ING Tesis doctorado

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1-G physical modeling of dynamic soil-structure interaction for semi-buried structures using continuous monitoring in space and time
(2022) Segaline Bustamante, Hugo Javier; Sáez Robert, Esteban; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La interacción dinámica suelo-estructura (DSSI) ha sido un tema de gran interés durante las últimas décadas. Varias investigaciones han demostrado la importancia de considerar el suelo como parte del diseño estructural, ya que la respuesta de la estructura puede estar fuertemente influenciada por el suelo en función de sus características. Por el contrario, en la práctica común se suele despreciar los efectos del DSSI pues se asume que es una hipótesis invariablemente conservadora, sin embargo, varios estudios revelan que esta hipótesis no es necesariamente cierta ya que hay varios factores a considerar. Por ello, a lo largo del tiempo se han desarrollado diferentes estrategias, ya sea de modelización numérica, analítica o física, para estudiar distintos aspectos del fenómeno DSSI. Esta investigación se basa en el desarrollo de un nuevo dispositivo de caja laminar capaz de simular las condiciones de contorno lateral del suelo. La principal característica de este contenedor laminar es la transparencia de su parte frontal, lo que permite una visualización completa del suelo y su interacción con las estructuras semienterradas considerando un análisis 2D a través de la técnica de correlación de imágenes digitales (DIC). Además, la distribución de la presión dinámica se obtuvo mediante un sensor táctil, que permite correlacionar las imágenes de desplazamiento con el patrón de presión en las diferentes estructuras parcialmente enterradas. Para el caso de los pisos subterráneos de edificios de muros de corte, se verificaron los efectos de interacción cinemática y su relación con la fuerza ejercida sobre estos muros. Para el caso de muros de contención, se evaluó la variación en el tiempo de la forma de la cuña activa como función de la amplitud del movimiento dinámico. Finalmente, tanto para los muros subterráneos como para los muros de contención, se presenta la distribución de presiones para diferentes configuraciones de diseño en términos de profundidad de enterramiento y contenido frecuencial de la carga.
A transitional proposal for working fluids in csp from GEN2 to GEN3: Evaluating their thermophysical properties, corrosion behavior, and economic impact
(2024) Castro Quijada, Matias Daniel; Videla Leiva, Alvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
In the pursuit of reducing the levelized cost of electricity (LCOE) in concentrated solar power (CSP) plants, the search for working fluids (WF) capable of withstanding higher temperatures than current nitrate-based solar salt has emerged. This endeavor aims to enhance generation efficiency without increasing system costs. Despite consensus favoring chlorides for the new system, challenges such as high melting points and extreme corrosiveness of low-melting-point chlorides (e.g., NaCl-KCl-MgCl₂) have hindered the evolution of this technology. This research proposes a systematic transition from the current solar salt to an equimolar salt mixture of NaNO₃, KNO₃, NaCl, and KCl. The thermophysical properties of these salts were assessed using standard methods and methodology such as DSC for melting point and heat capacity, TGA for degradation temperature, Archimedean method for mass density, and rotational viscometry for viscosity. Results revealed improved properties with increased chloride content up to 50 mol% Cl, showcasing lower melting temperatures with less than 30 mol% Cl, and degradation temperatures reaching 642 °C with 50 mol% Cl, compared to 592 °C for the base case. The addition of chloride also enhances energy density, though concerns arise regarding viscosity at low temperatures and high chloride content.The corrosion rate (CR) and mechanisms associated with chloride-containing salts in 304L stainless steel were investigated at 500 °C for up to 21 days. CR was determined using gravimetry, while the morphology, chemical composition, and microstructure of the corrosion products were characterized using XRD, FESEM-EDS, and GD-OES. Exposure to molten salt with 0 mol% Cl (solar salt) resulted in negligible corrosion. The salt with 14 mol% Cl produced a stable corrosion product with a rate 30 times higher than the chloride free salt. All quaternary salts exhibited a multilayer structure with selective chromium (Cr) removal. Salts with more than 29 mol% Cl showed similar structures with Cr and iron (Fe) removal, leading to more brittle layers and higher corrosion rates (90 to 250 times). Cl diffusion into the oxide layer was confirmed, highlighting the roles of Cl₂(g) and O₂(g) in driving corrosivity. Using salts with 29 mol% Cl at 500 °C is discouraged, while using 304L with 14 mol% Cl in a cold tank may be viable. The salt with 14 mol% Cl content exhibited homogeneous corrosion at 100 µm/year. In contrast, salts with 29 and 50 mol% Cl content displayed localized corrosion, with rates of 280 and 755 µm/year, respectively, after 21 days at 500 °C in an open atmosphere.Potentiodynamic polarization sweep studies on 304L and 316L stainless steels, as well as on Haynes 230 and Hastelloy C-22, in the presence of three selected salts, revealed that superalloys Haynes 230 and Hastelloy C-22 demonstrated remarkable insensitivity to escalating chloride content. Furthermore, Hastelloy C-22 exhibited greater resilience, attributed to its higher molybdenum (Mo) content compared to the tungsten (W) content in Haynes 230, making it a promising material for CSP Gen3.Performance evaluations of the proposed CSP salts, utilizing a tailored TRNSYS library with SAM and DELSOL3 in a MATLAB framework, revealed increased generation efficiencywhen using these proposed quaternary salts. However, considering cost factors, incorporating chlorides and new materials reduced the LCOE to values similar to less thermally stable or more expensive nitrates. While the higher risk may not justify the limited benefits of quaternary salts, this transition path aligns with the stepwise methodology devised by NREL to encourage a gradual Gen3 transition and control investment risk. Therefore, further corrosion and material compatibility studies are necessary to determine the appropriate cost of replacing components and assess its impact on the LCOE through long trial assays
An in vitro model for photosynthetic cancer treatment: a study of photosynthetic and tumor cell co-culture
(2024) Holmes Videla, Christopher Edward; Egaña, José T.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La baja tensión de oxígeno (hipoxia) en tumores conlleva a la resistencia de una serie de tratamientos clínicos, por lo que el uso de microorganismos fotosintéticos se ha planteado recientemente como una alternativa segura para proveer de oxígeno al microambiente tumoral. En este trabajo se estudió la biocompatibilidad de la microalga Chlamydomonas reinhardtii con condiciones de crecimiento de células mamíferas. Se cultivó esta microalga junto con células de melanoma, con ambos tipos celulares resultando biocompatibles entre sí, pero con las microalgas afectando la organización del citoesqueleto de las células tumorales. Se observó que la oxigenación en co-cultivos era suficiente para eliminar condiciones de hipoxia y producir más oxigeno del requerido metabólicamente por las células tumorales. Se observó que esta producción de oxígeno era capaz de aumentar la muerte tumoral por radioterapia. Como último objetivo se estableció un modelo tumoral fotosintético en 3D por medio de una matriz de colágeno. Se estudiaron las interacciones entre ambos tipos celulares con la matriz junto con la oxigenación de células tumorales en un ambiente 3D hipóxico. Se demostró que ambos tipos celulares son biocompatibles por al menos 24 horas de contacto en condiciones de cultivo celular y que una razón de 10:1 microalgas a células, era capaz de cumplir con los requerimientos metabólicos de las células tumorales, produciendo un exceso de más del doble del oxígeno requerido, el cual puede ser usado a futuro para terapias antitumorales. Este trabajo muestra ue el uso de Chlamydomonas reinhardtii es una alternativa viable para la oxigenación de tumores para tratamiento clínicos, mientras que el modelo tumoral fotosintético in vitro presentado nos entregó un simple recurso para estudiar los efectos de la fotosíntesis en el microambiente tumoral y una herramienta para manipular esta aproximación para optimizar su uso en terapias clínicas.
