Memoria para optar al título de Diseñador Industrial

Tesis para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónomo y al Grado de Magíster en Manejo de Suelos y Aguas / El objetivo del presente estudio fue diseñar un bioreactor con recarga continua, comparando velocidades de flujo y tiempos de retención hidráulicos de dos diseños de bioreactores (I y II). El sitio experimental se encuentra ubicado en la Comuna de Pichidegua, Región del Libertador Bernardo O’Higgins, en un canal de desagüe (Lat. 34° 25' 46'' S, Long. 71° 21' 54'' W). Durante el estudio se monitorearon variables de velocidad de flujo (Vf), Caudal (Q), porosidad (ρ), volumen de flujo activo (Vfa) y tiempos de retención hidráulicos (TRH). El diseño de los bioreactores consideró las velocidades de flujo y el nivel de depositación de sedimentos. El bioreactor I constaba con dos tubos de PVC de entrada y salida de mismo diámetro, mientras que el bioreactor II tenía diámetros inferiores en la salida, de forma que el caudal que pasara a través de este fuese menor que en el bioreactor I. Dado que el bioreactor II presentó TRH mayores que el bioreactor I (en un 65%) fue seleccionado para realizar un estudio de remoción de cargas de nitrógeno posteriormente a este trabajo. / The main aim of this study was to design a bioreactor with continuous recharge, contrasting (comparing) flow velocity and hydraulic retention time of two bioreactor designs. The experimental area was located in the commune of Pichidegua, Region of Libertador Bernardo O’Higgins, in an outflow channel (34° 25' 46'' SL, 71° 21' 54'' WL). During the study period, flow velocity (Vf), discharge (Q), porosity (p), active flow volumen (vfa) and finally hydraulic retention time (TRH) variables were monitored. The bioreactors design consider the flow velocity and sediment deposition level. The bioreactor I had two input and output PVC tubes of the same diameter, whereas the bioreactor II had a smaller output diameter and the flow passing through this was lower than the bioreactor I. Since the bioreactor II showed higher TRH than the bioreactor I (65%), it was selected for carry out a nitrogen loads removal study later to this work.

Ingeniero Civil Químico. Ingeniero Civil en Biotecnología / Cuando se habla de ciencia e ingeniería, los métodos y herramientas utilizados son bastante distintos entre ellos. Bajo esta diferencia aparece la biología sintética, disciplina que busca diseñar y modificar organismos vivos para producir nuevas funciones y/o mejorar las ya existentes. Para ello hace uso de herramientas básicas de la ingeniería, tales como los conceptos de modularidad, estandarización, abstracción, modelamiento y diseño. Para poder estandarizar las unidades básicas de esta disciplina, los biobricks, se pueden utilizar pruebas en matraces, pero no es usual hacerlo en biorreactores. La concepción, diseño implementación y operación de uno de estos equipos constituye el objetivo principal de este proyecto. Como parte de los resultados del mismo, se estimó que el mejor modo de operar para lograr estas mediciones se compone de una cascada de CSTRs, la que fue implementada en escala de laboratorio. Para las pruebas de medición se construyeron cinco plásmidos, de los cuales cuatro fueron elaborados con técnicas usadas en biología sintética. De estos últimos, se obtuvo dos vectores con alta producción basal en LB, otro que no sintetizó la proteína esperada y sólo el último presentó un comportamiento apropiado, vale decir, producción basal baja y un aumento significativo en presencia de inductor. Para analizar el comportamiento del reactor en operación, se realizó una experiencia de distribución de tiempos de residencia. Los resultados indicaron que la diferencia entre el biorreactor, compuesto por 7 minirreactores CSTR en serie, y el modelo matemático, fue aproximadamente un 1%. En las pruebas de operación del biorreactor con bacterias, se obtuvo que la cepa con el promotor que responde a arabinosa posee un crecimiento más alto que la cepa con promotor sensible a aTc. En cambio, en términos de producción de proteína, el promotor sensible a aTc posee una inducción más fuerte. Específicamente, usando un flujo de 0,794 [mL/min], este promotor mostró una mayor productividad de proteína por biomasa, lo que lo caracteriza como un promotor fuerte.