En el presente trabajo se detalla el proceso que llevó a la solución de un problema técnico de la industria aplicando los principios básicos de ingeniería , particularmente en el área de la automatización y a través de la metodología de diseño basada en la norma VDI 2225, se diseñaron los diversos componentes y sistemas mecánicos de tres máquinas de funciones complementarias; la primera y segunda para el ordenamiento y agrupación de pilas secas acabadas modelo UM-1 procedentes de una línea de fabricación y pre-empacadas en film termo contraíble en pares, en seis filas de pilas juntas y compactas para finalmente ser colocadas en tres diferentes tipos de bandeja de cartón por la tercera máquina, la que sufre modificaciones menores en su configuración para poder realizar la tarea según sea el caso y dependiendo de la producción del día en la planta industrial. Se inicia el trabajo con una investigación de los antecedentes y tecnologías similares aplicadas en otros lugares, pasando por los requerimientos particulares de la planta y siguiendo con un procedimiento de selección de las mejores alternativas para la solución del problema. La primera máquina (ordenadora) toma las pilas de la línea de fabricación y las separa en seis filas, seguidamente, la segunda máquina (faja puente) las une en un solo bloque compacto que es dividido a su vez en bloques pequeños que ingresan a las bandejas con la presentación final en la tercera máquina (llenadora). Finalmente se calculan y dimensionan los elementos de máquinas necesarios para transmitir la energía y variar los movimientos del producto a través de las máquinas y la geometría de sus piezas móviles. Se elaboran los planos de ensamble y despiece para su construcción y a continuación se hace un estimado del costo del material necesario y la mano de obra para después contrastarlo con el costo real de construcción: 31923.85 USD. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo consiste en un estudio de las características ferroelásticas de materiales cerámicos a utilizar en la fabricación de celdas sólidas, es decir se busca realizar ensayos de compresión a distintos materiales cerámicos ferroicos, y estudiar sus curvas de deformación/esfuerzo, que en caso de presentar ferroelasticidad serían no lineales debido a un cambio de dominios producido por el esfuerzo aplicado y deberían presentar creep a temperatura ambiente. Para esto se fabrican las piezas necesarias para los procesos de sinterizado de las probetas, y para el posterior corte y pulido, con lo que se fabrican probetas de LaCoO_3 (LCO), La_0.6 Sr_0.4 Co_0.1 Fe_0.9 O_(3-δ) (LSCF) y La_0.6 Sr_0.4 Ni_0.1 Fe_0.9 O_(3-δ)(LSNF). Estas probetas se someten a ensayos de compresión a 60[MPa], 90 [MPa] y 150 [MPa] donde son comprimidas y luego se mantiene la carga máxima durante 1 hora para evaluar presencia de creep ferroelástico. Durante estos ensayos, se miden las deformaciones sobre las probetas usando un extensómetro, y 2 cámaras de alta resolución de forma independiente. Las probetas de LSNF resultaron ser muy frágiles, y se fracturaron durante los primeros ensayos, por lo que estas fueron limitadas solo a 90 [MPa], mientras que las de LSCF se comprimieron hasta 150 [MPa] logrando hacer su cambio de dominio completo. Del trabajo realizado se observa que las probetas de LCO, LSCF y LSNF presentan comportamiento ferroelástico, siendo esta ultima la que tiene un comportamiento más leve debido a la baja presencia de una estructura cristalina romboédrica en comparación a la ortorrómbica. Además, se logra evaluar las cámaras como sensor de deformación en elementos de bajo tamaño, de forma satisfactoria, identificando movimientos y deformaciones muy pequeñas, pero, con el costo de tener un ruido intrínseco a cada medición de deformación ya que requiere la obtención de 4 puntos para esto. Además, se detectaron problemas en la celda de carga de 100 [kN] de la máquina de compresión, la cual genera grandes oscilaciones en los esfuerzos aplicados aun cuando se debe mantener a esfuerzo constante, esto pudo ser notado gracias a los gráficos de desplazamiento y deformación obtenidos por las cámaras. Aun así, se puede atribuir una reducción en la ferroelasticidad de las probetas al dopar con níquel, encontrando cambios de pendiente menos severos mientras que el dopaje con hierro y estroncio reducía los puntos críticos. Las cámaras también permitieron encontrar 2 problemas, se obtuvieron módulos de Young más bajos de los esperado en ensayos similares, esto puede ser atribuido a problemas por la celda de carga (ya que en algunas zonas el esfuerzo es mucho mayor al que se espera), por caras de las probetas que no fueron pulidas satisfactoriamente ya que se detectaron concentraciones de esfuerzo que generaron grietas en los materiales y a una baja porosidad en algunas de las probetas (cuyo origen también se puede relacionar a las celdas de carga). / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por proyecto FONDECYT de Iniciación 11160202

