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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / El objetivo principal de esta tesis es diseñar estrategias de control difuso robusto para una planta de colectores solares buscando con esto mejorar el desempeño del proceso y además garantizar de manera teórica la robustez del esquema en términos de su estabilidad. Los principales desafíos que se deben afrontar al trabajar con este tipo de procesos son su no linealidad y las diferentes perturbaciones que lo afectan. Para abordar estos temas se identifica un modelo difuso Takagi & Sugeno de la planta en cuyas consecuencias se tienen funciones de transferencia de intervalos, las cuales poseen parámetros inciertos cuyos valores pertenecen a un rango conocido. Para el diseño de los controladores se utiliza la teoría de control robusto paramétrico la cual está basada en el Teorema de Kharitonov y su extensión. La metodología propuesta en este trabajo utiliza este marco matemático para imponer rangos de validez para los parámetros de los controladores a diseñar de manera de garantizar la estabilidad robusta de los esquemas. A su vez, el desempeño de dichos controladores es abordado mediante el uso de optimización por enjambre de partículas (PSO) utilizando criterios como sobrepaso, márgenes de ganancia y fase, entre otros, para encontrar los mejores controladores dentro del rango de estabilidad robusta para cada regla del modelo difuso. En particular se desarrollan para la planta de colectores un controlador PI difuso robusto, que se sintoniza en base al Teorema Generalizado de Kharitonov, y un controlador difuso robusto por realimentación de estados el cual se diseña utilizando el Teorema de Kharitonov. Para ambos esquemas se obtienen mejores resultados en términos de desempeño y rechazo de perturbaciones al compararlos con un controlador PI convencional. En el caso del PI difuso robusto se obtienen buenos resultados en cuanto a sobrepaso y seguimiento de referencias, mientras que en el controlador por realimentación de estado difuso robusto, pese a tener un mayor sobrepaso al inicio de su operación y un pequeño error de estado estacionario, presenta un mejor rechazo de perturbaciones. Se presenta también un estudio de estabilidad para modelos de Takagi & Sugeno con incertidumbre paramétrica basado en la resolución de una inecuación matricial derivada de un análisis de Lyapunov. Con esto se demuestra que ambos controladores difusos diseñados son globalmente estables. Para comparar los esquemas propuestos con un control robusto clásico se diseña un controlador difuso robusto basado en la teoría H infinito. Utilizando este enfoque se consigue un mejor rechazo de perturbaciones pero mayores sobrepasos con lo cual se aprecia que los controladores diseñados en este trabajo mejoran este último aspecto. El aporte principal de esta tesis es la propuesta de nuevos controladores difusos robustos que pueden ser utilizados para sistemas no lineales sometidos a perturbaciones dando garantías de desempeño y estabilidad global. Se destaca también la validación de estas estrategias en un simulador para la planta de colectores solares diseñado con este fin.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El presente estudio tiene como objetivo desarrollar una estrategia de negocio para una empresa de ingeniería y construcción minera, como Bechtel, para incluir dentro de sus alcances de servicios, solución de autogeneración por medio de parques fotovoltaicos para sus clientes en Chile, que deriva de un análisis como la mejor opción. Este servicio ofrece alternativas de solución y mejoras en el ámbito de suministro de energía, eficiencia y sustentabilidad, replanteando, para sus clientes, la ejecución de los proyectos mineros que se encuentran en carpeta en los próximos cinco años. La preparación de la estrategia sigue una metodología de cinco puntos, iniciando con el proceso declarativo de la empresa respecto a la visión, misión y compromisos, para que dicha estrategia esté alineada con estos principios. Continuando con el proceso analítico, haciendo el escrutinio del entorno e interno de la empresa, un análisis de la industria, condiciones actuales del mercado, e incluyendo la necesidad y problemáticas que afectan