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Modelación de un tambor aglomerador industrial mediante el método de elementos discretos.
(Universidad de Concepción, 2025) Henríquez Navarrete, Carlos Nicolás; Rodríguez Godoy, Cristian; Moncada Merino, Manuel
En la industria minera, existen múltiples equipos que permiten llevar a cabo el proceso de aglomeración. El tambor aglomerador se destaca como uno de los equipos más utilizados para el proceso de granulación, especialmente en la preparación del material para la lixiviación por pilas, donde se busca reducir los finos y mejorar la permeabilidad. A pesar de su amplia aplicación, existen limitados estudios que propongan modelos numéricos para profundizar en la optimización y mejora de estos equipos. Este informe presenta un estudio detallado del comportamiento de un tambor aglomerador mediante simulación numérica por el método de elementos discretos (DEM) utilizando el software Ansys Rocky DEM. El objetivo principal es analizar el proceso de aglomeración de material en un tambor de 4.6 m de diámetro y 16.3 m de largo, ubicado en la minera BHP Spence. Se utilizó el módulo liquid bridge para simular la adherencia entre partículas durante el proceso. Se realiza una revisión bibliográfica que permite calibrar los parámetros del material (mineral de cobre) y evaluación del modelo numérico con ensayos experimentales obtenidos de la literatura. Se establece una metodología para simplificar los tiempos de simulación DEM, debido al costo computacional y tiempo de resolución. El modelo numérico tiene por objetivo analizar el comportamiento del material de forma transversal y axial. Los resultados obtenidos son: Demanda de potencia y torque, distribución de humedad, análisis de fuerzas, distribución de humedad y tiempo de residencia del material. Se realizan 9 simulaciones, donde se analiza la sección transversal del tambor, donde se varía la velocidad de rotación y grado de llenado. De los resultados obtenidos se puede destacar que la potencia RMS en régimen estacionario no es lineal, cuando se varían los parámetros antes mencionados. Las fuerzas en el eje y son un 135% mayores a las fuerzas en eje x. El aumento de la velocidad de rotación para un grado de llenado constante del tambor no implica una mejor distribución de humedad del material. Por otra parte, se realiza una simulación en la cual se analiza el tiempo de residencia del material, en donde se obtiene un error del 3.97% con respecto al valor experimental, obtenido de la literatura e información recopilada. Finalmente, se diseña, dimensiona y genera un presupuesto de un banco de ensayos de laboratorio con el propósito de estudiar en mayor profundidad la aglomeración en este tipo de equipos. Este banco de ensayos tiene por objetivo obtener datos experimentales (torque, potencia, granulometría, entre otros) para estudiar y analizar la aglomeración, validar un modelo numérico por el método de elementos discretos (reduciendo los costos computacionales) y poder tomar decisiones importantes en la industria.
Confección de un modelo CFD para el análisis del comportamiento de la dinámica de gases al interior de un motor de combustible sólido.
(Universidad de Concepción, 2025) Quintana Rebolledo, Matías Raimundo Tomás; Cornejo Olivares, Pablo Eduardo
La presente investigación se enmarca en el desarrollo de una mejora para la modulación de combustión de propelente s´ olido al interior de un motor de cohete para el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Concepción. La estrategia empleada históricamente consiste en desacoplar el problema, utilizando un modelo 0-dimensional para la cámara de combustión y CFD para la tobera. En cambio, aquí se propone resolver el problema acoplado, representando la combustión solida como un fenómeno fluido-dinámico únicamente (sin reacciones químicas). Usando un volumen de control 2D asimétrico, se empleó una malla fija y otra Overset para la simulación del problema usando ANSYS Fluent. Los resultados de ambas simulaciones son casi idénticos, a excepción del tiempo de cómputo que es 125% mayor con la malla Overset. Adicionalmente, se programó en Python la combustión de Nitrato de Potasio y Dextrosa (KNDX) usando un modelo de composita y otro de quemado erosivo. El modelo de composita describe correctamente la combustión de KNDX al compararla con datos experimentales, por lo que será usado en trabajos futuros para representar la regresión del grano.
Caracterización numérico-experimental de superficies de fractura dúctil aplicada a planchas de PVC.
