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Análisis comparativo de cápsulas plásticas para uso material de cambio de fase en un entorno de materiales livianos.
(Universidad de Concepción, 2025) Zúñiga Muñoz, Pablo Vicente; Medina Muñoz, Carlos Andrés; Cuevas Barraza, Cristian Alberto
La climatización de edificaciones livianas y su baja inercia térmica representan un desafío para la eficiencia energética. En este contexto, los materiales de cambio de fase (PCM) han surgido como una alternativa para mejorar la regulación térmica natural, permitiendo almacenar y liberar energía en forma de calor latente. Sin embargo, su desempeño térmico depende de la forma de encapsulación y la interacción con los elementos de la aplicación en que se ocupe. Este estudio analiza el impacto de la forma y orientación de cápsulas plásticas de PCM en la estabilidad térmica de un sistema de materiales livianos, evaluando tres tipos de encapsulación (simple, tubos y cuadros) fabricadas con PVC y wax de parafina como PCM. Se realizaron ensayos experimentales en un banco de pruebas compuesto por cubos instrumentados con sensores de temperatura, expuestos a condiciones ambientales en dos configuraciones: vertical, ubicando las cápsulas en una posición similar al de estar inmersos en una pared, y horizontal, donde las cápsulas están instaladas como cielo falso de una construcción. Los resultados indican que la geometría del encapsulado influye significativamente en la regulación térmica del aire interior. En la configuración vertical, la cápsula Cuadros mostró una reducción de hasta 22.81% en la amplitud térmica diaria, atribuida a la compartimentación del PCM, que minimiza la convección interna y mejora la estabilidad térmica. Sin embargo, la cápsula Tubos, pese a tener compartimentos más pequeños, presentó un menor desempeño debido a la mayor cantidad de juntas internas, las cuales generan puentes térmicos que pueden dificultar la transferencia de calor dentro del encapsulado. En la configuración horizontal, donde la gravedad tiene menor influencia en la redistribución del PCM, las diferencias entre diseños fueron menos pronunciadas, con un desempeño levemente superior del diseño simple, debido a la ausencia de estos puentes térmicos. Además, se observó el fenómeno de subenfriamiento en la solidificación del PCM, donde el material permaneció en estado líquido por debajo de su temperatura de fusión antes de cristalizar, lo que afecta la eficiencia del almacenamiento térmico. Estos hallazgos aportan al diseño de estrategias de encapsulación optimizadas para PCM en construcción liviana, evidenciando que la compartimentación mejora la estabilidad térmica en ciertas orientaciones, pero una reducción excesiva del tamaño de los compartimentos puede aumentar la resistencia térmica. Como trabajo futuro, se propone optimizar la geometría del encapsulado, evaluar su desempeño en diversas condiciones climáticas e investigar la viabilidad comercial de esta tecnología como solución sostenible para la eficiencia energética en edificaciones.
Análisis de la factibilidad técnica de la suplementación en la intermitencia de recursos en la producción de hidrógeno verde con la gasificación por plasma de RSU en la región del Bío-Bío.
(Universidad de Concepción, 2024) Elgueta Caorsi, Ignacio Andrés; Blanco Machín, Einara
Los vertederos de recolección de residuos municipales se encuentran en un crítico estado en la región del Bío-Bío, acercándose varios a su máxima capacidad y teniendo el principal acopio del gran Concepción clausurado el 2023 por las autoridades gubernamentales por llegar a su límite y generar daños significativos a las comunidades aledañas. La problemática también abarca distintas zonas del país, con transportes de residuos de Hualpén a Ñuble y de Ancud a Los Ángeles. La necesidad de buscar alternativas al manejo de residuos se caracteriza como urgente. En el mismo contexto de tomar nuevas medidas con enfoque medioambiental, se sitúa la intermitencia en el recurso eólico renovable como un problema que significa un bajo factor de planta para la producción de hidrógeno verde. En este contexto, el trabajo se centra en analizar la factibilidad en la suplementación del recurso eólico disponible a partir de la gasificación por plasma de residuos sólidos urbanos, así logrando un aumento en el factor de planta al mismo tiempo que se aborda la problemática de gestión de residuos. Los sistemas de gasificación por plasma presentan un mejor aprovechamiento de los residuos, ya que permiten la gasificación completa con sus altas temperaturas y la obtención de un syngas con un poder calorífico mayor al de otros sistemas tradicionales de gasificación. Esta tecnología aplicada se simula en el software Aspen Plus, que permite modelar sistemas termoquímicos y caracterizar un syngas a partir de la definición de los RSU, su flujo másico y su composición. Los resultados de la simulación son similares a la literatura explorada, con un PCI de 11,97 MJ/kg para el syngas y un valor de 0,878 kW para gasificar un kilogramo de RSU. Se definió un caso base de producción de hidrógeno verde a partir de recursos eólicos en la región, donde el factor de planta trató como el indicador principal de la suplementación a estudiar. Se encontró un aumento del 48,97% del factor de planta, casi llegando a un factor ideal con un 0,997. También se relacionó que, por cada 1kg de hidrógeno verde producido, se involucran 11,23 kg de residuos.
Análisis de la influencia de la tasa de quemado en las emisiones de material particulado generadas por cocina a leña, utilizando un método óptico para medición de material particulado.
