Ingeniero Civil Mecánico / En la minería del cobre (MC) los métodos de procesamiento corresponden a hidrometalurgia para los minerales oxidados y pirometalurgia para los minerales sulfurados. Las principales fuentes de energía consisten en combustibles y electricidad. El presente trabajo de título tiene como objetivo general diseñar un manual de eficiencia energética para minería chilena (MCh). Los objetivos específicos son: i) desarrollar una caracterización de sistemas de consumo de energía (SCE) e identificar sistemas energéticamente relevantes (SER), ii) identificar oportunidades de EE aplicables, iii) desarrollar una metodología para análisis de oportunidades y medidas de EE (MEE), iv) desarrollar una metodología para construcción del proyecto de inversión en EE (PIEE), y v) desarrollar un ejemplo de oportunidad y MEE. Los principales resultados del proyecto señalan que: i. En MC los SER consisten en sistemas de combustibles y sistemas eléctricos. Los primeros se conforman de los sistemas motrices de combustión interna, sistemas para generar calor directo y sistemas de calderas. Los sistemas eléctricos se conforman de sistemas motrices eléctricos y sistemas electroquímicos. ii. En MC la mayoría de las oportunidades de EE corresponden a mejora de gestión y control de parámetros de operación. iii. La metodología de análisis de oportunidades y MEE consiste en el análisis del consumo energético, análisis de usos energético, estudios de pérdidas y oportunidades de mejora en los procesos, determinación de la factibilidad técnico-económica de cada MEE, y finalmente priorización según criterios de la empresa. iv. La metodología de construcción del proyecto de inversión en EE (PIEE) consiste en seleccionar el subconjunto de MEE que integran el PIEE, evaluar el impacto productivo del subconjunto de MEE en la operación de la empresa, evaluar la nueva estructura de costos de producción, realizar la evaluación económica del PIEE y, por último, evaluar el mecanismo de financiamiento del PIEE. v. El desarrollo de un ejemplo de gestión de flota de camiones como MEE, con respecto a la carga, refleja que disminuir la carga por debajo de la capacidad de diseño es ineficiente pues aumenta el consumo de combustible. En efecto, para una operación similar a la de la minera Gaby, cargar un camión bajo el 100% de su carga útil puede producir aumento de los costos de combustibles entre USD$ MM 1 - USD$ MM 3 por año. El trabajo desarrolla un texto guía de EE para minería, en el cual se describe un procedimiento que permite recolectar la información necesaria para conocer el comportamiento de la energía en la faena; de esta forma se pueden tomar decisiones que proporcionen reducciones en energéticos, disminuyendo los costos de operación, lo que repercute en una mejor competencia en el mercado internacional de cobre.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / Ingeniero Civil de Minas / El procesamiento de escorias de fusión, mediante molienda y flotación, se inicia con el enfriamiento de la escoria fundida, etapa durante la cual existe sedimentación y coalescencia de gotas de especies de cobre. Como resultado del enfriamiento controlado, precipita y solidifica una fase sulfurada de mata de cobre que se retorna a la operación unitaria de conversión; igualmente se forma una escoria sólida que se envía a molienda y flotación. Es así como la velocidad de enfriamiento determina la generación de distintos productos, en términos de masa y composición. El presente trabajo tiene como objetivo investigar el efecto de la etapa de enfriamiento controlado en el consumo de energía y la recuperación de especies valiosas en el procesamiento de escorias de fusión por molienda y flotación. Para ello, se generaron diversas escorias mediante pruebas de enfriamiento controlado a escala de laboratorio, considerando una escoria industrial de fusión, tecnología Convertidor Teniente, como alimentación. El consumo energético se estudió por medio del desarrollo de tests de Bond y la recuperación de valiosos mediante pruebas de flotación, ambas a escala de laboratorio. Igualmente, se efectuaron simulaciones integradas del proceso molienda-flotación y conjunto fundición, clarificando la operación y la optimización técnica-económica del estudio. En relación al test de Bond, el work index de la escoria de fusión, sin una etapa previa de enfriamiento controlado, fue de 27.88 [kWh/t]. En cambio, las escorias obtenidas por enfriamientos controlados rápido y lento presentaron work index de 18.23 y 17.12 [kWh/t], respectivamente. Lo anterior, sumado a la recuperación másica obtenida durante el enfriamiento controlado representan un ahorro energético, con respecto a la escoria de fusión, de 44.34 [%] para el enfriamiento rápido y de 47.83 [%] para el enfriamiento lento. Respecto a los resultados de las pruebas de flotación, en el caso de la escoria de fusión, sin una etapa previa de enfriamiento controlado y un P80 de 48.4 [μm], se alcanzó una recuperación de cobre de 89.99 [%] con un contenido de cobre en el relave de 1.90 [%]. En cambio en las pruebas de flotación aplicadas a las escorias enfriadas controladamente, se generaron relaves con contenidos de cobre entre 0.59 y 0.40 [%], alcanzando recuperaciones conjuntas de cobre entre 97.23 y 98.11 [%] al considerar las etapas de enfriamiento controlado y de flotación. Finalmente, las simulaciones integradas, considerando la etapa de fusión y de procesamiento posterior de las escorias por molienda y flotación (solo flotación rougher), revelaron que la recirculación de los concentrados rougher de escorias al conjunto fundición, conlleva la necesidad de incorporar algún tipo de combustible en la etapa de fusión para asegurar el balance térmico del reactor.

Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, la preocupación por el impacto de las actividades del hombre sobre el medio ambiente ha impulsado iniciativas orientadas al desarrollo sustentable no sólo en el sector productivo, sino que también en las instituciones de educación superior. En este contexto, la Universidad de Chile se ha embarcado en una iniciativa por mejorar la eficiencia del uso y consumo energético, contribuyendo a mejorar los aspectos ligados a la sustentabilidad, a través de la ejecución del proyecto Instalación de bases para un plan de eficiencia energética integral para el Campus Sur y Campus Beauchef de la Universidad de Chile. Este trabajo memoria se enmarca en la ejecución del proyecto anterior, haciéndose cargo de las tareas de: - análisis de la condición energética actual e identificación de brechas con respecto a los requisitos expuestos en la norma ISO 50.001; - realización de una revisión energética que sirva para caracterizar energéticamente a los campus y detectar oportunidades de mejora; - establecimiento de una línea base de energía que pueda ser utilizada como referencia del consumo energético; - determinación de indicadores de desempeño energético que cuantifiquen y representen el desempeño energético; - y la proposición y evaluación de medidas de eficiencia energética que contribuyan en la mejora del uso y consumo energético. Los resultados obtenidos permiten, en ambos campus, identificar las brechas para establecer un sistema de gestión energética (SGE), conocer y evaluar la situación energética actual, identificar las oportunidades de mejora existentes, y determinar la conveniencia de la aplicación de medidas de eficiencia energética. Con este trabajo se espera aportar en la implementación de un SGE en el Campus Sur y Campus Beauchef de la Universidad de Chile. Se deja propuesto continuar con el trabajo en la implementación de algunas de las medidas aquí presentadas y verificar los ahorros generados.

Ingeniero Civil Industrial / El objetivo principal de este trabajo es caracterizar el consumo de energía en el sector residencial de la Región Metropolitana de Chile y, a partir de ello, identificar dónde enfocar las medidas que deben implementarse para generar un mayor ahorro de energía dentro de las viviendas. En este estudio se utilizaron los datos de la encuesta Estudio de usos finales y curva de oferta de conservación de la energía en el sector residencial de Chile (Ministerio de Energía, 2010). De donde se seleccionó una muestra de 450 encuestas, correspondientes a viviendas ubicadas en 30 comunas de las provincias de Santiago, Chacabuco, Cordillera, Maipo y Talagante. Se compararon los consumos de energía por cada sistema y artefacto presente en el hogar, de acuerdo al promedio regional, al nivel socioeconómico y al nivel de urbanización. Se destaca el gas natural como el principal energético que se utiliza en la vivienda, el cual alcanza un 44,7% del consumo energético promedio de la región. A continuación le sigue la electricidad con un 26,4% del consumo energético del hogar. Por otro lado, es importante observar que más de un 62% del consumo energético de una vivienda promedio es destinado a climatización o agua caliente sanitaria. Si se considera solo la energía eléctrica la refrigeración representa un 31,6% y el consumo en iluminación alcanza un 19%. Por lo que ambos sistemas son buenos candidatos para la implementación de mejoras en la vivienda. Al analizar los consumos según el nivel socioeconómico el primer grupo tiene un consumo energético de 10.866 kWh por hogar, el segundo grupo posee un consumo de 7.152 kWh, el tercero un consumo de 6.620 kWh y finalmente el cuarto grupo posee un consumo de solo 5.822 kWh. La enorme diferencia entre el primer grupo y el resto resalta el grado de desigualdad que enfrenta Chile. Luego de desarrollar los distintos escenarios mediante cambios en la iluminación, refrigeración y en las lavadoras, se hizo posible corroborar que una serie de políticas energéticas bien elaboradas e implementadas podrían llevar a una reducción considerable del consumo energético residencial.