Ingeniero Civil Mecánico / El trabajo muestra el diseño de un silo para el acopio y dosificación de pasta de baterías (PBat), para la línea productiva de una planta industrial y fundición; que se dedica al reciclaje de baterías de plomo-ácido para la obtención de plomo refinado. El objetivo del trabajo es el diseño de un silo para el acopio y dosificación de PBat integrado en una línea de manejo y dosificación de materiales. Los objetivos específicos son: i) Revisar el es-tado del arte sobre silos para acopio y dosificación de pastas, ii) Caracterizar la PBat y determinar las condiciones de operación del silo inserto en la línea de producción, iii) Diseñar los mecanismos de extracción de la PBat, iv) Seleccionar y diseñar detalladamente una motorización ad hoc para el silo, y v) Diseñar una lógica de control que permita integrar el silo de PBat con la tecnología Weightfeeders de la línea de manejo y dosificación de materiales. Para desarrollar los objetivos específicos se emplea una metodología que integra revisión biblio-gráfica del estado del arte de silos y dosificación de pasta para obtener el marco teórico para el diseño de los componentes principales; revisión de normas internacionales ASTM para diseñar y validar técnicamente los ensayos de caracterización de la PBat. Para el diseño detallado se em-plean los resultados de los ensayos y los requerimientos de operación a partir de los que se realiza el dimensionamiento y la configuración de los mecanismos de descarga y dosificación junto con la motorización de ellos. Para abordar el sistema de control se define la filosofía de control, los sensores y los lazos de control. Los principales resultados del trabajo muestran que: i. La tecnología para silos de pasta se centra en los sistemas de descarga. Los sistemas más im-portantes en la actualidad son descarga mecánica por: movimiento alternativo, ejes encontra-dos, descargador de tornillo y descargador rotatorio. ii. La pasta de baterías es un material reologicamente complejo con facilidad para formar bóvedas con un ángulo de reposo alto, una granulometría heterogénea y un esfuerzo de cizalle rela-tivamente alto de 0,6 kg/cm2. iii. El silo, un estanque cilíndrico-cónico de 4,5 m3 en AISI 316L, contempla dos sistemas de des-carga complementarios: un descargador rotatorio que arrastra la pasta por el fondo del silo sin compactarla descargando el material por una lumbrera y un sistema de arrastre vertical; que destruye las bóvedas al forzar el avance de la pasta hacia el fondo del silo. iv. La lógica de control integra los distintos equipos que forman la línea de manejo de materiales plomados. En particular la integración con los weightfeeder está diseñada lograr la dosificación precisa de los materiales involucrados en la línea de proceso.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / Actualmente las baterías de ion-litio son utilizadas en una gran variedad de aplicaciones, tales como: dispositivos electrónicos, herramientas, vehículos eléctricos y sistemas de alma- cenamiento de energía. El masivo uso de estas baterías ha despertado el interés de optimizar el diseño de su empaquetamiento, siendo relevantes factores como: costos, temperaturas má- ximas, área, ventilación, etc. Una forma de abordar este problema es evaluando una gran cantidad de configuraciones, mediante simulaciones en software de multi-física Computatio- nal Fluid Dynamics (CFD). Sin embargo, una simulación toma varios minutos, por lo que probar una gran cantidad de configuraciones requiere de mucho tiempo. Una alternativa es formular un modelo fenomenológico, el cual permite obtener una aproximación de la simula- ción del CFD en un tiempo mucho menor a éste. En la memoria de título de Francisco Villa los ajustes al modelo fenomenológico se rea- lizaron mediante programación genética en un contexto de optimización multiobjetivo. En esta memoria se propone continuar este trabajo, analizando la validez de las soluciones en- contradas, aumentando el número de celdas estudiadas y buscando nuevas soluciones que se ajusten de mejor manera a las condiciones del nuevo modelo. Para lograr lo anterior, se construyó una base de datos de un modelo de 102 celdas con distintas configuraciones utilizando el software CFD ANSYS. Las estradas son: la corriente en las celdas, la separación entre celdas, el diámetro de las celdas, el flujo de aire entrante y la temperatura ambiente. Posteriormente, se utilizó programación genética multiobjetivo para evolucionar y encontrar simultáneamente funciones de los siguientes parámetros de interés del modelo fenomenológico: coeficiente de arrastre, factor de fricción y número de Nusselt. Con esta metodología se pudo construir un frente de Pareto en la optimización del modelo fenomenológico, ajustando la velocidad y presión de fluido y la temperatura de las celdas centrales. Se obtuvieron conjuntos de funciones que representan de mejor manera el comportamien- to de los parámetros analizados, logrando un mayor ajuste del modelo fenomenológico en relación a las desarrolladas en trabajos anteriores. En referencia al modelo original, se pudo disminuir el RMSE global de 3,9361[m/s], 215,1223[Pa] y 7,4035[K] a 0,954[m/s], 64,4[Pa] y 6,5051[K] con el modelo más general encontrado sobre la configuración de 102 celdas. Ade- más, se observó que los modelos encontrados pierden validez al extrapolar a un mayor número de celdas, siendo necesario realizar nuevos ajustes.

