Ingeniero Civil Mecánico / Durante la vida de un componente, cambios micro estructurales emergen y evolucionan en el tiempo. Actualmente, se utilizan modelos clásicos de degradación empíricos que permiten monitorear el daño del componente. Sin embargo, estos utilizan indicadores de daño que no pueden ser detectados en etapas tempranas de degradación y cuando finalmente pueden ser detectadas la vida del componente esta próxima a acabar. Dado lo anterior, es de gran interés detectar el daño lo antes posible. Con la implementación de un modelo de redes bayesianas dinámicas es posible diagnosticar el daño de una estructura observando la evolución de los precursores de daño. En el presente trabajo se busca implementar un modelo para el diagnóstico y pronóstico del daño de una bomba sujeta a fatiga en base a distintas señales recogidas de la bomba: vibraciones, caudal, potencia, intensidad y presión diferencial. El modelo mencionado fue construido en base a redes bayesianas dinámicas que son capaces de analizar el comportamiento no lineal y no gaussiano de la degradación por fatiga y también capaces de mezclar distintos tipos de evidencia (señales) para reducir la incertidumbre acerca del daño de la estructura. El proceso de inferencia en la red bayesiana dinámica es modelado a través del uso de la técnica de filtro de partículas utilizando el software R para la implementación del modelo. Finalmente, con los resultados obtenidos es posible realizar la predicción del tiempo de vida remanente de la estructura sujeta a fatiga. El presente informe da cuenta del trabajo paso a paso realizado por el alumno para llegar al resultado final. Se realiza en primer lugar una presentación de los antecedentes teóricos que son utilizados en la realización del trabajo, junto a la metodología desarrollada. Se da paso luego a la presentación de los resultados obtenidos por el alumno, los cuales pueden ser divididos en dos etapas, una primera etapa de recepción y tratamiento de los datos duros para encontrar información útil para desarrollar la segunda etapa, donde se lleva a cabo el desarrollo del filtro de partículas para obtener finalmente un pronóstico de la vida de la bomba estudiada y la determinación de la vida útil remanente de esta. Los resultados obtenidos son considerados positivos, ya que se logra una buena estimación del deterioro y tiempo de falla de la bomba y se cumplen los objetivos del trabajo de título.

Autorizado por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2014 / En los últimos años, la industria en general se ha percatado de la importancia del concepto de la confiabilidad, es decir, cuál es la disponibilidad que posee determinada planta para producir. Como es de suponer, este concepto macro descansa sobre cada una de las partes de la empresa, en especial, en las máquinas eléctricas. La matriz de una industria productora de grandes volúmenes, como lo son las mineras, cementeras y celulosas, posee siempre algunas máquinas de gran potencia que son claves en la producción, y donde una falla imprevista puede afectar fuertemente los ingresos de un mes. En general estas máquinas grandes son del tipo síncrono, como es el caso de los molinos de las plantas mineras, donde se usan debido a las adecuadas características de velocidad y estabilidad que poseen, otorgando beneficios tanto de operación como a nivel local, pues además pueden ejercer efectos capacitivos sobre la red que los alimenta. En vista de lo anterior, el presente trabajo se centra en el monitoreo en línea de estos motores, lo que permite estar, constantemente y desde cualquier lugar, pendiente de cuál es el estado de determinada máquina. Con esto, se podrá saber si existe alguna falla, presente o en gestación, y con esta información, meses antes de ocurrir la falla, la corrección del error puede realizarse de manera programada, con mínimos costos por concepto de pérdidas de producción y reparación del motor. El sistema se diseñó desde un comienzo con enfoques en tres áreas: metodologías, donde se consideraron aquéllas más recientes, extraídas de publicaciones de los ámbitos de energía y control; equipos, escogiendo sensores, variables y parámetros tales que se obtuviera la mayor cantidad de resultados posible, con el mínimo costo; y finalmente costos, donde la atención se centró en aprovechar la información obtenida por el sistema de monitoreo, para ayudar a la toma de decisiones en el área de mantenimiento tal de reducir allí los costos, considerando que muy rara vez se hace un flujo o algún tipo de análisis económico en problemas de este tipo. El diseño del sistema en sí se concentró en metodologías de análisis de corrientes y transformación de Park, las que en conjunto permiten detectar diversos problemas de operación, tanto en señales específicas de alguna fase o de la excitación, como desbalances entre las fases. Los métodos abordados fueron escogidos en base a estadísticas de fallas, tal que logran cubrir alrededor de un 80% de las fallas producidas en máquinas síncronas, particularmente los problemas de excentricidad (problemas de descansos, fatiga o problemas del eje) y los problemas de cortocircuitos internos en el rotor o en el estator. El manejo de la información obtenida quedó definido por escalas de bases de datos, lo que permite ir filtrando y condensando la información, para almacenarla en el tiempo y tener una perspectiva de la evolución de los motores. Incluso es posible incorporar un análisis de tipo estadístico sobre estos datos, si se tienen suficientes máquinas bajo monitoreo, para así validar y estimar con mayor precisión la severidad de fallas y otros datos. En el análisis económico se toman los costos estimativos por instalación, operación y reparación de distintas alternativas ante determinada falla, permitiendo así tomar la mejor decisión. Se concluye con sugerencias para trabajos futuros, como la inclusión de la medición del torque mecánico y temperaturas, con la finalidad de refinar los datos y estimaciones obtenidas, al punto de poder recrear el comportamiento de la máquina. Con ello se podría hacer un seguimiento minucioso del motor a través de la evolución de los parámetros de éste.

