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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
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.
Análisis de la microestructura y propiedades físico-mecánicas de bases estabilizadas con cloruro de magnesio hexahidratado en terreno
(2022) Godoy Blanco, Pablo Enrique; Chamorro Giné, Marcela Alondra; González V., Álvaro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El cloruro de magnesio hexahidratado (MgCl2•6H2O) es un subproducto del litio, que en condiciones climáticas favorables es utilizado como estabilizador químico de bases granulares de Caminos de Bajo Volumen de Tránsito (CVBT). Esta alternativa de estabilización ha ido en aumento en las últimas décadas por su relativo bajo costo frente a otras alternativas y su buen desempeño frente a la acción abrasiva del tránsito. Las bases estabilizadas con MgCl2•6H2O al no contar con ninguna capa superior de protección, en los CVBT actúan como capa de rodadura y proporcionan capacidad estructural al camino. Estudios demuestran que estas bases granulares estabilizadas con MgCl2•6H2O tienen un buen rendimiento mecánico en terreno, lo que no es consecuente con las pruebas realizadas en el laboratorio. Para comprender el rendimiento de este material estabilizado, varios autores han estudiado sus propiedades físico-mecánicas en el laboratorio y en terreno, sin embargo, hasta ahora no se han estudiado sus propiedades micromecánicas, las cuales podrían explicar su desempeño físico-mecánico a partir del análisis de su microestructura y composición elemental del material. El objetivo de esta investigación es analizar la relación entre las propiedades físico-mecánicas de las bases granulares estabilizadas con MgCl2•6H2O en terreno y la caracterización de su microestructura con el fin de comprender el efecto de las características micromecánicas del material en el desempeño de las bases estabilizadas en terreno. Se evaluó la estructura físico-mecánica y microestructura del suelo estabilizado con MgCl2•6H2O y sin estabilizar. Se construyó una sección de prueba en terreno de donde se extrajeron las muestras, las cuales fueron tratadas en laboratorio y terreno con MgCl2•6H2O de la misma fuente y curadas por periodos iguales (7, 14 y 28 días). A diferencia de los suelos no estabilizados, se observó que en los suelos estabilizados con MgCl2•6H2O se forman nuevos productos cementicios que se unen a las partículas del suelo a medida que aumenta el tiempo de curado. Por medio del ensayo de Microscopía Electrónica de Barrido (FESEM) y la Espectroscopia de Infrarrojo Atenuada (FTIR -ATR) estos nuevos productos cementicios fueron identificados como Aluminato de Magnesio Hidratado (MAH) y Silicato de Magnesio Hidratado (MSH). A través del análisis de superficie específica (N2-BET), se determinó que debido a la formación de éstos productos cementicios, disminuye el volumen de poros en la microestructura de los suelos estabilizados, lo que produce un aumento en su densidad. Finalmente, a partir de la caracterización micromecánica y los resultados de laboratorio y terreno se desarrolló un modelo de comportamiento de las bases estabilizadas con MgCl2•6H2O, que permite comprender su desempeño en campo y en el laboratorio.
Análisis de los efectos del terremoto del 27 de febrero de 2010 en estanques de acero inoxidable de pared delgada (EAIPD) con patas y desarrollo de un sistema de protección sísmica para estas estructuras
(2011) Sandoval Sanzana, Víctor Manuel; Almazán Campillay, José Luis; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El sismo del Maule (Febrero 27, 2010, Chile) afectó gran parte del territorio nacional provocando daños de consideración en viviendas e industrias. La influencia de este sismo afectó directamente a gran parte de la industria vitivinícola nacional y los efectos fueron especialmente severos en sus estructuras de almacenamiento, en particular en los estanques de acero inoxidable de pared delgada utilizados en los procesos de fermentación y guarda. La utilización de sistemas de aislamiento sísmico en edificios demostró su gran eficiencia, sin embargo la utilización de este tipo de soluciones no es general en todo tipo de estructuras.
Análisis de output en el largo plazo utilizando métodos de remuestreo bootstrap.
