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Análisis global del comportamiento de la carga en el interior de un molino rotatorio.
(Universidad de Concepción, 2024) Aguilera Retamal, Daniela Scarleth; Vicuña Molina, Cristián Javier
En esta investigación se realizó un análisis del comportamiento de la carga en un molino rotatorio mediante la medición vibraciones en el interior del molino. Para ello, se implementó un sistema de medición con acelerómetros instalados al interior de un lifter y en el manto del molino SetupSAG. Se estudiaron diferentes condiciones operativas variando el nivel de llenado y la velocidad de rotación. Por otra parte, se realizó una síntesis de investigaciones previas con el objetivo analizar los efectos del nivel de llenado y velocidad de rotación en el desgaste de los recubrimientos y en la eficiencia de la molienda. Donde la energía específica de impacto (ISE) y la energía específica de corte (SSE), determinan que, a mayores velocidades, los impactos se concentran principalmente en los revestimientos, aumentando así su desgaste, mientras que velocidades más bajas generan impactos predominantemente sobre la carga, reduciendo la eficacia de molienda. Se caracterizó el sistema de medición mediante ensayos de golpes y pruebas en vacío, permitiendo identificar frecuencias naturales y determinar rangos adecuados para el análisis espectral y filtrado de las señales. Los resultados obtenidos con el sensor en el interior de un lifter en condiciones de operación con carga presentan la capacidad del sistema de medición para identificar posiciones angulares tales como el talón, hombro y punto de impacto. Por otro lado, el sensor instalado en el manto del molino no entregó señales tan claras como las obtenidas desde el interior. No obstante, al tratarse de una ubicación comúnmente utilizada en este tipo de mediciones, sus registros sirvieron como punto de referencia para las señales captadas en el interior del lifter.
Implementación y validación de plataforma RPA en software de simulación X-Plane 11.
(Universidad de Concepción, 2025) Matamala Carvajal, Moisés Eduardo; Hernández Vicente, Bernardo Andrés
En la presente memoria de título se desarrolla la implementación y validación de un modelo digital basado en el RPA Kadet-40 en el simulador de vuelo XPlane-11, con el objetivo principal de mejorar el estudio, análisis y entrenamiento relacionados con este tipo de aeronaves en el Laboratorio de Técnicas aeroespaciales de la Universidad de Concepción. La problemática del proyecto aborda la inexistencia de un RPA en un entorno de simulación en el LTA, lo que perjudica la realización de estudios y análisis aeronáuticos, como el entramiento de estudiantes en el uso de estos sistemas. La solución que se propuso es la implementación de un modelo disponible basado en el RPA Kadet-40, para lo cual se siguió un protocolo de caracterización y validación experimental, elaborado previo al desarrollo de este trabajo. La metodología se basó en desarrollar los cuatro objetivos específicos planteados: 1. Puesta en marcha del RPA Kadet-40 donde se incluyó la reparación y calibración total del sistema. 2. Caracterización del RPA mediante la aplicación del protocolo desarrollado previamente. 3. Construcción del modelo digital a través del uso de herramientas de diseño y Plane Maker para la integración del RPA en XPlane-11. 4. Validación del modelo mediante la comparación de pruebas de vuelo reales y simuladas donde se analizaron las respuestas frente a las distintas entradas en el radio control que fueron registradas. Los resultados de la comparación de las pruebas muestran que el modelo simulado presenta una tendencia de comportamiento similar al RPA, pero existen diferencias significativas en la magnitud de sus respuestas a las distintas excitaciones al sistema. Estas diferencias se evidencian en los valores del error cuadratico medio (RMSE) obtenidos en los tres estudios realizados, los cuales resultaron elevados en comparación con las curvas representativas de la medición real. Esto indica que el modelo presenta un comportamiento diferenciado respecto a los datos experimentales. No obstante, a pesar de estas discrepancias, se observa una correlación en la tendencia entre la simulación y la medición real, donde las posibles razones que explican estos resultados son el modelo de motor que se empleó en el modelo virtual, a la sensibilidad de accionamiento de las superficies de control, los valores de los coeficientes aerodinámicos ingresados para los perfiles del modelo y condiciones. A pesar de los resultados descritos, esto representa un avance significativo en la integración de RPA en ambientes de simulación, que primero sirve como herramienta de entrenamiento para estudiantes y segundo como base para el desarrollo de futuros proyectos relacionados con este tipo de aeronaves.
Diseño de ala con capacidad de cambio de forma mediante impresión 3D.
(Universidad de Concepción, 2025) Bravo Luarte, Nicolás Alfonso; Medina Muñoz, Carlos Andrés
Este estudio presenta el diseño y análisis de un ala flexible con capacidad de cambiar su geometría, pensada para ser impresa en 3D. El proyecto, basado en un perfil NACA 2412 y un mecanismo tipo fishBAC inspirado en las espinas de peces, busca reemplazar flaps tradicionales con una superficie más prolija, reduciendo el arrastre y mejorando la eficiencia aerodinámica. Las simulaciones CFD y de movimiento muestran su viabilidad técnica para aplicaciones en aeronaves pequeñas y su potencial para optimizar peso, complejidad mecánica y consumo energético.
Implementación de un modelo de gestión de calidad para procesos de mantención en planta concentradora Minera Candelaria.
