Ingeniero Civil Mecánico / Actualmente existe un gran interés científico por las distintas formas de conversión de energías renovables no convencionales (ERNC). Una de ellas, que pretende ser una alternativa a las ya presentes en el mercado, es la energía undimotriz. El estado actual de este tipo de energía se encuentra a nivel de laboratorio, con algunos prototipos instalados a modo de prueba. Todos estos sistemas de conversión de energía marina necesitan ser caracterizados bajo condiciones controladas de laboratorio, típicamente utilizando un canal con generación artificial de ondas de superficie que represente lo mejor posible las condiciones reales del mar. Las simulaciones numéricas representan una etapa inicial de diseño de bajo costo para distintos mecanismos, entre los que se encuentran los canales de olas. El objetivo de este trabajo de título es realizar una simulación numérica transiente 2D, mediante el software comercial Fluent, de un canal longitudinal para estudiar la propagación de ondas de superficie en agua. Las simulaciones numéricas son realizadas en el cluster de cómputo paralelo del laboratorio de Estudios Avanzados en Fenómenos No Lineales (LEAF-NL) del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile. La simulación es realizada para una onda bajo la teoría lineal. Esta onda es generada por un generador de tipo pistón en un canal de dos dimensiones, donde la generación se realiza por el borde izquierdo del canal y la absorción por el derecho. Los resultados obtenidos mediante el software CFD se ajustan a la teoría lineal de ondas, lo que se comprobó con el registro del nivel de superficie de agua en distintos puntos del canal y su posterior comparación con los valores teóricos. Se estudia y diseña el mecanismo de atenuación de las ondas reflejadas en la pared opuesta a la de generación, el cual consiste en un mecanismo de atenuación activo del tipo cinemático. Este diseño se realiza estudiando la respuesta dinámica del sistema ante una entrada de tipo escalón, en donde se registra la amplitud de onda generada para distintas velocidades de entrada del pistón y se caracteriza el sistema como uno de segundo orden. En base a este diseño se plantean dos mecanismos de absorción del tipo cinemático mediante un sistema de control, los cuales son simulados y comparados por su desempeño frente a una onda armónica bajo la teoría lineal. Además, se realiza la simulación de uno de los mecanismos de absorción ante una onda de tipo impulsiva. Para los dos tipos de onda probados los mecanismos diseñados logran atenuar las ondas reflejadas a lo largo del canal.

Un mayor conocimiento de la hidrodinámica del lago Titicaca en el Perú, es la discusión del presente trabajo. El estudio se realiza para una escala de tiempo de ciclo diario. Usamos ELCOM (Estuary, Lake and Coastal Ocean Model), un modelo numérico en tres dimensiones para realizar simulaciones en un periodo comprendido entre el primero y quinto día del mes de enero del 2005. Para iniciar las simulaciones se obtuvo la batimetría del lago Titicaca a partir de una carta de sondajes. Se presentaron cuatro escenarios diferentes, cambiando las condiciones iniciales de temperatura y considerando el efecto coriolis. El modelo resuelve las ecuaciones hidrodinámicas de Navier-Stokes con aproximaciones mediante el método semi-implícito de diferencias finitas, para un flujo incompresible, barotrópico, rotacional y estratificado por temperatura. Las condiciones meteorológicas, entre ellas, el viento tiene un efecto en la circulación y la estratificación en capas superficiales del lago. Las corrientes en el lago Grande que ocupa el mayor volumen de agua, se debe principalmente al forzamiento del fluido debido a la temperatura. Los afluentes y efluentes no se consideraron en las simulaciones realizadas en el presente trabajo. La fuerza de coriolis es importante en la dinámica del lago Grande por que ayuda a mezclar las capas estratificadas térmicamente.

