Ingeniero Civil / Este trabajo se enmarca en la incorporación de los costos asociados al déficit de agua de riego, correspondientes a los embalses Maule y Laja, en la operación de largo plazo del Sistema Eléctrico Nacional, SEN, a través del software AMEBA, desarrollado por la compañía Spec Energy Consulting. El software constituye un conjunto de metodologías, algoritmos computacionales y modelos matemáticos para abordar íntegramente la toma de decisiones en los mercados eléctricos, que se utilizan para asignar la operación de todas las centrales de generación, con la lógica de satisfacer la demanda eléctrica a mínimo costo esperado en el largo plazo, tal como opera el sistema eléctrico chileno. En el marco de lo anterior, se desarrolla una representación de la función de costo de déficit de agua de riego, que sea compatible con la estructura de AMEBA, recurriendo a modelos agroeconómicos como, Positive Mathematical Programming, obteniendo los beneficios marginales de temporada y, por ende, las funciones de beneficio, a partir de las cuales se construye la función de costo asociado al déficit. Luego, se introduce dicha función en AMEBA como una penalización económica al riego no servido. Finalmente, se evalúa el impacto sobre los indicadores de operación del sistema, como la variación de los volúmenes en los embalses Maule y Laja con respecto a la operación puramente eléctrica, el impacto en el precio de la energía, la generación en dichas cuencas y el porcentaje de riego abastecido en relación al otorgado por cada convenio. En conclusión, se propone una nueva política de asignación de agua, la cual otorga mayor flexibilidad al sistema eléctrico al reemplazar los convenios de riego por penalizaciones económicas, considerando su valor tanto en hidroelectricidad como en riego, dándole así un sentido más amplio al agua como recurso.

Ingeniera Civil Eléctrica / Diversas prácticas internacionales tratan la compensación de reactivos de forma específica para el área de servicio en particular, delegando esta labor a las entidades encargadas de la distribución. Por otro lado, desde el punto de vista de la planificación y expansión del sistema, la compensación es considerada un aspecto crucial para planificar las redes dentro de los rangos de confiabilidad aceptados. El objetivo principal de este trabajo radica en esto. Se busca desarrollar una metodología de análisis con el fin de obtener criterios de compensación de reactivos en el Sistema Zonal, y de este modo cumplir con los requerimientos específicos de los consumos y las topologías particulares. Para lograrlo, la metodología a seguir comienza con un análisis de la experiencia internacional en términos de tratamientos de reactivos la que sirve de base para realizar una comparación con la experiencia nacional, para luego utilizar el enfoque de análisis localizado en el sistema de 154-66 kV perteneciente al Sistema Zonal del sistema eléctrico chileno, el enfoque del análisis y objeto de estudio es el consumo interno reactivo de los equipos transformadores. De la caracterización del sistema, y en específico considerando los transformadores, equipos con una demanda constante de reactivos, se obtiene una predominante tendencia en las capacidades y en la compensación de reactivos instalada, de 30 MVA y 2,5 MVAr respectivamente. La tendencia se mantiene al integrar los nuevos proyectos a entrar en operación al 2020, aumentando la capacidad transformadora en cerca de un 20%, sin embargo, la capacidad instalada de compensación solo se incrementa en un 12%. Lo anterior provoca una carencia de compensación reactiva que se mantiene en el tiempo al no incluir nuevos proyectos de bancos de condensadores. El déficit de reactivos provocado por el consumo interno del transformador en comparación con la compensación reactiva instalada se mantiene en diferencias superiores al 100%. Estas razones dan pie para generar una propuesta de bancos de condensadores que compense el consumo interno reactivo de cada transformador. Para alcanzar este fin, se analiza el subconjunto de equipos de mayor predominancia e impacto de consumo interno en el sistema, cuya compensación se determina en base a su condición de máxima exigencia mediante datos temporales de potencia activa y reactiva. Finalmente, la propuesta de compensación es validada mediante simulación de flujos de potencias y contingencias logrando evidentes mejoras en la cargabilidad de las líneas y transformadores del sistema. Demostrando la carencia de compensación reactiva de la zona y el impacto considerable del consumo interno reactivo de los equipos.

