Es bien conocida ya la crisis energética a la que se enfrenta todo país alrededor del mundo. En el caso particular de Chile, la disminución en los recursos hidrocarburos y la inestabilidad en las lluvias han generado recortes energéticos que han producido no sólo molestias a los usuarios domésticos, sino considerables pérdidas en el sector industrial. El gobierno ha reaccionado creando una serie de políticas para estimular la utilización de fuentes renovables no convencionales, y ha generado programas de eficiencia energética. El presente trabajo de título tiene por objetivo diseñar un motor capaz de utilizar recursos energéticos no convencionales de bajo potencial. En particular, el motor Stirling es capaz de trabajar con distintas fuentes calóricas, ya que es una máquina de combustión externa. Se ha considerado la disponibilidad de una fuente de agua termal con un recurso de 28 [lt/min] a 70°C, y una fuente de agua fría a 5°C con el mismo caudal. Una de las características mías sobresalientes del motor Stirling, es que es el único que teóricamente alcanza el rendimiento de Carnot, que es el mayor rendimiento que puede lograr una máquina térmica. El diseño consta de dos partes: un diseño termodinámico y un diseño mecánico. Para el diseño termodinámico se ha utilizado un modelo de simulación preparado especialmente para las características del recurso descrito, incorporando parámetros reales del motor que se pretende construir. Este diseño permite obtener las dimensiones más apropiadas para reproducir el ciclo Stirling de la mejor manera posible. El diseño mecánico presenta los materiales y las dimensiones finales que deben tener las piezas constituyentes del motor para reproducir el ciclo que se determinó en el análisis termodinámico. Se obtiene como resultado un modelo termodinámico para este motor en particular, pero que es fácilmente adaptable a otras configuraciones de motor y a otras características de recurso. Este modelo se utiliza como herramienta para optimizar las dimensiones de las distintas piezas del motor, de tal forma que se obtenga la máxima potencia posible. Después de diversas consideraciones sobre resistencia de materiales y propiedades de transferencia de calor de las mismas, se definen los materiales y dimensiones finales, las cuales quedan consignadas en los planos de construcción. La conclusión final de este trabajo es la realización completa del diseño del motor, estimándose una potencia generada de 156,8[W] a 310[RPM]. Se asegura la factibilidad constructiva del mismo con recursos nacionales y se presenta una discusión sobre los modelos termodinámicos utilizados.

Hoy en día, los centros urbanos se caracterizan por tener gran cantidad de vehículos, los cuales tienen un alto grado de responsabilidad en el deterioro de la calidad del aire presente en muchas de estas ciudades. Reducir la contaminación, producida por las emisiones vehiculares de una región, es un proceso complejo que requiere conocer en detalle y cuantitativamente la actividad vehicular asociada a la localidad en cuestión. El presente trabajo de memoria tiene como objetivo determinar experimentalmente los patrones dinámicos de la actividad vehicular en Santiago y Buenos Aires, mediante una metodología común, y estimar las emisiones vehiculares asociadas a través de un modelo internacional (IVE, International Vehicle Emissions). En ambas localidades se aplico la misma metodología para determinar la actividad vehicular característica de cada ciudad. Se realizaron campanas de medición en terreno en tres sectores socioeconómicos distintos: alto ingreso, bajo ingreso y comercial. Posteriormente, la información generada en las campanas experimentales fue revisada y procesada, para luego ingresarla al modelo IVE y estimar las emisiones diarias y anuales de CO2, CO, NOx, MP, COV y gases toxicos. Los resultados de este trabajo son, por una parte, determinar la actividad vehicular de Santiago y Buenos Aires, la que contempla composición de flujo vehicular, distribución tecnológica de la flota, distribución de partidas en frío y caracterización de patrones de conducción. Por otra parte, los resultados de emisiones asociadas a dicha actividad vehicular, para Santiago y Buenos Aires, son: 31,8 y 21,7 kTon/día de CO2; 2,9 y 3,6 kTon/día de CO; 0,2 y 0,3 kTon/día de NOx; 10,4 y 10,9 Ton/día de MP; y 0,2 y 0,3 kTon/día de COV, respectivamente. La conclusión general de esta memoria es que se obtuvieron los inventarios de emisión para fuentes móviles en ruta correspondientes al año 2007, para Santiago y Buenos Aires, luego de determinar experimentalmente la actividad vehicular propia de cada localidad. La ciudad de Santiago resulto tener una flota ´ vehicular mas numerosa y con mayor actividad que Buenos Aires, pero con menor nivel de emisiones, principalmente debido al mejor estándar tecnológico que posee el parque vehicular de Santiago, en relación a Buenos Aires.