(2014) Castro Anich, Margarita Paz; Gazmuri S., Pedro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Una de las áreas más importante de la simulación es el estudio del output para poder sacar conclusiones de los problemas modelados. En la actualidad existe una amplia gama de métodos utilizados para este propósito, pero curiosamente el bootstrap, uno de los métodos estadísticos más usados para análisis de datos, no es uno de ellos. En esta tesis se estudia el uso de métodos de bootstrap para análisis de output de modelos de simulación en el largo plazo con el objetivo de presentar a la comunidad científica la plusvalía de estos. Para esto se experimenta con el método bootstrap y variantes de este para datos correlacionados: el moving block bootstrap (MBB) y el threshold bootstrap (THB). Para analizar estos métodos se crearon dos modelos de simulación y los resultados se compararon a los obtenidos con método de réplicas independientes (RI). El primero modelo es un MjMj1 donde se pudo probar los métodos en un ambiente controlado. El segundo es un modelo de simulación que representa una problemática real, y en el cual se pretende mostrar el uso práctico de estos métodos. Con los experimentos realizados se pudo mostrar que los métodos bootstrap son una alternativa atractiva a la hora de analizar el output de una simulación. En ambos modelos los tiempos de cómputo de estos métodos fueron muy superiores a los de RI, siendo entre 9 y 47 veces más rápidos. Además, en ambos modelos se obtuvieron estimadores de alta calidad, con errores relativos cercanos al 2% y al 1%. Por lo tanto, los métodos de remuestreo deberían empezar a ganar más terreno en el campo de la simulación.
Análisis experimental y simulación numérica del proceso de conformado de láminas metálicas delgadas mediante la aplicación de un láser de baja potencia
(2011) Stevens Castro, Vicente Orlando; Celentano, Diego J.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En este trabajo se realizó un análisis experimental y numérico del conformado de chapas de acero inoxidable mediante un láser de baja potencia. En una primera etapa se realizó en el laboratorio el conformado de chapas de acero inoxidable AISI 302 para distintas configuraciones de potencia, de 20 a 67 W, y velocidad de avance del haz láser, 30 y 5 mm/s. Se obtuvieron ángulos de doblado de 0.2 a 10.3º.
Apoyo para la escritura de ensayos académicos mediante hipermedios
(2012) Gómez Zara, Diego Alonso; Nussbaum Voehl, Miguel; Chiuminatto, Pablo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Uno de los mayores desafíos de la educación universitaria es cómo habilitar a los estudiantes para realizar ensayos académicos de calidad. Las principales debilidades detectadas en estos escritos derivan de la falta de estructuración de los argumentos y de una narrativa adecuada. Indagamos cómo apoyar el proceso de escritura a través de la elaboración de objetos multimodales, donde el estudiante además de la redacción iterativa del ensayo, aprende a representar los contenidos bajo distintos medios (imagen, video, sonido, texto e hipervínculos).
BERT for scientific articles recommendations using open source information
(2023) Barías Compagnoni, Bernardo; Arenas Saavedra, Marcelo Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En los últimos años, los modelos de lenguaje han experimentado grandes avances en el Procesamiento del Lenguaje Natural (NLP). En concreto, el pre-entrenamiento y el desarrollo de modelos como BERT (Bidirectional Encoder Representations from Transformers) y sus derivados se han convertido en el estado del arte para muchas tareas de comprensión del lenguaje. Un campo de investigación interesante que utiliza modelos lingüísticos de PNL es el que estudia la similitud entre textos (Shahmirzadi et al., 2019; Wang & Dong, 2020). Estos textos pueden ser desde grandes documentos o párrafos, hasta oraciones o frases cortas. Gran parte de la dificultad de este problema radica en que los textos, en general, no están bien estructurados. Se han utilizado distintas técnicas para tratar de entender el contexto de los textos y comprender así la semántica de los documentos. Naturalmente, si los textos son mas largos, esto se convierte en una tarea más difícil. Dentro del estudio de la similitud entre textos, recientemente se ha intentado estudiar la relación entre pares de artículos científicos (Knoth et al., 2010, 2017; Tarnavsky et al., 2021). Al comparar artículos científicos, aprovechamos que el documento está dividido en distintas partes, como el título, el resumen, las conclusiones y otras áreas. Aunque siguen siendo datos no estructurados, dan cierta estructura al texto de entrada. Esta propiedad también nos permite trabajar con fragmentos de texto mas pequeños y, por tanto, comprender mejor el contexto. En este trabajo utilizamos BERT para proponer un pipeline que, dada una publicación, entregue publicaciones relacionadas: artículos científicos que puedan ser de interés para el lector. Para ello, abordamos dos problemas de NLP aplicados a artículos científicos: la clasificación de textos y la similitud entre pares de textos. Las etiquetas para los conjuntos de datos de estos problemas proceden de información jerárquica estructurada provista por los autores. Además, utilizamos la versión base de BERT para comprender el significado semántico de las publicaciones utilizando únicamente la información del resumen y el título, mediante la construcción de modelos para cada tarea. Estos modelos fueron evaluados en términos de precisión, recall y puntuación F1.
