Repositorio USM (Universidad Técnica Federico Santa María)
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EL ESPACIO INVESTIGACIÓN:UN MAPA DE PRODUCCIÓN DE CIENCIA
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.In this thesis we propose a new map of science based on the productive paths of scholars.We call this network the research space. To create this map, we had to mine the web in orderto curate a disambiguated dataset of individuals. With this dataset we were able to buildthe research space in which the nodes represent felds of research and the links represent howlikely a scientist publishes in an area given that she published in other one. With the structureof the research space we evaluated the scientifc production of individuals, institutions andcountries. We also defned a methodology to evaluate the predictive power of maps of sciencein general and the research space in particular. With this methodology we found that theresearch space is a better predictor|in comparison with a map based on citation patterns-|of the diversifcation and evolution of individuals and institutions. We also proved thatour results hold when we change the classifcation of areas of science. Finally we built twoapplications, one for the scientifc community and the other one for general public. Theseapplications facilitate the analysis of the diversity of scientifc production based on maps ofscience.En esta tesis proponemos un nuevo mapa de la ciencia basado en la trayectoria productivade los investigadores, al que denominamos Espacio Investigación o Research Space. Para lacreación de este mapa, debimos minar la web con la intención de construir un conjunto dedatos desambig uado a nivel de individuos. Con este conjunto de datos, fuimos capaces deconstruir el espacio investigación en el que los nodos representan áreas de la ciencia y losenlaces representan cuán probable es que un científico publique en una determinada área dela ciencia, dado que ha publicado en otra área. Con la estructura del espacio investigaciónevaluamos la producción científica de individuos, instituciones y países. También definimosuna metodología para la evaluación del poder predictivo de mapas de la ciencia en generaly del espacio investigación en particular. Con esta metodología encontramos que el espacioinvestigación es un mejor descriptor |en comparación con un mapa basado en patronesde citación| de la diversificación y la evolución de individuos e instituciones a lo largo deáreas de la ciencia. Tambien comprobamos que nuestros resultados son robustos a la hora decambiar de clasificación de áreas de la ciencia. Finalmente construimos dos aplicaciones, unapara la comunidad científica y otra para el público general. Estas aplicaciones tienen comoobjetivo facilitar el análisis de la diversidad de la producción científica basados en mapas dela ciencia.Doctorado en Ingeniería Informátic
DESARROLLO DE UN CÓDIGO DE ELEMENTOS FINITOS PARA MODELAR LA RESPUESTA SÍSMICA DE SUELOS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.In the last decades, one-dimensional analyzes in the frequency domain have beenwidely used in the study of the seismic response of soils. However, the multiple limitationsof this type of analysis have resulted in the fact that this approach has beendisplaced by time domain analyzes based on numerical methods (such as the finiteelement method) and constitutive models formulated on the basis of theory of plasticity.This approach is in constant development due to the complexity of the nonlinearresponse of the soil under medium and high intensity earthquakes. In this sense, thedevelopment of new constitutive models for soils of different characteristics is a recurrentresearch topic in geotechnical engineering. Currently, there are a number ofcomputer programs available in the market to perform this type of modeling, however,these offer limited possibilities of analysis and a simplified treatment of the soil-porefluid interaction during the seismic response. In this context, this thesis aims to initiatethe development of a computational code that will enable a new line of research in theDepartment of Civil Engineering, whose orientation will be the improvement of numericalmodeling techniques of the seismic response of saturated soils in the geologicaland seismic national context.In this first stage of research an elastic linear constitutive relationship is incorporated,firstly, for the soil modeling. Secondly, and for the purpose of considering the nonlinearbehavior, the Mohr-Coulomb constitutive model, based on the theory of plasticity, isalso implemented. The implementation of this model is performed through the returnscheme proposed by Clausen et al. (2007), which incorporates exactly the yield surfaceand the plastic potential of the model. The resolution of the nonlinear problem iscarried out by the initial stiffness method. For the static analysis case, the automaticstep size correction procedure proposed by Van Langen & Vermeer (1990) is in additionimplemented.In order to integrate in time, in the dynamic analysis case, the Newmark methodis implemented. This offers the possibility to use unconditionally stable integrationschemes and to include numerical damping in the solution. On the other hand, and in order to incorporate an artificial boundary condition that allows truncate laterally thefinite element model, the standard viscous boundary, proposed by Lysmer & Kuhlmeyer(1969), is implemented. This involves the inclusion of viscous dampers at the boundariesof the model. Regarding the incorporation of the seismic record, this is carried outthrough the imposition of the displacement of the earthquake on the horizontal degreesof freedom in the bottom of the model, using for this the penalty method.Finally, the code allows the modeling of saturated soils under undrained condition,a condition that is specially