Los disipadores de energía sísmica permiten evitar daños en estructuras civiles. Para dichas aplicaciones es posible considerar a las aleaciones con memoria de forma (SMA), bajo condiciones de comportamiento superelástico, en relación con la transformación martensítica inducida por esfuerzo. En este contexto, el objetivo de la presente memoria es caracterizar la microestructura y las propiedades mecánicas (tradicionales y superelásticas) de una aleación Cu-17,0 %p.Zn7.2 %p.Al policristalina, preparada por fusión en un laboratorio nacional. Luego de forja y extrusión en caliente, se fabricaron probetas de 7 mm de diámetro, para ensayos de tracción estática y dinámica a distintas temperaturas (13-16, 25 y 50oC) y frecuencias ((0,1 a 2 Hz, precisando que la mayoría de los ensayos se realizó a 1Hz). La microestructura de las probetas era austenítica, con coexistencia de granos equiaxiales (recristalizados) y alargados (no recristalizados); el tama˜no de grano medio era superior a 0,1 mm. Los ensayos de tracción se realizaron con control de avance del cabezal; se utilizó un extensómetro de 25 mm. Por calorimetría diferencial de barrido, se estableció un valor de temperatura de fin de transformación austenítica, Af, de 22oC. Los ensayos de tracción estática mostraron una tendencia del esfuerzo de transformación martensítica a crecer con la temperatura, según lo esperado teóricamente. El análisis fractográfico, por microscopia electrónica de barrido, mostró fractura transgranular, con zonas de clivaje y otras con hoyuelos. Las deformaciones máximas a la fractura (con carga) estuvieron entre 4,4 % y 6,3 %. De los ensayos de tracción dinámica, realizados a 1Hz, con series de 10 ciclos, e incrementando la deformación serie a serie, se concluye: -Existe una razonable similitud entre la envolvente de los ensayos cíclicos y la respectiva curva de tracción. -El valor de deformación correspondiente a la cota superior del rango superelástico está entre 1 y 2,1. -El coeficiente de amortiguamiento presenta una tendencia predominantemente creciente al aumentar la deformación impuesta. -Los mayores valores amortiguamiento corresponden al rango de deformaciones postsuperelásticas, donde hay deformaciones permanentes (en el primer ciclo de una serie), y luego ciclos de histéresis. -El calentamiento adiabático observado en el rango superelástico es de hasta 4oC -Existe una relación lineal entre la temperatura alcanzada en la probeta, en cada serie, y el área de los ciclos superlásticos correspondientes. En ensayos realizados a distintas frecuencias (0,1, 0,5, 1, 1,5 y 2 Hz), se encontró que, al crecer la frecuencia, tanto el esfuerzo de transformación como el módulo secante decrecen. La frecuencia no parece afectar significativamente el calentamiento adiabático, en el rango de condiciones experimentales de este estudio.