(Universidad de Concepción, 2025) López Valenzuela, Tomás Ignacio; Dufeu Delarze, Emilio; Canales Cárdenas, Cristian
El presente proyecto aborda la necesidad de implementar un modelo de gestión de calidad en los procesos de mantención de la Planta Concentradora de Minera Candelaria. La disminución en la ley de mineral de cobre y la necesidad de maximizar la disponibilidad y confiabilidad de los equipos han motivado a Candelaria a adoptar metodologías innovadoras para la optimización de sus actividades de mantenimiento. El estudio se basa en modelos de gestión de calidad, metodologías Lean Maintenance, Six Sigma y requisitos establecidos por las Normas ISO 9001 e ISO 55001, con el objetivo de mejorar la eficiencia de las actividades de mantenimiento y reducir fallas inesperadas. Se desarrolla un manual de calidad alineado con estas normas, estableciendo los principios de la gestión de calidad, como procedimientos estandarizados, control de la calidad en terreno mediante dossiers de calidad y trazabilidad de las actividades de mantenimiento. Como caso de estudio, se implementa un piloto del modelo en el proceso de cambio de cóncavas del chancador primario. A través de una metodología de gestión de calidad planteada por el manual, utilizando herramientas como el análisis de modos y efectos de falla (FMECA) y el uso de indicadores clave de rendimiento (KPIs), se identifican puntos de mejora y se aplican controles de calidad. Los resultados evidencian un levantamiento de información primordial para reducir los tiempos de inactividad, una mejora en la documentación de los procesos y control de estos. La implementación de este modelo de gestión de calidad permite optimizar el mantenimiento, mejorar la confiabilidad de los activos y contribuir al cumplimiento de los objetivos estratégicos de la Gerencia de Mantención Procesadora de Minera Candelaria.
Caracterización de señales de emisiones acústicas en una transmisión de engranajes con soltura basal.
(Universidad de Concepción, 2025) Miguieles Millar, Juan Pablo; Leaman Weiffenbach, Félix
Se realizó una comparación estadística con diversas herramientas de análisis de señales entre una transmisión por engranajes en estado normal y con una soltura en un perno basal. Esto con el objetivo de identificar los síntomas y mecanismos presentes en el equipo al presentar este defecto mediante emisiones acústicas. A partir de mediciones realizadas durante el funcionamiento del equipo en ambas bases y sobre dos descansos se incluye un análisis de la señal bruta, de su espectro de frecuencia y la envolvente de la señal, encontrando una menor actividad de emisiones acústicas en la base en donde se aplica la soltura. Esto se expresa esencialmente en una disminución de las ondas continuas que se produce por resultado del roce en la conexión. A su vez, hay un aumento en la actividad por este roce en la base del lado contrario y de los eventos periódicos sincrónicos a la dinámica de la transmisión en los descansos. Sugiriendo que la pérdida de una conexión aumenta el nivel de esfuerzo en el resto del equipo. Estos síntomas se notan mayormente en condiciones de operación de alto torque y frecuencia. En un análisis paralelo utilizando señales de vibraciones mecánicas se nota de menor manera la presencia de un patrón de síntomas entre los ensayos, por lo que la medición con emisiones acústicas se muestra adecuada para el monitoreo.
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.
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 de confiabilidad aplicado a una aeronave en etapa de explotación, basado en el tiempo de vida de componentes.
(Universidad de Concepción, 2024) Tellez Salazar, Javiera Antonia; López, Alejandro; Manríquez, Patricio
El mantenimiento de aeronaves es esencial en la industria aeronáutica, ya que afecta la seguridad, eficiencia y costos operativos, que representan hasta el 20% de los costos totales de una aerolínea típica. Estrategias basadas en análisis de confiabilidad permiten optimizar intervenciones de mantenimiento, prever el comportamiento de componentes críticos y minimizar riesgos de fallas. Aunque herramientas como el FMECA, FTA y el RCM son ampliamente utilizadas, a´ un existen brechas en la optimización de planes de mantenimiento basados en datos reales. Este trabajo aborda estas brechas mediante un análisis exhaustivo de confiabilidad en un componente critico de la aeronave Gulfstream G150 operada por Aerocardal Ltda., demostrando que la metodología es efectiva, escalable y aplicable a otros sistemas críticos, contribuyendo a la seguridad y eficiencia en la aviación. El objetivo principal de este trabajo es identificar y analizar un componente crítico de la aeronave G150 mediante un análisis de confiabilidad para optimizar su mantenimiento y reducir costos operativos. La metodología se estructuro en cuatro etapas: identificar el sistema de mayor criticidad con diagramas de Jack-Knife, aplicar el análisis FMECA para evaluar los modos de falla más críticos, modelar los tiempos de falla mediante análisis actuarial y optimizar los intervalos de mantenimiento con un modelo de costos. Este en foque integral permitió proponer soluciones específicas y establecer un marco metodológico replicable para mejorar la confiabilidad y eficiencia en sistemas críticos aeronáuticos. A lo largo del desarrollo de esta memoria, se obtuvieron resultados significativos que fundamentan sólidamente la propuesta de mejora al plan de mantenimiento del componente más crítico de la aeronave Gulfstream G150. Mediante el diagrama de Jack-Knife, se determinó que el sistema del tren de aterrizaje (ATA32) es el más crítico de la aeronave, siendo responsable de las mayores detenciones operativas. A través del análisis FMECA y con el apoyo de expertos en mantenimiento aeronáutico, se identificó como modo de falla más crítico el desgaste en los conjuntos de rueda izquierdo y derecho, cuyo comportamiento de falla fue modelado exitosamente con la distribución de Weibull. Este análisis reveló un desgaste temprano en los componentes, lo que demostró la incompatibilidad de los intervalos actuales de mantenimiento. Finalmente, se desarrolló un modelo de costos que, considerando distintas relaciones de costos y niveles de confiabilidad aceptables, permite establecer a la empresa, los intervalos de reemplazo preventivo que maximizan la seguridad y optimizan la disponibilidad operacional, alineándose con los estándares más altos de la industria. Los resultados obtenidos en este trabajo han demostrado la importancia de implementar estrategias preventivas basadas en análisis de confiabilidad para los conjuntos de rueda del tren de aterrizaje principal de las aeronaves Gulfstream G150. Mediante el análisis actuarial, se identificaron comportamientos de desgaste en los conjuntos izquierdo y derecho, destacando la necesidad de ajustar los intervalos de reemplazo para optimizar su confiabilidad y disponibilidad. El modelo de costos desarrollado permitió definir intervalos preventivos que equilibran la inversión económica y los estándares de seguridad requeridos. En conclusión, esta propuesta no solo mejora la gestión operativa, sino que representa una valiosa inversión para la sostenibilidad y eficiencia de la flota.