relevant in the case of seismic analysis. For this it isconsidered the completely undrained case, wherein the u-p formulation, which describesthe interaction between the solid skeleton of the soil an the pore fluid, can be decoupledunder certain assumptions. In this way, the analysis is separated into one of effectivestresses and another of pore pressure generation.The code validation is carried out through different numerical examples, involvingall the analysis possibilities of the program. For this, the responses obtained by thecode are compared with analytical solutions and with the responses obtained by acommercial finite element program, of extensive use, called Plaxis. The results validatethe developed implementation and show that the results provided by the code arereliable.As an example of application, the site response of a soil deposit located in the centerof Vi˜na del Mar, subject to the 2010 Maule Earthquake, is modeled using the codedeveloped. The soil characterization is done from soil mechanics and geophysical testavailable. Through this example it shows that it is essential the correct calibration ofboth the finite element mesh and the parameters defining the Rayleigh damping. Forthe soil modeling, both the linear elastic and the Mohr-Coulomb model are used andthe obtained results are compared with those of the equivalent linear method, as wellas with the spectrum of the seismic design code for building, for the case of study.The developed code represents only a first step, as it is expected that it continue evolvingin future works. With this in mind, and based on the study conducted, futureresearches and developments are proposed in order to overcome the identified limitationsand to extend the capabilities of the program.En las últimas décadas los análisis unidimensionales en el dominio de la frecuencia han sido utilizados ampliamente en el estudio de la respuesta sísmica de suelos. Sin embargo, las múltiples limitaciones que presenta este tipo de análisis ha resultado en que este enfoque ha sido desplazado por los análisis en el dominio del tiempo basados en métodos numéricos (como el método de elementos finitos) y modelos constitutivos formulados en base a la teoría de plasticidad. Este enfoque se encuentra en constante desarrollo debido a la complejidad de la respuesta no lineal del suelo bajo sismos de mediana y alta intensidad. En este sentido, el desarrollo de nuevos modelos constitutivos para suelos de distintas características es un tópico de investigación recurrente en ingeniería geotécnica. En la actualidad, existe una serie de programas computacionales disponibles en el mercado para realizar este tipo de modelación, sin embargo, estos ofrecen posibilidades acotadas de análisis y un tratamiento simplificado de la interacción suelo-fluido en los poros durante la respuesta sísmica. En este contexto, este trabajo de tesis pretende iniciar el desarrollo de un código computacional que posibilite una nueva línea de investigación en el Departamento de Obras Civiles, cuya orientación sea el mejoramiento de las técnicas de modelación numérica de la respuesta sísmica de suelos saturados en el contexto geológico y sísmico nacional.En esta primera etapa de investigación se incorpora, en primer lugar, una relación constitutiva lineal elástica para la modelación del suelo. En segundo lugar, y con el propósito de considerar el comportamiento no lineal de este, se implementa el modelo constitutivo Mohr-Coulomb, basado en la teoría de plasticidad. La implementación de este modelo se lleva a cabo a través del esquema de retorno propuesto por Clausenet al. (2007) que incorpora la superficie de fluencia y el potencial plástico del modelo de manera exacta. La resolución del problema no lineal se lleva a cabo a trav´es del método de Newton-Raphson de rigidez inicial. En el caso del an´alisis est´atico, se implementaadem´as el procedimiento de correcci´on autom´atica del tama˜no del paso decarga propuesto por Van Langen & Vermeer (1990).Para realizar la integraci´on en el tiempo, en el caso del an´alisis din´amico, se implementa el m´etodo de Newmark. Este ofrece la posibilidad de utilizar esquemas de integraci´onincondicionalmente estables e incluir amortiguamiento num´erico en la soluci´on. Por otrolado, y con el prop´osito de incorporar una condici´on de borde artificial que permitatruncar lateralmente el modelo de elementos finitos, se implementa la condici´on deborde viscoso est´andar, propuesta por Lysmer & Kuhlmeyer (1969), que consiste enla inclusi´on de amortiguadores viscosos en los bordes del modelo. Con respecto a laincorporaci´on del registro s´ismico, esta se lleva a cabo a trav´es de la imposici´on deldesplazamiento del sismo en los grados de libertad horizontales de la base del modelo,utilizando para esto el m´etodo de penalizaci´on.Finalmente, el c´odigo permite la modelaci´on de suelos saturados en condici´on no drenada,condici´on que es especialmente relevante en el caso del an´alisis s´ismico. Paraesto se considera el caso completamente no drenado, en donde la formulaci´on u-p, quedescribe la interacci´on entre el esqueleto s´olido del suelo y el fluido en los poros, puede desacoplarse bajo ciertos supuestos. De esta manera, el an´alisis es separado en uno detensiones efectivas y otro de generaci´on de presiones de poros.La validaci´on del c´odigo es llevada a cabo a trav´es de diferentes ejemplos num´ericos,que involucran todas las posibilidades de an´alisis del programa. Para esto, las respuestas obtenidas mediante el c´odigo son comparadas con soluciones anal´iticas y con las respuestas obtenidas mediante un programa comercial de elementos finitos, de ampliouso, llamado Plaxis. Los resultados validan la implementaci´on desarrollada y evidencian que el c´odigo entrega resultados confiables.Como ejemplo de aplicaci´on se desarrolla la modelaci´on de la respuesta