Trabajos sobre las propiedades del cemento y otros materiales frágiles reforzados con distintos tipos de fibras, han sido y están siendo desarrollados en los últimos años en diversas partes del mundo, enfocados particularmente sobre el tipo de fibra usada, tipo de material, edad, contenido de fibra y sus efectos sobre las propiedades mecánicas de los materiales compuestos fabricados. El presente trabajo describe un estudio experimental sobre las propiedad mecánica de resistencia a la fractura de un material compuesto de cemento Portland y fibras de celulosa, de manera de ver cuál es el porcentaje óptimo de fibra celulosa que se le debe agregar a este material compuesto con el fin de obtener la mayor resistencia a la fractura. También se efectúa un análisis de los valores obtenidos aplicando la distribución de Weibull, estableciendo comparaciones entre pastas de cemento y el fibrocompuesto con distintos porcentajes de celulosa. Para corroborar que el modelo teórico que impusimos, representa a la población del conjunto de todas las muestras, se hizo uso de la distribución de chi-cuadrado. Esto consiste en comparar la distribución de frecuencia observada en la muestra con la distribución de frecuencia esperada basada en el modelo teórico encontrado. Lo que permite ver si el modelo teórico de Weibull se puede o no ajustar a nuestros datos. Se concluye que el refuerzo óptimo de la matriz de cemento corresponde a un porcentaje en peso de fibra de celulosa de 12% y además que el modelo teórico de Weibull usado en este trabajo se ajusta a los valores obtenidos experimentalmente en el ensayo de flexión.

Durante un evento sísmico las masas de los componentes de una válvula y su sistema de accionamiento producen solicitaciones (inducidas por la oscilación sísmica) que pueden afectar el correcto funcionamiento de esta, estas solicitaciones se ven acrecentadas para el caso de válvulas de gran tamaño, debido a las grandes masas excéntricas involucradas. La sismicidad en Chile tiene la particularidad de poseer sismos de gran duración en su manifestación de mayor intensidad, con lo que válvulas fabricadas bajo estándares y normas extranjeras podrían funcionar incorrectamente durante una situación de emergencia. El principal objetivo de este trabajo es generar una metodología para diseñar y calificar grandes válvulas de seguridad, considerando las solicitaciones sísmicas y de trabajo (presión, peso propio y dilatación térmica) de estas. Se tomaran como base los procedimientos aplicados en la norma ASME QME-1-2007 (para calificación de equipos mecánicos activos utilizados en plantas nucleares), desarrollándose estos con mayor detalle, complementándolos y aplicándolos al caso de la sismicidad nacional. Para ejemplificar la metodología se estudió una válvula de mariposa de 36 pulgadas de diámetro, calculándose el campo de deformaciones de esta sometida a cargas de trabajo y luego a cargas sísmicas. El análisis se centra en el sistema de accionamiento y sellado, considerando las deformaciones y esfuerzos en el eje, disco, sello y bujes de la válvula. Los resultados obtenidos indican que los esfuerzos en los distintos elementos analizados (tanto para carga de trabajo como para carga sísmica) están bajo los máximos admisibles para los distintos materiales empleados, además las fuerzas de contacto generadas producen fuerzas de roce que están por debajo de la fuerza generada por la motorización especificada con la válvula. Se concluye que la válvula analizada es capaz de mantener su integridad física y operabilidad bajo su carga normal de trabajo y durante un evento sísmico. La metodología de calificación generada permite incorporar cargas de trabajo y sísmicas, analizando la incidencia de las deformaciones producidas sobre el sistema de accionamiento y sellado de la válvula.

Como herramienta de apoyo a la disminución de los costos energéticos hace varias décadas se vienen desarrollando y mejorando programas computacionales que simulan el desempeño energético y en particular el desempeño térmico de los edificios. En la actualidad existen alrededor de 300 programas desarrollados por distintos países e instituciones cada uno con sus fortalezas y falencias. En este trabajo se caracterizaron los softwares de modelamiento térmico Ecotect, TAS y DesignBuilder, con el fin de entregar una calificación disponible para las universidades y/o los posibles compradores dentro del mercado chileno. El edificio ubicado en Avda. Blanco Encalada 2120 fue modelado en cada uno de ellos, donde se ingresaron las características constructivas de este y los parámetros comunes de uso, que permitieron realizar una comparación de los resultados obtenidos. En algunos casos, estas herramientas poseen altos niveles de complejidad, por lo cual es altamente recomendable que sean utilizadas por un grupo de especialistas, que incluya profesionales de diversas áreas. Esto permitirá obtener resultados validados, confiables, transparentes y acordes con la realidad de nuestro entorno. Los resultados obtenidos indican que los softwares con resultados más consistentes fueron DesignBuilder y TAS. En el caso de Ecotect estos fueron menos convincentes. Las principales recomendaciones del estudio, para reducir el consumo eléctrico del edificio, corresponden a implementar sistemas de iluminación de mayor eficiencia, controlar las temperaturas de climatización y mejorar el rendimiento de los equipos de climatización. Este edificio consume unos 240 kWh/m2/año, valor considerado alto, lo cual indica que existen buenas oportunidades de implementar eficiencia energética. Las medidas recomendadas podrían reducir el consumo eléctrico por sobre el 20%.

