Geólogo / Las fuentes de energía renovable como el sol y el viento, presentan variabilidad e intermitencia en la intensidad y disponibilidad del recurso, por lo que para poder integrarlas a los sistemas eléctricos de potencia, es necesario recurrir a tecnologías o sistemas de almacenamiento que permitan gestionar y aprovechar la energía (solar y eólica) en conformidad con la demanda energética. Los sistemas de almacenamiento de energía mediante aire comprimido (CAES) corresponden a una tecnología probada, comercialmente viable y medioambientalmente amigable. El proceso consiste en comprimir aire que se encuentra a presión atmosférica, utilizando energía (renovable) en los periodos de baja demanda energética, y almacenarlo dentro de reservorios subterráneos (cavernas de sal, acuíferos confinados, minas abandonadas). Luego, en los periodos de mayor demanda, el aire comprimido se libera y se expande a través de turbinas que generan energía eléctrica. Actualmente existen dos plantas CAES en funcionamiento (Alemania y Estados Unidos), en ambas el aire es almacenado en cavernas construidas dentro de formaciones salinas profundas (halita) y han operado de forma exitosa durante más de dos décadas. El objetivo de esta investigación es evaluar el escenario geológico para la implementación de sistemas CAES en Chile, país en el cual dado la existencia de un enorme potencial de energías renovables intermitentes, distribuido en diferentes zonas a lo largo de su territorio, presenta el escenario propicio para el desarrollo de sistemas de almacenamiento energético. Para llevar a cabo el estudio en primer lugar se realizó una extensa revisión de la literatura especializada en esta materia, con el fin de presentar el estado del arte de la tecnología CAES, analizar las ventajas técnico-económicas y detallar los criterios geológicos requeridos por cada una de las litologías que han sido reconocidas como útiles para almacenamiento de aire comprimido. En una segunda etapa se recopilaron los antecedentes geológicos de salares, acuíferos, reservorios de hidrocarburos y minas abandonadas, identificando las formaciones o sitios que cumplen con los requisitos estratigráficos y litológicos esenciales para el desarrollo de la tecnología, y en base a estos, se elaboró un catastro de los potenciales sitios para CAES a nivel país. Finalmente se propuso una metodología para la evaluación y caracterización geológica de formaciones salinas, y se realizó, a modo de ejemplo, la modelación conceptual de una caverna de almacenamiento de aire comprimido dentro de una formación salina (Salar de Atacama). A partir de los resultados obtenidos se identificó que en Chile existen formaciones geológicas con características adecuadas para el desarrollo de la tecnología CAES, siendo algunas más favorables que otras, ya sea por ventajas geológicas o por el potencial de energía renovable de la zona, donde destaca el sector del Salar de Atacama, que particularmente reúne ambas condiciones. Este trabajo, pretende contribuir a las futuras y exhaustivas investigaciones que se deben realizar tanto para la evaluación como para la caracterización geológica de sitio, lo que permitirá determinar la real factibilidad de implementar sistemas de aire comprimido en el territorio nacional.