Desarrollo de sistema inteligente de asistencia para adultos mayores.
(Universidad de Concepción, 2025) Fernández Rivas, Benjamín Alejandro; Leaman Weiffenbach, Felix
La rápida evolución de la tecnología desde los años 50 ha revolucionado las industrias mediante la automatización, pero persisten desafíos para adaptar estos avances al ámbito doméstico, especialmente en el cuidado de adultos mayores. Las personas mayores enfrentan numerosos desafíos diarios, como el aislamiento, los accidentes y la dificultad para pedir ayuda. Esta investigación se centra en desarrollar una estructura mecánica, compuesto por un controlador, cámara y servomotor que sean en su conjunto capaz de brindar asistencia para mejorar el cuidado de los adultos mayores atacando los problemas críticos mencionados. El sistema emplea técnicas de inteligencia artificial, específicamente redes neuronales convolucionales (CNN), integradas con la detección y el seguimiento de posturas en tiempo real utilizando MediaPipe y servomotores. El objetivo principal es monitorear la posición del adulto mayor, de pie, sentado, acostado o agachado y alertar a los cuidadores en caso de emergencias. El proyecto se basa en un trabajo previo que incluyó el diseño de un pedestal robótico, complementado con el desarrollo de un nuevo sistema de control que permite el movimiento autónomo de la cámara según la posición del individuo. A pesar de los desafíos en la implementación en tiempo real y el procesamiento de datos, el sistema mostró resultados prometedores y establece las bases para una tecnología destinada a mejorar la seguridad y la calidad de vida de los adultos mayores mediante tecnologías de monitoreo no invasivas.
Analysis of optimal suspensions for the half car model.
(Universidad de Concepción, 2025) Gutiérrez Burgos, Haidar Manuel; Vásquez, Felipe; Hernández, Bernardo
Esta investigación explora el análisis de covarianza aplicado al modelo de medio vehículo (HCM) para derivar parámetros óptimos de la suspensión que maximizan de manera inde pendiente el confort y la adherencia. Al caracterizar las irregularidades del camino como perturbaciones continuas de ruido blanco gaussiano y excluir entradas del conductor y eventos discretos, el estudio busca caracterizar la respuesta del sistema ante estas excitaciones. La investigación comienza reproduciendo técnicas existentes de optimización de suspensiones para el modelo de cuarto de vehículo (QCM) utilizando análisis tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencia. Estos análisis arrojaron expresiones idénticas para los parámetros óptimos de adherencia y confort a través de ambos métodos. Posteriormente, se extiende el análisis de covarianza al HCM, estableciendo métricas de rendimiento para este modelo de 4 grados de libertad (DOF) basadas en métricas previa mente utilizadas por otros investigadores en el modelo de 2-DOF. Se analizaron tres tipos diferentes de correlación que representan diferentes escenarios de manejo. Para un escenario, que examina el HCM con entradas no correlacionadas y un solo eje del vehículo, la investigación logró derivar expresiones analíticas tanto para los indicadores de rendimiento como para los coeficientes óptimos de la suspensión. Estos resultados demostraron que los parámetros óptimos no coinciden necesariamente con los derivados del QCM. Sin embargo, para los otros dos escenarios de manejo, obtener soluciones analíticas practicas utilizando la metodología empleada resulto inviable, siendo necesario un enfoque numérico para analizar la dinámica del HCM bajo estas condiciones. El análisis numérico revelo que, para vehículos con sistemas de suspensión independientes, los coeficientes óptimos derivados del QCM se aproximan en gran medida a los del HCM, destacando el valor del QCM como un modelo simple pero efectivo para la optimización de suspensiones. Además, un análisis de sensibilidad de los parámetros concentrados del sistema demostró que una correcta parametrización del vehículo es igual o más importante que el nivel de complejidad del modelo (HCM frente a QCM). Los hallazgos contribuyen al avance de las metodologías de optimización de suspensiones al destacar el modelo de cuarto de vehículo como un marco efectivo para la optimización de suspensiones en sistemas independientes. Además, esta investigación sienta las bases para integrar elementos de interconexión, como barras estabilizadoras, en modelos de múltiples grados de libertad con soluciones analíticas, permitiendo análisis dinámicos más completos y detallados del rendimiento del vehículo.