Chile es un país minero por excelencia, requiriendo procedimientos y equipos eficientes. Dentro de los equipos más utilizados se encuentran los molinos de bolas y SAG (Semi Autegenous Grinding), a los cuales se les exige una disponibilidad mayor al 90%. La disponibilidad de los molinos se ve afectada por los procesos de mantención, recambio de revestimientos (liners) y corrección de la alineación del engrane corona-piñón. Este último es un proceso iterativo consistente en agregar o quitar lainas de calibración por debajo de los descansos del eje piñón según corresponda y soltando o reapretando las bases de los contraejes, complicando el alineamiento con embrague. Este proceso es lento y complicado operacionalmente, involucrando inexactitudes en las correcciones por la deformación del molino en condición de operación. Dichas correcciones quedan a juicio del personal encargado de las labores, pudiendo llevar a errores e imprecisiones que aumentan el tiempo de ejecución de la faena y poniendo en riesgo a mediano y largo plazo la vida útil del engrane. El principal objetivo de esta memoria fue generar una metodología para mejorar el procedimiento de alineamiento aplicado en la actualidad, incorporando una calibración de desplazamientos asociados a la condición de operación de un molino, con tal de disminuir los tiempos de detención y así reducir los costos de mantención. La metodología consiste principalmente en construir un modelo computacional del molino, considerando la posición de la carga interna y la fuerza transmitida por el motor en operación y con esto determina las deformaciones en la zona de engrane del molino en operación ocasionadas por la carga interna por medio del método de elementos finitos, para así asociar a dichas deformaciones un grado de corrección del engrane y lograr calibrar de manera teórica el engrane. El modelo computacional construido permite analizar distintas condiciones de operación, bajo la aplicación de condiciones de borde adecuadas y simplificaciones de la geometría. Obteniéndose resultados que permiten comprender cómo se deforma el molino bajo condición de operación y como varía dicha deformación bajo distintas condiciones de carga. Los resultados muestran la importancia de considerar los desplazamientos, dados por las deformaciones en los procesos de alineamiento. De las distintas simulaciones realizadas bajo distintos estados de carga, fue posible observar el aumento progresivo en los desplazamientos de la corona en el sector de engrane. Cabe señalar que para las condiciones de operación de mayor carga se obtuvieron desplazamientos mayores a las tolerancias máximas permitidas en la dirección radial de la corona en la zona de contacto con el piñón, disminuyendo la distancia entre centros del engrane. Estos valores hacen resaltar la importancia de determinar con precisión dichos desplazamientos en los procedimientos de alineación realizados en la actualidad. Finalmente la metodología de alineamiento propuesta permite obtener de manera precisa, los desplazamientos netos que se deben realizar al engrane en el procedimiento de alineación.