Co-located collaborative learning video game with single display groupware
(2008) Weitz Rotter, Juan Francisco; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Role Game es un juego de video CSCL donde juegan tres estudiantes sentados uno al lado del otro frente a una pantalla común, cada uno con su propio mouse. Inspirado en juegos de video, Role Game permite a los estudiantes aprender realizando actividades e ir adquiriendo habilidades sociales y personales en un contexto de colaboración con sus compañeros. Primero se describe la estructura del juego y los elementos lúdicos de éste. Para posteriormente presentar un experimento que se realizó en un kindergarten, cuyos resultados fueron usados en un estudio de usabilidad. Nosotros concluimos que un juego de video educativo como Role Game puede ser utilizado por niños de seis años sin problemas, a pesar de que previamente no sabían usar un computador. Los juegos multijugador diseñados para la educación mostraron ser dispositivos poderosos para el trabajo colaborativo en la sala de clases y mantener el atractivo para los jugadores. Estos juegos son consistentes con la necesidad de alinear el software educativo con el currículo escolar, Y la manera de hacerlo es creando un ambiente técnico (editor y juego) que facilite el trabajo del pensamiento y en grupos en los colegios. Nuestros resultados confirman la visión de McFarlane: que ellos \201Cproveen un ambiente donde el aprendizaje surge como resultado de tareas estimuladas por el contenido del juego, el conocimiento es desarrollado a través del contenido del juego y se desarrollan habilidades como resultado de usar el juego\201D.
Creating digital tools to foster literacy learning at the elementary school level
(2017) Cordero, Kristina; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La escritura es una de las habilidades más importantes que aprenderá un niño: es una herramienta básica para contar historias, relatar experiencias, documentar y compartir información, aprender y persuadir a otros. En el ámbito escolar el uso de la escritura es transversal a todo el currículum, y esta tendencia no da señales de aminorarse: entre los adultos la escritura es el modo de comunicación cada vez más esencial, en lo personal y lo profesional. Según algunos, la escritura es incluso más importante que la lectura hoy en día, ya que se producen diariamente unos 2,6 billones de palabras, entre correos electrónicos y redes sociales. Desde la óptica de la enseñanza, los investigadores llevan tiempo hablando de la necesidad de una “revolución en la escritura”; sin embargo sigue habiendo más estudios sobre la comprensión lectora que la enseñanza y la práctica de la escritura. Hoy en día, fuera del contexto escolar los adolescentes y jóvenes adultos han cambiado su forma de abordar los textos, a través de varias prácticas de lecto-escritura no tradicionales como el fan fiction, la escritura online y los videojuegos. Estos fenómenos masivos nos ofrecen perspectivas nuevas sobre el futuro de la lectura y la escritura, y la forma de enseñarlas en el siglo XXI. Se ha dicho mucho sobre los medios digitales y su potencial para cambiar las reglas del juego en el aprendizaje de la lectura y la escritura. Las ventajas de los soportes digitales son, precisamente, aquellas funcionalidades que pueden otorgar a la lectura y la escritura un grado de interacción y co-construcción que sería o imposible o muy aparatoso con lapiz, papel y material impreso. Este es un territorio nuevo y en gran medida inexplorado, donde todavía hay más preguntas que respuestas. Dado lo anterior, este proyecto de tesis intenta explorar una de las vertientes de este nuevo horizonte. Partiendo de las nociones de Vygotsky sobre la co-construcción y usando el marco de los multiliteracies, este proyecto propone diseñar e implementar herramientas que (1) estimulen la co-construcción a través de actividades que vinculen la lectura y la escritura; (2) propongan un vínculo entre las prácticas no tradicionales de lecto-escritura y los objetivos curriculares para lenguaje y comunicación; y (3) apoyen el ejercicio de la escritura a través de andamiajes que ofrecen un equilibrio entre libertad y estructura. Para estos objetivos se aplicó una metodología de design-based research, investigación basada en el diseño, para construir un modelo para actividades de lectura y escritura, resultando en la construcción de cuatro herramientas de software: Read Create Share (RCS) y Read Create Write (RCW), para tercero básico; y Individual Creative Writing (ICW) y Collaborative Creative Writing (CCW), para quinto básico. Estas