Estudio de investigación solicitado por la empresa CNPC durante el desarrollo de la explotación del gas de Camisea el cual es un proyecto muy importante para el país, el proyecto plantea el cruce de una tubería bajo el lecho fluvial del río Urubamba. La metodología que se propone aplicar es la de caracterizar las condiciones morfológicas del lecho fluvial mediante estudios batimétricos y topográficos (vuelo LIDAR), luego con apoyo de la hidrología obtener un hidrógrama de una avenida extraordinaria para un periodo de retorno de 200 años el cual servirá como datos de ingreso al modelo para luego ejecutar un modelamiento hidrodinámico inicial (sin parámetros de sedimentos) para realizar un contraste con la información leída en campo y el apoyo de otro modelo unidimensional a fin de validar sus cálculos, finalmente por los requerimientos del modelo ingresar las características del sedimento (parámetros del sedimentos como el tamaño) para ejecutar el final modelamiento y valorar las principales características hidrodinámicas arrojadas el cual comprende la socavación producida por las condiciones planteadas. Para el modelado final se emplea diferentes métodos que nos ofrece el programa IBER para hallar los parámetros con varias de las formulas preestablecidas con los cuales se halla los principales parámetros sedimentológicos, estos parámetros también son hallados ejecutando el cálculo la altura socavación con apoyo de un método que combina el métodos matemáticos directos y la modelización en 2D de la hidrodinámica, esto se realiza con el fin de realizar un contraste con los resultados obtenidos. Se concluye que la simulación hidrodinámica es útil para observar el comportamiento hidrodinámico de lechos fluviales que caracterizados, aplicados y validados correctamente pueden ayudar a resolver muchos problemas futuros. / Trabajo de suficiencia profesional

El objetivo general del presente trabajo de título es desarrollar una antorcha multifuncional para la destrucción de metano y aprovechamiento de la energía térmica generada, como alternativa a las actuales que solo destruyen metano. Dentro de los objetivos específicos se considera diseñar de manera básica el combustor, recuperador de calor y el control de la antorcha. El metano actúa igual que 21 veces el CO₂ en el efecto invernadero. Una tonelada de metano quemado CH₄ produce 2,75 toneladas de dióxido de carbono CO₂, por lo tanto se reduce el im-pacto en el efecto invernadero en 18,25 toneladas de CO₂. El diseño de la antorcha se realizó utilizando técnicas clásicas de combustión y transferencia de calor, poniendo especial énfasis en la transferencia de calor por radiación. Se definió una zona de destrucción del metano y una zona de recuperación de calor de manera de facilitar el cálculo térmico y fluidodinámico. El cálculo estructural se basó en la norma chilena para diseño sísmico de estructuras NCh 2369.Of2003, en la norma chilena para la acción del viento sobre construc-ciones NCh 432.Of71 y en la norma ASME para chimeneas industriales STS-1-2000. Se realizó también una comparación económica respecto a una antorcha de similares características. El resultado final fue una antorcha con recuperación de 250 kW térmicos, un 40% más económica que la referencia internacional y además por efectos de su operación se logra recuperar el capital invertido al segundo año. Se concluye que la antorcha prototipo desarrollada se presenta como una atractiva alternativa a inversionistas del área de rellenos sanitarios o biodigestores, ya que además de tener un costo menor a la antorcha típicamente usada, agrega el valor de recuperar la energía de los gases de combustión a través de un novedoso sistema de recuperación variable.

