ING Tesis doctorado

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Assessing environmental and economic performance of Municipal Waste Services: an empirical application for Chile
(2024) Llanquileo Melgarejo, Paula Iris; Molinos Senante, María; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La recolección y manejo de los residuos sólidos urbanos (RSU) es un servicio público que impacta en el medio ambiente y la salud pública. A pesar de los esfuerzos realizados desde la política pública, a nivel global, el volumen de RSU generado ha aumentado notablemente en la última década. Es por ello que, en el contexto de economía circular, instituciones internacionales como las Naciones Unidas y la Unión Europea están impulsando la recogida selectiva y el reciclaje de residuos. Por otro lado, el aumento del volumen de RSU tiene marcadas consecuencias no solo desde el punto de vista ambiental sino también económico. Teniendo en cuenta las restricciones presupuestarias que afectan a los sectores públicos, mejorar el desempeño en la prestación de servicios de RSU ha sido identificado por los municipios como una excelente opción para mejorar la sustentabilidad en la gestión de RSU. La evaluación del desempeño de las municipalidades en la recolección y disposición de residuos es un tópico que comenzó a estudiarse en la última década, pero aún es incipiente. La mayoría de los estudios anteriores se centraron en evaluar el desempeño económico de los municipios en la gestión de RSU sin diferenciar entre residuos reciclados y no reciclados. La revisión de la literatura sobre este tema muestra que existen tres vacíos de conocimiento: i) evaluación del impacto de la recolección separativa y reciclaje de RSU en el desempeño a través de la comparación de los indicadores de eficiencia y eco-eficiencia; ii) evaluación del cambio en el desempeño de municipios en la gestión de RSU lo largo del tiempo; iii) evaluación del desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos en la prestación de servicios de RSU. El objetivo principal de esta tesis es, evaluar el desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos en la prestación de servicios de RSU. Para lograr este objetivo, se definieron los siguientes objetivos específicos: i) evaluar el impacto de la recolección selectiva y el reciclaje de RSU en el desempeño de los servicios de residuos municipales mediante la comparación de índices de eficiencia y ecoeficiencia; ii) evaluar si los cambios en las tasas de recolección selectiva y reciclaje de RSU han impactado en el desempeño ambiental y económico de los municipios a lo largo del tiempo comparando los índices de cambio de productividad y cambio de eco-productividad y; iii) identificar los factores externos a la gestión que realizan los municipios que inciden en su desempeño medido como eficiencia, ecoeficiencia, productividad y eco-productividad. Para lograr estos objetivos, se han aplicado varios modelos de análisis envolvente de datos (DEA). DEA es una técnica no paramétrica basada en programación lineal que mide el rendimiento relativo de las unidades en función del uso de inputs para producir outputs. Permite integrar outputs deseados, que en este caso son residuos reciclados, y outputs no deseados, residuos no clasificados. Por lo tanto, este enfoque metodológico permite la evaluación conjunta del desempeño económico y ambiental de los municipios en la prestación de servicios de RSU. De acuerdo con los objetivos planteados, esta tesis doctoral abarca 4 publicaciones científicas enfocadas en evaluar el desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos utilizando una base de datos robusta de 2015 a 2019 cuyos principales resultados son los siguientes: i) El 40,4% de los municipios chilenos evaluados presentaron economías de escala negativas en la prestación de servicios de RSU. Este hallazgo evidencia que el tamaño actual de la operación de los municipios no es óptimo; por lo tanto, se debe promover la organización conjunta de sistemas de gestión de RSU; ii) la ecoeficiencia promedio de los municipios chilenos fue de 0,58 y el 92,3% de ellos no eran ecoeficientes; iii) la recolección selectiva y el reciclaje de RSU impactaron el desempeño de los municipios desde el punto de vista estadístico. El porcentaje de municipios ineficientes fue de 95,30% y 96,64%, según los scores de eficiencia y ecoeficiencia, respectivamente; iv) las estimaciones de cambio de productividad promedio son mayores que las asociadas a cambios en la eco-productividad para todos los años evaluados; v) los puntajes promedio agregados de cambio de productividad y cambio de ecoproductividad para 2015/19 fueron 2,73 y 1,33, respectivamente, lo que revela que el desempeño de los municipios chilenos también ha mejorado desde una perspectiva ambiental; vi) Se evidenció una divergencia considerable en los puntajes de cambio de eco-productividad entre los municipios chilenos y, por lo tanto, se recomienda desarrollar e implementar políticas a escala metropolitana o regional para aprovechar las economías de escala potenciales en la recolección y el tratamiento de RSU.
Control del envejecimiento del asfalto a través de la adición polvo deshidratado de orujo, bioproducto de la industria enológica
(2012) Calabi Floody, Alejandra Tatiana; Thenoux Zeballos, Guillermo A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
A nivel mundial, un 95% de los pavimentos contienen ligante asfáltico. Principalmente debido al proceso oxidativo, el ligante asfaltico incrementa su rigidez tornándose un material frágil, por lo tanto propenso a agrietarse. Por otra parte, la industria vitivinícola genera anualmente alrededor de 10 millones de toneladas de residuo (orujo). Este bioproducto es rico en antioxidantes (Oxygen Radical Absorbance Capacity, ORAC 650Umol Trolox Equivalente/g) y actualmente representa un problema para la industria puesto que constituye un material contaminante que carece de una reutilización masiva. En consecuencia, el objetivo de esta investigación consistió en evaluar el potencial de reutilización de este residuo como antioxidante para ligante asfáltico, con el propósito reducir el daño oxidativo en el material. Para esta investigación, se utilizaron dos tipos de orujo, uno proveniente de cepa Cabernet Sauvignon y otro proveniente de cepa Chardonnay, muy diferentes respecto tanto a las características propias de la cepa que los constituye, como del proceso de vinificación tras el cual se descartan. El estudio incluye la descripción completa del proceso de obtención del residuo, almacenamiento y proceso de obtención del preparado antioxidante. Para evaluar los efectos de la adición del antioxidante al ligante asfáltico, las muestras fueron sometidas a tratamientos de envejecimiento estandarizado de corto y largo plazo de acuerdo a los estándares SUPERPAVE (RTFOT y PAV). Dado que estos tratamientos corresponden a métodos de laboratorio de envejecimiento acelerado, se incluyó además un proceso de envejecimiento en película delgada a 60°C cuya duración alcanzó a 6 meses. Esto permitió observar los efectos de la adición del preparado antioxidante en un periodo de tiempo superior en condiciones de envejecimiento en tiempo real. Posteriormente, se controlaron las propiedades físicas a alta y baja temperatura, las propiedades reológicas y los cambios en la estructura molecular del ligante asfáltico a través de la evolución de la fracción asfaltena.