herramientas se desarrollaron bajo el marco y siguiendo el proceso de Integrative Learning Design, y fueron piloteadas y evaluadas con alumnos de los niveles escolares correspondientes. Los resultados principales son: (1) las herramientas co-constructivas e interactivas pueden apoyar la conexión entre la lectura y la escritura —particularmente la escritura creativa—y abordar al mismo tiempo algunos de los objetivos curriculares de lenguaje en tercero básico; (2) la integración de elementos lúdicos —especialmente funcionalidades de pantalla táctil— pueden ser catalizadores de motivantes experiencias interactivas y coconstructivas de lectura y escritura; (3) los andamiajes digitales de este proyecto pueden ayudar a mejorar la productividad, la precisión, la complejidad y la diversidad léxica de la escritura de alumnos de quinto básico; (4) los alumnos que usaron un andamiaje para escritura colaborativa obtuvieron mejores resultados que los alumnos que usaron un andamiaje para escritura individual; y (5) design-based research es una metodología óptima para construir herramientas de escritura en formato digital. Todo nuestro trabajo también nos permite concluir que las herramientas digitales no son sustitutos a la mediación de un profesor, sino que un apoyo que complementa y subraya aún más su imprescindible rol en el aprendizaje. En un sentido más general esta tesis demuestra que es posible crear e implementar andamiajes digitales que adapten prácticas informales de lecto-escritura y a la vez cumplan con los objetivos curriculares para lectura y escritura en la enseñanza básica. Los resultados demuestran que es posible crear andamiajes y actividades de escritura colaborativa e individual en soporte digital que apoyen el aprendizaje. Asimismo ofrece evidencia alentadora de las ventajas de la colaboración en grupos pequeños para el ejercicio de la escritura en la escuela primaria. Al final de esta tesis se sugieren varias líneas de investigación futura: la adaptación de este software para su orquestación dentro de la sala de clase, con mediación pedagógica, y con contenidos de diferentes materias escolares; el uso de análisis de conversación para entender la naturaleza de las interacciones entre grupos de escritura colaborativa; y la adaptación del software para uso online, para replicar de manera más auténtica aquellas prácticas de escritura auto-generadas, colaborativas y co-constructivas que representan un fenómeno tan importante y auspicioso para los hábitos de lectura y escritura hoy en día.
Criterios de diseño para actividades educativas (flipped classroom) fuera del aula
(2019) Gutiérrez Arias, Iván Nicolás; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El Flipped Classroom es un modelo de aprendizaje que lleva el aprendizaje de los contenidos fuera del aula, permitiendo un espacio de aprendizaje más activo dentro de la sala de clases. El espacio de aprendizaje de los contenidos fuera del aula esta principalmente compuesto por vídeos y por preguntas que pueden ser interactivas, lo que favorece la evaluación formativa. Sin embargo, los videos no siempre logran transmitir adecuadamente el mensaje deseado por el profesor, y la evaluación formativa no es una práctica instalada en el aprendizaje online. Es pues conveniente desarrollar una guía que apoye a los docentes tanto en el desarrollo de estos vídeos, como en el desarrollo de preguntas y contenidos que permitan la evaluación formativa. Por otra parte, es relevante conocer de qué manera estos criterios de diseño impactan tanto a los desarrolladores de contenido como en el producto final. En esta investigación se desarrollaron 3 guías de diseño para profesores que quieran implementar el modelo Flipped Classroom, implementadas también a través de vídeos que quedaron en línea. La primera explica cómo realizar videos efectivos y las otras dos se enfocan en enseñar cómo ha de ser una correcta evaluación formativa posterior al video. Para validar las guías desarrolladas, se crearon tres encuestas; la primera para que los profesores evaluasen la calidad de las guías de diseño, la segunda para que los profesores auto evaluaran el contenido creado, es decir, videos y evaluación formativa, en base a las guías, y la tercera, para que los alumnos calificaran el producto final. El objetivo era poder relacionar cada una de las 3 evaluaciones, a fin de mejorar el proceso de diseño y tener una mejor experiencia del usuario. El resultado fue la creación de un framework que involucra tanto al diseñador como al usuario final en instancias secuenciales de retroalimentación durante un proceso de diseño genérico.
