Repositorio USM (Universidad Técnica Federico Santa María)
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INFLUENCE OF MICRONUTRIENTS CONCENTRATION ON SLUDGE ANAEROBIC DIGESTION
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The management of secondary sludge is complicated point by being a costly matter in wastewater treatment plants. Before their final disposal, normally it is treated inside anaerobic reactors to reduce the total amount of biosolids and therefore their management cost. Any improvement of this process with low cost strategies is an important research item to reduce the energy demand and the cost balances in these plants.In the first part of this master thesis the thermoelectric fly ash was used as a source of micronutrients for anaerobic microorganisms. It was found that it was possible to triplicate the methane generation rate in thermal pre-treated (120 ºC) sludge with ash supply; while in case of no addition, the methane generation rate was 1.4 ml/d while with 150 mg of ash per liter this generation changes to 4.48 ml/l. Also the hydrolytic matter degradation kinetic was obtained in both cases using batch reactors; for the case of no addition the first order kinetic parameter was 0.019±0.002d-1, when ashes were added this value was 0.046±0.000 d-1. Therefore, the addition of these compounds is able to improve the methane generation and hydrolytic kinetics together.In the second part of this master thesis how to reduce de sampling time of this assays was studied by combination of advanced statistical methods with the background experiment reported in this assays. These experimental tests are the analytical key techniques to assess the implementation and optimization of anaerobic biotechnologies. This chapter develops a mathematical strategy using sensitivity functions for early prediction of first-order methane generation model parameters. The minimum testing time for early parameter estimation showed a potential correlation with the substrate degradation kinetic constant rate: (i) slowly biodegradable substrates (k = 0.1 d-1) with minimum testing times of at least 15 days, (ii) moderately biodegradable substrates (0.1 <k< 0.2 d-1) with minimum testing times between 8 and 15 days, and (iii) rapidly biodegradable substrates (k = 0.2 d-1) with testing times lower than 7 days.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Químic
CONTROL ADAPTATIVO PARA IDENTIFICACIÓN DE PARÁMETROS EN MODELOS PARABÓLICOS DE BATERÍAS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Magíster en Ciencias, mención Matemátic
IDENTIFICACIÓN DE CARACTERÍSTICAS QUE PUDIERON HABER SIDO IMPORTANTES EN EL DESEMPEÑO DE 20 EDIFICIOS EN VIÑA DEL MAR DURANTE EL SISMO DE CHILE DE 2010
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The 2010 Chile earthquake, which had a magnitude of 8.8 on the Richter scale, affected a large number of buildings throughout the country, especially in the cities of Santiago, Concepcion and Viña del Mar.There were several buildings with severe damages in a limited area of the city of Viña del Mar, all of them with a similar pattern of damages. Due to the severity of the damage, some buildings had to be demolished.The objective of this work was to identify common characteristics of the structures that may had have influence on the observed performance of damaged buildings.To achieve the objective, a sample of twenty buildings located in the Plan area of the city of Viña del Mar, with similar characteristics, that were built and occupied at the time of the earthquake, were studied. Part of the sample, fifteen buildings, presented important structural damage, including four of them that had to be demolished after the earthquake. The rest of the buildings did not report damage, and were considered for comparison purposes.The performance level that each building would have reached during the earthquake was determined from the information of the state of damage reported for each one of them. A series of characteristics of the buildings, such as structural properties, geometry and location parameters were evaluated. Finally, these characteristics were correlated with the assigned performance level.Natural periods of vibration and global values of the seismic response, such as base shears and lateral deformations were some of the structural parameters considered in the evaluation. Their values were obtained from a modal spectral analysis according to chilean code provisions.The degree of compliance of the seismic design with respect to the current regulations was verified. To do this, both the parameters