Ingeniero Civil Mecánico / El reemplazo de revestimientos de los molinos en la etapa de molienda produce que los procesos mineros se detengan por bastante tiempo, por lo que el diseño de aceros que tengan una buena resistencia al desgaste producto de moler las rocas y una dureza aceptable para esta labor, puede ser muy útil para la industria minera y para Chile. Por lo anterior, en este trabajo se diseñan aceros para revestimientos de molino SAG y bolas de molienda. Además de esto, se estudian relaciones microestructura-propiedades en aceros bainíticos, se diseña la composición de aceros bainíticos para bolas y revestimientos, y seleccionan los tratamientos térmicos. El estudio se centra en aceros bainíticos debido a que tienen una mejor relación entre dureza y resistencia al desgaste que los aceros perlíticos, los cuales son actualmente utilizados en la industria minera para revestimientos de molinos. Además, los aceros bainíticos presentan una mejor resistencia al desgaste a una misma dureza que los aceros martensíticos utilizados para confeccionar las bolas de molienda. La metodología es buscar bibliografía apropiada, para luego seleccionar aceros según ésta y así solicitar diagramas CCT (Transformación por enfriamiento continuo) de los aceros seleccionados a la Universidad Federico Santa María, los cuales son obtenidos mediante un programa computacional, e intersectados con las curvas de enfriamiento de las bolas y los revestimientos confeccionadas con tratamientos térmicos utilizados en la industria. Después, utilizando ecuaciones se obtienen las propiedades de los aceros estudiados. Las aleaciones seleccionadas son las siguientes: - Bolas de Molienda: Aleaciones con la siguiente composición: 0,7%C-2%Mn-1%Cr-2%Si-0,25%Mo para enfriamiento con agua con agitada fuertemente y 0,7%C-0,7%Mn-1%Cr-2%Si-0,5%Mo para enfriamiento con agua agitada violentamente. - Revestimientos (Lifter y Parrilla): Aleación con la siguiente composición: 0,3%C-0,7%Mn-2,5%Cr-2%Si-0,5%Mo para enfriamiento con aire forzado. Las propiedades mecánicas para los revestimientos son: - Límite de fluencia lifter: 1528,5 [MPa]. Límite de fluencia parrilla: 1551,8 [MPa]. - Dureza lifter: 513,1 [HB]. Dureza parrilla: 518,2 [HB]. - Tenacidad lifter: 59 [MPa√m]. Tenacidad parrilla: 59,39 [MPa√m].

Ingeniero Civil Mecánico / La empresa AES Gener S.A. se dedica a la generación de energía eléctrica tanto a nivel nacional como internacional (operación en 27 países). Para ello, cuenta con centrales de generación de distinto tipo (termoeléctricas, hidroeléctricas y otras), entre las que se encuentra Central Maitenes, planta de tipo hidroeléctrica de pasada, parte del grupo de centrales hidroeléctricas Centrales Cordillera, ubicada en San José de Maipo. La central mencionada corresponde a la más antigua del grupo (año 1923), con turbinas Francis que tienen larga data. En base a ello, surge la necesidad de estudiar la posibilidad de mejora de tales equipos, a través de un proceso de licitación que cuente con la presencia de distintos proveedores, tanto locales como extranjeros. Por lo anterior, se requiere contar con una base técnica que busca maximizar las opciones de aumento de eficiencia de la turbina, permitiendo contrastar las ofertas entregadas por los proveedores, con la posibilidad de elevar las exigencias previo a la adjudicación de la licitación a alguno de los oferentes. Por lo expuesto, el siguiente informe tiene por finalidad el estudio de antecedentes científicos de optimización de álabes del rodete de turbinas Francis, para el aumento del rendimiento de una turbina de este tipo ubicada en Central Maitenes, en base a información otorgada por la empresa, durante las diversas visitas pactadas mediante un convenio de cooperación entre la empresa y el autor de este estudio, además de la bibliografía pertinente para llevar a cabo los cálculos tendientes a desarrollar el análisis mencionado. En primer lugar, se recopilan los antecedentes necesarios para el cálculo teórico de rendimiento de la turbina en operación, el que, junto al dato operacional, forman un valor referencial inicial. Luego, se desarrolla un cálculo teórico basado en el estado actual de la tecnología de optimización de álabes de turbinas Francis, obteniendo valores óptimos de triángulos de velocidades y rendimiento, que se vea contrastado con el cálculo anterior. Finalmente, se complementa el análisis con información de constructores de turbinas Francis a nivel nacional y mundial. En base a ello, se determina la mejor alternativa de mejora, para completar con ello el estudio encargado.

