3.01 Tesis magíster

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    Physics-informed neural networks approach to predict heart displacement field and in-vivo myofiber strain
    (2024) Solís Paredes, Rodrigo Ignacio; Sahli Costabal, Francisco; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La deformación en la dirección de las fibras del corazón, llamada myofiber strain ha surgido como una métrica del desempeño mecánico del tejido del corazón que considera su microestructura, a diferencia de las métricas tradicionales: deformación longitudinal, circunferencial y radial, que son calculadas de una forma meramente geométrica. Predicciones certeras del myofiber strain entrega resultados prometedores para predecir fallas cardíacas. Combinándolo con un campo de desplazamiento continuo del corazón, se abren oportunidades para una mejor predicción de la función cardíaca y posibles diagnósticos. Esta tesis analiza el desempeño y la implementación de una red neuronal informada por modelos físicos considerando una descripción de la topología de los datos dada por las funciones propias del operador de Laplace y una descripción de la energía hiperelástica del tejido cardíaco del ventrículo izquierdo mediante un modelo de active strain para predecir un campo de desplazamiento continuo y myofiber strain. Esto usualmente se ha logrado usando el método de elementos finitos, pero en este trabajo se va a demostrar que las redes neuronales tienen mejores resultados. Este trabajo usa un campo de desplazamiento obtenido con imágenes DENSE y las direcciones de las fibras del corazón obtenidas con cDTI, las cuales son imágenes de resonancia magnética. Los resultados experimentales prueban que la red neural informada por un modelo físico entrega mejores resultados que los obtenido con elementos finitos. Adicionalmente es capaz de predecir valores para la deformación en la dirección de las fibras del corazón dentro de los valores presentes en la literatura. Las imágenes de DENSE tienen un tiempo largo de adquisición, haciéndolo un procedimiento clínicamente poco aplicable, sin embargo, la red neuronal propuesta entrega excelentes resultados considerando una cantidad reducida de datos de DENSE, permitiendo bajar el tiempo de adquisición para estas imágenes y entregando resultados prometedores para su aplicabilidad clínica.
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    Optimización dinámica de operaciones same-day delivery integradas con recogida de productos
    (2024) Gaete Silva, Matías Gonzalo; Klapp Belmar, Mathias Alberto; Larrain Izquierdo, Homero; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En este trabajo, estudiamos el problema de same-day delivery (SDD) integrado con recogida de productos (SDDP-PP). El SDDP-PP es un modelo de planificación operacional enfrentado por un operador logístico que ejecuta e-commerce desde un centro de distribución (CD). El operador logístico recibe dinámicamente solicitudes de entrega a domicilio y recogida de productos hacia el CD durante el día. Para ello, dispone de una flota de vehículos para atender las solicitudes. Las solicitudes de entrega se caracterizan por tener tiempos límite de entrega ajustados. Las solicitudes de recogida representan devoluciones, residuos o productos de proveedores que abastecen al operador logístico. Estudiamos integrar la operación de recogida con la de entrega y así aprovechar las economías de consolidación geográficas presentes en la operación de ruteo de los vehículos. El objetivo es maximizar el beneficio esperado por atender solicitudes, asumiendo que el operadorlogístico asigna un beneficio distinto a cada tipo de solicitud. Para resolver este modelo se requiere de políticas de decisión dinámicas que sean reactivas frente al estado de la flota y las solicitudes del sistema y también proactivas frente al arribo futuro de solicitudes. Dada esta naturaleza dinámica de decisión y los aspectos geográficos y temporales presentes en el estado del sistema, proponemos una política basada en el método Multiple Scenario Approach para anticipar eventos futuros combinado con la heurística Adaptive Large Neighborhood Search para optimizar los planes de rutas. Nuestro método de solución es evaluado en instancias computacionalmente simuladas con diferentes tasas de arribo y distribuciones espaciales de solicitudes, tamaño de flota y beneficios por atendercada tipo de solicitud. Comparamos el beneficio de integrar recogidas en la operación SDD versus operaciones que dividen la flota de vehículos para realizar SDD y recogidas por separado. Para un operador logístico que valora el doble atender solicitudes de entrega versus atender solicitudes de recogida, nuestros resultados computacionales muestran que integrar recogidas en la operación mejora el beneficio obtenido en un 6.9% versus una operación que solo realiza SDD sin considerar recogidas. Esta mejora disminuye cuando: aumenta la tasa de arribo de solicitudes, disminuye el número de vehículos o aumenta la razón entre el beneficio por atender solicitudes de entrega y recogida. Además, concluimos que integrar recogidas con entregas versus separar ambas operaciones mejora el beneficio en un 7.7%.
