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Una matheurística para el problema del vendedor viajero con múltiples drones.
(Universidad de Concepción, 2024) Brandt Mieres, Benjamín; Contreras Bolton, Carlos
Diferentes investigaciones demuestran que el uso de drones como herramienta de apoyo en la logística trae beneficios significativos. Esta tesis aborda el problema flexible del vendedor viajero con múltiples drones (flexible drones traveling salesman problem, FDTSP por sus siglas en inglés). Este problema busca la combinación óptima entre un camión y uno o múltiples drones que minimice el tiempo para realizar entregas. Este tipo de problema se caracteriza por su complejidad computacional, es por ello que los algoritmos presentes en la literatura sobre el FDTSP obtienen soluciones alejadas del óptimo. En el presente estudio se propone una matheurística para abordar el FDTSP. Este enfoque utiliza de manera alternada un modelo de programación lineal entera mixta (mixed integer linear programming, MILP por sus siglas en inglés) y una metaheurística basada en el variable neighborhood search. La metaheurística opera mediante dos procedimientos de optimización. El primer procedimiento enfocado en optimizar la asignación de clientes a los vehículos y la ruta del camión, utilizando tres operadores basados en el problema del vendedor viajero. El segundo procedimiento está centrado en optimizar las rutas de los drones, utilizando una metaheurística de simulated annealing. La matheurística es validada en dos conjuntos de instancias que representan condiciones de operación en entornos urbanos, suburbanos y rurales. En la mayoría de las instancias, los resultados computacionales muestran que la matheurística propuesta supera, en promedio, a los algoritmos de la literatura. Adicionalmente, la matheurística obtiene los mejores rendimientos cuando se utiliza una cantidad pequeña de drones y se evalúan instancias con un mayor número de clientes. Estos resultados son validados mediante un test estadístico, indicando que nuestro enfoque es estadísticamente diferente de los algoritmos de la literatura. Adicionalmente, para instancias pequeñas de hasta diez nodos, es posible comprobar que se alcanza el resultado óptimo con la matheurística y el modelo de MILP.
Sistema de tomografía por impedancia eléctrica como prueba de función pulmonar ambulatoria.
(Universidad de Concepción, 2024) Alvarado Arriagada, Fabian; Pino Quiroga, Esteban
El desarrollo tecnológico ha facilitado la creación de nuevas técnicas y ampliado el campo de sus aplicaciones en el área médica. La constante mejora de los sistemas sanitarios afecta directamente la calidad de vida de las personas. La tomografía por impedancia eléctrica (EIT) es una técnica de imagenología médica que ha tenido importantes avances en las últimas décadas. Actualmente se postula como una herramienta útil para el estudio de la fisiología del cuerpo humano y su aplicación en la medicina. LA EIT consiste en la generación de imágenes del tórax, describiendo su impedancia, es decir, cuánto se opone al flujo de una corriente eléctrica. Con esta técnica es posible obtener información sobre la respiración de las personas, ya que los cambios en los tejidos genera un cambio en la impedancia eléctrica. En esta tesis se presenta el desarrollo de un sistema EIT portable para el monitoreo respiratorio, detallando la implementación del hardware y software. Posteriormente se realizaron pruebas de validación con elementos eléctricos pasivos y sujetos voluntarios. El análisis de los datos mostró que existe una alta correlación entre las señales e imágenes obtenidas del sistema y la señal de volumen de un flujómetro. A partir de estos datos se obtuvo una frecuencia respiratoria con un coeficiente de correlación del 97 % y una predicción de volumen respiratorio con un coeficiente de correlación del 96 %. La detección de respiraciones alcanzó un una sensibilidad del 100 % y precisión del 99.78 %. Los resultados más importantes fueron la validación técnica del dispositivo, que opera dentro de los rangos seguros para su uso en personas, y la adquisición de señales de respiración. Entre los desafíos se presentaron la alta variabilidad entre sujetos, y la necesidad de una calibración personalizada en cada caso. El desarrollo de este tipo de sistemas contribuye a la traslación de la investigación e ingeniería aplicada en innovaciones y productos funcionales. En este caso particular, aplicado a la salud y bien- estar de la población, con un dispositivo de uso ambulatorio para el control y prevención de afecciones respiratorias.
Aprendizaje automático aplicado a Espectroscopía por Plasma Inducido con Láser (LIBS) y Visión Artificial Infrarrojas en muestras endémicas de miel de la Región del Bío – Bío, Chile.