a los clientes, un análisis de las oportunidades, las cuales convergen a nuevas acciones, que potencian o generen competencias distintivas de la empresa. Siguiendo con el modelo de negocio y la manera de entregar valor a sus clientes. Luego la revisión del modelo de gestión, que finalmente conlleva al proceso de ejecución. Como resultado, el estudio da cuenta de la necesidad que existe de ofrecer un servicio que ayude a mejorar la factibilidad de los proyectos de los clientes, frente a un escenario complejo y duradero. El extender el alcance de los servicios contribuirá a potenciar y consolidar el negocio de Bechtel en Chile, manteniendo así la línea de la diferenciación. El plan de ejecución considera una estimación de horas para llevar a cabo la estrategia de negocio, y su posible resultado e impacto de esta en las adjudicación futuras de proyectos, considerando dos escenarios optimista y pesimista, los que se traducen en cantidad de horas mensuales de desarrollo de ingeniería, para lo cual se realiza la evaluación económica, que en un caso optimista da un VAN de MM$ 38.634 (PCL), para un flujo de una proyección de 4 años. Esta estrategia abre la posibilidad en el futuro para Bechtel, una forma de antesala para desarrollar proyectos en la industria de generación de energía, para expandir parte de otra unidad de negocios, con parques fotovoltaicos de mayor capacidad, sobre los 100 MW en Chile.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En el año 2017, las energías renovables mostraron un crecimiento del 49% en la matriz energética mundial, siendo la tecnología solar fotovoltaica la tecnología con mayor crecimiento en el año. Con respecto a la tecnología solar térmica, el crecimiento se ha visto estancado desde el año 2013. De la capacidad instalada a nivel mundial, 99% corresponde a sistemas térmicos para uso domiciliario y calentamiento de piscinas, siendo prácticamente nula su participación en procesos industriales, a baja o mediana temperatura. Dentro de los esfuerzos por desarrollar colectores más eficientes, en 2008, Gerardo Diaz presentó un nuevo diseño de colector solar utilizando tubos de minicanales como absorbedor solar. Diversos estudios han demostrado que este colector presenta una eficiencia superior que los colectores utilizados comúnmente a baja temperatura. Van Doung en 2015 investigó la aplicación a mediana temperatura de estos colectores para su integración con procesos industriales, encontrando resultados poco alentadores para un diseño sin concentración solar. En este trabajo se presenta un nuevo diseño de colector solar de minicanales, integrando los tubos de minicanales con un sistema de concentración solar tipo lineal Fresnel para su aplicación a mediana temperatura. En el trabajo se describe el proceso de diseño del concentrador, receptor y el absorbedor de minicanales, y se desarrolla un modelo óptico y un modelo termodinámico para estudiar la operación del colector. Ambos modelos fueron validados utilizando referencias comerciales o resultados experimentales en la literatura. Dentro de los principales resultados, se observa que bajo las mismas condiciones de operación que los colectores Fresnel comerciales, el colector Fresnel con minicanales produce un 26% más de potencia térmica por unidad de área de captación, alcanzando 702,2 W/m^2. Debido a la mayor superficie de absorción del absorbedor y la geometría del receptor, la eficiencia óptica alcanza un valor de 0,934, siendo un 50% mayor que los colectores Fresnel comerciales. Sin embargo, ya que el absorbedor de minicanales no se encuentra al vacío, las pérdidas térmicas son 12 veces mayores que en un tubo evacuado convencional. Con respecto a la generación de vapor, un módulo del colector de 6 metros de largo, con una radiación de 900 W/m^2, alcanza un título de vapor de 0,12, produciendo 31,7 kg. de vapor por hora. Se concluye que integrar un absorbedor de tubos de minicanales a un colector lineal Fresnel mejora la eficiencia óptica del colector, alcanzando una potencia térmica superior que los modelos comerciales. Adicionalmente, gracias a la concentración solar se demuestra la factibilidad de utilizar tubos de minicanales para la generación de calor a mediana temperatura, incluyendo la generación directa de vapor.