Análisis de fragilidad sísmica de edificaciones de albañilería armada de bloques de hormigón parcialmente rellenos
(2021) Ramírez Bolaños, Pablo Andrés; Almazán Campillay, José Luis; Sandoval Mandujano, Cristián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La albañilería armada es uno de los sistemas estructurales más utilizados a nivel mundial para la construcción de edificaciones de baja y mediana altura, en zonas de alta y moderada actividad sísmica. En el caso de Chile, cerca del 32% de todo el inventario de construcciones residenciales lo constituyen edificaciones de albañilería armada. Según los últimos antecedentes sísmicos reportados en el país, un número importante de estas estructuras han presentado un desempeño sísmico desfavorable ante terremotos de moderada y severa intensidad. Esto refleja que deficiencias en el diseño sismo-resistente y/o defectos constructivos pueden haber sido las causas de este mal comportamiento. Con base en esta situación y considerando el contexto del riesgo sísmico en Chile, una evaluación del desempeño sísmico para estas edificaciones se hace necesario realizar, particularmente para aquellas construcciones que se encuentran localizadas en áreas densamente pobladas y en zonas, donde el silencio sísmico ha prevalecido por largo tiempo. Con este enfoque, la presente investigación desarrolla un análisis de fragilidad para estimar la probabilidad de daño esperada en una edificación-tipo de albañilería armada, considerando la variabilidad del movimiento del terreno como la principal fuente de influencia en la incertidumbre de la respuesta sísmica. El prototipo de edificación estudiado corresponde a una vivienda social típica de dos pisos representativa de albañilerías chilenas y estructurada en base a muros de albañilería armada de bloques huecos de hormigón parcialmente rellenos (PG-RCMSW, por sus siglas en inglés). Como apoyo para el desarrollo del análisis de fragilidad, un estudio experimental y numérico es también abordado. En el estudio experimental, las propiedades mecánicas de la albañilería son caracterizadas y la respuesta cíclica de diez muros PG-RCMSW sometidos a cargas laterales reversibles en su propio plano, es analizada para tres variables de diseño: relación de aspecto, cuantía de acero de refuerzo horizontal y nivel precompresión axial. En el estudio numérico, un modelo histerético simple es implementado para reproducir el comportamiento inelástico de los muros ensayados, y un modelo numérico de elementos finitos es propuesto para simular la relación constitutiva fuerza–deformación para una condición de carga monotónica. Con base en los resultados obtenidos de estos estudios, un modelo dinámico simplificado es formulado y funciones de fragilidad, para tres estados límites distintos son derivadas utilizando el enfoque del análisis dinámico incremental (IDA) y el método de análisis de múltiples bandas (MSA). Finalmente, como ejemplo de aplicación, la fragilidad sísmica de la edificación-tipo es estimada para un escenario sísmico determinístico localizado en el norte de Chile, donde la albañilería conformada por muros de bloques de hormigón prevalece como sistema estructural. Como conclusión del análisis de fragilidad, se encuentra que la severidad de los daños esperados para este tipo de construcciones depende principalmente de la configuración geométrica y estructural de los machones que se originan entre las aberturas de los muros resistentes. Un diseño o reforzamiento apropiado para estos elementos, conduciría en alguna medida, a reducir la vulnerabilidad sísmica de estas estructuras ante movimientos sísmicos fuertes.
Applications of boundary integral equations and homogenization for the numerical simulation of living tissues
(2023) Martínez Ávila, Isabel Alejandra; Jerez Hanckes, Carlos F.; Sing-Long C., Carlos A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Durante las ultimas décadas se ha logrado un enorme progreso en las aplicaciones biomédicas gracias a la capacidad de modelar y simular computacionalmente fenómenos complejos. De hecho, la derivación y análisis de modelos fisiológicos cada vez más realistas, así como métodos numéricos adecuados para resolverlos, ha permitido la identificación de variables relevantes y patrones de comportamiento con uso inmediato para médicos y especialistas biomédicos. La presente tesis propone modelos matemáticos y computacionales para estudiar fenómenos electrofisiológicos complejos a escala celular utilizando técnicas de ecuaciones integrales de frontera y homogeneización. Las aplicaciones específicas consideradas son la estimulación neural periférica y la electropermeabilización celular. Los métodos de homogeneización y análisis multiescala se utilizarán para obtener dos modelos de orden reducido: (a) una ecuación de cable no lineal para un axón mielinizado que considera la microestructura del mismo en tres dimensiones; y, (b) un modelo de bidominio no lineal en tres dimensiones, que describe el comportamiento macroscopico del potencial eléctrico en un manojo de axones mielinados. Para el proceso de electropermeabilización, aplicamos y desarrollamos un marco teórico para la resolución del fenómeno a escala celular en tres dimensiones usando la formulación integral de múltiples trazas junto a un esquema temporal semi-implícito. También presentamos un algoritmo numérico para simular el proceso.
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.