of the overall response of the buildings and the design of the damaged elements were considered.Plan dimensions, building height, plan areas, wall densities, and slenderness in plan and height were some of the geometrical properties considered. The effect of the plan distribution of the walls was included by defining an equivalent inertia for the plan.With respect to the location parameters, position of the building with respect to the geographical North and directionality of the observed damage were included. The effect of the soil type was included by the comparison between the natural period of the soil and the periods of the buildings.Finally, irregularity indexes in plan and elevation were analyzed according to definitions of the ASCE 7 2010.The results of this work indicated that some of the analyzed characteristics could have had important influence on the observed performance of damaged buildings during the 2010 Chile earthquake. The most important among them are the location and orientation of the buildings, the effect of the soil-structure coupling during the seismic response, the building irregularities, and a low density of walls.El sismo de Chile de 2010, que tuvo una magnitud de 8.8 en la escala de Richter, afectó a un gran número de edificios en todo el país, especialmente en las ciudades de Santiago, Concepción y Viña del Mar.En una zona acotada de la ciudad de Viña del Mar, varios edificios resultaron muy afectados, todos ellos con un patrón similar de daños. Debido a la gravedad del daño, algunos edificios tuvieron que ser demolidos.El objetivo de este trabajo fue identificar las características comunes de las estructuras que pudieron haber influido en el comportamiento observado de los edificios dañados.Para lograr el objetivo, se estudió una muestra de veinte edificios ubicados en el sector Plan de la ciudad de Viña del Mar, con características similares, que estaban construidos y ocupados al momento del sismo. Parte de la muestra, quince edificios, presentó daños estructurales importantes, incluyendo cuatro de ellos que tuvieron que ser demolidos posterior al sismo. El resto de los edificios no reportaron daños, y fueron considerados a efectos de comparación.El nivel de desempeño que cada edificio habría alcanzado durante el sismo se determinó a partir de la información del estado del daño reportado para cada uno de ellos. Se evaluó una serie de características de los edificios, tales como propiedades estructurales, geométricas y de ubicación. Finalmente, estas características se correlacionaron con el nivel de desempeño asignado.Los periodos naturales de vibración y los valores globales de la respuesta sísmica, como el corte basal y las deformaciones laterales, fueron algunos de los parámetros estructurales considerados en la evaluación. Los valores se obtuvieron a partir de un análisis modal espectral según las normativas chilenas.Se verificó el grado de cumplimiento del diseño sísmico con respecto a la normativa vigente. Para ello, se consideraron tanto los parámetros de la respuesta global de los edificios como el diseño de los elementos dañados.Las dimensiones en planta, la altura del edificio, las áreas en planta, las densidades de muros, la esbeltez en planta y en elevación fueron algunas de las propiedades geométricas consideradas. El efecto de la distribución de los muros en planta se incluyó definiendo una inercia de muros en planta.Con respecto a los parámetros de ubicación, se incluyó la orientación del edificio con respecto al norte geográfico y la direccionalidad del daño observado. El efecto del tipo de suelo fue incluido mediante la comparación entre el período natural del suelo y los periodos de los edificios.Finalmente, se analizaron los índices de irregularidad en planta y elevación según las disposiciones de la ASCE 7 2010.Los resultados de este trabajo indicaron que algunas de las características analizadas podrían haber tenido una influencia significativa en el comportamiento observado en los edificios dañados durante el sismo de Chile de 2010. Las más importantes son la ubicación y orientación de los edificios, el efecto del acoplamiento suelo-estructura durante la respuesta sísmica, las irregularidades del edificio y la baja densidad de muros.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Civi
ALGORITMO DE RECONSTRUCCIÓN PARA LA IDENTIFICACIÓN Y SEGREGACIÓN DE PARTICULASA DE ALTAS ENERGÍAS EN UN DETECTOR PRESHOWER
