Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo de título se enmarca en un proyecto de fin de estudios realizado para la empresa Société hydroélectrique du Midi (SHEM), ubicada en la ciudad de Toulouse, Francia. El trabajo de título consiste en realizar un análisis técnico-económico de diferentes soluciones teniendo en cuenta la evolución de nuevas tecnologías "Ictiófilas" (amigables con la fauna acuática) para preparar el reemplazo de 2 turbinas tipo bulbo que están actualmente en funcionamiento en la central hidroeléctrica de Castet. Cada solución propuesta debe asegurar las funciones principales de Castet, respetando las restricciones impuestas por la concesión y cumpliendo con la reglamentación ambiental exigida. Además por cada propuesta debe entregar una solución a nivel de ingeniería conceptual junto con un plano de implementación y un análisis económico. La metodología del presente trabajo consistió en realizar un estudio del funcionamiento de la central, seguido de un estudio hidrológico y levantamiento de datos, una formulación de todas las restricciones involucradas, la formulación de tres escenarios de reemplazo y la realización de los análisis económicos. Cada escenario contó con una visita técnica. El escenario No. 1 "Reemplazo de manera idéntica de los grupos Bulbos" con una inversión total de 4.237.720 Euros tiene la ventaja de la reutilización de las obras civiles y un alto retorno de experiencia, teniendo como principal desventaja la incertidumbre del costo y factibilidad de un mecanismo que permita la migración de peces. El escenario No. 2 "Reemplazo con tecnología VLH" con una inversión total de 5.454.000 Euros tiene la ventaja de solucionar la problemática de la migración al ser una tecnología ictiófila la cual posee como principal desventaja su complejidad de instalación. El escenario No. 3 "Reemplazo con tecnología Tornillo Hidrodinámico" con una inversión total de 4.803.520 Euros posee también el carácter ictiófilo y tiene como principal desventaja su mal funcionamiento para la regulación del caudal entrante, razón por la cual no se recomienda su implementación. Resulta indispensable clarificar el estado actual de las compuertas deslizantes a través de un estudio mecánico detallado, rehacer un estudio sobre el estado del muro contra-fuerte y la realización de un estudio del mecanismo de migración del escenario No. 1. Todo esto antes de tomar cualquier decisión de reemplazo. Ninguno de los 3 escenarios propuestos es rentable al poseer una TIR inferior al 5% y un VAN negativo. Sin embargo, se demostró la importancia de solucionar la problemática de la migración y analizar financieramente al conjunto de centrales del Valle d'Ossau dada la pronta renovación de concesiones.

Ingeniero Civil Mecánico / Los descansos hidrodinámicos son componentes que sirven de apoyo para ejes en maquinarias rotatorias sometidas a altas exigencias. El principio de funcionamiento se funda principalmente en una porción de eje sumergida en un film de aceite a presión, el cual sirve de soporte, lubricante y amortiguador para las grandes vibraciones a las cuales están sometidos. La dinámica de estas componentes es bastante compleja, dado el inestable comportamiento del film de fluido, pero es vital su comprensión para mejorar su desempeño y alargar su vida útil. La obtención de los parámetros de rigidez y amortiguamiento mediante prototipos experimentales resultan ser la mejor manera de simular la dinámica de éstas componentes para su diseño, pues modelos numéricos y analíticos, si bien arrojan resultados aproximados, no han logrado ser netamente confiables. Este trabajo consistió en el desarrollo de un método para identificar experimentalmente los coeficientes de amortiguamiento y rigidez de un descanso hidrodinámico mediante un método de modelamiento inverso basado en algoritmos genéticos. El sistema rotor se modela mediante el método de elementos finitos. A diferencia de otros métodos de optimización, los algoritmos genéticos son bastante más estables y si están bien definidos pueden converger al óptimo global. Los datos son adquiridos de un rotor experimental, el cual posee un descanso hidrodinámico con bomba de aceite y cuatro sensores de desplazamiento, usados para medir la respuesta del sistema a fuerzas externas ejercidas por dos excitadores electrodinámicos. Este montaje se encuentra en el Laboratorio de Sólidos y Vibraciones de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Para la obtención de los coeficientes del descanso, se varían distintos parámetros operacionales, como velocidad de rotación del eje, presión de aceite y magnitud y frecuencia de las fuerzas externas. Se obtuvieron resultados que mostraron tendencias interesantes. La rigidez y amortiguamiento del descanso varían con la velocidad de rotación del eje y con la presión. Se observa también que varían su comportamiento frente a la frecuencia de excitación. Donde no se percibieron tendencias claras fue para la variación de la magnitud de las fuerzas. En conclusión, con el método propuesto se logró determinar los coeficientes satisfactoriamente, mostrando claras tendencias y evolución de éstos bajo distintas condiciones de operación en el rotor y en el descanso.