Desarrollo a largo plazo de cuencas hidrográficas y el balance entre objetivos ambientales y productivos. Caso de estudio en la cuenca del río Toltén
(2020) Garrido Martín, Luis Felipe; Vicuña Díaz, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El planteamiento entre desarrollo económico y cuidado del ecosistema como dos objetivos contrapuestos se ha vuelto cada vez más necesario en la planificación del manejo de cuencas. Sin embargo, la relación entre desarrollo económico y la salud de los ecosistemas es difícil de cuantificar o dilucidar. Una correcta identificación de esta relación, permite estudiar y analizar compromisos entre distintas rutas de desarrollo futuro. Para lograrlo, se propuso en este trabajo una metodología para evaluar el desarrollo económico en una cuenca, otra para el estado del ecosistema acuático, y estudiar su comportamiento frente a distintos escenarios de cambios futuros. La cuenca de estudio es la del río Toltén, en el sur de Chile, pues se encuentra en un estado de desarrollo incipiente y con poca intervención humana. El desarrollo económico fue cuantificado mediante actividades productivas agrícolas y la generación hidroeléctrica. Por otro lado, se utilizó un modelo probabilístico para determinar la presencia de peces en los ríos. Finalmente se construyeron escenarios de cambio de uso de suelo y climáticos con la herramienta Modules for Land Use Change (MOLUSCE) y con modelos de circulación global, respectivamente, además de la incorporación de nuevos proyectos hidroeléctricos en la cuenca. Los resultados muestran cambios en el uso de suelo, con más suelos intervenidos por el hombre (agrícola, plantación forestal o urbanizaciones). El cambio climático repercutirá en mayores temperaturas, menor precipitación y menores caudales. El efecto del cambio climático es negativo para especies introducidas como la trucha o el salmón, mientras que para los peces nativos es beneficioso. El cambio de uso de suelo, en general, tiene un impacto negativo en las poblaciones de peces, con algunas excepciones. Estos resultados indican que la cuenca seguirá desarrollándose, que se verá afectada por el cambio climático, y que escenarios de mayor ingreso económico no necesariamente implican una merma de especies endémicas.
Diseño del generador de una turbina hidrocinética de pequeña escala
(2016) Arrau Soza, José Francisco; Chiang Sánchez, Luciano Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En esta tesis se diseñó, fabricó y testeó en laboratorio una turbina mareomotriz de eje horizontal para ser instalada en comunidades alejadas sin acceso a la red eléctrica. Se diseñaron las aspas usando Turbem (basado en BEM, blade element momentum) de tal manera de maximizar la potencia mecánica y minimizar el diámetro, para un canal de 2,3 m/s de velocidad promedio del agua y una generación de 5 kW. Conociendo la curva de potencia en función de la velocidad angular, se diseñó un generador de acoplamiento directo capaz de extraer la energía del aspa. Primero se establece una topología que sea de mínimo costo y de fiabilidad adecuada, considerando que se pueda utilizar en instalaciones marítimas alejadas de la costa. Se propone un modelo para calcular la potencia máxima del generador y su costo en función de cinco variables geométricas: el diámetro, la profundidad, el ancho del diente, el largo del diente y el espesor del imán. Con ese modelo se pudo realizar un proceso de optimización para minimizar el costo del generador, sujeto a la producción de 5 kW y que fuera térmicamente viable. Como resultado, el costo de operación de la turbina en todo su ciclo de vida resultó menor al de un generador diésel. La turbina fabricada resultó cercana al óptimo. Se validó el modelo teórico mediante la comparación experimental, encontrándose una buena concordancia. El prototipo sirvió también para probar técnicas constructivas que se presentan en la tesis y servirá en el futuro para realizar pruebas que permitan desarrollar una solución para la obtención viable de la energía mareomotriz.
