3.01 Escuela de Ingeniería

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Análisis del ciclo de vida del cobre en una operación minera de hidrometalurgia en la zona central de Chile
(2024) Meza Chevecich, Carolina Alejandra; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La metodología de Análisis de Ciclo de Vida o Life Cycle Assessment (LCA, en inglés) ha sido aplicada en diferentes industrias. Sin embargo, en la ruta de procesamiento hidrometalúrgica de cobre, aún no ha sido ampliamente estudiada y existe escasez de datos e información al respecto, especialmente en Chile. Un LCA tiene la particularidad de ser una herramienta integral que permite estudiar los impactos generados al ambiente producto de las actividades desempeñadas en la elaboración de un producto y/o servicio. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es cuantificar, por medio de un análisis de ciclo de vida, los impactos ambientales generados por la vía hidrometalúrgica del cobre por etapa en una operación ubicada en la zona central de Chile. Las categorías de impacto e indicadores por evaluar son el potencial de calentamiento global (GWP), potencial de acidificación (AP), potencial de creación de ozono fotoquímico (POCP), formación de material particulado (PMF), demanda acumulada de energía (CED), y uso de agua (WU). Para llevar a cabo esto, se utilizará Microsoft Excel para realizar los balances y la cuantificación de las categorías, además de Tableau como herramienta de visualización de los resultados. Estos, mostraron que las categorías más estudiadas son las de potencial de calentamiento global, potencial de acidificación y demanda acumulada de energía. Además, los resultados obtenidos se encuentran dentro de los rangos registrados en la literatura. Específicamente en la categoría de potencial de calentamiento global, se pudo observar el aporte significativo de las emisiones indirectas en comparación a las directas, expresado en dióxido de carbono equivalente por cátodo de cobre producido (tCO2-e /tCu). Finalmente, aún existe el desafío de incluir otras categorías de impacto ambiental como la eutrofización, la toxicidad, y aquellos relacionados a la pérdida de la biodiversidad, además de incluir aspectos sostenibles que puedan dar una mirada holística al desempeño de las operaciones en la minería del cobre.
Cambios en la productividad primaria del bosque esclerófilo de la región tipo mediterránea de Chile y su relación con factores fisiográficos y estructurales en un contexto de sequía y olas de calor.
(2023) Vergara López, Benjamín Alejandro; Miranda, Marcelo; Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal. Pontificia Universidad Católica de Chile
La sequía y las olas de calor son componentes del cambio climático y el calentamiento global que pueden generar cambios en los ecosistemas forestales, y en muchas partes del mundo estos no han sido investigados. El objetivo de este trabajo fue estudiar el comportamiento de la productividad primaria de diversos bosques esclerófilos de la Región Mediterránea de Chile durante un contexto de sequía y olas de calor, e identificar factores ecológicos que influyen en el proceso. Para ello, como indicador de la productividad se midió el Índice de Área Foliar entre los años 2017 y 2021, y se calculó su cambio. En dicho periodo se mantuvieron condiciones de sequía y se experimentaron olas de calor extremas. Se usaron modelos GLM para modelar la relación del índice y su cambio con variables fisiográficas, estructurales, composición florística y la riqueza de especies leñosas de los bosques. Los resultados indican que el Índice de Área Foliar se redujo significativamente en el periodo de estudio y que el comportamiento de la productividad depende de la fisiografía del terreno y la estructura del bosque. La vegetación más productiva, que se localiza en terrenos propensos a la acumulación de agua, posee mayor cobertura arbórea, e individuos arbóreos más altos, experimentó los cambios más negativos, mientras que la vegetación menos productiva incluso experimentó incrementos en el índice.