(Universidad de Concepción, 2024) Jofré Cerda, Rodrigo Andrés; Godoy Medel, Sebastián; Staforelli, Juan Pablo
La autenticidad y calidad de la miel han sido temas de creciente interés a nivel mundial debido a su importancia económica, nutricional y medicinal. Los consumidores y reguladores demandan métodos más precisos y rápidos para garantizar la pureza de la miel, especialmente ante el aumento de casos de adulteración con azúcares y otras sustancias. Además, determinar el origen botánico de la miel es crucial para su clasificación y comercialización, lo que presenta desafíos significativos en términos de tiempo y recursos necesarios para el análisis palinológico tradicional. Los métodos convencionales de análisis palinológico, que se utilizan para identificar el origen botánico de la miel mediante la identificación de polen bajo microscopía, son procedimientos que demandan una gran cantidad de tiempo en estudios y requirieren el conteo de 1200 a 1800 granos de polen de una sola especie para clasificar una muestra en una clase específica. Este proceso puede extenderse de días a semanas, dependiendo de la experiencia del profesional, lo cual representa una significativa limitación para la industria apícola nacional. Además, la detección de adulterantes en la miel, como diferentes azúcares (fructosa, glucosa, maltosa), es otro desafío debido a la necesidad de métodos rápidos y mínimamente destructivos. Para abordar estos desafíos, se han integrado tecnologías de Espectroscopía de Plasma Inducido por Láser (LIBS) y visión artificial, asistidas por algoritmos de aprendizaje automático, aplicadas a muestras endémicas del sector Alto Bío – Bío, Región del Bío – Bío, Chile. La técnica LIBS permite obtener firmas espectrales específicas de muestras de miel y adulterantes, logrando detectar adulteraciones en tiempos significativamente reducidos, en general de minutos a algunas horas, sin requerir una preparación compleja de las muestras. Simultáneamente, se ha empleado redes neuronales convolucionales para analizar imágenes microscópicas de polen, con el fin de determinar el origen botánico de las muestras mediante el análisis de características morfológicas específicas de cada especie de polen, como tamaño, forma, geometría y textura. Los resultados obtenidos mediante el uso combinado de LIBS y visión artificial demuestran una mejora significativa en la eficiencia del proceso de autenticación y clasificación de la miel. En la detección de adulterantes, los errores de clasificación se mantienen bajos, con resultados como un error mínimo de 3.7% para glucosa en Quillaja saponaria y 9.2% para fructosa en Eucryphia glutinosa. Por otro lado, los modelos de visión artificial han mostrado eficacias de clasificación superiores al 90% en la mayoría de las muestras de la base de datos local, destacando especialmente en la clasificación de la especie endémica Eucryphia glutinosa. Así, el método propuesto proporciona una ventaja significativa para los apicultores locales, permitiéndoles acceder a resultados de calidad y origen, que son factores críticos para la industria apícola, garantizando el cumplimiento de los estándares de calidad en tiempos menores en comparación con los métodos convencionales, ya contando con los modelos de aprendizaje entrenados.
Implementación de sistema dosificador gravimétrico para la disminución de costos por mermas en envasado de azúcar Empresas Iansa.
(Universidad de Concepción, 2024) Acuña Moncada, Anaís Rayen; Salazar Hornig, Eduardo
Empresas Iansa S.A. es una empresa agroindustrial líder en la producción y distribución de azúcar y otros alimentos naturales en Chile. Fundada en 1953, ha expandido sus operaciones a lo largo de los años, con presencia en el 98% de los hogares chilenos y siete plantas productivas. La dosificación es un proceso fundamental en la fabricación, y los dosificadores volumétricos y gravimétricos juegan un papel crucial en la precisión y eficiencia del proceso de envasado. Actualmente, el proceso de envasado en Corte Menor utiliza dosificadores volumétricos que, aunque eficientes, presentan una desviación máxima de 10 gramos por unidad envasada, lo que ha generado un sobreconsumo de azúcar promedio de 0,86% entre octubre de 2023 y abril de 2024, equivalente a 301 toneladas de azúcar y un costo asociado de 223.171 USD. La meta de la empresa es reducir el sobreconsumo a un 0,6% o menos. Para abordar este desafío, se propone la implementación de un dosificador gravimétrico de la marca Perfor, conocido por su alta precisión con una desviación máxima de solo 2 gramos. La metodología empleada en este estudio incluyó un análisis comparativo entre los sistemas volumétricos y gravimétricos, así como pruebas de campo para evaluar la efectividad del nuevo dosificador en términos de reducción de mermas y mejora de la eficiencia operativa. En el año azucarero 2022-2023 el costo por merma de sobreconsumo fue de un total de $297.602 dólares en el área de corte menor, mientras que el año 2021-2022 el costo alcanzó los $459.230 dólares Los resultados obtenidos muestran que el dosificador gravimétrico permite una reducción significativa en el sobreconsumo de azúcar, logrando un ahorro de 4.527 USD mensuales en un solo cabezal (54.324 USD al año). Con respecto al sistema de dosificación volumétrico. Finalmente, las conclusiones de este estudio destacan la viabilidad técnica y económica de implementar dosificadores gravimétricos en líneas de producción similares. Se recomienda extender esta tecnología a otras áreas de la planta para maximizar los beneficios y continuar con un monitoreo constante para optimizar los procesos de envasado.
Diseño molecular de líquidos iónicos con alta capacidad y baja viscosidad para la captura de co2.