El objetivo general del presente trabajo de título es proponer y evaluar una metodología para la modelación del proceso de soldadura al arco por medio de elementos finitos en distintas geometrías, donde se considerará el movimiento de una fuente de calor que simule de forma aproximada el recorrido de la soldadura, materiales modelados con propiedades termodependientes, transferencia de calor transitoria, estados tensionales y estado de deformaciones. La soldadura es uno de los procesos de unión permanente más utilizado en la industria, en este se aplica un flujo de calor de gran complejidad, donde la sujeción se realiza por medio de la fusión de la zona a unir. Las altas temperaturas generan esfuerzos térmicos, los que generan deformación plástica en la zona cercana a la unión, generando esfuerzos residuales. En primer lugar se determinaron las distintas funciones que representan la fuente de calor del proceso y los factores que se involucran en la definición de esta, además de seleccionar los materiales a estudiar junto a sus distintas propiedades y dependencia térmica. Esto permitió una modelación aproximada del proceso de soldadura tanto en 2D como en 3D, donde además se logró modificar la función de calor para el caso 3D adaptándola para un movimiento circunferencial, lo que permitió realizar simulaciones en una geometría cilíndrica, ampliando los alcances del trabajo. El resultado final de la simulación fue comparado con dos estudios base evidenciándose resultados similares tanto en términos de perfil de temperatura como esfuerzos residuales para los casos 2D, 3D y una geometría cilíndrica. De esta manera se logró confirmar la correcta modificación de la función para la fuente de calor para la geometría cilíndrica y la exitosa interacción de los software Comsol Multiphysics 3.5a y Matlab 6.5. Se concluye que es factible realizar la simulación del proceso de soldadura por medio de elementos finitos en términos de utilización de software comercial y capacidad de cálculo, para la obtención de perfiles de temperatura y esfuerzos residuales en geometrías 2D, 3D y geometrías cilíndricas, logrando resultados que se aproximan a las evidencias experimentales.

La aleación Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be presenta un comportamiento de Memoria de Forma (MF) del tipo Superelástico. Este último consiste en que al aplicar carga, dentro de ciertas condiciones, se tienen deformaciones relativamente importantes (2-8%) que se recuperan al retirar la carga. El fenómeno de MF se asocia a una transformación martensítica, la que involucra una fase madre austenita (β), de alta simetría, y a una fase metaestable martensita (β’), de baja simetría. En un ciclo de carga y descarga, las aleaciones superelásticas disipan energía. Este comportamiento de disipación y la capacidad de aceptar grandes deformaciones recuperables, da la potencialidad de que estos materiales puedan actuar como disipadores de energía, por ejemplo, en estructuras civiles. Según nuestro conocimiento, no existen estudios publicados de la aleación CuAlBe en el rango post-superelástico, donde ya hay deformaciones remanentes. De modo que para ese rango se desconoce la microestructura del material y de qué forma se comporta la disipación de energía. En este trabajo se analizaron cuatro casos de distinta deformación en la aleación CuAlBe, a temperatura ambiente y para un tamaño de grano de 100 um. En el primer caso se deformó una probeta en el rango superelástico (0,23% de deformación) mediante un ensayo monotónico. En el segundo caso se impuso una deformación del 6% en ensayos monotónico y cíclico (a dos distintas probetas), en el tercero se impuso una deformación del 9% en ensayos monotónico y cíclico (a dos distintas probetas); y en el cuarto se llevó una probeta hasta la fractura. En ensayos de tracción monotónicos, se determinó que el módulo de Young del material es de 88GPa, que la resistencia a la fractura es de 802MPa, y que la fractura corresponde a una deformación de 10.2%, con carga. También se determinó, mediante un método de derivadas, validado por información y datos de otros estudios, que el límite superelástico de esta aleación, a temperatura ambiente, corresponde a una deformación de 2.5%. Los resultados anteriores son concordantes con estudios anteriores. En ensayos de tracción cíclicos (0,5 y 1 Hz) se encontró que en el rango post-superelástico existe elasticidad no lineal y amortiguamiento, siendo este último mayor que en