(Universidad de Concepción, 2024) Puentes Uribe, Reinaldo Alberto; Farías Fuentes, Óscar Francisco; Jiménez del Río, Jorge Rodrigo
El presente estudio aborda la influencia de la tasa de quemado en las emisiones de material particulado generadas por cocinas a leña, empleando un método óptico basado en el sensor PMS5003 para la medición instantánea de dichas emisiones. Este trabajo se enmarca en la importancia de la biomasa como fuente energética renovable y su relevancia en Chile, donde la combustión de leña es una de las principales fuentes de contaminación atmosférica. El enfoque experimental considera las características específicas de las cocinas a leña y busca proporcionar soluciones técnicas y modelos que optimicen su uso, minimizando el impacto ambiental. Entre los objetivos alcanzados, se destaca el desarrollo y validación del método óptico para la medición de material particulado. La implementación del sensor PMS5003 permitió obtener datos en tiempo real, los cuales fueron comparados con el método isocinético convencional, mostrando una alta correlación entre ambos, con un coeficiente de determinación (R²) de 0.97. Adicionalmente, se formuló un modelo adimensional para representar la tasa de quemado, estableciendo una relación directa con las emisiones de material particulado, lo que valida su aplicabilidad para diferentes configuraciones de operación de la cocina. Los resultados experimentales demuestran que el tiraje medio proporciona mejores condiciones para una combustión eficiente y controlada en comparación con el tiraje abierto. En esta configuración, las emisiones de material particulado y monóxido de carbono (CO) son considerablemente menores, lo que optimiza el uso del combustible y reduce el impacto ambiental. El modelo propuesto mostró una excelente correlación con los datos experimentales, especialmente durante la fase de ignición, donde se obtuvo un error promedio del 6.96%. En el caso más desfavorable, correspondiente a la etapa de burnout, se registró un error promedio de 27.34%, lo que valida su capacidad para predecir de manera precisa el comportamiento de la combustión. En conclusión, la configuración de tiraje medio es recomendada para operar la cocina Alcázar M-70, ya que minimiza las emisiones de material particulado y CO, al tiempo que mejora la eficiencia térmica del sistema. El desarrollo de herramientas como el método óptico y el modelo adimensional contribuye significativamente al diseño de soluciones más sostenibles, ofreciendo un enfoque técnico y práctico para mejorar la calidad del aire y el desempeño energético en el uso de cocinas a leña.
Análisis de parámetros que influyen en el rendimiento de un recuperador de calor a condensación instalado en cocina a leña.
(Universidad de Concepción, 2024) Daza Meza, Mateo; Farías Fuentes, Óscar Francisco; Ramírez Menay, Roberto Enrique
El uso de tecnologías eficientes para reducir los impactos ambientales derivados de la combustión de leña y optimizar los recursos energéticos es una prioridad, especialmente en comunidades donde la biomasa es un recurso accesible y económico. En Chile, el 70 % de las viviendas rurales utiliza biomasa como principal fuente de calefacción, lo que contribuye significativamente a los altos niveles de emisiones contaminantes, especialmente en la zona sur, donde la combustión de leña genera el 90 % del material particulado fino durante el invierno. En este trabajo, se analiza un prototipo de recuperador de calor por condensación integrado en una cocina a leña. Este dispositivo fue diseñado para mejorar la eficiencia energética y mitigar el impacto ambiental mediante la implementación de un modelo térmico unidimensional. El estudio combina un modelo teórico en régimen transitorio, desarrollado en EES, con experimentos realizados en un banco de pruebas. Esto permite predecir las temperaturas del agua, de los gases y el rendimiento del sistema. El prototipo de recuperador de calor evaluado en este estudio alcanza un rendimiento del 90 % y cuenta con un tanque de 50 litros que permite calentar agua desde 20 °C hasta 60 °C, recuperando 12,6 MJ de energía, equivalente a una potencia de 3,33 kW. Además, reduce la temperatura de los gases de salida a 50 °C, lo que optimiza la transferencia de calor y minimiza las pérdidas energéticas. Su implementación logra disminuir el consumo de biomasa en un 40 % en comparación con el uso de una cocina a leña sin el recuperador. El modelo utilizado predice la temperatura del agua de salida del recuperador con un error inferior al 5 %, mientras que el error en la predicción de la temperatura de los gases de salida alcanza hasta un 15 %. Este último resultado se atribuye a las simplificaciones realizadas en el cálculo de las propiedades térmicas y a la omisión de la radiación de gases. En cuanto al rendimiento, el error promedio varía entre un 5 % y un 12 %.
Análisis en CFD del efecto de la porosidad de los soportes metálicos sobre los gradientes térmicos en una celda de combustible de tipo SOFC.
(Universidad de Concepción, 2025) Barros Díaz, Pacao Andrés; Escalona Inzunza, Andrés René; Cuevas Barraza, Cristian Alberto; Sanhueza Gómez, Felipe Abner
La presente Memoria de Título investiga el comportamiento térmico y electroquímico de celdas de combustible de óxido sólido tipo plana (SOFC) con soporte metálico, analizando el efecto de la porosidad de los soportes sobre los gradientes térmicos. Se analizan problemas relacionados con las tensiones térmicas en materiales cerámicos, las cuales pueden ocasionar problemas como delaminaciones y grietas debido a altos gradientes térmicos. Mediante simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) en ANSYS Fluent, se estudian configuraciones con porosidades en los soportes desde 0.2 hasta 0.8, manteniendo constante la porosidad en los electrodos. Los resultados muestran que la porosidad de los soportes impacta en el rendimiento térmico y electroquímico. Un aumento en la porosidad mejora la difusión de reactantes hacia la zona de reacción en la frontera de triple fase (TPB), aumentando la densidad de corriente y la potencia generada. Sin embargo, para porosidades muy altas en los soportes se generan cuellos de botella en la difusión de especies, limitando el transporte efectivo de reactantes y, por ende, la eficiencia de la celda. Además, el aumento de porosidad reduce la capacidad de los soportes para distribuir el calor producido por las reacciones electroquímicas, lo que provoca un aumento en los gradientes térmicos. A partir de porosidades mayores a 0.5, en ciertas zonas de los electrodos, cercanas a la zona del INLET, estos gradientes pueden superar los 10 [°C/cm], comprometiendo la estabilidad estructural de la celda. Esta concentración de grandes gradientes térmicos es explicada debido a la intensificación de las reacciones electroquímicas por la mayor concentración de reactantes y el salto térmico de los gases al alcanzar la zona de reacción. Se identifica una porosidad óptima de 0.4 para los soportes metálicos, ya que equilibra la distribución térmica y el transporte de reactantes, optimizando el rendimiento de la celda y manteniendo los gradientes térmicos dentro de límites seguros para su durabilidad. Se destaca además la necesidad de estudios adicionales que incluyan heterogeneidades microestructurales, la difusión de knudsen, propiedades térmicas anisotrópicas y el comportamiento a largo plazo de los materiales bajo. Los hallazgos en este informe representan un avance significativo en el diseño de SOFC más eficientes y duraderas, especialmente para aplicaciones estacionarias de generación de energía, abriendo la puerta a futuros trabajos e investigaciones que permitan optimizar el desempeño y reducir fallas estructurales en este tipo de celdas.
