El objetivo principal de esta tesis fue utilizar una arquitectura de control distribuido para desarrollar la programación de módulos de detección y diagnóstico de fallas para una planta piloto desalinizadora de agua de mar. Se estudió la dinámica de la planta tomando como base un modelo (en función de transferencia) desarrollado en otro trabajo de investigación. Este modelo sirvió para analizar el comportamiento de la planta al generarse variaciones en las variables de entrada (presión y PH). Para asegurar que alguna falla se debe al proceso y no a un dispositivo de campo, se desarrollaron módulos de detección y diagnóstico de fallas para cada dispositivo. Cada módulo toma como base la dinámica del dispositivo asociado y los valores de los parámetros obtenidos mediante comunicación por protocolo HART. Los módulos de detección y diagnóstico de fallas se implementan en la arquitectura de control distribuido DeltaV, el cual también permite desarrollar el sistema de supervisión de la planta, desde donde se supervisa el proceso y se accede a los módulos de detección y diagnóstico de fallas, en forma gráfica. Para justificar el uso de una arquitectura de control distribuido, se integró el sistema de detección y diagnóstico de fallas de la planta piloto desalinizadora de agua de mar y el de la planta piloto de temperatura. También se desarrolló un sistema de supervisión para un panel de operador, el cual se comunica con un PLC CompactLogix, de Allen Bradley. Ambos equipos instalados en el tablero de control de la planta piloto desalinizadora de agua de mar. Para validar el desarrollo de la tesis se realizaron pruebas de campo con una planta piloto de temperatura, la cual posee dispositivos con comunicación por protocolo HART. En dicha planta se forzaron fallas en los instrumentos de campo, las cuales fueron detectadas de manera inmediata por el sistema de control distribuido empleado, y mostradas en forma detalla en la pantalla de supervisión. / Tesis

En la actualidad, la desalinización de agua constituye una respuesta prometedora a la escasez de agua mundial. Por este motivo, es necesario presentar alternativas de solución y uso eficiente de nuevas tecnologías que permitan desalinizar agua de mar para hacer frente a la escasez que vendrá en los próximos años. En el proceso de desalinización de agua de mar se utilizan varias técnicas como son la destilación flash multietapa, destilación por múltiple efecto, destilación por compresión de vapor y la osmosis inversa, siendo esta última la que ha ganado mayor terreno en la industria de la desalinización ya que opera rechazando normalmente el 99% de las sales del agua de alimentación. Por otro lado, a pesar de que la osmosis inversa es la técnica que menos energía consume, en muchos casos no se ha trabajado con una estrategia de control adecuada, generando un funcionamiento deficiente de la planta. Esto tiene como consecuencia que el grado de pureza del agua desalinizada no cumpla con los estándares establecidos para consumo humano. El Perú, a pesar de sus cuantiosos recursos hídricos, presenta problemas de escasez de agua debido a la mala distribución de dichos recursos y a la geografía adversa. Según la Organización Internacional del Agua, en el 2025 el Perú será uno de los países más afectados en Latinoamérica ya que sufrirá de estrés hídrico permanente. Por tal motivo, se hace imprescindible una política que permita implementar plantas desalinizadoras a nivel de toda la costa y de otros lugares que lo requieran en el país. Para ello, es necesario desarrollar una técnica de control que permita manipular el proceso de desalinización de manera eficiente y que considere el comportamiento dinámico complejo de este sistema multivariable que no puede ser manipulado de forma correcta mediante técnicas tradicionales de control. Por otro lado, se necesita hallar un modelo adecuado que represente la dinámica del sistema, siendo muchas veces difícil de obtenerlo de manera precisa. En este sentido, las técnicas de control inteligente resultarían adecuadas ya que tienen la capacidad para actuar de forma apropiada sobre un entorno incierto de manera eficiente y flexible, ofrecen eficiencia computacional y dotan al control de “cierta inteligencia” para evitar comportamientos del sistema provocados por sus características no lineales. Dentro de las técnicas inteligentes se tienen las redes neuronales, lógica difusa y algoritmos genéticos. Es por ello que, mediante el uso de técnicas de control avanzado se buscará desarrollar, en este trabajo, un sistema de control inteligente para una unidad de osmosis inversa eligiendo un modelo matemático que describa adecuadamente la dinámica del proceso. Asimismo, se presenta una comparativa entre el desempeño del controlador propuesto y controladores clásicos para justificar el uso del control avanzado. Posteriormente, se realiza una propuesta de implementación basada en una aplicación en PLC ControlLogix5000 de Allen Bradley. / Tesis