Geólogo / El presente Trabajo de Título consiste en un estudio hidrogeoquímico de las manifestaciones termales del Plomo (TP) en el valle del Yeso, y Baños Morales (BM) y Colina (BC) en el valle del Volcán. Los tres manantiales se ubican en la Cordillera Principal entre los 33° 34 S y los 33° 54 S, en la cuenca de Maipo Alto, Región Metropolitana. Se extrajo un total de ocho muestras, de las cuales tres fueron tomadas en TP, dos en BM, dos en BC y la última en una vertiente fría del sector del Plomo. Las muestras fueron sometidas a un análisis químico de elementos mayores, menores y trazas, además de un análisis isotópico de D y 18O. Posteriormente, se trataron los datos obtenidos con distintos métodos analíticos, incluyendo diagramas de clasificación, determinación de coeficientes de correlación, análisis de conglomerados y simulaciones geoquímicas con PHREEQC. A partir de los parámetros fisicoquímicos se estableció que las aguas se caracterizan por su alta salinidad (entre 7 y 26 g/L), pH neutro a levemente ácido (6,5 a 7,1) y temperaturas entre 17 y 51°C, correspondientes a BM y BC, respectivamente. En general se observó que las aguas aumentan su concentración hacia el sur, alcanzando su máximo en BC, en el punto de mayor temperatura. Adicionalmente, solo se observaron depósitos de travertino en las dos termas del sector del Volcán. Según la hidroquímica de las aguas termales se determinó que son de tipo Cl-Na. La alta salinidad de las muestras derivaría de la disolución de halita, yeso y carbonatos. Sin embargo, las muestras de BM y BC presentan una alta concentración de HCO3 (669 a 1092 mg/L) y de elementos como Li, B, Rb y Cs, que podrían estar dados por un aporte profundo. En contraste, las aguas de TP tienen concentraciones hasta ocho veces menor. Se detectó un enriquecimiento de As, Fe y Mn exclusivamente en BM, evidencia para establecer que en estas aguas existen aportes adicionales de estos elementos, que no ocurren en el resto de las manifestaciones termales, los que podrían estar dados por procesos de interacción agua-roca propios de esa manifestación. Se ha planteado que la actividad del Sistema de Fallas El Diablo-El Fierro es la principal causa de la condición descrita. Sin embargo, los resultados de isótopos indican un origen meteórico de las aguas y sus características distintivas podrían estar dadas por diferencias en el recorrido y tiempo de residencia de las aguas en profundidad. Se ha determinado que las dinámicas de las aguas de TP y BC están controladas por fallas asociadas a la Faja Plegada y Corrida del Aconcagua y su origen se debe a la circulación de aguas meteóricas en presencia de un gradiente geotermal elevado, asemejándose a un sistema geotermal de tipo tectónico. Finalmente, la concentración de As en BM excede más de 200 veces la norma de agua potable, lo que supone un factor de riesgo para la salud en caso de que estas aguas interactúen con agua dulce para consumo humano.