Análisis multidimensional de la integración de una celda de combustible SOFC en una planta de generación de energía eléctrica de ciclo combinado.
(Universidad de Concepción, 2025) Roa Brüning, Claudio Andrés; Escalona Inzunza, Andrés René; Cuevas Barraza, Cristian Alberto
Este estudio evalúa la viabilidad técnica, económica y ambiental de integrar una SOFC en el ciclo combinado de una planta real en Chile, utilizando un modelo 0-D para dimensionar la SOFC. Sobre esta base, se diseña un sistema híbrido SOFC-TG-TV de 180 MW netos, que opera a densidades de corriente de potencia máxima de la celda de 2,755 𝐴/𝑐𝑚² (𝐻₂) y 2,673 A/cm² (𝐶𝐻₄). El módulo de SOFC-𝐻₂ desarrolla 67,71 MW (36,33% de aporte), mientras que el de 𝐶𝐻₄ entrega 58,52 MW (32,43%). En cuanto a eficiencia global, se obtuvieron valores de 60,56% y 57,32%, presentando grandes mejoras frente al caso base escogido. Para 2025, el LCOE resulta de 0,218 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑊ℎ (𝐻₂) y 0,122 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑊ℎ (𝐶𝐻₄), así mismo, el caso 𝐻₂ retorna la inversión en 10 años, mientras que el 𝐶𝐻₄ alcanza un payback en el año 1. Además, un análisis de sensibilidad evidencia mayor estabilidad económica del 𝐶𝐻₄. Desde el punto de vista ambiental, el 𝐻₂ elimina el 100% de las emisiones de 𝐶𝑂₂ y el 𝐶𝐻₄ las reduce en un 55% respecto al ciclo base. De este modo, el caso 𝐻2 del sistema SOFC-TG-TV combina rendimiento técnico y superioridad en términos ambientales, mientras que el caso 𝐶𝐻4 se presenta de forma atractiva en la rentabilidad económica.
Análisis técnico económico del uso de Baterías de Carnot como fuente de almacenamiento energético y uso en plantas térmicas
(Universidad de Concepción, 2025) Contreras Alarcón, Ángela Praxedes; Cuevas Barraza, Cristian Alberto; Escalona Inzunza, Andrés René
El presente trabajo aborda el desafío de reconvertir centrales termoeléctricas a carbón retiradas o en proceso de retiro en Chile, mediante la implementación de sistemas de almacenamiento térmico tipo batería de Carnot, con el objetivo de aprovechar el vertimiento de energías renovables variables como la solar y eólica, y avanzar hacia un sistema eléctrico más flexible y descarbonizado. El estudio se enfoca en dos casos representativos: la central Cochrane, ubicada en Mejillones, y la central Santa María, en Coronel, centrales con condiciones de operación distintas y regiones con condiciones climáticas contrastantes. La metodología empleada consistió en modelar un sistema de almacenamiento térmico acoplado a una bomba de calor (P2H) para la carga, y el ciclo Rankine de cada central para la descarga, utilizando aire como fluido de trabajo en la bomba de calor y sales solares como medio de almacenamiento. Se aplicaron balances de masa, energía, junto con análisis de sensibilidad térmica, para evaluar el comportamiento del sistema bajo distintos escenarios climáticos anuales caracterizados con datos del software Meteonorm. Además, se realizó una estimación económica basada en precios de compra de energía como cliente libre y potenciales ingresos por venta al sistema eléctrico. Los resultados indican que el ciclo de bomba de calor logra un COP de hasta 1,525 en Cochrane, favorecido por temperaturas ambientales más elevadas y menores temperaturas de retorno del sistema de almacenamiento. En contraste, Santa María alcanza un COP de 1,461, debido a sus menores temperaturas ambiente durante gran parte del año. En la fase de descarga, la central Santa María presentó una eficiencia térmica superior de un 50􀯗% respecto a Cochrane con un 32􀯗%, debido principalmente a una menor presión de condensación. El análisis económico muestra que ambos casos resultan viables en escenarios con precios competitivos de compra, especialmente en contextos de alto vertimiento renovable. En conclusión, los resultados demuestran la viabilidad técnica y económica de las baterías de Carnot como alternativa para la reconversión de centrales a carbón, especialmente en zonas con alta disponibilidad de energía renovable no utilizada. Sin embargo, se reconoce que esta tecnología aún se encuentra en etapa de maduración, sin aplicaciones a gran escala, por lo que su implementación debe ser cuidadosamente evaluada y perfeccionada en futuras investigaciones y desarrollos tecnológicos.
Análisis técnico-económico-ambiental de la implementación de sistemas de refrigeración con co2 en supermercados de Chile.