La problemática de la escasez de agua en el Perú y en el mundo ha fundamentado el desarrollo de técnicas de desalinización que permiten el aprovechamiento del recurso acuífero más abundante en el planeta: el agua de mar. Los esfuerzos en el control de las plantas desalinizadoras de agua de mar por ósmosis inversa están enfocadas en maximizar el rendimiento de los bastidores de ósmosis inversa de tal manera que estos produzcan una determinada cantidad de agua por hora con una calidad aceptable para uso humano. Un funcionamiento inadecuado de los sistemas de control se traduce en pérdidas económicas y operaciones ineficientes de la planta. En este trabajo se propone el diseño de un controlador predictivo generalizado (GPC) que hace uso de un modelo matemático de una unidad de ósmosis inversa y que permite controlar con mayor efectividad el proceso de desalinización. Además se incluye el algoritmo para desarrollar este controlador en procesos monovariables y multivariables. El desempeño del controlador diseñado ha sido comparado con otros controladores de tipo convencional y también de tipo avanzado bajo diferentes escenarios de operación y de acuerdo a índices que permiten cuantificar el desempeño de los mismos. Por último, se presenta una propuesta de implementación de una unidad de ósmosis inversa así como una propuesta de programación del controlador GPC en un controlador lógico programable. / Tesis

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / La desalación o desalinización de agua de mar ha surgido como una alternativa para satisfacer la demanda por un suministro de agua seguro y estable ante la creciente escacez del recurso hídrico alrededor del mundo, particularmente en países áridos. En Chile, las políticas públicas en materia de aguas de los últimos años han generalmente señalado a la desalinización como una vía a potenciar, existiendo en la actualidad una cantidad relevante de plantas desalinizadoras, especialmente en el norte del país y mayoritariamente asociadas a proyectos mineros. No obstante lo anterior, y a diferencia de lo ocurrido en el Derecho comparado, en nuestro país no se ha ahondado en el estudio del régimen jurídico aplicable a este tipo de procesos, siendo posible formular una serie de interrogantes que resulta necesario despejar a fin de fomentarlo adecuadamente y de identificar las brechas regulatorias que son deseables de resolver en términos sistématicos. En este contexto, el presente trabajo pretende efectuar una aproximación sistematizadora a la regulación de la desalinización de agua de mar, con la finalidad de sentar las bases para futuros estudios más específcos en la materia. Para ello, y una vez aclarado el estado del arte que presenta la materia en nuestro país, se ha dividido el análisis principalmente en dos grandes temas en los que existe discusión y que resultan de interés desde la perspectiva del Derecho Público: (a) el régimen autorizatorio aplicable y los títulos jurídicos habilitantes con los que debiese contar toda planta desalinizadora para instalarse en el borde costero, extraer el agua de mar y transformarla en agua apta para diversos usos; y (b) la titularidad de los derechos sobre el agua de mar una vez desalinizada.

Ingeniero Civil Mecánico / El origen y continuación de la humanidad se ha basado en el agua. A pesar de ser el agua uno de los recursos más abundantes en el mundo cubriendo tres cuartos de la superficie del planeta, solo alrededor de un 3% es agua dulce, el otro 97% corresponde a agua salada de los océanos. Buscando aprovechar este recurso es que se ha desarrollado el proceso de desalinización por osmosis inversa incorporando variantes en las energías que alimentan el proceso con el objetivo que económico y medio ambientalmente sean atractivos. El objetivo general del trabajo de título es realizar un estudio de factibilidad técnico-económico del proceso de osmosis inversa con apoyo de energía renovables eólica y solar fotovoltaica con el fin de establecer la vialidad de un proyecto de este tipo en una localidad del norte de Chile. Debido a que la osmosis inversa no es un proceso térmico, lo cual implica que no existen mayores transientes, se propone la estrategia de desalinizar agua de mar con apoyo de energías no térmicas como las renovables eólica y solar fotovoltaica en los periodos en los cuales estén disponibles con el fin de disminuir los altos costos asociados a la energía necesaria en la producción. Estos costos equivalen a un tercio del total en una planta normal sin energías renovables de apoyo por concepto del consumo energético. Por las razones antes mencionadas, se propone una metodología de incorporar energías renovables en configuración On Grid de modo que la eólica sea el pilar principal, siendo la solar fotovoltaica un complemento sin sobrepasar la potencia requerida por la osmosis inversa para que finalmente la red eléctrica solo aporte la energía faltante al sistema, logrando reducir en algunos casos como los estudiados hasta un 40% de la energía consumida si solo estuviese conectada a la red eléctrica. De cinco localidades estudiadas en el norte de Chile, Mejillones presenta las mejores oportunidades de generar energía a partir de energía eólica y solar fotovoltaica, y más aún para un proceso que hace más factible la realización de un proyecto como es la desalinización debido a la necesidad de acceso al agua que presenta la zona norte de Chile. La inversión para la planta con el menor consumo específico de energía de 2,77 [kWh/m3] se estima en US$ 5.733.935, para un consumo específico de 2,89 [kWh/m3] es de US$ 5.760.341 y finalmente para un consumo específico de 3,06 [kWh/m3] es de US$ 5.800.925. En todos los casos el aerogenerador utilizado fue el Aeronautica 29-225, ya que, su evaluación económica fue mayor sobre otros aerogeneradores siendo los VAN de US$ $ 2.446.639, US$ $ 2.366.207 y US$ 2.263.281 para los distintos consumos específicos respectivamente.