El presente trabajo de tesis estudia la interacción de anillos de vorticidad laminares bajo una topología tridimensional. Se realizaron distintos experimentos y simulaciones numéricas para estudiar la dinámica entre anillos y también con otros tipos de flujos. En todos los casos analizados, el fluido considerado es aire. Como primer caso, se estudió el impacto frente a frente de un anillo de vorticidad contra una placa calefactora de dimensiones comparables al anillo en vuelo libre. Se analizó el impacto de anillos contra la placa calefactora en posición tanto vertical (régimen de convección natural) como horizontal. La placa se mantuvo a temperatura constante bajo control PI y se midió la potencia eléctrica disipada durante el impacto para distintos anillos, caracterizados en términos del número de Reynolds del anillo Re (100<Re<900). La potencia disipada mostró un aumento súbito durante el impacto, cuyo valor máximo alcanzado crece al aumentar Re. Se realizó un análisis del transiente de potencia para el caso de placa vertical, el cual reveló un mecanismo dual durante el impacto, donde la dinámica al inicio es comandada principalmente por el anillo y que es responsable del aumento abrupto en la potencia disipada. Una vez que el anillo ha disipado parte de su energía, la dinámica es comandada por la capa límite generada por el calefactor. A medida que el anillo es advectado, la potencia retorna a su valor en régimen estacionario. Se estudió también la dinámica del mismo problema, utilizando un sistema de PIV estéreo. Se midió el campo de velocidad en la zona de impacto y se compararon los resultados para placa calefactora apagada y encendida. El impacto de anillos sobre la placa calefactora reveló la formación de la inestabilidad azimutal de Widnall, en términos de un patrón periódico en la componente de vorticidad normal a la placa durante el impacto. El proceso de impacto genera también altos gradientes de velocidad en las cercanías de la placa calefactora, los cuales son mayores para el caso isotermo. Aparentemente, la presencia de la capa límite generada por el calefactor amortigua el proceso de impacto. Finalmente, se estudió la interacción entre anillos de vorticidad bajo distintas configuraciones geométricas. Como primera configuración, se analizó el impacto frente a frente de dos anillos con distinta velocidad autoinducida y tamaños similares, utilizando anemometría de hilo caliente y visualizaciones de flujo. Se encontró un descenso abrupto de la energía cinética durante el impacto de anillos, el cual se hace más pronunciado cuando las velocidades autoinducidas son similares. Visualizaciones de flujo mostraron que el anillo más energético es capaz de deformar al menos energético durante el impacto, el cual aumenta su díametro drásticamente mientras el anillo más energético atreviesa por el centro. Posteriormente, ambos anillos siguen sus trayectorias originales, con velocidades autoinducidas menores como consecuencia del impacto. Se realizaron simulaciones numéricas de este problema utilizando el software CFD comercial Fluent. En términos generales, se obtuvo la misma dinámica encontrada en los experimentos previos. Una vez validada la metodología numérica, se simuló el impacto del tres anillos de iguales características, con sus ejes de simetría a 120° entre sí. El impacto de tres anillos bajo esta configuración mostró también un descenso abrupto de la energía cinética. Las simulaciones realizadas también revelaron reconexión de los tubos de vorticidad de los tres anillos, formando dos nuevos anillos que salen eyectados desde la zona de interacción.

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Ingeniero Civil Químico / Este estudio consistió en determinar el efecto de la hidrodinámica en la corrosión de acero al carbono en soluciones con concentraciones de NaCl en el rango 0,01-0,1 M. Para esto se fabricó una celda en acrílico en la cual se colocó una placa de acero rectangular. La forma triangular del canal de la celda permite tener un gradiente de velocidades sobre la placa de acero. Se realizó un estudio cualitativo fotografiando las placas rectangulares de acero antes y después de ser corroídas. Se utilizó SEM-EDS para el análisis de la superficie del acero sin corroer y después de ser corroído, lo que permitió observar y contar los picados y las inclusiones compuestas de Mn, Al, Ca, S, O y Fe. Para comparar cuantitativamente la velocidad de corrosión entre las placas se contó el número de núcleos de corrosión a simple vista y el número de picados utilizando las microfotografías tomadas por una cámara digital conectada a un microscopio óptico. A partir de las mediciones se determinó que el número de picados disminuye con el aumento de la velocidad del fluido y que hay, además, una velocidad crítica sobre la cual la formación de picaduras se inhibe completamente. Se determinó que la velocidad crítica se encuentra en el rango 1-2,5 [m/s], sin embargo no se observó una dependencia clara de esta velocidad crítica en función de la concentración de NaCl. Esta velocidad crítica es similar a la medida en otros metales, lo que lleva a concluir que la inhibición o disminución de la corrosión se debe a la rápida repasivación producto de la alta transferencia de masa entre la superficie y la solución de los reactantes (oxígeno) y productos de corrosión.

