo de inversión que implicaría un proyecto de esta envergadura. Se utiliza un factor de reducción de la respuesta R igual a 3.5 y factor de amortiguamiento 3% para el diseño con NCh2369, obtenidos de la actualización de la norma NCh2369 en desarrollo. Para el diseño de ASCE 7-10 se utiliza factor de reducción de la respuesta R=4 y factor de amortiguamiento igual a 5%. El espectro de aceleraciones utilizado en el diseño se obtiene de un estudio de riesgo sísmico en Mejillones con SDS=1.35 g, SD1=0.5 g y TL=1.8 s. La estructura diseñada con norma ASCE 7-10 resulta de menor resistencia sísmica que el diseño con NCh2369Of2003, por ende se produce una situación de incumplimiento del diseño sísmico con los requisitos mínimos de la normativa legal exigida en el país. Respecto a la diferencia en cuanto a costo de inversión, la estructura diseñada con ASCE 7-10 resulta un 10% más económica que el diseño obtenido con NCh2369Of2003, debido a que esta última requiere mayor cantidad de acero.

El documento digital no refiere asesor. / El diseño hidráulico para un sistema de abastecimiento de agua requiere un análisis completo y detallado, ya que el inadecuado dimensionamiento podría ocasionar el mal uso del recurso hídrico, produciéndose pérdidas económicas e insatisfacción en los usuarios del servicio. En la siguiente monografía técnica se detalla el diseño de un sistema de abastecimiento de agua, partiendo de un dato conocido que es el caudal máximo horario. En la presente investigación, se diseña una captación de manantial tipo ladera y concentrada, se determina las dimensiones de la cámara húmeda, punto de afloramiento, pantalla, canastilla y rebose; luego se calcula la tubería de conducción que unirá la salida de la captación con la cisterna en donde se instalará un equipo de bombeo y una línea de impulsión que conducirán las aguas hacia un reservorio, desde donde se regulará la demanda de agua para la población. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Se trata del diseño de la línea de impulsión y de las líneas de conducción de agua potable para los sectores A-14, A-15 y A-16 del centro urbano de San Juan de Amancaes en el distrito del Rímac, para dar solución a la problemática de la racionalización del servicio de abastecimiento como consecuencia del incremento de la población de la localidad y de la antigüedad de las líneas de impulsión y conducción de los sectores mencionados, los cuales no son capaces de transportar el nuevo caudal de demanda. A fin de proponer una solución a esta problemática se han realizado los cálculos de los diámetros económicos para la nueva línea de impulsión y conducción de agua para los sectores mencionados, determinándose que la tubería de impulsión de hierro dúctil deberá tener un diámetro de 300 mm y una longitud de 860 m, con un desnivel físico de 176 m, medidos desde el reservorio de paso en la zona baja (R-832) hasta el reservorio proyectado (RP-01). Desde este último reservorio se abastecerán con líneas de conducción a los sectores A-14, A-15 y A-16. Las tuberías de conducción han sido proyectadas de hierro dúctil, con diámetros comprendidos entre 100 mm y 200 mm y longitudes variando entre 50 m y 693 m. Asimismo, se ha proyectado la implementación de una electrobomba de tipo turbina de eje vertical de 300 Hp de potencia. Con la implementación de este diseño hidráulico se estará dando solución a la demanda de agua potable del 100% de los sectores afectados. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere un asesor / Abarca los estudios necesarios para un diseño eficiente de la ampliación del sistema de abastecimiento de agua potable existente en el centro poblado de Huayhuaya Alizana. Ello comprende el diagnóstico hidráulico y estructural de todo el sistema existente, con la finalidad de conocer las estructuras que requieren mejorar, ampliar o volver a instalar; evaluar la calidad de las fuentes de agua mediante el análisis físico químico y bacteriológico; realizar los estudios topográficos para conocer la superficie del terreno, desniveles, etc. Además, calcular la población futura con una proyección de 20 años, con el fin de conocer la demanda que se desea satisfacer y realizar los diseños hidráulicos de los componentes necesarios para la ampliación del sistema de abastecimiento de agua potable. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor. / Presenta los resultados del estudio termo-hidráulico de la línea de flujo Kinteroni – Nuevo Mundo (Tramo I – Unidad 200) del diseño de ingeniería efectuada por Repsol Exploración Perú S.A.Verifica los espesores de la tubería para constatar de que se encuentran en conformidad con los requerimientos de la norma ASME 31.4. Realiza una simulación termo – hidráulica de la línea de flujo que conforma la Unidad 200 para verificar que la presión, la temperatura, la velocidad de flujo y el volumen de líquido acumulado (Hold up) se encuentran dentro de los parámetros máximos permisibles para todos los escenarios estudiados. / Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniero Civil Eléctrico / Los sistemas de generación distribuida basados en fuentes renovables han experimentado un fuerte desarrollo a nivel mundial, con Alemania, Dinamarca, Japón y Estados Unidos como líderes en este campo. La sincronización de este tipo de fuentes a la red de suministro eléctrico es uno de los aspectos más importantes. La detección de la componente de secuencia positiva de la tensión a frecuencia fundamental es esencial para el control de la generación distribuida y de sistemas de almacenamiento. Considerando el contexto descrito, el objetivo general del presente trabajo es la elección de un algoritmo para la estimación de ángulo de fase en función del desempeño demostrado frente a distintas perturbaciones típicas de la red de distribución para su implementación en la Central Micro Hidráulica Plug & Play, correspondiente a un proyecto de desarrollo del Centro de Energía de la Universidad de Chile. Los métodos estudiados se basan en la técnica Phase Locked-Loop (PLL). La técnica PLL se puede definir como un método que permite la obtención de una señal de salida de igual frecuencia y fase a partir de una señal de entrada. El criterio de selección supone la simulación de distintos tipos de perturbaciones tales como distorsión armónica e interarmónica, alzas y caídas de tensión y saltos de frecuencia, entre otros. El funcionamiento de los algoritmos se prueba a nivel de simulación y a nivel experimental en la Central Micro Hidráulica Plug & Play con el fin de verificar su desempeño en condiciones reales de operación. Con el propósito de mejorar la respuesta dinámica de los algoritmos, se implementa, a nivel de simulación, una mejora del centro de frecuencia del esquema básico de PLL. De este modo se obtienen métodos que combinan un buen seguimiento de ángulo de fase y una buena velocidad de respuesta ante variaciones de la frecuencia de la red. Del trabajo realizado se desprende que las perturbaciones que combinan saltos de fase y desbalances de la magnitud de la tensión son más severas que aquellas que implican distorsión de la forma de onda o únicamente desbalances, los cuales se consideran menos graves; la diferencia entre el error de estimación en uno u otro caso puede ascender sobre los 5°. Los métodos de detección de ángulo de fase presentan un compromiso entre la dinámica y la precisión de seguimiento del ángulo de fase; dándose el caso de un error de estimación de 180° frente a saltos de frecuencia. Se concluye que los algoritmos basados en filtros presentan un mejor desempeño que aquellos basados en la componente de secuencia positiva de la tensión de la red de suministro, con diferencias entre sus errores de seguimiento acumulado de hasta 200 veces en el caso de sags de tensión y de hasta 6 veces frente a contenido armónico. El mejor método estudiado se basa en el uso de un observador y obtiene resultados ligeramente mejores que los presentados por los métodos basados en filtros. El conocimiento previo de las características del sistema es vital para la correcta sintonización de los métodos, pues determina el desempeño de los algoritmos. Se concluye que los métodos basados en PLL son una herramienta eficaz para la detección del ángulo de fase ante perturbaciones típicas de la red eléctrica de distribución. Adicionalmente, con el fin destacar más aún su utilidad, se simula el uso del PLL para la detección de operación en isla. Como trabajo futuro, entre otras cosas, se propone: la implementación experimental de centro de frecuencia variable y del mecanismo de detección de aislamiento, y la evaluación de los métodos frente a perturbaciones combinadas.

Ingeniero Civil Mecánico / Las centrales hidroeléctricas en Chile se consideran energía renovable no convencional (ERNC) cuando la potencia instalada no supera los 20 MW, en tal caso se denominan central mini hidráulica (CMH). En proyectos CMH es importante contar con estudios de pre inversión sólidos que permitan evaluar las opciones de aprovechamiento del recurso y las formas de comercialización de la energía, para que la decisión de inversión sea de bajo riesgo y las iniciativas tengan una amplia acogida en el país. El trabajo desarrolla un modelo para el análisis y evaluación de proyectos CMH a nivel de perfil, incluyendo aspectos técnicos y económicos. Sus objetivos específicos son: i. Desarrollar y documentar un modelo para evaluar el recurso hídrico de manera sencilla, donde se incluya la potencia máxima turbinable y la energía anualizada, ii. Desarrollar un modelo que permita definir los estudios iniciales necesarios para el dimensionamiento de las principales obras y equipamiento de la central, iii. Desarrollar un modelo de evaluación económica para las opciones de negocio disponibles en el mercado chileno y aplicarlo a un caso conocido, y iv. Revisar críticamente la metodología planteada y desarrollar estrategias para resolver las principales incertidumbres. La metodología para alcanzar los objetivos incluyó la documentación detallada de los distintos componentes y obras que conforman una CMH y el método de selección/cálculo de éstos. Además, se identificaron en terreno distintas CMH existentes en Chile y se organizó un esquema metódico para la evaluación de las distintas áreas que conforman los proyectos. Los principales resultados del proyecto muestran que: i. El Modelo para Estudios de Ingeniería de Perfil de CMH permite efectuar una caracterización muy completa de las mismas y el desarrollo detallado de la evaluación económica de los proyectos, de hecho el modelo predice que las CMH de baja potencia (inferior a 10 MW) son onerosas y de baja rentabilidad, en tanto que aquellas con potencias sobre 10 MW generan economías de escala de construcción y poseen rentabilidad creciente, ii. El conocimiento del recurso hídrico y del emplazamiento de la CMH, en conjunto con el itemizado detallado de inversiones, influyen de manera significativa en la evaluación económica de una CMH. Por otro lado, la tipología de las CMH es fundamental para la identificación de los aspectos más influyentes en los proyectos, iii. La calidad de los estudios y mediciones del recurso hídrico y del entorno del proyecto (hidrogramas y tipología) permite obtener una alta precisión en el cálculo de la potencia máxima turbinable, además del detalle del trazado de la tubería de presión, iii. Las curvas de eficiencia de las distintas turbinas son una herramienta valiosa para la determinación rápida y precisa del caudal de diseño de la CMH en base a los datos del recurso hídrico, iv. Para la selección de turbinas es recomendable la utilización de los gráficos envolventes del fabricante de los equipos, para verificar la factibilidad técnica del tipo de turbina en la evaluación del proyecto, v. La producción de energía de las CMH es ser el factor de mayor sensibilidad en la operación económica de las mismas, y vi. El financiamiento bancario (monto, tasa y plazo) ejerce una gran influencia en el periodo de retorno de la inversión y en la rentabilidad de los proyectos.