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.La detección de partículas es un trabajo muy importante en campos como la física dealtas energías, la medicina y la astronomía. El proceso de detección consiste en identificarlas partículas producidas en distintos fenómenos físicos, como por ejemplo, las partículasproducidas en los grandes colisionadores. El proceso de detección, sin embargo, es complicadoy depende de muchos factores. Un caso especialmente difícil es la detección de partículasmuy cercanas provenientes, por ejemplo, del decaimiento de piones neutros. Para solucionareste problema el centro Científico y Tecnológico de Valparaíso ha propuesto un detectordel tipo calorímetro preshower, diseñado especialmente para tener una alta resolución en laidentificación de partículas cercanas. La solución de este problema tiene varias aplicacionesprácticas: En los colisionadores electron-ion puede ayudar al estudio de los gluones, elmaterial que une toda la materia del universo; En la medicina nuclear puede ayudar amejorar las imágenes producidas en las tomografías por emisión de positrones, vitales en eltratamiento del cancer.Para procesar los datos producidos por el detector se utiliza un algoritmo de reconstrucción.Este algoritmo es el encargado de convertir los datos brutos en información útil de lapartícula detectada, como su posición de incidencia, su energía o su ángulo.La contribución principal de este trabajo es el diseño e implementación de un algoritmode reconstrucción completo para el detector preshower. Para esto, las diferentes opcionesde la literatura son estudiadas y nuevas soluciones son propuestas para el trabajo dereconstrucción. Además, se construye una simulación computacional del detector y seestudia, mediante simulaciones, el desempeño del algoritmo de reconstrucción. Los resultadosobtenidos muestran la capacidad del detector preshower para identificar partículas cercanas,superando otras propuestas de la literatura. Además, basándose en este análisis, se proponenposibles mejoras al detector, las cuales pueden ser implementadas en próximas iteracionesdel diseño del detector.Particles detection is an important task in fields such as high energy physics, medicine andastronomy. The detection process consists on identifying the particles produced in differentphysical phenomena, for instance, the particles produced in big colliders. The detectionprocess, however, is complex and depends on the detector physics and the particles type.Specially hard is the case in which two particles arrive very close to each other, for example,from a neutral pion decay. In order to solve this problem researchers from the Scienceand Technology Center of Valparaíso have proposed a preshower calorimeter detector. Thisdetector is specially designed to have high resolution to identify particles close to each other.The solution to this problem has many practical applications: In electron-ion colliders it canhelp in the study of gluons, the material binding all matter; In nuclear medicine it can helpto improve the images produced in positron emission tomography, very important in cancertreatment.In order to process the data produced by the detector, a reconstruction algorithm isused. The reconstruction algorithm converts the raw data obtained by the detector in usefulinformation about the particle, such as incident position, energy or angle.The main contribution of this work is the design and implementation of a fullreconstruction algorithm for the preshower detector. For this, different options in theliterature are studied and new solutions are proposed for the reconstruction in the preshower.Moreover, we build a computer simulation of the detector and using these simulations westudy the performance of the reconstruction algorithm. The obtained results show the abilityof the preshower detector to identify close particles, outperforming the results from otherproposals found in the literature. Also, based on this analysis we propose some improvementsto the preshower design. Those improvements can be implemented in new iterations of thedetector design.Keywords: Reconstruction algorithm, High energy physics.MAGÍSTER EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA INFORMÁTIC