Design and experimentation of seismic protection systems for fluid storage tanks
(2024) Tapia Flores, Nicolás Felipe; Almazán Campillay, José Luis; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La protección sísmica de estanques de almacenamiento de líquidos ha sido un tema poco explorado en el ámbito de la ingeniería estructural. A pesar de que estas estructuras, ocultas en entornos industriales y sistemas de suministro, pueden pasar desapercibidas al documentar daños después de un evento sísmico, el mal comportamiento sísmico de estos estanques puede tener amplias implicaciones económicas, funcionales y ambientales, entre otras. Los mayores registros de daños post - sismo se han observado principalmente en estanques de pared delgada, ampliamente utilizados en la industria alimentaria y de producción de alcoholes. Los estanques de almacenamiento se dividen en dos categorías principales: estanques de apoyo continuo y estanques de apoyo en patas. Ambos tipos han experimentado daños considerables tras eventos sísmicos en países como Chile, Estados Unidos, Argentina, Italia y Nueva Zelanda. Este estudio se enfocó en desarrollar sistemas de protección sísmica específicos para ambas tipologías de estanques, los cuales fueron patentados tanto en Chile como en Estados Unidos, con patentes ya otorgadas. Para los estanques de apoyo continuo, se ideó un sistema de anclaje llamado NWSTADAS, que permite el levantamiento controlado del manto y agrega disipación de energía. Este sistema ofrece control sobre las cargas transmitidas tanto al manto como a la fundación, siendo aplicable tanto en estanques nuevos como en la modernización de estanques existentes. Se realizaron pruebas de laboratorio a los prototipos desarrollados, junto con la implementación exitosa de estos sistemas en estanques existentes y nuevos, en colaboración con la industria. Se presenta una metodología de diseño para esta solución propuesta. Para los estanques de apoyo en patas, se diseñó un sistema de aislación con auto centrado, basado en la transmisión de la carga axial mediante patas apoyadas sobre deslizadores planos y un sistema de restitución elastoplástico denominado columna auto - centrante. Se estudió el comportamiento de roce de diversos polímeros, poco utilizados en sistemas de aislación friccional, para ampliar las alternativas de diseño y mejorar las estimaciones de comportamiento. Se propuso un nuevo modelo de roce que representa de manera más precisa el comportamiento observado en la campaña experimental, incorporando fenómenos identificados en la literatura, pero no considerados en los modelos existentes. Se presenta una metodología de diseño para esta solución propuesta.
Direct laser interference patterning on copper to prevent Variovorax sp. settlement onto metallic surfaces
(2022) Caro Lara, Luis Alberto; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El desarrollo de biopelículas perjudiciales en superficies metálicas afecta el rendimiento y vida útil de estas. La micro-texturización con láser aparece como una estrategia novedosa para impedir el crecimiento de biopelículas, bloqueando las etapas iniciales de la adhesión bacteriana y mejorando las características antimicrobianas de los metales. Este trabajo tiene como objetivo estudiar dos efectos de la micro-texturización con láser en cobre sobre la bacteria tolerante a cobre Variovorax sp.: i) la adhesión bacteriana inicial a la superficie, y ii) la inactivación de las bacterias por el efecto de muerte por contacto. En este último objetivo se agregó como control a la bacteria no-tolerante a cobre Escherichia coli. Para llevar a cabo estos objetivos, se produjeron patrones lineales con periodicidades de 4,7, 6,8, 14 y 18 μm mediante texturización laser en cupones de cobre. Las propiedades de la superficie se caracterizaron mediante técnicas microscópicas y espectroscópicas, mientras que la interacción superficie/bacteria se realizó mediante microscopía de epifluorescencia, funcionalización de puntas de microscopía de fuerza atómica y pruebas de muerte por contacto. En cuanto al objetivo i), la periodicidad de 4,7 μm resultó ser el patrón más eficiente para suprimir la adhesión inicial de Variovorax sp. en un 31,1 % comparado con la superficie no texturizada. Además, se observó un asentamiento preferente en los picos por sobre valles para los patrones con periodicidades de 14 y 18 μm, mostrando estos patrones más eventos de adhesión que los diseños más pequeños. En cuanto al objetivo ii) el incremento de Cu(OH)2 resultante del tratamiento con láser y el contacto bacteria-superficie fueron los factores determinantes en el incremento del efecto antimicrobiano del cobre frente a Variovorax sp. y Escherichia coli inactivando el 87% y el 100% de las células tras 2 horas y los primeros 5 minutos del ensayo, respectivamente. Estos hallazgos aportan a la comprensión de la adhesión bacteriana y el efecto de muerte por contacto de las superficies de cobre, contribuyendo así al desarrollo potencial de estrategias inocuas para controlar el crecimiento de biopelículas en materiales hechos con cobre.
Economía de los vehículos vacíos de carga y logística colaborativa
(2024) Farren Spencer, Dario Andres; Giesen Encina, Ricardo; Rizzi Campanella, Luis Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los viajes vacíos representan una parte considerable del flujo de camiones interurbano, fluctuando del 15 % al 40 %, y afectan significativamente la eficiencia y sostenibilidad de las operaciones logísticas. Aunque algunos de estos viajes vac´ıos se deben a desequili brios en los flujos de carga, es comun encontrarlos en ambas direcciones de una ruta. Este fenómeno, conocido como el problema de la carga de retorno, contribuye a aumentar las tasas de congestion vial, accidentes y emisiones a nivel agregado, además de incrementar los costos para productores y despachadores, sin generar ganancias adicionales. Comprender y modelar los factores que influyen en el flujo de vehículos vacíos es crucial para una amplia variedad de decisiones, desde políticas públicas hasta la planificación de infraestructuras y la regulacion del transporte. Sin embargo, los modelos tradicionales no permiten abordar profundamente el problema de la carga de retorno. Este trabajo profundiza la comprension del flujo de vehículos vacíos mas allá de los desequilibrios de carga. Examina como la competencia, la tecnología, la estructura de la demanda y la diferenciacion de servicios de transporte afectan los flujos de carga, la presencia de vehículos vacíos, los precios de transporte y la cantidad de transportistas en equilibrio. El problema se aborda inicialmente mediante el desarrollo de un modelo microeconómico para un circuito cíclico simple. En este modelo, los transportistas conectan dos mercados y ofrecen servicios diferenciados, utilizando la misma tecnología. Los resultados del modelo muestran que el transporte de carga no solo produce vehículos vacíos debido al desbalance en el transporte de cargas entre los pares de origen y destino, sino tambien a causa de los patrones estocasticos de la demanda. Cuando un nuevo transportista entra al mercado, contribuye a aumentar el flujo de vehículos vacíos debido al efecto de robo de negocios. El modelo propuesto permite mostrar que los viajes vacíos perturban el equilibrio de precios y transportistas, creando una brecha entre el equilibrio de y los valores socialmente optimos. La coordinación de las operaciones de los transportistas, permite minimizar el flujo de vehículos vacíos, acercando el equilibrio del sistema al resultado socialmente óptimo. En segundo lugar, ampliamos el modelo anterior para analizar el equilibrio de míltiples mercados geograficamente separados e interconectados mediante un sistema que integra diferentes modos de transporte, como carreteras y ferrocarriles. Este modelo captura las decisiones estrategicas de despachadores y transportistas, incluyendo la selecció de rutas, modos de transporte y negociacion de tarifas, ofreciendo una visión integral del equilibrio en el mercado de transporte. Examina como el movimiento de vehículos vacíos influye en los flujos de carga, los costos del transporte y la dinamica competitiva entre operadores, aspecto clave para comprender las implicaciones de las decisiones relacionadas con la capacidad y la asignacion de recursos en diversos entornos multimodales. El modelo puede validarse experimentalmente estimando los parametros de demanda a través de encuestas y calibrando los flujos de vehículos y carga con datos obtenidos en estacionesde pesaje. Esto permite considerar factores como el peso, volumen, tipo de mercancía y requisitos específicos de transporte. Ademas, permite simular el impacto de regulaciones o cambios en la infraestructura, asistiendo a los tomadores de decisiones en la mitigacion de riesgos y la explotacion de oportunidades económicas. Finalmente, la aplicacion del modelo requiere calibrar con precisión los flujos proyectados para replicar los observados, lo que implica estimar los flujos de vehículos, con y sin carga, en diversas ubicaciones. Ante la falta de mediciones sistematicas, se desarrollo un enfoque basado en datos de Estaciones de Pesaje en Movimiento (WIM) y aprendiza je supervisado para estimar el Trafico Promedio Diario Anual (AADT) y el peso de los vehículos. Este metodo mejora la eficiencia, proporcionando predicciones precisas con menos datos, lo que amplía su utilidad en diversas ubicaciones estrategicas.
