Repositorio de Tesis UCSC
El Repositorio de Tesis UCSC, es una plataforma administrada por el Sistema de Bibliotecas, que tiene como objetivo almacenar, preservar, compartir y poner a disposición, de manera digital, el patrimonio intelectual de los alumnos de pregrado y magíster de la Universidad Católica de la Santísima Concepción, en obras, tales como: memorias y proyectos de título, etc.Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Análisis de datos operacionales de grupos de celdas de electro obtención (EW) de cobre & desarrollo de modelos de predicción de performance
(Universidad Católica de la Santísima Concepción, 2024) Figueroa Santibáñez, Sebastián Ignacio; Vergara R., Samuel A.; Nisar, Muhammad; Espinosa N., Eduardo E.
La electroobtención (EW) de cobre es un proceso crítico en la industria minera que involucra la extracción de cobre a partir de soluciones de sulfato de cobre utilizando celdas electrolíticas. En este estudio, se lleva a cabo un análisis exhaustivo de los datos operacionales de grupos de celdas de electro obtención de cobre con el objetivo de comprender mejor el rendimiento del proceso e identificar áreas de mejora.
El análisis de datos operacionales se realiza utilizando técnicas avanzadas de análisis de datos, incluido el procesamiento de datos en tiempo real, la minería de datos y el análisis predictivo. Se examinan una variedad de variables operativas, como la corriente eléctrica, la temperatura, el flujo de electrolito y la concentración de cobre en la solución, para identificar patrones, tendencias y relaciones significativas.
Además del análisis descriptivo, se desarrollan modelos de rendimiento utilizando técnicas de modelado predictivo, como la regresión y el aprendizaje automático. Estos modelos permiten predecir el rendimiento del proceso de electro obtención bajo diferentes condiciones operativas y optimizar el funcionamiento de las celdas.
Los resultados de este estudio proporcionan información valiosa para la optimización de la operación de los grupos de celdas de electro obtención de cobre, Antes del análisis de datos la eficiencia de energía es de aproximado 87%, luego del análisis se puede estimar una eficiencia del 92%, lo cual dejaría una mejora del 5%. junto con lo anterior las mejorar económicas y de productividad de la planta se verían beneficiadas, pero ello escapa del estudio del presente proyecto.
Caracterización de patrones de conducta diaria de residentes de una casa inteligente
(Universidad Católica de la Santísima Concepción, 2023) Cabrera Matus, Ignacio Nicolas; Restrepo Medina, Silvia; Aedo Garcia, Roberto; Cariñe Catrileo, Jaime
La domótica es una nueva tecnología que ayuda en muchos aspectos a las personas en su día a día, por lo cual ya no es una opción tan lejana querer incursionar en esta nueva tecnología. Por ende, en este proyecto se busca examinar, entender y caracterizar patrones de comportamiento de una persona dentro de un ambiente común, como lo es la casa donde una persona reside y pasa en medida, poco o gran parte de su tiempo, para en un futuro poder optimizar esta tecnología que ya está presente en la actualidad.
Se realizó una investigación utilizando una base de datos sobre actividades diarias junto con 6 modelos de aprendizaje automático. Estos modelos, que incluyen K-vecinos más cercanos (KNN), Árbol de decisión (DT), Bosques aleatorios (RF), Maquina de soporte vectorial (SVM), Perceptrón multicapa (MLP) y Maquina de potenciación de gradiente (GBM), fueron entrenados y evaluados con diferentes conjuntos de datos. Cinco de ellos se construyeron siguiendo pasos de segmentación de datos, ajuste de hiperparámetros y pruebas finales para maximizar su rendimiento. El sexto modelo se generó mediante una herramienta del software usado. Se empleó la matriz de confusión para comparar los modelos y analizar los errores. Cuatro métricas (Accuracy, Precision, Recall y F1-score) se calcularon a partir de esta matriz para cuantificar numéricamente los errores en la clasificación de datos.
