Geólogo / Este trabajo estudia numéricamente el mecanismo de acuñamiento inducido térmicamente, con el fin de reproducir y analizar casos reales. Se pone especial énfasis en el estudio del Monte Masada en Israel, donde se ha medido acumulación de desplazamientos de un sistema compuesto por un bloque acuñado con fragmentos de roca cuando es sometido a ciclos de temperatura. La metodología del estudio contempla la generación de un modelo de elementos finitos, una etapa de validación analítica, comparación con resultados de un modelo físico disponible, análisis de sensibilidad de los parámetros termomecánicos de los materiales y las discontinuidades y finalmente la evaluación del mecanismo considerando tipos de roca más abundantes en la corteza terrestre. Los resultados de los modelos numéricos correlacionan favorablemente con la teoría y los modelos experimentales. Además, las tendencias del comportamiento ante los cambios en las variables constitutivas del sistema y las propiedades de los materiales evidencian que la física del mecanismo se reproduce satisfactoriamente. Se identifica que la acumulación de desplazamientos aumenta con la difusividad térmica de los materiales, disminuye con el coeficiente de roce y la distancia crítica de las discontinuidades y aumenta con el del ciclo térmico (periodo). Adicionalmente, se evidenció la importancia del ciclo estacional sobre el ciclo diario en la activación del mecanismo. Finalmente, se concluye que los resultados del modelo numérico del mecanismo para el Monte Masada aproximan con bastante precisión los desplazamientos medidos por Hatzor (2003). / Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto Fondecyt de Iniciación N° 11130363

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Comprende el diseño, construcción y requisitos necesarios en la implementación de un banco de pruebas para macromedidores de agua potable. Para conseguir este objetivo se requiere de un análisis en cuánto a características técnicas y condiciones de operación bajo las cuales estos macromedidores realizan su función de contabilizar volúmenes de agua cuando son instalados por las empresas prestadoras del servicio. Por el análisis teórico, se obtienen los criterios necesarios en base a los caudales de trabajo en los cuales operan los macromedidores, caudales que se usan para realizar los ensayos en el banco de pruebas. Conjuntamente se analiza la problemática que se genera cuando los macromedidores dejan de cumplir correctamente su principal función la cual es medir el volumen de agua que pasa a través de ellos. Se incluyen en el diseño del banco de pruebas instrumentos de referencia debidamente calibrados que aseguren mediciones exactas. Todos los elementos que formarán parte en este trabajo pueden ser adquiridos y calibrados en el mercado nacional. El banco de pruebas tiene como finalidad dar conformidad del correcto funcionamiento de los macromedidores de agua potable. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Se desarrolla los cálculos de transferencia de energía que ocurren en una caldera pirotubular de 5BHP, en base a los parámetros de presión de operación de 55 PSI a la que debe funcionar la caldera usando las ecuaciones básicas de mecánica de fluidos y transferencia de calor, suponiendo que la caldera alcanza un estado estable durante su operación, además se supone que la caldera tiene una eficiencia térmica de un 70%. / Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniero Civil Mecánico / Tanto los software de Diseño Asistido por Computadora (CAD) como las herramientas de análisis por medio del Método de Elementos Finitos (FEM) han tenido un enorme impacto en la actividad ingenieril en las últimas décadas. Aun así, tienen la desventaja de que las geometrías CAD no son directamente compatibles con las geometrías utilizas en FEM, lo cual resulta en la necesidad de re-mallar la geometría varias veces durante un ciclo de soluciones FEM. Para solucionar esto, IGA ha sido propuesto como una metodología capaz de generar un vínculo directo entre el diseño mediante CAD y el análisis FEM. La principal idea dentro de IGA es sustituir las funciones de forma utilizadas en FEM por las funciones de base que utiliza el software CAD, conocidas como NURBS. Por otro lado, los problemas de mecánica de fractura presentan dificultades extras para los métodos numéricos debido a las irregularidades que presenta la geometría de la grieta y el campo de esfuerzos singular que se origina alrededor