“Uno de los procesos para la obtención de metales y minerales desde partículas pétreas, es a través de la confirmación de depósitos de minerales (pilas de lixiviación). Para esto las partículas son apiladas y posteriormente regadas con una solución ácida, la cual disuelve los minerales por percolación a través del material apilado. Bajo las partículas a lixiviar se coloca un estrato de material drenante con tuberías de drenaje inmersas en éste, de esta forma se genera el flujo de la solución ácida enriquecida desde el material apilado hasta las tuberías de drenaje, para luego conducir la solución hacia piscinas para su posterior procesamiento. Sobre el suelo de fundación y bajo el material drenante se instalan geomembranas, las cuales generan una barrera impermeable entre el depósito y el suelo de fundación. Éstas tienen como objetivo evitar que la solución ácida infiltre en el subsuelo, logrando no contaminar las napas subterráneas, no disolver las sales presentes en los suelos salinos (existentes en la zona en la cual se emplazan principalmente estos depósitos en Chile), y no perder solución ácida enriquecida con minerales. El presente trabajo tiene como objetivo actualizar las expresiones de diseño, mediante las cuales se estima el espesor de la geomembrana requerida para así evitar el efecto del punzonamiento de ésta y perder la estanqueidad en la base del depósito. Las geomembranas estudiadas son de polietileno lineal de alta densidad (HDPE). Para determinar su resistencia, se realizaron ensayes de punzonamiento hidrostáticos, mediante los cuales se correlaciona la presión hidrostática que produjo su rotura con el tamaño máximo y geometría de las partículas del material drenante. Las expresiones de diseño utilizadas en la actualidad fueron desarrolladas en los 90’, mediante ensayes hidrostáticos, pero éstas son conservadoras si se comparan con los resultados obtenidos en la presente investigación. La diferencia se produce principalmente por las mejoras que han sido realizadas en las materias primas utilizadas. A partir de lo anterior, se proponen modificaciones para dichas expresiones en función de las características de los materiales actuales y los criterios de diseño utilizados en Chile en la actualidad.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / El Hidrógeno puede ser utilizado en una Batería Continuamente Alimentada para generar potencia eléctrica, y ha sido propuesto como una opción atractiva para la sustitución de combustibles fósiles, especialmente cuando es producido a partir de fuentes renovables. Entre ellas, la obtención de Hidrógeno asociada a fuentes biológicas se propone competitiva en los próximos veinte años, y en dicho conjunto, los alcoholes son considerados materias primas atractivas y sustentables. Este trabajo aborda el Reformado de Etanol y Glicerol con Vapor de Agua, procurando definir un límite teórico para el rendimiento de Hidrógeno bajo distintas condiciones de temperatura y composición, y describir los cambios que sufren las moléculas involucradas en el Reformado de alcoholes. Desde un punto de vista termodinámico, el límite para la producción de Hidrógeno a partir de estos alcoholes depende de la razón agua / alcohol y oxígeno / alcohol, de la temperatura y de la presencia de otros agentes que modifiquen el equilibrio del sistema reactivo, como adsorbentes. Existen subproductos sólidos, como depósitos carbónicos, que pueden desactivar el catalizador utilizado en el Reformado. La formación de tales depósitos es favorecida por proporciones molares agua / alcohol bajo 4,0 y diferentes condiciones térmicas: en el sistema de Reformado de Etanol, bajo 400ºC domina la presencia de grafito; y sobre esta temperatura, nanotubos de carbono. Análogo comportamiento se da en el Reformado de Glicerol, pero con una frontera en 450ºC. La adición de Hidrotalcitas como adsorbente de Dióxido de Carbono, desplaza el equilibrio hacia los productos del Reformado, favoreciendo la producción de Hidrógeno incluso cuando es agregado Oxígeno para sostener térmicamente el sistema. Con el uso de este tipo de adsorbentes, se puede lograr un rendimiento teórico máximo de 6,0 y 7,0 mol_{H_2} / mol_{alcohol}, para sistemas de Reformado de Etanol y Glicerol, respectivamente, con temperaturas entre 375 y 450ºC. En cuanto al conjunto de cambios que ocurren al interior de un sistema de Reformado, una búsqueda