(Universidad de Concepción, 2024) Cerda Espinoza, Sebastián Ignacio; Garrido Acuña, José Matías; Cea Klapp, Esteban Alejandro
El dióxido de carbono (CO2) es uno de los gases de efecto invernadero más abundantes y el principal contribuyente al cambio climático mundial debido a su creciente concentración en la atmósfera. Para mitigar las emisiones de carbono liberadas a la atmósfera producidas por la combustión de combustibles fósiles, se han explorado diversas estrategias, siendo una de estas la captura del CO2. A gran escala, la captura y almacenamiento de CO2 es considerada como una solución efectiva para mitigar las emisiones de carbono por unidad de energía generada. Sin embargo, el alto consumo de energía, el impacto ambiental por pérdidas de solventes y problemas de corrosión asociados con la depuración acuosa de aminas subrayan la necesidad de desarrollar nuevos procesos sostenibles basados en una economía circular que utilicen nuevos materiales para capturar CO2 de procesos de alta emisión. En este contexto, los líquidos iónicos (ILs) emergen como solventes diseñables con alta capacidad de captura de CO2 y son objeto de intensa investigación. Este estudio se utiliza la ecuación de estado molecular electrolítica ePC-SAFT advanced para modelar y predecirlas propiedades termodinámicas de ILs basados en piridinio y pirrolidinio, como la densidad, solubilidad y viscosidad, con el objetivo de identificar ILs adecuados para el proceso de captura de CO2 de postcombustión, que cumplan con bajos valores de constantes de Henry (buena solubilidad) y baja viscosidad dinámica. Se analizan las principales tendencias observadas para estas propiedades y se propone una lista de ILs, además de diferentes alternativas para incrementar la eficacia de este proceso de captura, sugiriendo estudios futuros con los ILs identificados. Entre los líquidos iónicos evaluados, [Cnpy][Tf2N] con n = 2, 4 ; [Cnmpy][Tf2N] con n = 2, 4 ; [Cnmpyr][Tf2N], con n= 3, 4 ; [C4mpy][DCA]; [C4mpyr][DCA] y [C4mpyr][Ac] destacan como una selección de ILs con una solubilidad y viscosidad aceptable para el proceso de absorción de CO2.
Diseño de método de compensación dinámico de BESS para evitar el colapso de voltaje en sistemas de distribución con generación propia.
(Universidad de Concepción, 2024) Bancalari Cabrera, Álvaro Ignacio; Moran Tamayo, Luis
En los sistemas industriales, como las celulosas, las refinerías de petróleo y las industrias químicas, garantizar la estabilidad y la continuidad en el suministro eléctrico es fundamental, debido a la presencia de accionamientos críticos y la generación propia. Estos sistemas, enfrentan desafíos considerables durante perturbaciones, para mantener la continuidad de suministro. La presencia de los generadores produce un aumento en las corrientes de cortocircuito, y hace a la planta más vulnerable a la inestabilidad de voltaje. Por otro lado, cuando el sistema opera en modo isla, la capacidad de generación puede ser insuficiente para manejar las variaciones en la demanda, lo que puede conducir a inestabilidades. En la actualidad, los sistemas eléctricos utilizan dispositivos como STATCOM para mejorar la estabilidad, regulando el voltaje con el control de potencia reactiva. Aunque los dispositivos como STATCOM son efectivos para controlar el voltaje a través de la potencia reactiva, pueden no ser suficientes para abordar la estabilidad del voltaje en sistemas de distribución, donde la potencia activa tiene un efecto considerable en el voltaje. Por otro lado, los BESS ofrecen una solución más versátil, al compensar tanto potencia activa como reactiva de forma instantánea, controlando variaciones de frecuencia y voltaje. En este contexto, se propone un innovador método de compensación dinámico para un sistema BESS que puede operar en diferentes modos, diseñado para mejorar la estabilidad del sistema de distribución. Este método de compensación se diseña después de un análisis de la estabilidad eléctrica y de las estrategias de compensación existentes, con el objetivo de ofrecer una solución óptima para mejorar la estabilidad del voltaje en sistemas de distribución industriales. El método de compensación dinámica en BESS muestra una mejora significativa en la regulación del voltaje y la estabilidad del sistema, superando a los métodos convencionales. Se valida su eficacia en la compensación durante fallas severas, demostrando su versatilidad en diversas condiciones de operación.
Orientación hacia la diversidad educativa y percepción del ambiente educativo en estudiantes de carreras de la salud chilenas.
(Universidad de Concepción, 2024) Arancibia Luna, María José; Schilling Norman, Mary Jane
Se encontró una asociación entre la orientación hacia la diversidad educativa y la percepción del ambiente educativo en estudiantes de carreras de salud de tres universidades chilenas. Existe una tendencia general positiva hacia la diversidad, aunque persisten actitudes negativas hacia ciertos grupos específicos.
Evaluación de Constelaciones Satelitales en Órbita Leo para la Comunicación del EHT en el Polo Sur.