de sitio de un dep´osito de suelo ubicado en el centro de Vi˜na del Mar, sometido al terremoto del Maule del 2010, utilizando el c´odigo desarrollado. La caracterizaci´on del suelo se realiza a partir de ensayos de mec´anica de suelos y ensayos geof´isicos disponibles. A trav´es de este ejemplo se muestra que es indispensable la correcta calibraci´on de la mallade elementos finitos, as´i como de los par´ametros que definen el amortiguamiento deRayleigh. Para la modelaci´on del suelo se utiliza tanto el modelo lineal el´astico como elmodelo Mohr-Coulomb y los resultados obtenidos son comparados con los del m´etodo lineal equivalente, as´i como con el espectro de la norma de dise˜no s´ismico de edificios para el caso en estudio.El c´odigo desarrollado representa solo una primera etapa, ya que se espera que este siga evolucionando en trabajos futuros. Teniendo esto en cuenta, y en base al estudio realizado, se proponen futuras lineas de investigaci´on y desarrollo que permitan superarlas limitaciones identificadas y extender las capacidades del programa.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Civi
NUEVO MÉTODO DE MEDICIÓN DE ALTA FRECUENCIA DE LA ZONA DE SWASH BASADO EN SENSORES REMOTOS
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The thorough comprehension of the swash zone is of critical importance because the understandingof the processes responsible for the coastal evolution at different time scales is crucial for beachmanagement and the sustainability of the coastal areas, impacting both coastal population and nearbyecosystems. However, the swash zone is the area of the nearshore less understood. Among the reasonsfor this deficit, the most important is the complexity of the physical phenomena involved, such ashigh velocities in a shallow lens of water of a few centimeters depth, inducing high levels of sedimenttransport and turbulence. The latter represents a challenge and difficulty for in situ instrumentationof this zone and the consequent lack of information for validation and analysis. In this context, therehas been a consensus in the scientific community that the comprehension of the swash zone must befocused at high temporal frequencies, i.e. at the wave-by-wave scale.On the other hand, during the last decades, techniques based on stereometric and remote sensinghave been widely used, being an effective low cost technique for measuring different coastal processesat various time scales and over large spatial domains.In this work, we introduce a new method to measure the swash zone at high frequencies. The newtechnique consists on the deployment of morphological rods (palitos) and a video camera recordinga cross-shore transect of vertical poles. The synoptic nature of these stereometric techniques andthe variations in optical intensity present in the swash zone enable the extraction of bed level andwater depth time series. First, the methodology is outlined, including the physical deployment andrecommendations in conjunction with the undertaken field studies where the technique has beenapplied. Also, the image processing necessary for the data extraction is explained. The validation iscarried out against conventional instruments (LIDAR, ultrasonic level sensors and pressure sensors).Analysis is done by means of statistical properties and qualitative analysis, which serve as a base toidentify the main advantages and drawbacks of the proposed method.El entendimiento de la zona de swash es de vital importancia para la sociedad y en espec´ificode las comunidades costeras, ya que la comprensi´on de los procesos responsables de la evoluci´on dela costa a diferentes escalas de tiempo es vital para la gesti´on de playas y el sustentamiento de lascomunidades costeras. No obstante, la zona de swash es la parte de la costa menos entendida. Entrelas razones para este d´eficit se puede mencionar la complejidad de los fen´omenos f´isicos existentes,tales como las altas velocidades en una l´amina de agua de unos pocos cent´imetros de espesor, queinducen un gran transporte de sedimentos y turbulencia. Esto representa un gran desaf´io y dificultadpara la instrumentaci´on in situ, con la consiguiente falta de informaci´on para validaci´on y an´alisis. Eneste contexto, la comunidad cient´ifica ha llegado a un consenso de que la comprensi´on de esta zonadebe enfocarse en la alta frecuencia temporal, en un enfoque ola a ola.Por otro lado, durante las ´ultimas decadas las herramientas de teledetecci´on remota han progresadosignificativamente, siendo una t´ecnica muy efectiva para medir diversos procesos costeros a altafrecuencia temporal y en grandes dominios espaciales, a bajo costo.En este trabajo se propone un nuevo m´etodo de medici´on de alta frecuencia temporal de la zona deswash, basado en la disposici´on f´isica de barras morfol´ogicas circulares (”palitos”) que junto a c´amarasde video, permiten la extracci´on de series de tiempo de la superficie libre y nivel de fondo del swash,apoy´andose en la naturaleza sin´optica de la teledecci´on y en las variaciones de intensidad ´opticaspresentes en esta parte de la costa. Se presenta aqu´i la metodolog´ia utilizada, la disposici´on f´isica deelementos y recomendaciones, junto a los lugares donde la t´ecnica ha sido aplicada y el procesamientode im´agenes necesario para la extracci´on de datos. La validaci´on del m´etodo se realiza contrastandolos resultados con otros obtenidos desde instrumentos convencionales (LIDAR, sensores ultras´onicosy sensores de presi´on), apoy´andose del an´alisis estad´istico y de la comparaci´on cualitativa entre resultados,los cuales en conjunto con las caracter´isticas de los instrumentos, permiten identificar lasprincipales ventajas y limitaciones de la t´ecnica propuesta.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Civi
CONTROL SUPERVISOR DE UNA CELDA JAMESON L-150 DE FLOTACIÓN PILOTO