La GBM demostró el mejor rendimiento entre los modelos evaluados, logrando resultados sobresalientes en las métricas y aproximándose al resultado ideal. El segundo lugar lo ocupó el modelo KNN, a pesar de algunos errores en su matriz de confusión y un rendimiento inferior al GBM. Sin embargo, se mantuvo consistentemente positivo en todas las pruebas. En tercer puesto se ubicó el modelo MLP, con métricas inferiores pero una notable capacidad de generalización de datos. Por otro lado, el RF presentó el peor rendimiento, mostrando resultados decrecientes a medida que se sometía a distintos conjuntos de datos. Los resultados muestran que el modelo entregado por el propio software fue capaz de generar mejores criterios de clasificación en función de la base de datos en comparación con los modelos manuales, los cuales solo basaron su criterio en los valores de las características de cada clase.
Diseño de sistema basado en reglas para la asignación de servicios en una casa inteligente
(Universidad Católica de la Santísima Concepción, 2023) Romero Torres, Fernando Javier; Restrepo Medina, Silvia; Vergara Rojas, Samuel; Bustos Placencia, Ricardo
En el presente proyecto se desarrolla un sistema basado en reglas para una casa inteligente, que será el encargado de entregar distintos tipos de servicios (iluminación, climatización, seguridad y confort doméstico) según las preferencias del usuario de la vivienda. Al implementar estos servicios se busca solucionar el uso indiscriminado de energía y hacer más fáciles diversas taras diarias en el hogar a las personas. Para esto se crean distintas reglas las cuales se encargan de ejecutar acciones que entreguen dichos servicios cuando las condiciones del entorno de la vivienda lo ameriten. Dichas reglas estarán en el entorno de CLIPS y se ejecutarán o aplicarán a los hechos iniciales en el entorno de Python.
Con el fin de comprobar si las reglas planteadas son capaces de entregar los servicios en la casa inteligente, se plantean distintos escenarios para las condiciones del entorno de la vivienda y se les aplican las reglas implementadas en el sistema. Para facilitar la visualización y análisis de dichos resultados se crea un interfaz en el ambiente de Python que está compuesta con una sección que muestra como son los hechos del entorno antes de ser aplicadas dichas reglas y otra sección en donde se aprecian los hechos resultantes.
También es posible ingresar nuevos hechos (nuevos escenarios) al sistema. Para este proceso se crea una interfaz, mediante la cual se ingresan los nuevos valores de las distintas variables al sistema y aplicar las reglas del sistema a estos nuevos hechos iniciales.
Estudio de convertidor bifásico para operación como UPFC
(Universidad Católica de la Santísima Concepción, 2023) Fierro Moraga, Felipe Ignacio; Lizana Fuentes, Ricardo; Vergara Rojas, Samuel; Espinosa Neira, Eduardo
El sistema eléctrico nacional tiene una capacidad instalada neta de generación eléctrica que asciende a 30.547 [MW] según el reporte de la comisión nacional de energía (CNE) para febrero de 2023. Esta capacidad instalada neta esta categorizada en un 41.1% termoelectricidad, 21.8% hidroelectricidad y un 37.1% de energía renovables no convencional (ERNC), información desprendida del mismo reporte de la CNE mencionado anteriormente. En el año 2015 Chile comprometió acuerdos en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático 21 para abordar los problemas ambientales que afectan al mundo y a nuestro país. El Ministerio de Energía propuso una estrategia de descarbonización centrada, entre otros aspectos, en el retiro programado de centrales termoeléctricas a carbón incentivando la incorporación al sistema eléctrico de energías renovables. El retiro de centrales que funcionan con combustibles fósiles es positivo ya que se reducen emisiones de carbono, sin embargo, desde el punto de vista de la red eléctrica puede ser negativo. Las centrales termoeléctricas aportan estabilidad al sistema a través de generadores síncronos que las componen siendo capaces de controlar los flujos de potencia a través del gobernador (compensación de potencia activa) y AVR (compensación de potencia reactiva) del generador, siendo estos lazos de control internos de la máquina. Esta última característica no la pueden lograr las energías renovables, como por ejemplo la energía solar, ya que no posee por si sola inercia (a no ser que se le incorpore inercia virtual). Las ERNC son variables y generan incertidumbre en el sistema eléctrico produciendo problemas de estabilidad, por ejemplo, en el control de frecuencia de la red. La electrónica de potencia surge como una solución a estos problemas mediante el desarrollo de convertidores los cuales se agrupan en la categoría de sistemas de transmisión flexibles de corriente alterna (FACTS) tales como los STATCOM, SVC, UPFC, etc. Estos convertidores basados en electrónica de potencia controlan potencia activa y reactiva manteniendo el balance de potencia en la red (la potencia que se genera debe ser igual a la que se consume). Notar que tanto la frecuencia como la amplitud del voltaje de la red deben mantenerse en un punto de operación óptimo, definido por el coordinador eléctrico nacional, para asegurar la estabilidad de la red. Este trabajo aborda el desarrollo de un convertidor bifásico basado en topología convertidores modulares multinivel (MMC), topología la cual implica un desafío importante desde el punto de vista de control (control de corriente de entrada, corriente de salida y corriente circulante). Se busca evaluar la capacidad de operación de sistemas basados en estructuras MMC, pero sólo compuestos por dos fases, es decir, que implica una reducción importante en la cantidad de sensores, semiconductores, etc. Se valida de forma simulada que un sistema bifacial multinivel es capaz de controlar redes en forma back to back, para luego como trabajo futuro, implementarlo como UPFC..