(Universidad de Concepción, 2024) Cartes Fica, Pablo Andrés; Reeves Díaz, Rodrigo
El Telescopio Horizonte de Eventos (EHT - Event Horizon Telescope), que en 2019 generó la primera imagen de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87 y que en mayo del 2022 generó la imagen de Sagitario A*, agujero negro situado en el centro de la Vía Láctea, está compuesto por múltiples telescopios distribuidos globalmente. Actualmente, son 11 telescopios que operan bajo mediante el método de interferometría de larga base (VLBI – Very Long Baseline Interferometry), siendo el más aislado el ubicado en el Polo Sur, el Telescopio del Polo Sur (SPT - South Pole Telescope). La obtención de los datos asociados al Telescopio del Polo Sur (SPT) presenta una dificultad técnico-operativa. Actualmente, los datos se almacenan en discos duros y, debido al invierno polar, la recuperación de la información del SPT se complica. Esto provoca demoras en la correlación de los datos con los de los demás telescopios, lo que a su vez retrasa posibles descubrimientos. En el marco del proyecto Núcleo Milenio en Tecnología e Investigación Transversal para explorar Agujeros Negros Supermasivos (TITANS), se busca explotar el uso de constelaciones satelitales comerciales y/o destinadas para investigación, con el fin de generar soluciones entorno a la transferencia de información y así poder rescatar los datos desde el Polo Sur y enviarlos hacia territorio continental chileno, para que estos datos se integren con los de otros telescopios en periodos menores a 6 meses, que corresponde al tiempo actual con el que se realiza la adquisición de datos. Se propone el uso de redes satelitales que operen en órbita LEO (Low Earth Orbit), ya que, debido a sus características físicas permitirán cubrir las regiones polares y al encontrarse a una altura menor que otras órbitas como MEO (Medium Earth Orbit) o GEO (Geostationary Earth Orbit), se reduce la latencia en la transmisión de datos. Del mismo modo, el objetivo es lograr altas tasas de transmisión de datos, puesto que en la campaña de 2017 desde el SPT se obtuvieron 200 TB de datos en un período de seis meses, cantidad de datos se espera sea cuadruplicado a corto o mediano plazo con el aumento de las observaciones, la instalación de nuevos telescopios en la Antártida y la duplicación o triplicación de las bandas de frecuencias de observación, lo que implicaría un aumento proporcional en los datos. El fin de utilizar comunicaciones satelitales radica en la posibilidad de aprovechar las grandes constelaciones que se están desarrollando e implementando actualmente. Estas constelaciones están en constante evolución, con cambios, licencias y permisos solicitados a la FCC (Federal Communications Commission) para la transmisión de altas tasas de transferencia de datos. Así, en la presente tesis se propone un análisis y comparación de distintas constelaciones satelitales, mediante un estudio conceptual que permita profundizar y comparar distintas arquitecturas de constelaciones. Se considerarán factores como las condiciones atmosféricas, carga útil de satélites, tamaños y configuraciones orbitales tales como la cantidad de satélites, su distribución, distancia entre ellos y su frecuencia de operación. Además, se realizarán simulaciones para integrar estos atributos y métricas, con el objetivo de obtener estimaciones precisas de las tasas de datos que estas constelaciones pueden transmitir y manejar. De esta forma, el propósito es identificar qué constelación y configuración permiten una transmisión de datos a altas tasas desde el Polo Sur, evaluando si el uso de un sistema satelital satisface los requisitos del South Pole Telescope (SPT) y los futuros observatorios proyectados en esa región.
Análisis del efecto de la compactación de la losa de hormigón y cantidad de finos en la base granular sobre la resistencia a la flexotracción y la permeabilidad de un hormigón poroso para su uso en pavimentos permeables de estacionamientos.
(Universidad de Concepción, 2024) Villar Morales, Javiera Francisca; Link Lazo, Oscar
El constante crecimiento de las ciudades ha llevado a un aumento en las superficies impermeables, provocando problemas de escorrentía superficial y riesgos de inundaciones durante las lluvias. Los pavimentos permeables contribuyen a abordar parte de esta problemática al permitir que el agua se infiltre por su estructura. El desafío de la implementación de estos pavimentos permeables es lograr resistencia y permeabilidad adecuada dependiendo de su aplicación, para esto es importante determinar el nivel de compactación y conocer la interacción hormigón permeable y base granular, aspecto que ha sido poco estudiada en la literatura especializada. Esta investigación ha demostrado que la compactación de la losa de hormigón y la cantidad de finos en la base granular influyen parcialmente en la resistencia a la flexotracción y la permeabilidad del hormigón poroso para pavimentos permeables. La compactación 0,13 MPa. afecta positivamente la resistencia en un 5,45%, pero reduce la permeabilidad en un 50% en comparación con una compactación menor. Para la base granular, se ha concluido que no tiene un impacto significativo sobre la permeabilidad del pavimento, siempre y cuando la losa posea una permeabilidad adecuada a nivel internacional. Además, se ha demostrado que una base comercial con un rango de fino inferior a un 7,6% no afecta a la permeabilidad. Este estudio contribuye al conocimiento al permitir una mayor utilización del hormigón permeable, al optimizar su compactación y permitir el uso bases comerciales sin necesidad de bases especiales.
Estudio comparativo de mecanismos y algoritmos de balanceo de carga para un clúster Kubernetes de contenedores de bases de datos de solo lectura.
(Universidad de Concepción, 2024) Saldías Vallejos, Nicolás; Rodríguez, Andrea; Li, Zheng
This research focuses on performance optimization of Kubernetes clusters, with a special focus on read-only database containers. A cluster that emulates a real production environment was configured, implementing critical configurations for operation. Through the evaluation of multiple factors in various experimental scenarios, and using statistical methods such as ANOVA, Pareto analysis and interactions between factors, critical elements influencing performance were identified. The results revealed not only the most statistically significant factors, but also allowed, through a detailed analysis, to recognize the importance of those with minor but still significant effects, which are often underestimated because of their suboptimal contribution in the experimental design. This study concludes by underlining the relevance of a configuration tailored to the needs of the system, in addition to data-driven optimization to improve availability and efficiency under high-demand loads.