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene por finalidad proponer y evaluar tecnologías para la reducción del consumo energético destinado a confort térmico para el Edificio de Ingeniería Civil, especialmente en verano. El edificio de Ingeniería Civil de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile presenta problemas de confort térmico para quienes ocupan estas dependencias, sobre todo en verano, a pesar de que el consumo energético es más elevado en invierno. En muchos sectores de este edificio, que está destinado a oficinas para docentes, salas de reuniones, salas de computadores y salas de memoristas mayoritariamente, no se alcanza un estado de confort térmico. Estudios previos identifican los sectores más críticos del edificio. Oficinas docentes ubicadas en los sectores perimetrales norte y poniente del edificio alcanzan los 35°C de temperatura. Ante esto, el sistema de climatización del edificio no logra cubrir la carga térmica que se necesita para mantener un estado térmico operable. En primera instancia se modela el caso actual del edificio con el programa computacional Design Builder, llamándolo caso base. Éste considera aspectos como la orientación y posición geográfica del edificio. Además se simulan las cargas térmicas en su estado actual, tanto internas como externas, así como la iluminación, ocupación y los equipos de computación. Se determina la carga térmica en este caso base y se compara con la implementación en el modelo con las soluciones propuestas en este trabajo: sombreamiento, fachada ventilada, ventilación nocturna y ventilación de confort. El resultado final de la estimación de ahorro de energía para cado caso determina que el sombreamiento sumado a la ventilación nocturna es la solución idónea para implementar en el edificio de Ingeniería Civil. Ambas soluciones son complementarias y unidas alcanzan la mayor reducción del consumo energético del aire acondicionado. El gasto energético diario estimado para el caso base es de 1722kWh, mientras que el caso con sombreamiento y ventilación nocturna se estima un consumo energético diario de 1248kWh. Esto se traduce en una reducción de un 27%. El sombreamiento reduce las ganancias térmicas provenientes de la radiación solar mientras que la ventilación nocturna elimina el calor acumulado en las masas internas del edificio. Se concluye que la implementación adecuada de ambas soluciones en conjunto mejorará las condiciones de confort del edificio, ya que le resta carga térmica al sistema de aire acondicionado posibilitando un mejor funcionamiento de éste.

Actualmente no existe una metodología orientada a la industria nacional que entregue herramientas de cálculo para evaluar y estimar el desempeño de plantas industriales. La industria nacional aporta una importante fracción del PIB con manufactura de baja complejidad y poca eficiencia energética. Considerando lo anterior se diseña y aplica una metodología para caracterizar el desempeño energético de una unidad productiva típica, su relación con la producción y costos directos. El trabajo se realizó en los siguientes pasos: I. Se confecciona una pauta para evaluar plantas industriales chilenas. Esta propone un estudio de las subunidades productivas relevantes energéticamente, una clasificación y un balance de energía. II. En base a la pauta mencionada se evalúan las alternativas disponibles para una mejora en eficiencia energética. Se evalúan indicadores por cada medida para clasificar y priorizar soluciones a implementar. III. Para el estudio del caso se realizaron intervenciones en planta para reconocer las instalaciones, la tecnología y la situación de consumos de energía. En las visitas se hizo un levantamiento de información específica de consumos de energía eléctrica y térmica. Con esta información se evaluó la estructura del consumo, prácticas y tecnologías relativas a energía y eficiencia energética en planta. IV. Finalmente se evalúa el escenario con el proyecto integral de eficiencia energética. Para esto se realiza una evaluación de las medidas propuestas basándose en indicadores económicos lo que permite obtener una forma de priorizar la implementación de medidas. Para cerrar se discute con la empresa auditada sobre las medidas factibles de implementar. Otro aporte significativo es el estudio de soluciones poco convencionales como el secado de material, el manejo de material fundido y la interacción entre equipos pertenecientes a un proceso, medidas de especial importancia en la industria chilena y se ejemplifican en el caso estudio. Entre estas destaca el estudio del secado, una de las especialidades de Innovatec que considera el procesar la carga previamente y el diseño de un equipo secador, lo que es interesante ya que interactúa con otras medidas de eficiencia energética, siendo una de las soluciones más completas.