Arquitectura de un sistema cohete sonda para mediciones experimentales en la mesosfera (50 a 70 km).
(Universidad de Concepción, 2025) Haase Santana, Kharla Soffia; López Telgie, Alejandro
En la presente memoria de título se aborda el diseño conceptual de un sistema cohete sonda capaz de transportar una carga útil experimental a la mesosfera (50-70 km). En el marco del convenio entre la Armada de Chile y la Universidad de Concepción, y respaldado por el proyecto ANID 13220074, se plantea como objetivo principal evaluar arquitecturas conceptuales utilizando los procesos técnicos definidos por INCOSE. Este enfoque busca contribuir al desarrollo aeroespacial de Chile mediante una propuesta que integre las necesidades del país con estándares internacionales en diseño de sistemas complejos. Para cumplir con este objetivo, se definieron cuatro metas específicas: desarrollar un modelo conceptual para un sistema cohete sonda, describir el estado actual de los sistemas de este tipo en Sudamérica, diseñar y aplicar dos arquitecturas en Valispace y, finalmente, comparar las propuestas respecto a los requisitos de misión. La metodología utilizada se basa en los procesos técnicos de INCOSE, definición de necesidades de los stakeholders, transformación de estas en requisitos y diseño de arquitecturas funcionales. Se empleó Valispace como herramienta clave para centralizar datos, realizar cálculos y optimizar recursos. Los principales aportes de este trabajo incluyen la generación de un modelo conceptual robusto que permite calcular parámetros de desempeño como el sistema propulsivo, la trayectoria, las dimensiones del sistema y las áreas de seguridad. Asimismo, se compararon las arquitecturas propuestas en este trabajo con la desarrollada previamente por Ignacio Rocha, identificando fortalezas y oportunidades de mejora en cada diseño. Además, se realizó un análisis del estado del arte de los sistemas cohete sonda en Sudamérica, posicionando esta iniciativa como un paso relevante para fortalecer la capacidad aeroespacial nacional. Se concluye que las arquitecturas propuestas cumplen con los requisitos y restricciones definidos, demostrando su viabilidad para cumplir con la misión planteada. Este proyecto no solo establece una base metodológica sólida para futuros desarrollos en cohetería, sino que también destaca el impacto positivo que esta tecnología puede tener en el avance científico y tecnológico de Chile.
Reutilización y modificación de bolsas biodegradables de PLA para aplicaciones avanzadas en manufactura.
(Universidad de Concepción, 2025) Contreras Fuentes, Cecilia Del Pilar; Medina Muñoz, Carlos Andrés
La creciente demanda de materiales sostenibles como alternativa a los convencionales ha impulsado la necesidad de prácticas de fabricación responsables que equilibren el uso eficiente de recursos limitados, reduzcan el impacto ambiental y mantengan la viabilidad económica, promoviendo al mismo tiempo el bienestar humano. En este contexto, el uso de PLA reciclado en la impresión 3D surge como una solución prometedora para disminuir los costos y la huella ambiental asociados al uso de PLA virgen. Sin embargo, uno de los principales desafíos radica en la baja resistencia mecánica de los componentes fabricados con PLA reciclado, lo que subraya la necesidad de comprender y optimizar sus propiedades mecánicas y su potencial de sostenibilidad. Este estudio evaluó el desempeño del PLA reciclado en la impresión 3D mediante la creación de mezclas con PLA virgen y la incorporación de glicerina como plastificante. Se analizaron propiedades mecánicas, calidad del filamento y rendimiento en impresión 3D. Los resultados demuestran que el PLA reciclado puede ser una alternativa viable al PLA virgen si sus propiedades se modifican y controlan adecuadamente. Además, estrategias como la combinación con materiales vírgenes, la optimización de parámetros de impresión y el uso de aditivos han mostrado ser efectivas para mejorar el comportamiento del PLA reciclado. Los estudios demuestran una disminución de propiedades de hasta el 40%, por lo que la mezcla de PLA reciclado y virgen se presentó dentro de las estadísticas aceptable, haciéndolo así un candidato importante para aplicaciones de impresión 3D. Aunque gran parte de las investigaciones se han centrado en los beneficios ambientales del PLA reciclado, esta investigación también aborda las dimensiones económicas y sociales de su implementación, incluyendo un análisis del mercado de producción de filamentos para impresión 3D. A pesar de los avances, se requiere más investigación para comprender plenamente los impactos ambientales, económicos y sociales del uso de PLA reciclado en la fabricación aditiva. Los hallazgos de este estudio consiguieron demostrar una vez más, en conjunto con los estudios previos, que es necesaria la adición de material virgen para poder controlar la degradación de propiedades referida a materiales reciclados. Además, aporta una base sólida para que profesionales y académicos exploren el potencial de los materiales reciclados y los adapten a las necesidades específicas de sus aplicaciones, fomentando así la economía circular y la sostenibilidad en la industria de manufactura avanzada.