Copper tailings as supplementary cementitious material : activation, leaching and environmental behaviour
(2020) Vargas Muñoz, Felipe Andrés; López Casanova, Mauricio Alejandro; Rigamonti, Lucia; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El impacto de la industria del cemento en la generación de gases de efecto invernadero (5-8 % del total global) hace necesario la búsqueda de alternativas a este material que permitan reducir su impacto, sin afectar las ventajas y propiedades que permiten su amplia utilización en la construcción. Por otro lado, la generación de residuos de la industria del cobre, a tasas crecientes debido a la baja ley de los minerales alcanzando las 200 toneladas de relaves por tonelada producida de cobre, hacen que la búsqueda de formas de uso de estos residuos sea una importante necesidad y ofrezca una oportunidad para la minería. Esto es de alto impacto en países productores de cobre como Chile. En esta tesis se investigó la unión de estas dos necesidades: la utilización de relaves de la industria del cobre como material cementicio suplementario. Para esto, se propuso el uso de tratamientos mecánicos y térmicos para mejorar la capacidad cementicia de los relaves, estudiando también la capacidad de la matriz cementicia de retener la lixiviación de cobre y finalmente el desempeño medioambiental de las mezclas de concreto con relaves tratados. La activación de relaves de cobre mediante tratamientos de molienda y calcinación se estudió comparando mezclas cementicias sin relaves y con relaves sin tratar versus muestras con relaves tratados, esto últimos elegidos entre muestras que mostraron mayor potencial de activación, mostrando aumentos de hasta un 40% en la resistencia mecánica. La heterogeneidad de las muestras se observó al analizar el aumento de entre un 80% y un 140% en la capacidad puzolánica de los relaves una vez tratados. La lixiviación de metales pesados de muestras cementicias conteniendo relaves fue analizada, estudiando específicamente el mecanismo de atrapamiento de fases de cobre dentro de la matriz cementicia. Se determinó que la razón agua-cemento es estadísticamente significativa al analizar la lixiviación de cobre, y se observó la migración de fases de cobre durante el proceso de hidratación hacia productos cementicios como silicatos de calcio hidratados, lo cual fue comprobado mediante análisis de SEM y XANES. También se midió los niveles de lixiviación generales, observando que cuando los relaves están incorporados en la matriz cementicia, los niveles de lixiviación son despreciables. Finalmente, con la información anterior se desarrolló una metodología para la medición del impacto medioambiental del uso de relaves como material cementicio suplementario, usando análisis de ciclo de vida (LCA) para determinar el posible beneficio del uso de estos desechos. Como resultado se determinó que los beneficios del uso de relaves dependen de la capacidad de estos como material cementicio suplementario, y que, a mayor nivel de desempeño, mejores son los indicadores ambientales comparados con mezclas sin relaves. La nueva metodología propuesta permite una comparación certera de mezclas cementicias con materiales cementicios suplementarios, facilitando el estudio medioambiental de estos y otros residuos. Este estudio demostró la factibilidad del uso de relaves como material cementicio suplementario, con las limitaciones impuestas por la heterogeneidad, la presencia de altas concentraciones de cobre y los impactos medioambientales analizados y discutidos.El impacto de la industria del cemento en la generación de gases de efecto invernadero (5-8 % del total global) hace necesario la búsqueda de alternativas a este material que permitan reducir su impacto, sin afectar las ventajas y propiedades que permiten su amplia utilización en la construcción. Por otro lado, la generación de residuos de la industria del cobre, a tasas crecientes debido a la baja ley de los minerales alcanzando las 200 toneladas de relaves por tonelada producida de cobre, hacen que la búsqueda de formas de uso de estos residuos sea una importante necesidad y ofrezca una oportunidad para la minería. Esto es de alto impacto en países productores de cobre como Chile. En esta tesis se investigó la unión de estas dos necesidades: la utilización de relaves de la industria del cobre como material cementicio suplementario. Para esto, se propuso el uso de tratamientos mecánicos y térmicos para mejorar la capacidad cementicia de los relaves, estudiando también la capacidad de la matriz cementicia de retener la lixiviación de cobre y finalmente el desempeño medioambiental de las mezclas de concreto con relaves tratados. La activación de relaves de cobre mediante tratamientos de molienda y calcinación se estudió comparando mezclas cementicias sin relaves y con relaves sin tratar versus muestras con relaves tratados, esto últimos elegidos entre muestras que mostraron mayor potencial de activación, mostrando aumentos de hasta un 40% en la resistencia mecánica. La heterogeneidad de las muestras se observó al analizar el aumento de entre un 80% y un 140% en la capacidad puzolánica de los relaves una vez tratados. La lixiviación de metales pesados de muestras cementicias conteniendo relaves fue analizada, estudiando específicamente el mecanismo de atrapamiento de fases de cobre dentro de la matriz cementicia. Se determinó que la razón agua-cemento es estadísticamente significativa al analizar la lixiviación de cobre, y se observó la migración de fases de cobre durante el proceso de hidratación hacia productos cementicios como silicatos de calcio hidratados, lo cual fue comprobado mediante análisis de SEM y XANES. También se midió los niveles de lixiviación generales, observando que cuando los relaves están incorporados en la matriz cementicia, los niveles de lixiviación son despreciables. Finalmente, con la información anterior se desarrolló una metodología para la medición del impacto medioambiental del uso de relaves como material cementicio suplementario, usando análisis de ciclo de vida (LCA) para determinar el posible beneficio del uso de estos desechos. Como resultado se determinó que los beneficios del uso de relaves dependen de la capacidad de estos como material cementicio suplementario, y que, a mayor nivel de desempeño, mejores son los indicadores ambientales comparados con mezclas sin relaves. La nueva metodología propuesta permite una comparación certera de mezclas cementicias con materiales cementicios suplementarios, facilitando el estudio medioambiental de estos y otros residuos. Este estudio demostró la factibilidad del uso de relaves como material cementicio suplementario, con las limitaciones impuestas por la heterogeneidad, la presencia de altas concentraciones de cobre y los impactos medioambientales analizados y discutidos.