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / En la actualidad la construcción de tiendas de retail ha tenido un aumento, esto debido al crecimiento económico que se está presentando en el país y las inversiones extranjeras que se vienen realizando. Motivo por el cual la aplicación del sistema de aire acondicionado y ventilación electromecánica se ha hecho indispensable en toda tienda de retail para poder obtener el confort de sus clientes. Siendo el objetivo del sistema de climatización que es brindar el confort térmico a las personas, en este sentido se ha desarrollado los cálculos de carga térmica y la elaboración del presupuesto del sistema más apropiado (dando prioridad a la optimización del rendimiento del personal en las instalaciones, utilizando productos alternativos). Se presenta un presupuesto en base a los costos de equipos, materiales y mano de obra. Haciendo énfasis en el aumento de la productividad del personal utilizando el ducto PIR ALU, el cual reemplaza a los ductos de plancha galvanizada. / Trabajo de suficiencia profesional

Memoria (arquitecto) / Autorizado por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2013 / En la actualidad un importante porcentaje de la población en Chile es atendida por el Sistema Público de Salud, cantidad que se ha acentuado a nivel Infantil. Sin embargo, la infraestructura de este sistema se ha ido deteriorando, debido a la escasa inversión en mantención y adecuación, principalmente en los Grandes Centros Hospitalarios del país. Como consecuencia muchos aspectos de la prestación de salud hoy en día se han visto desmejorados, sobre todo en comparación con el sistema privado, lo que no refleja la Evolución Económica que vive la nación. Por consiguiente, esto ha degradado la calidad de la atención, de vida, la experiencia como usuario y su dignidad. Es por ello que la idea de realizar como proyecto de título un “Edificio Complementario al Hospital Roberto del Río”, basado en sus deficiencias de infraestructura, nace de la inquietud por contribuir a la Salud Pública Pediátrica en Chile, ya que es más viable a nivel Público mejorar lo existente, que invertir en un nuevo Establecimiento de Salud. El proyecto se enfoca en atacar el trato al Usuario, niño, y sus Familias, las cuales se ven enfrentadas a un ir y venir constante al Centro de Salud. Se pretende trabajar de una forma globalizada, atendiendo a las distintas necesidades que el Hospital en estudio presenta, me refiero a la colaboración en las Zonas de Espera, Centro de Extensión y a nivel Clínico, la Normalización de la Unidad de Plástica y Quemados, área olvidada por el Establecimiento de Salud. Dentro de los hospitales de infantes, elegí el Hospital Dr. Roberto del Río, por ser Centro de Referencia Nacional, Hospital de alta complejidad y ser el segundo Establecimiento de salud de niños más concurrido en la Región Metropolitana, área donde recae la mayor parte de la Salud Pública a nivel Nacional

Diseñador Industrial / No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El siguiente proyecto se enmarca en el ámbito energético, contextualizado en el área de desarrollo e innovación automotriz. Surge a partir de la iniciativa llamada World Solar Challenge, un desafío solar aplicado en esta área que tuvo secuelas en todo el mundo y cómo no, en Chile. Consecuencia a esto último nace el proyecto Eolian, un auto solar que se adjudicó el crédito de ser el primero en Latinoamérica y que acaparó la atención de mucho, entre ellos quien les escribe. Debido a este gran interés surge otra secuela llamada Eolian 2 proyecto que pretendió grandes objetivos que no pudo cumplir, pero que generó nuevas tendencias para seguir innovando. De esta manera, nace el proyecto Protean autodefinido como una innovación radical, por apostar a una visión extremista en el diseño de materiales para el Transporte. Usó como plataforma de desarrollo a la Carrera Solar Atacama definiendo tres áreas de investigación para la confección de un Velomóvil, diseño de su estructura, diseño de la aerodinámica y diseño fotovoltaico. En esta última es en la que el presente proyecto se desarrolla con el fin de seguir proyectando directrices que abran nuevos horizontes para el diseño industrial.