k-Independent Boolean networks
(Universidad de Concepción, 2024) Astete Elguin, Raúl Sebastián; Aracena Lucero, Julio
En esta tesis, definimos un nuevo parámetro para estudiar redes Booleanas, denominado “número de independencia”. Establecemos que una red Booleana es k-independiente si, para cualquier conjunto de k variables y cualquier combinación de valores binarios asignados a estas, existe al menos un punto fijo en la red que tome esos valores en dicho conjunto de k índices. En este contexto, definimos el número de independencia de una red como el máximo valor de k tal que la red es k-independiente. Esta definición está estrechamente relacionada con diseños combinatorios ampliamente estudiados, como los “Coveringarrays” de fuerza k, también conocidos como conjuntos Booleanos con todas las k-proyecciones sobreyectivas. Nuestra motivación surge de comprender la relación entre el grafo de interacción de una red y sus puntos fijos, lo que ayuda a profundizar en el paradigma clásico de las investigaciones en esta dirección al incorporar una estructura particular sobre el conjunto de puntos fijos, más allá de simplemente observar su cardinalidad. Específicamente, nos centramos en estudiar grafos de interacción que admiten redes k-independientes, y mostramos que el grafo completo sin bucles con funciones de activación lineales alcanza la máxima fuerza no trivial. Además, presentamos construcciones que demuestran la existencia de re des k-independientes en n variables con grafos de interacción disconexos, conexos y fuertemente conexos. Finalmente, observamos que las simulaciones computacionales no lograron encontrar ejemplos de redes monótonas k-independientes. Esta observación motiva la sección 4.1 de esta tesis, donde utilizamos otro diseño combinatorio clásico, llamado sistema de Steiner, para construir redes monótonas k-independientes con grafo de interacción completo y sin bucles.
Estimación de distancia por medio de un Drone para la entrada de un buque a un dique seco.
(Universidad de Concepción, 2024) Domínguez Carvajal, Hugo Alejandro; Saavedra Mondaca, Gabriel; Godoy Medel, Sebastián
El proceso de entrada de un buque al dique implica diversas personas, desde un práctico hasta un Dock Máster que dirige la maniobra. Durante esta operación, se aseguran las espías del buque a las bitas del dique con la supervisión del Dock Máster mediante comunicación UHF. La precisión del cálculo de la posición del buque es un desafío debido a las limitadas referencias visuales del Dock Máster. Tras el ingreso, se requieren correcciones a medida que se extrae el agua del dique. Errores en las decisiones del Dock Máster, fallos en la comunicación o reacciones lentas pueden ocasionar accidentes o daños al buque y al dique. El uso del DRONE y las técnicas de procesamiento de imagen podrían darle al Dock Máster una visión global y superior del posicionamiento del buque, con un cálculo de distancia mucho más preciso que la estimación visual que realiza el Dock Máster. En el presente documento se propone una metodología novedosa para apoyar visualmente al Dock Máster en la maniobra, utilizando la resolución espacial y temporal para determinar el correcto posicionamiento del buque dentro del dique. Esta metodología aplicada a un algoritmo apunta a reducir la resolución temporal del video para poder procesar un número menor de imágenes sin perder información, estimar la dirección de movimiento reduciendo la resolución espacial y aplicando el optical flow entre imágenes consecutivas y calcular la distancia al dique usando segmentación R, G, B e identificación de objetos simultáneamente. El propósito de esta metodología de variar la resoluciones temporales y espaciales es disminuir significativamente los recursos computacionales objeto acelerar el procesamiento de datos, que es crucial en aplicaciones en tiempo real. Los resultados muestran que la metodología propuesta utilizando los ángulos obtenidos en el Optical Flow y las distancias del buque dentro del dique logran determinar el error del posicionamiento del buque durante la maniobra. Esta metodología optimizaría el procesamiento del video, evitando procesar todos los frames, seleccionando solo los necesarios sin perder información.
Influence of aerodynamic lift and centre of pressure position on motorcycle stability.
(Universidad de Concepción, 2024) González Toledo, Benjamín Eimol; Vásquez, Felipe; Hernández, Bernardo
Las últimas tres décadas han visto un rápido desarrollo tecnológico en las carreras de motocicletas. Actualmente la tendencia está en incluir alas invertidas que generan carga aerodinámica para mejorar la aceleración en la salida de las curvas, junto con otros dispositivos para redireccionar los flujos de aire. Varios autores han estudiado el flujo de aire en las motocicletas modernas, así como la influencia del arrastre aerodinámico en la estabilidad. Sin embargo, falta un análisis en la literatura sobre el efecto de los nuevos componentes aerodinámicos en la estabilidad de la motocicleta. Además, los análisis de estabilidad se han centrado principalmente en condiciones de línea recta, lo que ignora el comportamiento en curva. En vista de lo anterior, el objetivo de esta investigación es estudiar la influencia del coeficiente de sustentación (Cl) y la posición del centro de presión (CoP) en la estabilidad de la motocicleta para condiciones en linea recta y curvas constantes. Para este fin, mejoramos un modelo en línea recta para considerar carga aerodinámica y desarrollamos un modelo de estabilidad para curvas constantes. Por lo tanto, formulamos las ecuaciones del movimiento guiados por varios diagramas y el modelo fue linealizado utilizando el método de series de Taylor. Posteriormente, estos modelos fueron verificados siguiendo una metodología estandarizada. Para el análisis, se consideran múltiples Cl y CoP posicionados delante, alineados y detrás del centro de masa (CoM) de la motocicleta. Con esto, los resultados muestran que incluir carga aerodinámica disminuye la estabilidad del modo weave, mientras aumenta la estabilidad de wobble en recta y en curva. De igual forma, se encontró un efecto estabilizador de la posición del CoP si este se posiciona delante del CoM. Por el contrario, el CoP detrás del CoM empeora la estabilidad de ambos modos de vibrar, principalmente del modo weave. Además, debido a la coherencia obtenida en la verificación y los resultados similares obtenidos para los casos estudiados, se asume que los dos modelos funcionan correctamente. Finalmente, los resultados sirven como un aporte al entendimiento de la aerodinámica y la estabilidad de la motocicleta.