Effect of the microstructure of 316L stainless steel processed by laser powder bed fusion on its wear performance
(2022) Barrionuevo Chiluiza, Germán Omar; Walczak, Magdalena; Ramos Grez, Jorge; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La fabricación aditiva de metal (AM) ha cambiado los paradigmas en el procesamiento de materiales. Sin embargo, al tratarse de un proceso de fabricación por capas y debido a la compleja interacción material-láser, la microestructura resultante difiere de las aleaciones homólogas convencionales, y su evolución depende del ciclo térmico, tanto del gradiente de temperatura como de la tasa de solidificación. Dado que las propiedades mecánicas dependen de la microestructura, las propiedades de una pieza fabricada por fusión selectiva láser (LPBF) están significativamente influenciadas por los parámetros de procesamiento y la estrategia de escaneo. Los componentes para aplicaciones de contacto cinemático requieren una evaluación del rendimiento de desgaste en el contexto de LPBF. La presente investigación se centra en el estudio del efecto de la potencia del láser, la velocidad de escaneo y el espaciamiento de la trama sobre la densidad, microdureza y desgaste del acero inoxidable 316L. Se utilizaron varias técnicas de caracterización para determinar cómo la microestructura afecta la resistencia al desgaste: microscopía óptica y electrónica, difracción de rayos X y espectrometría. Para la evaluación del desgaste se utilizó un tribómetro pin-on-disc y nanoindentación. Además, se realizó una simulación de elementos finitos para estudiar el comportamiento de la pileta fundida y determinar el gradiente térmico y la tasa de enfriamiento. Los resultados muestran que la velocidad es el único parámetro estadísticamente significativo que influye tanto en la densificación como en la microdureza. La muestra fabricada por LPBF muestra un aumento aproximado de 40% en la microdureza y una tasa de desgaste un 30% más baja que la muestra fabricada convencionalmente. La microestructura celular y columnar resultante de la ultrarrápida tasa de enfriamiento durante la solidificación permite una mayor deformación elástico-plástica y por lo tanto mejora la resistencia al desgaste. Finalmente, se concluye que la mejora en la resistencia al desgaste se debe a que la alta densidad de dislocaciones en el límite celular juega un papel clave en el efecto de fortalecimiento interfacial.
Herramientas de libre acceso para la detección de secuencias específicas en ADN ambiental
(2023) Matute Torres, Tamara Francisca; Federici, Fernán; Ramírez Sarmiento, César Antonio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La conservación de los recursos naturales y la diversidad biológica representa un desafío urgente a abordar a nivel mundial. Dentro de los grandes problemas que afectan actualmente a la biodiversidad está la presencia de especies exóticas invasoras (EEI) en los ecosistemas naturales. Este factor no solo determina un gran deterioro en la diversidad biológica y daño ecosistémico, sino que también se traduce en importantes pérdidas económicas y amenazas zoonóticas. Dado que las posibilidades de controlar una especie invasora una vez que ha colonizado un lugar se vuelven escasas, las recomendaciones a nivel internacional apuntan a estrategias de monitoreo temprano como la opción más económica y efectiva que permite ejecutar planes anticipados de prevención. Sin embargo, una de las principales barreras en el control y contención de las EEI es la inexistencia de sistemas de monitoreo adecuados y la dificultad de movilizar recursos para su ejecución. Es por esto, que urge la necesidad de crear sistemas de monitoreo económicos, rápidos y eficientes que permitan una temprana identificación de EEI en terreno. En este trabajo se presenta el desarrollo de recursos biológicos, hardware y software de libre acceso para el monitoreo de ADN ambiental en ecosistemas hídricos, enfocado principalmente en la detección de Castor Canadensis. Esto incluye el desarrollo de herramientas moleculares accesibles localmente, la elaboración y optimización de reacciones LAMP caseras y a bajo costo, la selección de targets y diseño de primers específicos para mejorar el desempeño de las reacciones con muestras ambientales, la validación de ensayos LAMP para la detección de Castor Canadensis, y la elaboración de equipamiento y software de libre acceso para el registro y análisis de señales fluorescentes. Los resultados de esta tesis demuestran la detección molecular de ADN de Castor Canadensis a bajo costo y de manera descentralizada gracias a los insumos producidos de manera local y el desarrollo de herramientas de libre acceso de hardware y software. Además, el desempeño de estas reacciones fue comparable con los kits comerciales en términos de sensibilidad y especificidad, constituyéndose como una alternativa más económica para el diagnóstico molecular. Se espera continuar con la optimización y evaluación, tanto de las reacciones LAMP como el equipamiento, con muestras ambientales, lo que podría permitir avanzar en xii el desarrollo y aplicabilidad de las técnicas de detección molecular en terreno, la vigilancia epidemiológica y/o la conservación de especies.