el rango superelástico. Se obtuvo metalografías de los distintos casos de deformación ya definidos. En el primer caso, dentro del rango superelástico, no se observó martensita remanente, solo austenita, como era de esperar. Por otra parte, en los casos 2, 3 y 4, en el rango post-superelástico, se observó austenita con martensita remanente y que la fracción de esta última crecía con la deformación impuesta. En la fractografías del caso 4, se observó preferentemente fractura transgranular, con zonas de clivaje y otras de hoyuelos, lo cual es un resultado conocido. En microscopia electrónica de transmisión, se observó muestras vírgenes y con deformación. En ambos tipos de muestra se estableció que la austenita presenta finas franjas, las que corresponderían a defectos cristalinos que podrían estar relacionados con manchas de difracción alargadas adicionales al patrón de difracción BCC de esa fase. En muestras con deformación, en la austenita se observó dislocaciones apareadas, denominadas dislocaciones de superred; además se observaron franjas gruesas en la austenita que es posible que sean vestigios de placas revertidas de martensita inducidas por deformación. Se concluye que la elasticidad no lineal observada en el rango post-superelástico se asocia a la austenita aún presente en ese rango, la que podría transformarse por esfuerzo en martensita. Además, el mayor amortiguamiento observado en el rango post-superelástico, en relación con aquel en el rango elástico, estaría relacionado con los defectos cristalinos observados en la austenita, al requerir ellos una mayor energía para que ocurra la transformación martensítica.

Este trabajo se desarrolló en el marco del Proyecto Fondef 2-36 "Mejoramiento del prefrío en la industria de fruta fresca nacional de exportación. Efecto sobre calidad y precios". El comportamiento de un envase frente al flujo de aire es determinante para lograr un enfriamiento rápido de la fruta (lo cuál permitirían procesar mayor cantidad de fruta con la misma capacidad instalada). Se investigó la resistencia al flujo de aire de los envases paletizables de fruta. El objetivo fue obtener relaciones de caída de presión en función de la velocidad del aire de enfriamiento, en pallets de cajas de madera y cartón utilizadas para empacar fruta de exportación, uva y Kiwi.

En el presente tema de Memoria se estudió el comportamiento mecánico de una aleación superelástica Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be, dentro del rango de temperatura y frecuencia propias de un fenómeno sísmico (0,1 a 5 [Hz]; -20 a + 50 [ºC]). Para esto, se realizaron ensayos de tracción de tipo tradicional (monotónicos) y cíclico. Este trabajo es parte de una línea de investigación relacionada con la caracterización de materiales, particularmente de materiales Superelásticos, pertenecientes a las aleaciones con Memoria de Forma, que puedan servir para la fabricación de dispositivos de disipación de energía sísmica en estructuras civiles. Las características relevantes de los materiales superelásticos, es que ellos presentan, en ciclos de carga-descarga, valores relativamente importantes de deformaciones recuperables y de energía disipada por ciclo. Este comportamiento se relaciona con la transformación de fase Austenita-Martensita. Para esta memoria se contó con una aleación CuAlBe, fabricada por Trefimétaux, bajo la forma de barras de 3 [mm] de diámetro; ensayos preliminares a temperatura ambiente indican que este material es superelástico. Los parámetros considerados en los ensayos son los siguientes: Tamaño de Grano Austenítico (64, 95 y 250 [ µm]); Frecuencia (0.1 y 1 [Hz]); Amplitud de Deformación de los ensayos cíclicos (hasta 4% aprox.); y Temperatura del ensayo (20 y 50 [ºC]). El comportamiento del material se caracterizó bajo los términos siguientes: • En ensayos de tracción uniaxial se caracterizaron algunas propiedades mecánicas del material (Módulo Elástico, Esfuerzos de Fluencia, Esfuerzo Máximo y de Rotura, Deformación Máxima, Ductilidad). • En ensayos de tracción cíclicos, se determinó: el esfuerzo y la deformación asociados a la máxima deformación superelástica alcanzable; los esfuerzos asociados al inicio de las transformaciones martensíticas directa e inversa; módulo elástico de la austenita; módulo secante; y coeficiente de amortiguamiento. Finalmente, los resultados se discutieron en la perspectiva de las relaciones microestructura-propiedades pertinentes y de la aplicación considerada.