La neurocirugía necesita altos niveles de precisión debido a la complejidad del cerebro. Para ello, los cirujanos cuentan con imágenes pre-operatorias que permiten identificar la zona exacta de operación. Sin embargo, durante la craneotomía se producen deformaciones en el cerebro. Las deformaciones producidas conllevan un margen de error en la zona de operación. El fenómeno de deformaciones denominado "Brain Shift", se estudiará en el presente tema de memoria. El proyecto de título busca cuantificar los desplazamientos originados en el tejido cerebral cuando existe un procedimiento quirúrgico de cráneo abierto. Al variar la presión intracraneal, el cerebro comienza un proceso de deformación hasta alcanzar un estado definitivo. La escasez de equipos clínicos capaces de actualizar el estado del cerebro durante el proceso y su alto costo, son los problemas que enfrenta la neurocirugía. Es por esto, que el fenómeno ha sido ampliamente abordado por investigadores del área biomecánica y dentro de los antecedentes recopilados se presenta un estado del arte de aquellos trabajos de mayor aporte a la modelación del fenómeno llamado Brain Shift. Dentro de este marco, se realizó un estudio acabado de modelos de sólidos adaptables a las condiciones del cerebro, en particular se han considerado modelos de elastómeros y lineales. Como objetivo general se plantea establecer un valor aproximado del desplazamiento y estado final que tendrá la zona del cerebro a operar, mediante el uso de modelos matemáticos y algoritmos computacionales, en particular con el método de elementos finitos. Como objetivo específico, se busca modelar el fenómeno denominado Brain Shift para la determinar desplazamientos, deformaciones y esfuerzos. La metodología aplicada consistió en la generación de un modelo CAD del cerebro importable a un programa de elementos finitos. En etapas previas a la simulación del Brain Shift, se estudiaron diferentes condiciones de borde y el modelo de sólido que se adaptase a las propiedades reales del cerebro. Finalmente se simularon tres casos denominados craneotomía parietal, frontal y posterior respectivamente. El nombre indica la zona del cerebro expuesta. Con estos casos se cuantificó desplazamientos, esfuerzos y deformaciones generados por el fenómeno. Los resultados son similares a los registrados por investigadores, sin embargo, el Brain Shift es único para cada paciente. Con este trabajo de título se entregan las herramientas esenciales para conocer los desplazamientos que se generaran en un procedimiento de este tipo, gracias a las condiciones de borde estudiadas y al modelo de sólido seleccionado.

En el presente trabajo de título se estudió la factibilidad de endurecer superficialmente un acero al carbono por deposición de ferro-aleaciones, mediante la utilización de electrodescarga (ESD). El ESD se puede describir como un proceso de microsoldadura de tipo pulsante, en el cual se transfiere material desde un ánodo (electrodo) hacia una pieza de trabajo (substrato) mediante pulsos de corriente de corta duración y alta intensidad. La deposición se realizó manualmente mediante un dispositivo rotatorio fabricado localmente. Se fabricaron ánodos cilíndricos, de 5 mm de diámetro y de 50 mm de longitud, aproximadamente, empleando las siguientes aleaciones ferrosas: de boro, de molibdeno, de cromo y de titanio. Las distintas ferro-aleaciones se mezclaron con grafito en dos porcentajes: estequiométrico y mayor al estequiométrico. Las ferro-aleaciones y el grafito se molieron hasta un tamaño de polvo de 53 µm aproximadamente; después, se compactaron a una presión de 2070 MPa y se sinterizaron a 900 °C. Las ferro-aleaciones se depositaron sobre un acero SAE 1020, usando un voltaje de 100 V y una atmósfera protectora de argón. Las capas depositadas se caracterizaron mediante micrografías y macrografías ópticas, microdureza Vickers y difracción de rayos X (DRX). Las macrografías mostraron que las superficies del depósito resultaron rugosas e irregulares, características del proceso ESD. Las micrografías mostraron un espesor de capa irregular cuyo valor promedio, dependiendo de la ferro-aleación, estuvo entre 62 y 233 µm. La microdureza de las capas se midió a temperatura ambiente y luego de un calentamiento a 600 °C en un horno con atmósfera de argón, encontrándose en ambos casos un endurecimiento desde el substrato hasta la superficie de la capa depositada. Los valores obtenidos estuvieron entre 7,5 y 11 veces el valor nominal del substrato (176 HV). Los análisis de DRX, dependiendo de la ferro-aleación aplicada, mostraron entre otros compuestos, en la capa depositada la presencia de Carburo de Hierro (Fe7C3), Boruro de Hierro (Fe0,91B0,09), Carburo Hierro Cromo (Cr1,75Fe5,25C3), Óxido de Carburo de Titanio (TiC0,32O0,46) y Carburo de Titanio (Ti2C), los cuales se formaron durante la aplicación del proceso ESD. Se concluyó que es posible endurecer superficialmente el acero SAE 1020 mediante la deposición de ferro-aleaciones por ESD. La dureza de las capas depositadas se mantuvo inclusive al someterlas a una temperatura de 600 °C.

