Ingeniero Civil Químico / La utilización de energía solar térmica para el calentamiento de agua permite disminuir el consumo de combustibles fósiles. Los fluidos térmicos utilizados en colectores solares tienen baja conductividad térmica y reducida capacidad de absorción de radiación solar en el rango visible, donde se encuentra el 48% de la radiación total. Para compensar este problema los colectores solares se componen de superficies metálicas oscuras capaces de absorber la radiación, transformarla en calor y transferirla al fluido térmico. La mejora de propiedades térmicas y de absorción de luz visible en los fluidos permitiría alcanzar mayores temperaturas de salida en colectores solares convencionales. Además, haría factible el uso de colectores solares sin superficies absorbedoras y de esta forma se podría reducir la complejidad y el costo de estos dispositivos. El mejoramiento de tales propiedades puede llevarse a cabo mediante la adición de nanopartículas al fluido térmico, tal dispersión recibe el nombre de nanofluido. El objetivo de este trabajo es sintetizar distintos tipos de nanofluidos y evaluar el efecto de cada uno de ellos en la absorción de radiación solar. Dentro de las nanopartículas estudiadas se encuentran las de oro, plata, cobre y óxido de grafeno (GO) dispersadas en agua desionizada. Para esto se caracterizan los nanofluidos mediante microscopia electrónica y espectros UV visible. Se mide la conductividad térmica y se someten las nanodispersiones a radiación solar obteniendo los perfiles de temperatura. Además, se analizan los efectos de concentración, forma, grado de oxidación de GO, altura de nanofluidos, y se evalúa las propiedades de un nanofluido hibrido compuesto de GO de baja oxidación con plata. Se obtuvo que todos los nanofluidos sintetizados muestran una mejora en la capacidad de absorción de luz visible y en la conductividad térmica en comparación con el agua desionizada. Además, se obtiene que para una concentración másica de 0,01% los nanofluidos de oro, plata, cobre y GO de baja oxidación alcanzan una temperatura de equilibrio de 5 °C superior al fluido base al ser sometidos a radiación solar simulada y no se logra observar diferencias entre cada uno de ellos a pesar de tener distintos espectros de absorción de luz. Se concluye que las propiedades como absorbancia y transmitancia no permiten evaluar la capacidad de conversión de radiación en calor de los nanofluidos y los cambios en estas propiedades por efecto de la luz solar no representan cambios en la temperatura de equilibrio. El grado de oxidación de GO influye en los perfiles de temperatura por estos nanofluidos siendo el de baja oxidación el que alcanza mayores temperaturas de equilibrio. El nanofluido híbrido compuesto de plata y GO de baja oxidación no muestra propiedades térmicas superiores a cada nanofluido constituyente por separado.

Ingeniero Civil Mecánico / Es sabido que Chile es el primer productor de cobre en el mundo, ya sea en el formato de cátodos o concentrado. Los equipos usados en esta industria, tales como, palas retroexcavadoras, cargadores frontales y molinos de cono, están sometidos a un ambiente abrasivo que se traduce en desgaste (pérdida de material), lo que genera grandes costos para las empresas mineras. El presente trabajo está motivado en conocer la oferta de soluciones disponibles en Chile, para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, respondiendo algunas preguntas, tales como ¿Qué materiales se utilizan para recubrir? ¿Qué procesos se usan? Entendiendo la necesidad de proteger los equipos de minería del cobre contra el desgaste generado por los efectos de la abrasión. El objetivo de la memoria es realizar una evaluación de algunas soluciones tecnológicas en recubrimientos resistentes a la abrasión para aplicaciones de minería en Chile. El trabajo no pretende entregar una solución, sino que hacer una revisión de las tecnologías utilizadas actualmente en el país. En el mundo, los materiales más utilizados para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, son los recubrimientos de carburos de cromo (placas bimetálicas) y los carburos de tungsteno en base níquel. Este último tiene un mejor rendimiento, pero es casi tres veces más costoso que los carburos de cromo. La mayoría de los recubrimientos son aplicados por procesos de