El avance de un sistema de transporte público moderno y las variadas situaciones de contingencia ambiental, crean la necesidad de estimar los factores de emisión asociados a nuevas tecnologías de buses de transporte público en la ciudad de Santiago. El objetivo principal del presente trabajo es determinar, mediante ensayos experimentales en un dinamómetro de chasis, los factores de emisión asociados a buses del transporte público. Esto incluye buses convencionales hasta buses pertenecientes a las nuevas tecnologías disponibles con un sistema de transporte moderno. Con esto se espera contribuir a la generación de inventarios de emisión representativos de las tecnologías y modos de operación del transporte público en Santiago. La metodología se dividió en 3 etapas. La primera etapa corresponde a la realización del ensayo de desaceleración libre, con el objetivo de determinar experimentalmente la inercia y coeficientes de roce del aire y las ruedas para cada bus ensayado. La segunda etapa fue el desarrollo de 32 ensayos experimentales en un dinamómetro de chasis para vehículos pesados, perteneciente al Centro de Control y Certificación Vehicular (3CV). La tercera etapa consistió en el procesamiento de los datos. Se compararon las emisiones contaminantes dependiendo de las tecnologías de los buses, los ciclos de conducción, el nivel de azufre en los combustibles y las fases de cada ciclo. Se obtuvieron factores de emisión para 8 tecnologías de buses existentes en Santiago en 5 contaminantes; hidrocarburos totales (HC), óxido de nitrogeno (NOx), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) y material particulado respirable (MP10). Al ensayar los buses con distintos ciclos de conducción, aquellos correspondientes a la ciudad de Santiago resultaron ser más exigentes que el ciclo internacional, lo que se traduce en mayores emisiones contaminantes. A modo de ejemplo, se obtuvo en promedio un 37% mayor de hidrocarburos (HC), un 43% mayor de óxidos de nitrogeno (NOx) y un 67% mayor de material particulado respirable en los ciclos locales. El resultado más importante en el presente trabajo corresponde a los factores de emisión para los buses de transporte público en la Región Metropolitana. Al concluir sobre estos factores, su obtención queda determinada por variables propias de cada vehículo como son su tecnología y capacidad de pasajeros, además de variables externas como son las condiciones de circulación y su nivel de mantención. Realizando un análisis de los resultados de los factores de emisión, se puede concluir que la mayor reducción en términos de emisiones corresponde a la implementación del uso de filtros de partículas y oxidación catalítica de gases. La comparación de emisiones utilizando dos ciclos de conducción diferentes indica que las emisiones son mayores en todos los contaminantes al utilizar ciclos locales, principalmente debido a que el ciclo internacional es menos exigente que los ciclos Santiago ya que el ciclo internacional presenta menores detenciones (6% en ralentí), lo cual reduce los modos de aceleración al compararlo con los ciclos locales los cuales presentan un promedio de 21% en ralentí.