SISTEMA DE VISIÓN POR COMPUTADOR PARA DETECCIÓN Y SEGUIMIENTO DE BALÓN DE FUTBOL EN CASOS COMPLEJOS UTILIZANDO CÁMARAS ESTÁTICAS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Este trabajo forma parte de un proyecto el cual busca implementar un sistemade video-analisis en partidos competitivos, con el proposito de entregar informacion estadística a cuerpos tecnicos para dar soporte a la toma de decisiones.Estos sistemas utilizan camaras estaticas alrededor del estadio para extraer informacion relacionada a el desempeño de los jugadores y sus interacciones.En particular, esta tesis se centra en el caso del balon de futbol, el cual es un elemento crucial para el desarrollo del juego, ya que este permite obtenerinformacion relevante para el entendimiento de los distintos acontecimientos del partido. El seguimiento automatico de balon presenta varios problemasprincipalmente debido a su pequeno tamaño en el video, el cual dificulta la extraccion de sus caracteristicas y lo hace mas sensible a distorcionarse cuandopresenta una alta velocidad. Ademas, existen problemas cuando el balon interactúa con los jugadores, porque este presenta ocultaciones totales o parciales,o su dinamica se vuelve impredecible.En este trabajo incorpora soluciones del estado del arte, agregando a estosuna representacion elptica del balon, la cual hace mas rapido y certerosu reconocimiento. Por otro lado, tambien incorpora un robusto sistema deseguimiento de balon para casos de ocultacion.Esta investigacion se enmarca dentro del proyecto FONDECYT 11121383:"Methodology and applications for incremental Behaviour Learning in Videoguided by information Reliability".This work is part of a project which implements a video-analysis system, withthe purpose of bringing statistical information to support technical sta indecision making for competitive matches in collective sports. These systemsuse static cameras installed around the stadium and utilise their captures toextract relevant information relative to the performance of players and theirinteractions.In particular, this thesis focuses on the soccer ball, a crucial element in thegame, because it presents a relevant information for the understanding of thedynamics of gameplay. Automatic ball tracking presents several challenges,mainly because of the small size of the ball in the video, which dicults theextraction of its features and makes it more sensitive to distortion when theball is in high speed. Moreover, there are problems when the ball interactswith players, because it presents partial or total occlusion, or its dynamicsbecome unpredictable.This work utilises state-of-the-art algorithms, incorporating an ellipticalrepresentation into the ball model, which makes its detection more reliable andfast. Besides, a robust tracking system is incorporated to deal with occlusionsituations.This research has been supported, in part, by Fondecyt Project 11121383:"Methodology and applications for incremental Behaviour Learning in Videoguided by information Reliability".Magíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic
OPTIMIZATION METHODS APPLIED TO NETWORK PLANNING PROBLEMS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.This thesis focuses on the feasibility of solving network planning prob- lems that include non-linear aspects by means of integer linear pro- gramming (ILP).In the specialized literature, most network planning problems solved by applying ILP models do not include non-linear expressions in a direct way. However, non-linear expressions are very common when including constraints related to key network performance metrics as the blocking rate or the availability. To circumvent the difficulties of solving such problems, researchers have usually resorted to not includ- ing non-linear aspects or using meta-heuristics and heuristics, which do not guarantee an optimal solution. Such sub-optimal solutions lead to higher budget requirements or under performing networks and thus, as long as the optimal solution can be found in acceptable running times, it is preferred to other alternatives. The use of logarithm func- tions (to linearize some expressions) and mixed zero-one models have also be used, but not for the problems addressed in this thesis.In this thesis 3 network planning problems including non-linear ex- pressions were solved by means of ILP. The first problem was the dimensioning of network nodes and links in a dynamic wavelength- division multiplexed (WDM) network equipped with reconfigurable optical add-drop multiplexers (ROADM) as switching nodes. The network had to be dimensioned in such a way that the maximum blocking probability experienced by point-to-point connections would not exceed a maximum threshold. To date, no ILP works have ad- dressed the problem of dimensioning for a specific blocking value. The second problem consisted on dimensioning and configuring the backup resources of a static WDM network using shared-path protection as survivability mechanism. The network had to be dimensioned guar- anteeing that the availability of every connection would not decrease under a given target value. A new