Ingeniero Civil / La disminución de los índices de productividad minera en general, junto al aumento de los conflictos en contratos de montaje industrial, en particular, entre compañías mineras (de ahora en adelante, mandante) y empresas de montaje (contratista), hacen necesario enfocar esfuerzos para determinar las causas más comunes del cierre de contratos. El presente trabajo delimita su estudio a los problemas que afectan al proceso de cierre de dichos contratos. La existencia de mayores obras y la burocracia del mandante aparecen como causas principales. Una evaluación económica del problema arroja que, para 12 contratos estudiados, se gastaron $1.039 MM, equivalentes a un 7,8% de los montos faltantes por cobrar al momento de finalizar los trabajos en obra. Recopilados los antecedentes iniciales y utilizando el análisis de Pareto, que sostiene que la intervención de pocos elementos vitales puede resolver gran parte del problema, este estudio entrega como resultado la necesidad de intervenir la recopilación de antecedentes y seguimiento de procesos, lo cual se realiza mediante la creación e implementación de un libro de cierre de contrato. Este cierre de contrato, dividido en cierre parcial y cierre final, propone la creación de un nuevo departamento en la empresa de montaje, que estará compuesto por un ingeniero en terreno para cada obra y otro ingeniero en oficina central, que consolide la información de sus homólogos de obra. La valorización de la solución propuesta entregó que, para los mismos datos de estudio, los gastos por cierre se reducirían a $400 MM, lo que corresponde a un 3% de los montos faltantes por cobrar, al momento de finalizar los trabajos en obra.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Calcula y selecciona los equipos de bombeo e implementa un programa de mantenimiento basado en la confiabilidad mecánica a la Estación de Bombeo 920 de la Compañía Minera San Ignacio de Morococha Unidad San Vicente. Los cálculos y selección son efectuados sobre la base de los conceptos de los cursos de Ingeniería Mecánica de Fluidos. También se utiliza la metodología del análisis causa raíz y para lograr este objetivo, se realiza un diagnóstico de la situación de los equipos que conforman dicho sistema, recopilando información referente a sus características y funcionamiento. Luego se realiza un análisis de criticidad que permite determinar los componentes críticos, se realiza un estudio de confiabilidad para determinar la confiabilidad actual de los equipos, se analizan dichas causas raíces, y en base a éstas se proponen actividades que van a permitir reducir la ocurrencia de las fallas de los equipos críticos, también se analizan los resultados obtenidos, y en base a estos se obtienen una serie de conclusiones, entre las más resaltantes se pueden mencionar que los equipos pertenecientes a dicho sistema carecen de controles estadísticos que permitan realizar estudios previos para establecer prioridades de mantenimiento; según los estudios realizados a los equipos de sistema se identificaron como críticos a las siguientes unidades de bombeo: UB01, UB02, UB03, que son bombas de la marca KSB modelo RPH 250-710. El mayor porcentaje de las fallas en el sistema de bombeo son debidas a la fatiga (golpe de ariete), falla de rodamientos (desalineamiento del sistema bomba-motor). Cabe mencionar también que se tienen problemas con los arrancadores de las unidades de bombeo siendo principalmente estos por la tensión del sistema. / Trabajo de suficiencia profesional

Determina las causas de fallas en los sellos mecánicos en bombas centrífugas que trabajan con pulpa mineral y que a su vez pueda servir de guía y consulta para la comunidad universitaria, así como al personal involucrado en los sistemas de bombeo centrífugo. La investigación se enfoca en el análisis de las fallas en los sellos mecánicos de las bombas marca Warman modelo AH que se encuentran trabajando con fluidos como relave mineral, lechada de cal, etc. Para desarrollar este análisis se aplicó la metodología de análisis causa-efecto (Ishikawa); para ello se recopiló la información de las condiciones operativas de los equipos, características; la aplicación de ensayos mecánicos, como test elastomérico, vibración; verificación de los procedimientos de parada y arranque. / Trabajo de suficiencia profesional