Medición de vibraciones a partir del registro de video realizado con un smartphone.
(Universidad de Concepción, 2025) Hernández Fuentes, Juan Pablo; Vicuña Molina, Cristián Javier
En esta investigación se evaluó el uso de la Cámara de un teléfono inteligente como herramienta para la medición de vibraciones, analizando sus limitaciones relacionadas con la frecuencia de muestreo, la distorsión óptica producida por el lente y la sensibilidad en amplitud. Se presentó teóricamente el método de medición utilizado, basado en la identificación de bordes, la detección y el seguimiento de circulo en imágenes. Las pruebas experimentales se llevaron a cabo utilizando un shaker electrodinámico y un harnero vibratorio como bancos de ensayo, realizando mediciones con diferentes frecuencias de captura de fotogramas. En el caso del shaker, se logró identificar correctamente la frecuencia del movimiento bajo dos configuraciones diferentes, incluso en presencia de aliasing, mediante el uso de múltiples mediciones, alcanzando un error menor al 1%. Las mediciones realizadas sobre el harnero vibratorio en operación fueron comparadas con las de un acelerómetro, obteniéndose un error promedio máximo en amplitud del 4.14% y del 0.162% en frecuencia. además, se analizó como la frecuencia de muestreo y la resolución del video afectan la precisión de los resultados en amplitud y frecuencia. también se determinaron las tres primeras frecuencias naturales del sistema mediante ensayos de partida y golpe, con un error de frecuencia máximo del 2.8%, y se obtuvieron las orbitas del harnero en distintos puntos con diferentes configuraciones de FPS. Por último, se evaluó la implementación de la corrección de la distorsión óptica y la amplificación de movimiento como parte del procesamiento del video en la medición de vibraciones. Los resultados mostraron que la corrección de la distorsión óptica es efectiva para disminuir el nivel de ruido en los puntos de medición más afectados por la distorsión, mientras que la amplificación de movimiento, debido al incremento del nivel de ruido asociado a su implementación, se presenta como una herramienta útil dependiendo de la aplicación específica y las condiciones de medición.
Cálculo de esfuerzos mediante modelación con elementos finitos en suportación axial del horno de cal, celulosa Arauco planta Horcones.
(Universidad de Concepción, 2025) Sánchez Zenteno, Sebastián Alejandro; Dufeu Delarze, Emilio Enrique; Canales Cárdena, Cristian Alexis
En la planta Horcones L2 de la empresa “Celulosa Arauco” se encuentra instalado un horno de cal, equipo crítico para la producción de óxido de calcio y la recuperación de licor blanco. Este horno cuenta con elementos de soporte, entre ellos se encuentran los rodillos axiales, cuya función es retener su desplazamiento axial, sin embargo, dada la longevidad del horno y sus componentes adyacentes, se requiere evaluar los esfuerzos a los que esta sometidos estos rodillos. Para ello se construye un modelo computacional 3D y se aplica el método de elementos finitos para la estimación de esfuerzos. En cuanto a las cargas que soporta el rodillo, se considera el peso de las componentes auxiliares del horno, siendo estas las llantas, los ladrillos refractarios, los enfriadores satélites, la corona del accionamiento y los lodos de cal retenidos en su interior. Para esto último se opta por utilizar el modelo de Saeman para determinar la distribución de lodos dentro del horno, teniendo en cuenta la presencia de anillos internos. Como resultado, se determina que el peso total del horno equivale a 1664.70 toneladas. Al evaluar el caso en que los rodillos de soporte funcionan únicamente como soportes móviles, se estima que los rodillos axiales soportan una fuerza de 410.39 kN. Una vez resuelto el modelo de elementos finitos, se obtiene que los máximos esfuerzos se presentan en la zona de contacto entre el rodillo axial y la llanta adyacente a este. Los resultados indican un esfuerzo de Von Mises igual a 420.58 MPa, un esfuerzo máximo de compresión equivalente a 658.81 MPa y un esfuerzo cortante máximo de 231.04 MPa. En cuanto a la presión de contacto, se alcanza una presión altamente concentrada igual a 656.08 MPa. Analizando la falla a la fluencia, se obtiene un factor de seguridad de 1.0937. En relación con el análisis de fatiga, se estima que, bajo las condiciones extremas consideradas, el rodillo axial tendría una vida útil estimada de 27,805 ciclos. El análisis realizado subraya la importancia de monitorear adecuadamente las condiciones de operación del horno. Es crucial evaluar el estado y la alineación de los demás soportes del horno con el propósito de aliviar las cargas a las que se somete el rodillo axial, lo que permitiría prolongar considerablemente su vida útil. Además, se discute la viabilidad de reemplazar la unidad instalada en terreno, dado que el rodillo axial corresponde a un modelo anticuado.
Uso de microondas para el post tratamiento de piezas 3D impresas con FDM.