Hydromechanical behavior of filtered copper tailing under static and cyclic loading in unsaturated condition
(2023) Gallardo Sepúlveda, Ricardo Ignacio; Sáez Robert, Esteban; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Se considera que los depósitos de relaves filtrados tienen una estabilidad mecánica superior que otras alternativas, porque funcionan en estado no saturado. Sin embargo, en las últimas dos décadas, dado el incremento en las alturas alcanzadas y su uso en países sísmicos como Chile, se requiere avanzar en la comprensión de su comportamiento hidromecánico ante carga monótonas como cíclicas. Este trabajo pretende contribuir a la comprensión del comportamiento de este tipo de relaves mediante; (i) el estudio de el de los efectos de la auto-compactación por preso propio sobre la rigidez y la resistencia al corte a través de ensayos de laboratorio no saturados, (ii) el análisis del efecto de las tasas de deposición sobre la estabilidad global y los incrementos de saturación a través de modelación en elementos finitos y (iii) la evaluación del incremento de la presión de agua y aire en los poros y sus efectos sobre una potencial falla de flujo o propensión a la licuación. Los resultados muestran que (i) el efecto de la succión ante cargas drenadas genera incrementos de la resistencia al corte y de la rigidez hasta el 600%, sin embargo, tiende a desaparecer a medida que aumenta el confinamiento, alcanzando hasta el 95% de grado de saturación, (ii) la potencial generación de una superficie de falla en depósitos simulados computacionalmente ocurre cuando el suelo alcanza un grado de saturación del orden del 65% al 70% y es independiente de las tasas de deposición, la inclinación del talud y la altura de la pila y (iii) la succión matricial bajo carga monótona y cíclica para una condición no drenada disminuye durante la fase de corte y por lo tanto progresivamente se va generando una transición hacia la condición totalmente saturada. Por otro lado, la relación de resistencia cíclica (CSR) aumenta hasta el 57.8%, sin embargo, la probeta pierde continuidad cuando se alcanza una deformación volumétrica superior al 2.5%.
In vitro and ex vivo study of the emamectin benzoate absorption in the intestine of Atlantinc salmon (Salmo Salar)
(2022) Molina Regalado, Leidy Victoria; Franco, Wendy; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El Salmón Atlántico representó el 80,7% de la salmonicultura en Chile en 2021, generando más de 2.500 millones de dólares en ventas. Sin embargo, la alta densidad de los cultivos ha proliferado el piojo de mar Caligus rogercresseyi, que infesta al salmón y causa Caligidosis. El benzoato de emamectina (EB) se ha utilizado para controlar la enfermedad; sin embargo, ha generado resistencia en el parásito debido a sus dosis subletales provocadas por su baja solubilidad acuosa e inestabilidad en pH ácidos, lo que implica baja absorción y un tratamiento incompleto. La microencapsulación puede proteger el fármaco y permitir su liberación en un sitio específico. Además, forma dispersiones sólidas amorfas en las que aumentan el área superficial y los sitios activos entre el fármaco y el polímero, mejorando la disolución del fármaco. La microencapsulación, mediante secado por aspersión (SD) o gelificación iónica (IG), es crucial para proteger y mejorar la disolución de fármacos poco solubles en agua. Este estudio plantea la hipótesis de que se pueden aplicar técnicas de optimización multicriterio para diseñar micropartículas de EB con varias propiedades mejoradas. Las propiedades consideradas fueron digestión intestinal (ID), digestión gástrica (GD), rendimiento (Y), eficiencia de encapsulación (EE) y capacidad de carga (LG). La metodología para obtener micropartículas EB óptimas con secado por aspersión Soluplus® y gelificación iónica de alginato (ALG) consistió en: i) la aplicación y comparación de dos métodos de optimización multicriterio que priorizaban la digestión, el enfoque de función de deseabilidad (DFA) y la optimización multiobjetivo (MOO ) que buscan el frente de Pareto, ii) evaluación de disolución/permeación de EB en el medio intestinal de salmón usando membranas sintéticas y biológicas (intestino proximal), iii) caracterización física y química (estado físico de EB dentro de micropartículas, interacciones EB/polímero , forma, carga superficial, distribución de tamaños y estabilidad de las micropartículas con sales del medio intestinal) de las micropartículas de EB con la mayor disolución/permeación. Los principales resultados de esta investigación son: i) Cada método de optimización produjo diferentes soluciones óptimas. En SD, la solución óptima DFA arrojó LC, GD y ID más altos que MOO, en un 7,5 %, 9,3 % y 2,1 %, respectivamente. Por el contrario, la solución óptima de MOO obtuvo Y y EE más altos que DFA en un 6,2 % y un 10,1 %, respectivamente. En IG, el método DFA arrojó una solución con mejores respuestas que MOO en LC (3.7%), GD (7.4%) y ID (3.2%), mientras que la solución MOO fue mejor en Y (14.2%) y EE (19.3 %). ii) Las micropartículas de IG mostraron una disolución/permeación de 0,45 mg/mL (80,2 %), una permeación aparente de 6,2 mg/mL en RS–L (solución Ringer-membrana lipofílica), una captación de 7,3 % en RS (solución Ringer), y una solubilidad aparente del 53,1% en medio EM (emulsión). Estas micropartículas reducen la dosis terapéutica a 3,0-2 mg/mL y 1,1-2 mg/mL para EB en EM y RS, respectivamente. La encapsulación de EB por gelificación iónica es una opción prometedora para aumentar la absorción de EB. iii) EB microencapsulada por gelificación iónica modificó su estado físico. Los nuevos enlaces entre EB y ALG mejoraron su afinidad hidrofílica y lipofílica. Se detectó el intercambio iónico entre Ca2+ y los iones de algunas sales del intestino. El estado físico, la forma, la interacción y el intercambio de Ca2+ aumentaron la disolución de EB. Nuestros resultados indican que las micropartículas de EB alginato son una mejor opción para dosificar EB al salmón Atlántico que EB libre o las micropartículas de EB Soluplus®. La metodología aplicada en esta tesis es útil para diseñar micropartículas de fármacos poco solubles que muestran varias propiedades mejoradas.