(Universidad de Concepción, 2025) Tobar Gallegos, Cristian Alejandro; Canales Cárdenas, Cristian Alexis
La predicción precisa de la fractura en materiales poliméricos es un desafío clave en la manufactura avanzada, especialmente en procesos de conformado incremental como el SPIF, donde la evolución del daño es altamente dependiente del estado de tensiones. En este contexto, la incorporación de modelos de fractura basados en variables críticas como la triaxialidad de esfuerzos y el ángulo de Lode permite capturar de manera más realista el comportamiento del material bajo condiciones complejas de carga, superando las limitaciones de los modelos tradicionales. Este estudio busca contribuir al desarrollo de herramientas más precisas para el análisis de fractura en polímeros, proporcionando una base teórica sólida para optimizar el diseño de componentes y mejorar la confiabilidad de los procesos de fabricación. Este trabajo aborda el estudio del comportamiento mecánico del PVC bajo diferentes condiciones de carga, específicamente de tracción, mixtas y de corte, mediante la implementación del ensayo tipo Arcan y su simulación numérica. Se desarrolla una metodología experimental para caracterizar la respuesta del material en situaciones de carga biaxial y evaluar su fractura. Para ello, se diseñaron y fabricaron probetas tipo mariposa mediante el estudio de la literatura en investigaciones previas, utilizando mecanizado CNC y optimizando los parámetros de corte para obtener tolerancias precisas o adecuadas para el caso. Las simulaciones se realizaron bajo un modelo FEM en Ansys, empleando modelos de plasticidad conocidos para evaluar la región plástica del material. Sin embargo, los resultados numéricos mostraron un cierto porcentaje de error respecto a los ensayos experimentales, lo que sugiere que la ley de endurecimiento utilizada no representa con total precisión el comportamiento del PVC en la región plástica. Se identificó que factores como la tolerancia en el espesor de las probetas y la distribución de esfuerzos influyen considerablemente en la precisión de los modelos. Se evaluaron distintos modelos de fractura dúctil para correlacionar los datos obtenidos a partir de las simulaciones de los ensayos con respecto al SPIF, concluyendo que no es posible definir un modelo de daño global sin ajustes adicionales. La superficie de fractura obtenida permite predecir la fractura del material en procesos de conformado incremental monopunto en una geometría de cono para una lámina de PVC de 3 mm de espesor, utilizando ensayos Arcan como referencia para determinar el punto de ruptura. Este resultado valida la aplicabilidad del modelo en procesos de SPIF, proporcionando una base teórica para futuras investigaciones y optimización de la manufactura de materiales poliméricos. En conclusión, el estudio genera una base de datos robusta sobre el comportamiento del PVC en condiciones biaxiales y propone mejoras en la fabricación de probetas para futuras investigaciones. Se destaca la necesidad de refinar la modelación de la plasticidad del material para mejorar la precisión de las simulaciones, lo que podría lograrse mediante la optimización de los parámetros de corte y el uso de leyes de endurecimiento más representativas.
Introducción a un novedoso método para detectar grietas en base a materiales piezoeléctricos y piezorresistivos.
(Universidad de Concepción, 2025) Araya Morales, Vicente Tomás; Medina Muñoz, Carlos Andrés
El campo del monitoreo de salud estructural ha estado en apogeo desde principios del nuevo milenio, dentro de este tema, la detección de grietas es primordial para saber el estado de una estructura determinada y proyectar su tiempo de vida. Por otro lado, los materiales piezoeléctricos se han ocupado con gran fiabilidad en otros aspectos, como lo son sonares, micrófonos, parlantes, equipos médicos, circuitos, defensa, entre otros, desde el principio del siglo XX. Para lo que son grietas, han demostrado tener varias aplicaciones, como lo son los sensores de acústicos, vibracionales y transductores. Mientras que, por otro lado, los materiales piezorresistentes, como el Velostat, se han ido expandiendo hace pocos años en el ámbito de sensores, por ejemplo, las mediciones de masa o empuje. En efecto, este proyecto aborda si es posible detectar grietas estructurales usando materiales piezoeléctricos y piezorresistentes, donde se fabricó un sensor con 70% de su peso total en material piezoeléctrico y 30% en matriz de epoxi, el cual al ser sometido a pruebas de impacto entregó un voltaje de respuesta de hasta 7.2 [𝜇𝑉]. Mientras que, al ser expuesto a vibraciones, demostró dar una respuesta con una frecuencia igual a la de excitación y a una amplitud dependiente a la aceleración que está sometida. De la misma forma, se validó el sensor piezoeléctrico para la detección de grietas realizando diversos ensayos de fatiga, donde se obtuvieron señales de hasta 66 [𝜇𝑉] para cuando este se terminaba de romper. Con respecto a los sensores piezorresistentes, se demostró que su incremento en resistencia eléctrica es directamente proporcional a la propagación de la grieta, y se puede asociar la aparición de una grieta cuando hay un 60% de aumento en su resistencia eléctrica con respecto a su valor inicial. Como conclusión, se puede validar nuevas formas de detección de grietas mediante el uso de materiales piezoeléctricos y piezorresistivos. En base a la innovación sobre los métodos actuales, el desarrollo y aplicación de una metodología sólida, y la caracterización de estas nuevas formas de detección mediante ensayos de impacto, fatiga y vibración.
