Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / Los aneurismas cerebrales son patologías que consisten en dilataciones localizadas de las arterias cerebrales. En algunos casos son asintomáticos, y en otros, sufren ruptura ocasionando hemorragia subaracnoidea pudiendo provocar la muerte. Los avances tecnológicos han permitido su detección temprana. No obstante, dada la poca comprensión existente respecto a la posibilidad de ruptura, el tratamiento preferido sigue siendo la cirugía, la cual es de gran riesgo para el paciente. Por lo tanto, un mejor entendimiento de los aneurismas cerebrales permitiría tratar sólo aquellos que realmente comprometen la salud de la persona. En la última década se han identificado la morfología y la hemodinámica como factores relevantes en el desarrollo y ruptura de los aneurismas cerebrales. Este trabajo profundiza en la materia por medio de la caracterización morfológica y hemodinámica de 71 aneurismas cerebrales de pacientes específicos. Los análisis son llevados a cabo haciendo uso de imágenes médicas y fluidodinámica computacional. El objetivo es determinar un modelo estadístico que permita evaluar el riesgo de ruptura de un aneurisma cerebral. En la primera parte se estudia el efecto de la reología de la sangre en los esfuerzos de corte en el aneurisma. Los resultados revelan que el modelo newtoniano y el modelo de Casson entregan valores similares. Sin embargo, en las zonas de baja circulación de la sangre, los valores difieren, provocando que la reología newtoniana subestime los esfuerzos de corte. Por lo tanto, se recomienda emplear el modelo de Casson en las caracterizaciones hemodinámicas. Durante la segunda parte se calculan un total de 9 parámetros morfológicos y 6 parámetros hemodinámicos sobre 71 aneurismas cerebrales (36 no rotos, 35 rotos). A través de estadística inferencial y las curvas características del receptor se determinan la razón de tamaño, el esfuerzo de corte de pared diastólico, el esfuerzo de corte de pared sistólico y el tiempo de residencia relativo como los parámetros que mejor discriminan el riesgo de ruptura. De manera interesante, la regresión logística multivariada revela que la combinación de la razón de tamaño y el esfuerzo de corte de pared diastólico son un mejor predictor de la probabilidad de ruptura. De aquí se concluye que un enfoque morfológico-hemodinámico es crucial para mejorar el diagnóstico y tratamiento de los aneurismas cerebrales. / CONICYT Beca de Doctorado Nacional N° 21151448

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Astronomía / En la presente tesis estudio cómo el proceso de fragmentación afecta la formación de las semillas de agujeros negros supermasivos primordiales utilizando simulaciones cosmológicas hidrodinámicas. Éstos se caracterizan por habitar los centros de los cuásares más brillantes observados en épocas muy tempranas del Universo. Debido a las limitaciones observacionales y a la complejidad de las ecuaciones que gobiernan los fenómenos, las simulaciones computacionales resultan ser la mejor forma de entender como estas estructuras se formaron. En este trabajo se realizaron cincuenta simulaciones de baja resolución compuestas sólo de materia oscura con el fin de identificar los halos más prometedores para la formación de semillas masivas. Tres halos fueron elegidos con el fin de ser re-simulados con mayor resolución. El criterio de selección se basó en la rotación del halo y en la historia de fusión con otro halos. Lo anterior se realizó requiriendo que todos tuvieran una masa > 5 × 10⁷ Msun. Una vez escogidos los halos, se procedió a re-simularlos incluyéndose la física del gas, mayor resolución, y un fondo uniforme de radiación UV. Además se agregó un algoritmo para formar partículas sumidero, las cuales representan las estructuras no resueltas por el código. Los tres halos escogidos se re-simularon imponiendo dos condiciones de fondo UV: una de intensidad baja, J21 = 10, y otra de intensidad alta, J21 = 10000. Se observó que dos de las simulaciones bajo la influencia de un fondo de radiación UV de gran intensidad replicaron muy bien el modelo de colapso directo, en el cual el gas del halo colapsa directamente en un objeto muy masivo (> 10⁵ Msun). Estas simulaciones formaron una única partícula sumidero, la que alcanzó masas mayores a 10⁵ Msun hacia el final de la simulación. En ambos casos la tasa de acreción se mantuvo mayor a 0.1 Msun/yr durante todo el tiempo que se mantuvo corriendo la simulación y no se observó fragmentación en estos casos. Por el contrario, en la re-simulación de un halo formado como resultado de una gran cantidad de fusiones, una estructura espiral se formó en los 5 pársec centrales. Dicha