de la punta de la grieta. Para solucionar esto, una nueva generación de métodos numéricos ha sido desarrollada, la cual incluye el renombrado XFEM. La misma idea del XFEM ha sido formulada dentro del contexto de IGA, conocido como Análisis Isogeométrico Extendido (XIGA) y ha sido aplicado exitosamente en grietas rectas y curvas en problemas de elasticidad 2-D. Sin embargo, los trabajos publicados en este tema se han limitado a problemas simples. El objetivo de este trabajo es aplicar el XIGA en problemas de mecánica de fractura con grietas en geometrías complejas dadas por curvas CAD. El trabajo consiste en implementar la metodología de enriquecimiento del XFEM dentro de un código IGA para solucionar problemas de mecánica de fractura 2D. La primera simulación consiste en el problema de una placa infinita con una grieta recta. Esta es resuelta utilizando enriquecimiento Heaviside y Heaviside con punta de grieta. La segunda simulación consiste en emplear NURBS cuadráticos y cúbicos para resolver el problema de un agujero circular con una grieta. En ambas simulaciones se calculan las normas de error $L^{2}$, $H^{1}$ y energética, y el factor de intensidad de esfuerzos (SIF) $K_{I}$ para evaluar los resultados. Ambos problemas exhiben convergencia sub-óptima al momento de refinar la malla y el $K_{I}$ está en concordancia con la solución analítica. ---- Both the CAD software and FEM software have a huge impact on engineering nowadays. Even though both are powerful tools for design and analysis, the main drawback is that CAD geometries and Finite Element models do not completely match, which results in the necessity to re-parametrize the geometry many times during the solution cycle in FEM. Isogeometric Analysis (IGA) was proposed to fulfill this gap and create the direct link between the CAD design and FEM analysis. The main idea of IGA is to substitute the shape functions used in FEM by the shape functions used in the CAD software. Nevertheless, fracture mechanics problems present difficulty for any numerical method due to the irregularity in the crack domain and the singularity of the stress field in the vicinity of the crack tip. To overcome this difficulty, a new generation of numerical methods has been developed, which includes the so-called Extended Finite Element Method (XFEM). The same idea was implemented within the IGA (XIGA) and applied successfully for straight and curved cracks in two-dimensional elasticity. However, the published work is limited to simple crack configurations. The objective of this work is to investigate the applicability and efficiency of the XIGA for cracks of complex geometries given by CAD curves. The work consists in implementing the enrichment method of the XFEM into the in-house IGA code and in verifying the approach on a number of benchmark problems. Heaviside and Heaviside $+$ crack tip enrichment has been implemented for a benchmark problem of an edge crack and the results are shown to be in excellent agreement with the analytic solution. The comparison of the results is done in $L^{2}$, $H^{1}$ and Energy norm of the error, which exhibit the sub-optimal convergence rates, when the mesh size tends to zero. Quadratic and Cubic NURBS were employed to solve the benchmark problem of an edge crack in a circular hole and the results are shown to be in agreement with the analytic solution, despite the complicity of the geometry. The stress intensity factor (SIF) $K_{I}$ is computed and in both benchmark problems it is in agreement with their theoretical value. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto FONDECYT 11130259

Magíster en Ciencias, Mención Geología / Este trabajo describe, modela y analiza la ocurrencia de un deslizamiento en roca de un talud ubicado en el Cerro Catedral en el sector del cajón del Maipo, Chile. Además, analiza la factibilidad que el deslizamiento haya sido gatillado por un sismo cortical superficial. La metodología del trabajo contempla una campaña de terreno para obtener muestras que se ensayan en laboratorio e información estructural de la zona, una fase de reconstrucción geométrica para generar un modelo 2D acorde a la topografía del cerro y finalmente una fase de modelamiento numérico para analizar la estabilidad estática del talud y su respuesta dinámica, considerando registros sísmicos de terremotos superficiales. Los resultados evidencian que el talud es inestable estáticamente si la resistencia del plano de falla es puramente friccional y que requeriría la presencia de al menos un puente de roca para ser estable. Por otro lado, los análisis dinámicos muestran que los registros evaluados amplifican considerablemente en el talud con respecto a su base (por un factor mayor a 2) y que los registros que gatillan la remoción son compatibles con la actividad sísmica esperable para la zona de estudio. Además, los análisis muestran que los desplazamientos asociados a la remoción correlacionan mejor con la aceleración y velocidad máximas en el centro de masa y en la base del talud y que el umbral de aceleración que gatilla la remoción es altamente sensible a la resistencia a la tracción de la roca.