combinatorialmente completa de mecanismos de reacción mediante el uso de Grafos-P, a partir de un conjunto de reacciones y especies, presenta ventajas ligadas con la velocidad de construcción de tales mecanismos por parte de la comunidad científica. Los resultados de dicha búsqueda constituyen un mapa para refinar la propuesta de mecanismos de reacción. En el presente estudio, y a partir de 16 reacciones, existen alrededor de 43 millones de mecanismos combinatoriales, que son reducidos a un conjunto de 9 posibles mecanismos en el caso del Reformado de Etanol; y 12, en el caso del Reformado de Glicerol, imponiendo, en cada caso, la condición de balance estequiométrico y la existencia de intermediarios, como etileno, acetaldehído y ácido acético, este último sólo en el caso del Reformado de Glicerol. Uno de los mecanismos para el Reformado de Etanol es tomado como base para construir un modelo de un reactor de Lecho Empacado para Reformado Catalítico, que considera cambios en la conversión y la presión. Este trabajo, lejos de acabar, abre una discusión respecto al modo en que se proponen mecanismos de reacción para el Reformado de Alcoholes y establece una guía para enfrentar tal búsqueda.

El problema del cambio climático exige un cambio rápido de nuestro sistema energético actual a una economía basada en energías renovables. Uno de los mayores desafíos del mundo el desarrollo de fuentes de energía limpias, renovables y asequibles. En consecuencia, para facilitar la transición hacia la producción de energía limpia y sostenible, las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) aparecieron como un sistema modelo atractivo para transformar la energía química almacenada en los enlaces de ciertas moléculas (combustibles) en energía eléctrica. En este sentido uno de los principales retos para el desarrollo futuro de esta tecnología es la necesidad de una comprensión completa del mecanismo de reacciones a nivel atómico y la comprensión de este último en la realidad. Partiendo de este concepto, el objetivo de esta tesis doctoral se centra en el estudio del comportamiento electroquímico de moléculas C1-C3 en monocristales de Pt bien definidos. En primer lugar, estudiamos la electrooxidación de alcohol sobre platino como sistema modelo para tener una idea del mecanismo electrocatalítico de los alcoholes y optimizar las pilas de combustible utilizando alcoholes como combustible, y por otro lado tomamos un sistema modelo que es una opción muy interesante para el hidrógeno. almacenamiento en la infraestructura existente para combustibles comunes, es el caso del par acetona/isopropanol, un sistema orgánico líquido que se agita con transporte de hidrógeno y transporte de electricidad. El estudio de la reducción de la acetona y la oxidación del isopropanol tienen un punto común y muy interesante en nuestro estudio, se han utilizado diferentes técnicas de caracterización (CV, IRTF), en diferentes medios, utilizando electrodos de Pt monocristalinos, evaluando los efectos de la estructura superficial, la composición del electrolito y estudiando la reactividad de la reacción en diferentes superficies de electrodos de platino monocristalinos. Por último, la transferencia de los resultados obtenidos a sistemas más prácticos mediante la síntesis de nanopartículas de Pt con forma y la evaluación de su actividad electrocatalítica para la oxidación de isopropanol.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / La lixiviación en pilas es una de las técnicas más utilizadas en el mundo para la extracción de cobre en minerales de baja ley. Sobre la pila se vierte una solución ácida que separa el cobre de la roca, dicha solución percola hacia los sistemas de drenaje ubicados en la base de la pila compuestos por material granular permeable (denominado “overliner”) y tuberías ranuradas de HDPE (polietileno de alta densidad). El objetivo de la memoria es estudiar el impacto del overliner sobre las tuberías e identificar el parámetro del suelo que tiene mayor influencia sobre la deflexión vertical de éstas al aplicar presiones de hasta 3.6 [MPa] equivalentes a una pila de 200[m] de altura. Para lograr lo anterior, se desarrolló un modelo de diferencias finitas en FLAC 2D, el cual fue calibrado con resultados de ensayos de aplastamiento de gran escala a tuberías de 4” de HDPE. El análisis de sensibilidad permitió concluir que el parámetro más determinante en la deformación vertical de la tubería corresponde al Módulo de Young del material granular protector que recubre las tuberías (overliner). Además se observó que el uso de zanjas para la colocación de las tuberías disminuía la deformación de éstas, facilitando la generación de efecto arco.