El presente trabajo de título es un estudio experimental acerca del efecto que las ondas superficiales generadas por viento tienen sobre la tasa de transferencia de oxígeno en la interfaz de un cuerpo de agua. De forma específica, la investigación busca caracterizar el comportamiento del oleaje generado dentro de cierto rango de velocidades del viento. La relación entre estas características y la tasa de transferencia de oxígeno observada constituye el principal objeto de estudio de esta investigación. Los experimentos se realizaron en un túnel de viento que contiene un estanque de agua. El diseño de la instalación permite la medición de perfiles verticales de velocidad sobre la superficie libre con el fin de caracterizar la evolución de la capa límite del flujo de viento a lo largo del estanque. Se registró la elevación y pendiente del oleaje utilizando un sensor de capacitancia, así como también procesando digitalmente secuencias de imágenes tomadas por una cámara de alta velocidad. El análisis de estas imágenes fue también cualitativo, permitiendo la observación de distintos estados del oleaje. La velocidad superficial del agua fue obtenida utilizando partículas trazadoras, cuya trayectoria fue registrada a través de una cámara de alta velocidad. Se utilizaron mediciones de la tasa de transferencia de oxígeno obtenidas en un trabajo anterior en la misma instalación experimental. Se realizaron experiencias en un rango de velocidades medias del viento entre 3.5 m/s y 11.3 m/s, las que generaron velocidades friccionales en el rango entre 0.1 m/s a 1.0 m/s. Varios estados del oleaje pudieron ser observados a lo largo del estanque para estas forzantes. Para una velocidad friccional de hasta aproximadamente 0.2 m/s, se obtuvo una superficie rizada con ondulaciones de pequeña escala. El oleaje se desarrolla rápidamente por sobre este valor, observándose un sostenido aumento en su amplitud y pendiente. Se registró un aumento singular en el valor de la pendiente del oleaje al alcanzar una forzante de aproximadamente 0.4 m/s. Éste coincide con la aparición de ondas con frentes de alta pendiente, poblados de ondas capilares parasitarias. La tasa de transferencia de oxígeno mostró un salto del 50% en su valor al alcanzarse este estado. Se observó igualmente un fuerte aumento en la velocidad friccional a partir de este momento. La tasa de transferencia mostró una dispersión considerable al ser parametrizada con la velocidad friccional del viento, aún cuando el ajuste concuerda con trabajos experimentales similares. Al ser comparados resultados de fuentes diversas, la dispersión crece sustancialmente. La pendiente cuadrática media del oleaje mostró un buen ajuste lineal con la tasa de transferencia de oxígeno para todo el rango de velocidades observado. El ajuste conseguido es concordante con una gran cantidad de investigaciones experimentales publicadas.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Muestra los cálculos realizados con el fin de realizar el correcto diseño hidráulico de la tubería de presión de la Central Hidroeléctrica La Koya, que operará con un caudal de diseño de 3.5 m 3 /s, con una caída bruta de 272.21m. y con una potencia instalada total de 7,662 KW. Como parte de los estudios básicos, se realizaron los levantamientos topográficos, el estudio hidrológico en los puntos de captación; y el estudio geológico-geotécnico del área del proyecto. El cálculo de la tubería se ha realizado según el código ASME sección VIII, divisiones 1 y 2; y en base a acero ASTM A-36, sin embargo, se recomienda que de acuerdo a las normas existentes, se deba hacer el replanteo en obra revisando el diseño y la topografía del terreno. / Trabajo de suficiencia profesional

[ES] La robótica submarina ha sido uno de los campos de investigación que más interés ha despertado en las últimas décadas y con esto ha logrado una evolución de dicho campo. Avances de la robótica submarina han sido implementados en áreas diferentes a la investigación, dentro de los beneficiados está el sector comercial y el sector militar, así como la academia. Por otra parte, avances tecnológicos de diferentes áreas se incorporan a la robótica submarina, principalmente en los sistemas electrónicos los que más estimulan el desarrollo de todo lo relacionado con los vehículos submarinos, por lo tanto, se generan progresos en sistemas de control además del diseño mecánico y estructural. Esta tesis se centró en el diseño y construcción de un vehículo autónomo submarino para el proyecto DIVISAMOS. A partir del análisis del estado actual