Learning by prediction and integration: human-inspired approaches for natural language understanding
(2023) Araujo Vásquez, Vladimir Giovanny; Soto Arriaza, Álvaro Marcelo; Moens, Marie-Francine; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Dotar a las máquinas de las habilidades para representar y comprender el lenguaje natural para aplicaciones en el mundo real presenta un desafío importante en el área del procesamiento del lenguaje natural. Los modelos de lenguaje pre-entrenados basados en redes neuronales han logrado recientemente un rendimiento sobresaliente en varias tareas de comprensión del lenguaje natural. Aunque efectivos, estos modelos carecen de la capacidad que poseen los humanos para comprender textos. Por ejemplo, mientras leemos, podemos anticipar qué contenido vendrá a continuación o usar el conocimiento previo para comprender mejor un pasaje. Nuestra hipótesis es que los modelos de lenguaje actuales podrían beneficiarse de los mecanismos de procesamiento del lenguaje humano. En este trabajo, investigamos y proponemos diferentes enfoques para mejorar los modelos de lenguaje actuales, inspirándonos en las teorías de predicción e integración sobre comprensión de lenguaje en los seres humanos. Nuestras contribuciones muestran que los modelos de lenguaje pre-entrenados tienen algunas limitaciones y que aumentar los modelos con mecanismos humanos conduce a mejoras en la comprensión del lenguaje natural en varias tareas. En esta tesis presentamos seis aportes distribuidos en tres partes descritas a continuación. Primero, evaluamos modelos de lenguaje pre-entrenados de última generación bajo condiciones de estrés usando pruebas de competencia, distracción y ruido. Mostramos que estos modelos son algo robustos pero aún tienen dificultades cuando deben lidiar con entradas perturbadas, negaciones y razonamiento numérico. Además, evaluamos las representaciones resultantes de los modelos, mostrando que, al igual que los modelos en inglés, los modelos en español también producen representaciones de propósito general suficientemente buenas. Sin embargo, constatamos su limitado poder de representación a nivel de oración y discurso. En segundo lugar, exploramos métodos de población de memoria para modelos de lenguaje pre-entrenados bajo el paradigma de aprendizaje continuo con memoria episódica. Mostramos que la muestra aleatoria de la distribución global funciona lo suficientemente bien como para integrar el conocimiento previo y mitigar el olvido en el modelo, pero también algunas tareas se benefician más de los métodos de población basados en selección. Por otro lado, proponemos un método para enfrentar el dilema estabilidad-plasticidad que se presenta en el aprendizaje continuo. Mostramos que la entropía se puede utilizar como un factor de plasticidad para decidir cuánto se debe modificar una capa en un modelo basado en la entrada actual, mejorando su rendimiento y eficiencia. En tercer lugar, ampliamos la arquitectura de los modelos de lenguaje pre-entrenados con conocimientos de la teoría de la codificación predictiva. Demostramos que la incorporación de computación de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo para predecir oraciones futuras en el espacio latente en los modelos mejora las representaciones a nivel de oración y discurso. Por otro lado, proponemos un método que incorpora integración de memoria, ensayo de memoria y predicción para generar respuestas a preguntas dado una secuencia de datos. Nuestro enfoque aprovecha los mecanismos de atención cruzada para integrar la información en la memoria externa, y apoyado de anticipación y ensayo. Mostramos la efectividad de nuestro modelo tanto en secuencias basadas en texto como en video. En resumen, presentamos evaluaciones sistemáticas que demuestran la limitación de los modelos de lenguaje pre-entrenados actuales. Además, varios enfoques que mejoran dichos modelos siguen ideas del procesamiento del lenguaje humano, lo que demuestra que la inspiración humana aún plantea una forma de mejorar los modelos basados en redes neuronales. Al incluir mecanismos basados en humanos, reforzamos o agregamos algunas habilidades que los modelos de lenguaje no poseen y que son clave para obtener un procesamiento de lenguaje cercano al nivel humano.
Microstructural study of murine lung peranchyma mechanics through the analysis of three-dimensional reconstructions using the μ-CT technique
(2021) Sarabia Vallejos, Mauricio; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El estudio de la arquitectura tridimensional del parénquima pulmonar es un tema muy relevante y emocionante destinado a comprender y caracterizar su morfología y comprender la estrecha relación entre la microarquitectura y la función fisiológica en el parénquima pulmonar. Sin embargo, los avances en esta área se han visto restringidos debido a las pequeñas dimensiones de las unidades estructurales básicas del parénquima pulmonar, y también debido a su extrema fragilidad, lo que dificulta su manejo y obtención de imágenes con una resolución espacial razonable y justa. Convenientemente, en los últimos años ha habido un progreso continuo en el desarrollo de tecnologías de imágenes biomédicas. Destaca la técnica de microtomografía computarizada (μ-CT), que permite obtener imágenes tomográficas de alta resolución de pequeños sectores de tejido biológico de forma no invasiva. Esta tesis analiza varias de las utilidades y beneficios de estas imágenes tridimensionales frente a las tradicionales imágenes bidimensionales de tejido pulmonar (histología, microscopía confocal o microscopía electrónica de barrido, entre otras). Por ejemplo, en el Capítulo II, presentamos el análisis de pequeños sectores del comportamiento mecánico del tejido pulmonar utilizando representaciones reales de la microestructura alveolar de ratones sanos. Con estos datos pudimos comprobar que el estrés al que está sometido el tejido alveolar en algunos sectores localizados es más de 27 veces superior a la presión inicial, lo que nos dice que la microarquitectura del tejido alveolar tiene un profundo efecto sobre el comportamiento mecánico del tejido. También pudimos comprobar que, dado que el parénquima pulmonar es un tejido tridimensional complejo que maneja tensiones en todas las direcciones, es incorrecto analizar su comportamiento mecánico utilizando representaciones bidimensionales. Este proceso puede dar lugar a sobreestimaciones importantes de las tensiones y tensiones del tejido alveolar. Además, presentamos una nueva herramienta que nos permite analizar ciertos parámetros clave de la morfología alveolar mediante la generación de un mapeo tridimensional. Para ello, tomamos como base imágenes μ-CT del parénquima pulmonar, y mediante la aplicación de una serie de filtros, máscaras y procesamiento de imágenes morfológicas, fue posible generar datos voxel a voxel de estos parámetros geométricos. Con estos datos, podríamos armar un mapa tridimensional continuo de algunas características específicas del pulmón, en este caso calculamos la porosidad, la densidad de la superficie alveolar del tejido y la relación superficie-volumen del pulmón. parénquima.