Ingeniero Civil Mecánico / Dentro de todo el rango de las diferentes energías renovables no convencionales, la energía solar es la que se ha visto mayormente impulsada en los últimos años. De los diferentes tipos de tecnologías solares, la concentración solar (CS) es la que permite lograr mayores temperaturas de trabajo. Los CS basan su principio de funcionamiento en redirigir toda la radiación incidente de una superficie en una zona más pequeña, denominada zona focal. En consecuencia, toda tecnología CS posee, al menos, un elemento concentrador y un elemento receptor. En las tecnologías CS de alta temperatura, la zona focal puede alcanzar elevados valores de densidades energéticas, y, por consecuencia, altísimas temperaturas. Los hornos solares son ejemplos de CS de alta temperatura. Por otro lado, el norte de Chile posee un potencial solar privilegiado, ideal para el desarrollo de tecnologías CS. Es por ello que resulta motivador la idea de diseñar un horno solar para dicha zona geográfica. Para llevar a cabo el diseño del horno lo primero que se realiza es una recopilación bibliográfica del estado del arte de las tecnologías CS. Posteriormente, se define el tipo de horno solar a utilizar, así como también la ubicación geográfica de diseño. Con dichos parámetros definidos, se hace un diseño conceptual del horno, se identifican sus parámetros y la relación que existe entre ellos. Con las relaciones entre los parámetros ya definida, se seleccionan los valores para dichos parámetros, y se realiza un análisis tanto óptico como térmico del horno. Dicho análisis entrega tanto la potencia como la temperatura del horno, dentro de otros parámetros de interés. En cuanto al lugar de diseño, se elige la localidad de San Pedro de Atacama. A su vez, se selecciona un concentrador tipo Scheffler. Con el diseño definido, se realiza el análisis óptico-térmico para siete configuraciones distintas. Dichas configuraciones varían en el valor de uno o más parámetros. Para el análisis óptico-térmico se utilizan los softwares SolTrace y Maple. Los resultados obtenidos para las siete configuraciones indican que las temperaturas máximas alcanzadas varían entre 1.211-1.727 [°C]. Por otro lado, la variación de la potencia térmica varía entre 1.544-12.000 [W]. Por su parte, las superficies brutas de reflectoras varían entre 3,62-28,43 [m²], siendo la más pequeña la que obtiene los menores valores en cuanto a temperatura y potencia, mientras que los máximos son alcanzados por la configuración de mayor superficie. La configuración más pequeña es también la que más tarda en llegar al estado estacionario, demorándose 7,31 [min], mientras que la configuración más grande tarda tan solo 2,63 [min]. Finalmente se concluye que el diseño conceptual del horno cumple con los requisitos de diseño. Entonces, queda como trabajo propuesto el desarrollar la ingeniera básica y posteriormente la ingeniería de detalle del prototipo.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / Las ondas solitarias superficiales en líquidos consisten en pulsos estables no lineales, producto del balance entre la no linealidad de la componente advectiva de la aceleración y la dispersión. La formulación comúnmente utilizada es la solución de flujo potencial donde su velocidad de fase y longitud dependen sólo de la amplitud y profundidad. En la realidad, la principal fuerza restitutoria es la gravedad mientras que la viscosidad afecta su atenuación y celeridad. En la naturaleza dichas perturbaciones se observan en el agua producto de cualquier variación singular de volumen o presión. El estudio de estas ondas en fluidos netwonianos más viscosos que el agua se torna importante cuando hay derrame de aceites, como petróleo, cerca de la costa. Éste fenómeno ondulatorio se ha observado también en fluidos no netwonianos como solitones en la porosidad producto de súbitas subpresiones en magma fluidizado. Actualmente no está claro cómo afecta la viscosidad en la propagación de estas ondulaciones tanto en la celeridad como en la amplitud. Si bien existen soluciones analíticas para el agua, donde la viscosidad afecta débilmente su dinámica dentro de una delgada capa límite, no se encuentran mayores referencias para un fluido más viscoso. En el último tiempo se han perfeccionado técnicas ópticas de medición no intrusivas, especialmente útiles para medir con alta precisión a escala de laboratorio. Asimismo, se han desarrollado modelos computacionales en fluidodinámica cada vez más complejos, los que permiten complementar investigaciones experimentales y/o teóricas. Gracias a esto, se realiza un estudio experimental del efecto de la viscosidad en ondas solitarias superficiales en fluidos netwonianos y no netwonianos. Se establece el marco teórico de la propagación de dichas perturbaciones obteniendo una relación analítica usando análisis dimensional y mediante simulaciones numéricas. Las ondas se miden utilizando velocimetría de imágenes de partículas y perfilometría por transformada de Fourier utilizando un canal de acrílico en el Laboratorio de Materia Fuera