Effect of the heat transfer on supercritical CO2 extraction of solid substrates: Modeling and quantification of the impact at industrial level
(2024) Toledo Cayuleo, Felipe Rodrigo; Valle Lladser, José Manuel del; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La modelación y simulación de la extracción de sustratos sólidos con CO2 supercrítico es una herramienta útil para optimizar extracciones, escalar resultados y diseñar plantas industriales. Sin embargo, los modelos de transferencia de masa para este proceso incluyen suposiciones que pueden ajustarse en extracciones de laboratorio, pero que es difícil controlar a grandes escalas. El objetivo de esta tesis fue evaluar el efecto de relajar la suposición de temperatura constante durante el proceso y cuantificar su impacto en extracciones en plantas industriales. Esta tesis presenta un programa de simulación de plantas con múltiples extractores y un modelo de transferencia de masa y calor que estima perfiles de temperaturas durante las etapas de despresurización, presurización y extracción, los cuales son considerados en el cálculo de las curvas de rendimiento de extracción. El simulador de plantas industriales mostró la importancia del número de extractores y el tiempo de ciclo para evaluar la productividad de estas plantas. Un modelo unidimensional para la transferencia de calor en estado estacionario fue ajustado con datos de extracciones (en un extractor de 1 litro) con gradientes de temperaturas impuestos (a 48 MPa, con CO2 a 40 °C con la pared del extractor a 60 °C y viceversa). Al aplicar los perfiles de temperatura calculados en el modelo de transferencia de masa, las curvas de extracción simuladas coinciden con los datos experimentales de la extracción con gradientes impuestos. El modelo de transferencia de calor fue expandido para considerar un sistema transiente y variaciones axiales y radiales de temperatura, junto con las etapas de despresurización y presurización. Una nueva correlación para estimar la transferencia de calor por convección pared-fluido fue ajustada con datos experimentales de despresurización, y su uso fue validado en el modelo por medio de la simulación y comparación con datos experimentales de las etapas de presurización y extracción. Finalmente, este modelo general de transferencia de calor y masa fue aplicado en la simulación de una planta industrial con dos extractores (volumen de 1 m3) para evaluar el efecto de los gradientes de temperatura formados durante las etapas de reacondicionamiento en las curvas de extracción. Para una extracción a 48 MPa, con el CO2 y el fluido de servicio en contacto con la cara externa del extractor a 60 °C, las diferencias entre el caso no isotérmico y el isotérmico no superan un 9%, incluso variando velocidad superficial del CO2 y el tamaño de partícula. Estas diferencias aumentan significativamente hasta un 36% cuando las condiciones del proceso aumentan a 70 MPa y 80 °C, cuando el tiempo de extracción es de 10 minutos.
Exploring the capability of SARIMA models for meteorological and hydrological drought forecasting in Chile
(2023) Núñez Grahmann, Marialina I.; Gironás León, Jorge Alfredo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La sequía puede ocurrir en cualquier región del mundo, generando efectos negativos en los sectores afectados y sus habitantes. La sequía puede verse exacerbada por el cambio climático y el aumento de la demanda de agua por parte de diversos sectores sociales y económicos, ambos problemas bastante evidentes en Chile, Sudamérica. Para el desarrollo de esquemas eficientes de mitigación de la sequía, es importante desarrollar pronósticos de sequía para los sistemas de alerta temprana, apoyando la planificación y gestión de los recursos hídricos. Este trabajo evalúa las habilidades de los modelos SARIMA (Modelo estacional autorregresivo integrado de media móvil) para predecir el comportamiento futuro de los índices de sequía (es decir, el índice de precipitación estandarizado, IPE, y el índice de caudal estandarizado, ICE) en Chile, un país con una variedad de condiciones climáticas y geográficas. Para ello, ajustamos modelos SARIMA utilizando registros históricos de IPE e ICE desde enero de 1990 hasta diciembre de 2016, los que luego son evaluados durante el período comprendido entre enero de 2017 y diciembre de 2020 utilizando métricas de desempeño de Porcentaje Correcto y Error Medio Cuadrático, así como las métricas de Peirce Skill Score y Ranked Probability Skill Score. Los resultados muestran que, considerando el valor más conservador según las puntuaciones de habilidad, el 26% y el 6% de los modelos pronosticados logran un pronóstico significativo de hasta 6 meses de adelanto para ICE e IPE respectivamente. Utilizando la regulación chilena, la declaración de sequía resultó ser mejor pronosticada hacia el sur.