soldadura, tales como soldadura por arco sumergido (SAW, por sus siglas en inglés), soldadura por arco de plasma transferido (PTAW, por sus siglas en inglés), entre otros métodos. La metodología de este trabajo de título se dividió en tres etapas. La primera consistió en el intercambio de información a través de una encuesta online con empresas relacionadas con la oferta de soluciones contra el desgaste. En la segunda etapa, se entrevistó en forma presencial a algunas empresas del rubro y se obtuvieron algunas muestras representativas de la oferta del mercado. En la tercera etapa, las muestras fueron analizadas a nivel de laboratorio (análisis de metalografía, dureza y resistencia al desgaste por abrasión). De las encuestas se puede determinar que, en Chile, los materiales preferidos para proteger contra el desgate por abrasión son los aceros austeníticos, fundiciones blancas y las placas bimetálicas. En cuanto a los procesos preferidos, se encuentra la soldadura por electrodo protegido (SMAW) y alambre tubular (FCAW). En las entrevistas, se indica que esta última tiene como ventaja su alta productividad y fácil manejo. Las empresas también indicaron que la decisión de utilizar un material para recubrir se basa en la experiencia del cliente. Del análisis en laboratorio, se observa que el material que presentó mejor comportamiento frente al ensayo de desgaste por abrasión ASTM G65 es la placa bimetálica.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / En la presente Tesis se estudia la formación in situ de dispersoides en una aleación de Cu-Ta producida por molienda reactiva y extrusión en caliente. Además, se estudia el efecto que producen los dispersoides sobre la resistencia al ablandamiento y la resistencia al creep. En aplicaciones tales como interruptores de alto rendimiento, intercambiadores de calor, motores eléctricos, cables, y electrodos para soldadura se requiere un material que exhiba alta conductividad térmica y eléctrica, junto a una adecuada resistencia mecánica a las temperaturas de operación. El cobre satisface las primeras solicitaciones; sin embargo, presenta una importante disminución de su resistencia mecánica cuando aumenta la temperatura de trabajo. Un mecanismo que ha probado ser efectivo para mejorar el comportamiento mecánico del cobre a altas temperaturas es la incorporación de nanopartículas cerámicas o metálicas en la matriz. Estos dispersoides dificultan el creep, ya que se requiere un esfuerzo adicional para separar las dislocaciones de la interfase dislocación-matriz, cuando esta interfase es incoherente o semicoherente. Adicionalmente, anclan los límites de grano, dificultando el deslizamiento de los bordes de grano. Para generar los nanodispersoides, se empleó molienda reactiva y extrusión en caliente para dispersar de manera homogénea partículas de tantalio en la matriz de cobre y generar dispersoides de carburo de tantalio, usando hexano como fuente de carbono y líquido de molienda. Estos dispersoides, acompañados de un refinamiento microestructural en la matriz metálica compuesta y de un aumento de la densidad de dislocaciones, produjeron un aumento de la resistencia mecánica al ablandamiento y a la deformación a altas temperaturas (773 K, 973 K y 1123 K). El material se caracterizó por medio de espectroscopia de emisión óptica, fluorescencia de rayos X, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión y microdureza Vickers. El efecto del tiempo de molienda se analizó pasadas 10, 20 y 30 h en un material compuesto con una composición nominal de Cu-5 %vol. TaC. Al aumentar el tiempo de molienda, se observó un aumento sistemático de la densidad de dislocaciones y de carbono, así como una disminución del tamaño de cristalita. El material molido durante 30 h fue extruido en caliente y mostró una densidad de 9.037 kg m-3 (98.2% densificación) y una resistencia de ablandamiento de 204 HV; sin embargo, después de un recocido a 1023 K durante 1 h la microdureza mostró una abrupta caída. El análisis de microscopía electrónica de transmisión mostró la presencia de nanodispersoides carburo de tantalio (Ta4C3), los cuales cumplen con la función de endurecer la matriz por dispersión y ayudan a mejorar el desempeño cuando se somete la matriz metálica compuesta a ensayos de esfuerzo constante y alta temperatura (773 K, 973 K y 1123 K).

