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Guía para el diseño de sistemas de recuperación de biogás en rellenos sanitarios

Uno de los procesos más importantes que se llevan a cabo dentro de un relleno sanitario es la degradación anaeróbica de los residuos sólidos urbanos, produciéndose una serie de gases llamados en conjunto biogás. El gas metano es uno de sus principales componentes, el cual debe ser controlado debido a su alto potencial explosivo en contacto con aire, siendo altamente peligrosa su migración especialmente a lugares cerrados. Además, al ser un gas de efecto invernadero de alto impacto, su emisión debe ser controlada, por lo que se hace necesario contar con un sistema de extracción de biogás, para el que existen diferentes alternativas de utilización, ya que cuenta con un alto poder energético, por lo que puede ser utilizado como combustible, empleándose principalmente en calderas, gas domiciliario de cañería y motores de vehículos, etc. El principal objetivo de este trabajo consistió en la realización de una guía para el diseño de sistemas de conducción y extracción de biogás, la cual incluye el desarrollo de una metodología básica para la medición de producción real de biogás mediante pruebas experimentales. Se han definido una serie de etapas para el diseño de sistemas de recuperación de biogás: cálculo de la tasa de producción de biogás teórica, para lo cual se utilizó los Modelos Estequiométrico, de la Biodegradabilidad y Mexicano (variación de Scholl Canyon); determinación de la tasa real de producción de biogás mediante la Prueba de campo y finalmente diseño del sistema de captación y aprovechamiento de biogás. En general, las tasas de biogás calculadas mediante los Modelos de la Biodegradabilidad y Mexicano son bastante similares y los valores obtenidos con estos modelos son aceptados en nuestro país. En el desarrollo del procedimiento para cálculo de redes se ha preferido el uso de fórmulas conservadoras debido a los peligros asociados a flujos de gas combustible. Respecto de la Prueba de campo, se establece que la duración de cada prueba debe ser analizada con detenimiento ya que están directamente asociadas a la eficiencia y costo del sistema. Por otro lado, se ha comprobado que en Chile no existe información oficial respecto de esta prueba y el cálculo de la distancia óptima entre los pozos de extracción no es un factor que en la realidad se considere determinante en el diseño del sistema. En rellenos sanitarios de mediana y gran envergadura, tales como Loma Los Colorados, Santa Marta, Santiago Poniente y La Yesca, se recomienda incluir la alternativa de explotación de biogás en el diseño del relleno sanitario y determinar su ubicación de acuerdo al posible uso que se le dará. Como conclusión final se determina que el punto más importante en el desarrollo de proyectos de recuperación de biogás es la realización de la Prueba de campo, pues esta determinará la eficiencia del sistema y por ende los beneficios del proyecto.
Programación de Trabajos en Líneas de Envasado y Etiquetado para Viña San Pedro

La industria vitivinícola actual está sujeta a una fuerte competencia a nivel mundial, debido a que existen alrededor de 250.000 marcas, ninguna de las cuales supera el 3% de participación global. Aparte de la calidad del producto, los clientes exigen que los pedidos sean embarcados en un periodo preestablecido no superior a 30 días. Gran parte del tiempo para producir un pedido se gasta en embotellar y etiquetar los productos en las líneas de embotellado y etiquetado. Viña San Pedro (VSP) y el Centro de Modelamiento Matemático han estado trabajando en conjunto para desarrollar e implementar un modelo lineal para dar un nivel de automatización y optimización en el uso de las líneas de embotellado y etiquetado. Para embotellar un trabajo en las líneas de embotellado y etiquetado es necesario setear la configuración de la máquina, según las especificaciones del trabajo, esto toma un tiempo que depende de la configuración inicial en la que se encontraba la línea. Los trabajos que se embotellan pueden ser de tres tipos: Embotellar productos de stock (sin etiqueta), etiquetar productos de stock (etiquetar botellas previamente llenadas) y, embotellar y etiquetar productos. El problema es un tipo de scheduling con características propias. La primera es que cada trabajo tiene una configuración propia por lo que después de terminar un trabajo para producir otro se debe esperar el tiempo que se demora en cambiar de la configuración del primero a la configuración del segundo. Y por otra parte, el vino para llenar las botellas es un recurso limitado que controla la cantidad de trabajos que se pueden realizar. El modelo lineal que se usó para este problema, se basa en una red de flujo integral con restricciones laterales. La red, que concentra las restricciones temporales del problema, cumple que toda programación de trabajos en las líneas de embotellado y etiquetado puede representarse como un flujo integral en ella. Las restricciones laterales del problema sirven para controlar que los trabajos sólo se programen una vez y para que no se ocupe más vino del que se dispone. Para poder implementar el modelo, debido al gran tamaño del problema lineal, se optó por podar la red de flujo, controlando el número de nodos asociados a un mismo trabajo. De esta manera se obtiene un algoritmo aproximado para resolver el modelo lineal, en tiempos relativamente bajos para entradas de tamaño real.
Aspectos Termohidráulicos de la Generación Termonuclear en Chile