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Aborda el cálculo hidráulico de un canal trapezoidal de máxima eficiencia hidráulica y su conexión a un sifón invertido que será utilizado para el riego de un área de cultivos de maíz en la Comunidad de Cconchayoc ubicado en el departamento de Apurímac. Veremos los pasos recomendados para determinar el módulo de riego en base a los parámetros climatológicos de la zona, como son la velocidad del viento y la humedad relativa de la zona; con el módulo de riego se estima el caudal necesario para las áreas a regar. Obtenido el caudal procedemos a calcular el canal trapezoidal de máxima eficiencia hidráulica, luego calcularemos el diámetro óptimo del sifón, la estructura de transición, para finalizar con las pérdidas de carga. El sifón deberá funcionar por diferencia de cargas, esta diferencia deberá absorber todas las pérdidas de carga producidas en el sifón. / Trabajo de suficiencia profesional

La mayoría de los inventarios de emisiones de fuentes móviles en Latinoamérica provienen de modelos internacionales de estimación de emisiones, en su mayoría estadounidenses o europeos. Modelos como COPERT, Mobile o IVE en sus distintas versiones se han utilizado completa o parcialmente en orden de establecer los inventarios que sirven como herramienta a los tomadores de decisión locales. Sin embargo, dentro de la ecuación básica que usan estos modelos para calcular las emisiones existe un dato que no necesariamente es válido para la realidad en Latinoamérica: los factores de emisión. El objetivo principal de este trabajo de Tesis es medir y analizar las emisiones de vehículos diesel en Latinoamérica, utilizando sistemas de medición a bordo y la metodología de Potencia Específica Vehicular para el análisis. En general los factores de emisión internacionales no necesariamente reflejan las condiciones de conducción, de mantención, características de los combustibles o características geográficas de las distintas ciudades de la región. Considerando lo anterior, se realizaron 4 campañas de emisión, midiendo un total de 143 vehículos diesel en Latinoamérica, con el apoyo de The William and Flora Hewlett Foundation en el caso de Ciudad de México y Sao Paulo, y con el apoyo del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile (DIMEC) y la Secretaría Interministerial de Planificación de Transporte (SECTRA) en el caso de Santiago. Las mediciones se realizaron utilizando equipos de medición de carácter portátil. Para los gases se utilizó una unidad Semtech-D de Sensors-Inc y para la medición de material particulado se utilizó una unidad DMM240 de Dekati. La unidad Semtech-D tiene la capacidad de medir monóxido de carbono (CO), hidrocarburos totales (THC), óxidos de nitrógeno (NOX) y dióxido de carbono (CO2). La unidad DMM240 mide material particulado menor a 1.5 micrones. Ambos equipos tienen una frecuencia de muestreo de 1 hertz. Una vez recogidos los datos segundo a segundo de los equipos, se utilizó la metodología de Potencia Especifica Vehicular. La cual permite normalizar los resultados obtenidos en diferentes localidades y bajo diferentes ciclos de conducción de manera de obtener resultados comparables. De esta manera se logró analizar los resultados de emisiones respecto de la energía utilizada por el vehiculo para un instante dado, la cual es estimada a partir de variables medidas con un GPS. La principal conclusión de este trabajo corresponde a la utilización de la metodología de Potencia Especifica Vehicular que permite comparar resultados medidos bajo diferentes condiciones de operación. De los resultados obtenidos se concluye que las emisiones normalizadas por ciclo de conducción presentan diferencias respecto de los modelos de emisiones internacionales. Esta realidad corrobora la necesidad de realizar campañas de emisión locales.