way of dealing with the non-linear expression for the availability target, the inclusion of an availability- based priority scheme for the access to the shared resources and the equations to consider the wavelength continuity constraint are the main contributions of this work. Finally, the dimensioning of work- ing and backup wavelengths of the dynamic WDM network operat- ing as the physical substrate of a network virtualization system was solved. In this system, virtual networks must be guaranteed a maxi- mum blocking and minimum availability. No previous work has dealt with these constraints.The strategies used in this thesis to solve non-linear network plan- ning problems could be used as a starting point to solve problems in different network contexts that include important non-linear aspects.Keywords: network planning, integer linear programming, mixed zero-one models, WDM networks, blocking, availability, ROADM-based networks, shared path protection, network virtualization..Doctorado en Ingeniería Electrónic
DISEÑO E IPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIA DE CONTROL PREDICTIVO EN PROCESO DE FLOTACIÓN DE MINERALES
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Este trabajo presenta el diseño, la implementación y los resultados de una estrategia decontrol predictivo para el control del nivel de pulpa de dos circuitos de flotación “Rougher”de minera Candelaria, ubicada en la tercera región de Chile. La estrategia considera unarepresentación de estados que modela el nivel de cada banco (modelo de múltiples entradasy una salida), el que es obtenido mediante un procedimiento de identificación de sistemasy utiliza un filtro de Kalman como estimador de estados. Para resolver el problema deoptimización que calcula la acción de control a aplicar se utiliza un optimizador basadoen algoritmos genéticos.Los resultados obtenidos de manera experimental indican que con la estrategia de controlimplementada se logra reducir la varianza del nivel en los bancos Rougher hasta en un88 %, además de mejorar el seguimiento de la referencia, mediante la adecuada compensaciónde perturbaciones. El sistema de control predictivo es integrado con otro sistema decontrol que manipula las referencias del nivel de los bancos Rougher con el fin de optimizarla operación del proceso, lo que le permite a la compañía producir al menos 1.685.973libras extras de cobre al año entre las dos líneas de producción.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic
DINÁMICA DE UN MODELO DE DEPREDACIÓN DEL TIPO LESLIE EULER CON DOBLE EFECTO ALLEN EN LAS PRESAS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.En este trabajo se analiza un modelo depredador-presa del tipo Leslie-Gower considerandoque las presas están afectadas por dos tipos de efecto Allee, el cual está descritopor un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias que dependen de parámetrosecológicos.FONDECYT Fondo Nacional de Desarrollo Científico y TecnológicoMagíster en Ciencias, mención Matemátic
SIMULACIÓN NUMÉRICA DE UN FLUJO AGUA-PETROLEO EN UN INYECTOR DE TURBINA A GAS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.In order to decrease the total emissions of NOx, gas turbines has the posibility touse a mixture of fuel with water, this way can reach lower combustion temperatureand colder exhaust gases. Has been noticed the presence of termoacustic inestabilitysin the combustion chamber when this mixture is used, resulting in searious structuraldamage in the unit. At the begining, methodology for multiphase simulation and disperseturbulents multiphase models are reviewed. Then the mathematical basis is introduced:Navier-Stokes ecuations for modeling incompressible flows, Turbulence modelling usingLarge-Eddy simulation and sub-grid model for kinetic turbulent energy, energy transportecuation for model the internal temperature distribution and finally volume fractionecuations used in “Volume of fluids” multiphase model. Next the Finite Volume Method(FVM) is introduced in order to discretize this set of partial diferential equations andalgorithms to solve the corresponding matricial equations. Next chapter presents theproblem of interest treated in this work, phisical dimensions and the standard operatingconditions of the injector. The main goals of the work are to study and fully understandthis phenomenon through biphasic numerical simulation, inmiscible two-liquid flow. Tomake this, a code was developed by modifying preexisting multiphase solver included inOpenFOAM and validated later using two cases: first, the heat exchange across circularpipes and