Se estudian aspectos de la generación nucleoeléctrica, a fin de establecer algunos conceptos a considerar para la posible incorporación de potencia nuclear a la matriz energética chilena. Un aumento de un 6% anual de la demanda energética nacional, crecientes dificultades de suministro de gas natural e hidroelectricidad, así como una reducida incidencia de las energías alterativas, motivan el interés por considerar la inclusión de energía nuclear en nuestra matriz energética a mediano o largo plazo. Se enfatiza en este estudio el aspecto termohidráulico de la recuperación de la energía generada en el núcleo de un reactor. Se describe la tecnología de reactores nucleares, que en su constante evolución desde los años 50, ha creado la llamada tercera generación de modelos, basados en mejoras de los sistemas previamente existentes de reactores de agua en ebullición y de agua presurizada, ampliamente operados y analizados. Del estudio se desprende que son éstos últimos los que presentan mayores perspectivas para su aplicación en Chile, dado nuestro grado de evolución tecnológica. Se ha identificado tres diseños similares de reactores de 1000 [MW(e)], producidos por empresas líderes en el mundo en la fabricación de estos dispositivos. En base a criterios termohidráulicos, y considerando la capacidad del sistema interconectado de incluir nuevas centrales, se identifica el reactor más factible de aplicar en nuestro país (AP1000 de Westinghouse). Para dicho modelo de reactor, se realizó un análisis termohidráulico, consistente en balances energéticos en la fase de generación de calor en el núcleo del reactor, donde se realiza la transferencia de energía a un fluido primario presurizado (agua). Luego el fluido primario transfiere calor a un fluido secundario (agua en ebullición), que realiza un ciclo Rankine sin sobrecalentamiento. Los resultados principales son los caudales de fluidos, presiones, y temperaturas en la operación normal y estacionaria de estos reactores, cuyas dimensiones son de dominio público. Las temperaturas alcanzadas son especialmente críticas en cuanto a la seguridad de operación. En particular, se obtiene una temperatura máxima en el núcleo de 1401 [K] (temperatura más alta en todo el sistema), mientras que en el intercambio entre fluido primario y secundario, la pared de los tubos del intercambiador térmico alcanza 560 [K]. Los cálculos implementados son del tipo contraparte, en que se analiza la performance de un equipo que es ofrecido para su adquisición. Tales cálculos son gran importancia en el caso de evaluar tecnologías transferidas desde el exterior, especialmente tan complejas como las de generación nucleoeléctrica.
Análisis exergo-económico de un sistema de colectores solares para una piscina municipal

