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Recent Submissions
- ItemProjection of particles from the turbulent flow: the fundamental link to the understanding of erosive wear mechanism(2025) Espinoza Jara, Ariel Orlando; Walczak, Magdalena; Messa, Gianandrea; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEsta tesis profundiza en la comprensión del desgaste por erosión turbulenta en flujos con partículas en suspensión, mediante el estudio de las estructuras turbulentas coherentes, particularmente los Movimientos a Gran Escala (LSM, por sus siglas en inglés) y potencialmente los Movimientos a Escala Muy Grande (VLSM). Estas estructuras concentran una contribución significativa de la energía cinética turbulenta, llegando hasta un 60%, la cual puede transferirse a las partículas arrastradas, impulsándolas hacia las superficies y generando erosión. El análisis revela evidencia clara de la relación entre la dinámica de estas estructuras y las velocidades y ángulos de impacto de las partículas observados experimentalmente a partir del análisis inverso de las huellas de desgaste, lo que confirma la hipótesis central de que las estructuras turbulentas gobiernan el proceso erosivo en estos sistemas. Se identificaron parámetros clave del flujo y de las partículas como: el número de Reynolds, el número de Stokes, la concentración de sólidos, el ángulo de impacto y la velocidad de imapcto, que influyen directamente en la frecuencia y distribucion de los impactos erosivos. El estudio integra técnicas de simulación avanzadas (Simulación de Grandes Vortices, LES, acoplada con el modelo Multi-Phase Particle-in-Cell, MPPIC) junto con herramientas experimentales innovadoras como la Velocimetría por Imágenes de Ultrasonido (UPIV) y la Velocimetría por Seguimiento de Partículas (PTV), permitiendo caracterizar tanto la turbulencia de la fase líquida como el comportamiento de las partículas en las proximidades de las superficies sólidas. De manera relevante, los resultados respaldan un cambio hacia modelos de erosión basados en la energía transferida desde el flujo hacia la superficie, considerando la dureza del material erosionado y las estructuras coherentes del flujo, en contraposición a los enfoques tradicionales basados en el esfuerzo de fluencia. Un análisis de reducción de orden mediante POD y transformadas wavelet demostró que un número reducido de modos energéticos es capaz de predecir la coherencia espacio-temporal de eventos del tipo ”Sweep” responsables de los impactos de partículas. Además, se validó el uso de partículas equivalentes en tiempo de respuesta de Stokes, lo cual permitió simular partículas experimentales de mayor tamaño de forma eficiente sin comprometer la resolución de LES. Aunque persisten desafíos, como cuantificar la pérdida de masa superficial a largo plazo y mejorar la resolución de estos fenómenos cerca de la pared, este trabajo establece una base sólida para la modelación predictiva del desgaste por erosión turbulenta. Plantea los fundamentos para el desarrollo futuro de modelos más precisos, eficientes computacionalmente y validados experimentalmente, con aplicación directa en sistemas industriales de manejo de pulpas como lo son las tuberías.
- ItemOptimized control of seismic floor accelerations with energy dissipation devices(2025) Ortega Peláez, Mario Andrés; López-García González, Diego; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaThe floor acceleration response of a building structure subdued to a seismic excitation is the cause of damage to non-structural components sensitive to acceleration. The cost of these elements constitutes the main fraction of the total investment cost of a building. Therefore, an important fraction of economic losses during an earthquake is usually related to these components. Increasing the damping of a structure by adding supplemental dampers is a popular method to improve the seismic behavior of structures. Dampers can be grouped into two categories: viscous and hysteretic. Additionally, a different group of devices, called inerter based devices, has been developed and studied during the past two decades for the vibration control of structures. This thesis proposes to find optimal distributions of these devices to achieve the maximum possible reduction of the seismic floor acceleration response. Structures were modelled as linear elastic shear buildings. The seismic excitation was modelled as a stochastic process for two different soil conditions. The optimization function was defined using Monte Carlo simulation and the stochastic response of the systems. Optimal solutions were found using exhaustive search and optimization algorithms. Optimal solutions were analyzed and compared to define which of the studied devices can achieve the best response reduction. The effect of the optimal solutions on other responses such as inter-story drift, dissipated energy, ductility ratio and floor response spectra were evaluated. Case studies with real structures subdued to recorded ground motions were performed. In these, the devices were optimized for the reduction of floor accelerations and the effects of other responses were assessed
- ItemConverting organic waste into energy by coupling hydrothermal liquefaction and anaerobic digestion(2025) Cabrera Abarca, Daniela Viviana; Labatut, Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos crecientes desafíos de la gestión de residuos y la sostenibilidad energética exigen soluciones innovadoras. Esta tesis explora la integración de la licuefacción hidrotermal (HTL) y la digestión anaeróbica (AD) para convertir residuos orgánicos con alto contenido de humedad, como los residuos de trampas de grasa (GTW) y el digestato anaeróbico, en productos energéticos valiosos. El sistema HTL opera a temperaturas moderadas y altas presiones, generando biocrudo, un producto acuoso rico en nutrientes (AP), hidrocarbón y gas. El AP, que suele ser un desafío su tratamiento, se reutiliza en este estudio para mejorar la recuperación de biocrudo y la producción de metano a través de la AD. Se realizaron cuatro fases de investigación: Primero, se evaluó la influencia de las condiciones operativas del HTL para optimizar el rendimiento del biocrudo y las características del AP. Segundo, se desarrollaron rutas de reacción para el HTL de GTW y digestato, arrojando luz sobre sus mecanismos de transformación. Tercero, se analizó la recirculación del AP en el sistema HTL, demostrando su papel en el aumento del rendimiento del biocrudo y evaluando las limitaciones en su reutilización. Por último, se investigó la integración de HTL con digestión anaeróbica de alta tasa (HRAD), demostrando su efectividad para maximizar la recuperación de energía y mitigar impactos ambientales en el tratamiento de residuos. Los resultados indican que la integración HTL-AD mejora la eficiencia de recuperación energética y la calidad de los productos en comparación con procesos independientes. Sin embargo, se identificaron desafíos como la toxicidad del AP y la estabilidad del reactor bajo altas cargas de AP, subrayando la necesidad de enfoques personalizados según el tipo de residuo y las condiciones operativas. Este trabajo contribuye al campo emergente de las tecnologías de conversión de residuos en energía, proporcionando un marco para la escalabilidad equilibrando viabilidad ambiental y económica.