Magíster en Minería / La construcción de simulaciones condicionales de leyes minerales requiere determinar cómo se distribuyen en el espacio los valores de estas leyes. En la práctica los modelos convencionales de simulación, como el modelo multigaussiano, pueden resultar inadecuados, en particular cuando las leyes presentan patrones como asimetrías en la correlación espacial de los variogramas de indicadores con respecto al umbral mediano. El presente trabajo propone un modelo de función aleatoria alternativo al modelo multigaussiano, el cual permite reproducir comportamientos de leyes como los antes descritos. El modelo se define como el máximo de una serie de funciones aleatorias multigaussianas independientes. A modo de evaluar cómo inciden las propiedades de cada modelo en las realizaciones, se construye simulaciones condicionales de leyes de cobre y arsénico con cada uno de ellos. Se obtiene que las realizaciones generadas con uno u otro modelo difieren de manera importante, particularmente en lo que se refiere a la continuidad y forma de la mineralización. Más aun las diferencias se reflejan en los valores estimados (promedio de las realizaciones) y en la cuantificación de la incertidumbre asociada a las leyes reales. Luego para evaluar la calidad de las simulaciones, se realiza una etapa de validación mediante jack-knife. Ésta indica que el modelo alternativo entrega una estimación más precisa para leyes de cobre y arsénico. Sin embargo, al analizar los modelos de incertidumbre, se tiene que el modelo alternativo sólo mejora la reproducción de la incertidumbre para la ley de cobre, mientras que en el caso de la ley de arsénico el modelo multigaussiano tiene mejor desempeño. Al analizar las curvas tonelaje-ley de un banco con tamaño de soporte de 10 x 20 x 5 [m3], se obtienen diferencias de aproximadamente 1,000 toneladas de cobre fino para distintas leyes de corte, aunque para arsénico las diferencias son menores. Luego, la decisión del modelo a utilizar es crucial dado que impacta directamente en la cantidad de recursos recuperables, los que además se distribuyen de distinta manera de acuerdo a la forma de las estructuras mineralizadas que generan. Tales diferencias no son irrelevantes, puesto que la cantidad de recursos calculada incide directamente en la evaluación económica y planificación minera del proyecto.

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Magíster en Gestión de Operaciones / Ingeniera Civil Industrial / Este trabajo fue desarrollado para mejorar el servicio de soporte en terreno de una de las empresas líderes de Chile en soluciones informáticas. El servicio consiste en atender, en oficinas de clientes, las fallas de los equipos bajo contrato. Cuando un cliente tiene un problema llama a una mesa de ayuda, cuyo operador intenta resolver la falla en línea; cuando no la resuelve, genera una orden de trabajo para que un técnico de la empresa visite al usuario y resuelva la falla. La empresa tiene doscientos contratos con más de 85.000 equipos en todo Chile; el ingreso por estos contratos representa un tercio de la facturación de servicios de la empresa. Este servicio está sujeto a algunas condiciones. En la mayoría de los casos no pueden transcurrir más de cuatro horas hasta que el cliente tenga operativo su sistema. Por otro lado, existen variables que influyen en el desempeño del proceso; por ejemplo, el nivel de inventario de repuestos y respaldos, la disponibilidad de los medios de transporte, los tiempos de viaje, los tiempos de diagnóstico y solución de la falla y la cantidad de técnicos disponibles. En la actualidad la empresa no dispone de indicadores de gestión que le permitan tomar decisiones, lo cual les impide dirigir los esfuerzos en proyectos que aseguren una mejora de la rentabilidad. Para abordar la problemática de la empresa se decidió plantear los siguientes objetivos; (1) determinar si la unidad de soporte en terreno funciona de manera eficiente, (2) determinar si el servicio de soporte en terreno muestra ahorros crecientes según la escala. Y (3) establecer cuáles son las variables endógenas del sistema que al ser mejoradas generan mayor impacto en los resultados o medidas de calidad. Se eligió la metodología de simulación como herramienta para el cumplimiento de los objetivos principalmente por la complejidad del sistema y la necesidad de “revisar” la operación mientras ocurre. El modelo de simulación desarrollado logró un 98% de confianza en las mediciones generadas de las medidas de calidad en el escenario real. Con respecto a los objetivos del trabajo se pudo concluir que el servicio no es eficiente, demostrando la existencia de tiempos muertos durante la entrega del servicio que condicionan la operación a los indicadores actuales, sin dar espacio a la mejora. Por otro lado las economías de escala no se explotan en este servicio, y ante aumentos de demanda, la cantidad de técnicos necesarios para cumplir en un 95% el nivel de servicio es lineal y su pendiente es menor a uno. Con respecto a las variables de mayor impacto, se demostró que reduciendo la variabilidad de los tiempos muertos es posible revertir la situación de ineficiencia del proceso, mejorando el nivel de servicio en dos y medio puntos porcentuales. En términos generales la simulación nos permitió resolver el problema de la empresa y dar una visión fundamentada de dónde se deben invertir los esfuerzos para mejorar la rentabilidad del negocio. Desde la perspectiva de la empresa el valor fundamental de este trabajo se centró en la identificación de ineficiencias estructurales de la unidad de soporte que condicionan la rentabilidad del servicio y en las recomendaciones desarrolladas para eliminar estas ineficiencias.