El objetivo general del presente trabajo, es generar una metodología de evaluación del uso de colectores solares para una piscina municipal temperada en base a factores en base a un análisis exergético y económico; se espera ver tanto el impacto que podrían tener los colectores en el sistema como la magnitud del ahorro económico asociado a su uso. Se utilizó como caso particular para este trabajo, la piscina temperada de uso público que tiene la municipalidad de Vitacura en la misma comuna. Esta piscina funciona todo el año, siempre temperada, y cuenta además con servicio de camarines con duchas, de manera que se tiene tanto una carga por la calefacción de la piscina como en la generación de agua caliente sanitaria (ACS). Actualmente se utilizan equipos eléctricos para calentar el agua necesaria, lo que genera altos gastos asociados al consumo eléctrico de estos equipos. Por otra parte, está el creciente interés en utilizar energías renovables tanto por el beneficio económico que suponen como el beneficio medioambiental que conlleva su uso. Se determinaron, para el sistema actual, las pérdidas de calor asociadas a la piscina y la energía necesaria para producir ACS. Se calcularon los flujos de exergía del sistema y se identificaron puntos donde existe destrucción o pérdida de exergía. Se identificó la producción de agua caliente sanitaria como una importante carga energética y exergética del sistema, principalmente por la alta temperatura que se debe alcanzar. Se calcularon los requerimientos que se quiere suplir con los colectores y se utilizó el criterio de inversión del valor actual neto para encontrar la cantidad de colectores que entregue un mayor retorno económico. Posteriormente se vio el impacto en el balance exergético del sistema al incluir los colectores solares. Se concluye que hay tanto una mejora exergética como un importante beneficio económico al incorporar al sistema la tecnología de colectores solares para el calentamiento del agua. La mejora exergética está dada por la intervención en algunos puntos del sistema donde se pierde exergía y el menor uso de los equipos actuales. Se puede suponer, que a mayor escala, el ahorro energético acarrearía además una disminución en las pérdidas de exergía aguas arriba del sistema, hacia las fuentes de producción de energía eléctrica, lo que puede significar un beneficio mayor.
Metodología para la Toma de Decisiones de Surtido en una Cadena de Tiendas de Especialidad

El presente trabajo de título aborda el problema de definición de surtido para una cadena de tiendas. Éste consiste en la definición del conjunto de productos que deben formar parte de las distintas categorías. La dificultad de esta decisión radica en los altos costos operativos y administrativos que implica mantener una gran variedad en el surtido, versus la pérdida de valor que genera un surtido demasiado reducido de cara al cliente. El propósito de este trabajo es diseñar una metodología que permita apoyar la definición de surtido de categorías y determinar la importancia relativa de cada uno de los productos que la componen. La metodología planteada se basa en la generación de diferentes propuestas de surtido a partir de la definición del rol que cumple cada producto. Para ello se utiliza información transaccional disponible y se incorporan nuevas variables como la penetración en boletas y el aporte de entropía, con el objeto de poder generar medidas de evaluación para caracterizar a los diferentes roles. En base a estos indicadores se evalúa el desempeño de productos, lo que en combinación con un análisis de las características de la categoría permite apoyar la definición de un surtido base. Posteriormente, se utilizan estos mismos indicadores junto con políticas de la empresa para obtener el nivel de prioridad de cada producto. La metodología fue aplicada sobre una categoría de rutina y de comportamiento estable en el tiempo. Los resultados obtenidos muestran que se puede lograr una reducción en el número de SKU’s y una liberación de inventario de hasta un 10% en 4 meses, sin que se detecten bajas en el nivel de ventas de la categoría. En cuanto a la priorización de productos se detectaron mejoras medidas a través de un indicador de eficiencia, aunque el periodo de evaluación no permite sacar conclusiones definitivas al respecto. Los resultados indican que la metodología desarrollada cumple con el propósito planteado, sirviendo como herramienta de apoyo para la toma de decisiones de surtido. Éstos pueden servir además como base para otros proyectos futuros, como la determinación del surtido diferenciado en tiendas.
Desarrollo de una Interfaz de Programación para Detección y Seguimiento de Rasgos Faciales

