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- ItemMonitoreo de la condición basado en modelos aplicado en tiempo real usando curvas de potencia y rendimiento(2024) Corbalán Campos, Patricio Alejandro; Chiang Sánchez, Luciano Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEn los sistemas de producción industriales es necesario mantener altos niveles deoperatividad como una premisa fundamental para obtener resultados económicossatisfactorios. Por esto es necesario aplicar esquemas de mantención que maximicen eltiempo operacional de los equipos, minimizado las detenciones por falla y operando amáxima capacidad.En este trabajo se aborda la mantención de equipos basada en la condición (MBC),que es un esquema que intenta alargar el tiempo de operación de la máquina el máximoposible, siempre y cuando los equipos estén en condiciones de hacerlo, para no incurrir enuna falla catastrófica. Este esquema presenta ventajas respecto de los esquemastradicionales, pues evita los tiempos perdidos en que se incurre por detenciones programadasperiódicas, muchas veces innecesarias. Del mismo modo permite detectar fallas incipientescon la anticipación suficiente para evitar que evolucionen en fallas catastróficas.El monitoreo por condición requiere monitorear los equipos productivos mediantesensores para conocer el estado de las variables de operación relevantes, y así poder evaluarla continuidad de operación permanentemente, detectándose cualquier anomalía, y tomandolas acciones pertinentes de protección dado el caso.Sin embargo, muchas veces los sensores que se requiere para la MBC de un equipodeterminado son difíciles de montar y mantener, lo cual hace muy difícil su implementación.Por esta razón surge una variante de este esquema conocido como Mantención Basada en laCondición Basada en Modelos (MBCBM). Esta variante permite operar en la misma formaque con la MBC, pero ocupando un set reducido de sensores con los cuales a través demodelos físicos-matemáticos se pueden derivar las restantes variables de interés amonitorear.La ventaja de este esquema es que se puede aplicar con un menor número de sensores,pero, no obstante, requiere de modelos físicos-matemáticos de alta fidelidad o exactitud.En este trabajo de tesis se propone aplicar la MBCBM usando curvas de potencia yrendimiento de equipos productivos que se obtienen en tiempo real usando sets de sensoresmínimos con un modelo físico-matemático apropiado. La evolución de las curvas decapacidad y rendimiento de equipos y máquinas en el tiempo permite detectar y diagnosticar una variada gama de fallas de interés en todo tipo de equipos, ya que muchas fallas enmáquinas se manifiestan tempranamente en la degradación de la potencia y el rendimiento.Estas fallas se detectan en forma temprana y a través de su evolución en el tiempo es posibleevaluar y decidir si el equipo puede continuar en operación, o si es necesario detenerse antesde que la falla sea catastrófica.En este trabajo se formulan los aspectos relevantes de la MBCBM usando curvas depotencia y rendimiento y se describen 3 casos en que este alumno trabajó en el desarrollo desu tesis: a) turbinas eólicas, b) generadores sincrónicos, y c) carros de madereo con garra.En estos tres casos se da especial énfasis a la obtención de los modelos físicos-matemáticoscorrespondientes y su validación experimental, como base fundamental para el éxito de estaestrategia de mantención, indicándose en cada caso que tipo de fallas se pueden detectar.Se debe notar que en cada caso el modelo físico matemático es de distinta naturaleza, perose puede abordar la detección de fallas de igual manera.Este texto está organizado en 6 capítulos. El Capítulo 1 contiene una discusión delestado del arte respecto de la MBCBM. El Capítulo 2 contiene la aplicación de este esquemaa una turbina eólica, donde la naturaleza del modelo es una combinación de principios deMecánica de Fluidos y Electromecánica. Capítulo 3 contiene la aplicación de la MBCBM aun generador eléctrico sincrónico de imanes permanentes, donde el modelo es de naturalezaelectromecánica. El Capítulo 4 contiene la aplicación a un carro de madereo forestal, dondela naturaleza del modelo corresponde a principios de la Oleo hidráulica. El Capítulo 5 porsu parte contiene la aplicación del enfoque MBCBM a la detección de fallas de balanceodinámico y estático a rotores, que es otro aspecto muy relevante en la mantención de equiposrotatorios. Este caso permite demostrar que la aplicación de la estrategia MBCBM esaplicable no solo con curvas de potencia y rendimiento, sino que es flexible para usarse enotros casos. El Capitulo 6 continue las conclusions generales de este trabajo.
