Ingeniero Civil Mecánico / El propósito de este trabajo es realizar, a través de la creación de un código de Matlab, un modelo general que permita medir la marcha de una persona utilizando acelerómetros y que encuentre ecuaciones que describan -en función del tiempo- la posición y aceleración medidas. Con esto, se espera en el futuro poder construir prótesis transfemorales que permitan a una persona que haya sufrido una amputación de este nivel, una buena rehabilitación, para que pueda así llevar una vida más independiente. La investigación comienza entonces con la calibración de los sensores a utilizar, de manera que los datos referenciales entregados por ellos pasen a ser datos reales -de posición angular y aceleración- e interpretables. Una vez calibrados, es posible comenzar con las mediciones de marcha de una persona, las cuales tienen una duración de alrededor de 9 segundos, midiendo cada 0.01 segundos, presentando un total de cerca de 900 datos por marcha medida. Luego de obtener satisfactoriamente los datos de posición angular y aceleración, en el plano sagital o perfil, tanto para la zona tibial como para la zona femoral, se procede a realizar el modelo matemático. En una primera instancia, se intentó utilizar un programa llamado Eureqa, el cual realiza las aproximaciones por sí mismo, y entrega ecuaciones que representan la curva encontrada. Sin embargo, no se logró hacerlo converger a soluciones como las que se buscaban. En vista de esto, se optó seguir con el desarrollo del código en Matlab. El modelo, entonces, consiste en la realización de un ajuste de bases linealmente independientes fundado en la utilización de series de Fourier, las cuales corresponden a una suma de senos y cosenos que van variando su frecuencia característica. Cada suma de seno y coseno con igual frecuencia es conocida como armónicos. La cantidad de armónicos que se desee que tenga la aproximación permiten afinar o no la aproximación realizada. El modelo termina realizando una homologación entre los distintos términos presentes en los armónicos encontrados, y entrega la solución característica de una ecuación diferencial de segundo orden. Ya con los términos calculados, es posible obtener las ecuaciones diferenciales ordinarias que representan a cada uno de estos armónicos. La suma de las soluciones de estas ecuaciones corresponde, entonces, a la posición angular en función del tiempo del segmento que se esté estudiando. Mientras que la suma de la segunda derivada de cada una de estas soluciones representaría la aceleración medida en función del tiempo, logrando así los objetivos buscados. El trabajo concluye con la presentación de los resultados obtenidos, junto con las ecuaciones encontradas, para mediciones realizadas en una persona de sexo masculino, de 86 kilogramos y 1.8 metros de altura. Con estos resultados es posible comenzar con la etapa de diseño de la prótesis, la cual permitirá dar un paso importante en la fabricación de prótesis en Chile.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo de título consiste en el diseño y construcción de una pierna exoesquelética para la asistencia de la marcha. La motivación del trabajo de título es el desarrollo de una pierna exoesquelética a un bajo costo, que pueda ser extendido y mejorado en un futuro, por ejemplo, con fines médicos. Además el desarrollo de un proyecto multidisciplinario que incluye diferentes áreas de ingeniería y ciencias. El trabajo de título se inició con en el estudio de exoesqueletos actuales y el estudio biomecánico de la marcha humana. Se realizaron diversos códigos en Matlab para el análisis cinemático y dinámico de un modelo simplificado de la pierna humana, donde se obtuvo los valores de los ángulos de la articulación de la cadera y rodilla, también se obtuvo las fuerzas y torques necesarios para el movimiento, en base a esto se seleccionaron los actuadores, los cuales son actuadores lineales eléctricos. Posteriormente se realizó el diseño CAD de los componentes del exoesqueleto. Los componentes fueron validados mediante una simulación de elementos finitos con el software Solidworks. Posteriormente se realizaron los planos y la compra de materiales con recursos obtenidos por el departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile. La manufactura de la pierna exoesqulética se realizó en el taller mecánico del Departamento de Ingeniería Mecánica. Posteriormente se realizó el desarrollo de la electrónica y la implementación del sistema de control del exoesqueleto, utilizando como microcontrolador una placa Arduino. Se realizaron dos códigos en Arduino, uno correspondiente al a cinemática directa, donde el operador del exoesqueleto selecciona los ángulos objetivos de la articulación de la cadera y rodilla y el exoesqueleto mueve la pierna a esa configuración, y un segundo código correspondiente al ciclo de la marcha, donde el operador puede seleccionar el movimiento correspondiente a una marcha de 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 km/h. Posteriormente se realizaron las pruebas pertinentes al exoesqueleto. Se obtuvo los valores de los ángulos de las articulaciones de la cadera y rodilla en una marcha humana normal a bajas velocidades, los valores de la dinámica inversa del movimiento, el modelo CAD de la pierna exoesquelética, los planos de los componentes, el diseño del sistema electrónico y dos programas en Arduino que realizan el movimiento de la pierna. El exoesqueleto tuvo un costo aproximado de $340.000 y se desarrolló con la finalidad de ser replicable, ya que todos los programas utilizados son gratuitos o tienen su versión gratuita. Se concluye que es factible realizar exoesqueletos de rehabilitación y asistencia en Chile. Al ser un proyecto multidisciplinario se propone que se incluyan otros profesionales como ingenieros eléctricos y diseñadores industriales para la continuación del proyecto.