En la presente memoria se estudian diferentes centrales geotérmicas, estableciendo algunos criterios a considerar para una posible incorporación de esta energía a la matriz energética chilena. La promulgación de Leyes como la de Geotermia (2000) y la ley de fomento de la ERNC (2008), el subsidio en los costos de perforación de pozos exploratorios, unido a factores como la vulnerabilidad de la energía hidroeléctrica a sequías periódicas, los costos ambientales asociados a la energía hidroeléctrica y combustibles fósiles, generan un ambiente propicio para aprovechar el recurso energético geotérmico en Chile. Como etapa inicial se describen diferentes tecnologías de centrales geotérmicas. A partir de ellas se realizó un análisis termohidráulico para maximizar su potencia neta de dos centrales de tecnologías flash: Simple y Doble Flash, y cuatro centrales con tecnología de ciclo binario: Básico, con Intercambiador de Calor Interno (IHE), regenerativo con IHE y Doble Presión. Para las centrales de ciclo binario se consideraron 4 tipos de fluidos de trabajo: isopentano, isobutano, n-pentano y R114. Los resultados muestran que las centrales doble flash generan un 17% más de potencia neta que las centrales de simple flash a igualdad de temperatura del fluido geotermal. A su vez para la tecnología de ciclo binario las centrales de doble presión fueron las que proporcionaron una mayor potencia. El isobutano resultó ser el fluido de trabajo que entregaba un mejor rendimiento de las centrales de ciclo binario básico, con IHE y regenerativo con IHE. En el caso de las centrales de doble presión el mejor fluido de trabajo fue el isopentano. Al comparar las tecnologías flash y de ciclo binario, se obtuvo que la central de ciclo binario de doble presión (con una temperatura de condensación de 25 [°C]) y la central doble flash con una temperatura del fluido geotermal de 289 [°C] registraron la mayor eficiencia de utilización con un 45% y un 40% respectivamente. A partir de los resultados termohidráulicos se seleccionó una central simple flash de 28 [MW] y una central de ciclo binario con IHE de 5 [MW] para estudiar su factibilidad económica. Se consideraron cuatro escenarios de ingresos de las centrales: 1) Caso Base: venta de energía, venta de potencia, venta de bonos de carbono y el incentivo dado por la ley de ERNC, 2) Caso base sin considerar bonos de carbono, 3) Caso base sin considerar la ley de ERNC, 4) Caso base sin considerar bonos de carbono y la ley de ERNC. Los resultados del estudio económico muestran que la central simple flash es una buena alternativa de inversión en Chile para los 4 casos. En el caso base se obtuvo un VAN de US$ 38,6 millones de dólares y una TIR de 45,7 %. La central de ciclo binario resultó ser una buena alternativa de inversión sólo en los casos base y caso base sin bonos de carbono, obteniendo en el caso base un VAN de US$ 2,9 millones de dólares y una TIR de 24,9 %.