Ingeniero Civil / Actualmente la geotermia ha comenzado su explotación con la finalidad de generación eléctrica mediante una producción limpia con bajos niveles de contaminación en comparación a las generaciones convencionales. Esta línea de estudio apunta a un aprovechamiento de las propiedades térmicas del suelo y no a la generación eléctrica, mediante la obtención de calor o frío que otorgan las propiedades del terreno que a primera vista satisfacen tanto las necesidades de verano como las de invierno, pues el suelo mantiene una temperatura constante entre los 5 y 30 metros de profundidad, temperatura que mediante nuevas tecnologías puede ser absorbida, en este caso con agua, y transportada para abastecer sistemas de climatización como sistemas de agua caliente sanitaria. En la primera etapa de estudio de la utilización de geotermia de baja entalpía enfocada a la edificación (Muñoz, 2011) se implementaron dos Pilas de entibación y sus correspondientes Anclajes con el objetivo de medir el potencial geotérmico de estos elementos embebidos en el subsuelo. El presente trabajo tiene como objetivo continuar el desarrollo de conocimiento acerca del potencial aprovechamiento geotérmico de estas instalaciones. El trabajo se desarrolló en el periodo de construcción del proyecto Beauchef 851, perteneciente al edificio de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Chile, entre Septiembre del 2011 y Mayo del 2012, abarcando tres líneas principales; estudio y re-diseño del equipo de medición Thermal Response Test (TRT), mediciones en terreno entre Diciembre 2011 y Abril 2012, y finalmente estudio del rendimiento energético de las instalaciones. El equipo TRT mejorado permitió realizar una serie de mediciones exitosas para la obtención de parámetros de diseño de las instalaciones, como conductividad térmica tanto para la Pila como para los Anclajes y el rendimiento energético de estas mismas instalaciones. Las mediciones en terreno fueron variadas, utilizando distintas metodologías según el parámetro o información que se quisiera obtener, en este trabajo se definieron mediciones para conocer la influencia de la exposición a condiciones ambientales de las instalaciones, mediciones para conocer la temperatura inalterada tanto de la Pila como de los Anclajes, y finalmente mediciones para la obtención de la conductividad térmica de las instalaciones. Mediante las mediciones realizadas se caracterizó la temperatura interna de las instalaciones, obteniendo perfiles de variación diaria de acuerdo a la temperatura ambiental, durante el periodo en que la Pila se encontraba expuesta a condiciones ambientales (parcialmente) en un 46%. Con todas las mediciones analizadas se definió la conductividad térmica de una Pila con el valor de 1,6 W/mK y un valor de 1,7 W/mK para los Anclajes. Con esto se obtuvo finalmente el rendimiento de un sistema geotérmico implementado en el interior de estructuras de sostenimiento, alcanzado valores de 150 W/mK en el caso de las Pilas y 100 W/mK en el caso de los Anclajes como tasas de rechazo de calor para la carga térmica aplicada de 4500 W en promedio.