Análisis de la interacción entre la operación de parques solares y eólicos y los sistemas de distribución de plantas mineras.
(Universidad de Concepción, 2024) Gálvez Cabrera, Yuyuniz Aline; Morán Tamayo, Luis Alejando
La integración de energías renovables, particularmente solar y eólica, se ha convertido en un factor crucial en la generación eléctrica en Chile, con una notable concentración de parques en el Desierto de Atacama. Estos parques comparten líneas de transmisión y subestaciones con grandes complejos mineros, cuyos sistemas eléctricos enfrentan desafíos significativos debido a la alta presencia de cargas no lineales, y su sensibilidad a perturbaciones en el voltaje. En esta tesis se investiga cómo la operación de parques eólicos y solares de alta potencia conectados cerca de complejos mineros afecta la estabilidad y la calidad del suministro eléctrico de los sistemas de distribución. Este trabajo se enfoca en la regulación del voltaje, la frecuencia y la operación dinámica durante cortocircuitos. Se utiliza la herramienta de simulación PowerFactory de DIgSILENT para modelar una planta minera y su conexión al sistema eléctrico nacional, incluyendo la interconexión con parques eólicos y solares. El modelo considera diferentes tecnologías de turbinas eólicas de conversión directa y de doble alimentación, y se somete a pruebas bajo un escenario de alta demanda durante un día laboral. Las simulaciones evalúan cinco contingencias específicas, como cortocircuitos trifásicos y desconexiones de carga. El principal aporte de este trabajo es evaluar el comportamiento de los parques eólicos y fotovoltaicos durante cortocircuito, y su efecto en la calidad del suministro eléctrico de los sistemas de distribución mineros que se conectan en a las mismas subestaciones y/o líneas de transmisión. Los resultados muestran que los modelos de parques WECC y PowerFactory analizados son capaces de mantener la estabilidad del sistema eléctrico ante diferentes contingencias, lo que confirma la viabilidad de esta integración para garantizar un suministro eléctrico confiable y estable en entornos críticos como los sistemas industriales mineros. Por otro lado, la generación renovable puede causar inestabilidad en el sistema eléctrico en caso de desconexiones inesperadas cuando su aporte es significativo, afectando la calidad del suministro eléctrico y los procesos mineros. Esta investigación destaca la necesidad de desarrollar regulaciones internacionales específicas para manejar estos desafíos y asegurar una integración efectiva de energías renovables en sistemas mineros.
Modelación y predicción de la potencia generada por plantas fotovoltaicas.
(Universidad de Concepción, 2024) Salgado Hernández, Andrés Ignacio; Sbárbaro Hofer, Daniel
La integración a gran escala de fuentes de energía renovables como la solar fotovoltaica en la red eléctrica se ve dificultada por la incertidumbre asociada a su generación, especialmente por su efecto en la confiabilidad y operación económica del sistema. Para mitigar esta incertidumbre, una de las estrategias más prometedoras es la creación de pronósticos de generación, en los cuales incluso una leve mejora puede causar un alto impacto económico, dada la escala de la red. Los enfoques basados en Machine Learning se han vuelto cada vez más populares para este propósito, sobre todo en los horizontes de predicción intradía y día-adelante. Sin embargo, existe un creciente reconocimiento del valor de incorporar conocimiento basado en principios físicos para la mejora de estos modelos, el cual puede provenir de la modelación de la planta o del recurso solar. Además, es importante realizar estudios con datos propios de la zona debido a que las condiciones climáticas y geográficas locales inciden en la optimización de modelos de Machine Learning. El estudio se llevó a cabo mediante el desarrollo de modelos no-lineales autorregresivos con entradas exógenas (NARX), elegidos por su simplicidad, para la predicción de series de tiempo utilizando redes neuronales. Los modelos fueron sometidos a un proceso de selección de características en el cual se incorporó información física de modelos simples, y fueron ajustados y probados con datos de la zona centro-sur de Chile, donde la producción de energía está fuertemente ligada a las condiciones climáticas y hacen falta estudios sobre su predicción. Los resultados obtenidos muestran que la inclusión de variables de modelos físicos logra una mejora modesta de la precisión de los pronósticos en distintos horizontes de tiempo. En particular, se disminuyó la raíz del error cuadrático medio entre un 0.2% y un 0.4% de la potencia nominal con respecto a los modelos que no incluyen estas variables. Por último, se concluyó que las variables adicionales más importantes fueron los ángulos de posición solar y las temperaturas calculadas de los paneles, en el proceso de selección de características.
Análisis y validación de un modelo molecular de grafeno utilizando potencial Tersoff polarizable mediante simulaciones de dinámica molecular.
