Tesis para optar al grado de magíster en Ciencias Mención Física / En este trabajo, utilizando técnicas de fluidodinámica, son medidas las amplitudes de ondas de longitud corta en un canal con flujo constante y obstáculos, para así obtener las propiedades de un agujero blanco análogo hidrodinámico, las cuales son fundamentadas mediante cálculos teóricos con base en la relatividad general aplicados al sistema fluidodinámico. Son medidas las amplitudes de ondas de longitud corta para 2 configuraciones de ubicación de obstáculos (lateralmente y en el fondo) en un canal recto de fondo plano, con 1 y 2 bombas de agua de similares características (2 caudales distintos) y profundidades distintas del fluido. Se relacionan las amplitudes de las ondas según lo estipulado por Hawking al demostrar matemáticamente la posibilidad de que agujeros negros puedan radiar de forma termal, confirmándose que el fenómeno es apreciable en este sistema, obteniéndose a su vez temperaturas análogas distintas en cada uno de los casos. Se comprueba experimentalmente el comportamiento teórico calculado que debía tener la temperatura análoga para las 2 configuraciones en función de los parámetros de cada realización. Las predicciones teóricas para cada configuración de obstáculos son corroboradas al generalizar las variables para cada experimento, encontrándose que es posible predecir la temperatura análoga para cada uno de los experimentos.

Magíster en Ciencias, Mención Física / En esta tesis se usan las herramientas proporcionadas por la termodinámica estocástica y el método de segunda cuantización para estudiar un sistema cuántico cuya dinámica está siendo controlada por un parámetro externo. El modelo considerado consiste en un punto cuántico, cuya energía varía linealmente con el tiempo, que interactúa con un baño formado por una serie de puntos cuánticos cuyas energías se mantienen constantes. La interacción da lugar a brechas de energías que serán llamadas cruces. Para calcular la probabilidad de ocupación del punto se utilizará la fórmula de Landau-Zener. Una vez hecho esto se procede a calcular la producción de entropía del sistema para el caso de un cruce. Este modelo ya ha sido estudiado anteriormente, pero describiendo su dinámica de manera estocástica, ignorando así los efectos cuánticos. Los resultados principales de esta tesis son dos. En primer lugar, se obtiene una expresión explícita para la producción de entropía considerando que el sistema no tiene coherencias. Esta fórmula se grafica para dos valores distintos de la probabilidad de transición de Landau-Zener (denotada como R): R=0.2 y R=0.8. En ambos casos las curvas obtenidas coinciden con las calculadas en el caso estocástico. En segundo lugar, se estudia el caso en que el sistema sí presenta coherencias. En este caso no logramos obtener una fórmula general para la producción de entropía. La dinámica del sistema se describe a través del modelo impulso-adiabático, el cual considera que la variación de las energías de los niveles lejos del cruce es lenta y que la variación no adiabática del sistema se produce solamente en un punto. Luego de considerar esto, se calcula la producción de entropía y finalmente se llegan a establecer cotas para los valores que esta puede llegar a tomar.