Actualmente las frutillas y nectarines, entre otros productos agrícolas presentan problemas en su procedimiento de congelamiento para exportación. Por ende, se hace necesario el desarrollo de técnicas de congelamiento, para evitar su desnaturalización al congelar y descongelar. El congelamiento por cambio de presión (HPSF - High Pressure Shift Freezing), es una nueva técnica que ha sido investigada a nivel internacional en los últimos años. Existe la potencialidad de aplicar este proceso de congelamiento en el mercado nacional, especialmente en el rubro de exportación de frutos. Uno de los métodos más aplicados para la conservación de alimentos a largo plazo es el congelamiento, pero este presenta problemas relacionados con la velocidad de congelamiento y el tamaño de los cristales de agua que se forman. Ambos fenómenos están ligados entre sí. La velocidad de congelamiento influye sobre la cantidad de cristales de hielo formados; en particular si la velocidad es demasiado lenta, se formarán cristales de gran tamaño que pueden llegar a destruir las células. En un congelamiento HPSF realizado una presión de 200[MPa], el agua puede bajar su temperatura hasta -22ºC sin congelarse. Si se libera la presión bajando a presión ambiente, el agua se superenfria. Convirtiéndose una fracción de agua muy rápidamente en hielo, para luego congelarse la fracción restante. Bajo esta condición la velocidad de congelamiento es alta, obteniéndose cristales de tamaño nanométrico. El objetivo principal de este trabajo fue diseñar y construir un equipo experimental para realizar congelamiento por cambio de presión en agua y efectuar pruebas demostrativas en frutas. La metodología comprendió: la realización del diseño y construcción de una cámara de alta presión junto a sus equipos anexos y el montaje de estos; la comprobación de factibilidad de realizar congelamiento de agua por HPSF; y la realización de pruebas demostrativas en nectarines. Para esto se diseñó y construyó una cámara de alta presión para 200[MPa]. El equipo experimental incluye un sistema de presión que impulsa aceite a un multiplicador de presión, el que es responsable de que en la cámara se pueda alcanzar una presión elevada, y una camisa aislante térmica. La cámara fue enfriada por una solución de hielo con sal. De los resultados obtenidos se concluye que se diseño y construyo una cámara de alta presión operacional a 200[MPa], la cual permitió desarrollar congelamiento por cambio de presión (HPSF).

Doctor en Ingeniería Eléctrica / En la actualidad los sistemas de navegación autónoma de vehículos terrestres ya son una realidad. Estos sistemas son capaces de navegar de manera autónoma por caminos tanto estructurados como no estructurados. Para la adecuada interacción de estos sistemas autónomos con su entorno, la información perceptual debe ser integrada en un mapa para su posterior utilización. Esta integración puede tener distintos enfoques y representaciones dependiendo del origen de la información y del uso dado. Los sistemas autónomos de navegación han tenido éxito desde el punto de vista técnico gracias, entre otras cosas, a los sensores empleados; los cuales frecuentemente incluyen sensores LIDAR tridimensionales. Sin embargo, el uso de estos mismos sensores impiden su masificación debido a su alto costo. Este costo elevado se debe a que la gran mayoría de ellos son dispositivos de uso industrial y no tienen aplicaciones automotrices o de consumo masivo. Dentro de este ámbito, el Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC) está desarrollando un vehículo autónomo terrestre para ser utilizado como plataforma de desarrollo para tecnología en la industria minera. Se busca generar un sistema que se pueda portar a la industria. Con este fin, este proyecto plantea el uso de un número limitado de sensores y unidades de computo. Este trabajo de tesis se enmarca dentro del proyecto de vehículo autónomo del AMTC. Esta tesis propone que un conjunto reducido de sensores de rango bidimensionales es suficiente para la generación de mapas de entorno en tiempo real, que puedan ser utilizados para la navegación autónoma de un vehículo terrestre. Se postula que las variaciones en la pose de los sensores de rango utilizados para construir los mapas de entorno, causadas por las vibraciones del vehículo debido a su naturaleza no-rígida y a las irregularidades del terreno, pueden ser estimadas y compensadas utilizando una unidad inercial y un sistema de estimación del estado del vehículo basado en el uso de un Filtro de Kalman Extendido. Este estimador de estado puede enriquecer su estimación mediante el uso de sensores internos del vehículo y