estructura se fragmentó formando varias partículas sumidero. La primera que se formó alcanzó una masa cercana a los 10⁵ Msun, mientras que las demás alcanzaron masas intermedias entre 10³ Msun y 5 ×10⁴ Msun. Las simulaciones con un fondo de radiación UV de baja intensidad revelaron en todos los casos fragmentación y formación de varias partículas sumidero. En estos casos las partículas más masivas alcanzaron masas del orden de 10⁴ Msun, la cual es menor que en el caso anterior, pero sigue siendo relevante para la formación de semillas masivas. Como se formaron varias partículas sumidero en todos estos casos, éstas están más propensas a interactuar entre ellas, pudiendo fusionarse intensificando su tasa de acreción, lo cual efectivamente se observó. Finalmente se concluye que la fragmentación no es un impedimento para la formación de semillas masivas, y que la dinámica de los sistemas es relevante para la formación y evolución de las mismas. / FONDECYT regular 1181663 y Centro de Excelencia en Astrofísica y tecnologías afines(PFB-06) que incluye el uso del Cluster Geryon en el centro de Astro-Ingeniería UC. Powered@NLHP: Esta investigación fue parcialmente apoyada por la infraestructura de supercómputo del NLHPC (ECM-02)

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / Las necesidades de energía eléctrica en áreas aisladas han requerido diversos mecanismos de solución, entre ellos el uso de generadores eléctricos en base a biodiesel. La gran cantidad de parámetros o elementos interrelacionados dificulta la toma de decisiones o proyecciones a futuro, y por lo tanto, la posibilidad de replicar iniciativas similares con una confiabilidad viable. Por ello, se desarrolló un modelo computacional de simulación dinámica que permite interpretar la realidad en la producción de una planta de biodiesel, además de optimizar la producción de energía eléctrica e incluso la replicabilidad de proyectos similares frente a realidades distintas. Los antecedentes de origen para la generación del modelo fueron obtenidos por el Proyecto FONDEF D10ER2002 ejecutado por la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile en la provincia de Cauquenes, región del Maule. Allí se utilizaron aceites reciclados provenientes de las principales ciudades de la provincia para satisfacer las necesidades energéticas de dos pequeñas comunidades rurales, promoviendo el reciclaje y el cuidado ambiental. Durante enero y abril de 2013 se obtuvieron los antecedentes del aceite recolectado y el biodiesel generado para desarrollar un modelo de simulación dinámica en base al mecanismo desarrollado previamente, que presenta una serie de pasos previos establecidos y validados para la generación de este tipo de modelos.

Ingeniero Civil Mecánico / En esta memoria se estudia el comportamiento fluido-dinámico del relave de cobre en diferentes geometrías de feedwells de espesadores de relave. Una de las principales razones por la cual se realiza este estudio, corresponde a la necesidad del país de recuperar el recurso hidráulico en uno de los tratamientos más utilizados como lo es el espesamiento. El principal objetivo de esta memoria consiste en encontrar la geometría del feedwell que cumple de mejor manera con los criterios de diseños buscados en estos alimentadores, siendo el criterio más buscado la distribución homogénea a la salida del feedwell. Para cumplir con este objetivo, se realiza una recopilación de antecedentes tanto del comportamiento del relave como de estudios realizados a diferentes geometrías del feedwell. Luego se generan las 8 geometrías estudiadas mediante software CAD Autodesk Inventor 2017, para luego importar cada geometría en ANSYS Fluent v17.1 y generar el mallado y condiciones de bordes adecuadas para cada geometría. Posteriormente se realizan las simulaciones en estado estacionario mediante el modelo de turbulencia k-ε estándar y así obtener los resultados para cada simulación. Por último, mediante el software MATLAB R2015a se realiza un análisis numérico de los datos obtenidos mediante la simulación, con el fin de comparar las distintas geometrías en base a los criterios de diseño. Dentro de los resultados más importantes que se logra es generar una metodología en base a un análisis numérico para poder comparar las distintas geometrías estudiadas, el cual nos dice que las mejoras en las geometrías de los feedwells, como lo es añadir una alimentación tangencial, un baffle o un cono de distribución, permiten una distribución más homogénea a la salida del feedwell, siendo estas mejoras compatibles y generando como resultado que el feedwell cerrado con baffle y alimentación tangencial, cumple de mejor manera con los criterios de diseño.

Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión de Operaciones / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Industrial / El fútbol es uno de los deportes más populares a nivel mundial, y dada esta popularidad, no es sorpresa el hecho de que existan intereses sociales y económicos en torno a este deporte. Dentro de las principales actividades asociadas al desarrollo de competencias de fútbol, se encuentra la calendarización de los partidos, la cual se realiza antes del inicio de un campeonato. Es posible que exista más de un calendario o fixture factible, y en ese caso se debe elegir uno de ellos. Sin embargo, los equipos participantes podrían no ser indiferentes ante distintas opciones de calendarios, ya que podrían considerar que se les está perjudicando o beneficiando de alguna forma. Es por eso que en este trabajo se estudia si existe un efecto de la calendarización en el desarrollo de un torneo de fútbol. En primer lugar, se estudia si los fixtures tienen efecto en la posición de un equipo al final torneo, mediante la definición de distintos indicadores que cuantifican la dificultad con que se inicia un campeonato. Adicionalmente, se estudia si hay un efecto de la dificultad de inicio en la variación de los niveles de asistencia de público. Por otro lado, se proponen modelos de simulación de campeonatos de fútbol, y se utilizan para comparar distintos fixtures factibles en términos de las probabilidades simuladas de salir campeón, clasificar a torneos internacionales y descender de cada equipo participante. Tanto para el estudio de efectos como para las simulaciones, se utilizaron datos de la Premier League entre los años 1993 y 2018. Dentro de los resultados obtenidos del estudio del efecto de inicio de campeonatos, destaca la existencia de un efecto asociado al nivel de dificultad al inicio de un torneo, donde la definición de dificultad está dada según la tabla de posiciones del torneo anterior. En particular, se encuentra que a mayor cantidad de partidos fáciles al inicio de un torneo, los equipos podrían terminar, en promedio, hasta 3 posiciones más arriba en la tabla de posiciones. Con respecto a la comparación de fixtures en términos de probabilidades de fin de torneo, se muestra que existen diferencias entre distintos fixtures para dichas probabilidades. Finalmente, se propone un criterio de evaluación de fixtures que toma en consideración los resultados de simulaciones de torneos según los modelos propuestos.

Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / En función de los dos principales riesgos incidentes en el término en plazo del Proyecto NNM - Andes Norte y a su programa objetivo existen dos rutas críticas, variabilidad fecha inicio producción y variabilidad puesta en marcha del sistema de manejo de minerales. Asociadas a estas dos rutas se identifican dos frentes críticas, Xc 3AS y Rampa Acceso Chancador Inferior. El objetivo de este trabajo es cuantificar el riesgo por retraso de dichas frentes críticas, determinando su impacto económico y permitiendo una mejor gestión en las medidas de control. Se realizó un levantamiento y análisis de datos para cada actividad del ciclo minero, desarrollando un modelo de simulación monofrente y validándose mediante su aplicación sobre las dos frentes críticas, generando un error menor al 3%. Se evaluó el impacto en los plazos de término, mediante el modelo evaluación de riesgo generado (VaR), obteniendo distribuciones de VAN del Proyecto para el desfase de sus dos frentes críticas. Para el caso del Xc 3AS, el VAN más probable es $MUS 194.415 y el valor más seguro es $MUS 109.284, mientras la probabilidad que el VAN sea el del caso base es un 32,4%. El VaR, en función al caso determinístico, es $MUS 104.760. Finalmente el valor seguro es un 51% del VAN definido en el caso base, mientras la pérdida esperada es $MUSD 19.595. Dada la holgura de 12,6 meses del plan objetivo con respecto a las fechas API, se tiene una probabilidad de 98,2% de cumplir con la ejecución de los trabajos. En el caso de la Rampa Acceso Chancador Inferior, el VAN más probable es $MUS 89.721 y el valor más seguro es -$MUS 61.430. El VaR es $MUS 275.474, lo que es mayor al VAN determinístico estimado, por lo cual sería muy riesgoso seguir con el proyecto en estas condiciones, considerando que la probabilidad que el VAN sea el del caso base es un 0,6%. Confirmando los resultados generados por el modelo, actualmente el Proyecto desarrolla una alternativa llamada Rampa Directa , de 200 metros menos ejecutables que la rampa original. Con esta opción y dada la holgura de 8,4 meses del plan objetivo con respecto a las fechas API, la probabilidad de terminar a tiempo la puesta en marcha del sistema de manejo de minerales es un 80,6%. El modelo generado puede ser de utilidad para la actualización, validación y toma de decisión con relación a los riesgos del Proyecto. Siendo posible su utilización indistintamente en otros procesos, como actividades de montaje. Además de cuantificar beneficios de posibles mejoras en el ciclo y traducirlos a mejoras en el VAN del Proyecto, mediante la simulación de casos.