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The objectives of this research is to develop and implement a supervisory control system on a L-150 pilot Jameson flotation cell, available at the Process Control Laboratory of the Chemical Engineering Department, Santa María University, Valparaíso, Chile.Using a distributed control system and a metallurgical simulator, developed in previous projects, the supervisory expert control system is implemented to maximize the cell Cu recovery subject to produce a concentrate under technical specifications. These objectives are satisfied by modifying the set points of air to pulp ratio and froth depth of the distributed control system.The concentrate grade must be between 27.7 and 28.7% while the process Cu recovery has to reach at least 60%.The supervisory control system includes two main routines: expert feed forward control, to compensate for measured disturbances on the characteristics of the feed by using a simplified model to predict metallurgical objectives under the new scenery. The expert feedback control, takes care of the effect of other disturbances and some deviations produced by the first routine. This control act whenever a steady state is reached and selects the resource with lower saturation ratio.The simplified model is built applying the methodology if partial least square regression (PLS) implemented in the PLS Toolbox of Matlab. The data to fit the model was simulated by using the metallurgical simulator under normal operating conditions in order to achieve good predictions.Four cases are presented. In the first case, the response of the expert feedback control is compared with the response of both feedforward and feedback control when an increment on the feed Cu grade occurs. The results show that the action of both expert controls reduces in 14 minutes the time when both metallurgical objectives are satisfied.In the second case, a decrease of the feed grade is tested. After reaching a steady state the concentrate grade is upper the low limit while recovery is below the 60% limit. Since both objectives cannot be met simultaneously, the operator receives a message, to make a decision.In this case, it is assumed that the scavenger circuit is close to saturation and the operator decides to temporarily sacrifice the concentrate grade and increase the recovery target to 55%.In the third case, the same general conditions are kept and the feed Cu grade is decreased. Once again after the expert feed forward control acts, both metallurgical objectives cannot be met simultaneously and the operator receives a message. In this case, it is assumed that the scavenger has some room to process the actual Jameson cell tails. The expert feedback control continues adjusting the set points to maintain concentrate Cu grade above the low limit, allowing the recovery to decrease under 60%.The last case is the continuation of the previous one, but now the low recovery cannot be accepted because the scavenger circuit is close to reach its maximum capacity so the operator decides that the rougher concentrate Cu grade must be increased. After that change the supervisory control acts to get both objectives on target.La presente investigación tiene por objetivo desarrollar e implementar un sistema de control supervisor en una celda Jameson de flotación piloto ubicada en el Laboratorio de Control de Procesos del Departamento de Ingeniería Civil Química de la Universidad Técnica Federico Santa María.Utilizando el sistema de control distribuido y simulador metalúrgico desarrollados en trabajos anteriores se implementa un sistema de control supervisor experto utilizando la razón de aire/pulpa y la profundidad de espuma como recursos para mantener la ley de concentrado de cobre entre el 27.7 y 28.7% maximizando la recuperación de cobre obtenida, teniendo un mínimo del 60%.El control supervisor cuenta con dos módulos, la rutina predictiva y la rutina experta retroalimentada, el primero utiliza un modelo simplificado para predecir los objetivos metalúrgicos obtenidos bajo ciertas condiciones de operación y alimentación, con lo que se pueden predecir los movimientos en las variables operacionales, utilizando la rutina experta retroalimentada para mantener los indicadores metalúrgicos dentro de los objetivos propuestos.El segundo es un control retroalimentado que corrige las desviaciones causadas por el primer módulo, éste elige el movimiento de uno de los dos recursos en base a un criterio de disponibilidad del recurso, para su acción el sistema debe estar en estado estacionario y el valor de proceso debe estar muy cercano a su set point.El modelo simplificado se construye utilizando el método de regresión de mínimos cuadrados parciales (PLS por sus siglas en inglés) mediante la herramienta PLS Toolbox de Matlab. El modelo utilizado en la rutina predictiva se construye en un rango de condiciones operacionales comunes logrando buenas predicciones generados usando un simulador metalúrgico.Finalmente, se estudian cuatro casos. En el primero se experimenta un aumento en la ley de alimentación de cobre y se evalúa el desempeño del control supervisor al habilitar y deshabilitar la rutina predictiva, los resultados son explícitos al mostrar que la acción de la rutina predictiva disminuye en 14 minutos el tiempo en que ambos objetivos son satisfechos respecto a un control sin la rutina habilitada.El segundo experimento muestra una disminución en la ley de alimentación de cobre, lo que genera la acción de la rutina predictiva. Debido a las condiciones extremas negativas de alimentación se obtiene una ley de concentrado dentro de la banda óptima y una recuperación muy por debajo del límite inferior. Para este caso se simula que el Scavenger, proceso hacia el cual se descargan las colas de la celda, no tiene capacidad de procesar adecuadamente una alimentación con las