(Universidad de Concepción, 2025) Ortiz Contreras, Paz Carolina; Medina Muñoz, Carlos
En este trabajo se estudia cómo los tratamientos térmicos, aplicados mediante horno y microondas, afectan las propiedades mecánicas y estructurales de probetas de PLA impresas en 3D. En particular, se consideran probetas fabricadas siguiendo orientaciones específicas de impresión (0° y 90°) para evaluar el impacto de la anisotropía generada por el proceso de manufactura aditiva. Uno de los aspectos clave es la comparación de probetas sin tratamiento térmico con las tratadas en horno (90°C por 4 horas) y microondas (a 800 W hasta alcanzar aproximadamente 90°C). Estas condiciones reflejan procesos de calentamiento uniformes y rápidos, respectivamente, mostrando diferencias en la cristalización, contracción y redistribución de fibras del PLA. El estudio incluye ensayos de tracción para medir el desempeño mecánico, acompañado de análisis microscópicos que permiten observar los cambios en la morfología y las fracturas posteriores a la carga. Asimismo, se analiza cómo los tratamientos térmicos modifican las dimensiones y la forma de las probetas debido a la relajación de tensiones internas y a la reorganización molecular del material. Los resultados muestran que en las probetas orientadas a 90°, el tratamiento térmico en horno incrementó el esfuerzo máximo en un 14,68% respecto a las sin tratamiento, mientras que el tratamiento con microondas produjo un aumento del 8,16%. Para las probetas con orientación a 0° el tratamiento en horno aumentó el esfuerzo máximo en un 9,75%, y el tratamiento con microondas un 6,39%. Además, ambos tratamientos térmicos incrementaron la deformación máxima, mejorando la capacidad del material para deformarse antes de la fractura. Las microscopías obtenidas evidencian una disminución significativa en la porosidad de las muestras tratadas térmicamente. Las probetas sin tratamiento presentaron un porcentaje de porosidad promedio del 7,40%, asociado a las condiciones iniciales del material debido a la impresión 3D. En contraste, el tratamiento térmico en horno reduce la porosidad a un 4,94%, mientras que el tratamiento con microondas logra una reducción aún mayor, alcanzando un promedio de 3,93%. Estos resultados confirman que los tratamientos térmicos, además de redistribuir tensiones internas y mejorar la compactación del material, contribuyen significativamente a optimizar sus propiedades mecánicas y estructurales.
Modelación y análisis FEM de la unión soldada entre la sección 1 y sección 2 de un descortezador de madera.
(Universidad de Concepción, 2024) Inostroza Jarpa, Pablo Andrés; Dufeu Delarze, Emilio; Canales Cárdenas, Cristian
El presente proyecto analiza mediante el método de elementos finitos (FEM), la resistencia de una unión soldada entre las secciones 1 y 2 que conforman la virola de un descortezador de tambor utilizado en la industria celulosa. Este equipo es el fundamental en el proceso de preparación de la madera para obtener pulpa celulosa. Debido al principio de funcionamiento del equipo, las paredes de la virola están sometidas a los impactos de los troncos, provocando una carga sobre las paredes de estas al momento del impacto. La metodología incluyó la creación de un modelo 3D del tambor descortezador utilizando el software Autodesk Inventor. Posteriormente se definieron las condiciones de borde del sistema para ser incorporadas a la simulación mediante elementos finitos en el software ANSYS. Las condiciones de borde aplicadas corresponden a la presión ejercida por los troncos en distintas condiciones de operación y además, el torque generado por el sistema motriz, con el objetivo de determinar los esfuerzos en el cordón de soldadura. Además, se evaluó la vida a la fatiga, considerando la presencia de una ranura que simula una pequeña fisura en el cordón interior de la unión soldada. Para la evaluación de los resultados de la simulación estática estructural, se utilizó el criterio de falla de Von Mises. En ambas simulaciones, el esfuerzo máximo se presentó en el cordón interior de la unión soldada. En la simulación con un 75% de carga el esfuerzo máximo obtenido fue 21,19 [Mpa], mientras que en la simulación con un 50% de carga se alcanzó un esfuerzo máximo de 19,8[Mpa]. Ambos valores se encuentran por debajo del límite elástico del material de la soldadura AWS A5.20 E71T-1, por lo cual, en base a los resultados obtenidos, se descarta una posible falla bajo este criterio. El análisis de fatiga permitió evaluar la influencia de la ranura en el cordón de soldadura. Los resultados de la simulación entregaron que, para el caso de la vida útil del material, este podría soportar una cantidad infinita de ciclos de carga, con un factor de seguridad a la fatiga de 8,97. En base a los resultados, se puede descartar que el cordón falle por fatiga bajo las condiciones de cargas utilizadas en las simulaciones. Se analizó la deformación equivalente de la virola, donde se identificaron deformaciones máximas de 7,88 ∙ 10−5 [mm/mm] considerándose bastante pequeñas para la dimensión de esta, por lo cual se descarta que la deformación de la virola tenga una influencia directa sobre la unión soldada. Dentro de los resultados obtenidos en la simulación de la unión soldada, se obtuvo información valiosa de la concentración de esfuerzos sobre las paredes del descortezador, donde se identificaron esfuerzos de 43 [Mpa] en las ranuras por donde la corteza salen del equipo, considerando que el límite elástico del material de la virola es menor que el de la unión soldada, podrían fallar primero la ranuras que el cordón, por lo cual, sería de gran importancia realizar un análisis enfocado en las paredes de la virola, considerando la carga de los troncos como fuerzas de impacto en vez de una presión distribuida. ruptura de la fuente, las condiciones reológicas y las propiedades de atenuación del terreno para reducir las incertidumbres en las evaluaciones de amenaza sísmica. El estudio muestra reducciones en los valores de la desviación estándar de los residuales intra-eventos: hasta un 10.23% en distancias cortas entre fuente-sitio (rupture-to-station), primeros ~30 a 70 km, y hasta un 53.9% en el rango de 2 a 100 Hz. Además, se observó una disminución del 50% en valores de diseño para un periodo de retorno de T = 475 años, al comparar las curvas de amenaza sísmica de datos PBSs y ergódicos. La validación del modelo híbrido aplicado al terremoto de Iquique resalta los parámetros críticos que deben considerarse para predicciones más confiables y con menor incertidumbre en futuros terremotos.