Este trabajo tiene como objetivo crear una interfaz de programación (API) que detecta la cara y rasgos faciales. A la API se le entrega como entrada una imagen o un video y retorna en tiempo real la posición de la cara y de los ojos. Para todo desarrollo de software es necesaria la utilización de interfaces de programación que faciliten el trabajo sobretodo cuando se haya resuelto un problema común. Un problema común para la creación de interfaces de usuario y otro tipo de proyectos es la detección del rostro humano en conjunto con algunos rasgos faciales como son los ojos. Una dificultad recurrente es que para cada nuevo trabajo se deban implementar los algoritmos de detección y no se dispone de una API que permita al desarrollador preocuparse solamente en las dificultades referentes a la invención que propone, para no tener que una vez más abordar la detección del rostro. En el presente trabajo de título se desarrollo una interfaz de programación que detecta el rostro y rasgos faciales en tiempo real. Para la detección se utilizaron algoritmos de aprendizaje que buscan características rectangulares tanto del rostro como los ojos y se implementó el algoritmo de detección a partir de estas características rectangulares. Además no fue necesaria la utilización de fuentes de luz externas. Se logró procesar en tiempo real un video obtenido por una captura de video y se logró desplegar en pantalla los rostros y ojos detectados por la API. Además se implementó una aplicación que almacena los rostros de personas que atraviesan al frente de una cámara demostrando en gran medida la utilidad de la API. En el futuro se pueden agregar a la API desarrollada nuevos rasgos faciales o también extenderla implementando nuevos algoritmos de detección o hacerla adaptable a casos de detección más complejos.
Investigación de Métodos Eficaces para Búsquedas por Similitud en Bases de Datos Multimedia

El presente trabajo está enfocado en las bases de datos multimedia, área importante de investigación en los últimos años. Por objetos multimedia se entiende contenido como audio, imágenes, objetos 3D, etc. A diferencia de las bases de datos tradicionales, en una base de datos multimedia no se buscan los objetos que cumplan una condición exacta, sino los más parecidos a un objeto conocido de antemano, llamado objeto de consulta. Por esta razón, la búsqueda por similitud es uno de los temas principales de estudio en las bases de datos multimedia. Para reflejar la similitud entre objetos multimedia, en general existen distintos métodos para calcular una distancia entre dos objetos multimedia, los cuales intentan reflejar el parecido entre dichos objetos (a mayor distancia, más disímiles son). Se ha comprobado empíricamente que algunos métodos funcionan mejor que otros ante distintos tipos de objetos de consulta, y que combinar varios de ellos a la vez entrega generalmente mejores resultados que utilizar cada uno en forma separada. Sin embargo, aún no existe una forma clara de decidir la forma de combinarlos en el momento de la consulta, y muchas veces se termina utilizando el mejor método en promedio, lo cual no siempre es la mejor opción. En este trabajo se estudia un método formal para combinar estos métodos, realizando una consulta previa en un conjunto de objetos conocido como conjunto de entrenamiento, que permite estimar en forma dinámica la calidad de cada método ante un objeto de consulta dado. Como primera tarea, se implementó un entorno de trabajo que permite realizar experimentos de manera masiva, incorporar fácilmente distintos tipos de bases de datos y definir los tipos de experimentos a ejecutar. El entorno de trabajo implementado permitió estudiar cómo afecta la selección de un conjunto de entrenamiento en determinar la calidad de un método de transformación de objetos multimedia. De los resultados experimentales obtenidos, se concluye que un conjunto de entrenamiento adecuado es de un tamaño bastante pequeño en relación a la base de datos original, lo que permite estimar la calidad de un método de cálculo de similitud con poco esfuerzo adicional. Adicionalmente, se observó que el cálculo dinámico de esta información permite aproximarse bastante a mejores combinaciones de métodos, las cuales sólo pueden ser obtenidas mediante fuerza bruta. Se muestra también que algunos resultados tienden a ser independientes de la base de datos, mientras que otros son exclusivos de la forma en que ésta haya sido construida, y que en general todos los resultados poseen un buen grado de robustez, lo que permite reproducirlos fácilmente en bases de datos con distintos tipos de información multimedia.
Modelo de Calidad de Servicio para una Red de Datos HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) para el Entorno Local