Modelos de elección discreta ante variaciones de la carga de información: complejidad del experimento y simplificación de la elección
(2024) Soto Martínez, José Javier; Ortúzar Salas, Juan de Dios; Rizzi Campanella, Luis Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los individuos toman decisiones que van desde elecciones simples y muy frecuentes hasta decisiones complejas con efectos a largo plazo. Estudiar el proceso de toma de decisiones a nivel desagregado ha sido un tema de investigación muy activo en economía, psicología, transporte y marketing, entre otros campos del conocimiento. Dado que el esfuerzo cognitivo es un recurso escaso en la toma de decisiones y que los individuos tienen dificultades para procesar información, quienes toman decisiones pueden utilizar diferentes heurísticas según la situación de elección. Esto, generalmente, implica un procesamiento selectivo de la información como medio para reducir el esfuerzo cognitivo. Este fenómeno cuestiona el supuesto de información completa inherente a los modelos compensatorios, que se basan en un conjunto de axiomas que son una extensión natural del modelo neoclásico de análisis de la elección del consumidor. Esta tesis tiene como objetivo formular y estimar modelos de elección discreta que integren diversas heurísticas de decisión. Para ello se diseñó una encuesta de preferencias declaradas y una estrategia de recolección de información que permitiese identificar el uso de estrategias de simplificación de la elección a través de una revisión incompleta de la información en situaciones con distinta complejidad y carga cognitiva. La encuesta se basó en un Diseño de Diseños (DoD) que consta de nueve diseños experimentales de distinta complejidad, permitiendo variación en tres dimensiones: el número de alternativas, la cantidad de atributos y el contexto de elección (elección de ruta, elección de destino vacacional y elección de localización residencial). El proceso de recolección de datos capturó también diversos indicadores de percepción, tiempos de respuesta y procesamiento de información, relacionados con el proceso de elección. Además se utilizó una encuesta existente, cuyos datos fueron reanalizados mediante un modelo de clases latentes que permitía considerar dos heurísticas de elección diferente por parte de los encuestados e incorporar variables latentes asociadas a la dedicación de los encuestados y a su confianza en las instituciones. Los resultados de este modelo, demostradamente superior al enfoque clásico, mostraron diferencias de hasta 26% en la disposición al pago. Una innovación notable de la tesis fue el desarrollo de un esquema de presentación de alternativas en experimentos con un gran conjunto de alternativas, utilizado en el contexto de elección de localización residencial. Las alternativas se presentaban en un mapa como marcadores, requiriendo que los encuestados hicieran clic en ellos para ver sus características. Además, se permitió filtrar alternativas según los niveles de sus atributos. La aplicación permitió registrar las acciones de los encuestados, como los clics en los marcadores, el orden de inspección o la falta de inspección, y los filtros utilizados. El procesamiento y análisis de los datos de la encuesta proporcionan evidencia que cuestiona el paradigma de elección compensatoria, revelando la prevalencia de simplificaciones y el uso potencial de múltiples heurísticas de elección por parte de los encuestados. La revisión completa de alternativas disminuye a medida que aumenta su número, sugiriendo un comportamiento adaptativo a la complejidad de la elección y la coexistencia potencial de múltiples heurísticas de elección. A través de un modelo de ecuaciones estructurales, se presenta una aplicación empírica de la relación entre el esfuerzo cognitivo y la exactitud de la elección, considerando además el estilo de pensamiento del encuestado (racional o intuitivo) y su disposición a responder seriamente la encuesta. Para incorporar esta relación entre esfuerzo cognitivo y exactitud de elección, se formuló modelos de elección con factor de escala variable. Los resultados confirman la importancia de la complejidad del experimento, la exactitud de la elección y la disposición del encuestado en el factor de escala. Una mayor revisión de la información disponible y una mejor disposición del encuestado conducen a elecciones más consistentes. Esto destaca la necesidad de considerar estrategias de simplificación de la elección y el compromiso del encuestado, al diseñar experimentos de elección. Ignorar el procesamiento selectivo de información puede conducir a estimaciones sesgadas de parámetros y disposiciones a pagar. Esta visión es crucial para diseñar experimentos de elección e instrumentos de encuesta, pues la consideración del proceso de elección y el uso de estrategias de simplificación permite obtener resultados más confiables.
On the automatic synthesis of modular industrial cyber-physical systems
(2024) Biskupovic Mancilla, Angel Eduardo; Núñez Retamal, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los sistemas ciberfísicos industriales (ICPS) se consideran transversalmente como los sistemas de control industrial del futuro y como una de las tecnologías centrales de la cuarta revolución industrial en curso. A pesar de sus ventajas, los ICPS dependen en gran medida del proceso físico subyacente y su síntesis es un esfuerzo personalizado, exigente en terminos de recursos, que si no se realiza con cuidado puede afectar el rendimiento del sistema. Además, a medida que los ICPS se consolidan como soluciones de automatización maduras, han surgido preguntas sobre cómo aprovechar su flexibilidad para mantener el rendimiento. Este trabajo propone una metodología para abordar la síntesis de ICPS de forma sistemática, mediante el uso de un conjunto de agentes industriales que toman como entrada un archivo de descripción de proceso estandarizado y despliegan automáticamente un ICPS modular a partir de contenedores funcionales prediseñados. La implementacion inicial se demuestra a través de dos ejemplos específicos (un sistema de tanques y un espesador de pasta industrial) para ilustrar el potencial de la metodología propuesta. Los resultados indican que el ICPS puede realizar una síntesis automática independientemente del proceso, facilitada por un archivo de configuración, la utilización de agentes y una librería de componentes con servicios empaquetados en contenedores. Además, el sistema muestra adaptabilidad a diversos requisitos de proceso y puede repararse a sí mismo en caso de una falla del servicio, reduciendo así el tiempo de implementacion y puesta en marcha.Para facilitar el proceso de síntesis, dadas las limitaciones de los estandares industriales actuales para modelar la información, esta tesis propone un modelo de información basado en gráficos multicapa que facilita la tarea de interpretación al agente responsable.También se ha incorporado el concepto de clases y subclases, permitiendo clasificar nodos y relaciones en función de su apariencia y rol dentro del ICPS. El modelo incluye capas que clasifican los componentes del proceso en cuatro aspectos esenciales: red, lógico, físico y nube.Finalmente, la tesis concluye integrando tareas de toma de decisiones para mejorar el desempeño, la eficiencia y otros aspectos operativos del ICPS a través de un conjunto de agentes supervisores. Se realizaron pruebas en dos estudios de caso, que demostraron que el uso de agentes industriales para monitorear y reconfigurar los servicios del ICPS mejoró el desempeño de ambos sistemas propuestos.