Trabajos sobre las propiedades del cemento y otros materiales frágiles reforzados con distintos tipos de fibras, han sido y están siendo desarrollados en los últimos años en diversas partes del mundo, enfocados particularmente sobre el tipo de fibra usada, tipo de material, edad, contenido de fibra y sus efectos sobre las propiedades mecánicas de los materiales compuestos fabricados. El presente trabajo describe un estudio experimental sobre las propiedad mecánica de resistencia a la fractura de un material compuesto de cemento Portland y fibras de celulosa, de manera de ver cuál es el porcentaje óptimo de fibra celulosa que se le debe agregar a este material compuesto con el fin de obtener la mayor resistencia a la fractura. También se efectúa un análisis de los valores obtenidos aplicando la distribución de Weibull, estableciendo comparaciones entre pastas de cemento y el fibrocompuesto con distintos porcentajes de celulosa. Para corroborar que el modelo teórico que impusimos, representa a la población del conjunto de todas las muestras, se hizo uso de la distribución de chi-cuadrado. Esto consiste en comparar la distribución de frecuencia observada en la muestra con la distribución de frecuencia esperada basada en el modelo teórico encontrado. Lo que permite ver si el modelo teórico de Weibull se puede o no ajustar a nuestros datos. Se concluye que el refuerzo óptimo de la matriz de cemento corresponde a un porcentaje en peso de fibra de celulosa de 12% y además que el modelo teórico de Weibull usado en este trabajo se ajusta a los valores obtenidos experimentalmente en el ensayo de flexión.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El objetivo general del presente trabajo de título es estudiar teóricamente la factibilidad de remover el filtro Osprey QS24 (Offline) del proceso de producción de pañales para las instalaciones especificas de Planta Santiago Procter and Gamble Chile Ltda., redireccionando los flujos tratados por éste al filtro Osprey Phoenix de mayor capacidad. Se espera proveer información suficiente, de modo que la compañía esté en condiciones de definir la implementación de la propuesta.nSe procedió a describir las condiciones actuales de la planta referentes al sistema en estudio, para luego recalcular las mejoras propuestas en base a las recomendaciones recibidas de otras plantas que ya las implementaron. Para el desarrollo y análisis del estudio se utilizo como principal herramienta la función Cota de AutoCad sobre los planos a escala proporcionados por la empresa para la caracterización del piping del sistema de alimentación de celulosanEl resultado final corresponde al diseño estándar de la compañía con una pérdida de carga 7,386 [psi]. Lo que, a pesar de los supuestos realizados, permite su implementación sin necesidad de alterar los equipos auxiliares y/o ventiladores ya instalados.nSe concluye que es factible realizar un proyecto de inversión que elimina un equipo de alto consumo energético del sistema de transporte neumático para la alimentación de fibra de celulosa en la producción de pañales. Contribuyendo con un ahorro al presupuesto anual de la Planta, ya que el aumento en la frecuencia de mantención de los equipos del sistema producto del aumento de flujo se compensa con la mantención que deja de realizarse al equipo, ahora, obsoleto.

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El objetivo de esta investigación es desarrollar un algoritmo capaz de detectar, cuantificar y localizar daño en tiempo real en estructuras de material compuesto tipo panal de abeja, buscando delaminaciones entre las paredes y el núcleo. Para llevar a cabo este objetivo es necesario recopilar datos experimentales de frecuencias naturales y modos de vibración de placas con y sin delaminación, los que servirán para validar un modelo numérico de la estructura. El modelo numérico se construye en MATLAB. La estructura compuesta se modela con tres paneles unidos por resortes que representan a la capa de adhesivo. La delaminación se introduce como una disminución de rigidez local en los resortes. Las características mecánicas del modelo numérico son obtenidas mediante un método de ajuste de modelos que utiliza los datos experimentales de las placas con y sin delaminación. Con este modelo, se generó una base de datos de placas con distintos escenarios de delaminación que sirvieron para los métodos de identificación de daño evaluados. Se proponen dos métodos de aprendizaje supervisado para la identificación de daño, las redes neuronales artificiales y un método de interpolación lineal basado en el principio de máxima entropía. Ambos métodos de identificación de daño fueron evaluados por separado para así determinar cuál es el que identifica de mejor manera la existencia, magnitud y ubicación del daño. Para evaluar los métodos de identificación de daño, se realizó un estudio para determinar cuál es el o los parámetros que mejor determinan la delaminación. Los resultados indican que es necesario combinar la información de las frecuencias naturales y de los modos de vibración de la estructura. Para evaluar el método basado en redes neuronales, primero se estudió cual era la mejor configuración en cuanto a funciones de transferencia y porcentaje de utilización de datos para entrenamiento y validación de la red entre 12 posibles opciones. Luego de encontrada la configuración óptima se estudió cuál es el número de neuronas de la capa oculta que entrega mejores resultados. Se encontró que la mejor configuración correspondía a: 80 neuronas en la capa oculta, una proporción de casos de la base de datos para entrenamiento y validación de 90/10, función de transferencia entre el input y la capa oculta de Logsig y función de transferencia entre la capa oculta y output de Satlins. Se determinó que el entrenamiento de redes es un proceso que requiere de altos recursos computacionales y sin embargo no entrega resultados confiables. Por otra parte se trabajó con un algoritmo de aproximación lineal basado en el principio de máxima entropía, que utiliza la misma base de datos que las redes neuronales pero no requiere entrenamiento y que entrega resultados con la misma velocidad que las redes. Se obtuvo que este algoritmo permite encontrar con bastante exactitud el sector de la placa que se encuentra delaminado, con hasta un 10,5% de error en la ubicación y un 22,9% de error en el tamaño de la delaminación. Además, contrario a los resultados obtenido con las redes neuronales, el método de aproximación lineal no detecta delaminaciones en lugares que no corresponden (falsos positivos). Se decide entonces optar por el algoritmo de aproximación lineal basado en el principio de máxima entropía para la detección de daño ya que utiliza menos recursos, entrega información más acertada que las redes neuronales artificiales, y se detecta el daño con bastante precisión.