Ingeniero Civil Mecánico / En gestión de activos físicos, el cálculo actual de la confiabilidad de un equipo es realizado sobre una muestra de datos no homogénea, lo que significa que existen una o más características que no son la misma para todos los componentes de la población. Debido a ello el análisis de confiabilidad resulta ser poco preciso, obteniéndose de esta manera, resultados que son poco representativos de la realidad operacional de los equipos. Es por ello que, mediante técnicas de aprendizaje no supervisado, en particular clustering, se pretenden identificar las sub poblaciones existentes en la muestra que tienen como principal característica ser un conjunto homogéneo de datos y a partir de éstas calcular la confiabilidad para la flota. La metodología a seguir consta de tres etapas principales, la primera consiste en el análisis del conjunto de datos, en donde se desarrollarán los algoritmos Principle Component Analysis y Spectral feature selection mediante el software MATLAB. La segunda etapa consiste en identificar los clusters dentro del conjunto de datos mediante el desarrollo de los algoritmos k-means y DBSCAN. Por último se analizará y calculará la confiabilidad para cada cluster (sub-población homogénea) y para la flota en base a los modelos encontrados para los clusters (población no homogénea). En cuanto a los resultados obtenidos, se tiene que se redujeron las dimensiones de los datos de 5 a 3 covariables por medio de los algoritmos PCA y SPEC. Luego a través de k-means y DBSCAN se identificaron los clusters del conjunto reducido de datos. El análisis de confiabilidad realizado a cada cluster muestra métricas de confiabilidad muy distintas entre ellos, con hasta una diferencia de aproximadamente el 87 %. La automatización en la lectura y procesamiento de datos mediante las técnicas de aprendizaje no supervisado, en concreto clustering, son una gran herramienta para identificar, etiquetar y clasificar las características que representan a cada conjunto de datos, permitiendo desarrollar un análisis de confiabilidad más representativo de la realidad operacional de los equipos. A través de los clusters es posible llevar a cabo un estudio enfocado a los equipos que comparten las mismas condiciones de operaciones dentro de una misma flota. Lo que nos permite tener un mejor pronóstico de los tiempos de falla de los equipos y una mejor administración de los recursos destinados a la mantención.

Ingeniera Civil Mecánica / El presente trabajo de título corresponde al análisis de la influencia de los términos de transporte de calor y momentum turbulentos, de las ecuaciones de Navier Stokes y del calor, en el confinamiento de una fuente de calor, que pudieran originar fugas de calor y gases en el uso de cortinas de aire con configuración Doble Jet Doble Flujo (DJ DF) como método de confinamiento al interior de túneles viales. Se estudiaron dos casos, considerando una cortina de aire DJ DF cuyo jet caliente está siempre en contacto con la zona confinada. Uno de ellos consiste en el uso del jet caliente con la mayor velocidad inicial de la configuración, y otro en que el jet frío posee la máxima velocidad inicial. Se realizó un estudio del campo, perfil y evolución en las zonas de capas de mezcla y línea central de la cortina, de los siguientes términos: esfuerzo de Reynolds, transportes axial y transversal de calor turbulentos, y sus derivadas parciales, las cuales evidencian su contribución en el incremento de flujo de momentum medio y de calor del flujo medio debido a fluctuaciones turbulentas. Dichos términos turbulentos fueron calculados con el método de diferencias finitas de orden O(h^4), utilizando datos numéricos extraídos de una simulación previa, que utilizó el modelo LES en ANSYS Fluent. Los esquemas forward , backward y central fueron aplicados en puntos extremos y central del dominio, respectivamente. Los resultados evidenciaron la existencia de un traspaso transversal de momentum y calor en niveles de la cortina de aire ubicados entre x/H=0.4 y 0.7, para ambos casos estudiados, siendo mayor en el del jet caliente más veloz. Esto, debido a peaks negativos en gráficos de evolución del transporte transversal de calor en capas de mezcla, que justificarían el intercambio de momentum y calor debido a fluctuaciones de las partículas fluidas. El rango de niveles mencionado coincide con la zona en donde ambos jets de la cortina se unifican para formar uno nuevo, con distintas características a los dos iniciales. La interacción entre ambos jets con distintas características termodinámicas disminuye la capacidad de confinamiento de la configuración propuesta. El análisis de transporte axial de calor muestra una inversión en el flujo de calor axial a partir de x/H=0.6 para el caso 1. Se concluye que la configuración que utiliza el jet frío de mayor velocidad inicial funciona un 60% mejor como barrera confinatoria respecto al caso del jet caliente más veloz. Se sugiere estudiar la influencia de los términos turbulentos en cortinas de aire inclinadas y analizar el paso de las partículas fluidas de manera de concluir sobre la naturaleza de los procesos de transporte de momentum responsables del esfuerzo de Reynolds.