Diseño e implementación de un sistema de retroalimentación basado en planificación automática para incentivar la comunicación dentro de grupos de niños en un juego colaborativo
(2018) Sáez Nilo, Cristián Andrés,; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En los últimos años, las habilidades del siglo XXI han adquirido relevancia, considerándose la Resolución Colaborativa de Problemas (CPS) como una fundamental, tanto para su enseñanza como para su evaluación. Surge así; la iniciativa de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico) de realizar una evaluación a gran escala de CPS en PISA (Programme for International Student Assessment) 2015, la cual ha reafirmado la relevancia de esta habilidad, a través del diseño de un marco teórico y una metodología para medirla. El objetivo de esta Tesis es desarrollar un sistema de retroalimentación automática que promueva la comunicación entre grupos de niños que están trabajando colaborativamente, basado en Automated Planning. Para esto se propone un método de Partial Order Planning basado en el método de monitoreo de Muise para los tipos de planes utilizados, que tenga un tiempo de ejecución pequeño. Se realizan pruebas de rendimiento para este método propuesto y de validez para la retroalimentación entregada por el sistema. De la experimentación se pudo apreciar que el método es capaz de entregar un monitoreo valido con un mejor rendimiento que otros métodos de Partial Order Planning. La retroalimentación entregada tuvo resultados bajos con respecto a lo esperado.
Efectos del cambio climático en el acuífero del Salar del Huasco
(2018) Blin Lizasoain, Nicole; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En zonas áridas, donde el agua superficial y las precipitaciones son escasas, el agua subterránea es el principal sustento de ecosistemas humanos y naturales. Por lo tanto, es de gran importancia evaluar los posibles impactos del cambio climático sobre este recurso. En este estudio se investigan dichos impactos en el acuífero de la cuenca del Salar del Huasco, donde los bofedales que sustentan el ecosistema dependen de los niveles subterráneos. Para esto se construyó un modelo hidrogeológico, implementado en MODFLOW. Proyecciones de precipitación y temperatura de modelos de climáticos fueron procesadas mediante el método delta híbrido para obtener escenarios de cambio climático. Las recargas al acuífero fueron calculadas para cada escenario con un modelo de precipitación-escorrentía e ingresadas al modelo hidrogeológico para analizar el comportamiento del sistema. Como resultado se obtuvo que el balance hídrico es mantenido principalmente por la evaporación, que responde a las distintas recargas ingresadas. Esto mantiene el equilibrio del sistema tal que los niveles en la cuenca se mantienen relativamente constante entre escenarios. Por lo tanto, acuíferos en condiciones naturales en zonas áridas, como el del Huasco, podrían tener la capacidad de amortiguar los efectos del cambio climático. Por esto resulta fundamental la protección de la zona, para evitar que actividades como el bombeo modifiquen la resistencia de la cuenca.
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.
Efficient evaluation of path queries over graph databases
(2024) Farias Valdés, Benjamín Felipe; Vrgoc, Domagoj; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las consultas de caminos regulares (RPQs) son una característica central de todos los lenguajes y estándares de consulta de grafos modernos, como SPARQL, Cypher, SQL/PGQ y GQL. Si bien SPARQL devuelve puntos finales de RPQs, en Cypher, SQL/PGQ y GQL es también posible devolver los caminos completos. En esta tesis, presentamos el primer marco de trabajo para devolver caminos que coincidan con RPQs bajo los quince modos prescritos en los estándares SQL/PGQ y GQL. El núcleo de nuestro enfoque es la construcción del grafo de producto, combinada con una forma de representar de forma compacta un numero potencialmente exponencial de resultados que pueden coincidir con una RPQ. A lo largo de la tesis, describimos como opera este enfoque a nivel conceptual y brindamos garantías de tiempo de ejecución para evaluar RPQs. También desarrollamos una implementación de referencia sobre un motor de procesamiento de grafos de código abierto, mostrando así como se puede integrar en cadenas de procesamiento de grafos existentes, y realizamos un análisis detallado sobre la ejecución de RPQs en conjuntos de datos relevantes para evaluar la utilidad de nuestros métodos en un escenario realista. En comparación con varios motores de consulta modernos, obtenemos mejoras de ordenes de magnitud y un rendimiento notablemente estable, incluso para clases de RPQs teóricamente intratables.
Entrepreneurship education : "the Chilean experience" - a case study on the Berkeley method of entrepreneurship.