de la robótica submarina, el diseño planteado recoge todos los aspectos favorables de los vehículos existentes, de esta forma se tienen características que optimizan el vehículo, otorgándole versatilidad y eficiencia de funcionamiento. En el proceso investigativo se dirigieron esfuerzos, principalmente a la integración de métodos de diseño mecánico que optimizaron las características del vehículo que se construyó, presentando así un vehículo híbrido con desplazamientos eficientes y con posibilidad de desarrollar misiones que requieran hoovering. Cabe destacar que los métodos de diseño presentados en esta tesis, permiten incorporar sistemas de sensores para desarrollo de misiones de monitoreo, Localización y Mapeo Simultáneos (SLAM, por sus siglas en inglés) batimetría de ambientes submarinos con generación de datos georreferenciados, de alta resolución y su proyección cartográfica. Con todo esto se puede asegurar que se construyó un vehículo de altas prestaciones. Con el análisis de los resultados obtenidos con la implementación de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés), se logró que el vehículo tenga bajo consumo de energía ya que se han estudiado a fondo aspectos de la forma hidrodinámica del casco, del vehículo para reducir la fuerza de arrastre. Dentro de los resultados a desatacar en este aspecto se presenta un modelo que incorpora el cálculo en tiempo real, de las fuerzas debidas al arrastre generado por las corrientes de agua que interactúan con el casco del vehículo, reduciendo con esto el alto costo computacional de los análisis CFD y enriqueciendo el modelado dinámico. El modelo dinámico y cinemático de un vehículo autónomo submarino (AUV, por sus siglas en inglés), reviste un mayor grado de complejidad debido a que al sumergirse, depende de la navegación inercial que funciona basada en las mediciones de los instrumentos y los sistemas de referencia para determinar su posición. Las matrices de transformación son un método eficaz, usado para el modelado matemático de brazos robot, en esta tesis se plateó un modelo matemático hibrido, que utiliza matrices de transformación para plantear la cinemática del AUV, éste modelo tiene la particularidad de permitir agregar elementos al modelo inicial, continuando con la misma formulación resultando de gran utilidad para casos en los que el AUV realiza misiones en las que manipulan objetos y debido a esto se incorpora un brazo robot. / [CA] La robòtica submarina ha sigut un dels camps d'investigació que més interés ha despertat en les últimes dècades, açò ha aconseguit una evolució del dit camp. Avanços de la robòtica submarina han sigut implementats en àrees diferents de la investigació, dins dels beneficiats està el sector comercial i el sector militar així com l'acadèmia. D'altra banda, avanços tecnològics de diferents àrees s'incorporen a la robòtica submarina, principalment són els sistemes electrònics els que més estimulen el desenrotllament de tot allò que s'ha relacionat amb els vehicles submarins, per tant es generen progressos en sistemes de control a més del disseny mecànic i estructural. Esta tesi es va centrar en el disseny i construcció d'un vehicle autònom submarí per al projecte DIVISAMOS. A partir de l'anàlisi de l'estat actual de la robòtica submarina, el disseny plantejat arreplega tots els aspectes favorables dels vehicles existents, d'esta manera es tenen característiques que optimitzen el vehicle atorgant-li versatilitat i eficiència de funcionament. En el procés investigativo es van dirigir esforços principalment a la integració de mètodes de disseny mecànic que van optimitzar les característiques del vehicle que es va construir, presentant així un vehicle híbrid amb desplaçaments eficients i possibilitat de desenrotllar missions que requerisquen hoovering. Cal destacar que els mètodes de disseny presentats en esta tesi permeten incorporar sistemes de sensors per a desenrotllament de missions de monitoreo, SLAM, batimetria d'ambients submarins amb generació de dades geo-referenciats d'alta resolució i la seua projecció cartogràfica. Amb tot açò es pot assegurar que es va construir un vehicle d'altes prestacions. Amb l'anàlisi dels resultats obtinguts amb la implementació de Dinàmica de Fluids Computacional (CFD, per les seues sigles en anglés) es va aconseguir que el vehicle tinga baix consum d'energia ja que s'han estudiat a fons aspectes de la forma hidrodinàmica del casc del vehicle per a reduir la força d'arrossegament. Dins dels resultats a descordar en este aspecte es presenta un model que incorpora