del Equilibrio del Departamento de Física de la Universidad de Chile. Se obtiene la amplitud, velocidad de fase, profundidad, el número de onda y las propiedades físicas, una solución de glicerina y una de carboximetilcelulosa. Además se implementa un modelo numérico en OpenFOAM para analizar la propagación de ondas más allá de los rangos medidos experimentalmente. Tanto las mediciones realizadas como los modelos numéricos demuestran que a mayor viscosidad disminuye la celeridad de la onda solitaria, para fluidos netwonianos y no netwonianos, resultado consistente con la relación teórica para el rango lineal. Por otro lado, a partir del modelado numérico se obtiene que la celeridad aumenta al disminuir el índice de flujo de la reología del fluido al mismo índice de consistencia. Esto se debe a que a mayores índices de flujo mayor es la viscosidad aparente para un fluido dilatante cuando la tasa de deformación es mayor a la unidad. También se obtiene una relación adimensional entre la tasa de decaimiento, número de Reynolds y el número de onda, donde dicha atenuación de la onda disminuye a mayores números de Reynolds en fluidos no netwonianos para la reología y rango de deformación estudiado. De esta forma se determina el efecto que tiene la viscosidad de un fluido newtoniano y otro no newtoniano sobre la celeridad de la onda solitaria. / Este trabajo ha sido financiado por FONDECYT a través de proyecto de investigación N° 1161751 y la beca de Magíster en Chile, CONICYT-PCHA/Magíster Nacional /2016 - 22161261. Powered@NLHPC: Esta investigación /tesis fue parcialmente apoyada por la infraestructura de supercómputo del NLHPC (ECM-02)

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / En el presente trabajo vinculado a tiendas por departamento, la situación actual del proceso de distribución a tienda de mercadería importada de tipo textil, presenta síntomas que indican altos lead time de distribución, para productos los cuales según el plan comercial, deben ser gestionados en el centro de distribución bajo un proceso de cross-docking. Actualmente el empaque de los productos en el país de origen es siempre de tipo sólido (igual producto talla-color dentro de una caja), las cajas no vienen con una etiqueta que identifique el contenido, una vez que los productos llegan al centro de distribución se deben imprimir etiquetas y adherirlas manualmente a cada caja y posteriormente las cajas deben abrirse para realizar un proceso de clasificación automática por tienda. Los actuales procesos han generado problemas tales como: alto lead time de distribución a tienda de la mercadería planeada como primera carga a tienda, incorporación de costos operativos en procesos que no agregan valor, cuello de botella en el proceso de carton sorter (clasificación automática de mercadería), altos tiempos en el proceso de recepción, almacenamiento temporal de mercadería y aumento de los costos de mantención de inventario. Esta situación debe ser optimizada, una de las alternativas de mejora está relacionada directamente con cambiar la forma de empaque de la mercadería desde un formato sólido a un formato curvado con alcance de productos destinados a la primera carga de las tiendas, es decir, incorporar varias curvas de talla de un mismo color en la caja, incorporar una etiqueta en origen que para identificar sistémicamente el contenido de cada caja, adaptar los procesos actuales en el centro de distribución, y que el proceso de distribución funcione con un nuevo enfoque de operación. Para lograr evaluar el proyecto, se realizó un análisis financiero de la situación actual, se realizó un análisis y construcción de simulación en el software Arena de cada uno de los procesos involucrados en la distribución de la mercadería. Los resultados preliminares del modelo coinciden con los síntomas observados en la realidad, aspecto que ha permitido validar la veracidad de la simulación, que permitió evaluar el impacto de diferentes supuestos de optimización en el centro de distribución, ámbito que ha permitido ser contrastado respecto a la factibilidad operacional de efectuar dicho ajuste. Los resultados de la simulación son alentadores, debido a que permitió evidenciar que es posible disminuir los costos operacionales cerca del 3% respecto al total de costos logísticos de la compañía ámbito que se traduce en una optimización de 0,6 millones de dólares anuales. Los ahorros son consecuencia de un menor costo de mantención de inventario, menor dotación de fuerza de trabajo y un menor número de procesos involucrados en la distribución de acuerdo al modelo de simulación. Las ventajas de realizar una simulación, corresponde a que no es necesario interrumpir los procesos operacionales cotidianos para identificar procesos con problemas, es factible evaluar distintos escenarios y evaluar los impactos en beneficios financieros, además de ayudar a presentar de forma dinámica el proyecto a la gerencia. No obstante una de las desventajas a tener en consideración, es que existe un margen de error en los procesos asistidos por simulación.