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El problema de Coordinación Hidrotérmica busca encontrar la operación óptima para un Sistema Eléctrico Mixto, combinando en la solución los efectos de las etapas futuras así como los efectos que la hidrología tiene en la operación del sistema. Los Sistemas Eléctricos mixtos corresponden a aquellos sistemas en los que operan tanto centrales de generación hidráulicas, geotérmicos, térmicas y eólicas entre otras. Un ejemplo de estos sistemas es el Sistema Interconectado Central (SIC) chileno, que en particular tiene una alta presencia de centrales hidráulicas y térmicas, en el cual en un año promedio un cuarenta por ciento de la energía viene de fuentes hidráulicas y un sesenta de fuentes térmicas. Desde el punto de vista de los costos de operación, estas dos fuentes de generación presentan importantes diferencias. Mientras los costos variables de una central hidráulica son bajos, los de una central térmica son más altos debido al combustible que requiere para la generación de energía. Por otro lado las centrales hidráulicas tienen costos de inversión más elevados que las centrales térmicas. Otra diferencia entre estas tecnologías es que las centrales hidráulicas son capaces de generar energía de acuerdo a la cantidad de agua que reciben de sus afluentes o que son capaces de almacenar (en embalses o estanques de regulación). Esta característica las hace dependientes del clima, en particular de la hidrología de una determinada zona geográfica. Debido a que no es posible predecir la hidrología, ésta se modela como una variable aleatoria. El problema de Coordinación Hidrotérmica busca la manera óptima de operar un sistema mixto en el mediano y largo plazo. Tiene una naturaleza estocástica, debido a la incertidumbre presente al modelar la operación de las centrales hidráulicas. Corresponde a un problema de gran escala que incorpora muchos elementos; centrales de generación, redes de distribución, centros de consumo y restricciones técnicas y ambientales. En el presente trabajo se desarrollan y aplican metodologías de programación estocástica para la resolución de un problema de Coordinación Hidrotérmica, en particular para un sistema de generación mixto. Se estudian técnicas de descomposición para problemas estocásticos que permitan trabajar con problemas de gran escala y se trabajan métodos de generación y selección de escenarios hidrológicos con el objetivo de representar de manera adecuada las componentes estocásticas del problema. La metodología utilizada para la resolución de este problema se basa en el algoritmo Progressive Hedging (PH). En este trabajo se busca resolver un problema de planificación eléctrica a través de PH. Sobre este algoritmo se desarrollan una serie de ajustes de acuerdo a las características especiales del problema. También se realizan comparaciones con las técnicas que se utilizan actualmente para resolver este problema y se analizan las ventajas que ofrece PH para este problema en particular. El problema de Coordinación Hidrotérmica corresponde a un problema cuadrático debido a que cuenta tanto con función objetivo cuadrática como con algunas restricciones cuadráticas. La función de costos de las centrales térmicas es modelada de manera cuadrática, así como también las pérdidas de energía en las líneas de transmisión son cuadráticas. PH es un algoritmo de descomposición por escenarios que entrega soluciones exactas para programas convexos. Funciona resolviendo sucesivas veces cada escenario por separado, penalizado por desviarse de la solución promedio. Debido a su estructura, es de naturaleza fácilmente paralelizable. Dentro de los resultados se logra solucionar el problema para una serie de instancias, incluyendo instancias de tamaño real del Sistema Interconectado Central chileno. Además se realizan comparaciones entre PH y SDDP, otro de los métodos de solución del problema, mostrando las ventajas y desventajas que PH ofrece. Finalmente se concluye que PH ofrece buenas posibilidades como metodología de solución para el Problema de Coordinación Hidrotérmica. Si bien actualmente no es competitivo, en el futuro, se pueden desarrollar implementaciones basadas en computación paralela que puedan ser competitivas con las técnicas actuales de resolución.