En la industria nacional, donde es predominante el uso de máquinas rotativas como turbinas, motores eléctricos, compresores, motores de combustión interna, etc, el fenómeno de las vibraciones es descubierto cuando ya estos están en operación. Las fuerzas y torques de excitación por más pequeñas que sean pueden producir vibraciones de amplitudes inadmisibles en zona de resonancia. El análisis de las vibraciones es muy importante más aun en maquinas reciprocantes donde es muy importante el análisis de vibración torsional, ya que nos hace ver la necesidad de usar algunas técnicas para controlar estas vibraciones. Técnicas como medios disipadores de energía o masas auxiliares acopladas al sistema, que sintonizados con la frecuencia de resonancia y aplicados en las zonas que presentan mayor amplitud de vibración correspondiente al modo de vibración, nos ayudarán a neutralizar las vibraciones que se presenten. El análisis del comportamiento de estos sistemas se hacen por lo general considerando los parámetros de inercia y rigidez constantes, los cuales son estudios válidos, sin embargo existen máquinas con mecanismos más complejos que exigen considerar el comportamiento periódico de sus parámetros, como es el caso del mecanismo biela manivela muy utilizado en la fabricación de máquinas; en esta tesis se tomó a consideración tal comportamiento y se diseñó un absorsor pendular basados en la metodología del diseño, normalizado según la norma alemana VDI, para obtener el diseño óptimo, además de analizar la efectividad en la reducción de la amplitud de vibración torsional de un motor de combustión interna de 2 cilindros en línea y 4 tiempos. Finalmente el desarrollo de esta tesis es una base para posteriores investigaciones donde habría que tomar en cuenta aspectos como la variación constante de la velocidad y la comparación de los resultados obtenidos por simulación numérica y datos experimentales medidos, que no se consideraron en esta tesis. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / El proceso de manufactura de cables de acero no ha sido sometido a grandes innovaciones a lo largo de los años, siendo su principal avance tecnológico el paso del trenzado manual de alambres a un trenzado realizado por máquinas especializadas. De todas formas, el proceso sigue manteniendo una gran dependencia de la intervención del operador de la máquina, dependiendo a su vez de la experiencia de este. Es por esto que se hace necesario una actualización tecnológica del proceso, incorporando nuevas tecnologías que permitan automatizar la manufactura del producto y revalorizar el trabajo realizado por los operadores, aumentando la eficiencia y calidad del proceso completo. El objetivo general del proyecto es reducir o eliminar la influencia del operador en la calidad del producto y la seguridad y productividad del proceso de fabricación de cables de acero para liberar tiempo del operador utilizado actualmente en actividades que podrían ser automatizadas. Los objetivos específicos son: i. Identificar las intervenciones del operador durante la producción; ii. Identificar nuevas tecnologías de instrumentación y automatización, que permitan reemplazar labores efectuadas por un operador; iii. Cuantificar el impacto de introducir tecnologías que reemplacen la intervención del operador; iv. seleccionar alternativas a desarrollar, v. desarrollar propuestas de mejoras tecnológicas enfocadas a la instrumentación y automatización de los procesos de producción de cables; y vi. evaluar técnica-económicamente las propuestas de mejora. La metodología para desarrollar el proyecto contempla tres etapas principales, las cuales son: i. Diagnóstico e identificación de oportunidades de mejora en terreno, ii. Ingeniería conceptual y básica de propuestas de mejora, y iii. Desarrollo de evaluación técnica-económica de las propuestas desarrolladas. Los principales resultados y conclusiones del proyecto son: i. La intervención del operador durante la fabricación de cables de acero se puede clasificar en accidentales y labores de ajuste, las cuales pueden ser automatizadas; ii. Se encuentran diez oportunidades de mejora aplicables al proceso de fabricación de cables de acero; iii. Se desarrollan, al nivel de ingeniería básica, cinco propuestas de mejora las cuales son: Detección de corte de alambre en bobinado, ajuste automático de frenos para bobinas de máquinas cerradoras, control automático de torque en carretes de máquinas cerradoras, mejoramiento del sistema de lubricación de torones y motorización independiente de take up; iv. Para efectuar las mejoras propuestas se requiere una inversión inicial de 25,2 [MCLP] que pronostica un ahorro de 60,4 [MCLP] anuales. Este se compone de 21.087 HH de producción, 19,1 MCLP por concepto de No conformidades, siendo la propuesta con mayores beneficios la "Detección de corte de alambre en bobinado" con un VAN de 22 [MCLP], una TIR del 181% y un PRI de 0,4 años.