Geographic variability of dust and temperature in macroweather and climate scaling regimes
(2023) Acuña Reyes, Nicolás; Wout, Elwin van't; Matzavinos, Anastasios; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Para entender los numerosos eventos que ocurren contínuamente en la atmósfera, es necesario separarlos y estudiarlos en diferentes escalas temporales o regímenes, dentro de los cuales el régimen de macrotiempo abarca entre 20 días y 50 años, mientras que el régimen de clima va de 50 a 80.000 años. En este trabajo, realizamos un análisis de fluctuación de Haar utilizando la temperatura y la deposición de polvo de 24 sitios del mundo, pudiendo así evaluar la variabilidad atmosférica global para el Último Ciclo Glacial. Para hacer esto, desarrollamos un algoritmo capaz de trabajar con conjuntos de datos no equidistantes, ya que este es el formato bruto de los datos paleoclimáticos. También comparamos los resultados de nuestro algoritmo libre de interpolación con los de una función dependiente de interpolación, el cual sesga los resultados a medida que filtra los datos. Además, ejecutamos un análisis espectral utilizando una Función de Transformada Rápida de Fourier No Uniforme para complementar nuestro estudio, pero dada la naturaleza altamente fluctuante de los datos, no logramos sacar ninguna conclusión complementaria. Así, encontramos que la variabilidad de la atmósfera presenta una dependencia geográfica relacionada con la latitud pero también con su ubicación marina o continental, donde Antártica presentó una transición de macrotiempo a clima (τc) en escalas de tiempo alrededor de los 200-600 años, mientras que en Groenlandia esta fue alrededor de 100-300 años. Este valor aumenta para las latitudes medias hasta 1800-2500y, mientras que en los trópicos vuelve a disminuir hasta alrededor de 630y.
Image based automatic wind velocity profiler for adaptive optics
(2023) Díaz, Sebastián J.; Tejos Núñez, Cristián Andrés; Guesalaga Meissner, Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los sistemas de óptica adaptativa (AO, por sus siglas en inglés) corrigen las aberraciones o desfases generados por la atmósfera. Para ello, se requieren estimadores en línea de los parámetros de turbulencia atmosférica. Para la familia de sistemas de óptica adaptativa de campo amplio (WFAO, por sus siglas en inglés), esta información debe ser estratificada en altitud. Entre estas estimaciones vectorizadas, el perfil del viento en altitud es deseable para reducir los errores temporales en los lazos de AO y para estimar el tiempo de coherencia de la turbulencia. Esta tesis propone un estimador de viento llamado Algoritmo de Seguimiento de Picos basado en Procesamiento de Imágenes (IPTA, por sus siglas en inglés). IPTA está basado en procesamiento de imágenes y estima de manera automática y confiable la velocidad del viento para varias capas turbulentas a lo largo de la línea de visión. La estimación de cada capa de viento se logra mediante el seguimiento de picos presentes en mapas de correlación cruzada generados con datos de pares de sensores de frente de onda (WFS, por sus siglas en inglés). Estos mapas son generados utilizando la técnica conocida como SLODAR (Slope detection and Ranging). Resultados para datos simulados y reales muestran que IPTA supera a uno de los métodos de estimación de viento del estado del arte (el algoritmo CovAriance parametrization of Wind velocity, CAW) en términos de precisión y recuperación. Los resultados también muestran que, en términos de tiempo de ejecución, IPTA escala mejor cuando se incrementa el número de lentes de los WFS. Siendo de código abierto y confiable, IPTA puede ser una herramienta útil para la comunidad de óptica adaptativa.
Instrumentos flexibles para abordar la seguridad hídrica en un contexto de incertidumbre climática un estudio de caso de contratos de opción en la cuenca del río Aconcagua
(2024) Ávila Troya, Antonia Ignacia; Vicuña Díaz, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El cambio climático afecta a una gran variedad de fenómenos meteorológicos y climáticos extremos en todo el mundo, provocando diversas consecuencias adversas en la seguridad alimentaria e hídrica. Esto ha afectado especialmente a algunos países, como Chile, que sufre actualmente la sequía más larga de su historia. El posible agravamiento futuro de esta situación ha motivado diversos estudios que evalúan distintas medidas de adaptación para evitar problemas de seguridad hídrica. Un ejemplo de estas medidas es la implementación de contratos de opción. Este instrumento corresponde a una transferencia temporal de agua de un usuario (normalmente un usuario agrícola) a otro (normalmente un proveedor de agua potable). Un contrato de opción es probable que se ejecute cuando exista una condición climática que lo amerite y se considera una compensación monetaria para los usuarios que entregan el agua. Los contratos de opción permiten al titular posponer las decisiones de compra de agua hasta disponer de más información. Esta tesis presenta un estudio de caso sobre la aplicación de este instrumento como herramienta para reducir el impacto de la sequía en el consumo humano en un contexto de incertidumbre climática, en la cuenca del río Aconcagua durante el periodo 2019-2060. Los resultados muestran que, dependiendo del escenario climático, el contrato se activa de 0 a 49 veces durante el período de estudio. En caso de activación, aumenta el volumen de agua recibido por la empresa de saneamiento. De este estudio se concluye que los contratos de opción reducen los niveles de demanda insatisfecha que presentará la empresa de saneamiento debido a las condiciones futuras, mejorando la seguridad hídrica de los habitantes de la zona donde se aplica la medida.