(Universidad de Concepción, 2025) Barriga Zambrano, Fabian Ignacio; Cuevas Barraza, Cristian Alberto
El presente proyecto da una solución a la problemática del uso de los refrigerantes convencionales hidrofluorocarbonos (HFC), los cuales emiten un 2% de las emisiones de gases efecto invernado a nivel mundial, y que de acuerdo con la enmienda de Kigali deberán tener una reducción paulatina de su uso, donde para el caso de Chile al año 2045 deberá reducir a un 20% el uso de los HFC. Este proyecto se centra en el uso de dióxido de carbono (R744) como refrigerante para supermercados de Chile, proponiendo tres sistemas que utilizan este refrigerante, los cuales son: Booster convencional, con compresor paralelo y con eyector. Además, se propone un cuarto sistema que utiliza R404A como refrigerante, el cual servirá como referencia para realizar una comparativa con las configuraciones que usan el refrigerante natural R744. Estos sistemas de refrigeración se estudiarán en ocho ciudades chilenas diferentes. Se estudia un supermercado con una superficie de 3000 m2, el cual tendrá una capacidad de refrigeración de 147,1 [kW] y 35,9 [kW] para los evaporadores de media y baja temperatura, respectivamente, esta capacidad frigorífica variará con respecto a un factor de carga. Los sistemas utilizan compresores a pistón y Scroll, para ambos tipos de compresores se analizará un modelo matemático, el cual describirá su funcionamiento, y los resultados se compararán con valores de catálogos. Los condensadores/gas cooler se analizarán por medio del modelo matemático pinch point. Se estudia el comportamiento climático de las ocho ciudades seleccionadas durante un año meteorológico típico. Las componentes seleccionadas son del fabricante Copeland en el caso de los compresores, Danfoss para el eyector y las válvulas de expansión, y RIVACOLD para el condensador y gas cooler de los sistemas. Se obtuvieron resultados de COPs de 1,25, 1,54, 1,69 y 1,86 para los sistemas Booster con R404A, Booster convencional, con compresor paralelo y con eyector, respectivamente, a una temperatura ambiente de 35°C. Se llegaron a reducciones de consumo energético de los sistemas Booster convencional, con compresor paralelo y con eyector, respecto al sistema con R404A de 3,6%, 12,3% y 22,6% en la ciudad de Calama, respectivamente, y de 21,4%, 25,6% y 37,2% en Punta Arenas para los mismos sistemas. Los sistemas con R744 redujeron entre un 77,5% y 88,1% el valor del TEWI respecto al sistema con R404A. Los sistemas Booster con R744 tuvieron costos operacionales más bajos que el sistema Booster con R404A.
Aplicación y comparación de modelos de localización de instalaciones para mitigación de daños por incendios forestales.
(Universidad de Concepción, 2025) Godoy Ortega, Felipe Ignacio; Jensen Castillo, María Magdalena; Pradenas Rojas, Lorena del Carmen
Los incendios forestales en Chile han generado un impacto significativo en comunidades rurales, creando la necesidad de estrategias preventivas. Este estudio tiene como objetivo analizar la funcionalidad y el rendimiento de un modelo de programación matemática para la localización de reservorios de agua en pequeñas comunidades, como medida de mitigación ante estos eventos. Para ello, se revisa literatura relacionada a Logística Humanitaria, se define un modelo de localización tipo Capacitated Facility Location Problem (CFLP) y se generan datos representativos de demanda a partir del método de centro de gravedad ponderado, en base a la distribución habitacional de 11 comunidades de las regiones del Biobío y Maule. La metodología incluye una primera aproximación mediante el método heurístico de centro de gravedad, seguido por la aplicación del modelo de CFLP para integrar restricciones de capacidad, cobertura y asignación óptima. Los resultados evidencian que la mayoría de las ubicaciones óptimas de reservorios no coinciden con las propuestas iniciales, sino que corresponden a variaciones generadas en el análisis iterativo. Esto reafirma la utilidad de combinar enfoques heurísticos y exactos para mejorar la calidad de las soluciones. El modelo propuesto demuestra ser replicable, adaptable a distintos territorios rurales y una herramienta útil para la planificación preventiva frente a incendios. Se concluye que la integración de análisis geográfico con programación matemática permite abordar problemas territoriales complejos incluso en contextos con limitación de datos, considerando una implementación aplicable a la realidad para la localización de instalaciones.
Caracterización de acero inoxidable super dúplex mediante técnicas de nanoindentación a 475ºC.
(Universidad de Concepción, 2025) Ibáñez Fuentes, Daniel Elías; Medina Muñoz, Carlos Andrés; Rojas Jara, David Eduardo
El presente trabajo investiga la evolución microestructural y mecánica de un acero inoxidable súper dúplex sometido a envejecimiento térmico a 475 °C. Se analizaron muestras en estado de solubilizado (T0) y después del tratamiento térmico (T2) mediante microscopía óptica, microscopía de sonda de barrido, EDS y nanoindentación, con énfasis en el mapeo estadístico (XPM). A temperatura ambiente, las fases ferrita y austenita se distinguieron claramente tanto microestructural como mecánicamente, registrando valores promedio de 5.42 GPa de dureza y 225 GPa de módulo elástico para la ferrita, y de 4.03 GPa y 204 GPa para la austenita, respectivamente. Tras el envejecimiento, la ferrita sufrió una severa descomposición espinodal, lo que condujo a la formación de fases secundarias con respuestas mecánicas distintas. La austenita secundaria exhibió una dureza media de 4.19 GPa y un módulo elástico de 170 GPa. La ferrita descompuesta (α′) presentó valores notablemente superiores, con una dureza de 6.56 GPa y un módulo de 220 GPa. La fase sigma (σ), identificada en regiones localizadas, mostró la mayor rigidez, con una dureza de 9.7 GPa y un módulo elástico de 277 GPa. El principal aporte de este estudio radica en la aplicación de XPM a alta temperatura, lo que permitió obtener mediciones estadísticamente robustas en condiciones experimentales desafiantes y entregar evidencia directa de la evolución mecánica de las fases secundarias durante el envejecimiento. Los resultados son consistentes con la literatura, demostrando que el tratamiento térmico a 475 °C promueve un endurecimiento significativo de la ferrita mediante descomposición espinodal y precipitación de fases secundarias, lo que tiene implicaciones directas en las condiciones de servicio.
Condiciones históricas de oleaje en el golfo de Arauco.