Ingeniero Civil Electricista / El objetivo de este trabajo es aportar a la investigación e innovación tecnológica, mediante el desarrollo de un modelo computacional que permita comprender las consecuencias económicas y medioambientales de implementar parte o la totalidad del proceso de fabricación de baterías de ión de litio para vehículos eléctricos o híbridos en Chile. Este trabajo se enmarca en el proyecto CIL Centro de Innovación del litio perteneciente a la universidad de Chile, cuyo objetivo es desarrollar un área de investigación aplicada sobre el uso del litio en baterías avanzadas que se usarán en los nuevos vehículos eléctricos . Se construye un modelo del proceso productivo de baterías de ión de litio, el que divide su proceso de producción en 5 etapas. Para cada una de las etapas y su interacción con las otras se estiman los costos desagregados. Para la obtención de materias primas y exportación de baterías, se estiman las emisiones de dióxido de carbono. Lo anterior permite calcular el valor actual neto (VAN) del proyecto y el impacto medioambiental del transporte de las materias primas y baterías terminadas. En este trabajo, se modela el proceso de fabricar baterías de ión-litio tipo NCA-G (con materiales activos compuestos de LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 para el cátodo y grafito para el ánodo), con un cliente en U.S.A. Se consideran los costos de inversión, fijos y variables. La mayor parte de los costos se obtienen de referencias extranjeras, pero se ha buscado considerarlos de forma que sean adecuados para el modelo del proceso de fabricación en Chile. El resultado de este modelo, muestra que el proceso evaluado es rentable bajo ciertos supuestos detallados a continuación. Las materias primas han sido evaluadas a los menores precios encontrados y los proveedores son los más cercanos a una localización en el norte de Chile. Asimismo, se supone un decrecimiento de los costos de producción del 20% anual exponencial y costos del transporte de un 52% de los costos encontrados en empresas de correos. Cabe destacar, que en las baterías NCA, el costo es elevado y que para obtener el valor de realizar algunos procesos productivos, se consideran equivalentes conservadores con la información disponible de precios de venta en el extranjero. Respecto del impacto medioambiental del proyecto, se compara la emisión de gases de efecto invernadero por parte del transporte de materias primas y baterías, para una planta ubicada en Antofagasta, con la misma planta ubicada en China. En ambos casos se considera un cliente en los Estados Unidos. Se observa que las emisiones del transporte de las baterías terminadas, es mucho mayor para China que para Chile, a pesar de que la emisión por parte de la importación a Chile es cercana a las emisiones de las importaciones para China. Se observa que las mayores emisiones por distancia recorrida, se tienen con las baterías terminadas. Dado que la producción de baterías está fuertemente incentivada en los Estados Unidos, competir con ellos, resultaría difícil, e incluso si ellos producen sus baterías probablemente contaminen menos debido al transporte, que importándolas desde Chile. Se propone como trabajo futuro, el generar un grupo multidisciplinario, que por un lado busque mercados latinoamericanos de baterías, determine sus características; y por otro construya un modelo computacional que en base a características de los mercados de baterías que se deseen satisfacer, permita un análisis de los proyectos de fabricación o ensamblaje de baterías.