As companhias industriais que utilizam extensivamente o processo de soldagem estão buscando o crescimento de sua produtividade através de sistemas automatizados que apresentam alta produção e repetibilidade. Para os casos onde a soldagem é feita por multipasses em chapas de larga espessura, as exigências de qualidade e produtividade na execução da atividade para os sistemas automatizados são ainda mais rígidos. Algumas companhias que possuem disponibilidade financeira resolvem este problema com uma unidade robótica de soldagem, constituída por um ou mais robôs antropomórficos, em geral com seis graus de liberdade, mesas indexadas e a própria unidade de soldagem. Companhias de médio porte, no entanto, procuram resolver este problema com uma solução de baixo custo através de uma unidade motora que desloca a tocha de soldagem a uma velocidade constante através da chapa a ser soldada. Esta solução, extremamente rígida, coloca uma carga de trabalho muito grande sobre o operador, que é exigido na monitoração constante da correta colocação do passe de soldagem, reposicionamento da tocha ao final de cada passe, e regulagem da altura da tocha de soldagem. Considerando essas duas possíveis soluções, este trabalho vem a introduzir uma solução mecatrônica para a soldagem multipasses, com as mesmas condições de monitoramento do primeiro caso e com custos na ordem de grandeza daqueles observados no segundo.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição baseado em visão computacional, que consiga se comunicar com um manipulador robótico e, por meio das medidas realizadas, possa orientar o robô manipulador de forma a posicionar um objeto de geometria qualquer em uma posição alvo. Para tanto foram utilizadas câmeras industriais e dois tipos de análise no mesmo sistema. A primeira se baseia em uma análise metrológica individual de cada câmera, tendo por base sua calibração e análise de alvos conhecidos, fixos aos objetos que se deseja posicionar, assim como a identificação de algumas características do objeto. A segunda análise se baseia no trabalho em conjunto de, pelo menos, duas câmeras, que geram uma análise, em visão estéreo, do ambiente de trabalha do manipulador robótico. Para verificação e testes dos procedimentos propostos foi utilizado um robô manipulador industrial antropomorfo de seis graus de liberdade, sistemas de metrologia externos, tais como Laser Radar e iGPS e chapas retas e curvas. Os resultados obtidos foram analisados e considerados como adequados para atender os requisitos de uma montagem de equipamentos de grande porte. Os resultados obtidos pela implementação aqui proposta mostram que um sistema de visão pode ter precisão e exatidão inferior a 1 mm para volumes entre 125 e 300 m. E que é possível usar a informação desse tipo de sistema para orientar e movimentar um manipulador robótico antropomórfico por meio de protocolos de uso industrial.