Is Chile prepared to produce wine in the future?: a qualitative and quantitative analysis of the transition towards a circular economy
(2023) Munita Morgan, María Trinidad; Hernández Pardo, Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La crisis climática seguirá presente en el futuro. Así que es crucial empezar a producir de una forma que mitigue esta crisis. Una forma es la Economía Circular, pero es necesaria una transición para adoptarla. Hay industrias, como la Agricultura, que se verán muy afectadas por la crisis en el futuro. Coincidentemente, en Chile, esa industria es muy grande, genera el 59% de sus exportaciones al año (ODEPA, 2022). En el trabajo de investigación de maestría se encontraron las oportunidades que tiene Chile, como país productor de vino, en la producción de vino a futuro a pesar de la crisis climática. La tesis se desarrolla en dos partes, siendo en la primera, dónde se encontrarán las oportunidades que tiene Chile en el cultivo mismo de la uva. Mediante una predicción de serie de tiempo de las temperaturas de una selección de ciudades, se estudiaron las ciudades en las que seguirá siendo idónea la producción de vino en 2054. En este estudio Chile, Argentina e Italia son los países que mejor conservan las temperaturas en el futuro. En la segunda parte, se presenta un análisis cualitativo a líderes de la Industria Vitivinícola que, utilizando como herramienta el Diseño Especulativo, buscó caracterizar las tendencias tecnológicas, culturales y ambientales presentes en tres viñas chilenas. El estudio concluyó que las bodegas más pequeñas tienen menos presupuesto para invertir en avanzar hacia una Economía Circular. Además, a nivel transversal, existe la creencia de que cuanto mayor es el nivel tecnológico, más se pierde la esencia humana del vino. La sección termina con recomendaciones para que la industria vitivinícola realice la transición y se enfatiza la importancia que tiene transitar hacia una Economía Circular para asegurar el posicionamiento de Chile en la industria vitivinícola. Sin la transición será muy difícil mitigar los efectos del cambio climático a futuro y asegurar la supervivencia de la producción de vino.
Prediction model based on response surface methodology for the design of low-carbon cement pastes based on wheat straw ash and silica fume
(2023) Bastías Concha, Bryan Rodrigo; Guindos Bretones, Pablo; González Hormazabal, Marcelo Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La industria del cemento y el hormigón es responsable entre el 5% y 7% de las emisiones de CO2 antropogénicas mundiales, y se espera que sigan en aumento debido a la alta demanda de viviendas e infraestructuras. Por ello, una alternativa para mitigar las emisiones de CO2 es el uso de materiales cementicios suplementarios (SCM). Estos materiales se utilizan tanto en la producción de cemento, como in-situ, entre los más conocidos se encuentran cenizas volantes, humo de sílice, polvo de caliza, metacaolín, etc. Los subproductos agrícolas e industriales son viables como SCM con características físico-químicas que pueden beneficiar las propiedades del hormigón. Una limitación de los SCM es el hecho de que no todos están disponibles localmente por lo que es recomendable producir y utilizar los disponibles en cada lugar. Por otro lado, en Chile para el periodo 2022/2023 se estima aproximadamente 1.805.683 toneladas métricas de rastrojos de paja de trigo que puede reutilizarse y transformarse en ceniza de paja de trigo (WSA), un potencial SCM, el que según cada región que se encuentre varían sus propiedades. Sin embargo, estudios muestran que su incorporación en la matriz cementante no permite alcanzar el rendimiento mecánico de una pasta de cemento convencional. Para mitigar los efectos adversos que produce la incorporación de WSA a la matríz cementante, es que la incorporación de Silica Fume (subproducto industrial) puede compensar las pérdidas de resistencia, principalmente por su eficiencia puzolanica. En la presente investigación desarrollada con pastas cementantes híbridas, se analizó el comportamiento de la inclusión conjunta de WSA y SF con pruebas físicas, químicas y mecánicas para evaluar su desempeño, los rangos de reemplazo son de hasta un 20% y 10% respectivamente en peso. Los resultados muestran que para cualquier sustitución de cenizas de paja de trigo entre 0 y 20% en combinación con SF por encima de 5%, se reducen las pérdidas de resistencia a la compresión desde los 28 días de curado.