de estimaciones de la morfología del terreno realizadas en instantes anteriores. Se postula asimismo que la fusión temporal de las mediciones de los sensores de rango, compensadas por el sistema de estimación de pose, puede ser implementada usando Filtros de Kalman por celda. También es propuesta una metodología de evaluación que asume la carencia de un ground truth contra el cual comparar. Debido a lo ligado de la estimación del vehículo con el mapa de entorno, una observación LIDAR inmediata al vehículo es comparada con la morfología acumulada en el mapa permitiendo evaluar la estimación del trayecto recorrido y la integración de las observaciones simultáneamente. El sistema propuesto es evaluado en caminos no pavimentados a diferentes velocidades, mostrando un mejor desempeño tanto cuantitativo como cualitativo al ser comparado con el caso en que no se usa el estimador de estado propuesto. Además es analizado el desempeño del estimador de estado y sus variantes a nivel de trayectorias, comparándolo con las trayectorias de las observaciones GPS. Para todo lo anterior se implementa sobre una arquitectura de software versátil y adaptable a diferentes fuentes de información.

El objetivo general del presente trabajo es el diseño y construcción de un vehículo aéreo no tripulado (UAV, por sus siglas en inglés) que sea capaz de mantener su horizontalidad en forma autónoma, es decir sin necesidad de la intervención de un piloto humano; utilizando para ello sistemas de control embebido que incorporen como referencia la presión atmosférica y el diferencial de temperatura entre la atmósfera y la superficie de la tierra. Para dichos efectos, se diseñará y construirá un aeroplano estable, fácil de volar y con capacidad de transportar la electrónica y sensores necesarios; y se implementará un sistema de sensores e instrumentación apropiados para el vehículo y sistema de control electrónico. Actualmente, el costo de operación de un UAV comercial es muy elevado y requiere de personal altamente capacitado para una adecuada manipulación y mantenimiento. La compleja electrónica y programación limitan sus usos de manera importante, incluso para misiones sencillas. Este proyecto busca desarrollar una plataforma funcional, confiable, sencilla de operar y que permita la incorporación de nuevos sensores o dispositivos para realizar trabajos futuros. La naturaleza del proyecto despierta la curiosidad de los estudiantes y brinda la oportunidad de promover la carrera y motivar áreas no explotadas en la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. El proyecto se divide en tres grandes etapas: diseño y construcción del aeroplano, el diseño y construcción de la electrónica de automatización y finalmente, la integración de la electrónica y el aeroplano. Para ello se realizó un estudio de los sensores que actualmente son utilizados para alimentar al controlador con las distintas variables que permiten manipular al UAV. También se estudiaron las plataformas aéreas existentes y sus configuraciones aerodinámicas dependiendo del uso al que están destinadas. De esta forma fue posible identificar los sensores y la plataforma aérea necesaria para cumplir los objetivos planteados. Los objetivos planteados para el prototipo del aeroplano derivaron en un “ala alta” de envergadura cercana a los 3[m] en configuración pusher. La planta propulsora elegida es un motor a explosión de 30[cc]. Los materiales utilizados en la construcción son básicamente fibra de vidrio, poliestireno expandido y madera de balsa. Los sensores incorporados en la electrónica de automatización son: termocuplas infrarrojas para el control de la estabilización horizontal; GPS para la localización en el espacio; sensor de presión absoluta para determinar la altura de vuelo; y un sensor de presión diferencial para la velocidad de vuelo. El microcontrolador utilizado es un PIC24FJ128GA006 de gama media/alta. Los resultados obtenidos demuestran que un estudiante puede diseñar y construir un UAV en la Facultad. El aeroplano mostró ser una plataforma estable, robusta y fácil de controlar. La electrónica probó que no es necesario contar con presupuesto ilimitado para obtener datos que permitan implementar un controlador para un UAV. Se destaca que el trabajo de Memoria involucró todos los aspectos básicos de un proyecto de ingeniería, desde la conceptualización hasta la implementación del UAV. Dentro de la electrónica existen ciertos elementos que deben ser mejorados con el fin de obtener un vuelo 100% autónomo. Para trabajos futuros se deja entonces a disposición del estudiantado una plataforma de desarrollo de sistemas de control y posicionamiento.