(Universidad de Concepción, 2025) Vargas Zurita, Ghislaine Catalina; Guerra Paris, Maricarmen
El aumento en la ocurrencia de las marejadas en los últimos años junto con el incremento en la demanda de infraestructura costera y el eventual aumento del nivel del mar debido al cambio climático aumentan el riesgo en la zona costera también afectada por terremotos y tsunamis. En el Golfo de Arauco, Biobío, Chile, la información pública sobre oleaje y sobre las marejadas es prácticamente nula. Para generar un sistema de alerta frente a marejadas es necesario determinar el clima de oleaje medio y extremo, para así identificar el oleaje que pueda afectar la actividad marítima y dañar la infraestructura de la costa. En este trabajo se evaluaron las condiciones históricas de oleaje en el Golfo de Arauco utilizando un modelo de oleaje retrospectivo debido a que las mediciones del oleaje existentes en el Golfo son insuficientes para realizar un análisis de largo plazo. Se implementó el modelo espectral Wavewatch III para modelar el oleaje desde aguas profundas hasta las cercanías de la costa en la zona centro-sur de Chile. Se simularon 30 años de oleaje, desde enero del año 1994 hasta diciembre del año 2023, con el fin de generar información de largo plazo de la altura significativa, periodo peak, dirección media y peak del oleaje en el Golfo de Arauco. Los resultados del modelo son validados con series de tiempo de parámetros resumen del oleaje obtenidas costa afuera de Caleta Tumbes, Talcahuano, por la boya Watchkeeper perteneciente al SHOA. Luego se crearon mapas de parámetros resumen del oleaje promedio para la zona de estudio y se obtuvo el clima medio y extremo para diferentes puntos de interés dentro del Golfo de Arauco. Se obtuvo un buen ajuste de la altura significativa con respecto a los datos observados. Se obtuvo un ajuste aceptable para el periodo peak y la dirección, pudiendo mejorarse si se agrega a la modelación información del viento local. Los mayores valores de altura significativa se observaron en Punta Lavapie y en la Isla Santa María. La altura del oleaje mínima se observa en Arauco (promedio 0.49 m). Para el clima extremo se destaca que las máximas alturas de oleaje se observaron en el nodo de Punta Lavapie, con valores superiores a los 5 m, el periodo de retorno a los 10 años varía entre 1.6 metros en Arauco y 4.7 metros en Punta Lavapie, para 100 años el mínimo está igualmente en Arauco con 1.8 m y el máximo en Punta Lavapie con 5.1 m.
Conservación de la energía a través del uso de lubricantes especiales.
(Universidad de Concepción, 2025) Brunner Schalchli, Martín José; Canales Cárdenas, Cristian Alexis
La presente investigación tiene como objetivo evaluar el ahorro energético asociado al uso de lubricantes con aditivos especiales en reductores de velocidad industriales, operando bajo condiciones reales de planta. Para ello, se diseñó una metodología dual: una teórica, aplicada al caso nominal del sistema, y otra experimental, basada en técnicas predictivas de mantenimiento enfocadas en el monitoreo de variables eléctricas, térmicas y vibracionales. El estudio comparó el rendimiento de dos lubricantes ISO VG 220: Royal Purple Synergy 220 cSt y Mobil SHC 630 220 cSt. Los resultados teóricos evidenciaron que el lubricante Synergy 220 cSt permite reducir las pérdidas energéticas en un 18%, lo que se traduce en un incremento de eficiencia del orden de 1.38% a 1.54% en un reductor de tres etapas helicoidal. No obstante, la validación experimental de estos resultados se vio limitada por dos factores clave: i) la presencia de diferencias vibracionales entre los equipos evaluados, y ii) la elevada incertidumbre del equipo de medición de corriente (SUPCO DVCV), cuyo error absoluto supera el umbral necesario para una validación estadísticamente confiable. Por tanto, aunque la hipótesis de lograr un ahorro energético superior al 3% se cumple teóricamente, no pudo ser confirmada de forma concluyente en condiciones de planta. A pesar de estas limitaciones, el estudio demuestra el alto potencial del uso de lubricantes avanza dos como una herramienta efectiva para mejorar la eficiencia energética en entornos industriales. Esta línea de acción cobra especial relevancia en el marco de la Ley 21.305 sobre Eficiencia Energética, que obliga a grandes consumidores a implementar sistemas de gestión energética. Como trabajos futuros, se propone la incorporación de instrumentación de mayor precisión en terreno, como el multímetro Fluke 289 con pinza i30 y sensores de vibración triaxiales. Asimismo, se sugiere el desarrollo o utilización de un banco de ensayos tipo FZG, que permita replicar condiciones controladas, estandarizadas y comparables para validar con mayor certeza el impacto real del lubricante sobre la eficiencia del sistema.
De residuo a recurso: Carbonos porosos a partir de corteza de eucalipto para la remediación de agua contaminada con fenol.
(Universidad de Concepción, 2025) Ruiz Ortega, Javier Jesús; García Carmona, Ximena Andrea; Matos Lale, Juan
La contaminación del agua por compuestos orgánicos, como el fenol y/o sus derivados, representa un grave problema ambiental y sanitario debido a su toxicidad, persistencia y baja biodegradabilidad. Frente a esta problemática, el uso de carbonos activados como materiales adsorbentes se presenta como una alternativa eficiente y sostenible. En esta memoria se estudió la viabilidad de producir carbonos porosos a partir de corteza de eucalipto, un residuo lignocelulósico abundante, para su aplicación en la remoción de fenol desde soluciones acuosas, para luego evaluar la regeneración de los carbonos saturados con fenol. El trabajo se centró en la síntesis de biocarbonos mediante tres metodologías: hidrotermal clásico, hidrotermal asistido por microondas y activación química con ácido fosfórico seguida de pirólisis. Los materiales obtenidos fueron caracterizados mediante análisis de área superficial BET, distribución de tamaño de poros, pH superficial, microscopía SEM e isotermas de adsorción de N₂ a 77 K. Posteriormente, se evaluó su desempeño en ensayos de adsorción de fenol utilizando HPLC para la determinación de concentraciones residuales y se estudió la regeneración de los carbonos saturados mediante microondas. Los resultados mostraron que los biocarbonos activados químicamente a 550 °C alcanzaron áreas superficiales entre 600 y 987 m²/g, comparables o superiores al carbón comercial, con predominio de microporosidad. En cuanto a la eficiencia de remoción, los carbonos activados con relación de impregnación 1:1 lograron hasta un 88 % de adsorción de fenol en 180 minutos, mostrando cinéticas rápidas y alta afinidad. Por su parte, los tratamientos hidrotermales sin activación presentaron bajos rendimientos (<4 %), lo que confirma la necesidad de la activación química y térmica. Además, la regeneración por microondas permitió recuperar parcialmente la capacidad adsorbente, evidenciando el potencial de reuso del material. En conclusión, los biocarbonos derivados de corteza de eucalipto constituyen una alternativa eficiente, económica y sustentable para el tratamiento de aguas contaminadas con fenol, contribuyendo a la valorización de residuos forestales y al desarrollo de tecnologías de remediación ambiental más sostenibles.
