Ingeniero Civil Mecánico / En Chile y el mundo alrededor de un 50% de la energía consumida en la industria se obtiene de derivados del petróleo. Los sistemas solares térmicos híbridos (SSTH) constituyen una posibilidad viable de ahorro de combusti-bles y disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero (GI). El objetivo de este proyecto es desarrollar soluciones de SSTH que integren bombas de calor geotérmicas (BCG) y/o sistemas de almacenamiento tér-mico (SAT) para instalaciones de gran envergadura. Específicamente: i) Generar estudios a nivel de perfil para desarrollar soluciones de SSTH para potenicias de 2 a 60 MWt; ii) Desarrollar el diseño conceptual y básico de las soluciones; iii) Evaluar a nivel preliminar los SSTH pre ingeniados. Innovatec Ltda. ha proporcionado el diseño básico de una instalación SSTH para una planta de SX-EW en el Norte chileno. Éste es el diseño base para esta memoria y consiste en un campo solar que aporta calor, en serie con una caldera, al electrolito rico previo a la electroobtención. Las tecnologías consideradas para la evaluación son: colectores planos (FPC), cilíndro parabólicos (PTC), Lineal Fresnel (LFC), campo de helióstatos (HFC), SAT en agua y BCG con intercambiador geotérmico vertical y loop cerrado. Para el desarrollo del proyecto se emplea la siguiente metodología: i) Crea-ción de una base de datos de tecnologías; ii) Desarrollar las metodologías de calculo para el dimensionamiento, eficiencias y pérdidas de los equipos; iii) Desarrollo de una metodología de integración de los sistemas térmicos; iv) Balance térmico de los SSTH, y v) Evaluación técnica y económica de las soluciones. Un SSTH factible debe cumplir las condiciones: a) VAN posi-tivo; b) Ahorro en emisiones de CO2 positivo, y c) TIR > 12%. La evaluación técnica económica de los SSTH revela que: i) en general la mejor solución es integrar SSTH con SAT; ii) Hasta 5 MWt todas las tecnolo-gías solares son competitivas entre ellas a nivel de perfil; iii) Sobre 5 MWt las soluciones más rentables son con LFC o PTC y SAT; iv) la solución que máximiza el ahorro de emisiones de CO2 es SSTH con HFC y SAT, con 80% de ahorro, y vi) no se recomienda la aplicación de BCG, debido al alto con-sumo eléctrico.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Para satisfacer las necesidades de calefacción y agua caliente sanitaria en contextos domiciliarios, surge el uso de energías renovables no convencionales, en donde la energía solar térmica destaca por su factibilidad técnica. Para lograr mitigar las variaciones de este recurso y satisfacer completamente las demandas, se utilizan sistemas de almacenamiento térmico, en donde el uso de agua como fluido de trabajo se muestra como una de las opciones más baratas y seguras; y la estratificación de temperatura en el estanque de almacenamiento ha mostrado ser conveniente en términos de aprovechamiento de la energía y acoplamiento a otros sistemas como bombas de calor. El fenómeno de la estratificación térmica se genera debido a que a diferentes temperaturas, los fluidos varían su densidad, provocando que en un mismo estanque puedan existir distintas masas de fluido a diferentes temperaturas. En un intento por fomentar el fenómeno de la estratificación térmica, se realizan simulaciones computacionales de configuraciones de carga y descarga de dos estanque de almacenamiento, con variaciones el caudal y alturas de entrada de éste en el estanque; y evaluando el impacto de dos geometrías de difusores en el comportamiento térmico. Las simulaciones son realizadas en el software ANSYS Fluent, utilizando un modelo de turbulencia y la aproximación de Bousinessq para emular las fuerzas de empuje. Para comparar cuantitativamente los perfiles de temperatura resultantes de cada configuración, se utiliza la eficiencia de estratificación térmica, basada en la generación de entropía producto de las irreversibilidades internas. Este parámetro resulta independiente de los flujos entrantes y salientes, y de las pérdidas térmicas. Los resultados de las simulaciones son validados experimentalmente en un banco de pruebas, y muestran en primer lugar, para un estanque con una baja relación de aspecto (altura dividido en diámetro), el efecto de los difusores propuestos es bajo en comparación al caso base, con mejoras en en la eficiencia de estratificación de hasta un 2%. En cambio, la altura de entrada se muestra como un factor determinante, en donde una mayor altura lleva a una mejor estratificación, con mejoras de hasta un 15% para un estanque con baja relación de aspecto y hasta un 20% para un estanque con una alta relación de aspecto. Para este segundo estanque, los difusores mostraron un impacto considerable, llegando a mejoras de hasta un 15% para un difusor tipo T que divide el flujo entrante.