(2017) Opazo Piper, Sebastián Andrés; San Martín Gamboa, Ricardo Manuel; Cruz Novoa, Alfonso; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Hoy más que nunca el emprendimiento desempeña un papel relevante en las economías abiertas para el crecimiento. Altos niveles de emprendimiento pueden alcanzarse mediante la educación, y especialmente la educación empresarial. A pesar de que existe una amplia variedad de estudios sobre cursos basados en el trabajo grupal para el diseño de productos e innovación, hoy no existe evidencia sustancial de su efecto sobre los resultados de aprendizaje. Esta tesis estudia el curso “ING2030: Investigación, Innovación y Emprendimiento”, dictado en la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC), considerando la autoeficacia e intención a emprender, asociado a los resultados esperados del curso. Nuestro principal objetivo es explorar y medir los impactos de nuevos cursos de emprendimiento. Dicho esto, pretendemos ofrecer una intervención probada para fomentar y desarrollar una mentalidad emprendedora en estudiantes de ingeniería. Comenzamos investigando la forma en que los seres humanos guían sus comportamientos para luego poder diseñar metodologías e intervenciones apropiadas para influir en ellos. Luego proporcionamos datos de los efectos del Berkeley Method of Entrepreneurship (BMoE) en los estudiantes de la Universidad de California en el BMoE Bootcamp. A continuación, se realiza el mismo estudio en la PUC, midiendo los impactos de una versión adaptada del curso: ING2030. Consecuentemente, analizamos los efectos generales del BMoE, no sólo como un caso aislado. Encontramos pruebas concluyentes que la intervención estudiada implementada en Chile fue capaz de mejorar la autoeficacia de los estudiantes de ingeniería de la PUC. En cuanto a la intención a emprender, hubo un incremento positivo en las declaraciones asociadas a este ítem. Sin embargo, no fue estadísticamente significativo y más investigación debe llevarse a cabo. Finalmente, el estudio de este caso provee evidencia que la autoeficacia en el emprendimiento puede aumentar la intención de alguna manera inmediata. Sin embargo,los resultados demuestran que no existe una relación de efecto de causa simple entre ambas variables.
Estimación monocular de movimiento propio y detección de candidatos a peatón desde una plataforma móvil.
(2012) Zubiaguirre Bergen, Ignacio; Torres Torriti, Miguel Attilio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los accidentes vehiculares, especialmente los atropellos, cobran muchas vidas todos los años en Chile. Los automóviles ofrecen elementos de protección para sus ocupantes, pero no así para los peatones. Esta investigación busca ofrecer una herramienta para proteger a estos últimos mediante un sistema de alerta de su presencia basado en visión artificial monocular. El método propuesto estima información tridimensional del entorno del vehículo, permitiendo identificar objetos por su forma física en vez de su apariencia en la imagen. Se seleccionan como candidatos a peatones las regiones de la imagen donde se proyectan objetos que tengan ubicación y dimensiones coherentes a las de un peatón. La novedad del método propuesto está en su capacidad de inferir regiones en las cuales pueden encontrarse peatones a partir de la reconstrucción parcial de la escena observada, sin la necesidad de emplear clasificadores de peatones que son computacionalmente costosos. A su vez, la contribución del método es que efectivamente logra entregar áreas de la imagen donde potencialmente existen peatones, reduciendo el espacio de búsqueda para posteriores clasificadores que sean capaces de realizar una etapa de detección refinada. Para evaluar el desempeño del sistema en la práctica, se utilizaron nueve secuencias de imágenes tomadas desde un vehículo en movimiento, con un total de 7 minutos y 9 segundos de grabación. Una cámara montada sobre una estructura ubicada en el techo de un automóvil permitió capturar las imágenes correspondientes a una conducción real por calles urbanas, principalmente residenciales. Con el sistema propuesto e implementado en esta investigación, se obtuvo una tasa de detección promedio de peatones de 89% cuando éstos se encontraban a menos de 20 m de distancia, de 88% cuando los peatones se ubicaban a menos de 30 m de distancia, y de 81% cuando los peatones circulaban a una distancia menor a 40 m del vehículo.
Estudio comparativo de usabilidad de una aplicación CSCL en diferentes plataformas de hardware
(2010) Calderón, Juan Felipe; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La correcta utilización de tecnología en la sala de clases ha probado ser un aporte a las prácticas pedagógicas existentes, y en particular al trabajo colaborativo. Con este fin, se han ocupado una gran variedad de plataformas (netbooks, PDAs, teléfonos móviles, computadores de escritorio), pero no se ha analizado en profundidad qué diferencias existen entre estas a nivel de su usabilidad y de su capacidad de generar colaboración. El presente trabajo busca aportar en esta dirección, realizando un estudio comparativo del uso de una misma actividad colaborativa cara a cara en cuatro plataformas distintas: teléfonos móviles, netbooks, tablets y computadores de escritorio con Multiple Mice.

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