características actuales, por lo que mediante el panel de decisión se opta por activar solo el control de recuperación de la celda Jameson con un set point del 55% sacrificando la ley de concentrado de cobre.El tercer experimento muestra nuevamente una disminución en la ley de alimentación de cobre, sin embargo, para este caso se simula que el Scavenger puede aceptar una recuperación bajo el mínimo de la celda, por lo que el control supervisor se centra en mantener la ley de concentrado de cobre por sobre el mínimo para obtener el máximo de recuperación posible.El cuarto y último experimento coincide como la continuación de la experiencia anterior, donde se está operando en una condición poco favorable para el Scavenger y se alcanza un punto en donde es imposible mantener las condiciones actuales, por lo que se solicita al Rougher, proceso cuyo concentrado alimenta a la celda, un aumento en la ley de alimentación de cobre, en consecuencia, el control supervisor actúa en la dirección de maximizar la recuperación manteniendo la ley de concentrado de cobre dentro de la banda óptima.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Químic
COMPARACIÓN DE DESEMPEÑO EN UN PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA: MODELO SECUENCIAL VS NO SECUENCIAL
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.El modelo de digestión anaerobia presenta interesantes perspectivas parael desarrollo de plantas de tratamiento de aguas, puesto que permite la recuperación de energía mediante producción de metano en la reacción. En elpresente trabajo se comparan dos sistemas dinámicos que modelan diferentescon figuraciones de biorreactores de digestión anaerobia, en estado estacionario,haciendo comparaciones en términos de escenarios de estabilidad, desempeño endescontaminación y producción de metano, estudio que permitirá determinarcuál es la mejor confi guración de operación, dependiendo del objetivo que sedesee alcanzar.Magíster en Ciencias, mención Matemátic
MEASURING AND MODELING OF THERMODYNAMIC SOLUBILITY OF BIOACTIVE PHYTOCHEMICALS COMPOUNDS IN SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE: NOBILETIN + CO2 AND MENADIONE + CO2
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Isothermal solubility of 2-(3,4-Dimethoxyphenyl)-5,6,7,8-tetramethoxychromen-4-one (nobiletin) and 2-methyl-1,4-naphthoquinone (menadione) in supercritical carbon dioxide at temperatures of (313, 323 and 333) K and pressures from (9 to 32) MPa was measured using an analytic-recirculation methodology, with direct determination of the molar composition of the carbon dioxide-rich phase by using high performance liquid chromatography. Results indicated that the range of the measured nobiletin solubility was between 107 · 10-6 mol · mol-1 at 333 K and 18.35 MPa to 182 · 10-6 mol · mol-1 at 333 K and 31.40 MPa. Similarly, the measured menadione solubility ranged from 630 · 10-6 mol · mol-1 at 333 K and 9.72 MPa to 1057 · 10-6 mol · mol-1 at 333 K and 13.43 MPa. The validation of the experimental solubility data was carried out using three approaches: estimation of combined expanded uncertainty for each solubility data point from experimental parameters values (=23 · 10-6 mol · mol-1 and =111 · 10-6 mol · mol-1 for nobiletin and menadione, respectively); thermodynamic consistency, verified utilizing a test adapted from tools based on Gibbs–Duhem equation and solubility modeling results; and self-consistency, proved by correlating the solubility data with a semi-empirical model as a function of temperature, pressure and pure CO2 density.Se realizaron mediciones de isotermas de solubilidad de 2-(3,4-Dimethoxyphenyl)-5,6,7,8-tetramethoxychromen-4-one (nobiletina) y 2-methyl-1,4-naphthoquinone (menadiona) en dióxido de carbono supercrítico a temperaturas de (313, 323 y 333) K y presiones de (9 a 32) MPa usando una metodología analítica con recirculación, con determinación directa de la composición molar de la fase rica en dióxido de carbono usando cromatografía líquida de alto rendimiento. Los resultados indican que el rango de la solubilidad de nobiletina medida fue de 107 · 10-6 mol · mol-1 a 333 K y 18.35 MPa a 182 · 10-6 mol · mol-1 a 333 K y 31.40 MPa. Similarmente, la solubilidad de menadiona medida varió de 630 · 10-6 mol · mol-1 a 333 K y 9.72 MPa a 1057 · 10-6 mol · mol-1 a 333 K y 13.43 MPa. La validación de los datos de solubilidad experimentales se realizó usando tres enfoques, a saber, estimación de la incertidumbre combinada expandida para cada punto de solubilidad a partir de valores de parámetros experimentales (=23 · 10-6 mol · mol-1 y =111 · 10-6 mol · mol-1 para nobiletina y menadiona, respectivamente); consistencia termodinámica, verificada utilizando un test adaptado de herramientas basadas en la ecuación de Gibbs-Duhem y datos de solubilidad obtenidos de modelación; y auto-consistencia, demostrada mediante la correlación de los datos de solubilidad con un modelo semi-empírico como una función de la temperatura, presión y densidad de CO2 puro.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Químic
METODOLOG´IA PARA EL DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES DE TSUNAMI