Geólogo / La geometría o rugosidad de las superficies de las estructuras geológicas es uno de los parámetros más relevantes en la determinación de su resistencia al corte o trabazón frente a los movimientos de cizalle. Por lo mismo, la influencia de esta característica en la calidad geotécnica del macizo rocoso es de primera importancia. Un macizo rocoso con estructuras geológicas con altos índices de rugosidad lo haría más competente y trabado que uno que contenga estructuras geológicas con bajos índices. A pesar de lo anterior, la medición de este parámetro es compleja. En el yacimiento El Teniente, a la fecha, la forma de medición y estimación de la rugosidad en labores de la mina subterránea conlleva tres problemas fundamentales: 1) La medición de la rugosidad se realiza a escala de probetas (hasta 0.3m), habiendo sido demostrado que esta cambia con el tamaño de la observación. 2) Las mediciones solo se hacen en 2D, siendo la rugosidad una propiedad 3D. 3) El historial de medición se basa determinaciones cualitativas pudiendo cambiar de observador a observador. En este trabajo se utiliza el coeficiente de rugosidad JRC (Joint Roughness Coefficient) que permite cuantificar la rugosidad de una manera objetiva, en una escala que varía entre 0 y 20, a través de la medición de la amplitud máxima que definen las asperezas para el largo de perfil observado. Para el estudio se utilizaron modelos 3D de los frentes mineros con resolución de 3 mm, generados a partir de un sistema de fotogrametría digital, basada en los principios de estereogrametría, implementada por la Superintendencia de Geología de la División El Teniente. Sobre la base de esta técnica fue posible obtener mediciones de la rugosidad de las superficies de las estructuras geológicas en trazas mayores a 0,3m. Además de estudiar sus características geométricas en 3D. El análisis de resultados revela que al utilizar esta técnica, se amplió la ventana de muestreo de rugosidades desde 0,3m hasta 4m. Los valores JRC para las estructuras geológicas de la mina El Teniente, para la escala descrita, van desde un mínimo de 4 a un máximo de 20, con el 60% de los datos sobre JRC 10.Por otra parte, los datos demuestran que la ley de escalamiento propuesta por Barton y Bandis (1982) se ajusta. Los datos sobre el JRC en múltiples direcciones demuestra que las estructuras geológicas presentan una rugosidad anisótropa. La razón de espesor/amplitud observada en las vetillas resultó ser menor a 1, se infiere con esto que la resistencia al cizalle de estas estructuras estará gobernada fundamentalmente por la rugosidad de estas.

Geóloga / En la presente memoria se explora la manera de relacionar complementariamente los modelos geológico-estructurales y modelos geotécnicos para una mina de rajo abierto, generados a partir de una misma base de datos. La base de datos disponible contiene la ubicación, orientación y características de fallas, vetillas y fracturas. El estudio se divide en dos etapas de trabajo: la primera es la implementación de un programa que calcula la densidad de fracturas (DF) para una base de datos discreta. La segunda etapa consiste en establecer un modelo de DF y, posteriormente, explorar la existencia de relaciones espaciales con el modelo estructural de dominios y la geología del depósito Los Pelambres. Adicionalmente, se genera un modelo unificado estructural-geotécnico. Para el cálculo de la DF el programa se divide en tres fases de procesamiento de datos: primero divide la base de datos en grupos según su proximidad espacial, luego, linealiza los datos pertenecientes a cada grupo y, finalmente, calcula la DF en una celda de 15 m de largo. Los resultados muestran que los programas implementados constituyen una herramienta que puede contribuir a disminuir los tiempos de generación de modelos de DF, mejorarlos cualitativamente y mejorar cuantitativamente los modelos estructurales en un menor tiempo optimizando el desarrollo minero. Los modelos de DF permitieron definir la distribución espacial en el rajo de 3 zonas en relación a la concentración de DF: alta, media y baja. Se observa que la zonación de DF está estrechamente relacionada con el sistema de fallas y lineamientos de arsénico de rumbo NE, correspondientes a fases tardías de deformación frágil, posterior a la mineralización en Los Pelambres. El modelo unificado estructural-geotécnico complementa la zonación de dominios estructurales con la variación de DF. Es construido a partir de un modelo de bloques del parámetro DF con una grilla de 60x60 m., estos bloques son clasificados en 4 categorías: bajo, medio, alto y muy alto. El modelo unificado muestra que DF está controlada mayormente por la litología, siendo los macizos mayormente fracturados aquellos dominados por rocas volcánicas y los menos fracturados por rocas intrusivas.