Diseño de una fuerza laboral polifuncional para el sector servicios :caso aplicado a la industria del retail
(2015) Henao Botero, César Augusto; Muñoz Abogabir, Juan Carlos; Ferrer Ortiz, Juan Carlos; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La gestión de los recursos humanos en el sector servicios, y en particular en la industria del retail, enfrenta fenómenos predecibles como la estacionalidad de la demanda, y no predecibles como su variabilidad y el ausentismo no programado de personal. En tal contexto, incluso empresas con sofisticados sistemas de planificación de turnos, enfrentan problemas de subdotación y sobredotación de personal que pueden provocar aumentos en los costos laborales y un deterioro en el nivel de servicio a clientes. Un factor agravante es que las empresas del sector servicios usualmente consideran empleados capacitados para trabajar en una única actividad, lo cual resta flexibilidad a las posibilidades de asignación. Esta tesis busca evaluar los potenciales beneficios de incorporar flexibilidad laboral en la gestión de los recursos humanos, a partir del uso de personal polifuncional que pueda ser entrenado para trabajar en distintas actividades. El principal objetivo de esta investigación es desarrollar una metodología que permita diseñar una fuerza laboral polifuncional costo-efectiva a nivel estratégico, y entregar políticas de polifuncionalidad eficientes y atractivas de implementar en las empresas del sector servicios. Las hipótesis de trabajo se validaron a través de tres artículos científicos. En un primer artículo, se propuso una estrategia híbrida de flexibilidad laboral, la cual considera el uso de personal polifuncional, pero también considera estrategias tradicionales como el uso de contratos flexibles y el uso de un sistema de programación de turnos para aprovechar esta flexibilidad. El corazón del enfoque fue un modelo de programación lineal entera mixta. Los resultados muestran que es preferible tener empleados polifuncionales cuyos contratos sean altamente flexibles y ofrezcan una buena cantidad de horas laborales semanalmente. El segundo y tercer artículo sólo usan personal polifuncional como estrategia de flexibilidad. A diferencia del primer artículo, estos dos trabajos no estudian el impacto negativo de la estacionalidad de la demanda. Sin embargo, sí consideran distintos niveles de su variabilidad e incorporan el uso de cadenas cerradas para evaluar los beneficios de la polifuncionalidad en sistemas desbalanceados. Ambos artículos presentan diferencias metodológicas, pero sus resultados son consistentes entre sí. El segundo artículo presenta una solución simultánea para determinar la cantidad óptima de empleados polifuncionales por actividad. El enfoque consiste en un modelo de programación lineal entera mixta y el uso de la metodología de optimización robusta. Por otra parte, el tercer artículo propone una modelación continua de la fuerza laboral y un análisis local y separado por actividad, y de manera novedosa entrega una expresión analítica para estimar la cantidad óptima de empleados polifuncionales por actividad. Los resultados obtenidos en los tres artículos proveen un conjunto de lineamientos y políticas para responder las tres preguntas fundamentales sobre polifuncionalidad: dónde agregarla, cuánta agregar, y cómo debería agregarse.
Estabilización proteica de vinos blancos mediante adsorción con óxido de circonio soportado en alúmina porosa
(2025) Silva Barbieri, Daniela Carolina; Pérez Correa, José Ricardo; Escalona Burgos, Néstor; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La presencia de turbidez en las botellas de vino blanco es un defecto relevante para los consumidores, aun cuando no afecta su calidad. La turbidez en vinos es causada principalmente por proteínas inestables relacionadas con la patogénesis de la uva, que permanecen estables durante el proceso de vinificación, pero que pueden precipitar debido a cambios bruscos de temperatura después del embotellado. Existen métodos para reducir las proteínas en el vino, pero se sigue investigando la manera más adecuada de eliminarlas selectivamente. Tradicionalmente, se utiliza bentonita, pero este proceso es lento, genera pérdidas de vino y residuos perjudiciales para el medio ambiente. Además, es intensivo en mano de obra, difícil de automatizar, costoso y afecta negativamente el color y aroma del vino, ya que no es específico para las proteínas inestables. Por ello, se necesitan procedimientos alternativos que mejoren el proceso convencional en varios aspectos. El óxido de circonio (ZrO2) elimina eficazmente las proteínas sin afectar las características del vino. Sin embargo, la producción de materiales de ZrO2 rentables con capacidades eficientes de eliminación de proteínas representa un desafío significativo. Este proyecto investiga una manera más económica y eficaz de aprovechar el potencial del óxido de circonio mediante su impregnación en alúmina de bajo costo y gran superficie activa. El adsorbente óptimo logró una notable reducción en la turbidez, disminuyendo el ΔNTU de 42 a 18, junto con una significativa reducción del 44 % en el contenido total de proteínas, y una reducción de proteínas en el rango de peso molecular de 10 a 70 kDa. Este resultado se atribuye a la modificación de las propiedades texturales de ZrO2/Al2O3, caracterizadas por la reducción de sitios ácidos, el aumento de los diámetros de poro de 4,81 a 7,74 nm y la aparición de cúmulos de circonia en la superficie del soporte poroso.