El convertidor bifásico propuesto en este informe puede controlar de forma desacoplada potencia activa y reactiva en ambas terminales manteniendo estabilidad interna, corrientes sinusoidales y reducción de armónicos. Este convertidor es una configuración back-to-back entre un rectificador e inversor donde el rectificador controla la potencia reactiva para compensar variaciones en la amplitud del voltaje de red y el inversor controla la potencia activa para compensar variaciones de frecuencia en la red. Tanto el rectificador como inversor bifásicos se basan en MMC donde cada rama está compuesta por módulos MMSPC que permiten, mediante técnicas de modulación, mantener limitada la corriente circulante sin la necesidad de añadir un lazo de control a esta variable. El convertidor multinivel bifásico es una topología novedosa ya que no se existe un estudio o articulo asociado a este tema. Los resultados y simulaciones que se presentan en este trabajo muestran la respuesta del convertidor multinivel trifásico frente a impactos de carga que se generan a partir de cambios de referencia en las coordenadas 𝑑𝑞 de los respectivos lazos de control internos de cada convertidor donde son de interés la respuesta rápida en variables como el voltaje interno en los condensadores de cada módulo, la corriente de carga para el caso del inversor y el voltaje en el DC-Link para el rectificador.
Simulador dinámico para espesadores de relave
(Universidad Católica de la Santísima Concepción, 2024) Carrasco López, Christopher Alejandro; Vergara R., Samuel A.; Lizana F., Ricardo A.; Espinosa N., Eduardo E.
Los espesadores de relave son tanques cilíndricos utilizados ampliamente en el área industrial. Su diseño permite llevar a cabo el proceso de separación solido-liquido mediante el fenómeno físico de sedimentación. Los estándares de calidad a los que se someten los espesadores de relave implican una correcta instrumentación y un óptimo control en su interfaz.
La separación solido-liquido producido al interior de los espesadores de relave se caracteriza por su naturaleza lenta y prolongada. Por esta razón, resulta necesario utilizar herramientas simuladas que posibiliten condensar estos procesos en intervalos más acotados. Las herramientas de simulación desempeñan un papel fundamental al permitirnos comprender y analizar de manera clara la dinámica de un proceso, lo que a su vez facilita la optimización, comprensión y el control de los sistemas en tiempos más reducidos.
Se decide realizar una investigación y aplicación con el propósito de presentar una estrategia para la creación de un simulador para espesadores de relave. El simulador permite representar las características dinámicas del espesador posibilitando la manipulación de las variables de entrada y salida. El proceso al interior de los espesadores de relave se define en función de una secuencia de estudios profesionales que abarcan desde los primeros momentos de funcionamiento hasta sus características dinámicas
En respuesta a esta complejidad, se ha optado por desarrollar un simulador dinámico que aproveche la sinergia entre un lenguaje compilado asociado a Fortran y un lenguaje de programación interpretativo como lo es Python. Este tipo de estrategia permite, condensar y acelerar la representación de estos procesos, permitiendo mejorar los tiempos de respuesta hasta el 90%, al comparar tiempos de ejecución en Python y con su modulo F2py, permitiendo un análisis que refleje la dinámica del espesador en tiempos más acotados y que permita contribuir a entrenamiento de operadores.