Ingeniero Civil Mecánico / Frederik Læssøe Smidth (FLS) es un grupo multinacional dedicado a la fabricación de equipamiento para plantas cementeras y mineras. Fabrica una amplia gama de celdas de flotación, siendo las de tipo Wemco las más importantes. FLS realiza inspecciones y ensayos a los distintos procesos de manufactura de cada parte de sus equipos. La cantidad y frecuencia de éstos se estima en base a la experiencia adquirida durante los años de operación. No existe un método definido para determinarlas. El tema surge a partir de la necesidad de la empresa de tener un sistema más robusto y confiable para poder determinar las distintas actividades de inspección y ensayo, además de su frecuencia, que se realizan a los componentes de sus equipos en la etapa de fabricación, de manera de optimizar la utilización de recursos, pero siempre asegurando la calidad del producto entregado al cliente. El objetivo principal es diseñar un modelo de análisis integral de riesgos, aplicado a nivel micro, que permita asegurar y controlar la calidad en componentes estructurales y mecánicos de celdas de flotación del tipo Wemco. Los puntos principales del trabajo son: recopilación de antecedentes (componentes de las celdas, identificación de los componentes fabricados en Chile, sus métodos y lugar de fabricación, planos de cada componente y normas asociadas a su fabricación), salidas a terreno, diseño de prototipo del modelo de riesgos, su validación y construcción de una interfaz de uso. Luego de realizado el levantamiento de información y de su posterior análisis se llega a la conclusión de que el grado de implementación de la norma, tanto en la empresa, como en las maestranzas, están en un período de adolescencia , ya que se observan las mismas deficiencias en general. La mayor de ellas es la que se refiere a que la implementación del sistema queda algo estancando en las esferas superiores de las empresas, no logrando llegar en plenitud a los trabajadores, que son los que finalmente la llevan adelante. Específicamente los puntos relaciones con el control de documentos (planos de fabricación) y registro de no conformidades son los que tienen un peor manejo dentro de la empresa actualmente. Con el modelo ya construido, la empresa será capaz de explicarse el porqué de una inspección y su frecuencia, cosa que antes no ocurría, ya que sólo se realizaban inspecciones según el criterio de algún experto, criterio que puede variar de una persona a otra. Con este modelo se busca unificar criterios, de manera que independiente de quien maneje la matriz y PIE, se pueda llegar a resultados similares.

El objetivo de la presente investigación fue el diseño de una grúa móvil con características que ayuden a mejorar la atención y traslado de los pacientes con discapacidad motriz del Área de Traumatología del Hospital Nacional Almanzor Aguinaga Asenjo. Esto es debido a que el personal encargado de cuidar a estos pacientes, deben realizar maniobras que conllevan esfuerzos, es por ello que se buscó ayudar a este personal a disminuir ese tipo de esfuerzos y además de disminuir los tiempos de traslado y riesgos en los pacientes. En un inicio, se recopila información para su posterior análisis sobre cómo se traslada a estos pacientes. Para luego, identificar las características principales que se han considerado para un correcto diseño de la grúa móvil. Seguidamente, se realizó el diseño y selección de los componentes del sistema estructural y de control. Y, por último, se simuló la grúa móvil en software especializado para verificar que cumple con lo propuesto en el desarrollo del proyecto. Para poder llevar a cabo el diseño de los elementos y su selección, se hizo uso del método deductivo, donde se utilizó las leyes de la física, estática, dinámica, resistencia de materiales y análisis estructural. Los resultados obtenidos de la investigación serán entregados al Hospital Nacional Almanzor Aguinaga Asenjo para su posible implementación, ya que se logró demostrar que una grúa móvil será de gran ayuda para el personal que trabaja en dicho hospital, reduciendo los esfuerzos del personal y los tiempos de atención a los pacientes con discapacidad motriz del área de traumatología. Del análisis en SolidWorks, se obtuvo un esfuerzo máximo de 50,356 MPa el cual es inferior al esfuerzo admisible de 90 MPa. Luego, al verificar el factor de seguridad mínimo, se obtuvo un valor de 5,362; el cual es superior al planteado que era de 3, concluyendo que el diseño es correcto y funcional. Finalmente, se realiza el presupuesto para implementar la grúa móvil, el cual asciende a S/. 4 530,50; donde se incluye el material para el sistema estructural, el actuador, el sistema de control y demás insumos para su correcto ensamblado y armado.