Vinculación con la industria

El Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile DIMEC U.Chile, a través de la vinculación con la industria, busca facilitar y apoyar el desarrollo de soluciones tecnológicas para la industria con la integración de los conocimientos aplicados generados con el desarrollo e innovación tecnológica.

El DIMEC U. Chile tiene como propósito seguir fortaleciendo su vinculación con la industria y sus desafíos, es por eso que desarrolla proyectos de I+D aplicados, implementando diversas soluciones y tecnologías innovadoras para poder satisfacer las demandas tecnológicas y de innovación de las empresas.

Soledad Morales, secretaria.

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Pregrado

Autor: Marlo Alegría Martínez Profesor guía: Juan Cristóbal Zagal Montealegre (DIMEC U.Chile)

Diseño automatizado de metamateriales mecánicos blandos mediante evolución artificial en un ambiente simulado

En este trabajo se programó una herramienta computacional en base a algoritmos genéticos y simulaciones de elementos finitos blandos, la cual es capaz de generar diseños de metamateriales auxéticos de manera automatizada. La ventaja de usar esta herramienta radica en que se pueden conseguir diseños aleatorios o anti-intuitivos, sin la necesidad de un estudio analítico previo. Además, se programaron una serie de funciones especiales que permiten generar diseños en base a distintos tipos de simetrías, emplear “seeding” a partir de metamateriales auxéticos ya conocidos, y diseñar metamateriales cuya topología varíe tridimensionalmente.

En una segunda etapa, se hizo uso de una impresora 3D para manufacturar algunos de los diseños generados por esta herramienta y así poder estudiar su comportamiento real en comparación a las simulaciones computarizadas. A partir de este estudio se concluye que, efectivamente, para la mayoría de los casos, la herramienta diseñada es capaz de generar metamateriales que en la vida real exhiben propiedades auxéticas.

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Proyectos De Investigaci N Desarrollados Por Estudiantes

Durante el 2021, 68 estudiantes defendieron con éxito su memoria de pregrado, logrando convertirse en las y los nuevos ingenieros del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile (DIMEC U. Chile). Mientras que, en el programa de magíster en Ciencias de la Ingeniería, mención Mecánica, fueron 10 estudiantes que realizaron su tesis de grado exitosamente. A continuación, presentamos los proyectos destacados del 2021, desarrollados por los y las estudiantes de pregrado y postgrado del DIMEC U. Chile.

Pregrado

Autor: Benjamín Díaz Adasme Profesor guía: Ramón Frederick González

Estudio de factibilidad técnica y económica de plantas de generación eléctrica basadas en la combustión de hidrógeno producido en base a energía solar

Hoy, más de un tercio de los Gases de Efecto Invernadero (GEI) emitidos en Chile provienen de la generación eléctrica. Si bien a la fecha se cuenta con un 40% de la capacidad instalada con Energías Renovables No Convencionales (ERNC),su mayor problemática es el fenómeno de intermitencia, al presentar gran variabilidad en el recurso energético. Ante dicha problemática, se ideó la propuesta de aprovechar el recurso solar para la generación de hidrógeno verde, que luego puede ser usado como combustible en una central termoeléctrica con turbinas a gas. El trabajo entrega una evaluación de factibilidad técnica y económica de la implementación de una central de producción y almacenamiento de hidrógeno verde y de generación eléctrica en base a su combustión en el norte de Chile.

Para lograr lo anterior, en primer lugar, se determinó un diseño conceptual que abarcó la producción, almacenamiento y aprovechamiento del hidrógeno para la generación eléctrica en base a la investigación bibliográfica de distintas tecnologías. Posteriormente, se eligió en base a distintos factores, y principalmente al recurso solar, la ubicación de la central completa, resultando en un área entre 21,1 y 39,8 [km2] a 30 [km] al Oeste de Sierra Gorda en la Región de Antofagasta. Luego, mediante el uso de MATLAB y librerías de propiedades termodinámicas de Python, se calcularon los balances de masa y energía para dimensionar las etapas de: generación eléctrica, mediante combustión del hidrógeno en turbinas a gas, evaluando distintas capacidades y asegurando bajas emisiones de gases NOx (Figura 1); almacenamiento de hidrógeno gaseoso comprimido, mediante tuberías enterradas; producción de hidrógeno, mediante electrólisis alcalina; y generación fotovoltaica, que energiza el proceso de electrólisis. El estudio culminó con un análisis de rendimiento de la central y una evaluación económica que comparó las distintas capacidades de generación.

Dentro de los principales resultados se tuvo que para la generación termoeléctrica con hidrógeno verde entre 30,4 y 63,6 [MW], con eficiencias de generación entre 31,7 y 36,5 [ %], se requiere una producción diaria de hidrógeno entre 67,1 y 126,5 [ton], lo que se traduce en largos de tubería enterrada entre 18,8 y 35,5 [km] para una presión máxima de 100 bar y una potencia instalada de compresores entre 4,7 y 8,8 [MW]. Para producir el hidrógeno se calculó una potencia instalada de electrolizadores alcalinos entre 368,8 y 695,6 [MW] y un parque solar de entre 493,3 y 930 [MWp]. El consumo hídrico de la central se mantuvo entre 2.426 y 4.755,8 [m3/día]. Se obtuvo como subproducto de la central entre 538,6 y 1.055,9 [ton] de oxígeno. La eficiencia energética de la central para la generación eléctrica llegó a estar entre 4,8 y 5,1 [%] y el factor de planta entre el 65,1 y 69,1 [%]. Finalmente, la evaluación económica arrojó un VAN entre 3.157,7 y 6.263 [MUSD], una TIR entre 17,5 y 20 [%] y un LCOE entre 40,7 y 48,9 [USD/ MWh].

Pregrado

Autor: Paula Ramírez Salas Profesora Guía: Viviana Meruane Naranjo (DIMEC U.Chile)