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.

El cultivo de mejillón en la Argentina es un recurso de alta potencialidad productiva y económica. Una de las principales limitantes para la expansión de esta actividad se encuentra en la provisión de juveniles para la cría y engorde, comúnmente denominados “semilla”. En el golfo San Jorge, Chubut, existe una serie de iniciativas productivas que enfrentan el interrogante de si es posible la captación natural de juveniles de mejillón en colectores artificiales. Hasta el momento, la semilla utilizada en los emprendimientos que se ubicaron en esta área geográfica proviene de criadero o de la recolección de la región del intermareal rocoso de los alrededores de los sitios en producción, como así también de otros sitios ubicados en la costa argentina. En esta investigación se trabajó en dos sitios de estudio cercanos entre sí, pero de características de exposición y morfología costera diferentes. Ambos sitios se hallan en las cercanías de la ciudad de Comodoro Rivadavia. El objetivo general fue conocer si existía el fenómeno de captación en la región central costera del golfo San Jorge. Para ello se instaló en el mar una serie de colectores de remplazo bimestral que dieron como resultado la existencia de un pulso de captación principal a fines del verano-comienzo del otoño. También se estudió el ciclo sexual del mejillón, inferido a partir de las variaciones de su peso seco, obteniendo dos posibles periodos de desove, el primero a fines de primavera-principios de verano y el segundo de ellos, a comienzos del otoño. Otro objetivo específico de esta tesis fue el monitoreo de variables ambientales durante el periodo de estudio y, a partir de los datos obtenidos, desarrollar un modelo estadístico predictivo para la captación, que contemplara las variables que resultaran más relevantes. Dicho modelo presentó como variables predictoras la temperatura como factor de mayor influencia, la concentración de materia orgánica en el agua de mar y la variación del peso seco de los mejillones con un corrimiento de un mes. Asimismo se evaluó también el posible efecto de la morfología costera sobre el fenómeno de asentamiento postlarvario. Para ello se seleccionaron dos sitios a distinta distancia de geoformas costeras; el sitio Belvedere fue seleccionado por su menor exposición y por su cercanía a una prolongación del continente hacia el mar, y el sitio Km 3, por su mayor exposición y por su lejanía a geoformas costeras. Los resultados indicaron que en Belvedere se encontraron mayores captaciones que en Km 3, indicando que la geomorfología costera tendría un efecto sobre la captación. Se efectuó un análisis de las corrientes marinas locales en ambos sitios, observándose diferencias en el comportamiento de las direcciones de las corrientes. Por otro lado se analizó el efecto de la profundidad sobre la densidad de individuos captados, colocando colectores a tres profundidades diferentes; no se detectaron variaciones significativas en la densidad de individuos captados por efecto de la profundidad, pero sí en el tamaño de los mismos, que presentaron tallas mayores a profundidades menores. Se identificaron las postlarvas captadas mediante diferentes técnicas que resultaron satisfactorias, encontrándose un criterio clasificatorio distintivo para las postlarvas de mejillón. Por último, se realizó una determinación de la epibiosis hallada en los colectores durante el estudio, con la finalidad de reconocer especies competidoras y facilitadoras del asentamiento de postlarvas.