Evaluation of microbial electrochemical technologies as a sustainable treatment strategy for nitrogen removal in polluted coastal marine systems
(2020) Fuente Traverso, María José de la; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Iglesia Cabezas, Rodrigo Alonso de la; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los ecosistemas marinos costeros del mundo han sido utilizados durante muchos años como receptores de residuos industriales con altas concentraciones de nitrógeno, generando la eutrofización de estos ecosistemas. En este contexto las tecnologías electroquímicas microbianas (MET) han comenzado a ganar atención por su costo y eficiencia en la remoción de nitrógeno y materia orgánica,, utilizando la capacidad metabólica de microorganismos. Sin embargo, todavía tienen limitaciones, como la estrategia de enriquecimiento para comunidades microbianas específicas en los electrodos en condiciones naturales. En esta línea, la aplicación de un sobrepotencial a un electrodo se ha convertido en una técnica de enriquecimiento microbiano sostenible y eficaz. Considerando estos antecedentes, esta tesis estuvo enfocada en dos temas principales. Primero, consolidar la utilización de sobrepotenciales como técnica de enriquecimiento microbiano desde agua de mar natural y lograr enriquecer microorganismos desnitrificantes de manera específica, y (2) desarrollar una MET capaz de remover nitrógeno desde agua de mar natural, utilizando la técnica de enriquecimiento microbiano por sobrepotenciales. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que la aplicación de sobrepotenciales a un electrodo es una técnica efectiva de enriquecimiento de metabolismos microbianos desde un inoculo de agua de mar natural. Específicamente, se demostró que aplicando al electrodo de trabajo -260 mV (vs Ag / AgCl), es posible enriquecer significativamente el establecimiento de microorganismos desnitrificantes. Tomando estos resultados, se logró desarrollar una MET capaz de remover nitrógeno y materia orgánica de manera significativa. En este caso, y diferente a reactores similares reportados en la literatura, el enriquecimiento microbiano en los electrodos se llevó a cabo mediante la aplicación de sobrepotenciales en agua de mar natural, sin la necesidad de uso de medio de cultivo. Específicamente, en el ánodo se observó un enriquecimiento significativo de microorganismos amonio-oxidantes y nitrito-oxidantes, mientras que en el cátodo, se observó un enriquecimiento de microorganismos desnitrificantes y planctomycetes. Finalmente, se logró determinar que el uso de sobrepotenciales podría acelerar el proceso de puesta en marcha de las tecnológicas electroquímicas microbiana y, por ende, ayudar a acelerar su implementación en ambientes reales.
Ingeniería racional de la enzima resveratrol O-metiltransferasa para la síntesis biológica de pinoestilbeno
(2022) Herrera Toro, Daniela Paula; Parra, Loreto; Schüller, Andreas; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los estilbenos son compuestos fenólicos derivados del metabolismo secundario de las plantas y cumplen un rol fundamental en su respuesta defensiva. El resveratrol es uno de los estilbenos más estudiados debido a sus propiedades benéficas para la salud humana. Sin embargo, al ser consumido, es metabolizado rápidamente mostrando una baja biodisponibilidad. Se ha reportado que derivados metilados de resveratrol, tienen una mayor estabilidad y biodisponibilidad, y por tanto un mayor valor agregado y atractivo industrial. El avance en la biocatálisis y la ingeniería metabólica ha permitido que la biosíntesis de resveratrol y derivados, mediante microorganismos optimizados, sea una alternativa sustentable a la síntesis química y a su extracción desde fuentes naturales. Existen escasos estudios que aborden la biosíntesis de pinoestilbeno, resveratrol mono-metilado, de elevado valor comercial. Principalmente porque las enzimas caracterizadas con actividad Ometiltransferasa (OMT), presentan una baja eficiencia en catalizar la mono-metilación de resveratrol, favoreciendo la di-metilación de este compuesto en una reacción secuencial de dos pasos, obteniendo pteroestilbeno como principal producto. Para generar una ruta alternativa de biosíntesis de pinoestilbeno, en esta investigación aplicamos una estrategia de ingeniería racional de proteínas en la enzima resveratrol OMT de Vitis vinifera (VvROMT), la que presenta la mayor eficiencia catalítica descrita en di-metilar resveratrol y obtener pteroestilbeno. En ausencia de la estructura cristalográfica de VvROMT, construimos un modelo tridimensional por homología en una conformación cerrada y catalíticamente competente, en complejo con resveratrol y S-adenosil-metionina. Caracterizamos el sitio de unión a sustrato de VvROMT a través de diferentes herramientas in silico, lo que nos permitió identificar cuatro residuos críticos. Construimos las variantes W20A, F24A, F311A, y F318A mediante mutagénesis sitio dirigida y observamos una disminución considerable de su actividad enzimática a partir de resveratrol, validando nuestro modelo estructural. Luego, mediante un diseño racional, aplicando una estrategia basada en estructura y un análisis comparativo de los residuos del sitio activo entre VvROMT y otras estilbeno OMTs, generamos ocho variantes. La variante F311W/L117F generó hasta un 67% de conversión a pinoestilbeno después de 24 h de reacción mientras que con la enzima nativa no se detectó pinoestilbeno y se obtuvo un 44,2% de conversión a pteroestilbeno. Por otro lado, la variante L117F presentó una mejora global en su actividad específica. Logramos modificar exitosamente la preferencia de sustrato de VvROMT, pasando desde una di-metilación secuencial a mono-metilar resveratrol y obtener pinoestilbeno como principal producto. Estas variantes pueden ser incluidas en rutas sintéticas existentes para la biosíntesis sustentable de pinoestilbeno en sistemas recombinantes. Nuestros resultados sugieren que el sitio activo de VvROMT puede ser ingenierizado para diversificar la producción de estilbenos y otros compuestos fenólicos industrialmente competitivos y beneficiosos para la salud y nutrición humana.