(Universidad de Concepción, 2024) Caniu Villablanca, Pablo Felipe; Wagemann Herrera, Enrique
El grafeno es un material bidimensional que ha ganado relevancia en la investigación actual debido a sus propiedades únicas y variadas aplicaciones. Dado que el grafeno es caro y difícil de manejar experimentalmente, las simulaciones computacionales son cruciales para recrear su comportamiento y evaluar sus aplicaciones. Este estudio busca verificar si la adición de efectos de polarización a un potencial tipo Tersoff permite reproducir con suficiente precisión las propiedades elásticas al modelar hojas de grafeno mediante dinámica molecular. Luego, el objetivo principal consiste en analizar y validar un modelo molecular de grafeno utilizando una combinación entre potencial Tersoff y el modelo de osciladores de Drude, resultando en un potencial Tersoff polarizable. Para ello, se generaron sistemas polarizables y no polarizables de grafeno suspendido y multiláminas, que se sometieron a microdesplazamientos en simulaciones de dinámica molecular gracias al software LAMMPS. A partir de estas simulaciones, se extrajeron los datos de tensor de esfuerzos y deformación y se determinaron las propiedades elásticas de cada sistema. Como resultado, para el grafeno polarizable se obtuvo un módulo elástico de 0.950 TPa y un coeficiente de Poisson de 0.070, el modelo también muestra un comportamiento frágil y un esfuerzo de ruptura menor que los obtenibles en sistemas no polarizables. Finalmente, se compararon las propiedades obtenidas de este modelo con resultados experimentales reportados por otros autores. A partir de este análisis comparativo se concluye que las hojas de grafeno parametrizadas mediante potencial Tersoff polarizado es mas flexible al ser sometido a deformaciones dentro de la zona elástica, pero frágil e inestable para mayores deformaciones.
Metodología mecánica pasiva de aislación de vibraciones aplicada a la cámara a bordo de un RPA.
(Universidad de Concepción, 2024) Riedel Hornig, Karen Liliane; Leaman Weiffenbach, Félix; Tinapp Dautzenberg, Frank
Actualmente, una gran variedad de aplicaciones en áreas científico-tecnológicas de alto impacto social y ambiental requieren del uso de cámaras en RPA (Remotely Piloted Aircraft). Tales aplicaciones incluyen: búsqueda de personas, monitoreo de recursos geológicos, hídricos y forestales, vigilancia y seguridad, entre otras. No obstante, los RPAs experimentan naturalmente vibraciones debido a las condiciones de vuelo y partes mecánicas móviles. Cuando las vibraciones son transmitidas a la cámara se producen borrosidades del tipo motion blur y desencuadre de escena en las imágenes, alterando su definición y utilidad. Por esto, es sumamente importante estudiar estas vibraciones para desarrollar formas de mitigarlas. En este trabajo se desarrolla una metodología de aislación de vibraciones para una cámara a bordo de un RPA de pequeño tamaño a través de un sistema de aislación mecánico pasivo. Para ello, se caracterizaron empíricamente las vibraciones experimentadas por el RPA para dos fases de vuelo: estático y horizontal, utilizando un sistema de medición de vibraciones a bordo especialmente desarrollado para operar de forma remota. Se realizaron pruebas experimentales en condiciones de laboratorio con un excitador mecánico para determinar la respuesta vibratoria de un sistema de aislación mecánico pasivo ajustable con aisladores instalados en diferentes configuraciones espaciales. Esto con el propósito de determinar el efecto de la disposición en el aislamiento de las vibraciones, y seleccionar los aisladores y su disposición más adecuada para ser implementados en el sistema de aislación. Se determinaron las curvas de transmisibilidad del sistema de aislación para cuatro configuraciones con cuatros aisladores del tipo bola de suspensión para un barrido frecuencial entre 5 y 220 [Hz]. En este rango se producen las mayores excitaciones dinámicas en un RPA comercial de pequeño tamaño, como es el caso del RPA seleccionado. Se seleccionó un sistema de aislación para implementar en el RPA, y se realizaron pruebas de vuelo con captura de imagen. El deterioro observado en la calidad de las imágenes se cuantificó mediante una métrica de grado de enfoque de imagen. De los resultados obtenidos se concluye que la disposición de los aisladores mecánicos puede afectar significativamente la efectividad en el aislamiento de las vibraciones, por lo tanto, deben ser correctamente seleccionados y dispuestos en base al rango de la frecuencia operacional. Finalmente, a partir del estudio realizado, se propuso un sistema de aislación mecánico pasivo que, al ser implementado en el RPA, logró una reducción de las vibraciones experimentadas por la cámara a bordo de aproximadamente un 95%.
Investigación experimental de la resistencia al corte en sistemas mixtos de madera y hormigón empleando uniones mecánicas.
(Universidad de Concepción, 2024) Ochoa Arroyo, Pablo Francisco; Aguilar, Víctor
La creación de una conexión solida entre madera y hormigón, asegurando una unión monolítica resulta crucial en el diseño estructural, por lo cual se debe diseñar una conexión económica y altamente rígida entre ambos materiales. En este estudio, se utilizan distintos conectores para la formación de uniones híbridas, centrándose en el uso de clavos y tornillos para evaluar la influencia del tipo de conector. Además, se analiza el efecto de la inclinación del conector y del orden los materiales en la resistencia de la conexión. Se llevaron a cabo ensayos de resistencia al corte en el laboratorio de la Universidad de Concepción utilizando veinticuatro probetas que incluyen ocho configuraciones distintas con tres repeticiones por configuración. En las probetas se varía el tipo de conector (clavo y tornillo), orden de materiales y el ángulo de inclinación de 45º y 90º. Los resultados obtenidos revelaron considerables diferencias en términos de la resistencia al corte de las conexiones, del desplazamiento de conectores y distintos modos de falla presentes después del test de resistencia al corte realizado.