La lixiviación en pilas es uno de los métodos mineros utilizados para extraer cobre desde la roca chancada en minerales de baja ley. El método consiste en formar pilas de gran extensión, y en algunos casos de gran altura, con el mineral chancado que contiene cobre, las que son regadas en su parte superior con soluciones cuyo compuesto principal es ácido sulfúrico. El flujo descendente genera así una solución rica en cobre en la parte inferior de la pila, la que es extraída mediante un sistema de tuberías previamente instaladas para estos efectos. La práctica ha mostrado que existen cambios de permeabilidad de estos depósitos durante el proceso de lixiviación, lo cual afecta la colección de las soluciones y la estabilidad estática y sísmica de las pilas. En este contexto, la presente investigación se ha centrado en los aspectos asociados a la evaluación de la permeabilidad para lograr un buen desempeño de las pilas desde el punto de vista de flujo de las soluciones. Se realizaron ensayos de permeabilidad en laboratorio a tres diferentes materiales provenientes de tres obras mineras, incluyendo ensayos con soluciones compuestas de ácido sulfúrico y agua, a fin de analizar los efectos de éstas en la permeabilidad de los depósitos. Para realizar estos ensayos se construyó un permeámetro de pared flexible cuyos componentes son resistentes a la acción del ácido sulfúrico. Los resultados de los ensayos permiten concluir que no existen significativas variaciones en la permeabilidad al utilizar soluciones ácidas respecto a los ensayos convencionales realizados con agua. Resultados deficientes o contradictorios que pudieran haberse obtenido en experiencias anteriores en este tipo de suelos, se estima están asociadas a la utilización de equipos inadecuados construidos con piezas de metales lixiviables al contacto con ácido sulfúrico. Por otra parte, dos de los materiales estudiados presentan granulometrías que propician inestabilidad interna frente al flujo. Consistentemente, en los ensayos realizados sobre estas muestras se ha observado migración de partículas. Estos resultados permiten concluir que la mayoría de los cambios globales de permeabilidad en las pilas se debe a la localización de partículas finas en determinados planos, constituyendo subestratos de menor permeabilidad dentro de los depósitos.

Ingeniero Civil Mecánico / En un escenario en el cual el calentamiento global es un factor de riesgo importante para la población a futuro, resulta fundamental innovar tecnológicamente para obtener energía libre de emisiones contaminantes. Este contexto ha dado pie al estudio de las celdas de óxido sólido reversibles (RSOFC), dispositivos capaces de generar energía eléctrica y térmica mediante un proceso electroquímico a partir de H2 u otro combustible, y O2. Las propiedades más importantes para los componentes de las celdas son la conductividad eléctrica e iónica, junto con las propiedades mecánicas. Este trabajo de memoria comprende un estudio específico de la dureza, tenacidad, módulo de elasticidad y caracterización estructural de discos lantano-basados de estructura perovskítica de fórmula La0,6Sr0,4FeO3 en el cual el Fe es substituido en parte por Mn y Mo alterando así sus propiedades mecánicas y eléctricas. Se desarrolla una metodología para generar pequeños discos de los materiales La0,6Sr0,4FeO3, La0,6Sr0,4Mn0,1Fe0,9O3 y La0,6Sr0,4Mo0,1Fe0,9O3 y poder estudiar la variación de propiedades mecánicas con respecto al estado no dopado. Se realiza síntesis sonoquímica de reactivos para generar nanopolvos, prensado uniaxial, sinterización, pulido, limpieza y thermal etching para preparar los discos. Una vez preparados estos se realiza un análisis de difracción de rayos X (XRD), ensayo de excitación por impulso (IET), indentación y fotografía SEM para analizar las indentaciones y poder así determinar las propiedades mecánicas. Para estos efectos se utilizan equipos pertenecientes a los departamentos de Ingeniería Mecánica, Ciencia de los Materiales, Geología y Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. El análisis de refracción de rayos X entrega los patrones correspondientes a las estructuras que componen los discos. Se logran identificar estas estructuras y su fase cristalina, identificando además las fases generadas en estructuras que contienen los respectivos dopantes. Para simplificar la notación se refiere a las estructuras con sus respectivas abreviaciones; LSF, LSMnF y LSMoF. Se logra apreciar que los resultados son acordes a la teoría, y se propone continuar la investigación para obtener otras propiedades del material, tales como tamaño de granos, longitud de enlace atómico, entre otros.

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