Integrated models for critical spare parts management in asset intensive industries
(2014) Godoy Ramos, David R.; Pascual Jiménez, Rodrigo; Knights, Peter; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los repuestos son de importancia clave para industrias de capital intensivo –como Minería, Aeronáutica, o Defensa– debido a su rol de soportar eficientemente la operación de equipos críticos para mejorar el rendimiento del sistema, logrando así el éxito de negocio. Las organizaciones dentro de tales industrias enfrentan desafíos continuos para aumentar utilización, reducir costos, y manejar riesgos. La falta de guía en estas decisiones puede conducir a una sobre-exigencia de equipos y componentes asociados, afectando disponibilidad, confiabilidad, y productividad del sistema. Los repuestos críticos ameritan, por lo tanto, un modelado complejo. Sin embargo, una perspectiva de gestión de activos físicos –un método sistémico para el manejo óptimo de recursos que garantice sustentablemente objetivos de negocio– no ha sido integrada en cada etapa vital de decisión de las políticas de repuestos. En un esfuerzo por incluir tal enfoque, esta investigación ha modelado el proceso de repuestos desde la selección de recursos hasta requerimientos de la cadena de abastecimiento. El objetivo general de esta tesis consiste en desarrollar un esquema basado sobre la gestión de activos para optimizar todo el ciclo de vida de los repuestos críticos, mediante la integración de cinco áreas claves de decisión: priorización, pedido, reemplazo, externalización, y manejo de grupos de componentes. Estas áreas son cruciales para la excelencia en desempeño de las empresas de capital intensivo.El sistema de soporte resultante es documentado por cinco artículos en revistas ISI que tratan tales áreas claves de decisión. La metodología es ilustrada a través de una introducción, casos de estudios reales, y el logro secuencial de objetivos y contribuciones de cada paper adjunto. Éstos se resumen a continuación. Primero, Paper I “Throughput centered prioritization of machines in transfer lines” entrega la herramienta gráfica denominada Diagrama de Influencia para la Eficiencia de Sistema, la cual prioriza los recursos críticos para el rendimiento considerando acumuladores intermedios. Segundo, Paper II “Critical spare parts ordering decisions using conditional reliability and stochastic lead time” introduce el concepto de Nivel de Servicio Basado sobre Condición para definir el momento de pedido de repuestos en que la operación es suficientemente confiable para soportar la variabilidad de los tiempos de entrega. Tercero, Paper III “Value-based optimization of intervention intervals for critical mining components” muestra la influencia del valor de negocio para anticipar o posponer la época óptima para reemplazar los componentes. Cuarto, Paper IV “Optimizing maintenance service contracts under imperfect maintenance and a finite time horizon” establece las condiciones contractuales que motivan a clientes y proveedores externos de servicios para alcanzar una coordinación ganar-ganar. Por último, Paper V “A decision-making framework to integrate maintenance contract conditions with critical spares management” asigna rentablemente el pool de componentes dentro del contrato de servicios de mantenimiento. Los modelos enriquecidos y herramientas gráficas desarrolladas en estos papers son útiles para diseño de procesos de planta y planificación de largo plazo.Esta tesis provee a los gestores de activos con modelos integrados de soporte de decisiones para optimizar el ciclo de vida de repuestos críticos bajo una perspectiva sistémica. La investigación construye un interesante puente a través de las áreas de mantenimiento basado sobre condiciones, coordinación en externalización, y decisiones conjuntas de ingeniería de confiabilidad y políticas de abastecimiento. Esta interacción responde al objetivo de modelar las etapas clave de decisión del proceso de repuestos y mejorar eficientemente el rendimiento del sistema en industrias intensivas de capital. En resumen, la metodología contribuye al mejoramiento continuo y la rentabilidad de la empresa puesto que se incluyen enfoques orientados al negocio. Esta tesis ha confirmado el valor de pasar desde una visión de mantenimiento sesgada por intereses particulares hacia una perspectiva que considere todo el sistema: la perspectiva de gestión de activos físicos.
Managing uncertainty in agroforestry problems : applications of operation research models and methodologies in the wine and forestry industries.
(2016) Varas Valdés, Mauricio Andrés; Maturana Valderrama, Sergio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Esta investigación se centra principalmente en la aplicación de modelos y metodologías de investigación operativa a problemas que surgen en la industria forestal y de la agricultura. A pesar que los modelos desarrollados difieren tanto en su naturaleza como en el ámbito de aplicación, ´estos comparten el mismo objetivo: incrementar la efectividad de los procesos productivos modelados al incorporar la incertidumbre que afecta su desempeño.En el segundo capítulo de esta tesis se considera el problema de programación de la producción en aserraderos sujeto a incertidumbre. En particular, el modelo propuesto por Maturana et al. (2010) es reformulado con el fin de hacer frente a la incertidumbre tanto en el abastecimiento de materias primas como en las órdenes de los productos. A través de la aplicación del enfoque de optimización robusta propuesto por Bertsimas & Sim (2004), se desarrollan tres modelos robustos: en el primero, sólo se toma en cuenta la incertidumbre en la demanda; en el segundo, sólo incertidumbre en elabastecimiento; y en el tercero, ambas fuentes de incertidumbre son consideradas. En cada uno de ellos, varios experimentos son realizados con el fin de evaluar la robustez de las soluciones, el efecto del nivel de conservatismo en la función de costos y en impacto de la incertidumbre en la programación del aserrado. Además, y mediante simulación de Monte Carlo, se plantean varias estrategias para seleccionar un adecuado nivel de conservatismo con implicancias en la toma de decisiones. En el tercer capítulo se considera la problemática asociada a la gestión de vinos premium y se desarrolla una heurística de dos etapas con el fin de establecer niveles adecuados de inventarios cuando una política (s-1, s) se emplea para la gestión de stock. Se asume que las órdenes por productos llegan de acuerdo a procesos de Poisson independientes; que los inventarios de vinos etiquetados son revisados en forma continua; que hay sólo una máquina que etiqueta; y que el proceso de etiquetado se realiza sólo si existen órdenes por productos. Considerando la minimización de la suma de los costos estacionarios de productos en proceso, en inventario y faltantes por unidad de tiempo, la heurística opera como sigue: en la primera etapa, el proceso de etiquetado es modelado como un sistema polling asimétrico que opera bajo una política de servicio exahustiva y se emplea el enfoque de Winands et al. (2006) para obtener los tiempos medios de espera por producto. Luego,en la segunda etapa se aplica el teorema de Palm (Palm, 1938) que reduce el problema global a la resolución de un problema del vendedor de diarios por cada tipo de etiqueta. La heurística se expone en forma sucinta mediante ejemplos numéricos y también se evalúa su precisión a través de un modelo de simulación. En el cuarto capítulo se analiza la estrategia de postponement como herramienta para hacer frente a la incertidumbre en las órdenes por productos en las viñas. El objetivo de este trabajo, que se basa en el desarrollado por Cholette (2009), es evaluar bajo qué condiciones operacionales un modelo de planificación de la producción (táctico) que opera desacoplando las líneas de etiquetado y embotellado, entrega mejores planes de producción que otro, el cual sólo considera inventario de productos etiquetados. Ambos modelos de programación entera mixta son analizados bajo un marco de horizonte rodante considerando diversas condiciones de holgura en la capacidad productiva, longitud del horizonte y grados de incertidumbre por los productos. Con significancia estad´ıstica semuestra que el nivel de beneficios derivados del uso de postponement son significantes, especialmente,cuando la holgura productiva es baja, el horizonte de planificación es extenso y el grado de incertidumbre es alto.Finalmente, en el quinto capítulo se presentan las conclusiones de esta tesis donde se describen los hallazgos, las debilidades de las formulaciones y propuestas para trabajo futuro.