La mayoría de los evaporadores de refrigeración para enfriamiento de aire usan el concepto de intercambiador de tubos y aletas, en que un refrigerante se evapora en el interior de tubos horizontales que forman un haz. Dado que el coeficiente convectivo del aire exterior es mucho menor que el de evaporación, la superficie externa se extiende mediante aletas paralelas que abarcan el haz completo. Para los coeficientes convectivos externos en flujo cruzado de aire respecto al haz de tubos se dispone de varias correlaciones empíricas. En la presente memoria se realiza la determinación de los coeficientes externos mediante simulación numérica, usando el software Comsol. Dada la complejidad geométrica de estos equipos, que requiere de computadores de gran capacidad de memoria y de procesamiento, se restringió el estudio a 6 casos con tubos en línea, variando el diámetro y los espaciados de tubos paralelo y transversal al flujo, usando valores recomendados para estos parámetros. Aunque el flujo es tridimensional, se debió restringir el estudio a una versión bidimensional de los arreglos, consistente en una estructura básica de 4 tubos. Además se desacoplaron los fenómenos de transferencia de calor entre el aire y los tubos, de la transferencia de calor en las aletas. Se creó un modelo de flujo y transferencia de calor a bajos números de Reynolds (10³-10) para determinar coeficientes convectivos en la configuración de 4 tubos, arrojando dependencias entre el coeficiente convectivo y el número de Reynolds. Los modelos se validaron por comparación con resultados empíricos para el caso de tubo único. El análisis de los campos de flujo y temperatura caracteriza el fenómeno como uno de capa límite. En la selección de mallas se intentó suprimir las oscilaciones numéricas en el coeficiente superficial de convección alrededor del tubo, y reproducir su evolución lo largo del arco, según se describe en la literatura. Para las aletas se usó un modelo de conducción 3D aplicado a una configuración unitaria de 4 tubos, variando el espesor y el número de Reynolds del flujo. Se comprobó que las aletas de aluminio entregan eficiencias superiores al 70%. Los coeficientes convectivos se representaron por una expresión en términos de los parámetros independientes. Las restricciones geométricas indicadas, así como el estrecho rango de Reynolds usado, limitan la generalidad de esta expresión. Se indican las directrices generales para la continuación de este estudio

Con la utilización de una nueva generación de telescopios robóticos se ha hecho posible la observación sincronizada de objetos desde cualquier lugar del planeta. Un problema aun no resuelto es el diseño de domos para este tipo de telescopios, los que deben resistir ráfagas de viento, nieve, terremotos, suciedad, radiación solar y variación de temperatura entre otros fenómenos. El objetivo de este trabajo es poder seleccionar el mejor tipo de domo existente en el mercado, para poder albergar a un telescopio robótico con un espejo de 50 cm de diámetro y toda su instrumentación, basándose en el comportamiento mecánico de la estructura frente a las condiciones adversas que debe soportar en el Cerro Tololo, La Serena, Chile. En donde se incluyeron cargas de nieve, gradiente térmico con radiación solar y cargas de viento. Se estudiaron 4 modelos de domos: 2 con un sistema de gajos rotatorios que permiten la apertura y cierre de la cúpula; y 2 con una estructura que permite la rotación total de esta con respecto a su eje vertical. Dentro de los domos con gajos, se realizó el estudio de un modelo construido 100% con fibra de vidrio y otro con una estructura metálica en su interior; dentro de los domos con estructura giratoria, se estudio un modelo construido 100% con fibra de vidrio y otro con su cubierta de aluminio. Parte importante del estudio se realizó a través del método de elementos finitos usando el software computacional COMSOL Multiphysics 3.5a para el estudio térmico y mecánico estructural; además, se utilizó el software Fluent 6.2.16 para el estudio fluido dinámico. Los resultados obtenidos mostraron que los domos con estructura giratoria según su eje vertical, presentan esfuerzos internos menores que los domos con sistema de gajos, para todas las cargas externas aplicadas. El domo de aluminio presento una concentración de esfuerzos similar al de fibra de vidrio, en términos de magnitud máxima, a pesar de que se consideró un espesor de 2 mm menor que el de fibra. El domo con gajos con estructura metálica interna, presentó un mejor comportamiento mecánico que el domo con gajos construido 100% con fibra de vidrio, para todas las simulaciones, sin embargo, el costo de construcción de la estructura es menor para este último. El gradiente térmico y la radiación solar presente en la zona no generaron concentración de esfuerzos considerables para la estructura.