Ingeniero Civil Mecánico / Dentro de los métodos de simulación numérica para resolución de ecuaciones diferenciales parciales (EDP's), los métodos sin malla han sido desarrollados desde hace aproximadamente veinte años. A diferencia del método de elementos finitos, los métodos sin malla no necesitan una malla definida para la construcción de sus funciones de base, las que se crean únicamente por la distribución de los nodos en el dominio. Esta característica hace a este método más atractivo en problemas donde exista distorsión de la malla, sin embargo, requieren un tiempo extra en su cálculo y un esfuerzo mayor en su programación. El presente trabajo tiene por objetivo realizar un algoritmo numérico eficiente mediante programación en paralelo, para la resolución de problemas en la mecánica de sólidos mediante el método sin malla Galerkiano con funciones de base de máxima entropía. La motivación de este trabajo es suplir uno de los principales defectos de los métodos sin malla, ser computacionalmente costosos. Son abordados los antecedentes del método sin malla, elasticidad lineal y la programación en paralelo. Se utiliza el método sin malla Galerkiano basado en la forma débil, con funciones de base de máxima entropía. Se trabaja con el software computacional MATLAB y la librería Parallel Computing Toolbox en la implementación de la programación en paralelo para tres problemas específicos y se analiza el error numérico, convergencia, tiempo de cómputo, e indicadores de desempeño para la programación en paralelo, como lo son Speedup y Eficiencia paralela. Se obtienen errores numéricos aceptables, entregados por las normas relativas L^2 y H^1, obteniendo convergencia en los tres problemas. Los tiempos de cómputo se reducen al implementar la programación paralela en todos los casos. La convergencia del problema es independiente del número de procesadores utilizados. Se obtienen los mejores resultados de Speedup y Eficiencia paralela para problemas por sobre los 5000 grados de libertad. Se recomienda trabajar problemas por sobre esta cifra en la implementación de la programación en paralelo para la resolución de problemas en la mecánica de sólidos mediante el método sin malla Galerkiano. Se cumple objetivo principal, logrando realizar algoritmo numérico mediante programación en paralelo, para la resolución de problemas en la mecánica de sólidos mediante el método sin malla Galerkiano con funciones de base de máxima entropía.

Ingeniero Civil Mecánico / Frederik Læssøe Smidth (FLS) es un grupo multinacional dedicado a la fabricación de equipamiento para plantas cementeras y mineras. Fabrica una amplia gama de celdas de flotación, siendo las de tipo Wemco las más importantes. FLS realiza inspecciones y ensayos a los distintos procesos de manufactura de cada parte de sus equipos. La cantidad y frecuencia de éstos se estima en base a la experiencia adquirida durante los años de operación. No existe un método definido para determinarlas. El tema surge a partir de la necesidad de la empresa de tener un sistema más robusto y confiable para poder determinar las distintas actividades de inspección y ensayo, además de su frecuencia, que se realizan a los componentes de sus equipos en la etapa de fabricación, de manera de optimizar la utilización de recursos, pero siempre asegurando la calidad del producto entregado al cliente. El objetivo principal es diseñar un modelo de análisis integral de riesgos, aplicado a nivel micro, que permita asegurar y controlar la calidad en componentes estructurales y mecánicos de celdas de flotación del tipo Wemco. Los puntos principales del trabajo son: recopilación de antecedentes (componentes de las celdas, identificación de los componentes fabricados en Chile, sus métodos y lugar de fabricación, planos de cada componente y normas asociadas a su fabricación), salidas a terreno, diseño de prototipo del modelo de riesgos, su validación y construcción de una interfaz de uso. Luego de realizado el levantamiento de información y de su posterior análisis se llega a la conclusión de que el grado de implementación de la norma, tanto en la empresa, como en las maestranzas, están en un período de adolescencia , ya que se observan las mismas deficiencias en general. La mayor de ellas es la que se refiere a que la implementación del sistema queda algo estancando en las esferas superiores de las empresas, no logrando llegar en plenitud a los trabajadores, que son los que finalmente la llevan adelante. Específicamente los puntos relaciones con el control de documentos (planos de fabricación) y registro de no conformidades son los que tienen un peor manejo dentro de la empresa actualmente. Con el modelo ya construido, la empresa será capaz de explicarse el porqué de una inspección y su frecuencia, cosa que antes no ocurría, ya que sólo se realizaban inspecciones según el criterio de algún experto, criterio que puede variar de una persona a otra. Con este modelo se busca unificar criterios, de manera que independiente de quien maneje la matriz y PIE, se pueda llegar a resultados similares.