Pavimentos articulados de bloques asfálticos con RAP y análisis estructural a través de un modelo físico experimental.
(2016) Marín Uribe, Carlos Rodolfo; Thenoux Zeballos, Guillermo A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los pavimentos de los caminos de baja velocidad de proyecto (< 50 km/h) han utilizado como solución para su capa de rodadura, alternativas tradicionales como el asfalto, el hormigón, el bloque de hormigón o adoquín y la piedra pegada. La calidad y durabilidad de estas capas de rodado se han visto afectadas por distintas consideraciones como el grado de artesanía empleado para su construcción, las limitaciones impuestas por el área de pavimentación para el uso de maquinaria tradicional, un deficiente respaldo de estudios de diseño de ingeniería estructural y las dificultades constructivas.La alternativa de los bloques de hormigón ha existido por muchos años por lo que se entiende que existe un nicho en el mercado de construcción de pavimentos en donde el asfalto no se presenta como alternativa o competencia en la modalidad de bloques. Una solución de pavimentación mediante bloques de asfalto obtenidos de manera industrializada otorga ventajas propias de la construcción prefabricada: terminación de construcción con mayor garantía de calidad, oportunidad para que la comunidad participe en la construcción del pavimento, posibilidad de almacenamiento de los bloques para futuras reparaciones y el diseño de las mezclas asfálticas para los bloques no requiere necesariamente cumplir con los criterios de diseño de una mezcla para pavimento continuo que son la fatiga, el ahuellamiento y la fisuración térmica, por lo que existe la oportunidad para incorporar material asfáltico recuperado (RAP) almacenado en grandes cantidades en las plantas de asfalto. El objetivo de esta investigación es desarrollar la ingeniería de un pavimento de bloques de asfalto proponiendo una nueva metodología para el diseño de las mezclas asfálticas recicladas en caliente para el bloque y una evaluación de la respuesta estructural. Para lograr este objetivo se desarrolló un trabajo experimental en laboratorio y un trabajo de terreno. El trabajo experimental permitió investigar el comportamiento mecánico de las mezclas asfálticas con y sin incorporación de RAP y el trabajo de terreno evaluó la respuesta estructural de un tramo de prueba de un pavimento con bloques de asfalto mediante un deflectómetro de impacto (FWD –Falling Weight Deflectometer). Los resultados permitieron desarrollar una alternativa de pavimentación utilizando bloques de asfalto con incorporación de RAP con dos consideraciones fundamentales: se proponen nuevos criterios para el diseño de la mezcla para bloques asfálticos y se plantean soluciones de pavimentos articulados con respuestas estructurales equivalentes a un pavimento asfáltico tradicional utilizado en caminos de baja velocidad de proyecto. Los nuevos criterios para el diseño de la mezcla para bloque son: la resistencia a la tracción directa, la resistencia conservada y las propiedades volumétricas. También se proponen cartas gráficas para el diseño estructural con soluciones continuas para cualquier condición de capacidad de soporte de la subrasante y el número de ejes equivalentes al cual estará sometido el pavimento.
