El cambio climático se define por la Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) como una “Importante variación estadística en el estado medio del clima o en su variabilidad, que persiste durante un período prolongado”. Los nuevos fenómenos climáticos tendrán efectos en diversas actividades y en particular en el sector eléctrico. Es necesario hacer análisis de estos efectos a largo plazo, con el fin de adaptarse a los sucesos futuros. La presente investigación estudia la forma en que el cambio climático puede afectar al Sistema Interconectado Central (SIC) en Generación, Transmisión y Consumo, durante el siglo XXI. Actualmente el SIC se compone principalmente de energía hidroeléctrica y termoeléctrica. El consumo más importante se ubica en Santiago y, debido a la configuración radial del sistema, este es vulnerable a experimentar congestión en las líneas, puntos donde las condiciones climáticas más hostiles podrían causar riesgo en la seguridad del sistema. En esta investigación se hace un estudio de las variables climáticas en ciertos puntos de mayor vulnerabilidad del SIC y se indican sus posibles efectos. Se realizan estimaciones de demanda eléctrica y se configuran las matrices de generación, para tres escenarios de estudio (Pesimista, Optimista y BAU). Finalmente se hace un análisis de flujo de potencia en el SIC para los escenarios anteriormente indicados, considerando cuatro periodos de evaluación. Se concluye que el efecto de aumento de temperaturas y disminución de precipitaciones reducirá la generación hidroeléctrica y afectará a la eficiencia de las plantas termoeléctricas. En el sistema de transmisión, el aumento de temperaturas producirá disminución de la capacidad de los conductores. En cuanto a la demanda eléctrica, se prevé un aumento debido al crecimiento del PIB y por los nuevos consumos proyectados, por ejemplo: el auto eléctrico y la demanda por sistemas de aire acondicionado. Estos cambios en la demanda producirán un cambio en las curvas de carga, lo que implica nuevos patrones en los peak de demanda. Por lo expuesto, es necesario incrementar la capacidad en el sistema de transmisión. Este sistema deberá ser renovado y ampliado para aumentar la confiablidad, evitar la congestión y acceder a puntos de generación remotos comúnmente asociados a fuentes de energía renovables. Si las infraestructuras de transmisión son insuficientes, existe una clara amenaza a la integridad del sistema.

Ingeniero Civil Electricista / Reducir costos asociados a un proceso es un tema transversal en la industria. Si bien las razones pueden ser de tipo económica o ambiental, la preocupación por esta materia ha transformado este tema en una directriz a nivel industrial, y gubernamental. En este contexto el concepto de eficiencia energética no es ajeno para nadie y el conocimiento de alternativas para lograr que un proceso sea eficiente energéticamente es cada vez más abundante. Un enfoque global de eficiencia energética involucra, además de los parámetros de análisis de costos, inversiones y utilidades, una mirada exhaustiva al proceso involucrado, a su entorno, a su puesta en marcha, desarrollo y término, pasando por la gestión de compra, transporte, mantención, etc. Es en este último concepto que este trabajo tiene sus fundamentos. Partiendo de la base de que en una planta industrial alrededor del 70% del consumo de energía está asociada a motores, de los cuales el 90% corresponde a un tipo específico de ellos que son los motores de inducción. Se aborda el tema de la mantención de estos equipos desde el punto de vista predictivo y se explica y fundamenta por qué el mantenimiento predictivo es ventajoso con respecto al mantenimiento correctivo. Con estos lineamientos se expone una metodología que utiliza el análisis de respuesta en frecuencia de un registro de corriente de estator de los motores para determinar fallas incipientes o ya avanzadas. Esta metodología es conocida por utilizar la transformada de Fourier para obtener el espectro de frecuencias de la señal de corriente. Paralelamente, se expone una metodología que, también a través del análisis del espectro de frecuencias, esta vez de la envolvente de la señal, mediante la utilización de la transformada de Hilbert, permite una identificación más fácil de las eventuales fallas. Para mostrar ambas metodologías se tomaron muestras mediante un equipo registrador de señales en la planta papelera de la empresa CMPC, Papeles Cordillera S.A. ubicada en Puente Alto, Chile. Luego de seleccionar adecuadamente las muestras y tabular los resultados, se obtiene el espectro de frecuencias de las señales de corriente mediante las metodologías mostradas y se analizan los resultados. Se concluye que la metodología de predicción y monitoreo de falla mediante el análisis del espectro de frecuencias de una señal de corriente es efectiva, y que el esquema de aplicación de la transformada de Hilbert proporciona una herramienta que facilita el trabajo haciéndolo simple y preciso.

