3.01 Tesis doctorado
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- ItemBiorremediabilidad y biotoxicidad de suelos intemperizados y altamente contaminados con petróleo crudo(2017) Rodríguez Córdova, Leonardo Andrés; Sáez Navarrete, César; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa extracción intensiva de petróleo fue una bullante actividad en la Región de Magallanes durante la primera mitad del siglo XX. Desde la primera evidencia de hidrocarburos en 1899, el oro negro impulsó a muchos aventureros a instalarse en el sector e iniciar actividades extractivas artesanales. Esto ocurrió hasta que en la década de 1940 el Gobierno de Chile, a través de la Corporación de Fomento de la Producción (CORFO) y de la Empresa Nacional del Petróleo (ENAP), comenzó la explotación más industrializada del recurso. Sin embargo, la precaria tecnología de la época produjo diversos sitios contaminados en forma de fosas de contención de petróleo que por la falta de normativa ambiental y/o el desconocimiento de las consecuencias de este pasivo ambiental, fueron abandonados sin medidas de mitigación. No fue hasta la década del 2000 que normativamente fue desarrollándose el marco regulatorio específico que obliga el tratamiento de este tipo de problemas ambientales. En este trabajo de tesis doctoral se realizó un estudio sobre la aplicación de un sistema de biorremediación para suelos altamente contaminados con petróleo crudo e intemperizados por más de 7 décadas en la Región de Magallanes en Chile. Para ello, se aplicó biorremediación ex-situ on-site aeróbica, utilizando turba de 2 tipos (autóctona y comercial) como agente abultante. Los resultados mostraron que la biorremediación es factible para este tipo de suelos, aunque el proceso no permite llegar a concentraciones contaminantes residuales dentro de los niveles normativos referenciales establecidos. Entre otros resultados obtenidos, se demostró que la turba Magallánica contiene microorganismos potencialmente degradadores del contaminante estudiado, por lo que además de agente abultante puede ser considerada un inóculo adecuado para el proceso degradativo del petróleo crudo envejecido e intemperizado de los suelos estudiados. Adicionalmente se mostró en este trabajo que el suelo contaminado y extensamente intemperizado en estudio aun presenta características biotóxicas medidas a partir de test de germinación de semillas, a pesar del extenso envejecimiento al que ha sido sometido durante 70 años. En este sentido es claro enfatizar que este tipo de suelos debe ser tratado dada la elevada biotoxicidad que aun presenta.
- ItemEvaluation of the seismic behavior of hybrid walls with timber for buildings in Chile(2022) Carrero Roa, Tulio Enrique; Guindos Bretones, Pablo; Santa María Oyanedel, Hernán; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaActualmente, se puede considerar que existen cuatro sistemas dominantes de madera estructural resistente a corte lateral como lo son los muros de corte con estructura de madera ligera marcoplataforma (Light Frame Timber Buildings, LFTB) y muros de paneles de corte de madera laminada encolada (Glued Laminated Timber. GLULAM) contralaminada (Cross Laminated Timber, CLT) y muros de madera microlaminada (Laminated venner lumber, LVL). Con el tiempo, se ha demostrado una mejora en el comportamiento sísmico de las estructuras tradicionales de madera con ensayos experimentales, pero la construcción de edificios de mediana y gran altura en países con alta sismicidad presenta importantes inconvenientes con este tipo de muros de corte. En el caso de las estructuras LFTB, son adecuadas para edificios de mediana altura, pero generalmente no tienen suficiente capacidad de carga lateral. Por otro lado, la principal dificultad en las estructuras de CLT es la rotación del cuerpo rígido del muro y la falta de ductilidad. Esta rotación rígida aumenta notablemente los desplazamientos laterales de entrepisos, lo que limita drásticamente la posibilidad de cumplir con los desplazamientos máximos de entrepisos establecidos en el Código Chileno en NCh 433. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido estudiar la capacidad de carga lateral y el efecto de la conexión entre los componentes de los muros híbridos de corte, ya que se asume que es necesario estructuras híbridas y nuevas tipologías de muros para que los edificios de madera de gran altura mejoren el rendimiento estructural en países altamente sísmicos. Además, los sistemas propuestos han sido diseñados para ser un sistema estructural competitivo en el contexto de la construcción industrializada. Por lo tanto, se asume que los conjuntos propuestos son una solución viable para las empresas de madera prefabricada. La investigación incluye la caracterización experimental de los sistemas propuestos a través de ensayos cíclicos y monotónicos mediante el estándar Europeo EN12512 (protocolo de carga para ensayos). Además, se han realizado estudios numéricos para evaluar las implicaciones de las soluciones propuestas, que incluyeron análisis no lineales. Los resultados de este trabajo permitieron proponer dos muros de cortante mucho más fuertes, rígidos y dúctiles en comparación con los muros de cortante de madera tradicionales, esos sistemas consistieron en: (a) Un entramado de perfiles de acero con paneles de revestimiento CLT, y (b) un marco de madera laminada más paneles de OSB como revestimiento interno.