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Recent tsunamis have shown the necessity of improve the reliability of tsunami warning systems.Traditional methods are usually based on data sets of scenarios calculated a priori (Ozer et al.,2016 ), where the initial tsunami free surface elevation is estimated from arbitrary range of earthquakemagnitudes and source locations. More recently, there has been promising advances in the possibilityof establishing near real time simulations, owing to improvements in rapid assessment of earthquakeparameters. Finally, tsunami inversion techniques could provide an alternative without the need ofestablishing assumptions of the fault geometry and the earthquake magnitude, by quickly estimatingthe initial sea surface deformation. It is likely that a robust methodology will comprise a combinationof the above.Regarding the latter method, only a few countries have the dense network of sensors required toestimate the tsunami initial deformations. However, it might be of interest to establish what couldbe the minimum number of sensors required to provide a reasonable estimate, thus trading precisionand overall costs. This might be of interest for developing countries, for example. To date, the locationof these sensors is based primarily on the good judgment and intuition. Here we propose asystematic methodology to determinate the optimal location of sensors, minimizing the number andthe redundancy of data.The first step is to place a database of different tsunami sources (Tsushima et al., 2009 ). Tocompute the Green’s functions, we calculated the finite difference approximation of the linear longwaveequations (Satake et al., 1995 ) from a set of unit tsunami sources to a set of forecast points(I.e. Green’s functions). Next, expected earthquakes in northern Chile (Cienfuegos et al., 2014 ) areselected as end scenarios, providing the most extreme condition. A wide range of arrays of sensors arecompared by introducing a cost function involving several parameters to quantify predictive skill. Thenetwork providing the optimal configuration is selected as candidate. Finally, the candidate networkis tested using intermediate (between the end scenaries) and real scenarios, to ensure the quality ofthe prediction at all forecasting points.Results show that a configuration comprising just/only three sensors is capable of providing accurateestimations of the wave’s arrival times and peak amplitudes of the first wave. In general terms,it is possible to note a correlation between the location of the sensors and error estimators. As anexample, arrival times are better predicted with sensors located opposite to the tide gauges and betterresults on wave amplitudes are assessed when sensors are in front of or above the uplift zone.This methodology provides a tool that will allow to define the location of the minimum amountof sensors to get a good quality of predictions using the inversion technique. Thus, it allows for abetter modeling of tsunami event, which appears particularly promising to improve real-time danger assessment and decision making toolsRecientes eventos tsunamig´enicos han demostrado la necesidad de mejorar la confiabilidad en lossistemas de alerta para este tipo de fen´omenos. Los m´etodos tradicionales han consistido en basesde datos de tsunamis con escenarios pre-calculados (Ozer et al., 2016 ) debido al escaso tiempo derespuesta entre la generaci´on y el arribo del tsunami a la costa, donde la elevaci´on inicial de la superficielibre del tsunami se estima a partir de una gama arbitraria de magnitudes y ubicaciones del terremoto.T´ecnicas de inversi´on de tsunami podr´ian proporcionar una alternativa sin la necesidad de establecersupuestos respecto a la geometr´ia de la falla y magnitud del sismo, mediante una r´apidaestimaci´on de la deformaci´on inicial de la superficie libre. Esta ventaja es considerable respecto a lasm´etodos convencionales, ya que obtener los datos s´ismicos no es un proceso instant´aneo y a menudoes traducido de manera inexacta a los datos del tsunami (Wei et al., 2014 ). Es probable que unametodolog´ia robusta comprender´a una combinaci´on de las anteriormente mencionadas.En relaci´on al ´ultimo m´etodo, s´olo unos pocos pa´ises tienen la densa red de sensores necesariospara estimar las deformaciones iniciales de la superficie libre de un tsunami. Sin embargo, podr´ia serde gran inter´es establecer el n´umero m´inimo de sensores necesarios para proporcionar una estimaci´onrazonable, teniendo en cuenta la precisi´on de los resultados y costos generales. Lo anterior es cr´iticopara contar con dicha herramienta en pa´ises en vias de desarrollo, como es el caso de Chile. Debidoa esto ´ultimo, en el presente trabajo se propone una metodolog´ia sistem´atica para determinar elposicionamiento ´optimo de los sensores en el norte de Chile debido a las ventanas sismicas de la zona,minimizando el n´umero de estos y la redundancia de los datos.El primer paso de esta metodolog´ia consiste en la creaci´on de una base de datos de las funcionesde Green (Tsushima et al., 2009 ). Esto procedimiento se basa en la propagaci´on de tsunamis“elementales” utilizando las ecuaciones lineales de onda larga (Satake et al., 1995 ) desde un conjuntode fuentes unitarias de tsunami a una serie de puntos de pron´ostico (i.e. funciones de Green).Luego, se seleccionan como escenarios extremos los terremotos esperados en el norte de Chile, zonacon alto potencial tsunamig´enico (Cienfuegos et al., 2014 ). Una amplia gama de arreglo de sensores,establecidos con base en criterios t´ecnicos, se prueban para realizar la inversi´on. Posteriormente, laspredicciones obtenidas con los diferentes arreglos de sensores son comparadas mediante una funci´onde coste que incluye varios par´ametros para cuantificar la capacidad de predicci´on. Entre ellos, se considerael tiempo de arribo, la amplitud m´axima y un ajuste global. La red de sensores que proporcionala configuraci´on ´optima es seleccionada como candidata. Finalmente, dicha red se prueba utilizandoescenarios intermedios y reales para garantizar as´i la calidad de la predicci´on en todos los puntos depron´ostico.Los resultados muestran que una configuraci´on que contiene s´olo tres sensores es capaz de proporcionar estimaciones precisas de los tiempos de arribo y amplitudes de la primera onda. En t´erminosgenerales, es posible observar una fuerte correlaci´on entre la ubicaci´on de los sensores y los estimadoresde error. A modo de ejemplo, la estimaci´on de los tiempos de arribo es de mayor calidad cuando almenos un sensor se encuentra situado en frente de los puntos de pron´ostico. En cambio, con respectoa la amplitud m´axima y el ajuste global, mejores pron´osticos son obtenidos cuando los sensores est´ansituados en la zona de solevantamiento o frente a ´esta.Esta metodolog´ia ofrece un gran potencial para ser una herramienta que permita definir la ubicaci´onde posibles sensores de presi´on, de esta forma se asegura una buena calidad de las prediccionesde tsunami al utilizar la t´ecnica de inversi´on. Ademas, la metodolog´ia aqu´i propuesta tiene un granpotencial para mejorar la evaluaci´on de riesgo en tiempo real, apoyando a herramientas de toma dedecisiones en sistemas de alerta temprana.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Civi
REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN DEL MÉTODO DE RECONCILIACIÓN DEL CONVERTIDOR TENIENTE EN FUNDICIÓN HERNÁN VIDELA LIRA ENAMI
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.The main objective of this study was to propose improvements to current accounting metallurgical Balancer in Hernán Videla Lira Smelter, focusing on balances carried on the main casting equipment, Teniente Converter. These improvements are based on phenomenology of concentrate smelting by Teniente Converter, which are not considered in the current balancer.Because the current balancer is based on a purely mathematical model, the phenomenologically unlikely results, although not common, are possible. Hence adding phenomenological restrictions on the balancer would seek to eliminate these results.In this study the use of two relations are proposed as a basis for the phenomenological restrictions; the relation between white metal copper grade and slag copper grade, and the relation between white metal copper grade and the oxygen coefficient. In addition, it is proposed in parallel with these restrictions, add to the balance, the gas streams that go in and out the Teniente Converter, which are currently not considered.Regarding gas streams, these must be added because not considering them create a 1 monthly ton imbalance for every 5 monthly tons of molten concentrate, and considering that on average about 25.000 tons of concentrate melt to month, the product imbalance of not consider gas streams is 5.000 tons.Regarding the white metal copper grade and slag copper grade, this relation is primarily used when the copper grade of the slag is too high, while the relation between white metal copper grade and the oxygen coefficient is used mainly in cases where the copper grade of the white metal is too low.When analyzing the results it was observed that different and possibly better results are obtained when using phenomenological relations than with the current model. In addition, it was analyzed how restrictions influence on the results when the initial data were significantly unbalanced regarding weights and / or with respect to the fine copper, in scenarios without gases, with gases and only considering exhaust gases, where it was concluded that independent of the scenario, the balancer always tends to modify the output currents to equalize to the input, due to the effect of the quality factors of every current.It was also seen that in general, arsenic emissions increase or decrease depending on whether the initial imbalance is a deficiency or excess respectively of the input currents for both the fine and for the weights, where they may vary by up to 198% in some cases.El objetivo principal de este estudio fue proponer mejoras al actual balanceador metalúrgico contable de la Fundición Hernán Videla Lira, centrándose en los balances realizados sobre el equipo principal de la Fundición, el Convertidor Teniente. Estas mejoras se basan en la fenomenología de la fundición de concentrado realizada por el Convertidor Teniente, cosa que el actual balanceador no considera.Debido a que el balanceador actual se basa en un modelo puramente matemático, los resultados fenomenológicamente inverosímiles, a pesar de no ser comunes, son posibles, por lo que al agregar restricciones fenomenológicas al balanceador se busca eliminar dichos resultados.En este estudio se propone el uso de dos relaciones como base para las restricciones fenomenológicas; la relación entre la ley del metal blanco y la ley de la escoria y la relación entre la ley del metal blanco y el coeficiente de oxígeno. Además se plantea de forma paralela a dichas restricciones, agregar al balance las corrientes gaseosas que ingresan y salen del Convertidor Teniente, las que actualmente no son consideradas.Respecto a las corrientes gaseosas, estas se deben agregar debido a que al no ser consideradas, se crea un desbalance de 1 tonelada mensual por cada 5 toneladas mensuales de concentrado fundido, y teniendo en cuenta que en promedio se funden aproximadamente 25.000 toneladas de concentrado al mes, el desbalance producto de no considerar las corrientes gaseosas es de 5.000 toneladas.Respecto de la relación de ley de metal blanco versus ley de la escoria, esta relación se utiliza principalmente cuando la ley de la escoria es demasiado elevada, mientras que la relación de ley de metal blanco versus coeficiente de oxígeno, se utiliza principalmente en casos donde la ley del metal blanco es muy baja. Al analizar los resultados obtenidos, se observó que se obtienen distintos y posiblemente mejores resultados al utilizar las relaciones que con el modelo actual. Adicionalmente se analizó de qué forma influyen las restricciones en los resultados del balanceador cuando los datos iniciales están muy desbalanceados respecto a los pesos secos y/o respecto a los finos, en escenarios sin gases, con gases y solo considerando gases de salida. Sobre esto último se concluyó que independiente del escenario, el balanceador siempre tiende a modificar las corrientes de salida para que se igualen a las de entrada, por efecto de los factores de calidad de cada corriente.También se pudo ver que en general, las emisiones de arsénico aumentan o disminuyen dependiendo si el desbalance inicial es una deficiencia o un exceso respectivamente, de las corrientes de entrada, tanto para los finos como para los pesos secos, pudiendo variar hasta en 198% en algunos casos.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Químic