Memoria para optar al título Profesional de Ingeniero Agrónomo Mención Enología y Viticultura / La simulación de eventos discretos, es una herramienta que permite planificar sucesos diarios del entorno, estableciendo un modelo computacional. Dicha herramienta tiene una amplia utilización en la gestión de operaciones de empresas, permitiendo mejorar los diseños de planta y distribución de sus recursos. El sector vitivinícola chileno se encuentra en la búsqueda de nuevas herramientas que permitan mejorar los procesos productivos que se encuentran asociados a la elaboración del vino. Por lo anterior, los objetivos de este estudio se centran en desarrollar un modelo de simulación discreta que permita predecir el comportamiento de las etapas productivas asociadas a la elaboración de vino blanco. Para esto se describen los procesos fundamentales en la producción y elaboración del vino, definiendo las características estocásticas de cada proceso en función de las distribuciones de probabilidad que caracterizan a cada proceso. De esta forma el estudio propone estrategias de dotación de recursos de planta a través de la optimización del desempeño de la viña objeto de estudio. El modelo arrojó una producción de 1.548.000 litros de vino blanco chardonnay durante 75 días, en comparación con los datos registrados por la viña con un total de 2.100.000 litros de vino blanco chardonnay durante toda la vendimia. Lo que se probó fue llegar a un ajuste de litros más cercana a los 2.100.000 en 75 días, que son los días de cosecha del chardonnay. Como conclusión, Aumentando el equipo de molienda, la cantidad de bins y manteniendo la dotación de gente, se podrá llegar a 1.998.000 litros de vino chardonnay en 75 días. / Discrete event simulation is a tool for planning daily events of the environment, establishing a computational model. This tool is widely used in managing business operations, enabling better design and distribution of plant resources. The Chilean wine industry is in the search for new tools to improve production processes that are associated with winemaking. Therefore, the objectives of this study will focus on developing a discrete simulation model to predict the behavior of the production stages associated with the production of white wine. For this describes the key processes in the production and wine making, defining the stochastic characteristics of each process based on probability distributions that characterize each process. The model yielded a production of 1.548 million liters of chardonnay wine for 75 days, compared with the data recorded by the cellar with a total of 2.100 million liters of chardonnay wine for the harvest. What we seek is to an adjustment to the nearest liter 2.100 million liters in 75 days, which are days of harvest chardonnay. In conclusion, increasing the milling equipment, the number of bins and keeping the people numbres, may reach 1.998 million liters of chardonnay wine in 75 days.

Ingeniero Civil de Minas / El sublevel stoping es un método de explotación subterráneo de gran importancia para la mediana minería chilena (Zablocki, 2009). Actualmente, para el diseño se usan métodos empíricos derivados del gráfico de estabilidad de Mathews et al. (1981), sin embargo, estas herramientas no incorporan la variabilidad geotécnica propia del macizo rocoso y trabajan solo con valores promedios. El presente trabajo tiene por objetivo evaluar el impacto de incluir la variabilidad de las características geotécnicas de los macizos rocosos en el diseño de caserones y desarrollar una metodología para incluir esto en el análisis de estabilidad. En primer lugar, se estudia la variabilidad de los parámetros geotécnicos involucrados en el análisis de estabilidad para luego establecer sus distribuciones típicas. Los parámetros geotécnicos estudiados incluyen: Rock Quality Designation (RQD), número por rugosidad de discontinuidad (Jr), número por cantidad de sets estructurales en el macizo (Jn), número por alteración de discontinuidades (Ja), factor A de ajuste por esfuerzos, factor B de ajuste por orientación de discontinuidades y el factor C de ajuste por gravedad. En base a este estudio se considera que los parámetros geotécnicos que presentan mayor variabilidad dentro de una misma unidad geotécnica corresponden a: RQD, Jr y factor B. Luego, se realizan simulaciones en el software @Risk para hacer un análisis de sensibilidad de cada una de las variables de interés con tal de establecer el o los parámetros más influyentes. En segundo lugar, se cuantifica el impacto de la variabilidad en el diseño. Para esto se realizan 5000 iteraciones de Monte Carlo de las cuales se logra obtener la variabilidad para el número de estabilidad y dilución lineal de sobre excavación (ELOS) del caserón estudiado. Posteriormente, se procede a modelar el caso en el software de modelamiento numérico FLAC3D v4.0 con tal de obtener una variabilidad para un criterio numérico de sobre excavación en función del esfuerzo principal menor (σ3 ). Finalmente, se plantea una guía que permite incorporar la variabilidad geotécnica en el diseño. Bajo las consideraciones utilizadas, el análisis de sensibilidad indica que las variables RQD y Jr son las más relevantes en el diseño de caserones. Sin embargo, se concluye que el Jr es la variable más crítica dado que un pequeño cambio en su valor produce variaciones más grandes en el número de estabilidad y ELOS que las producidas por el RQD. Respecto al impacto de la variabilidad geotécnica en el diseño, los resultados permiten cuantificar el peligro asociado a esta etapa en términos de probabilidades. Esta información permite generar una mayor cantidad de casos posibles al diseño de una excavación, repercutiendo en las decisiones y asegurando mejores resultados en el negocio minero. La memoria realizada presenta una nueva forma de establecer distribuciones de probabilidad a los parámetros geotécnicos, lo cual abre una nueva ventana de opciones para este tipo de estudios, ya que, generalmente, se utilizan distribuciones normales (Hoek et al., 1995). Se propone una guía para incluir la variabilidad geotécnica en el diseño de caserones, la que se recomienda utilizar bajo las mismas condiciones en las que fue establecida para que los resultados sean representativos. Lo anterior abre la posibilidad de estudiar más casos de diseño con tal de robustecer los parámetros propuestos para su utilización.