Desarrollo de un banco de experimentos para la determinación del pandeo en columnas.
(Universidad de Concepción, 2025) Oñate Salazar, Sebastián Andrés; Valin Fernández, Meylí
El presente proyecto tiene por objetivo diseñar, construir y validar un banco de pruebas para el estudio del pandeo en columnas bajo tres condiciones de contorno: apoyos articulado-articulado, articulado empotrado y empotrado-empotrado, donde cada condición tiene un comportamiento diferente según el valor de la longitud efectiva. Se determina que solo se pueden utilizar columnas con sección rectangular con dimensiones pequeñas, que garantizan valores de carga crítica bajos. Además, se restringe el uso de columnas esbeltas para aplicar la Fórmula de pandeo de Euler. Se define la carga de diseño del banco de 400 [𝑁] en tres puntos diferentes. Así, se decide fabricar la estructura exterior del banco con un perfil costanera de 40 ×80×15×3 [𝑚𝑚], que garantiza una alta resistencia a flexión y pandeo. Los apoyos articulados se diseñan con una ranura triangular truncada, de base 4 [mm] y apertura máxima de 18 [mm] por su inclinación de 22°, que permite la rotación libre de la pletina. Los apoyos empotrados incorporan un perno que presiona la columna contra un bloque de acero, restringiendo su movimiento lateral y rotación. El sistema de carga asegura que las fuerzas se apliquen de forma concéntrica, facilitando la comparación con la Fórmula de Euler. Para validar el banco, se realizan diez pruebas por cada condición de contorno, donde se alcanzó en promedio entre todas las condiciones un 86,2% de la carga teórica. Se tiene que la condición de apoyos articulados es la más cercana al valor teórico, mientras que los apoyos empotrados son los más lejanos. Asimismo, el error de experiencia múltiple para cada condición no supera el 3,5%. Además, se realizan mediciones de la deflexión lateral sufrida por la columna una vez superada la carga crítica, donde se aprecian zonas de estabilidad previo a que ocurran deflexiones abruptas. A su vez, se pudo notar que al utilizar pletinas adquiridas en otro local comercial y que presentan defectos geométricos mayores a las pletinas ensayadas anteriormente, el valor de la carga crítica experimental disminuyó considerablemente. Por lo tanto, se deduce que la variación entre la carga teórica y la experimental se debe principalmente a las imperfecciones iniciales del material, así como a posibles desalineamientos o fricciones en el banco de ensayos. Se realizan tres ensayos finales, donde se mide previamente el ancho, el espesor y la desviación de cada columna antes de realizar la experiencia. Luego, se determina la carga crítica y los valores de deflexión para cada condición de borde, con lo que se analiza el efecto de las imperfecciones iniciales sobre una columna articulada en ambos extremos. Se obtienen valores cercanos entre la teoría y la experiencia, que demuestra la importancia de estas imperfecciones en el análisis de pandeo. Para aumentar la precisión de la medición de carga crítica, deflexión y las imperfecciones iniciales, se propone incluir un sistema de medición, ya sea con medidores de distancia láser, sensores ultrasónicos o sensores ópticos, siendo el último la opción más precisa.
Estudio del desempeño mecánico y balístico de bajo calibre de un compuesto reforzado con fibra natural.