Recycling of fines from construction and demolition concrete wastes
(2014) Serpell Carriquiry, Ricardo Javier; López Casanova, Mauricio Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El hormigón es el material manufacturado en mayor cantidad en el mundo en la actualidad, con una producción que excede las 30,000 millones de toneladas al año. Como tal, su impacto sobre el medio ambiente es materia de constante preocupación. El reciclaje de los residuos de hormigón es considerado en la literatura como una vía efectiva para reducir su huella ambiental. Sin embargo, más del 50% del material obtenido del chancado de hormigones de demolición para la producción de agregados gruesos reciclados es un material de graduación fina de limitado uso en hormigones convencionales, que es generalmente descartado o utilizado en aplicaciones de bajo valor. El desarrollo de nuevos materiales de construcción basados en estos finos podría aumentar significativamente la fracción de residuos de hormigón que pueden ser reciclados. En esta tesis se exploraron dos alternativas de reciclaje basadas en dos niveles distintos de procesamiento de los residuos, estudiando cómo los restos de pasta de cemento hidratada presentes en los finos contribuyen a las propiedades de ingeniería de los materiales reciclados obtenidos en cada caso, y caracterizando el efecto que los factores materiales y de proceso asociados a cada alternativa tienen sobre estas propiedades, con el fin de proveer conocimiento relevante para su desarrollo, optimización y aplicación futura.La primera alternativa explorada fue la fabricación de materiales de baja resistencia controlada basados en agregados finos de hormigón reciclado sin procesamiento adicional. Se desarrolló un método mejorado de diseño de mezclas que facilita el uso de diseños experimentales sencillos para modelar los efectos que las proporciones de la mezcla tienen sobre las propiedades de los materiales resultantes. La comparación de modelos obtenidos para materiales basados en distintos constituyentes permitió evaluar la contribución relativa de cada constituyente a las prestaciones del material. En comparación con los materiales basados en agregados finos vírgenes, los basados en agregados finos reciclados exhiben mejores características de fluidez, segregación y asentamiento, logrando resistencias a compresión dentro de los límites esperados.La segunda alternativa explorada fue la producción de materiales cementicios reactivados basados en el comportamiento hidráulico que exhiben los productos obtenidos de la deshidratación de pastas de cemento hidratadas. Se desarrolló un programa experimental en dos etapas para primero: identificar factores materiales y de proceso que afecten significativamente a la resistencia a compresión de pastas de material reactivado, y segundo: caracterizar los efectos de factores seleccionados sobre un conjunto más amplio de propiedades. Los resultados de la primera fase muestran que es posible aumentar significativamente la resistencia desarrollada por las pastas ajustando la temperatura de deshidratación y el nivel de reemplazo de material reactivado por material cementicio suplementario en las nuevas mezclas. Los resultados de la segunda etapa muestran que los efectos de la temperatura de deshidratación se correlacionan con la concentración de una forma estabilizada de α’-C2S presente en el material reactivado, formada durante el proceso de deshidratación. Esto permitió concluir que la ganancia de resistencia del material reactivado se debe principalmente a la formación de C-S-H por hidratación de este polimorfo de C2S. Adicionalmente, los resultados de la segunda fase muestran, por primera vez, que los materiales cementicios reactivados pueden ser usados para la producción de morteros con resistencias a compresión que superan los 20 MPa a 28 días de hidratación.
Rutilo en polvo y en adición a pasta de cemento : procesos fotocatáliticos para la descontaminación de agua
(2021) Retamoso Llamas, Claudia Patricia; González Hormazabal, Marcelo Andrés; Escalona, Néstor; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La contaminación del agua es un fenómeno asociado a los residuos descargados al ambiente.Actualmente se están investigando alternativas económicamente viables como los Procesosde Oxidación Avanzada (AOP inglés), en donde un material actúa como fotocatalizador yoxida los contaminantes en presencia de luz, en medio acuoso y gaseoso. Dentro de losmateriales fotocatalíticos se destaca el dióxido de titanio (TiO2) en tres fases cristalinasanatasa, rutilo y brookita. Las cuales tienen un máximo de absorción en la región UV, paraalcanzar la zona visible se ha investigado la modificación química con precursores metálicosy no metálicos, principalmente en la anatasa, que han llegado a la zona visible. Es importanteestudiar las características del rutilo y como mejorar su fotoactividad respecto a la eficienciaencontrada con anatasa. Otro desafío del TiO2 es el medio de soporte que lo exponga en unaamplia superficie; por esto el uso de materiales en base a cemento ofrecen una alternativacon una amplia superficie de exposición en la industria de la construcción. En estainvestigación se propone analizar la actividad fotocatalítica en una solución modelo de azulde metileno, de los materiales derivados de la arena de rutilo chilena y soportados en pastade cemento, buscando correlacionarlos con las propiedades fisicoquímicas, explicando los procesos de fotocatálisis heterogénea. Se emplearon diferentes técnicas de caracterizacióntales como difracción de rayos X (XRD inglés, espectroscopia de reflectancia difusa (DRSinglés), espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS inglés), entre otras. La fotocatálisisse realizó en reactores de cuarzo expuestos a luz artificial filtrada. Se caracterizaron ycorrelacionaron las propiedades superficiales del TiO2 rutilo con la actividad fotocatalíticadel material en polvo y soportado en pasta de cemento. Se obtuvo un 64% de efectividad enla descontaminación con rutilo nanométrico en polvo y 49% cuando está soportado en pastade cemento, aunque los resultados sugieren que al existir menor cantidad de rutilo en lasuperficie de la pasta de cemento es posible que la efectividad sea más alta cuando está enpasta de cemento que cuando se encuentra en polvo. Se recomienda posteriormente analizarla sustentabilidad del ciclo de vida para establecer la conveniencia del uso en la industria dela construcción.