La industria automotriz se encuentra ad portas de uno de los cambios más grandes desde su inicio. Existen varios factores que han creado las condiciones para el desarrollo masivo de vehículo eléctricos. Los altos precios del petróleo y la creciente preocupación por la incidencia de las emisiones de los vehículos de combustión interna en el medio ambiente están modificando las decisiones de compra. La movilidad eléctrica se convierte en una alternativa para solucionar estos problemas. Las características propias de los vehículo eléctricos significarán una disminución en los costos de operación y la posibilidad de ser parte activa de los sistemas eléctricos. El presente trabajo de título trata sobre la conversión de un vehículo de combustión interna a eléctrico en sus etapas de diseño, modelación e implementación, el que se encontrará disponible para realizar estudios sobre los impactos que tendrá la movilidad eléctrica en el transporte comercial. Junto con la conversión a auto eléctrico, también incluye el desarrollo de un controlador de motor de inducción utilizando un inversor de potencia comercial, uno de los módulos de mayor valor agregado en la integración de los distintos sistemas que conforman un vehículo eléctrico. Se realiza un estudio del estado del arte de los distintos sistemas que conforman un auto eléctrico de accionamiento trifásico. Esto sirve de base para la elección de los equipos necesarios para realizar una conversión que mantenga las características de un auto convencional. Es así como se especifica un banco de baterías de ion litio de 19.8kWh lo que permite tener una autonomía cercana a los 70 kms. con una recarga que demora entre 4 y 6 horas. El motor que se caracteriza corresponde a un motor inducción trifásico Siemens de 250V, 42HP nominales y capaz de alcanzar peaks de 90 HP. Tiene la capacidad de llegar hasta las 13.000RPM y sus características de torque y potencia lo hacen ideal para aplicaciones automotrices disminuyendo a la mitad el peso que tendría un motor de combustión interna de similares características. El sistema de control del motor eléctrico se realiza usando un módulo de potencia comercial para el cual se diseñan y fabrican los circuitos de control. También se programan dos estrategias de control. La primera de ellas corresponde al control escalar o V/Hz que se implementa y valida en el laboratorio con éxito. El segundo esquema corresponde al control por orientación de flujo, que reduce los peaks de corriente y entrega una mejor respuesta transitoria, presenta problemas en su implementación debido a las mediciones de corriente. Para poder validar el correcto funcionamiento del control escalar implementado se realizan pruebas en el laboratorio. Se observa la respuesta en vacío y con carga del motor de inducción acoplado mecánicamente a un generador de corriente continua. Los resultados de estas pruebas son satisfactorias al mantener las características de torque de la máquina con un error menor al 5% y el seguimiento del control en vacío tiene un error menor al 1% con respecto a las referencias de velocidad entregadas. Entre los trabajos futuros que se pueden desprender uno de los más importantes correspondería al rediseño de los circuitos de control para prevenir el ruido proveniente de los disparos de los IGBT. Así se tendría una mejor adquisición de señales y podría implementarse de forma exitosa la estrategia de control por orientación de flujo. También sería importante implementar una interfaz amigable con el usuario en el que se desplieguen la información de interés del automóvil y realizar una estimación de la carga de baterías usando algoritmos más complejos.