Una de los objetivos de la incursión de los vehículos eléctricos en la sociedad es frenar la contaminación del planeta. Esto debido a que la energía eléctrica es más limpia en comparación de la proveniente de los combustibles fósiles. Uno de los factores por el cual aún no se está consolidando la inclusión total de los vehículos eléctricos en las ciudades es debido a su limitado rango de autonomía. Esto ocurre principalmente porque los métodos de suministro de energía para estos vehículos aún no son del todo satisfactorios. Se han desarrollado diversas infraestructuras de carga, las cuales se clasifican en 2 criterios de carga. Los cargadores AC son clasificados como dispositivos de carga lenta y los cargadores DC son clasificados como dispositivos de carga rápida. Todos estos cargadores funcionan bajo un protocolo de carga que se diferencian en el tipo de conector, rangos de potencia de carga y la comunicación de control entre el vehículo eléctrico y la infraestructura de carga. Los cargadores DC más modernos pueden cargar por completo un vehículo en un tiempo alrededor de 10 minutos. Mientras que con los cargadores AC, el tiempo de carga puede extenderse hasta varias horas. En este trabajo se desarrollará un modelo de solución del diseño de un prototipo de cargador portátil DC para EVs bajo el protocolo de carga CCS Combo1. Este servirá para poder cargar un vehículo eléctrico sin la necesidad de tener acceso a un punto de red eléctrica.

Ingeniero Civil Eléctrico / En los últimos años hubo una fuerte tendencia hacia la utilización de equipos cuya fuente de energía corresponde a baterías o dispositivos acumuladores de energía. Sin embargo, el uso de algunos de estos equipos, correspondientes por lo general a gran maquinaria, se ha visto limitada por la falta de métodos capaces de garantizar un cierto nivel en su autonomía. Un caso particular de este tipo de equipos corresponde a los automóviles eléctricos; cuya industria ha puesto principales esfuerzos en desarrollar sistemas de administración de baterías. Uno de los principales objetivos de estos sistemas es poder asegurar al usuario la duración de la energía disponible en el automóvil. Para ellos se hace necesario poder obtener información sobre la cantidad de energía remanente en su batería, parámetro conocido en la literatura como el Estado-de-Carga. El conocimiento del parámetro anteriormente mencionado por sí solo no es suficiente, ya que para poder garantizar que el sistema posee una cierta autonomía es necesario obtener información sobre el comportamiento futuro del sistema. Este último problema se refiere al pronóstico de dicho estado. Diversos enfoques se encuentran disponibles en la literatura para su resolución; sin embargo, un desafío importante corresponde a la definición del perfil de consumo con que es utilizado el dispositivo durante el horizonte futuro. Es en esta última problemática en que se enfoca el trabajo realizado. En particular se plantea una metodología que modela el perfil de uso de la batería mediante una cadena de Markov homogénea, definiendo los parámetros que la representan. Este modelo corresponde a una caracterización estadística de dicho perfil de uso, la cual es obtenida con los datos de corriente anteriores al instante de predicción. El objetivo de la realización de esta caracterización estadística es poder obtener la mayor información acerca de cómo ha sido descargada la batería, y utilizar dicha información para el perfil de uso durante la etapa de predicción. Para validar la metodología se utilizaron dos conjuntos de datos correspondientes al proceso de descarga de baterías de Ion-Litio; además de un módulo de pronóstico del Estado-de-Carga basado en Filtro de Partículas. Los resultados obtenidos en la etapa de pronóstico fueron evaluados mediante medidas de desempeño adecuadas, mostrando que la caracterización estadística obtenida mediante la metodología presentada es de utilidad para la resolución de la problemática asociada a la predicción del Estado-de-Carga y estimación de la autonomía de equipos energizados con baterías. Como principal conclusión de este trabajo se obtiene una novedosa metodología, sustentada en herramientas matemáticas, que es capaz caracterizar un perfil de descarga de una batería mediante una cadena de Markov homogénea. El desarrollo de esta metodología no es específico para estos perfiles, por lo que puede ser utilizada para la caracterización de una serie de tiempo en general.