- ItemFunctional oxide-based electronics for logic, memory, and RF applications(2021) Gómez Mir, Jorge Tomás; Abusleme Hoffman, Ángel Christian; Datta, Suman; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaMoore’s law, which aims to double the number of transistors in the same area every 18 months, has been in full swing over the last 60 years. Almost every highperformance chip company considered moving to the next available technology node as a primary way to maximize value, however, with Moore’s law slowing down, it is necessary to seek different strategies more closely aligned with the needs of each application. Without the expected device performance boost every 18 months, industries have started to look closely at each step in the production chain providing many opportunities to improve performance aside from of simply reducing the scale of transistors. This work explores and optimizes oxide-based emerging devices for logic, memory, neuromorphic computing and high frequency applications. We performed electrical characterization of several devices and developed high-fidelity, compact circuit-level models. These models bridge the different levels of the supply chain allowing us to exploit the performance of these novel devices for specific applications. For instance, for logic applications we modeled, built, and tested doped-Hafnium Dioxide based ferroelectric field effect transistors (FeFET). We then utilized these experimentally calibrated compact models to explore the phenomenon of Negative Capacitance (NC). This phenomenon can be harnessed to provide a boost in logic transistor performance. We also proposed and experimentally demonstrated the utilization of an amorphous semiconductor oxide channel transistor using a Tungstendoped Indium Oxide transistor. This transistor provides ultra-low leakage and is back-end-of-line (BEOL) compatible. Using these devices, we modeled, built, and tested a BEOL compatible embedded DRAM (eDRAM) with ultra-long refresh time.
- ItemTowards flexible photovoltaic power, using energy storage and power forecasts : a thecno-economic assessment(2021) Castillejo Cuberos, Armando; Escobar Moragas, Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl presente trabajo refiere al diseño y operación de centrales fotovoltaicas acopladas con sistemas de almacenamiento de energía en baterías, usando pronósticos de generación fotovoltaica e información del Mercado eléctrico para formular el despacho de la planta y proveer un nivel de cumplimiento técnico, analizando el efecto de la estructura de costos en la factibilidad económica de estos proyectos. El objetivo principal de este trabajo es desarrollar una metodología para el dimensionamiento apropiado de plantas fotovoltaicas acopladas a sistemas de almacenamiento de energía en baterías, considerando pronósticos de generación e información del mercado eléctrico. Para este efecto, cuatro objetivos específicos se definieron, relacionados con: un análisis detallado de las características del recurso solar, determinando el efecto de su variabilidad en los pronósticos de generación fotovoltaica; el desarrollo de un sistema de pronóstico de generación fotovoltaica y su aplicación para su despacho eléctrico considerando acople con un sistema de baterías, y la evaluación de su desempeño técnico y económico bajo distintos escenarios económicos. Esta tesis se compone de 6 capítulos, de los cuales 3 corresponden a artículos científicos en revistas indexadas. Metodológicamente, este estudio se divide en cuatro etapas. La primera (en los capítulos 2 y 3) se enfoca en las técnicas para la evaluación del recurso solar y su aplicación para la definición y análisis de sus características dinámicas en distintos contextos espaciotemporales, lo cual sirve como dato de entrada para la simulación de plantas y la formulación de los pronósticos (capítulo 4). La segunda etapa se enfoca en las técnicas de pronóstico de radiación solar y su estado del arte, con el propósito de desarrollar metodologías efectivas tanto para el pronóstico como la evaluación de su desempeño, caracterizándolo bajo distintas circunstancias y tomando en cuenta consideraciones operacionales relacionadas con la utilidad de los pronósticos como herramienta para la toma de decisiones. La tercera etapa refiere al modelado de la planta fotovoltaica y el sistema de baterías, la integración con el pronóstico meteorológico y el desarrollo del algoritmo de despacho, considerando tanto el pronóstico de generación como información del mercado eléctrico, restricciones operacionales y la compleja dinámica de las baterías en cuanto a los fenómenos eléctricos y térmicos y su relación con la degradación de las mismas. La etapa final (capítulo 5) se enfoca en la evaluación técnica de estas plantas, para determinar su cumplimiento con la planificación de despacho, pero también evaluando su costo nivelado de energía (LCOE). Esta evaluación se realiza considerando los precios actuales y proyectados para los componentes de la panta y, evalúa medidas adicionales para la reducción de los costos totales a lo largo del ciclo de vida de la planta, modificando ciertos parámetros de diseño. Los resultados de este trabajo demuestran que es necesario considerar las características dinámicas del recurso solar en su evaluación, ya que locaciones con niveles de energía similares pueden exhibir patrones dinámicos muy disímiles a través de distintas escalas temporales. Similarmente, las características del recurso solar tienen un efecto definitivo en el desempeño de los métodos de pronóstico y es necesario evaluarlos no solamente en los comúnmente reportados indicadores anuales o estacionales, sino para condiciones meteorológicas específicas, ya que los resultados pueden ser muy disímiles entre estos. La anticipación del pronóstico es una consideración operacional importante para la toma de decisiones, que tiene un efecto pronunciado en el desempeño de un método de pronóstico y por tanto es un parámetro clave a considerar en su evaluación. Para alcanzar un despacho confiable de plantas fotovoltaicas tanto en cantidad de energía como su tasa de cambio, es necesaria una combinación de sobredimensionamiento del campo solar y la adición de almacenamiento de energía (respectivamente). El sistema de baterías es el principal contribuyente (~60%) al costo total durante el ciclo de vida, con su degradación siendo un parámetro definitorio para la evaluación económica y por tanto requiere una evaluación cuidadosa, ya que depende mayormente del patrón de uso de las mismas. Así mismo, la selección del umbral de reemplazo de baterías tiene una influencia significativa en el costo durante el ciclo de vida, su valor apropiado es específico para el tamaño de planta y su selección cuidadosa tiene el potencial de disminuir el LCOE entre 10-20%. Finalmente, es posible lograr plantas con mayor a 90% de cumplimiento en planificación de despacho una vez que reducciones de costo substanciales en los componentes de la planta ocurran y técnicas apropiadas de dimensionamiento sean utilizadas, permitiendo alcanzar LCOEs menores a 70$/MWh para plantas con hasta 4 horas de almacenamiento de energía.