Toward resilient and sustainable communities: performance evaluation of light frame timber residential structures subjected to seismic and hurricane hazards
(2024) Valdivieso Cascante, Diego Nicolas; Abbie B., Liel; Guindos Bretones, Pablo; López-García, González Diego; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería ; University of Colorado Boulder
Esta tesis ofrece un análisis profundo sobre el comportamiento estructural y la modelización de estructuras de entramado ligero de madera. Destaca la importancia de un modelado en 3D que refleje con precisión el comportamiento real, frente a las aproximaciones simplificadas en 2D comúnmente usadas en el ámbito profesional. El objetivo principal de esta tesis es profundizar en el entendimiento de las respuestas estructurales ante riesgos sísmicos y huracanados en Chile y Puerto Rico, respectivamente. Esta mayor comprensión podría potenciar la resiliencia de las comunidades en estas zonas ambientalmente sensibles, haciendo al mismo tiempo que la construcción con madera sea más competitiva y factible como opción sostenible en el tiempo. Centrándose en la sostenibilidad, este estudio subraya el importante papel de la madera en la disminución del déficit habitacional y en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel mundial. Basada en desempeño para evaluar los riesgos relacionados con los vientos huracanados. También se consideran los posibles impactos del cambio climático en la frecuencia e intensidad de los huracanes en la isla. Esta tesis integra varios aspectos del comportamiento de los edificios de madera bajo cargas sísmicas y de vientos huracanados, desafiando los enfoques de diseño convencionales y abogando por prácticas sostenibles y socialmente responsables. Las conclusiones y recomendaciones establecen un camino para el desarrollo de prácticas de construcción robustas, eficientes y sostenibles en áreas propensas a amenazas naturales. Se espera que investigaciones futuras expandan sobre los efectos de sistema y los efectos de las capas no estructurales para desarrollar la información necesaria para que los profesionales y académicos consideren tales efectos en el análisis de estructuras de madera. Las investigaciones futuras también deberían centrarse en desarrollar modelos integrales de cambio climático para la evaluación del riesgo ante múltiples amenazas, promoviendo así la resiliencia en comunidades vulnerables a nivel global
Understanding groundwater dynamics in a chanching climate: numerical modeling and remote sensing insights from the Salar del Huasco Basin
(2023) Blin Lizasoain, Nicole; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El agua subterránea es la mayor fuente de agua dulce a nivel global. En regiones áridas, donde el agua superficial es limitada, el agua subterránea es la principal fuente de agua. El continuo avance del cambio climático y el crecimiento acelerado de la población generarán un aumento en la demanda de dicho recurso. Por lo tanto, es esencial comprender cómo podrían verse afectados los sistemas de agua subterránea y así gestionar sustentablemente los recursos hídricos y preservar ecosistemas. Motivada por dichas proyecciones, esta investigación se enfoca en el estudio de la cuenca del Salar del Huasco en el árido Altiplano chileno, mediante la simulación del agua subterránea bajo diferentes escenarios de cambio climático. La primera parte de la investigación examina la respuesta del acuífero del Salar del Huasco ante escenarios extremos de cambio climático. Los resultados indican que el acuífero se adapta a diversas condiciones externas mediante la regulación de sus descargas, con la evaporación como el principal mecanismo de descarga que mantiene estable el nivel freático alrededor de los humedales. La segunda parte evalúa la aplicabilidad de productos satelitales en la modelación del agua subterránea en áreas con monitoreo limitado. La integración de EEFlux en el modelo mejoró la representación espaciotemporal del nivel freático y la calibración de parámetros específicos, confirmando el potencial de estos productos en la modelación del agua subterránea. Finalmente, se explora el papel del agua subterránea en la mitigación de los efectos del cambio climático en ecosistemas dependientes, con enfoque en los humedales del Salar del Huasco. A pesar de los cambios climáticos proyectados, los humedales se mostraron resistentes a cambios debido a la influencia del agua subterránea. Esto sugiere que el agua subterránea podría amortiguar parte de los impactos del cambio climático en ecosistemas dependientes en regiones áridas.

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