En muchas zonas del Perú, debido a su difícil acceso y ubicación, es complicado que la energía eléctrica se extienda hacia ciertas comunidades lejanas, lo que significa una merma en el avance tecnológico y conlleva a un retraso si se compara con otras comunidades con mayor población y mucho más con las ciudades, que sí cuentan con energía eléctrica. Entonces, existe la necesidad en ciertos pueblos y zonas rurales de nuestro país, de contar con energía eléctrica que se pueda obtener a partir de una fuente segura y confiable; dado que esto llevaría consigo un desarrollo tecnológico; además, un fuerte desarrollo económico por las múltiples opciones de mejoras en los procesos de elaboración de productos que ellos comercializan, entre los que se pueden citar: una mejor producción de ganado vacuno y sus productos derivados, así como alimento para el ganado. Por ello, se tiene como objetivo, diseñar un sistema con paneles solares para poder cargar baterías y así, energizar motores para picadoras que se proyecta utilizar en la comunidad Micaela Bastidas en el distrito de Barranca, Lima. Se harán visitas a la comunidad Micaela Bastidas en la quebrada Venado Muerto con el fin de observar sus principales actividades y cómo, mediante el uso de la energía solar, se pueden mejorar las mismas. Se verá, con los pobladores y campesinos, sus necesidades reales para que el sistema diseñado vaya acorde con estas. Se evaluará, en el marco económico, el ahorro que les generaría un sistema así, los beneficios que presenta comparado con el sistema de carga de baterías que tienen actualmente. Finalmente, nuestro sistema se dimensionará de acuerdo a todo estos datos, para así satisfacer las necesidades energéticas de la población. / Tesis

En el Perú, la electrificación de zonas rurales se ha intensificado debido a programas de electrificación rural elaborados por el Estado y otras entidades no gubernamentales. Sin embargo, hoy en día existen comunidades rurales cuya demanda de potencia en los hogares es cubierta ineficientemente con el uso de baterías de 12 voltios, lo cual genera racionalización del uso de sus artefactos eléctricos, así como los priva de un crecimiento sostenible a nivel socio-económico. Dichas baterías, mayormente de plomo-ácido, son cargadas mediante proveedores externos, lo que causa una dependencia a este servicio e incurre en gastos mensuales mayores a los que ellos demandarían si utilizaran un sistema de recarga fotovoltaica propia. El presente trabajo tomó como muestra a la comunidad de Micaela Bastidas, ubicada al norte del departamento de Lima en la provincia de Barranca, debido a su alto coeficiente de irradiación solar. Se realizó el diseño de un cargador de baterías de 12 voltios para ser utilizado con un panel fotovoltaico y así facilitar la recarga de la misma. Se seleccionaron los componentes adecuados para su diseño, además del panel fotovoltaico y la batería a utilizar, para satisfacer, de manera personalizada, la demanda de potencia promedio a consumir por cada familia de dicha localidad. Se realizaron satisfactoriamente las simulaciones de dicho cargador, con lo que se obtendría una carga óptima de la batería y se prolongaría su vida útil. Por último, en el análisis de costos, se realizó la simulación de venta de un sistema fotovoltaico, por familia, en la comunidad de Micaela Bastidas. Se concluyó que los dos valores agregados principales que sostendrían la competitividad del producto, a nivel nacional, serían: la personalización del diseño del cargador y dimensionamiento del panel fotovoltaico y la batería, según la máxima demanda de potencia promedio actual o futura del usuario, y el suministro de un servicio de asesoría técnica de capacitación y mantenimiento del sistema. / Tesis

En los últimos años se ha producido en el Perú un cambio en la matriz de producción de Plomo metálico; tal es así que a partir del año 2010, después del cierre de la Refinería de la Oroya, la producción nacional de plomo metálico pasó de ser aproximadamente 114,000 TM en el año 2008 a ser aproximadamente de tan sólo 12,000 TM en el año 2016; debido a que se dejó de producir plomo primario (plomo refinado a partir de concentrados minerales); y en cambio se incrementó la producción de plomo secundario (plomo refinado a partir del reciclaje de baterías y chatarras de plomo); como respuesta a la necesidad de satisfacer la demanda nacional por utilizar plomo metálico como materia prima en la industria local; al punto que a finales del 2016 en el Perú se habría alcanzado una tasa de reciclaje de baterías usadas de plomo mayor al 82%; y que probablemente estaría alcanzando tasas mayores al 97% en los próximos dos o tres años. Como resultado del estudio, se entiende que el principal mercado consumidor del plomo en el Perú y el mundo es la industria automotriz, cuyo consumo equivale al 80% de la demanda mundial de plomo; que estaría asegurada en las próximas décadas; debido a que el parque automotor mundial continuaría creciendo, como resultado del incremento de la población mundial; y que además los vehículos de combustión interna (principal consumidor de las baterías de ácido plomo), que actualmente representa aproximadamente el 99% del parque automotor, no tendría competencia importante en ese mismo período de tiempo. Frente a este escenario, la propuesta del presente estudio es instalar una planta de producción de plomo refinado a partir del reciclaje de baterías, que estará ubicado en el distrito del Callao, específicamente en el corredor industrial de Gambetta, con un área aproximada de 13,410 m2. El abastecimiento de la materia prima deberá asegurarse mediante la importación de baterías usadas de otros países, tales como Chile, Guatemala, República Dominicana, Estados Unidos, etc. y también del abastecimiento local. La planta trabajará 24 horas al día en tres turnos, y su producción estará principalmente orientada a la exportación al mercado mundial; además la empresa contará con 75 trabajadores entre obreros y empleados. Para este proyecto se requiere una inversión inicial de S/. 