Ingeniero Civil Eléctrico / Los edificios de oficinas representan consumos de creciente importancia para el sistema eléctrico. En la búsqueda de mejorar la eficiencia energética se han desarrollado los sistemas de gestión y control de demanda para edificios. La Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas construyó el complejo Beauchef Poniente, constituido por edificios de alta eficiencia energética y que incorpora un sistema de control centralizado para sus cargas eléctricas. En este trabajo se proponen estrategias para la gestión energética del sistema de control de energía de Beauchef Poniente. La respuesta de la demanda (RD) es una acción de control que se realiza en base a distintas estrategias para gestionar el uso de cargas eléctricas en respuesta a señales, ya sean de seguridad de la red, de precios o del desempeño energético del mismo edificio. Estas pueden ser de eficiencia energética, desplazamiento de demanda, límite de demanda o desprendimiento de carga, siendo los sistemas de climatización y ventilación (HVAC) propicios para aplicar estas estrategias. En este trabajo se aplicaron estrategias de ajuste de temperatura (AT), límite de potencia de generación térmica (LP) y de prevención del rebote (PR). La primera cambia la consigna de temperatura de los espacios, la segunda limita la cantidad de energía térmica que el sistema HVAC es capaz de generar y la tercera es una estrategia para evitar el aumento de demanda eléctrica al finalizar una acción RD. Los objetivos de las estrategias RD sobre los sistemas HVAC son dos: reducir el consumo de energía, y mantener el nivel de confort de los ocupantes. Este último lo constituyen el confort higrotérmico, y la calidad del aire. En este trabajo, el confort higrotérmico se caracteriza con el Índice de Valor Medio de Fanger, a partir de condiciones de temperatura, humedad del espacio y vestimenta y nivel de actividad del ocupante. La calidad del aire se mide a partir de la concentración de CO2 en los espacios. Para el desarrollo de este trabajo se hizo un modelo térmico y de calidad del aire del cuarto piso del ala poniente del complejo Beauchef Poniente. Sobre este modelo se realizó simulaciones de un caso base, sin control, y de un caso con la estrategia de control actual, que aplica acciones AT y LP. Luego se propuso una mejora al sistema de control actual incorporando acciones de PR, la cual se contrastó con los dos casos anteriores en términos de costo anual de energía y confort de los ocupantes. Los resultados de las simulaciones muestran que del consumo anual de energía del edificio de 77,54 kWh/m2 en el caso base, se ahorra 1,89 kWh/m2 (2,44%) con la estrategia actual y 2,65 kWh/m2 (3,42%) con la estrategia propuesta. Sin embargo, en cuanto al costo, es mayor el efecto de la reducción de potencia máxima y demanda en hora punta. El costo anual baja $ 21.343.346 (12,86%) con la estrategia actual y $ 24.363.448 (14,68%) con la propuesta, respecto del caso base. En lo referente al confort, se concluye que ambas estrategias reducen el confort de los usuarios, y que la estrategia propuesta tiene un desempeño levemente más bajo que la actual, a ciertas horas del día. Sin embargo, se observa que estas reducciones de confort afectan principalmente a una pequeña proporción de los ocupantes del edificio y principalmente en espacios donde mantener el confort tiene menor relevancia.

El objetivo principal de este trabajo es caracterizar el consumo de energía en el sector residencial de Chile y, a partir de ello, identificar dónde enfocar las medidas que deben implementarse para generar un mayor ahorro de energía. En este estudio se utilizaron los datos de la encuesta “Estudio de usos finales y curva de oferta de conservación de la energía en el sector residencial de Chile” (Ministerio de Energía, 2010). Se seleccionó una muestra de 113 encuestas de un total de 3.220, correspondientes a viviendas ubicadas en las ciudades de Valparaíso, Santiago y Concepción. Se compararon los consumos de energía de acuerdo a: ciudad (zona térmica), tipo de agrupación (casa aislada 1 piso, pareada de 1 y 2 pisos y departamento) y nivel socioeconómico. Resultó que en las zonas con más grados-día el consumo de energía es mayor, influenciado por las necesidades de calefacción. Destaca en Concepción el alto consumo en calefacción. Las casas aisladas son las que más consumen y los departamentos los que menos, cuya ubicación crítica en el edificio, es en una esquina del último piso y la mejor es en el centro de un piso intermedio. El nivel socio-económico que más consume energía es el ABC1 y el que menos el nivel C2. Considerando sólo el consumo en electricidad, el refrigerador es el electrodoméstico que más consume (31%), seguido bastante de lejos por la iluminación (15%). Destaca el alto consumo en stand-by (13%).Respecto al consumo total en electricidad y combustibles, predomina el consumo en calefacción (29%) y en agua caliente (30%), sin embargo, la calefacción es más crítica cuando se analiza el consumo estacional de invierno. Al llevar una vivienda antigua a cumplir la reglamentación térmica, se ahorra cerca de un 6% del consumo total anual de energía. La inversión requerida para ello es alrededor de 25 [UF] que debe ser financiada total o parcialmente por el Gobierno, para que las familias perciban el ahorro a corto plazo. Las medidas aplicadas sobre lo exigido en la reglamentación térmica actual, que generan mayor ahorro en calefacción son: aislar los muros con 4 [cm] más y mejorar las ventanas con un vidrio de menor transmitancia térmica. No se recomienda aislar el piso y ni el techo más allá de la reglamentación, ya que el ahorro es pequeño. En condiciones normales de temperatura y cumpliendo las exigencias de aislación térmica de muros, no se produce condensación superficial en ellos.