Modelo de gestión del mantenimiento de tuberías de proceso en concentradora de cobre Minera Candelaria.
(Universidad de Concepción, 2025) Ávila Muñoz, Matías Andrés; Dufeu Delarze, Emilio Enrique; Canales Cárdenas, Cristian Alexis
El presente trabajo desarrolla un modelo de gestión del mantenimiento para las tuberías de proceso en la planta concentradora de cobre de Minera Candelaria, con el objetivo de mejorar la confiabilidad operativa y reducir costos asociados a fallas inesperadas. Para ello, se realizó un análisis detallado del proceso productivo de la planta, identificando las áreas críticas donde las fallas en las tuberías impactan la continuidad operativa. Se recopiló información técnica sobre los sistemas de tuberías, incluyendo materiales, configuración y condiciones de operación, además de analizar los registros históricos de fallas y los protocolos de mantenimiento existentes. A partir de este diagnóstico, se evaluaron metodologías y normativas internacionales aplicables, como API 570, ASME B31.3 e ISO 55000, para estructurar un modelo de gestión eficiente. Se incorporaron técnicas avanzadas de monitoreo y diagnóstico de fallas, incluyendo ultrasonido, termografía y análisis de criticidad, permitiendo la detección temprana de defectos y optimización del mantenimiento. Además, se estableció un proceso sistemático para la selección de estrategias de mantenimiento, diferenciando entre mantenimiento correctivo, preventivo y predictivo, con énfasis en la implementación de estrategias basadas en la condición y en la evaluación de riesgo. El modelo de gestión propuesto se estructuró en fases, que incluyen diagnóstico, identificación de sistemas de tuberías, análisis de riesgo y criticidad, planificación de estrategias de mantenimiento, ejecución, monitoreo de indicadores de desempeño y mejora continua. Como parte del estudio, se implementó el modelo en un área específica de la planta, lo que permitirá evaluar su impacto en la reducción de fallas y optimización de recursos. Se concluye que la aplicación de un modelo estructurado de gestión del mantenimiento permitirá optimizar el desempeño de los sistemas de tuberías, mejorando la confiabilidad y eficiencia operativa. La implementación progresiva del modelo en toda la planta contribuirá a la sostenibilidad del proceso productivo, garantizando un uso eficiente de los recursos y una reducción de riesgos operacionales.
Análisis comparativo de cápsulas plásticas para uso material de cambio de fase en un entorno de materiales livianos.
(Universidad de Concepción, 2025) Zúñiga Muñoz, Pablo Vicente; Medina Muñoz, Carlos Andrés; Cuevas Barraza, Cristian Alberto
La climatización de edificaciones livianas y su baja inercia térmica representan un desafío para la eficiencia energética. En este contexto, los materiales de cambio de fase (PCM) han surgido como una alternativa para mejorar la regulación térmica natural, permitiendo almacenar y liberar energía en forma de calor latente. Sin embargo, su desempeño térmico depende de la forma de encapsulación y la interacción con los elementos de la aplicación en que se ocupe. Este estudio analiza el impacto de la forma y orientación de cápsulas plásticas de PCM en la estabilidad térmica de un sistema de materiales livianos, evaluando tres tipos de encapsulación (simple, tubos y cuadros) fabricadas con PVC y wax de parafina como PCM. Se realizaron ensayos experimentales en un banco de pruebas compuesto por cubos instrumentados con sensores de temperatura, expuestos a condiciones ambientales en dos configuraciones: vertical, ubicando las cápsulas en una posición similar al de estar inmersos en una pared, y horizontal, donde las cápsulas están instaladas como cielo falso de una construcción. Los resultados indican que la geometría del encapsulado influye significativamente en la regulación térmica del aire interior. En la configuración vertical, la cápsula Cuadros mostró una reducción de hasta 22.81% en la amplitud térmica diaria, atribuida a la compartimentación del PCM, que minimiza la convección interna y mejora la estabilidad térmica. Sin embargo, la cápsula Tubos, pese a tener compartimentos más pequeños, presentó un menor desempeño debido a la mayor cantidad de juntas internas, las cuales generan puentes térmicos que pueden dificultar la transferencia de calor dentro del encapsulado. En la configuración horizontal, donde la gravedad tiene menor influencia en la redistribución del PCM, las diferencias entre diseños fueron menos pronunciadas, con un desempeño levemente superior del diseño simple, debido a la ausencia de estos puentes térmicos. Además, se observó el fenómeno de subenfriamiento en la solidificación del PCM, donde el material permaneció en estado líquido por debajo de su temperatura de fusión antes de cristalizar, lo que afecta la eficiencia del almacenamiento térmico. Estos hallazgos aportan al diseño de estrategias de encapsulación optimizadas para PCM en construcción liviana, evidenciando que la compartimentación mejora la estabilidad térmica en ciertas orientaciones, pero una reducción excesiva del tamaño de los compartimentos puede aumentar la resistencia térmica. Como trabajo futuro, se propone optimizar la geometría del encapsulado, evaluar su desempeño en diversas condiciones climáticas e investigar la viabilidad comercial de esta tecnología como solución sostenible para la eficiencia energética en edificaciones.