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / En el presente proyecto de investigación se ha realizado la descripción de dos metodologías matemáticas para el diseño de colectores solares. El primer colector funciona durante el día calentando instantáneamente el aire mediante convección natural entre las 7am y las 5pm del día; el segundo tiene la función de almacenar calor en el transcurso de las 10 horas del día que es puesto. Siendo esta energía calorífica liberada al terminar la función del colector anterior con el fin de evitar el descenso brusco de la temperatura ambiente dentro de la vivienda dejada por el primero. Los datos de temperatura tomados han sido de los meses de febrero y julio del 2013 de la página www.accuweather.com para realizar una comparación de resultados y ver la conveniencia de su utilización en estos meses; pero con especial interés en los resultados del mes de julio que se producen con el descenso de las temperaturas hasta un grado que hace difícil la vida humana, animal y vegetal. Dentro de los dos diseños se han obtenido como resultado en el mes de febrero para el colector de placa plana una temperatura de salida de flujo promedio de 26℃ y de 21℃ para el mes de Julio, y para el almacenador de lecho de rocas se obtuvo una temperatura de salida de flujo promedio de 21℃ para febrero y de 15℃ para julio. Ambos resultados con un rendimiento promedio cercano al 80% y con un factor estadístico de determinación cercano a la unidad lo cual confirma la confiabilidad de los datos. Con la obtención de estos resultados se puede valorar la importancia de esta investigación puesto que se generan temperaturas adecuadas para la vida humana y así se pueda frenar en algo las numerosas muertes que se producen en las épocas de las heladas durante el mes de julio. / Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente estudio tiene como objetivo principal proponer una metodología de evaluación para determinar el tamaño eficiente de un sistema de acumulación de energía para una planta termosolar y se presentan los resultados y conclusiones de un estudio de caso basado en un proyecto concreto pensado en el Sistema Interconectado Norte Grande SING. Para la formulación de la metodología, se realizó una revisión bibliográfica que abarcó el estado del arte de la tecnología termosolar, las condiciones climatológicas y regulatorias presentes en el SING y sus proyecciones de crecimiento, y una revisión de los métodos existentes para la determinación de tamaño óptimo de este tipo de proyectos. La metodología propuesta consta de cuatro pasos: Levantamiento de información, definición de casos de estudio y escenarios, simulación y análisis de resultados. El proyecto que se evaluó fue la central termosolar Pampa Camarones de 100 MW proyectada para entrar en operación el 2019. Se contemplaron dos escenarios para el parque generador, un caso base tomando en cuenta el plan de expansión declarado por la CNE y un caso optimista en penetración de centrales ERNC al 2019 y se simuló horariamente la operación del sistema durante dicho año en cada escenario donde la variable de optimización fue el tamaño del campo heliostático de la central. Los resultados muestran que independiente del tamaño del sistema de acumulación, el proyecto no es rentable dado sus altos costos de inversión, sin embargo se constató que dicha rentabilidad es altamente sensible al costo de inversión del campo heliostático el cual representa del orden del 30% de la inversión actualmente. Esto lleva a que el resultado con menos pérdidas en rentabilidad sea el con menor sistema de acumulación y consecuentemente con menor tamaño de campo heliostático. Se ve además que el tamaño del sistema de acumulación no afecta fuertemente los costos marginales del sistema a pesar de su fuerte influencia sobre el factor de planta de la central. Los resultados permiten concluir que es conveniente evaluar este tipo de proyectos a través de herramientas de simulación horaria en largos horizontes de plazo para poder visualizar de manera correcta el riesgo del precio spot al cual se somete el proyecto y que una manera eficiente de hacer esfuerzos por rentabilizar este tipo de proyectos es reducir los costos de inversión del campo heliostático.