Desarrollo de estrategias de mantenimiento para la gestión de equipos críticos a través de análisis de confiabilidad en la empresa CMPC Pulp planta Santa Fe.
(Universidad de Concepción, 2025) Fuentealba Cisternas, Joaquín Francisco; Canales Cárdenas, Cristian Alexis; Arcaya Chirinos, Félix
La presente memoria de título tiene como objetivo desarrollar una metodología estructurada que permita definir estrategias de mantenimiento para equipos críticos A de Planta Santa Fe que actualmente no cuentan con una estrategia asociada. El trabajo comprende la consideración de impacto económico y productivo, herramientas basadas en análisis de confiabilidad y validación mediante metodología FMECA, acorde tanto a normativa nacional, internacional y estándares internos de planta. Inicialmente, se verifica el análisis de criticidad realizado por la UC&GA de planta, seleccionando equipos de alta criticidad (A) que no presenten plan de mantenimiento asociado. Posteriormente, se analizan las estrategias y directrices de mantenimiento presentes actualmente, detectando brechas y oportunidades de mejora. Con el fin de caracterizar el historial de falla de los equipos seleccionados, se aplica el modelo de Weibull, el cual responde con parámetros como: confiabilidad, tasa de falla, MTBF, MTTR, β y η, lo que permite visualizar y caracterizar las fallas de cada activo. Además, con el fin de priorizar activos de manera mas técnica se consideran análisis de Pareto y Jack Knife. De esta manera, se seleccionan equipos representativos para Planta Santa Fe los cuales son analizados mediante FMECA, lo que permite identificar modo de falla, causa, efecto, severidad, detectabilidad, impacto, entre otros, definiendo así estrategias de mantenimiento basadas en la metodología RCM. Finalmente, se estimaron indicadores clave de desempeño, tales como disponibilidad operativa y tasa de falla, así como también se propuso que, una vez evaluada la metodología por parte de planta, se estimaran la confiabilidad y disponibilidad de los activos en cuestión, lo que permite evaluar la efectividad de la metodología desarrollada. En base a lo anterior, la memoria de título concluye que es posible caracterizar detalladamente el comportamiento de falla por equipo, lo que conlleva directamente a priorizar activos de manera estratégica y definir estrategias de mantenimiento efectivas, lo cual contribuye no tan sólo a una toma de decisiones alineada con lineamientos internos, sino también con la gestión de activos.
Detección de daño en pala de turbina eólica mediante análisis de parámetros modales.
(Universidad de Concepción, 2025) Ortiz Cea, Rodrigo Alexis; Canales Cárdenas, Cristian Alexis; Molina Vicuña, Cristián Javier; Dufeu Delarze, Emilio Enrique
La industria del procesamiento de minerales enfrenta actualmente dos desafíos críticos: la disminución progresiva de las leyes de mineral y la creciente escasez de agua fresca. Este último ha sido abordado mediante un aumento en la recirculación de agua de proceso, lo que conlleva una disminución en su calidad debido a la acumulación de especies indeseadas, como floculantes residuales de tipo poliacrilamida (PAM). La presencia de estos reactivos puede afectar negativamente la flotabilidad de minerales valiosos como los sulfuros de cobre y alterar sus interacciones con minerales de ganga como la caolinita. Detección de daño en pala de turbina eólica mediante análisis de parámetros modales. La industria eólica enfrenta el desafío crítico de optimizar los costos de operación y mantenimiento, especialmente en componentes expuestos a condiciones extremas como las palas de los aerogeneradores. Este trabajo desarrolla y valida una metodología de detección de daño estructural en una pala de turbina eólica de baja potencia (900 mm) mediante un enfoque híbrido que integra el Análisis Modal Experimental (EMA), simulaciones por el Método de Elementos Finitos (FEM) y Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). La metodología comenzó con la digitalización geométrica de la pala mediante escaneo 3D y la calibración de sus propiedades materiales a través de ensayos estáticos y dinámicos. Posteriormente, se desarrolló un modelo numérico en ANSYS para simular las condiciones aerodinámicas mediante CFD, identificando las zonas de máximo esfuerzo donde se introdujeron grietas controla das de magnitud variable. Los resultados demostraron que la presencia de daño induce una degradación medible en la rigidez global, manifestada en la disminución de las frecuencias naturales y alteraciones en la Función de Respuesta en Frecuencia (FRF), específicamente cambios de fase entre el segundo y tercer modo. Se determinó que los modos de mayor orden (destacando los modos 3 y 6) actúan como indicadores de sensibilidad, registrando variaciones máximas cercanas al 2.6%. Finalmente, mediante la aplicación del Índice de Diferencia de Forma Modal (MSDI), se logró localizar con precisión espacial el defecto, estableciendo un umbral de detectabilidad confiable para grietas superiores al 15% de la longitud de la cuerda.
Diseño de ingeniería de sistema de ahorro y generación de recursos para una vivienda rural en distintas zonas térmicas del país.