Implementación y puesta a punto de banco de ensayos de 4 grados de libertad para drones multirotor.
(Universidad de Concepción, 2024) Berndt Barriga, André; Hernández Vicente, Bernardo
El proyecto de memoria consistió en la fabricación de un banco de ensayo para drones multirotor, con el propósito de brindar al Laboratorio de Técnicas Aeroespaciales (LTA) una plataforma para probar el funcionamiento de drones, validación de nuevos sistemas de control y contribuir con el proyecto FONDECYT de folio 11230330 [1]. El objetivo de este proyecto es satisfacer la necesidad de calibrar drones y validaciones de sistemas de control autónomos de drones, para ello se diseñó un banco de ensayo que permitió otorgar al dron, tres ejes de libertad: roll, pitch y yaw, junto con el eje de elevación. La fabricación del banco es la continuación del proyecto de ingeniería aeroespacial 2024 del estudiante de ingeniería civil aeroespacial [2], el cual cambio significativamente en su estructura. El nuevo banco permite intercambiar la configuración estructural entre dos marcos dependiendo del dron a usar, para drones de alta capacidad se usará el marco DAC y para drones de mediana capacidad se usará el marco DMC. Las pruebas de rendimiento realizadas en el banco permitieron comparar el comportamiento del dron o piloto automático del dron en un vuelo libre y un vuelo en el banco de ensayo. Los resultados de estas pruebas determinaron que hay una gran diferencia entre comportamiento del autopiloto del dron en el vuelo libre y el vuelo en el banco de ensayo. El primer vuelo posee un comportamiento de sistema de control con error estacionario y el segundo vuelo, un sistema de control con sobre impulso, lo anterior permitió concluir que el piloto automático del dron requiere de más trabajo de control al estar instalado en el banco de ensayo. Se limitó el grado de libertad del eje de yaw por debajo de los 360° y al eje de elevación a cero, debido a problemas externos que afectaron el cronograma. El banco requiere de mejoras que optimicen su rendimiento para que el dron en el banco de ensayo posea un comportamiento más similar a la de un vuelo libre, junto con permitir al banco de ensayo poseer un eje de yaw de 360° sin limitación y grado de libertad en el eje de elevación, cumpliendo así, todos los objetivos del proyecto.
Rediseño, fabricación y armado de amortiguadores de competición en base a piezas disponibles en mercado local.
(Universidad de Concepción, 2025) Cament Muñoz, Carlos Joaquín; Vásquez Stuardo, Felipe
This project focuses on the design, manufacturing, and evaluation of a monotube shock absorber for competition, using components available in the local market. The goal is to develop a functional and cost-effective alternative, compatible with the Nissan V16, considering that commercial shock absorbers have costs over 220% higher than the one designed in this study. The design is based on the definition of key parameters, such as the damping coefficient, material selection, and manufacturing feasibility. A target damping coefficient of 3600 Ns/m was established, and calculations were performed to define the geometry of the piston valve. The necessary components were designed and fabricated, achieving a production cost of approximately $90,000 CLP per unit, compared to $290,000 CLP per unit for a commercial shock absorber like the KSPORT KONTROL PRO. To validate its performance, domestic tests were conducted, obtaining an average damping coefficient of 799 Ns/m at a speed of 0.0189 m/s, and 873 Ns/m at a speed of 0.0214 m/s, with differences of 7% and 5%, respectively, compared to the projected theoretical values. These results indicate that the designed shock absorber falls within the established margins and meets the proposed design conditions. The project highlights the importance of practical validation and empirical adjustment in the design of shock absorbers. For future work, it is recommended to optimize the shim stack configuration for a more linear response, evaluate the effect of different oil viscosities, and improve the gas injection system using a tire valve, facilitating its adjustment.
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.

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