- ItemRobust capabilities design and optimization for a modular block-based organization(2024) San Martín Riveros, Luis Alberto; Vera Andreo, Jorge; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaCapability-based planning is a methodological framework born in the early 2000s after the end of the Cold War as an answer to NATO’s lack of a tangible threat. The critical element that governs this process is capability, defined as the ability to accomplish a task, which is embedded within entities as building blocks for their aggregation. The main subject of this research is a military organization that must exhibit capa bilities assembled by combining different types of minor functional and indivisible units called battalions to respond to an adversary’s capability demand. To solve this problem, we propose a mixed integer linear optimization model to assign battalions within brigades as a mechanism to allocate capabilities and a heuristic method to approximate the results in a shorter resolution time, an activity called force design. A robust reformulation is proposed to deal with uncertainty because of its tractability and the difficulty of obtaining reliable probability distributions.The main formulation is also complemented with an optimization model that maximizes the designed capability level across the military force life cycle in the force training and sustainment. Lastly, the capability allocation model is applied to a context other than defense to build capabilities for wildfire-fighting brigades. Results showed that the proposed robust capability allocation framework is effective for dealing with force design, training, and sustainment activities for the military and other industries, even under uncertainty. Finally, the heuristic method is helpful for reliably approximating the capability allocation process.
- ItemModelos de elección discreta ante variaciones de la carga de información: complejidad del experimento y simplificación de la elección(2024) Soto Martínez, José Javier; Ortúzar Salas, Juan de Dios; Rizzi Campanella, Luis Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos individuos toman decisiones que van desde elecciones simples y muy frecuentes hasta decisiones complejas con efectos a largo plazo. Estudiar el proceso de toma de decisiones a nivel desagregado ha sido un tema de investigación muy activo en economía, psicología, transporte y marketing, entre otros campos del conocimiento. Dado que el esfuerzo cognitivo es un recurso escaso en la toma de decisiones y que los individuos tienen dificultades para procesar información, quienes toman decisiones pueden utilizar diferentes heurísticas según la situación de elección. Esto, generalmente, implica un procesamiento selectivo de la información como medio para reducir el esfuerzo cognitivo. Este fenómeno cuestiona el supuesto de información completa inherente a los modelos compensatorios, que se basan en un conjunto de axiomas que son una extensión natural del modelo neoclásico de análisis de la elección del consumidor. Esta tesis tiene como objetivo formular y estimar modelos de elección discreta que integren diversas heurísticas de decisión. Para ello se diseñó una encuesta de preferencias declaradas y una estrategia de recolección de información que permitiese identificar el uso de estrategias de simplificación de la elección a través de una revisión incompleta de la información en situaciones con distinta complejidad y carga cognitiva. La encuesta se basó en un Diseño de Diseños (DoD) que consta de nueve diseños experimentales de distinta complejidad, permitiendo variación en tres dimensiones: el número de alternativas, la cantidad de atributos y el contexto de elección (elección de ruta, elección de destino vacacional y elección de localización residencial). El proceso de recolección de datos capturó también diversos indicadores de percepción, tiempos de respuesta y procesamiento de información, relacionados con el proceso de elección. Además se utilizó una encuesta existente, cuyos datos fueron reanalizados mediante un modelo de clases latentes que permitía considerar dos heurísticas de elección diferente por parte de los encuestados e incorporar variables latentes asociadas a la dedicación de los encuestados y a su confianza en las instituciones. Los resultados de este modelo, demostradamente superior al enfoque clásico, mostraron diferencias de hasta 26% en la disposición al pago. Una innovación notable de la tesis fue el desarrollo de un esquema de presentación de alternativas en experimentos con un gran conjunto de alternativas, utilizado en el contexto de elección de localización residencial. Las alternativas se presentaban en un mapa como marcadores, requiriendo que los encuestados hicieran clic en ellos para ver sus características. Además, se permitió filtrar alternativas según los niveles de sus atributos. La aplicación permitió registrar las acciones de los encuestados, como los clics en los marcadores, el orden de inspección o la falta de inspección, y los filtros utilizados. El procesamiento y análisis de los datos de la encuesta proporcionan evidencia que cuestiona el paradigma de elección compensatoria, revelando la prevalencia de simplificaciones y el uso potencial de múltiples heurísticas de elección por parte de los encuestados. La revisión completa de alternativas disminuye a medida que aumenta su número, sugiriendo un comportamiento adaptativo a la complejidad de la elección y la coexistencia potencial de múltiples heurísticas de elección. A través de un modelo de ecuaciones estructurales, se presenta una aplicación empírica de la relación entre el esfuerzo cognitivo y la exactitud de la elección, considerando además el estilo de pensamiento del encuestado (racional o intuitivo) y su disposición a responder seriamente la encuesta. Para incorporar esta relación entre esfuerzo cognitivo y exactitud de elección, se formuló modelos de elección con factor de escala variable. Los resultados confirman la importancia de la complejidad del experimento, la exactitud de la elección y la disposición del encuestado en el factor de escala. Una mayor revisión de la información disponible y una mejor disposición del encuestado conducen a elecciones más consistentes. Esto destaca la necesidad de considerar estrategias de simplificación de la elección y el compromiso del encuestado, al diseñar experimentos de elección. Ignorar el procesamiento selectivo de información puede conducir a estimaciones sesgadas de parámetros y disposiciones a pagar. Esta visión es crucial para diseñar experimentos de elección e instrumentos de encuesta, pues la consideración del proceso de elección y el uso de estrategias de simplificación permite obtener resultados más confiables.