second, Rayleigh-Bénard inestability. The obtained results of the simulationsallow to determine stagnation zones where water phase tend to acumulate, this zones aredependent on the inlet flows conditions, moving upstream when the oil flux is increasedand growing when the water flux raise. Temperature fields also seems to be influencedby the inlets flows, the lowest temperatures occur near the axial axis and the maximumtemperatures are developed on the plane of 45o degress, increasing the inlet temperatureat 18%. Finally, spectral analysis was performed in order to determine the main frecuency of oscillation in the pressure field inside the mix chamber. It concludes that the instablitycan’t be explained only taking accounts the hidrodynamics conditions,being necessary toconsider the process of combustion of the mixture.Con el objetivo de disminuir las emisiones de NOx térmico y cumplir asi con lasnuevas normas de emisiones de contaminantes para las centrales térmicas, una de lasalternativas que se presentan corresponde a realizar un pre-mezclado entre el combustibley agua con el fin que esta absorba parte de la energía liberada durante la combustión,disminuyendo la temperatura de la combustión y los gases de escape e inhibiendoel mecanismo de formación de NOx térmico. Pero se ha observado que este procesogenera una inestabilidad termoacústica en la cámara de combustión, la cual genera dañossobre el inyector provocando su destrucción. En el presente trabajo se presenta unasimulación numérica del proceso de mezclado de ambos fluidos al interior de la cámarade pre-mezclado del inyector para distintos caudales mediante la implementación deun código basado en el software libre OpenFOAM para flujos turbulentos multifásicosacoplado a la ecuación de energía. se analizo las estructuras coherentes del campoturbulento desarrollado así como también se realizo una descripción de la morfología dela fase dispersa.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánic
CONTROL DE PERTURBACIONES DE ALTA FRECUENCIA DE TIP Y TILT EN SISTEMAS ÓPTICOS USANDO FAST STEERING MIRROR
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The Adaptive Optics (AO) technology was conceived for the improvement in the astronomicalimages adquired by the optical telescopes via the compensation of atmosphericalturbulence. With the development of the associated technology, the AO allowed us to obtainimages near the physical difraction limit. Once the AO achieved succesfully the compensationof atmospheric turbulence, other problems gain more importance, being the mostimportant the problem of the vibrations in the optical system, produced by a number offactors that most of the time are dicult to establish. These structural vibrations induceaberration mainly in tip-tilt modes that reduce the accuracy of the astronomical instrument.Therefore, control actions need to be taken.With this purpose we present a laboratory demonstration of vibration rejection of tiptiltmodes using closed-loop control, inducing vibration on the test bench via an eccentricmotor with controllable frequency, in order to simulate the structural vibrations mentionedabove. We measure the laser vibration and its tip-tilt aberration using a CMOS camera.The control action is carried out by a Fast Steering Mirror (FSM).´ ptica Adaptativa (AO) fue una t´ecnica concebida para mejorar la calidad de las im´agenes astron´omicas obtenidas por telescopios ´opticos, mediante la compensaci´on de las perturbaciones producidas por la turbulencia atmosf´erica. Con el desarrollo de la instru- mentaci´on asociada la AO permiti´o obtener im´agenes cuya calidad esta cerca del l´imite f´isico puesto por la difracci´on. Una vez que la AO logr´o con ´exito la compensaci´on de la turbulencia atmosf´erica, otros problemas ganaron importancia, siendo el m´as importante el problema de las vibraciones del sistema ´optico inducidas por diversos factores muchas veces dif´iciles de determinar. Estas vibraciones estructurales est´an presentes mayoritariamente en las aberraciones tip-tilt, lo que reduce la precisi´on en la adquisici´on de im´agenes. Por lo tanto , se hace necesario tomar acciones de control.Con este objetivo se desarrolla una demostraci´on de laboratorio de un sistema para la compensaci´on de los modos tip-tilt usando control en lazo cerrado, induciendo vibraci´on al sistema utilizando un motor exc´entrico de frecuencia controlable. Se mide la posici´on del Laser usando una c´amara CMOS, mientras que la acci´on de control es realizada por un espejo Fast Steering Mirror (FSM).Magíster en Ciencias de la Ingeniería Electrónic