Ingeniero Civil / Cuando un alto-explosivo detona, se genera una reacción ultrasónica que libera calor y hace que los reactivos se transformen súbitamente en gases altamente presurizados. La rápida expansión de los gases resulta en la generación de una onda de choque, la cual se expande a través de un medio como el aire, para posteriormente impactar en las estructuras. El proceso de detonación involucra exclusivamente a los reactantes contenidos en el alto-explosivo, implicando que la energía de combustión liberada por la detonación se ve influenciada solamente por el contenido de oxígeno que está presente en el explosivo. En la medida que el contenido de oxígeno al interior del explosivo es bajo (explosivo deficiente en oxígeno), la combustión no se completa, generándose una postcombustión asociada a la interacción entre los productos aún inflamables de la detonación y el aire circundante. Este segundo proceso de combustión (postcombustión) es mucho más lento que el proceso de detonación y no genera una onda de choque; sin embargo, la postcombustión puede liberar una energía que es comparable a la liberada durante el proceso de detonación. Por lo tanto, la postcombustión presenta el potencial de aumentar significantemente la componente de presión de gas (cuasi-estática), en la medida que la explosión ocurra dentro de un espacio confinado. El objetivo de este trabajo consiste en determinar valores apropiados de la energía específica aportada por la postcombustión, que se debe incorporar en el software comercial AUTODYN, con el fin de obtener predicciones más confiables de la presión cuasi-estática para distintos tipos de altos-explosivos. Para ello, en una primera etapa se lleva a cabo un modelo de equilibrio termodinámico simplificado asociado a reacciones de altos-explosivos en espacios totalmente confinados sujetos a condiciones atmosféricas. 57 explosivos son estudiados, en donde los resultados obtenidos permiten determinar las presiones cuasi-estáticas, concentraciones y temperaturas residuales. Para el caso del TNT, se obtiene un ajuste adecuado en comparación con datos experimentales, donde el modelo termodinámico simplificado genera resultados levemente mayores (25%) a lo observado experimentalmente, lo cual es conservador para el diseño y suficiente, teniendo en cuenta las simplificaciones consideradas en el modelo de equilibrio termodinámico. Como segunda parte del estudio, se determina la energía de postcombustión que se debe emplear en el software AUTODYN para que la presión cuasi-estática se ajuste a los valores determinados por el modelo termodinámico simplificado. Esto se lleva cabo empleando la metodología descrita por Hernández (2016) (aplicado a TNT). Se observa que las presiones cuasi-estáticas obtenidas de las simulaciones incorporando la energía de postcombustión se ajustan al modelo termodinámico simplificado, mostrando diferencias menores a un 0.2%. En adición, se concluye que la práctica actual de considerar una carga de TNT equivalente puede ser bastante inexacta y que el método sugerido en este estudio es más adecuado para la obtención de la componente de presión de gas.

Ingeniero Civil Mecánico / El aire del ambiente ha sido utilizado ampliamente en distintos procesos como medio de enfriamiento, pero también puede ser utilizado como medio de calentamiento si lo que se desea calentar se encuentra a menor temperatura que la temperatura ambiente. Por ejemplo, se tiene el caso de los enfriadores por aire inducido. Estos enfriadores son utilizados para, como su nombre lo dice, enfriar fluidos debido a que la temperatura ambiental por lo general se encuentra por debajo de la temperatura del fluido. Sin embargo, existen fluidos de trabajo que se encuentran a una temperatura menor que la ambiental, por lo que se puede utilizar el aire presente en la atmósfera para calentar el fluido, permitiendo así obtener calor sin emitir agentes contaminantes. Es por esto que surge la inquietud de desarrollar un estudio fluido-dinámico de un arreglo de ventiladores utilizados en un grupo de condensadores para optimizar el rendimiento de estos equipos. En el presente informe se entregan los antecedentes y la metodología a utilizada para estudiar el flujo másico de un arreglo de condensadores de flujo inducido. Para ello, se analizó un arreglo de 72 enfriadores conformando un sistema de 10x32 metros. Sin embargo, el estudio aborda solamente las variables de flujo másico de aire, debido a que la variación que presenta la temperatura del aire es muy baja, por lo que la variación de sus propiedades termodinámicas es despreciable. Para realizar el estudio anteriormente mencionado, se realizaron modelaciones con la ayuda del módulo FlowSimulation del software SolidWorks. Debido al gran número de equipos utilizados en el arreglo de enfriadores a estudiar, fue necesario validar simplificaciones que permitan reducir los recursos computacionales necesarios para realizar los cálculos. Una vez que se obtuvo la validación de estas simplificaciones, se estudió el fenómeno de recirculación de aire y la influencia de otros factores (obstáculos, meteorológicos) que disminuyan la eficiencia del arreglo de intercambiadores. Con los resultados obtenidos en los análisis realizados, se determinó que el caso inicial está sobredimensionado. El arreglo puede disminuir su altura a 3 metros sin ver afectado el flujo másico impulsado. Esta altura puede disminuir a 2 metros si se divide el arreglo en 2 grupos separados por una distancia de 6 metros. Finalmente, se recomienda realizar la instalación de estos equipos cerca de una estructura o edificio de mayores dimensiones que el sistema analizado para disminuir los efectos negativos que pudiesen generar las condiciones meteorológicas del lugar de la instalación.