Existe una familia de aleaciones que presentan un comportamiento llamado Memoria de Forma, las cuales después de una deformación plástica, recuperan su forma original. La recuperación se da tras un tratamiento térmico calentando el material produciéndose el Efecto de memoria de forma o EMF o al retirar la carga que produce la deformación al material dentro de un rango de temperatura, fenómeno llamado generalmente súper elasticidad o SE. Ambos tipos de recuperación de la forma tienen origen en la Transformación Martensítica, un cambio de fase que ocurre por efectos de la temperatura o la deformación. La aleación Cu-11,8 %p. Al-0,5 %p. Be presenta el comportamiento de memoria de forma mencionado anteriormente, es por esto que el estudio de esta aleación es interesante debido al amplio campo probable de aplicaciones. El objetivo de esta memoria es estu- diar el efecto de distintos niveles de deformación impuesta por compresión a distintas temperaturas, en el rango superelástico y post-superelástico, y de tratamiento térmicos postdeformación, sobre la microestructura de una aleación superelástica Cu-11,8 %p.Al-0,5 %p.Be. Así, se realizaron ensayos de compresión hasta diferentes valores de deformación (10 valores diferentes) a distintas temper- aturas (5, 20, y 50◦C) y aplicaron tratamientos térmicos a algunas de las probetas deformadas, para evaluar la recuperación en longitud por estos tratamientos. Se analizó por DSC probetas altamente deformadas (15 %), para avanzar en el estudio e interpretación de peaks de transformación encon- trados fuera de las zonas típicas en recientes ensayos de tracción de alta deformación. Además se analizó por microscopia óptica probetas altamente deformadas (12 %), y se determinó la fracción y comportamiento de fases en función de la temperatura del ensayo de compresión. Finalmente se re- alizó un análisis fractográfico utilizando un microscopio óptico estereoscópico. Una vez realizados los ensayos y análisis, se logró concluir una dependencia de la temperatura del ensayo de compre- sión en el comportamiento mecánico y microestructural. Se determinó que el nivel de deformación post-descarga es mayor en los casos que la temperatura del ensayo es menor. Asimismo la concentración de martensita retenida, tiende a aumentar con el aumento de la temperatura del ensayo, debido al aumento de la concentración de dislocaciones a menores temperaturas de deformación. Se determinó que para grandes deformaciones la acumulación de dislocaciones produce que la energía necesaria para lograr la transformación de martensita a austenita aumente considerablemente, además de impedir la transformación de ambas fases a las temperaturas típicas de transformación.

A pesar de que un cable es un elemento estructural diseñado esencialmente para transmitir cargas de tracción, su geometría helicoidal es tal que los componentes que lo forman no sólo desarrollan esfuerzos de tracción sino que también esfuerzos de flexión, corte, torsión, fricción y fuerzas de contacto. Ante la acción de cargas axisimétricas, la magnitud y distribución de las tensiones resultantes en los componentes de un cable determinan el comportamiento de éste, el cual puede ser expresado en términos de su elongación y rotación axial. Este trabajo de título tiene dos objetivos principales: (1) validar y analizar las limitaciones de modelos matemáticos discretos 2D desarrollados para predecir el comportamiento de cables sometidos a cargas axisimétricas; y (2) estudiar el efecto del daño simétrico y asimétrico en la magnitud y distribución de los esfuerzos internos y en la respuesta global (rigidez, capacidad máxima y deformación de falla) del cable cuando es solicitado por cargas axisimétricas. En este estudio se entiende por daño en un cable a que elemento(s) de éste presenta(n) discontinuidad en su longitud en una o varias secciones del cable. Para alcanzar los objetivos planteados se utiliza una modelación del cable 3D en base al método de Elementos Finitos (MEF) utilizando el programa ANSYS, datos experimentales reportados en la literatura y modelaciones 2D lineales y no lineales. El análisis se restringe a cables homogéneos formados por elementos de materiales con comportamiento lineal y no lineal cuyos diámetros varían entre 6 y 40 milímetros y que poseen distintos tipos de configuraciones geométricas de la sección transversal. Mediante la comparación de la respuesta global de cables obtenida utilizando modelos numéricos 3D (MEF), 2D y datos experimentales y el estudio de la distribución de tensiones y deformaciones obtenida con la modelación 3D (MEF), se concluye que los modelos 2D predicen de forma adecuada la curva de capacidad de un cable sometido a cargas axisimétricas, considerando secciones transversales sin daño y con daño distribuido simétricamente. De esta forma se validan las hipótesis sobre las cuales los modelos 2D están sustentados. El estudio del impacto del daño y su distribución (simétrica y asimétrica) en la respuesta global y distribución de tensiones y deformaciones de un cable se realiza mediante la comparación de datos experimentales con los resultados obtenidos con la modelación 3D (MEF) de cables dañados y sin daño. Se concluye que el efecto del daño en un cable depende de la cantidad de elementos dañados y de si la distribución del daño es simétrica o asimétrica. Una distribución asimétrica de daño tiene un mayor impacto que una simétrica en la reducción de la capacidad axial y de la deformación axial máxima del cable y en la distribución de tensiones y deformaciones internas en la sección transversal. Se observó que para una misma cantidad de elementos dañados en una sección, para una distribución de daño simétrica, la capacidad axial se reduce en la misma proporción de área dañada, mientras que para una distribución asimétrica esta reducción puede alcanzar un 5%. La deformación axial máxima para una distribución de daño simétrica sufre una reducción menor al 1% con respecto al caso sin daño y para una distribución asimétrica esta reducción puede superar el 30% dependiendo de la configuración geométrica del cable. Las tensiones y deformaciones internas en una sección transversal con distribución de daño simétrica experimentan una variación de 5% entre valores extremos con respecto al valor promedio de la sección, mientras que para una distribución de daño asimétrica, esta variación puede superar el 50%.