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En el contexto de que el mundo esta optando por desechar la producción de energía mediante combustibles fósiles, irrumpen las energías renovables no convencionales dentro de las cuales la solar fotovoltaica y la eólica han tenido el mayor crecimiento en los últimos años. Estas energías se caracterizan por ser aprovechadas en grandes espacios abiertos los cuales son cada vez más escasos y por lo que en los últimos años los estudios van de la mano de la implementación de estas tecnologías en espacios urbanos, de lo que nace la necesidad de evaluar su desempeño bajo estas condiciones ambientales. El presente trabajo se enfoca en el estudio de un panel fotovoltaico y una turbina eólica de eje vertical tipo Savonius en el mismo espacio urbano como podría ser el techo de un edificio donde se reúnen condiciones para un buen desempeño de estas tecnologías. El principal punto a observar es la interacción entre la estela producida por el funcionamiento de la turbina, la cual acelera el viento incidente en dos zonas de vórtices de alta velocidad, y la instalación de un panel fotovoltaico en estas zonas, ya que el aumento de la velocidad del viento produce un medio de refrigeración natural para el panel fotovoltaico. Se realizan simulaciones CFD en Ansys Fluent en 2 dimensiones para obtener el perfil de velocidades promedio en las zonas de vórtices de alta velocidad producidos aguas abajo de la turbina para 5 velocidades distintas en la zona urbana y 4 posiciones distintas en la estela. Posteriormente estos perfiles son usados como condiciones de borde para un modelo en 3 dimensiones del panel fotovoltaico, de manera de comparar la temperatura promedio de celda del panel por si solo con la de un panel aguas abajo de la turbina eólica. El panel fotovoltaico es simulado mediante la implementación de una fuente de calor en el volumen de la celda, la cual es calculada mediante el balance de la energía utilizada y no utilizada al producir energía según condiciones medioambientales del lugar. Los resultados muestran que la temperatura del panel disminuye al aumentar la velocidad del viento y que al ser puesto en las zonas aprovechables aguas abajo de la turbina eólica de eje vertical la disminución de la temperatura es mayor con respecto a la del panel instalado sin turbina. Este resultado se traduce en un aumento de la eficiencia del panel fotovoltaico al ser implementado en las zonas de mayor velocidad aguas abajo de la turbina, lo que genera un aumento de la potencia generada por el panel que va desde un 0,58% hasta un 2,95% dependiendo de la velocidad del viento. El trabajo demuestra como la implementación de un sistema con las dos tecnologías estudiadas puede mejorar el desempeño del panel fotovoltaico. La factibilidad queda sujeta a un análisis del objetivo de implementación de las tecnologías, como a un análisis económico respecto a la potencia generada por el espacio usado.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Los dispositivos de almacenamiento de energía en particular las baterías de ion-litio han sido ampliamente utilizados en aplicaciones como: electrónica de consumo, vehículos eléctricos y sistemas de potencia con el fin de proveer confiabilidad, seguridad, rentabilidad y eficiencia; por esta razón es necesario analizar distintas configuraciones de packs modulares de baterías de acuerdo a los requerimientos de cada aplicación. En este sentido el objetivo del presente trabajo es desarrollar e implementar una estrategia de control capaz de manejar inteligentemente la energía de un pack modular de baterías de ion-litio minimizando su degradación con respecto a una métrica de desempeño dentro de la operación de una nano-red. La gestión de la energía de la nano-red se hace a través de un despacho económico con alto nivel de penetración de energía renovable que considera el rango de oscilación del estado de carga del pack modular de baterías en el contexto de su degradación; con el fin de definir una combinación óptima de las unidades de generación al mínimo costo de operación y alimentando la demanda eléctrica. Las simulaciones del caso de estudio se llevan a cabo a través de una plataforma económica-degradación que contempla el almacenamiento real de cada batería del pack a través de la actualización de su energía máxima durante todo el horizonte de evaluación. La métrica de desempeño denominado Caso Base utiliza una batería de 100Ah para alimentar la demanda eléctrica de la nano-red por una autonomía energética de 8 horas como máximo, la cual es comparada versus todos los casos de estudio propuestos: Caso Sobredimensionado utiliza una batería de 150Ah, pack modular de 2 baterías analizado en dos casos de estudio: Caso A de (80-40Ah) y Caso B de (100-50Ah), pack modular de 3 baterías de (80-40-20Ah) bajo dos políticas operacionales de restricción del estado de carga diferentes (PO1 y PO2). En todos los casos de estudio la política operacional permite entregar la misma energía que la métrica de desempeño así como también el costo de inversión de todas las configuraciones es comparable. Finalmente los resultados muestran que todos los casos propuestos suministran la demanda eléctrica de la nano-red durante todo el horizonte de evaluación; destacando que todas las configuraciones logran una duración extra respecto a la métrica de desempeño. Por ejemplo el pack modular de 3 baterías PO1 presenta una duración extra en las tres baterías de 22, 16 y 30 meses respectivamente teniendo una inversión superior en 620 USD respecto al Caso Base. En consecuencia se puede concluir que la decisión final de selección del diseño modular obedece al criterio del ejecutor del proyecto y a la necesidad del sistema, de tal forma que si la inversión del pack modular es superior en el corto plazo la degradación de las baterías será menor en el largo plazo lo que permite generar mayor rentabilidad.