Optimization under uncertainty for the management of hydroelectric resources
(2023) Favereau Monti, Marcel Joseph; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Hydroelectric generation management is considered a fundamental problem in the operation of power systems, where operations research has contributed significantly to decision making. One of the most relevant difficulties is that the decisions of storage and use of water resources in the present affect future decisions. Additionally, this problem presents another important challenge associated with the uncertain nature of hydro inflows, which is becoming even more complex today due to the consequences of climate change. Thus, this thesis proposes the development of optimization under uncertainty models to support medium- and long-term planning of hydrothermal system operations. First, this thesis proposes to develop a statistical model that represents the random behavior of hydro inflows in multinodal and multireservoir hydrothermal systems. The purpose is to capture statistical aspects such as trend, seasonality, spatio-temporal correlation, asymmetry and multiple modes present in historical hydrological data through the use of autoregressive models and variational inference algorithms. In a second part, it is proposed the development of a risk-averse optimization under uncertainty model that incorporates the previously proposed statistical methodologies for the medium-term operation of hydrothermal systems. The main objective is to determine an optimal generation policy capable of operating efficiently under the least favorable realizations of future hydrological trajectories. Finally, the third stage consists of the development of optimization under uncertainty models that support long-term energy planning and operation processes. The idea is to analyze the role of water in the interaction with other productive sectors such as agriculture, thus improving the efficiency of the use of their resources. This tool will also make it possible to anticipate future phenomena such as the penetration of new technologies, regulatory changes in the use of water resources or their low availability, and what would be the impacts on the resource management for different users.
Potencial de licuación de suelos en sismos de subducción de gran magnitud
(2025) Santiago Paredes, Yrene del Rosario; Ledezma Araya, Christian Alfonso; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Process mining to analyze educational trajectories in higher education
(2023) Salazar Fernández, Juan Pablo; Sepúlveda Fernández, Marcos Ernesto; Muñoz Gama, Jorge; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las instituciones de educación superior enfrentan varios desafíos con respecto a la educación de pregrado. Estos incluyen cambios en la demografía de los estudiantes, aumento de los costos y aumento de la presión para mejorar las tasas de graduación y reducir la deserción, mientras se mantiene o mejora la calidad. La mayoría de las investigaciones para abordar esos desafíos se han realizado con un enfoque episódico o centrado en datos, aplicando técnicas estadísticas y de minería de datos para analizar eventos específicos en las trayectorias educativas. Se han realizado menos investigaciones utilizando métodos longitudinales, principalmente cualitativos. Tanto a nivel nacional como internacional, existe un interés creciente por comprender cómo se desarrolla la trayectoria educativa de los estudiantes en la educación superior y qué impacto tienen en ella las políticas públicas y las decisiones institucionales. Los investigadores, gestores académicos y legisladores creen que el análisis del aprendizaje puede ser esencial en el apoyo a la toma de decisiones. La analítica curricular ha surgido como un área de la analítica del aprendizaje que se centra en analizar los planes de estudio y mejorarlos. La analítica curricular puede contribuir a mejorar la comprensión de los aspectos clave del ciclo de vida del estudiante: acceso a la educación superior, retención, logro y progresión. A pesar de los avances logrados en esta área, se han identificado varios desafíos. En primer lugar, la comprensión de los procesos de decisión de los estudiantes que ocurren a lo largo del tiempo podría beneficiarse de un análisis orientado a procesos; en particular, con el uso de herramientas de minería de procesos para el análisis longitudinal de las trayectorias educativas de los estudiantes. En segundo lugar, se necesita metodologías específicas en este dominio, para hacer que los análisis realizados con minería de procesos sean repetibles y produzcan conocimientos más significativos. Además, el análisis de las trayectorias educativas en la educación superior generalmente requiere la integración de modelos específicos del dominio educativo. En esta tesis se aborda estas necesidades a través de dos contribuciones principales. Por un lado, se propone un método para analizar trayectorias educativas en instituciones de educación superior. Por otro lado, se crea tres modelos conceptuales que elevan el nivel de abstracción en el análisis de las trayectorias educativas, para que éste pueda realizarse con mayor eficacia. En la primera contribución, se desarrolló y perfeccionó el método propuesto a través de varios casos de estudio, desarrollados en la Universidad Austral de Chile y la Pontificia Universidad Católica de Chile. Su versión final considera un enfoque de almacenamiento de datos y la definición y uso de diferentes modelos conceptuales, basados en modelos de dominio conocidos, para construir los registros de eventos. El propósito de los modelos conceptuales, diseñados como diagramas de estado, es transformar los registros curriculares en registros de eventos que se pueden analizar utilizando Directly-Follows Graphs. En la segunda contribución se propone tres modelos conceptuales para analizar las trayectorias educativas. En primer lugar, se propone el modelo Retake-Stopout, para analizar las trayectorias educativas en función del número de cursos reprobados que los estudiantes deben volver a cursar. Se realizó dos estudios de caso para caracterizar las trayectorias educativas en el grupo de cursos con alta tasa de reprobación que conducen a la deserción tardía. El primer estudio muestra cómo el género, los ingresos y las habilidades matemáticas iniciales pueden explicar las diferencias en las trayectorias educativas de los estudiantes de ingeniería que conducen a la deserción tardía. El segundo estudio amplía este análisis a diferentes áreas de conocimiento de la CINE-UNESCO. En segundo lugar, se propone el modelo Backpack Process para analizar las trayectorias educativas sobre cursos reprobados que los estudiantes deben retomar. Un estudio de caso ilustra cómo este modelo ayuda a comprender cómo los estudiantes de ingeniería manejan los cursos reprobados que deben volver a cursar, y brinda información que podría contribuir al diseño e implementación de intervenciones oportunas en las instituciones de educación superior. Finalmente, se propone el modelo Scholarship-Loan-Self funded para describir las trayectorias de financiación de los estudiantes, ayudándonos a comprender las consecuencias de perder una beca basada en el mérito en el progreso curricular. Los estudiantes con un nivel socioeconómico bajo (SES bajo) generalmente deben lidiar con restricciones de liquidez, trabajo a tiempo parcial y aversión a la deuda. Conocer el impacto futuro de perder la beca en el progreso y la finalización del título puede ser útil para estudiantes, gestores académicos y legisladores. El método propuesto y sus modelos conceptuales asociados contribuyen a comprender las trayectorias educativas desde una perspectiva longitudinal, generando nuevo conocimiento sobre el comportamiento dinámico de los estudiantes. Las instituciones de educación superior pueden aprovechar al máximo la información histórica, utilizando los registros curriculares para analizar las trayectorias educativas y mejorar el proceso educativo.

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