el càlcul en temps real de les forces degudes a l'arrossegament generat pels corrents d'aigua que interactuen amb el casc del vehicle, reduint amb açò l'alt cost computacional de les anàlisis CFD i enriquint el modelatge dinàmic El model dinàmic i cinemático d'un Vehicle Autònom Submarí (AUV, per les seues sigles en anglés) revist un major grau de complexitat pel fet que al submergir-se depén de la navegació inercial que funciona basada en els mesuraments dels instruments i els sistemes de referència per a determinar la seua posició. Les matrius de transformació són un mètode eficaç usat per al modelatge matemàtic de braços robot, en esta tesi es va platejar un model matemàtic híbrid que utilitza matrius de transformació per a plantejar la cinemàtica del' AUV, este model té la particularitat de permetre agregar elements al model inicial continuant amb la mateixa formulació, resultant gran utilitat per a casos en què l'AUV realitza missions en què manipulen objectes i a causa d'açò incorpora un braç robot. / [EN] Underwater robotics has been one of the fields of research that has awakened most in recent decades, this has achieved an evolution of this field. Advances in underwater robotics have been implemented in areas other than research, within the benefits are the commercial sector and the military sector as well as the academy. Underwater robotics has been one of the fields of research that has awakened most in recent decades, this has achieved an evolution of this field. Advances in underwater robotics have been implemented in areas other than research, within the benefits is the commercial sector and the military sector as well as the academy. The development of everything related to underwater vehicles, therefore progress is made in control systems in addition to the mechanical and structural design. This thesis focused on the design and construction of an underwater autonomous vehicle for the DIVISAMOS project. From the analysis of the current state of underwater robotics, the proposed design includes all the favorable aspects of the existing vehicles, in this way it has characteristics that optimize the vehicle, giving it versatility and efficiency of operation. In the research process, it was mainly aimed at the integration of mechanical design methods that optimize the characteristics of the vehicle that was built, thus presenting a hybrid truck with efficient displacements and the possibility of development. It should be noted that the design methods presented in this test incorporate sensor systems for the development of monitoring missions, Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), the bathymetry of submarine environments with high-resolution georeferenced data generation and its cartographic projection. With all this you can ensure that a high-performance vehicle was built. With the analysis of the results obtained with the implementation of Computational Fluid Dynamics (CFD) was achieved that the vehicle has low power consumption and that has been thoroughly studied aspects of the hydrodynamic shape of the vehicle's hull to reduce the drag force. Within the results of this aspect a model is presented that incorporates the calculation in real time of the forces for the analysis of the drag generated by the water currents that interact with the hull of the vehicle, reducing with this the high computational cost of the CFD analysis and enriching dynamic modeling. The dynamic and kinematic model of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV) revises a greater degree of complexity that depends on the inertial navigation that works in the measurements of the instruments and the reference to determine its position. Transformation matrices are an effective method used for the mathematical modeling of robot arms. In this thesis a hybrid mathematical model was used that uses transformation matrices to propose the kinematics of the AUV, this model has the peculiarity of allowing the aggregation of elements to the initial model continuing with the same formulation, resulting in a great utility for cases in which the AUV performs missions in which objects are manipulated and due to this incorporates an arm robot. / También agradezco al ministerio de educación pues gracias a los recursos destinados al proyecto DIVISAMOS todo este proyecto fue posible. / Aguirre Gómez, FA. (2020). Diseño Optimizado, Modelado Dinámico - Cinemático y Fabricación de un AUV, Integrando Herramientas CAE para su Validación [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/144260 / TESIS