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    Estudio de desacoplamiento del consumo de energía eléctrica y la producción de cobre de plantas concentradoras en Chile
    (2024) Hernández Carrasco, Loreto; Videla Leiva Álvaro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La presente investigación se realizó con el objetivo de estudiar la disminución del consumo de energía eléctrica en la industria del cobre mediante la implementación de estrategias de eficiencia energética. Se identificaron los puntos de consumo eléctrico más importantes y se evaluaron alternativas de eficiencia. Dentro de las acciones evaluadas se consideraron la implementación de pre – chancado y la optimización de aspectos operacionales en la concentradora. Se estudiaron similitudes entre plantas concentradoras que operan actualmente en Chile para definir un caso utilizado como referencia. Se realizaron simulaciones de procesos para cuantificar la reducción del consumo especifico de energía respecto al caso base definido al aplicar las oportunidades de eficiencia identificadas, por separado y en conjunto. A través de las simulaciones se estimó que entre las tres oportunidades de eficiencia simuladas (pre chancado, optimización del diámetro de bolas y optimización del tamaño de transferencia) la mayor reducción se podría obtener al implementar el pre – chancado, con una reducción potencial del 11.7% de consumo especifico de energía. El mejor resultado en cuanto a reducción de CEE se obtiene al implementar el pre – chancado en conjunto con la optimización del tamaño de transferencia. Los resultados aquí obtenidos son favorables y permiten cuantificar el posible efecto de implementación de estas acciones de eficiencia en una planta concentradora de cobre en Chile. La incorporación de las estrategia estudiadas en todas las plantas concentradoras hoy activas podría reducir en conjunto el consumo energético de la industria en 14% por año equivalente a 2240 GWh anual en promedio en los próximos 9 años.
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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.
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    Desarrollo del pensamiento crítico: compromiso y creatividad en estudiantes universitarios de bajo rendimiento académico
    (2024) Piña Wietstruck, Victoria Andrea; Nussbaum Voehl, Miguel; Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería, 2024; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    A pesar de los esfuerzos de las universidades por cultivar habilidades del Siglo XXI en sus estudiantes, estas iniciativas a menudo resultan insuficientes cuando se trata de aquellos con un rendimiento educativo bajo. En esta línea, el propósito central de esta investigación es desentrañar cómo es posible potenciar las habilidades de pensamiento crítico, compromiso y creatividad en estudiantes universitarios con bajo rendimiento académico.Para abordar esta pregunta, se llevó a cabo un estudio cuantitativo enfocado en estudiantes de primer año de ingeniería con desempeño educativo bajo. El objetivo era evaluar y medir su nivel de desarrollo en pensamiento crítico, compromiso y creatividad.La intervención se centró en una asignatura introductoria de la carrera de Ingeniería Civil Industrial, aplicando el Modelo de Transferencia por Analogía y el Modelo de Aprendizaje basado en Proyectos (PJBL). Las clases fueron modificadas mediante estrategias de resolución de problemas y trabajo en equipo, promoviendo la metacognición a través de preguntas desafiantes y motivadoras. Las mediciones realizadas revelaron un efecto significativo de la intervención en las habilidades de pensamiento crítico y creatividad.Este trabajo aporta significativamente al campo al abordar un problema de escasa evidencia. Proporciona conocimientos cruciales para validar y formular nuevos modelos que puedan mejorar la educación superior y las habilidades de los estudiantes de manera institucionalizada. La investigación destaca la importancia de adaptar las estrategias pedagógicas para satisfacer las necesidades específicas de estudiantes con bajo rendimiento académico, contribuyendo así a cerrar brechas educativas.