El presente trabajo tiene por objetivo principal la evaluación técnica y económica a nivel de prefactibilidad de una planta desaladora de agua marina con un sistema asociado de suministro del agua desalada para las faenas mineras del norte chileno. La planta y el sistema de abastecimiento serán además alimentados por energía generada por una planta solar térmica. Del estudio de mercado que se efectuó, se llegó a la conclusión de que el mercado potencial serían los nuevos proyectos mineros de la tercera región del país y que los proyectos sin estudio de impacto ambiental (EIA) serían los miembros del mercado objetivo del proyecto. Por lo tanto se llega a una cartera de clientes compuesta por cinco integrantes con una demanda total peak de 1929 litros por segundo (lps) a partir del séptimo año de operación del proyecto. Del estudio técnico realizado, se definió que la planta desaladora usaría tecnología de ósmosis inversa, con una capacidad de producción de 2000 litros por segundo de agua desalada. Después se definió el trazado del sistema de abastecimiento hídrico y la potencia que este necesitaría para impulsar el agua hacia los clientes seleccionados. Y por último, se definió que la planta solar usaría tecnología de torre de concentración con una capacidad máxima de generación eléctrica de 144 MW de potencia para el funcionamiento de la planta desaladora y su sistema de impulsión. Del estudio ambiental se concluyó que se debe solicitar una concesión marítima y de uso oneroso para emplazar el proyecto, y que este debe someterse al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA), mediante la redacción de un Estudio de Impacto Ambiental. De la evaluación económica se llegó al resultado de que, sin financiamiento (100% capital de inversionistas), el proyecto no es rentable debido a que se llega a un valor negativo del VAN de -808,192 millones de dólares y una TIR de 2,33%, al utilizar un precio base del agua de 2,52 US$/m3, una tasa de descuento de un 15%, y un periodo de evaluación de 20 años. Además se concluyó que el precio es la variable más importante del proyecto ya que sólo con un precio de 4,80 US$/m3 el VAN comienza a ser positivo, alcanzando un valor de 2,036 millones de dólares y una TIR del 15,03%. Como el proyecto sin financiamiento externo no arrojó buenos resultados, se procedió a evaluar el proyecto financiado con préstamos bancarios (60% de la inversión financiada por estos) con lo que llegó a un resultado satisfactorio ya que el proyecto se volvió rentable con un VAN positivo de $397,093 millones de dólares, y una TIR de 22,14%, al utilizar un WACC de 7,5% para una inversión inicial de 1.354 millones de dólares. Por lo tanto, de los resultados obtenidos, se concluye que este proyecto es viable a nivel de prefactibilidad sólo si el proyecto tiene financiamiento externo del 60% de los costos de inversiones del año 0, por lo que se recomienda comenzar con el estudio de factibilidad si se puede negociar el financiamiento.

Memoria para optar al título de Geógrafo / Esta memoria de título, está inserta dentro del “Fondecyt 11130631” de iniciación llamado “Metabolising seawater, constructing scarcity; the indirect impacts of the La Chimba desalination plant in the city of Antofagasta”, y buscó conocer los cambios en la percepción de calidad del agua potable, usos que se le da a esta agua dentro del hogar y los consiguientes hábitos de la población del sector norte de la ciudad de Antofagasta abastecida actualmente con agua desalada proveniente de la planta La Chimba. En esta ciudad, inserta en un contexto árido, de escasez hídrica y con problemas históricos de contaminación por Arsénico, se conoció a través de encuestas, entrevistas y grupos focales la influencia en la percepción de los consumidores de la planta desalinizadora, descubriéndose así que si bien es una nueva técnica que dice ser de calidad superior los usuarios no notan cambios significativos de calidad, manteniéndose la percepción colectiva de que el agua potable está contaminada con Arsénico; no obstante con diferencias importantes según grupos socioeconómicos tanto en consumo como en uso y hábitos de esta agua dentro del hogar.