Ingeniero Civil Industrial / El trabajo de título a realizar consiste en la actualización del modelo hidrogeológico existente, desarrollado por el SERNAGEOMIN (2011), para el acuífero de Copiapó en el tramo entre La Puerta y Angostura, III Región de Atacama. Los recursos subterráneos en este sector han sufrido, en los últimos tiempos importantes descensos sostenidos en sus niveles. Ésto debido a los altos caudales de extracciones en el sector, comparado con la capacidad de recarga del acuífero. Se tienen como objetivos del trabajo complementar el catastro de aguas subterráneas para la cuenca de Copiapó, con la información hidrométrica actual y caudales de demanda entregados por la empresa sanitaria Aguas Chañar y minera Candelaria. Con esto, recalibrar el modelo hidrogeológico para analizar el efecto de futuros proyectos o instalaciones de las entidades recién nombradas, además de los efectos generados por la pérdida de rendimiento de los pozos, en particular los pertenecientes a la empresa sanitaria Aguas Chañar. Para su realización, se revisarán proyectos anteriormente desarrollados para obtener datos y antecedentes del sector. Con un catastro de las demandas para los recursos subterráneos a la fecha, se complementará el modelo hidrogeológico. Se espera obtener un balance más detallado de los recursos hídricos subterráneos del sector en estudio y un modelo que permita simular distintos escenarios para proyectos que se encuentran en discusión, para establecer medidas que permitan enfrentar la situación de escasez, mejorando la gestión de los recursos

Ingeniero Civil / El trabajo de título se centró en la aplicación de la herramienta FEFLOW para la modelación y evaluación numérica de flujos de aguas subterráneas, en base a elementos finitos, en la zona saturada y no saturada del suelo. Se presenta un caso de estudio que fue analizado por la consultora de ingeniería ambiental Knight Piésold mediante la utilización, en conjunto, de otras herramientas de modelación como Visual Modflow y SEEP/W. Estos programas se complementan para analizar los flujos involucrados en la zona saturada y no saturada respectivamente, consignándose como una metodología a comparar frente a FEFLOW. Es así que se presenta como objetivo principal analizar la aplicabilidad, manejo y resultados numéricos de FEFLOW frente a lo realizado con Visual Modflow y SEEP/W. El desarrollo del trabajo consideró un análisis a las metodologías implementadas en la modelación de cada programa. De acuerdo a esto se presentan los resultados y pasos a seguir en la definición de la zona de modelación y sus condiciones de borde, interpolación topográfica y ajustes en la calibración de la zona saturada como de la no saturada de acuerdo a cada herramienta utilizada. Para complementar el estudio se realizó un análisis de sensibilidad del programa FEFLOW en función del número de elementos utilizados en la generación de la grilla de modelación y así conocer la influencia de esta variable en el modelo. Los resultados de ambas metodologías enfrentadas resultaron ser consistentes entre ellas y en línea a las consideraciones en la modelación. A su vez se analizaron las diferentes complejidades a enfrentar en la generación de un modelo con estas herramientas, por lo que la comparación no solo radica en elementos numéricos, si no también en las dificultades que el usuario debe hacer frente. Se concluye con un análisis a los objetivos y consideraciones más importantes observadas durante el estudio, tales como la utilización de programas basados en diferencias finitas y elementos finitos, la metodología en la caracterización de la zona no saturada, la modelación de una geometría compleja y la aplicabilidad del programa FEFLOW.

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