Ingeniero Civil Mecánico / El fenómeno de transientes hidráulicos en sistemas de transporte de fluidos por cañerías es un aspecto que debe ser analizado en detalle por las empresas de ingeniería especializadas del área. A lo largo de las historia moderna se han registrado desastres a las instalaciones, las personas y las comunidades cercanas a estas conducciones como consecuencia de un diseño inapropiado. El presente estudio desarrolla una herramienta computacional (algoritmo) que predice la variación de presión y velocidad del fluido al interior de las cañerías en un sistema de transporte de fluidos monofásicos a larga distancia durante un evento transiente. En la actualidad existen distintos modelos que permiten predecir el coeficiente de fricción existente entre el fluido y la pared interna de la cañería, los cuales junto a las ecuaciones de conservación de masa y de movimiento, permiten calcular los valores de presión y velocidad del fluido en cualquier punto del sistema (componente espacial), y para cualquier instante de tiempo (componente temporal) luego de que el evento transiente, o golpe de ariete, se ha generado en el sistema. Sin embargo, estos modelos se han determinado analíticamente, o bien, realizando experimentaciones en sistemas de transporte de fluido de algunos cientos metros de largo, mientras que sistemas reales, como por ejemplo de transporte de agua de mar, alcanzan varios kilómetros de distancia, por lo que realizar una validación de los modelos del coeficiente de fricción existente entre el fluido y la pared interna de la cañería cobra gran importancia, ya que permite realizar un buen diseño de estas instalaciones en etapas tempranas de un proyecto de ingeniería. Para lo anterior, se desarrolló un algoritmo que resuelve las ecuaciones que gobiernan el fenómeno del golpe de ariete, utilizando el método de elementos finitos, y programando en el lenguaje de MATLAB. Se utilizó un escenario ficticio, el que está compuesto por un estanque con nivel constante del pelo de agua, conectado a una cañería de 5000[m] de longitud, y en el otro extremo una válvula de bola que cierra rápidamente. Este escenario corresponde a una extrapolación de los existentes en la literatura. Se concluye con este estudio que el modelo estacionario de perdida de energía por fricción es un buen estimador. Los resultados de presión obtenidos, si bien son conservadores en comparación con los modelos cuasi-estacionario y no-estacionario, son bastante precisos para utilizarlos en el diseño de sistemas de transporte de fluidos. Además, se observó que el modelo no-estacionario estima que se pierde más energía por roce entre el fluido y la pared de la cañería, que los otros dos modelos.

Ingeniero Civil / Los salares se ubican típicamente en la región altiplánica andina de Chile, Perú y Bolivia. Los sistemas acuáticos formados en ellos, corresponden usualmente a lagunas extremadamente someras, sometidas a condiciones ambientales desfavorables como bajo oxígeno atmosférico, alta oscilación térmica, alta radiación y fuertes vientos durante las horas del día. Estos ecosistemas están principalmente sustentados por la producción bentónica primaria, la que funciona como alimento para aves de la zona, como los flamencos, ave que se encuentra en estado vulnerable. Debido a lo anterior es que el trabajo de título realizado, consiste en la elaboración de un modelo hidrodinámico de la variación intradiaria de dióxido de carbono y oxígeno en el salar de Huasco, dinámicas que se ven afectadas por los flujos en la interfaz agua-sedimentos, los procesos biológicos de la columna de agua y los flujos en la interfaz aire-agua. El objetivo general es describir y cuantificar los procesos de transporte-reacción de dióxido de carbono y oxígeno en la zona, mediante la elaboración de un modelo hidrodinámico impermanente en 0D del salar, que permita obtener las evoluciones diarias para el oxígeno y el dióxido de carbono, para luego ser validado utilizando mediciones del terreno. El fin de la modelación es adquirir conocimiento acerca de estos fenómenos que pueden afectar considerablemente a los ecosistemas de la zona, únicos en el