Simulación y determinación de emisiones acústicas utilizando ANSYS LS-DYNA.
(Universidad de Concepción, 2024) Sanhueza Cortés, Daniel Alejandro; Leaman Weiffenbach, Félix
La transmisión de energía mediante engranajes es una práctica común en diversas industrias, desde equipos de procesamiento de madera hasta maquinaria minera y sistemas de transporte. Sin embargo, estos sistemas enfrentan desafíos considerables, como desgaste, grietas y rotura de dientes, lo que puede resultar en pérdidas económicas significativas e incluso riesgos para la seguridad. El análisis por vibraciones se ha utilizado extensamente para monitorear transmisiones de engranajes, analizando señales hasta 20 kHz. Sin embargo, este método tiene limitaciones, ya que factores externos como el ruido y resonancias superpuestas influyen en la obtención de las señales, como también, ciertos factores internos de interés de estudio como la velocidad de rotación, pueden no ser detectables. La Emisión Acústica (EA) surge como una alternativa prometedora debido a su capacidad para detectar fenómenos microscópicos, como el contacto superficial, ofreciendo una visión más detallada de la salud de los engranajes, con frecuencias de trabajo superiores a 20 kHz. Numerosos estudios han investigado la aplicación de EA en transmisiones de engranajes, destacando su potencial como método de monitoreo avanzado. Sin embargo, actualmente no existe un modelo analítico que permita predecir el comportamiento de la EA en función de parámetros operativos o posibles fallas, lo que limita su aplicación en sistemas de monitoreo. Para abordar esta problemática, se propone el desarrollo de simulaciones utilizando métodos de elementos finitos, específicamente ANSYS LS-DYNA. Esta investigación busca desarrollar modelos de simulaciones con los cuales sea posible obtener señales por simulación de experimentos, tanto en casos de impacto como en estudios de interacción rodante-deslizante entre cuerpos. El objetivo principal es establecer una base en cuanto a modelos de simulación por elementos finitos de casos básicos que permitan, en trabajos posteriores, complejizar y estudiar mediante simulaciones el contacto entre engranajes. Esto se alinea con el desarrollo de un modelo constitutivo que permita una detección más precisa y temprana de posibles fallos en transmisiones de engranajes mediante el análisis de la EA. Se observó en el estudio del impacto que, si bien existe una discrepancia cuantitativa entre los valores máximos y el valor RMS de las señales simuladas y experimentales, esta es mínima considerando el orden de magnitud en el cual se obtiene la señal (en Pa). Por otro lado, la similitud cualitativa de los picos más altos indica que el modelo captura adecuadamente los eventos principales de impacto sobre la placa. Esto sugiere que el modelo puede representar la realidad bajo las condiciones de borde establecidas. Por otro lado, en el caso rodante-deslizante, se identificó una discrepancia notable entre los resultados de las simulaciones y los datos experimentales en los casos de rodadura y deslizamiento. Se destacaron varios factores que contribuyeron a este error, como la representación del roce mediante una función matemática, las interacciones entre el cilindro y la placa plana, y las limitaciones impuestas por el tamaño de la malla. Estos hallazgos señalan la necesidad de realizar ajustes en el modelo para mejorar su precisión y de llevar a cabo análisis más detallados para comprender mejor el fenómeno de deslizamiento-rodante.
Una matheurística para el problema del vendedor viajero con múltiples drones.
(Universidad de Concepción, 2024) Brandt Mieres, Benjamín; Contreras Bolton, Carlos
Diferentes investigaciones demuestran que el uso de drones como herramienta de apoyo en la logística trae beneficios significativos. Esta tesis aborda el problema flexible del vendedor viajero con múltiples drones (flexible drones traveling salesman problem, FDTSP por sus siglas en inglés). Este problema busca la combinación óptima entre un camión y uno o múltiples drones que minimice el tiempo para realizar entregas. Este tipo de problema se caracteriza por su complejidad computacional, es por ello que los algoritmos presentes en la literatura sobre el FDTSP obtienen soluciones alejadas del óptimo. En el presente estudio se propone una matheurística para abordar el FDTSP. Este enfoque utiliza de manera alternada un modelo de programación lineal entera mixta (mixed integer linear programming, MILP por sus siglas en inglés) y una metaheurística basada en el variable neighborhood search. La metaheurística opera mediante dos procedimientos de optimización. El primer procedimiento enfocado en optimizar la asignación de clientes a los vehículos y la ruta del camión, utilizando tres operadores basados en el problema del vendedor viajero. El segundo procedimiento está centrado en optimizar las rutas de los drones, utilizando una metaheurística de simulated annealing. La matheurística es validada en dos conjuntos de instancias que representan condiciones de operación en entornos urbanos, suburbanos y rurales. En la mayoría de las instancias, los resultados computacionales muestran que la matheurística propuesta supera, en promedio, a los algoritmos de la literatura. Adicionalmente, la matheurística obtiene los mejores rendimientos cuando se utiliza una cantidad pequeña de drones y se evalúan instancias con un mayor número de clientes. Estos resultados son validados mediante un test estadístico, indicando que nuestro enfoque es estadísticamente diferente de los algoritmos de la literatura. Adicionalmente, para instancias pequeñas de hasta diez nodos, es posible comprobar que se alcanza el resultado óptimo con la matheurística y el modelo de MILP.

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