- ItemA Behavioral Approach to Indoor Autonomous Navigation with an Affordance-based Plan execution(2025) Sepulveda Villalobos, Gabriel Andres; Soto Arriaza, Álvaro Marcelo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa mayoríaa de los sistemas de navegación autónoma utilizados actualmente en robots móviles, basan su funcionamiento en la construcción de representaciones de tipo métrica o topológica del ambiente. Desafortunadamente, este tipo de información no es robusta a cambios estructurales del entorno, y su capacidad de generalización se ve limitada al requerir de la construcción de una representación particular para cada ambiente visitado. Para superar las limitaciones antes mencionadas, proponemos un modelo de navegación autónoma capaz de representar ambientes de interior a través de: i) los distintos espacios arquitectónicos que son significativos para los seres humanos, tales como oficinas, corredores y halls, y ii) los comportamientos necesarios para transitar entre dichos espacios, tales como “salir de oficina”, “seguir corredor” o “cruzar hall”. Con este modelobuscamos alcanzar un alto nivel de abstracción, que haga al sistema menos propenso a errores causados por discrepancias entre la representación interna y el entorno real.Las principales contribuciones de este trabajo son: i) un esquema de navegación enfocado en la selección de acciones de alto nivel que es menos propenso a errores de localización, ii) una representación compacta y semánticamente rica del ambiente que facilita el planeamiento de rutas e interacción con seres humanos, y iii) un método para ejecución de planes de navegación basada en la identificación de affordances relevantes para navegación, que permite prescindir de una representación explícita del ambiente. Al evaluar el rendimiento de nuestra solución en ambientes vistos en entrenamiento, obtenemos que nuestro modelo logra superar la tasa de éxito de modelos alternativos hasta en un 43%. Por otro lado, nuestro modelo presenta resultados prometedores para ambientes no vistos, superando hasta en un 26.3% el rendimiento de modelos alternativos.
- ItemIncorporating machine learning in search and planning problems(2025) Greco Chandía, Matías José Andrés; Baier Aranda, Jorge Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa busqueda heurística es un método universal de resolución de problemas y es el núcleo de la planificación automática. La búsqueda ofrece propiedades teóricas como la completitud y las garantías sobre la calidad de la solución, como la w-optimalidad. Si bien el aprendizaje automático (ML) ha logrado un éxito notable en dominios como la clasificación de imágenes y el procesamiento del lenguaje natural, su aplicación a la búsqueda y la planificación automática presenta desafíos significativos. Los enfoques existentes comúnmente comprometen las propiedades teóricas de los algoritmos de búsqueda tradicionales, lo que destaca la necesidad de nuevos métodos que combinen la adaptabilidad del ML con la confiabilidad de las técnicas basadas en búsqueda. Esta tesis explora cómo los modelos y métodos de ML se pueden integrar de manera efectiva en los problemas de búsqueda para mejorar la eficiencia y la escalabilidad sin sacrificar sus propiedades teóricas. Esta tesis aborda tres preguntas de investigación: (1) ¿Cómo se pueden incorporar las heurísticas y políticas aprendidas en los algoritmos de búsqueda manteniendo las garantías de suboptimalidad? (2) ¿Cómo puede el procesamiento por lotes basado en GPU acelerar el cálculo de las heurísticas aprendidas sin comprometer estas garantías? (3) ¿Cómo pueden los modelos simbólicos parcialmente especificados mejorar el rendimiento de los algoritmos de búsqueda utilizando heurísticas o políıticas basadas en ML? Entre las contribuciones se incluyen el desarrollo de Focal Discrepancy Search (FDS), un algoritmo de búsqueda acotado por suboptimalidad que integra heurísticas aprendidas al tiempo que conserva las garantías teóricas y K-Focal Search, un método acelerado por GPU que mejora la eficiencia de la búsqueda y proporciona soluciones w-optimas. Además, este trabajo presenta un nuevo marco que combina modelos simbólicos parciales con enfoques basados en ML, lo que permite soluciones más escalables y eficientes para tareas de toma de decisiones secuenciales.