Ingeniero Civil / Un problema que afecta al mejoramiento de la productividad en la construcción con hormigón armado convencional es la necesidad de contar con mano de obra especializada para la colocación de la armadura (enfierradores). Por este motivo el uso de fibras como reemplazo de armadura convencional se presenta como una muy buena alternativa en viviendas de baja altura. La construcción basada en muros de hormigón armado es actualmente una de las más usadas en viviendas. Estas estructuras se caracterizan por tener demandas relativamente bajas en cuanto a esfuerzos y desplazamientos, por lo que el refuerzo de los muros y losas queda controlado por las cuantías mínimas. Dadas las bajas solicitaciones a las que son sometidas estas estructuras, el material presenta una sobre resistencia. El objetivo de este trabajo es entregar recomendaciones para el reemplazo de refuerzo convencional (mallas y/o barras) por fibras de acero, vidrio o polipropileno en viviendas de hormigón armado. Este reemplazo se considera tanto para muros como para losas. Para ello, se realiza una revisión de la literatura (normativas, códigos de diseño e investigaciones del hormigón reforzado con fibras) para establecer las capacidades teóricas al corte y flexión del hormigón con fibras. Posteriormente, se realiza el diseño de los elementos de una vivienda prototipo y se dan recomendaciones constructivas para la solución de hormigón reforzado con fibras. Finalmente se realiza una comparación técnico-económica entre la vivienda reforzada con fibras y una vivienda con refuerzo convencional para concluir analizando los beneficios de esta solución.

Memoria para optar al título de Diseñadora Industrial

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico / La producción, uso de solventes orgánicos y la contaminación asociado a estos han ido creciendo durante los últimos años debido al crecimiento de las industrias que hacen uso de estas sustancias. Los solventes orgánicos son responsables de una gran cantidad de efectos adversos para la salud de las personas, por lo que es necesario controlar la contaminación proveniente del uso de estas sustancias. Por este motivo, se emplea el uso de sensores capaces de captar solventes orgánicos y entregar información. Entre los materiales que se utilizan para este fin, están los compósitos poliméricos conductores (CPC), que varían su resistencia eléctrica ante la presencia de solventes orgánicos. En este trabajo, se compara el efecto de la cristalinidad entre matrices de PEBDL y ENGAGE®, se confeccionan CPC en base a ENGAGE® y nanotubos de carbono con distintos contenidos de relleno y se preparan nanocompósitos poliméricos de ENGAGE® con TrGO y MWCNT con el objetivo de estudiar el efecto del grado de cristalinidad, el tipo de nanoestructuras de carbono y la concentración de estos sobre los mecanismos de difusión de solventes orgánicos en nanocompósitos poliméricos que puedan ser utilizados potencialmente como sensores resistivos. En cuanto al efecto de la cristalinidad en la difusión de solventes comparando el ENGAGE® con polietileno de baja densidad lineal (PEBDL), se observa que, a mayor porcentaje de cristalinidad, menos es la difusión de un solvente en la matriz polimérica. Respecto al alcance que tiene el contenido de nanotubos de carbono en la difusión de solventes, se logra apreciar que la concentración de nanotubos afecta la difusión de un solvente en un nanocompósito y que la presencia de nanotubos de carbono repercute en la sensibilidad de un polímero ante la presencia de un solvente orgánico determinado. Al analizar cómo afecta el tipo de relleno utilizado en un nanocompósito en la difusión de solventes orgánicos, se observa que la afinidad entre el relleno y el solvente tiene efectos en el comportamiento difusivo del solvente. A menor afinidad relleno/solvente, mayor será la difusión. Estudiando la respuesta eléctrica de un CPC ante la presencia de solventes orgánicos, se observa que, a menor contenido de relleno, mayor es la sensibilidad del nanocompósito ante la presencia de solventes orgánicos. Por último, se confecciona un modelo matemático que busca replicar el comportamiento experimental respecto a la variación de la resistencia eléctrica del nanocompósito expuesto a solventes orgánicos. Se obtuvo que, entre más próximo se esté del umbral de percolación, el modelo más se ajustaba a los datos experimentales. Como conclusiones generales, es posible comprender los fenómenos que afectan las propiedades eléctricas de un CPC al ser expuesto a un solvente orgánico a través del estudio del comportamiento difusivo de este último, ya sea a través del coeficiente de difusión como a través de los parámetros cinéticos que caracterizan el movimiento de un solvente a través de un nanocompósito. Por último, los nanocompósitos de ENGAGE®/MWCNT presentan las características necesarias para poder ser utilizado como sensor de solventes orgánicos.