- ItemEvaluation of the seismic performance of timber and hybrid mid-rise buildings with seismic isolation(2024) Quizanga Martínez, Diego Marcelo; Almazán Campillay, José Luis; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa construcción de edificios de madera se ha incrementado mundialmente porque contribuye a reducir las emisiones de CO2. Dentro de los edificios de madera, el edificio de muros de entramado ligero (LFTB) ha tomado relevancia porque sus componentes pueden ser preensamblados. Sin embargo, en zonas de alta sismicidad, durante sismos severos los LFTBs presentan grandes amplificaciones de aceleraciones de piso y considerables momentos volcadores, requiriendo una gran cantidad de anclajes que los encarecen. La aislación sísmica friccional es una técnica efectiva para la protección sísmica de edificios que permite reducir las aceleraciones de piso, pero su efectividad se reduce si eventos extremos generan grandes desplazamientos en lo que se produce un impacto entre los deslizadores y el anillo perimetral de los aisladores. Por este motivo se desarrolló un nuevo dispositivo denominado péndulo friccional doble cóncavo resiliente a impacto (IR-DCFP), el cual es capaz de incrementar la capacidad de disipación energía del sistema de aislación después del impacto. Esta tesis investiga dos alternativas para proteger LFTBs en zonas sísmicas implementando: 1) Aislación sísmica friccional convencional 2) Muros híbridos en la superestructura y un sistema de aislación resiliente a impacto. Para esto, se realizaron ensayos en mesa vibradora de una probeta, que permitieron obtener parámetros de modelación de LFTBs aislados. Posteriormente, se evaluó el desempeño sísmico de LFTBs y LFTBs con muros híbridos usando la metodología de FEMA P-695. En esta investigación la relación de margen de colapso (CMR) fue seleccionado como indicador del desempeño sísmico, el CMR de los sistemas propuestos fue obtenido de los resultados del análisis dinámico incremental usando modelos no lineales calibrados experimentalmente. Se observó que los LFTBs aislados deben tener una densidad de muros similar a la de un LFTB de base fija para tener CMRs mayores a 1.50. Sin embargo, si un LFTB aislado se refuerza con muros híbridos y dispositivos IR-DCFP se obtienen CMRs mayores a 1.40, lo que permitiría reducir la densidad de muros y la cantidad de anclajes, generando LFTBs que además de tener buen desempeño sísmico pueden ser económicos.
- ItemUncertainty quantification in the dynamic response of seismically isolated buildings using high damping rubber bearings(2024) Gallardo Briones, José Alberto; Llera Martin, Juan Carlos de la; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEsta disertación se enfoca en cuantificar la incertidumbre aleatoria y de modelado en el comportamiento constitutivo de los aisladores de goma de alto amortiguamiento (HDRBs por sus siglas en inglés) y su propagación a la respuesta sísmica de edificios sísmicamente aislados. Debido a que el comportamiento de los HDRBs es altamente no lineal, se enfatiza considerar sus fenómenos característicos detalladamente, esto debido a que los aspectos de modelado influyen significativamente en la fragilidad de la estructura y sus los mecanismos de falla. Es un hecho que el comportamiento constitutivo de los dispositivos de aislamiento controla la respuesta sísmica de las estructuras sísmicamente aisladas; por lo tanto, las consideraciones de modelado de los aisladores juegan un papel crítico en la evaluación del desempeño de estos edificios. Con esto en mente, esta tesis primero propone un modelo matemático suficientemente detallado para simular el comportamiento no lineal a corte de los HDRBs bajo grandes deformaciones, el cual incluye varios de sus fenómenos característicos, y un procedimiento de estimación para sus parámetros a partir de las características geométricas y mecánicas del dispositivo. Luego, el modelo propuesto se extiende para simular la respuesta de corte bidireccional y se combina con el conocido modelo mecánico denominado modelo de dos resortes (TSM por sus siglas en inglés) para incluir el acoplamiento de las respuestas axial y a corte. Entonces, el efecto del uso de diferentes modelos para simular el comportamiento de los HDRBs, con distintos niveles de sofisticación, se aborda evaluando su precisión en la simulación de resultados experimentales de los dispositivos sometidos a diferentes patrones de carga, y propagando esa incertidumbre en las respuestas sísmicas de estructuras sísmicamente aisladas. Posteriormente, la incertidumbre en el comportamiento de los HDRBs se cuantifica y caracteriza en términos del modelo previamente propuesto utilizando datos experimentales, y luego se propaga en un arquetipo estructural utilizando simulaciones Monte Carlo. Los resultados también se comparan con estimaciones obtenidas utilizando los procedimientos en las actuales normativas nacionales e internacionales. Se espera que los hallazgos de esta investigación mejoren el modelado actual del comportamiento constitutivo de los HDRBs y la comprensión del impacto de las consideraciones de modelado de los HDRBs en la respuesta sísmica de estructuras sísmicamente aisladas. Además, los hallazgos relacionados con la incertidumbre aleatoria del comportamiento constitutivo de los HDRBs podrían proporcionar datos cuantitativos para enriquecer la metodología utilizada actualmente en diseño.