Stiffness evolution mechanism of recycled mixes with foamed bitumen and cement
(2013) Halles Arévalo, Felipe Antonio; Thenoux Zeballos, Guillermo A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El reciclado con asfalto espumado es una promisoria técnica de rehabilitación de pavimentos asfálticos que ha sido utilizada ampliamente a nivel mundial desde 1980. Laa mezclas recicladas con asfalto espumado son preparadas utilizando asfalto reciclado, material granular recuperado, asfalto espumado, filler activo y agua. Tradicionalmente la caracterización de las mezclas con asfalto espumado ha sido realizada en probetas curadas de forma acelerada, lo cual representa las propiedades de las mezclas luego de un par de meses desde su construcción (mediano plazo) período. Sin embargo, no hay suficiente información respecto de las propiedades mecánicas de estas mezclas en el corto plazo, es decir inmediatamente después de la construcción, ni en el largo plazo, es decir después de un par de años y después de que un gran número de cargas de tránsito ha sido aplicado. Los Proyectistas necesitan conocer esta información para poder diseñar apropiadamente los espesores de un pavimento con capas recicladas con asfalto espumado y para definir correctamente con contenidos de asfalto y filler activo que constituyen la mezcla.En estas mezclas, el principal agente estabilizador es el asfalto y la mayoría de las investigaciones han estado focalizadas en la caracterización de las propiedades de la mezcla cuando este aditivo es incorporado, además de establecer metodologías para optimizar este contenido. Sin embargo las mezclas con asfalto espumado también utilizan algún tipo de filler activo para modificar la fracción fina de la granulometría de la mezcla recuperada y/o para reducir la susceptibilidad mecánica a la presencia de humedad. Mientras la mayoría de los países utilizan cemento como filler activo, otros utilizan Cal, Ceniza Volante u otros. Por otra parte, mientras el contenido de filler activo es entre 40% – 80% de la cantidad en peso del contenido de asfalto utilizado, a la fecha no existe información concreta respecto del rol que el filler activo cumple en las propiedades y comportamiento de las mezclas estabilizadas con asfalto espumado. En esta investigación, se estudia la evolución de la rigidez y resistencia de estas mezclas a lo largo de toda su vida útil, es decir, en el corto, mediano y largo plazo. Asimismo, se estudia en detalle la contribución del cemento en las propiedades de estas mezclas, dado que es identificado como una de las variables que más afectan las propiedades mecánicas de las mezclas con asfalto espumado.Los resultados indicaron que en el corto plazo estas mezclas necesitan de una significante cantidad de tiempo para adquirir resistencia, la cual puede llegar a ser tan amplia como 12 meses en condiciones de curado normales. Si la ubicación del proyecto es en áreas secas, entonces el proceso de curado toma solo un par de meses. Sin embargo, si la zona donde se emplaza el proyecto es húmeda y el drenaje es pobre, entonces es probable que la mezcla con asfalto espumado no pierda humedad y por lo tanto no adquiera resistencia. En este caso, las propiedades mecánicas de este tipo de mezclas no serán sustancialmente mejores que las que se obtendrían con el mismo material reciclado sin la adición del asfalto espumado. Los análisis conducentes a establecer las propiedades de largo plazo indicaron que una vez que las mezclas con asfalto espumado adquieren rigidez, esta se mantendrá constante o disminuirá según el estado de tensiones que tenga la capa. Si el nivel de tensiones es menor que un valor referencial, la rigidez se mantendrá constante a un nivel muy parecido al de la rigidez máxima. Por el contrario si el estado de tensiones es mayor al valor referencial, la rigidez disminuirá conforme la capa estabilizada es sometida a cargas de tránsito. Se pudo establecer que a medida que el estado de tensiones es mayor, más rápido disminuirá la rigidez de la mezcla.Por otra parte, el estudio del rol que juega el cemento en estas mezclas indicó que el cemento es tan importante como el asfalto espumado en términos de las propiedades de estas mezclas. Mientras el cemento es el principal responsable de proveer resistencia y rigidez a estas mezclas en el corto y mediano plazo, el asfalto es capaz de proveer flexibilidad y durabilidad en el largo plazo. El trabajo conjunto de ambos es el que permite que estas mezclas sean capaces de resistir las cargas de tránsito. Finalmente este trabajo de investigación proporciona recomendaciones concretas respecto al método de diseño de mezclas tradicionalmente utilizado, además de proveer con una herramienta para estimar la rigidez de largo de plazo de mezclas estabilizadas con asfalto espumado y cemento.
Vehicle routing problems with product mixing and extensions
(2016) Paredes Belmar, Germán Enrique; Marianov Kluge, Vladimir; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Esta tesis se proponen modelos de programación matemática y métodos eficientes para resolver distintos problemas de ruteo de vehículos con mezcla de productos. Esta investigación aborda tres problemas que consideran mezcla de productos: Un Problema de Recolección de Leche con Mezclas; El Problema de Recolección de Leche con Mezclas y Puntos de Recolección; y El Problema de Recolección de HAZMAT con carga de múltiples productos. El problema de ruteo con mezcla de productos considera transporte productos de distinta calidad/tipo ofrecidos o demandados por un conjunto de clientes utilizando una flota de vehículos. A diferencia de los problemas tradicionales de ruteo de vehículos multi-producto, la mezcla de dos o más productos puede producir cambios en el estado de cada vehículo. Se requiere realizar un seguimiento de cada vehículo a lo largo de una ruta. En el problema de recolección de leche con mezcla, donde una compañía recolecta leche utilizando una flota de vehículos no-homogénea, desde un conjunto de predios organizados como cooperativa. Existen tres calidades de leche, donde cada predio produce sólo una calidad. Los ingresos aumentan con la calidad de la leche. Además, se requieren cantidades mínimas de cada calidad en la planta. Los predios están distribuidos en una extensa zona geográfica, haciendo que el costo de transporte sea relevante.La novedad del problema es permitir la mezcla de distintas calidades de leche en los camiones, donde la calidad de la mezcla equivale a la leche de más baja calidad cargada. Utilizamos una heurística para resolver el problema, que busca maximizar el beneficio. Se propone un modelo de programación entera y se resuelve con branch-and-cut. El método se prueba en instancias test y en un caso real en el sur de Chile. En el problema de recolección de recolección de leche con mezclas y puntos de recolección, la leche también se mezcla en los camiones. La recolección desde predios lejanos puede generar altos costos de transporte. Se propone ubicar puntos de recolección para que algunos predios lejanos puedan trasladar su producción a esos puntos. Luego, la leche acumulada en esos puntos es recolectada por un camión, evitando así largos recorridos. Se presenta un modelo de programación entera y se resuelve con branch-and-cut en instancias pequeñas. También presentamos una heurística para resolver instancias rápidamente.En el problema de recolección de materiales peligrosos, un grupo de materiales peligrosos de distinto tipo son recolectados con una flota de camiones homogénea. Cada residuo posee expone a la población en distinta medida ante un accidente. Los residuos peligrosos pueden ser transportados en un mismo vehículo, a menos que la legislación actual lo prohíba. El riesgo generado por un vehículo hacia las personas y el ambiente, cambia cuando se agregan a éste nuevos residuos con otros tipos de riesgo. Se propone un modelo de programación entera que minimiza la población expuesta, y los costos de transporte. Presentamos un caso de estudio en Santiago de Chile.

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