Ingeniero Civil Mecánico / Los descansos hidrodinámicos son ampliamente utilizados en equipos rotatorios debido a su capacidad de resistir altas cargas, alta amortiguación, escaso desgaste, amplia vida útil y una holgura entre rotor y descanso pequeña. La operación confiable de estos equipos bajo distintas condiciones de operación es de vital importancia. Para esto, es necesaria tanto la predicción como el control del comportamiento dinámico, esto es respuesta al desbalance, velocidades críticas e inestabilidades. En este trabajo se realizan simulaciones computacionales a través de un software con la capacidad de resolución de problemas CFD (Computational Fluid Dynamics), con una interface FSI (Fluid Structure Interaction), que buscan la determinación de coeficientes dinámicos de rigidez y de amortiguamiento. Se determinan los coeficientes dinámicos considerando términos lineales y no lineales, bajo diferentes condiciones de operación, dadas por la velocidad de rotación del eje. Estos coeficientes se obtienen mediante el uso de un método de identificación de parámetros de dominio temporal. Adicionalmente, se estudian los efectos generados por la inclusión del fenómeno de cavitación y la flexibilidad de la pared en las magnitudes de los coeficientes dinámicos. Finalmente, se validan los resultados comparando los coeficientes dinámicos lineales con aproximaciones analíticas de los distintos modelos desarrollados. Los resultados obtenidos en modelos con cavitación muestran que los coeficientes de rigidez son determinantes en el ajuste de la respuesta del fluido a la excitación del rotor, no así los coeficientes de amortiguamiento que no contribuyen mayormente al ajuste (sus magnitudes son prácticamente nulas en muchos casos). En condiciones bajo Oil Whirl los coeficientes no lineales adquieren mayor importancia, asimismo como para altas velocidades de operación. La flexibilidad del descanso es determinante sólo para cuantificar la presión desarrollada por el fluido y la ubicación del punto de equilibrio que alcanza el rotor. Por lo tanto, para la determinación de coeficientes dinámicos bastaría simular con una pared rígida.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica. Ingeniera Civil Mecánica / Dentro de los factores que afectan negativamente una celda solar fotovoltaica se destaca la temperatura. Ya sea por imperfecciones del material o a condiciones de operación no uniformes, es posible que se concentre calor en una zona debido a la disminución de la resistencia local y su consecuente aumento de corriente eléctrica. Estas zonas de concentración de calor pueden estabilizarse, generando gradualmente degradación de la celda, disminución de su vida útil y eficiencia. En caso contrario, puede ocurrir un fenómeno de descontrol térmico que resulta catastrófico para la celda, inhabilitando su correcto funcionamiento. Estudios en módulos de película delgada revelan que esta condición ocurre incluso cuando la radiación está uniformemente distribuida y con ello, el perfil de temperatura inicial es constante. La evolución temporal, bajo radiación, induce zonas de calor que incrementan exponencialmente la temperatura, contrayendo su área; por otra parte, la temperatura de las zonas más alejadas disminuye simultáneamente mientras disipan pequeñas corrientes. Para evitar este fenómeno se pueden escalar propiedades del dispositivo, como aumentar la conductividad térmica y disminuir el espesor. Actualmente, estos análisis se realizan a partir de modelos numéricos y analíticos basados en el comportamiento de diodos y mediciones experimentales del perfil de temperatura en la capa superficial de la celda y en la juntura. El propósito de esta Tesis es determinar criterios de estabilidad electro-térmico que pueden ser utilizados para evitar el descontrol de temperatura a partir de aplicar un análisis a un modelo hidrodinámico de mayor complejidad que uno basado en diodos; más aún, considerar un estado fuera del equilibro entre la temperatura de la red y los portadores de carga. Se determinó que la inestabilidad ocurre en la juntura PN y depende fuertemente la temperatura de la juntura en los bordes. Además, aumentar la temperatura de los portadores, disminuir el largo y aumentar el voltaje aplicado pueden estabilizar el sistema, aumentando el tiempo en que el sistema duplica su temperatura. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CONICYT-PCHA/Magíster Nacional/2016 - 22160729