(Universidad de Concepción, 2024) Vega Muñoz, Lukas Matías Ignacio; Valin Fernández, Meylí
Esta investigación se centra en el desarrollo, caracterización y evaluación del desempeño mecánico y balístico de bajo calibre de materiales compuestos híbridos a base de Kevlar y fibra natural de cáñamo, utilizando una matriz de resina epóxica. La motivación de este trabajo, se debe principalmente a la creciente demanda de materiales sostenibles y eficientes en la industria, especialmente en aplicaciones de protección balística de bajo calibre, como chalecos antibalas. La investigación aborda la necesidad de materiales que no solo ofrezcan alta resistencia y durabilidad, sino que también sean amigables con el medio ambiente. El Kevlar es una fibra sintética conocida por su alta resistencia a la tracción, ligereza y capacidad para absorber impactos, lo que la convierte en un componente crucial. Sin embargo, el costo elevado y el impacto ambiental de su producción han llevado a explorar alternativas más sostenibles. En este contexto, el cáñamo emerge como una fibra natural prometedora debido a sus propiedades mecánicas, bajo costo, biodegradabilidad y menor impacto ambiental. La metodología empleada abarcó, en primera instancia, la selección y preparación de materiales basándose en la literatura existente, seguida de la distribución estratégica de las capas del material compuesto. Para ello, se diseñó y fabricó un molde de acero que permitió la producción de placas compuestas de Kevlar/resina y cáñamo/resina mediante el proceso de laminado manual. Las placas fabricadas fueron evaluadas mediante ensayos mecánicos de tracción y corte, siguiendo las normativas ASTM D3039 y D4255, para determinar propiedades claves como la resistencia a la tracción, el módulo elástico y el comportamiento al corte. Los resultados experimentales mostraron que los compuestos de Kevlar tienen propiedades mecánicas superiores a las de los compuestos de cáñamo. Los datos obtenidos en los ensayos fueron utilizados como parámetros de entrada en el software especializado en impactos Ansys LS-DYNA, con el propósito de realizar simulaciones que replicaran las condiciones de impactos balísticos de bajo calibre siguiendo los estándares de la norma NIJ II. Estas simulaciones permitieron evaluar las capacidades individuales de los materiales, así como sus combinaciones en configuraciones híbridas, analizando si los compuestos podrían alcanzar una energía de absorción comparable a la del Kevlar puro. Las configuraciones utilizadas en las simulaciones fueron: Solo Kevlar; Híbrido B (cáñamo/Kevlar/Kevlar/cáñamo); Híbrido C (Kevlar/cáñamo/cáñamo/Kevlar); Híbrido D (cáñamo/Kevlar/cáñamo/Kevlar) y Solo cáñamo. Los resultados obtenidos de la simulaciones revelaron que la absorción de energía tras el impacto balístico fue de 36.84 J, 29.97 J, 20.76 J, 16.46 J y 3.23 J para las configuraciones de Solo Kevlar, Híbrido B, Híbrido C, Híbrido D y Solo cáñamo, respectivamente. El Híbrido B presento la energía absorbida más cercana al compuesto de Solo Kevlar, aunque con un espesor de 11 mm, en comparación con los 7 mm del Kevlar puro. Esto posiciona al Híbrido B como la configuración híbrida con el mejor desempeño, aunque su eficacia sigue siendo limitada debido a que se obtuvieron peores resultados que el compuesto con Kevlar puro. En contraste, el compuesto de Solo Cáñamo mostro una capacidad de absorción de energía prácticamente nula, a pesar de tener el mismo espesor que el Kevlar, evidenciando su limitada efectividad como material balístico. Adicionalmente, se observó que bajo las condiciones de impacto simuladas, ninguna de las configuraciones evaluadas logró evitar la penetración completa del proyectil.
Modelación de un gasificador de biomasa de tiro descendente para la producción de un combustible sostenible de aviación.
(Universidad de Concepción, 2024) Ortega Chandia, Ignacia Ivonne; Blanco Machín, Einara
En Chile, la mayoría de los residuos forestales generados en terrenos de plantación son gestionados de forma ineficiente, siendo quemados ocasionando significativos impactos ambientales. Aunque no se logró cuantificar con precisión la cantidad de residuos disponibles en terreno, este estudio se centró en los residuos provenientes de la industria del aserrío. A nivel nacional, el 1.03% de estos residuos corresponde subproductos destinados a regalar, el 1% a residuos acumulados, mientras que el 98% restante es destinado a autoconsumo y comercialización. Como alternativa para valorizar estos residuos, esta investigación propone su gasificación como una estrategia para producir un gas de síntesis apto para la generación de biocombustibles sostenibles para aviación. El objetivo principal de esta investigación es modelar un sistema de gasificación de biomasa en un gasificador de corriente descendente, evaluando su viabilidad técnica, económica y ambiental con el propósito de contribuir a la descarbonización del sector aeronáutico. La hipótesis plantea que el uso de un gasificador de corriente descendente incrementa la eficiencia de conversión del carbono, produciendo un gas con un alto contenido de hidrógeno y monóxido de carbono, lo cual es favorable para la síntesis de combustibles sostenibles mediante el proceso Fischer-Tropsch. Para abordar este objetivo, se desarrollaron y evaluaron cuatro modelos basados en un enfoque de equilibrio termodinámico no estequiométrico. El modelo M1 es un modelo de equilibrio no estequiométrico puro, el modelo M2 posee una restricción en el contenido de metano, el modelo M3 considera una restricción cinética que determina la tasa de gasificación aparente y finalmente las dos restricciones mencionadas anteriormente se implementan juntas en el modelo M4. Los resultados indicaron que los modelos M2 y M4 presentaron la mayor precisión, con un error normalizado medio cuadrático (NRMSE) promedio de 0.08 cada uno. Tras validar los modelos utilizando datos experimentales reportados en la literatura, se aplicaron al estudio de la gasificación de aserrín de pino en un gasificador de corriente descendente utilizando aire como agente gasificador. Los análisis mostraron que, bajo condiciones operativas de tiempo de gasificación superior a 30 minutos, relación de equivalencia (ER) de 0.32 y contenido de humedad (MC) del 10%, se alcanzan eficiencias de conversión del carbono mayores al 90%. Se realizó un análisis económico y ambiental preliminar que demostró la viabilidad de implementar un sistema de gasificación, evidenciando tanto beneficios económicos como ambientales. Sin embargo, este análisis se limitó exclusivamente a la etapa de gasificación. Para obtener una evaluación más completa, es necesario incorporar el proceso de síntesis de Fischer-Tropsch, lo que permitiría un análisis económico y ambiental más detallado y verificará si el biocombustible producido cumple con los requerimientos técnicos, económicos y normativos del sector aeronáutico.
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.

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