mundo, adaptados a condiciones climáticas extremas. Inicialmente se realizó un procesamiento de los datos obtenidos en dos campañas de terreno realizadas en los años 2015 y 2016, el que complementado con una revisión bibliográfica orientada a la hidro y biodinámica de sistemas someros, permitió plantear un modelo conceptual que simula las evoluciones intradiarias de dióxido de carbono y oxígeno. Luego se procedió a calibrar y validar el modelo con datos medidos, para finalmente realizar un análisis de sensibilidad que explique los procesos y parámetros más significativos del modelo. El principal resultado del trabajo, corresponde a un modelo que permite cuantificar las variaciones intradiarias de dióxido de carbono y oxígeno. Este modelo permite identificar que los procesos más importantes para el salar corresponden a la producción primaria, y a los flujos de masa en la interfaz aire-agua, tanto para el dióxido de carbono como para el oxígeno. En estos flujos se presentan inconsistencias entre lo que se sabe de la literatura y lo que se observa en el modelo, donde se presentan grandes diferencias entre las tasas de trasferencia en esta interfaz según el compuesto que se esté analizando.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química. Ingeniera Civil Química / La contaminación de las aguas ha sido un problema de gran interés en la comunidad científica y política, tanto por afecciones a la salud humana, como por el impacto negativo en el medio ambiente. En Chile existen casos de contaminación de cuerpos de agua superficiales por altos niveles de nutrientes que llevan a la eutrofización de las aguas; uno de ellos es el lago Villarrica, ubicado en la Región de la Araucanía. El objetivo principal de este trabajo es realizar una simulación hidrodinámica y de calidad de aguas para el lago Villarrica, de manera de aportar, desde los modelos matemáticos, un sustento para la elaboración del Plan de Descontaminación del lago Villarrica. Se identificaron las fuentes de contaminación de origen antrópico que aportan nutrientes -nitrógeno (N) y fósforo (P)- al lago, determinándose que las principales son: RILes de pisciculturas, Planta de Tratamiento de Pucón, aguas domésticas residuales de Curarrehue, fosas sépticas de la ribera sur del lago y uso de fertilizantes en suelos de la cuenca. De éstas, las que entregan un mayor flujo másico de nutrientes al lago, son las pisciculturas. Se realizó una simulación hidrodinámica del lago Villarrica mediante el software Delft 3D, que permite resolver las ecuaciones de transporte de momentum, masa y calor, obteniendo el campo de velocidades y la temperatura asociada a las condiciones meteorológicas. Luego, se ejecutó una simulación de calidad de aguas, que considera las principales reacciones de los ciclos de N y P, para determinar la concentración de los nutrientes asociados a la eutrofización: amonio, nitrato y ortofosfato en diferentes zonas del lago. Se obtuvieron concentraciones menores a los datos tomados en el lago en el caso del amonio y ortofosfato, y mayores en el caso del nitrato, pero con distribuciones espaciales esperadas. Las medidas que compondrían el plan fueron evaluadas desde los puntos de vista: ambiental, gracias al modelo de calidad de aguas; técnico, mediante el estudio de factibilidad; y económico, comparando los costos de implementación entre ellas. Simulando las medidas en el modelo, se obtuvo que la más eficiente en la remoción de contaminantes es la reducción del flujo másico de RILes de pisciculturas (reduciendo en un 97% la concentración de amonio y en un 7% de ortofosfato). Posteriormente, se realizó un análisis multicriterio incluyendo los aspectos técnico y económico, logrando jerarquizar las medidas y concluyendo que las más efectivas bajo estos tres criterios son la restauración de vegetación ripariana y la reducción del flujo másico de RILes de piscicultura. Mediante este trabajo, se logró una primera etapa en el desarrollo de un modelo de calidad de aguas para el lago Villarrica en el contexto del Plan de Descontaminación, aportando al fortalecimiento de toma de decisiones de las políticas públicas desde una base científica.