(Universidad de Concepción, 2025) Fuentealba Navarrete, Ramiro Ignacio; Fissore Schiappacasse, Adelqui Andrés
Los hogares chilenos requieren recursos energéticos, los cuales son suplidos por distintas fuentes que tienen una huella de carbono importante. Chile es uno de los países con mayor potencial de energías renovables del mundo, esto implica una excelente oportunidad para las familias de conseguir estos recursos sin seguir destruyendo el medio ambiente. En este informe, se estudian distintas tecnologías de generación y ahorro energético, para lograr que el consumo energético neto de un hogar chileno sea cero. Con un enfoque centrado en los distintos equipos que puedan cumplir este objetivo, con un cálculo de eficiencias y que efectos generan entre ellos. Además de su potencial, Chile presenta diversas condiciones climáticas que impiden un análisis único para todo el país. Es por ello, que se seleccionan siete zonas térmicas, definidas por Ministerio de vivienda y urbanismo, para realizar el estudio de manera independiente en cada una. Se investigaron distintas fuentes oficiales, como la CNE, la SEC, el SERNAC, entre otros, para determinar de manera precisa, cuáles son las demandas de recursos que tienen los chilenos a cada hora del año. Además, se investigaron las condiciones meteorológicas, cabe decir, radiación, temperatura, velocidad del viento, para tener todos los parámetros que pudieran afectar el funcionamiento de los equipos. Las demandas horarias y los parámetros ambientales nos permiten tener un contexto muy preciso de lo que está sucediendo a cada hora del año. Esto sumado a un entendimiento global del funcionamiento de los equipos antes mencionados, nos permitirá sacar conclusiones a partir de un análisis. Se llevó a cabo un cálculo, estudiando la eficiencia instantánea de cada equipo. Este cálculo se realizó de manera escalonada para considerar el impacto que van generando unos con otros, además de calcular flujo de caja y métricas económicos como el VAN y el TIR. El objetivo principal es que la demanda neta sea cero, para ello se investigaron todas las configuraciones posibles para cada zona. Con la herramienta Excel se realizó el cálculo base, con una cantidad de paneles, colectores y equipos auxiliares. Luego, en la misma herramienta, ahora con macros, se realizó un proceso iterativo que prueba y guarda los resultados para 60 configuraciones en cada zona térmica. Los resultados sin tratar se encuentran en el Anexo A. Hay diversas configuraciones que cumplen el cometido. La que conlleva menor gasto inicial es la de dos paneles fotovoltaicos y un calefón para agua caliente sanitaria. La que tiene mayor VAN es de dos colectores solares y 3 paneles fotovoltaicos, también apoyada en un calefón como energía auxiliar. Cabe destacar que estas soluciones son válidas para cinco de las siete zonas térmicas.
Diseño y fabricación de la tapa armónica de una guitarra acústica con materiales compuestos.
(Universidad de Concepción, 2025) Contreras Rupayán, Andrés Alonso; Salas Salgado, Alexis Fidel
La tapa armónica concentra gran parte del comportamiento vibroacústico de la guitarra, mientras que las maderas usadas de forma tradicional muestran variabilidad elástica, suministro incierto y costos en aumento. Este trabajo ha evaluado si una tapa en material compuesto con fibra de vidrio y resina puede reproducir la huella modal de una tapa de madera de referencia dentro de márgenes cuantificados de similitud. El objetivo general ha sido diseñar, simular, fabricar y validar una solución en compuesto que mantuviera las cinco primeras frecuencias próximas a la referencia y que alcanzara alta correlación de formas modales medida con el Modal Assurance Criterion (MAC). La metodología ha integrado fabricación por infusión al vacío, caracterización mecánica con normas ASTM para obtener módulos en tracción, coeficiente de Poisson y módulo de corte en el plano, control de calidad de densidad y homogeneidad del laminado, modelado por elementos finitos en ANSYS con definición de apilamientos en ACP y validación experimental mediante figuras de Chladni con excitación por shaker. Para acelerar el diseño se ha aplicado un flujo de sensibilidad y metamodelado con AMOP que ha continuado solo cuando el metamodelo ha mostrado capacidad de pronóstico adecuada. La optimización global se ha ejecutado con un algoritmo evolutivo que ha limitado el número de evaluaciones y que ha empleado como función objetivo la similitud modal entre el compuesto y la referencia. Los resultados han mostrado dos escenarios. En placa libre sin varillaje el laminado unidireccional con espesor cercano a 1,62 mm no ha replicado de manera completa el patrón frecuencial de la tapa de madera. Se han observado desviaciones en varias frecuencias naturales y un reordenamiento modal en el que algunos modos han quedado por debajo de la referencia al ordenar de menor a mayor. Aun así, el MAC ha sido alto en los cuatro primeros modos pero reducido en el quinto. Esta correspondencia se vio reforzada por la validación experimental, donde se observaron similitudes visuales claras en los primeros cuatro modos, confirmando que, a pesar de las diferencias en frecuencia, el modelo compuesto reproduce adecuadamente los modos principales. En la configuración con varillaje y tras el análisis de sensibilidad se ha identificado que las varillas horizontales han concentrado la influencia sobre la respuesta con aportes estimados cercanos a 61% para la barra inferior y 22,3% para la barra intermedia. Con esta evidencia se ha reducido el espacio de diseño y la búsqueda ha explorado más de 350 configuraciones hasta converger a un diseño con función objetivo cercana a 0,107. La validación ha mostrado coincidencia frecuente y formas modales coherentes en los modos fundamentales y ha evidenciado intercambio modal en vecinos próximos que explica correlaciones diagonales más moderadas. Se concluye que es viable aproximar la respuesta modal de una tapa de madera mediante una tapa en material compuesto siempre que se controle con fineza la rigidez local del varillaje y que se verifique la similitud con métricas de frecuencia y MAC. Como proyección se recomienda ampliar el espacio de diseño con variaciones de geometría y orientación de barras, adoptar una formulación multiobjetivo que favorezca separación modal y robustez frente a tolerancias de fabricación y dispersión de propiedades y fortalecer la trazabilidad experimental para identificación de modos cercanos.
El efecto de la transición a refrigerantes limpios sobre el calentamiento global en América Latina.