42´260,179.06 de los cuales el 60% será financiado con capital de los accionistas en base a un COK de 10.26% obteniéndose un VAN de S/. 335,879.39 un IR (índice de rentabilidad) de 1.0132 y una TIR de 10.40%. Sin embargo al considerar como una segunda alternativa, que parte de la producción sea plomo aleado (para conseguir ingresos adicionales por drawback) se obtendría un VAN de S/. 7´225,192.03 un IR de 1.2849 y una TIR de 13.30%. Resultados que indican que el proyecto es financieramente viable en ambos casos, pero mucho más rentable en la segunda propuesta que incluye producir plomo refinado y plomo aleado. / Tesis

En el presente trabajo de tesis se propone como objetivos generales: el diseño, preparación y caracterización de nuevos materiales de electrodo para baterías de níquel-hidruro metálico, a partir de aleaciones formadoras de hidruro. Se pretende aumentar la capacidad de absorción de hidrógeno durante la carga y la actividad catalítica superficial para alcanzar altas velocidades de descarga. Posteriormente se compara el comportamiento en celda electroquímica respecto al funcionamiento en prototipos. Se caracterizan las aleaciones sintetizadas mediante diferentes técnicas adecuadas para los fines perseguidos: difracción de rayos X, espectroscopía dispersiva de energía, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de impedancia electroquímica, etc., a fin de obtener información sobre las propiedades de los materiales de electrodos en función de las variables de trabajo. Se desarrolla un modelo fisicoquímico que describe el comportamiento electroquímico de electrodos porosos constituidos por partículas de aleaciones del tipo AB<SUB>2</SUB> y AB<SUB>5</SUB>, y conteniendo carbón, parcialmente recubierto con teflón, como ligante. Este modo interpreta, describe y predice la respuesta de impedancia de los electrodos de hidruro metálico en diferentes estados de descarga.

Ingeniero Civil Electricista / Los sistemas del almacenamiento de energía están siendo considerados cada vez más a nivel mundial como una buena solución a la creciente incorporación en sistemas eléctricos de fuentes de generación de naturaleza intermitente. En particular, se han desarrollado sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías (BESS), que desde hace más de una década se han estado utilizando en sistemas interconectados, demostrando así su factibilidad técnica y que poseen grandes ventajas. El objetivo de esta memoria es estudiar cómo podrían integrarse estos equipos en los sistemas eléctricos del país, a través de proyectos económicamente rentables. El trabajo comienza con un estudio detallado del estado del arte actual de los BESS y otros sistemas de almacenamiento de energía, analizando las distintas tecnologías que existen hoy comercialmente, y comparando las ventajas y limitaciones de cada una. A continuación, se realiza una estimación de los costos de estos equipos, desglosándolos en sus componentes básicos y basándose en la experiencia práctica de proyectos llevados a cabo en otros países. Posteriormente, se propone tres tipos de proyecto distintos en los que se utilizan BESS conectados a la red, para cumplir distintas funciones que pueden generar utilidades a los diferentes actores del mercado eléctrico. El primero consiste en el uso de estos equipos por parte de clientes regulados para abastecerse de energía durante las horas de punta, reduciendo así su gasto en electricidad. El segundo se basa en que generadores de energía eólica almacenen energía en horas valle para venderla en momentos en que su precio es más alto. El tercero consiste en utilizarlos para ayudar a la regulación de frecuencia de los sistemas, en remplazo de la reserva en giro que se asigna a algunos generadores para cumplir esta función. Cada uno de estos casos se simula bajo distintos escenarios, llevando a cabo una evaluación económica completa. Los resultados muestran que el primer proyecto sólo es económicamente factible bajo ciertas condiciones específicas, siendo su rentabilidad negativa en la mayoría de los casos, por lo que, si bien es posible que en el futuro se utilicen BESS para aplicaciones como ésta, aún falta que disminuyan sus costos de manera sustancial. De la misma manera, los resultados para la segunda aplicación son negativos, por lo que se sostiene aquí que la utilización de BESS en esta forma no es practicable en el corto plazo, considerando la forma en que opera el mercado eléctrico actualmente. Por último, para el tercer caso, se concluye que el proyecto sí es altamente rentable en casi todos los escenarios, por lo cual es probable que en el futuro cercano se vea más de estos equipos en Chile aportando a la regulación de frecuencia de los sistemas.