Ingeniero Civil de Minas / En el presente trabajo, se desarrolló una herramienta de simulación en estado estacionario diseñada para la mediana minería metálica en Chile exceptuando al hierro. Los circuitos de procesamiento más típicos encontrados en este segmento de la industria en Chile se encuentran precargados, tanto en la configuración de los flujos como en los parámetros típicos de los modelos que representan sus operaciones unitarias. Además, si el usuario lo desea, los puede ajustar a su caso de estudio en particular. Esta herramienta está desarrollada en el entorno de Google Sheets y se puede acceder, de manera gratuita, a través de una carpeta compartida cuyo link de descarga se entrega en este documento. Adicionalmente, en esta carpeta se encuentra un manual del usuario que incluye recomendaciones en su modo de uso. Para probar la robustez de esta herramienta, se realizaron análisis de escenarios a partir de un caso base. En estos escenarios se muestra el uso de la herramienta; indicando sus características, funcionalidades y formas de reportes. Se obtuvieron satisfactoriamente relaciones de causa efecto entre variables y parámetros que contribuyen al entendimiento del comportamiento de los circuitos de procesamiento de minerales.

Ingeniero Civil / Durante los últimos años en el mundo se ha observado un aumento de la frecuencia de inundaciones, las que pueden ser muy destructivas, siendo necesario proveer de sistemas de alerta que permitan estar preparados ante estos eventos extremos. Los sistemas de alerta de crecidas han demostrado ser rentables ya que sus costos son bajos en comparación a los impactos que éstas generan. Actualmente en Chile existe un sistema de monitoreo realizado por la Dirección General de Aguas (DGA), en el que si un caudal umbral se sobrepasa se declara una alerta. Además, existen relaciones de pronóstico de caudales en algunas estaciones mediante el uso de modelos autorregresivos con variable exógena (ARX), generados en el año 1987 por BF Ingenieros. Sin embargo, muchas de estas relaciones no se encuentran operativas, por diversas razones. Este trabajo propone actualizar el sistema de alerta de crecidas utilizando modelos de redes neuronales, que han demostrado obtener mejores resultados en la predicción de caudales en tiempo real que los modelos utilizados en el Sistema Nacional de Alerta de Crecidas (SNAC), para lo cual se utilizan las cuencas piloto Curanilahue en Curanilahue y Cautín en Cajón. Además, para cuencas pequeñas de rápida respuesta hidrológica se propone aplicar el Sistema Guía para Crecidas Repentinas (SGCR) junto con la aplicación del hidrograma unitario con pulsos horarios de precipitación, para lo cual se utiliza la cuenca piloto Curanilahue en Curanilahue. La aplicación de la metodología permitió encontrar redes neuronales óptimas para cada cuenca, una para la cuenca del río Curanilahue con predicciones aceptables hasta las 3 horas de antelación, con eficiencias NSE y R2 superiores a 0,81 y otra para la cuenca del río Cautín en Cajón con predicciones aceptables hasta las 12 horas de antelación, con eficiencias NSE y R2 superiores a 0,95. Además, para la cuenca del río Curanilahue en Curanilahue los resultados del SGCR son aceptables cuando se utiliza un pronóstico perfecto de precipitación (con porcentajes de acierto entre 67 y 100% dependiendo del tipo de alerta y sin falsas alarmas), sin embargo, es altamente dependiente de que estos pronósticos sean precisos. Algo parecido ocurre con la metodología del hidrograma unitario, la cual es más conservadora (con porcentajes de acierto similares y porcentajes de falsa alarma entre 0 y 50% dependiendo del tipo de alerta). Se concluye que los modelos de redes neuronales presentan mejores resultados en comparación a la situación actual, por lo que se podrían utilizar como sistemas de alerta con mayores tiempos de antelación. Para crecidas repentinas es útil la implementación de metodologías como el SGCR y el hidrograma unitario, cuando se tengan pronósticos precisos de precipitación.