Ingeniero Civil / El presente estudio comprende desde la conexión hasta la puesta en marcha del sistema de vibración uni-direccional APS 400, para facilitar su uso; describe las instrucciones de armado y operación, permitiendo la reproducción de señales periódicas y aleatorias, tanto en forma horizontal como vertical. Se incorporan también estudios que validan su funcionamiento, en base a ensayos experimentales que permiten caracterizar los límites operacionales físicos del equipo. Para que el vibrador reproduzca señales de forma coherente, se analizaron cerca de 300 registros de señales sinusoidales y el registro de Concepción (2010) reducido a un nivel tolerable por el equipo. Su desplazamiento generado fue analizado en el espacio del tiempo y mediante espectros de respuesta. Los resultados indican que la respuesta del equipo depende del ancho de banda del registro entrante, en particular, amplifica en forma distinta cada frecuencia de la señal de entrada, por lo que es incapaz de reproducir de forma exacta un registro aleatorio con un alto contenido de frecuencias. Otro eje importante del vibrador es su contribución como fuente activa en un ensayo de caracterización sísmica del suelo, para lo cual se analizaron registros de ondas superficiales generadas por la oscilación periódica del equipo a distintas frecuencias. Los resultados revelan que el vibrador posee energía insuficiente para visualizar información en frecuencias bajas. En definitiva el vibrador simula ondas de carácter periódico de forma coherente, por lo tanto su uso se limita a encontrar formas modales y períodos fundamentales de estructuras a escala reducida, quedando como opcional su uso en registros aleatorios o sintéticos, pero teniendo en consideración que la señal de entrada será amplificada en distinta magnitud para cada una de sus frecuencias. Con respecto a su uso en suelos se restringe a estudiar áreas pequeñas o singularidades y puede utilizarse en la obtención y cuantificación del amortiguamiento del suelo.

Ingeniero Civil de Minas / División El Teniente es un complejo minero-metalúrgico perteneciente a la Corporación Nacional del Cobre de Chile (CODELCO), las minas actuales permiten dar continuidad por los próximos 10 años. Para acceder a reservas que extienden la vida de la división por 40 años más la corporación aprobó el proyecto Nuevo Nivel Mina (NNM). Sin embargo, debido a un escenario geomecánico no anticipado, actualizaciones en planes de ejecución y una revisión del diseño han llevado al proyecto a una postergación de su puesta en marcha. En la actualidad, la incertidumbre en los plazos de ejecución del proyecto sigue siendo alta, debido a esto es necesario buscar estrategias de crecimientos alternativas para la explotación de las reservas del PNNM. En este estudio se construyen planes mineros alternativos que son sometidos a un análisis de riesgo que luego son comparados con el fin de recomendar uno de estos. Luego de aplicar la metodología, se pudo determinar que el plan asociado al escenario 1 bajo un análisis determinístico es el más atractivo económicamente. Sin embargo, postergar inversiones de infraestructura hace que los escenarios 2 y 3 sean competitivos. Al momento de considerar la incertidumbre del problema, se obtiene que el escenario 1 dejar de ser atractivo en términos de riesgo y económicos. Sin embargo, este presenta un aumento de $1,000 MUS al tener la opción de seguir por caminos alternativos. Por otro lado, el escenario 3 es el que ofrece un valor en riesgo más acotado en el caso de no considerar la opción de cambiar la estrategia global. / 27/7/2021