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).

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El objetivo general del presente trabajo de título, fue la creación de un software de trazado de rayos para realizar un análisis del flujo energético captado por colectores concentradores catóptricos, de geometrías definidas, desde el punto de vista óptico - geométrico. Se utilizó una técnica computacional de trazado de rayos aleatorios, tipo Monte Carlo, para analizar la distribución del flujo energético generado por los colectores concentradores. Este flujo energético se analizó en torno a la variable más relevante de los sistemas concentradores: el factor de concentración de flujo. Se abarcaron geometrías estándar y otras más innovadoras, a través de un programa modular y flexible diseñado en Matlab, el cual permite una utilización sencilla para el usuario, y cuenta con la funcionalidad de guardar los resultados de las simulaciones llevadas a cabo en planillas de datos Excel y en tres formatos de imagen, lo cual facilita un post análisis. Los resultados obtenidos fueron validados analíticamente para cada uno de los colectores concentradores considerados, obteniéndose resultados satisfactorios, de acuerdo a las hipótesis planteadas y a los resultados entregados por la literatura. Además se verificó la integridad del software diseñado sometiéndolo a diferentes pruebas de funcionamiento. Se concluye que el software creado constituye una poderosa herramienta de evaluación para los sistemas concentradores estudiados, el cual permite calcular a piori, diversas aberraciones ópticas que pudiesen afectar el desempeño final de los mismos. Se recomienda finalmente la extensión de las funcionalidades del software, con el fin de poder analizar más geometrías, y agregarle modelos termodinámicos, para realizar en conjunto análisis de tipo ópticos y térmicos.

Ingeniero Civil Mecánico / El objetivo general del presente trabajo de título es desarrollar un modelo tridimensional del comportamiento mecánico de implantes dentales sometidos a carga inmediata en el maxilar superior por medio del método de elementos finitos. En las simulaciones se utilizaron diferentes modelos para el hueso y distintas geometrías y materiales para la estructura que une los implantes. Se simuló el proceso de masticación aplicando cargas estáticas sobre la estructura en diferentes posiciones que representan el uso de las distintas piezas dentales en el proceso. En la primera parte del informe se recopilaron todos los antecedentes necesarios para poder plantear el problema de forma correcta, partiendo por los antecedentes odontológicos, los que incluyen información del maxilar superior, de los implantes, del proceso de masticación, del protocolo de carga inmediata y los factores que influyen para obtener una cirugía exitosa. Se explicó el fenómeno físico que hay tras del proceso de reconstrucción de imagen a partir de las tomografías computacionales, técnica que fue utilizada para obtener la geometría del maxilar superior. También se plantearon los modelos matemáticos y numéricos que están involucrados en las simulaciones. Luego se continuó con la modelación en elementos finitos, en donde se detalló la generación de geometrías y mallas, las condiciones de borde y cargas aplicadas, las propiedades de los materiales utilizados y la definición de las zonas de contacto. Como resultado se determinaron los micromovimientos en los implantes, además de esfuerzos, deformaciones y desplazamientos en todos los cuerpos que componen el sistema modelado. Al analizar los resultados se logró encontrar relaciones entre la forma en que varían los valores de micromovimiento obtenidos y los diferentes factores que se variaron en el modelo, tales como geometría y material de la estructura, posición de las fuerzas y modelo para el material del maxilar. Finalmente se concluyó que es posible la simulación del proceso de masticación con cargas estáticas y que es necesario considerar modelos más complejos de material, debido a que se observan cambios importantes en los valores de micromovimiento entre un modelo y otro, en particular al incluir hueso trabecular (modelos heterogéneos). Para modelos homogéneos se obtuvieron micromovimientos entre los 5 y 10 [µm] y para los modelos heterogéneos, los valores obtenidos variaron entre los 20 y 30 [µm]. Con respecto a la influencia de la geometría y de los materiales de la estructura en el micromovimiento, a pesar de que se encontraron relaciones entre los parámetros estudiados, es difícil recomendar una geometría con los datos obtenidos dado que es necesario estudiar más variables involucradas en el problema.

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