En la actualidad existen muchos lugares en el mundo donde el agua dulce es un bien escaso y por ende, económicamente valioso. Para mejorar esta situación se plantea la instalación de una planta de desalinización con el objetivo de aumentar la disponibilidad de agua dulce en zonas donde solo existe agua salobre. El proceso de desalinización requiere gran cantidad de energía. Dicha energía se puede obtener a partir de energía solar, ya que es renovable, sustentable y evita la emisión de gases de efecto invernadero que pueden agravar el problema de carencia de agua. Los objetivos de este trabajo fueron revisar las distintas tecnologías que existen para la desalinización y para la captura de energía solar con el fin de poder realizar una evaluación económica simplificada sobre la implementación de una planta de desalinización. Se construyó un prototipo concentrador de radiación solar, original de inspiración Fresnel, para poder estudiar eficiencias del diseño. El prototipo consiste de secciones cónicas con un mismo foco construido con acero brillante y en el foco un receptor de radiación que transfiere calor hacia un fluido térmico. El equipo de laboratorio tuvo una eficiencia de 70% del calor transferido al fluido térmico sobre la radiación, cercano al valor teórico calculado de 77%. Con el dato de eficiencia real se pueden diseñar concentradores industriales a partir del prototipo construido. Se realizaron tres evaluaciones económicas para distintos escenarios que se diferencian entre sí por la tecnología de desalinización y el suministro de energía. Para los tres escenarios se consideró una tasa de descuento del 10%, un horizonte de evaluación de 10 años y un requerimiento de producción de 1.000 [m3/día]. Los concentradores dimensionados para las evaluaciones son de 8 [m] de diámetro, totalizando un área de concentración de 40,81 [m2] por concentrador. Para cada escenario se evalúa el agua obtenida para riego de cultivos (tomates) y para uso sanitario. El primer escenario usa una tecnología de destilación que requiere para su funcionamiento 442 concentradores que suman 1,8 [ha] de concentración con lo que se obtiene una eficiencia de 555,6 [(m3 de agua desalinizada)/día/(ha de concentración)] obteniéndose una capacidad de riego de cultivo de tomates de 5,23 [ha/(ha de concentración)]. Todos los escenarios expuestos son para el caso de la venta de agua para uso sanitario ya que tienen un mayor retorno. El VAN resultó ser de - $119.000.000 (préstamo del 75%) para una inversión de $1.243.000.000. Para el segundo escenario se utiliza una tecnología de desalinización por membrana con energía eléctrica del sistema interconectado. El VAN resultó ser $44.000.000 (préstamo del 75%) para una inversión de $530.000.000. El tercer escenario usa una tecnología de desalinización por membrana con energía eléctrica por parte de los concentradores. El VAN resultó ser $212.000.000 (préstamo del 75%) para una inversión de $796.000.000. Se plantea realizar la evaluación técnica y económica para otros materiales reflectivos del concentrador para mejorar eficiencias y también considerar bonos de carbono para aumentar la rentabilidad de los proyectos.

Memoria para optar al título de Geógrafa

En este trabajo de tesis se parte de la hipótesis de que: es posible aumentar la eficiencia de las plantas desalinizadoras de agua de mar utilizando sistemas de control inteligente, conformados por controladores multivariables fundamentados en redes neuronales artificiales y modelos matemáticos multivariables basados en las leyes de conservación de la materia y energía. Se empieza describiendo las tecnologías empleadas a nivel industrial para la desalinización de agua, y se continúa con una revisión del estado del arte del modelado y control de las plantas desalinizadoras que se basan en ósmosis inversa. Luego, teniendo en cuenta la polarización de la concentración y utilizando el modelo de solución-difusión para cuantificar el transporte de las sales y del solvente a través de la membrana, se plantean las ecuaciones de balance de materia y energía en la unidad de ósmosis inversa de una planta desalinizadora de agua de mar, obteniéndose un modelo matemático no lineal multivariable. Al validar el modelo con datos experimentales se verifica un buen grado de ajuste. Más adelante, se linealiza el modelo obtenido (alrededor de sus condiciones normales de operación) para conseguir una representación en el espacio de estados, que es utilizada en el diseño de un neurocontrolador dinámico. Se valida el desempeño del controlador diseñado frente a cambios en la referencia, presencia de ruido y rechazo a perturbaciones, encontrándose en todos los casos un desempeño satisfactorio. Posteriormente se realiza un estudio comparativo del desempeño del controlador neuronal diseñado frente a controladores PID, verificándose con bastante claridad la superioridad del controlador neuronal, especialmente en las situaciones en las que cambian significativamente las dos variables controladas a la vez. Se concluye la memoria de tesis haciendo una propuesta de implementación práctica del sistema de control diseñado, que sugiere el uso de una aplicación cliente/servidor OPC con el controlador neuronal implementado en Simulink (en una PC) y la comunicación con la planta a través de un PLC. / Tesis