Mantener la calidad de servicio al usuario de una red de comunicaciones móviles de tercera generación, impone desafíos en la planificación de la etapa de acceso de red y de conmutación de paquetes. La información disponible corresponde a estadísticas de cada elemento de red y no del sistema completo (end to end) para conocer como el usuario percibe el servicio entregado en especial cuando existen problemas en el acceso en la interfaz inalámbrica. El objetivo general de esta memoria de título es diseñar e implementar un modelo de calidad de servicio para una red de datos HSDPA para el entorno local. El diseño realizado está basado en Redes Bayesianas dada la naturaleza probabilística de las variables consideradas, permitiendo al modelo implementado, estimar el throughput de un usuario de la red. El throughput es un parámetro particular de calidad de servicio y que se utiliza para caracterizar la velocidad con que el usuario recibe y envía datos desde y hacia la red. El modelo diseñado está basado en la arquitectura, componentes y funcionamiento de un sistema HSPA Release 5, que está operativa en la red de datos móviles de Entel PCS Telecomunicaciones S.A. La metodología se basa en un enfoquebottom-up, partiendo desde el nivel más bajo de la arquitectura de capas y considerando la degradación acumulada del desempeño debida a los efectos introducidos por las diferentes capas y sus interacciones. El modelo fue aplicado a un escenario real correspondiente a una zona de la ciudad de Santiago definida por el operador y sus resultados fueron comparados mediante un test de hipótesis con mediciones de red. El indicador de calidad de servicio para el caso de transferencia de archivos entregado por el modelo difiere del obtenido con las mediciones en un 5%, demostrando que el diseño realizado es satisfactorio para las necesidades del operador. Se concluye que el modelo diseñado es promisorio para estimar con exactitud el throughput que recibirá el usuario al conocer las características de la red, permitiendo al operador caracterizar la calidad de servicio, realizar una adecuada planificación de la red de datos y hacer un uso más eficiente de los recursos.
Efecto de la Utilización de Biodiesel Sobre las Emisiones de Vehículos Pesados

El biodiesel es un combustible preparado en base a aceites vegetales, grasas animales, o desperdicios de aceites los cuales se hacen reaccionar con metanol o etanol para convertir las grasas triglicéridos en metil o etil ésteres vía transesterificación. Las características de este combustible lo hacen apropiado para funcionar en motores de ignición por compresión. En la actualidad el biodiesel se plantea como una alternativa o un complemento al diesel para los vehículos pesados, siendo entonces necesario establecer políticas para su producción y utilización en bases a los efectos que pueda tener en los vehículos. La presente investigación tiene como objetivo determinar el efecto de la utilización de distintas mezclas de biodiesel sobre las emisiones de vehículos pesados. Para llevar a cabo la investigación se realizaron mediciones de los niveles de contaminantes críticos: hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno (NOX), monóxido de carbono (CO), material particulado (MP) y dióxido de carbono (CO2). Estas se efectuaron sobre 2 tipos de camiones (con norma y sin norma de emisiones); con 2 tipos de biodiesel (raps y aceite refrito) y 2 porcentajes de biodiesel en la mezcla (5%, y 10%). Los ensayos se realizaron siguiendo la fase rural y la fase urbana del ciclo transiente de conducción europeo FIGE-ETC, sobre un dinamómetro de chasis para vehículos pesados. Para los dos camiones y los dos tipos de biodiesel, las emisiones de NOX aumentaron entre 4% y 5%, para una mezcla al 10% de biodiesel, siendo este aumento mayor para el biodiesel de aceite refrito. Así mismo, en todos los casos el material particulado presentó reducciones entre un 20% y un 50%. CO presentó reducciones sólo para el camión con norma Euro II, mientras que para el camión sin norma no presentó tendencias definidas. Tanto NOX como MP y CO se comportaron de forma similar a lo reportado en la literatura, mientras que HC ni CO2 mostraron tendencias de cambio en sus emisiones. En conclusión, es posible utilizar una mezcla de diesel hasta con 10% de biodiesel, teniendo únicamente efectos negativos en las emisiones de NOX, las cuales pueden ser tratadas modificando el tiempo de inyección; con efectos positivos en las emisiones de material particulado y en algunos casos en las emisiones de CO; y sin efectos importantes en el resto de los contaminantes.