Modelación Numérica de la producción de Hidrógeno y Gas de Síntesis mediante la Oxidación Parcial de Petróleo Pesado N°6
No full textCatalogado desde la version PDF de la tesis.Under the project FONDECYT 1121188, the present work aims to develop a modelof combustion kinetics model coupled to inert porous media combustion heavy oil. Variedaccording to the reaction schemes reviewed in the literature, a reaction scheme proposed inthis paper that varies depending on the equivalence ratio (f). The mathematical model of combustion in inert porous media considering theconservation equations of energy, mass and chemical species, which is coupled to theproposed reaction scheme is presented.The model is solved by using the finite difference algorithm TDMA, and eachreaction was resolved according serial temperature profile and for generating the hydrogenis considered the water gas shift reaction.Experimental results of temperature profiles, production of hydrogen (H2) andcarbon monoxide (CO) for validating the model and the proposed reaction scheme for f =1.3. The maximum temperature modeled is 1103 K, laboratory tests this temperature isclose to 1400 K. On the other hand the volume percentage obtained in the model of CO andH2 is 14.78% and 9.43% respectively, the laboratory results are similar which it’s 15.85%and 9.98% respectively.In conclusion, the model has the following characteristics: It should impose areactor diameter of less than 0.1 m to work on a model of a dimension. Should impose ahigh ignition temperature greater than or equal to 844 K. Be imposed on the input speeddue to low mix the high density of this type of fuel, thereby turbulence within the control volume is avoided. As equivalence ratio increases, temperature increases combustion front.And as equivalence ratio increases, the temperature increase profile of the flame.En el marco del proyecto FONDECYT 1121188, el presente trabajo tiene lafinalidad de formular un modelo de cinética de combustión de petróleo pesado acoplado almodelo de combustión en medios porosos inertes. De acuerdo a los variados esquemas dereacción revisados en la literatura, se presenta un esquema de reacción propuesto en estetrabajo que varía en función de la razón de equivalencia (f) Se presenta el modelo matemático de la combustión en medios porosos inertes queconsidera las ecuaciones de conservación de energía, masa y especie química, el cual seacopla al esquema de reacción propuesto.El modelo se resuelve mediante diferencias finitas utilizando el algoritmo TDMA, ypara cada reacción se resuelve de acuerdo al perfil de temperaturas en serie y para lageneración de hidrógeno se considera la water gas shift reaction.Resultados experimentales de perfiles de temperatura, producción de hidrógeno (H2)y monóxido de carbono (CO) permiten validar el modelo y el esquema de reacciónpropuesto para un f = 1.3. La temperatura máxima modelada es de 1103 K, similares losensayos de laboratorio esta temperatura es cercana a 1400 K. Por su parte el porcentaje envolumen obtenido en el modelo de CO y H2 es de 14.78% y 9.43% respectivamente,similares los resultados obtenidos en laboratorio son de 15.85% y 9.98% respectivamente.Como conclusión, el modelo posee las siguientes características: Se debe imponerun diámetro de reactor menor a 0.1 m para poder trabajar en un modelo de una dimensión.Se debe imponer una temperatura de ignición alta mayor o igual a 844 K. Se debe imponervelocidades de entrada de la mezcla bajas debido a la alta densidad de este tipo de combustibles, de este modo se evita la turbulencia dentro del volumen de control. Amedida que aumenta la razón de equivalencia, aumenta la temperatura del frente decombustión. Y a medida que aumenta la razón de equivalencia, aumenta la temperatura delperfil de la llama.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánic
Molde de inyección para llavero
No full textEl presente trabajo permitirá conocer el desarrollo teórico y práctico en el proceso de diseño y fabricación de un molde de inyección para plastificado.
La elección del producto, nació de la necesidad de mejorar una versión anterior, y tiene como finalidad seleccionar un nuevo material cuyas características dan más durabilidad al artículo.
El primer capítulo mostrará la forma, dimensiones y funcionamiento del producto. Este estará orientado hacia el detalle del diseño, apoyándose en un software de modelado, que en este caso es “Inventor Profesional 2014”, se alcanzarán dimensiones de espesor, largo, ancho y altura; además la utilización de formas y de materia prima para llegar a los objetivos del producto, como las respectivas superficies que tendrán por aplicación al ensamblarse a través de dos piezas perfectamente adecuadas para su unión, únicamente con el fin de portar una fotografía.
El segundo capítulo irá orientado al diseño del molde, en donde se expondrá el detalle total del proyecto con apoyo visual y sus fórmulas de fabricación.
El tercer capítulo, presentará el detalle de lo elaborado y sus costos asociados, además de los procesos de conformado de la cavidad.
Además, se explicará el diseño del molde de inyección, de forma teórica, complementándolo con el tercer capítulo que expondrá los métodos de trabajo de las cavidades creadas. Dentro del tercer capítulo, también se analizarán los costos monetarios de los materiales usados, tiempo de diseño, trabajo realizado, para poder determinar el valor total del molde de inyección.Técnico Universitario en Matricería para Plásticos y Metale