Ingeniero Civil Mecánico / El proceso de molienda en minería, en donde se procesa el mineral para pasar de una granulometría del orden de 1/2 pulgada, hasta aproximadamente 180 micrones, es un proceso que puede llegar a representar del orden del 35% del consumo energético de una mina. Por esto, sumado a la gran complejidad de esta operación, es de sumo interés realizar estudios en torno a ella, y en particular, predecir la potencia de consumo de los molinos de trituración. Los molinos usados en minería, son grandes equipos giratorios, con forma de cilindro orientado horizontalmente, que mediante el movimiento del mineral al interior de ellos, son capaces de reducir su granulometría. En este trabajo de título, se busca obtener un modelo matemático, que con información acerca de ciertas variables clave en el funcionamiento de un molino para molienda, es capaz de predecir potencia de consumo. El modelo busca ser capaz de incorporar variaciones en la geometría de la carga a lo largo de un molino, además de ser válido para un amplio rango de diámetros de molinos, así como distintos tipos de estos (SAG, AG y de bolas). Para obtener dicho modelo, se seleccionan variables que tengan relevancia física en la dinámica al interior del molino. Con esto, se describe una porción de la potencia que se quiere predecir realizando un balance energético para la carga al interior del molino, y la potencia restante se predice usando datos experimentales y el software Eureqa. Con estas ecuaciones, integrando numéricamente a lo largo del molino, se obtiene un programa en Matlab que es capaz de predecir la potencia de consumo de un molino de molienda. Luego, utilizando 77 mediciones de 66 molinos industriales, se estudia la capacidad predictiva del modelo. El modelo resultante muestra buena congruencia con los datos experimentales con los que se cuenta. Se destaca también, que se encuentran indicios que hacen pensar que las ecuaciones que describen los molinos de alta y baja relación de aspecto deben ser distintas.

Dados los altos porcentajes que presenta la industria de la construcción, en el consumo energético y emisiones de CO2 a nivel mundial, es que esta se debe reformular y buscar maneras más limpias de continuar con su actividad. Frente a estos antecedentes, es que surge la construcción sustentable, la cual se basa en la utilización de aplicaciones y tecnologías que permitan a los inmuebles reducir su huella de carbono a lo largo de su ciclo de vida, utilizar mayoritariamente energías renovables y mejorar significativamente su eficiencia energética. Los objetivos de este Trabajo de Título corresponden a catastrar seis de los más importantes edificios sustentables, diseñados y construidos en nuestro país en los últimos cinco años y describir las tecnologías utilizadas en éstos, para disminuir su perturbación al medio ambiente a causa de su construcción y ciclo de vida. De forma complementaria se confeccionaron fichas técnicas que resumen las aplicaciones que presenta cada uno de los proyectos. También se realizó una representación sistemática de cada edificio estudiado denominada “gPOP Model”, con el propósito de distinguir los procesos y consideraciones organizacionales que se llevaron a cabo para realizar los proyectos, además de indicar sus requisitos, soluciones escogidas y posteriores desempeños alcanzados. Como resultado del Trabajo de Título se presentan las fichas técnicas de cada edificio estudiado donde se especifican sus características generales y tecnologías empleadas, las cuales junto a la descripción que se realizó de las distintas tecnologías y variantes que éstas poseen, pueden ser de gran ayuda a los diseñadores, proyectistas y mandantes de futuros proyectos sustentables. Del análisis generado por medio de los gPOP Model se concluye que las consideraciones sustentables de los edificios en estudio, corresponden mayoritariamente a los elementos constructivos utilizados y a la forma en que se satisfacen los requerimientos de los proyectos. Por lo que se recomienda que las consideraciones se repartan de manera más equilibrada en las categorías de Product, Organization y Process para alcanzaran mejores desempeños sustentables.