Ingeniero Civil Mecánico / Una batería ion-Litio es un dispositivo de almacenamiento energético compuesto de celdas eléctricas con sales de Litio, que se agrupan en módulos para conformar una estructura mayor llamada empaquetamiento. Son la mejor alternativa de almacenamiento en autos eléctricos o sistemas de energías renovables, sin embargo su rendimiento y vida útil se ven altamente afectados por las temperaturas de operación. Esto motiva la realización del presente trabajo de título apoyado por el Centro de Energía de la FCFM, en el marco del proyecto EOBLI que busca optimizar el desempeño de baterías ion-Litio a través del diseño óptimo de empaquetamientos. El objetivo de este trabajo es implementar un modelo fluidodinámico computacional (CFD), para determinar los efectos térmicos de la carcasa de un empaquetamiento, sobre el enfriamiento de celdas cilíndricas ion-Litio sometidas a refrigeración forzada con aire. El modelo es la representación 3D de un montaje experimental, del cual se conoce la medición de temperatura de enfriamiento de las celda en el tiempo y que consta de un módulo con carcasa de madera y 5 celdas cilíndricas enfriadas con aire desde 302 [K] hasta 292 [K] luego de 2500[s]. Se utiliza el software ANSYS basado en el cálculo de volúmenes finitos con mallado de geometrías, seleccionando un mallado de 1600000 elementos y un modelo de turbulencia k-e RNG, con un tratamiento de pared Enhanced Wall Treatment para resolución de capa límite. La validación y calibración del modelo se logra satisfactoriamente ajustando la temperatura de enfriamiento de las celdas entregada por el modelo con la curva de temperatura conocida del montaje experimental. La pérdida de carga resultante es de 12 [Pa], la velocidad máxima entre celdas es de 6 [m/s] y el coeficiente convectivo por celda es cercano a los 60 [W/m2K], lo que se verifica con bibliografía para intercambiadores de calor de tubo con flujo cruzado. Para el análisis térmico se varía la materialidad, longitud y temperatura de la carcasa. Se analizan 5 materiales, comparando resultados para el campo de temperaturas, coeficientes convectivos y el flujo de calor en las interfaces batería-aire y carcasa-aire. Se concluye que la materialidad de la carcasa a temperatura, T=292[K], no afecta el enfriamiento de las celdas, pero una carcasa refrigerada a T=275 [K] permite reducir el tiempo de enfriamiento de las celdas hasta en un 40% respecto al caso inicial, aunque esto es un resultado independiente del material de carcasa utilizado, ya que entre usar un conductor térmico o un aislante, la diferencia es solo de 1[min] y un ΔT=1[K], valor que de todos modos podría mitigar envejecimiento después de varios ciclos de carga y descarga. Por último, aumentar la superficie de intercambio carcasa-aire, favorece la disipación térmica y el enfriamiento de las celdas. Basado en los resultados obtenidos, se propone un estudio futuro de carcasas con el uso de materiales conductores y aislantes en forma estratégica para direccionar el flujo de calor. Se recomienda validar lo anterior con el diseño de geometrías orientadas a la refrigeración.