Ingeniera Civil / La comuna de Maipú, Región Metropolitana, ha experimentado un explosivo crecimiento demográfico que ha causado deficiencias en el drenaje urbano actual, requiriendo un mejoramiento del manejo de las aguas lluvias. El trabajo de título realizado consiste en determinar opciones de mejoramiento de la red de drenaje pluvial de esta comuna, considerando en el diseño el análisis de datos históricos en conjunto con proyecciones de precipitación. El objetivo general es diseñar el mejoramiento la red de drenaje de aguas lluvias de Maipú considerando proyecciones climáticas. Para ello se analizó el sistema de drenaje pluvial existente a fin de reconocer deficiencias, y se definieron proyecciones de precipitación, que luego de ser escaladas al área de estudio mediante registros de estaciones meteorológicas cercanas, permitieron seleccionar la precipitación de diseño. Luego, mediante un modelo matemático (Storm Water Management Model, SWMM) capaz de reproducir los fenómenos de escorrentía urbana basado en simulación de precipitaciones, se explica el comportamiento del sistema de drenaje en el estado actual, etapa calibración, y en las condiciones futuras permitiendo la propuesta de nuevas opciones de conducción o dispositivos de almacenamiento local que den solución a problemas de inundación detectados. Se obtuvo como resultado mejoras al sistema de drenaje de aguas lluvias de Maipú, específicamente la implementación de un estanque de retención en el sector del Pajonal, que permite reducir el caudal peak de escorrentía urbana en un 40%, además la necesidad de conducir en forma independiente agua servida y agua lluvia en las cercanías del colector 5 de Abril para evitar inundaciones., así como también la importancia del mantenimiento de los canales abiertos incorporados en el drenaje urbano para conducir adecuadamente la escorrentía urbana producto de las precipitaciones proyectadas.

Ingeniera Civil Mecánica / Una poza solar es un sistema térmico que permite colectar y almacenar energía solar. El hecho de ser un sistema que realiza ambos trabajos en un mismo equipo le entrega ventajas sobre los sistemas comunes. Por otra parte, las pozas solares utilizan un tipo de energía renovable que contribuye a la disminución del impacto ambiental debido a la generación de energía y permite aprovechar el recuso solar que tiene Chile. Estas pozas contienen una solución salina, acá se crea un gradiente de concentración generando 3 zonas importantes: la zona convectiva inferior (LCZ), es la zona más profunda de la poza y donde se almacena la energía solar colectada en forma de calor sensible; la zona no convectiva (NCZ), la cual posee un gradiente de concentración salina tal que se suprime la convección natural y sólo hay transferencia de calor por conducción, limitando la pérdida de calor desde la LCZ. Finalmente, está la zona convectiva superior, en la cual la concentración de sales y la temperatura son bajas. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio de factibilidad del suministro de calor a procesos mineros mediante un sistema de escala mediana basado en pozas solares. Para esto, se debe diseñar una poza solar con sus dimensiones y su sistema de extracción para suplir la demanda energética del proceso al cual se le suministra calor, en este caso, el proceso de electro-obtención para la minería del cobre. Este sistema se ubica en la II región de Antofagasta en las cercanías de Calama debido a la alta radiación y gran concentración de mineras presentes en este sector. La herramienta básica de este trabajo es el programa creado en MATLAB que permite modelar el estado térmico de la poza en función del tiempo, obteniendo la capacidad de extracción de calor de ésta. Los resultados presentados se realizaron en base a distintas dimensiones de pozas y muestran el comportamiento térmico de ésta. Las tres zonas presentaron un comportamiento esperado, donde la UCZ sigue las variaciones de la temperatura ambiente de forma amortiguada, la NCZ presenta un gradiente de temperatura que adopta un perfil lineal luego de un tiempo, y finalmente, la LCZ presenta temperaturas bastante altas, las cuales siguen las variaciones estacionales del año. Se obtuvo que mediante la poza se puede suministrar el calor necesario para que el electrolito llegue a su temperatura deseada de 55°C un máximo del 61% del tiempo total de extracción de calor, el resto del tiempo, se debe respaldar el suministro mediante un sistema de calderas, obteniendo una eficiencia de la poza del 16% aproximadamente. Al realizar la evaluación económica del proyecto, se pudo ver que para pozas con una superficie mayor a 140×140 m2 el proyecto es rentable, aumentando esta última con el tamaño de la poza. Sin embargo, para pozas más pequeñas el proyecto pierde su rentabilidad. Finalmente, se obtuvo un costo de la poza de 40 USD/m2, el cual se asemeja a valores obtenidos de pozas solares construidas en Israel, EEUU e India.