(Universidad de Concepción, 2024) Chiang Peña, Daniela Ailing; Zaror Zaror, Claudio
Esta investigación evalúa el efecto sobre el calentamiento global de la utilización de propano en sistemas de aire acondicionado residencial en América Latina, en el contexto de la Enmienda de Kigali, que busca reducir un 80% las emisiones de compuestos de hidrofluorocarbonos (HFC) para 2045. Estos gases sintéticos podrían ser responsables de hasta 0,4°C del calentamiento global al 2100, pero pueden ser reemplazados por refrigerantes naturales con un potencial de calentamiento global (PCG) bajo, tales como el propano, que ya ha sido aplicado exitosamente en varios países. Para ello, se implementa un modelo de proyección de emisiones basado en datos históricos y futuros escenarios, combinado con un modelo de demanda-emisiones de aire acondicionado residencial, y un modelo climático para estimar los impactos en el calentamiento global. En los resultados se muestra que la adopción de la Enmienda de Kigali podría reducir hasta 16,8 Mt de CO₂-eq en 2050, mitigando un calentamiento atmosférico de 2 10-4 °C. Además, se evidencia que el mayor impacto proviene de las emisiones indirectas, lo que representa un gran desafío para la transición. Este estudio destaca lo potencialmente beneficioso, en términos de mitigación de gases de efecto invernadero (GEI), que sería implementar la Enmienda de Kigali. Se concluye que es necesario adoptar refrigerantes de bajo PCG, mejorar la eficiencia energética de los equipos, y avanzar hacia matrices eléctricas más limpias para maximizar los beneficios climáticos de esta transición. También, se recomienda estudiar los factores económicos y sociales de esta transición.
Elaboración de una SAMEA para Costa Rica y evaluación de políticas de descarbonización.
(Universidad de Concepción, 2025) Reyes Quezada, Nicolás Ignacio; Mardones Poblete, Cristian Alejandro
Este trabajo evalúa políticas climáticas que contribuyan a la reducción de gases de efecto invernadero en Costa Rica. La metodología utilizada primero considera la estimación de un sistema de demanda residencial según quintil de ingreso, para analizar el comportamiento que tendrían los hogares ante variaciones de precios en los bienes consumidos. Luego, se calibra la extensión ambiental del modelo de precios de Leontief y modelo de precios SAM a partir de una Matriz de Contabilidad Social con cuentas ambientales (SAMEA) y elasticidades de demanda para analizar cómo la implementación de un impuesto al carbono afecta los precios, demanda final, producción y emisiones de CO2. Los resultados de la extensión ambiental del modelo de precios SAM muestran que la implementación de un impuesto al carbono genera una mayor reducción de emisiones que el modelo de precios de Leontief. Lo anterior, se explica porque el primer modelo permite simular el comportamiento de más agentes económicos y ampliar la cobertura del impuesto a las emisiones de sectores productivos y hogares. También, se concluye que la mayor reducción de emisiones se logra si los recursos del impuesto se destinan a financiar un subsidio al transporte público, especialmente al reemplazo de diésel por hidrogeno verde.
Estudio de catalizadores basados en compuestos de Ni para la hidrogenación de Co2.
(Universidad de Concepción, 2025) Marín Verdugo, Matías Alejandro; Karelovic Burotto, Alejandro Iván
En la actualidad, la crisis climática y el calentamiento global, provocados por las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), son una de las principales problemáticas a las que se enfrenta la humanidad. Aproximadamente el 78 % de estas emisiones corresponden a CO 2 captura y utilización de CO 2 . De esta manera, la procedente del aire ambiente ha suscitado un interés creciente. Entre las alternativas más prometedoras destaca la hidrogenación de CO 2 a metanol, para la cual se han estudiado diversos metales (como Cu, Pt y Pd) en combinación con promotores (Ga, Mg, In y La) a nivel de laboratorio. En comparación con los catalizadores de metales nobles, el uso de Ni con promotores dispersos sobre el soporte para la reacción de hidrogenación se considera una de las formas más eficientes debido a su amplia disponibilidad y bajo coste. Este trabajo estudió el efecto de la adición de Sn en la hidrogenación de CO 2 alterando sólo el porcentaje másico de Sn desde cero hasta 3.4 mediante el método de reducción química húmeda sobre: (i) catalizadores Ni/SiO 2 ; (ii) catalizadores Ni/ZrO 2-monoclínica (m); (iii) catalizadores Ni/ZrO tetragonal (t). Además, se discutió la sinergia bimetálica Ni-Sn y se comparó con la limitada literatura existente sobre este tipo de catalizadores. La caracterización de los catalizadores tras la adición de Sn se realizó mediante análisis de difracción de rayos X, microscopía por transmisión de electrones de alta resolución, microscopía electrónica de barrido de emisión de campo con espectroscopía de dispersión de energía: catalizadores Ni/SiO 2 Ni/ZrO 2-m y Ni/ZrO 2 , -t presentan partículas de Ni bien dispersas y se forman aleaciones Ni-Sn que estabilizan la presencia metálica de Sn a condiciones ambiente. Por su parte, la cinética se estudió a 8 bar desde 220ºC a 280ºC en un reactor de lecho empacado diferencial. Adiciones de Sn de 1.7 wt.% y 3.4 wt.%sobre catalizadores Ni/SiO 2 promueven la rWGS. Sin embargo, existe una disminución en la velocidad de formación de CO con respecto al catalizador base, que se atribuye a la disminución de sitios activos por la formación de compuestos intermetálicos Ni Sn. Por otro lado, adiciones de Sn de 1.7 wt.% y 3.4 wt.% sobre catalizadores Ni/ZrO 2 un probable cambio en el mecanismo de reacción inhibiendo la formación de CH 4-m inducirían y promoviendo la rWGS. Además, con la adición de Sn se indujo la formación de metanol con una selectividad máxima de ca. 5.0 %, una tasa de formación de ca. 0.014 mol·g-1·s-1 y una energía aparente de activación de ca. 33 kJ-1 mol.

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