Se han imaginado muchas formas de aumentar la transferencia de calor en cavidades diferencialmente calentadas. Una de ellas es añadir aletas a las paredes activas de la cavidad. Muchos trabajos numéricos bidimensionales han considerado aletas horizontales adheridas a las paredes caliente o fría. Estudios tridimensionales muestran aumentos de transferencia de calor mucho más pronunciados que los bidimensionales. En esta tesis se estudió el aumento de la transferencia de calor en un recinto cúbico lleno de aire, mediante la colocación de un bloque paralelepípedo horizontal de sección cuadrada centrado en la pared vertical caliente. En base a estudios anteriores se elige un régimen netamente convectivo, con números de Rayleigh de 105 y 106 , y se asigna al bloque una alta conductividad térmica. La razón entre las conductividades térmicas del sólido y el fluido es de 1000. Se varían dos parámetros geométricos: longitud y lado de la sección transversal del bloque. El sistema de ecuaciones de Navier-Stokes, continuidad y energía, acoplado con la ecuación de la energía para el sólido se resuelve mediante el método de volúmenes finitos. A pequeñas dimensiones del bloque se establece un régimen regular, en que una circulación barre la pared fría, las caras del cuerpo y la pared caliente. Si los lados de la cara frontal son de dimensiones similares al lado de la cavidad, el comportamiento del flujo se asemeja al de una cavidad estrecha, lo cual se acentúa cuando el bloque es largo, con su cara frontal próxima a la pared fría. Dado que se restringe el flujo en la región frontal del bloque, la distribución de temperatura pierde las características convectivas y se establece un régimen conductivo (denominado singular), en el cual la transferencia de calor aumenta a medida que la cara frontal se acerca a la pared fría. En los casos regulares predomina la convección. Dado el carácter prácticamente isotermo de la superficie añadida, la transferencia de calor es mayor que en el caso sin divisores. Al aumentar el largo y el lado del bloque crece la transferencia de calor total debido al aumento del área de transferencia de calor disponible. Se llega a un máximo de transferencia de calor para lados de la sección transversal de 0.65 y 0.75 veces el lado de la cavidad a los dos números de Rayleigh estudiados, y en las condiciones más favorables alcanza un 60% de aumento con respecto a la cavidad sin divisor. A lados mayores, comienza a ser crítico el efecto de bloqueo del flujo por el sólido, que restringe el barrido de las caras del bloque, especialmente la superior. Los aumentos de transferencia de calor obtenidos en esta tesis son los mayores encontrados hasta ahora en cavidades de razón de aspecto unitaria.

Durante los últimos años se ha comprobado que existe una búsqueda de nuevos materiales que posean maneras de fabricación novedosa y simple. Una de las opciones es utilizar materiales biomórficos producidos de manera natural, los cuales poseen propiedades que permiten su uso en diferentes aplicaciones de la ingeniería. El objetivo general de este trabajo fue determinar la factibilidad de obtener Carburo de Silicio (SiC) en el país, a partir de madera de Pino. Para esto se definió e implementó una metodología experimental compuesta por tres etapas principales. Primero se realizó una Pirólisis a las probetas, posteriormente se infiltró un compuesto rico en Silicio y por último se realizó una reducción carbotermal (Síntesis de SiC). Estos procesos tienen la particularidad de ser simples y de bajo costo. Las probetas ceramizadas se caracterizaron en base a ensayos de difracción de rayos X, microscopía electrónica (SEM) y pruebas de conductividad eléctrica y térmica. La Pirólisis, que consiste en carbonizar las muestras, se realizó en una atmósfera de Nitrógeno a temperaturas máximas de 1050°C y a tasas entre 5 y 25°C/min. Mientras que la Infiltración se realizó en conjunto con la Síntesis de SiC a temperaturas del orden de los 1600°C y por un tiempo de 5,5 h, para permitir que todo el Silicio infiltrara en la probeta y reaccionara con el Carbono existente. Se ceramizaron probetas con distintas cantidades de Silicio. Se encontró que altas concentraciones de Silicio infiltrado provocaron un exceso de este elemento, el cual cubría la porosidad del material en gran parte de su volumen. Mientras que bajas concentraciones produjeron un déficit de Silicio en la zona superior de las probetas y una cobertura de porosidad en la zona inferior, generando un material frágil y agrietado. En cada una de las probetas se confirmó la existencia de SiC. Se concluye que mediante el procedimiento experimental implementado se puede obtener SiC biomórfico con una morfología propia de la madera.