Ingeniero Civil Electricista / El presente trabajo consiste en la creación de un modelo del sistema eléctrico de potencia de todas las instalaciones de la gerencia plantas de CODELCO Chile, División Andina, mediante el uso del software de ingeniería eléctrica ETAP, enfocándose principalmente en las instalaciones ubicadas en el Concentrador. Adicionalmente, se busca tener una base de datos actualizada del sistema eléctrico y realizar diversas simulaciones y trabajos, que permitan evidenciar problemas y buscar posibles soluciones. Se crea el modelo de acuerdo a los últimos planos de la planta y se completa con datos obtenidos en terreno y otras fuentes diversas, como información proporcionada por los fabricantes. Para corroborar que el modelo que se estaba construyendo se asemejaba a la realidad, continuamente se estaba comparando las simulaciones con datos obtenidos de sistemas de monitoreo en línea y de observaciones en terreno. Una vez que se consiguió que el modelo creado en ETAP, arrojara resultados muy similares a los observados en el sistema eléctrico real, se comenzó a realizar diversas simulaciones de flujos de potencia, análisis de cortocircuito y contenido armónico; además de realizar la coordinación de algunas protecciones. Este trabajo permitió evidenciar, explicar y, en algunos casos, resolver una serie de problemas existentes en la planta, como por ejemplo la mala coordinación de algunas protecciones, la presencia de armónicos en algunas zonas o la mala calidad de tensión en algunos puntos del sistema. Además, el modelo en sí mismo constituye una base de datos actualizada que permite conocer información de gran utilidad como lo es el nivel de cortocircuito en diversos puntos del sistema eléctrico. Entre las posibles líneas de desarrollo y mejora del modelo creado, están el modelar con mayor detalle otras partes del sistema eléctrico, además del concentrador; la coordinación completa de las protecciones y el poder realizar análisis transiente, que por problemas de licencia, no se pudo llevar a cabo.

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.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Plantea diseñar, estructurar y caracterizar una red de registradores en cada una de las sub estaciones de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos a través de redes Ethernet y GPRS, para lo cual el informe de sustentación empieza tratando el fundamento de lo planteado que son la redes, su funcionamiento, los tipos de redes que existen, etc. Una vez conocidos estos fundamentos nos centramos en explicar la tecnología a aplicar fundamentalmente en este diseño, la tecnología GPRS, así como las soluciones planteadas por cada operador móvil para esta sustentación. Como parte de la estructura de una red de datos se explica cómo se aplica los conceptos de APN y VPN para la presente informe, ya que tenemos un panorama general sobre las formas y medios de comunicación que se aplicaran en el presente informe, hablaremos de sistemas de medición integral aplicados al concepto de sub estaciones eléctricas en la cual detallaremos como se componen estas, y enfatizaremos la parte de medición del consumo eléctrico con medidores multifunción, este capítulo concluye hablando de la tarifas eléctricas peruanas. Luego de tener bien definidos todos nuestros elementos que componen la tesis, estamos listos para implementar los medidores pilotos así como un sistema de medición completo, desde la instalación de los componentes de medición hasta la parte del montaje de la caja portamedidor, se explicara la configuración de cada uno de los medidores los cuales cuentan con tarifas distintas y también plantillas de configuración distintas, luego de tener todos estos componentes listos se realizara la muestra de lectura local mediante un conector óptico. Una vez teniendo montado el sistema procedemos a mostrar la manera de tener estos registros remotamente, configurando el modem tanto para telemetría sobre Ethernet y GPRS respectivamente, la lectura en forma remota se realiza en ambos modos, con lo resultados obtenidos después de esta lectura se proceden a analizar tanto el consumo energía activa y reactiva, así como parámetros de calidad de energía como voltaje y frecuencia. De acuerdo a los datos obtenidos se puede establecer un diseño para una red general de medidores en las sub estaciones de la UNMSM, la cual también implica tener un centro de monitoreo con el respectivo software para integrar diferentes marcas de medidores, así como registrar eventos y alarmas de los medidores en tiempo real publicando estos ya sea por correo electrónico o SMS. / Tesis

El terremoto ocurrido el 27 de Febrero del 2010 en la zona centro-sur de Chile, dejó en evidencia la escasa autonomía eléctrica local de los centros de consumo, vinculados a un frágil sistema de abastecimiento eléctrico. De ahí la necesidad de avanzar hacia una matriz energética diversificada, que impulse la independencia energética de las distintas localidades, e incremente la confiabilidad del suministro eléctrico. En este sentido, las Energías Renovables No Convencionales (ERNC) apuntan a jugar un rol protagónico en la solución, impulsadas por la tendencia al alza del precio de los combustibles fósiles, y la disminución en el costo de generación de la energía eléctrica proveniente de fuentes renovables. Es así como los sistemas híbridos de generación eléctrica conectados a la red ofrecen una solución directa a la problemática planteada, principalmente en localidades rurales expuestas a frecuentes y prolongados cortes de suministro eléctrico. Como estrategia de trabajo, se desarrolla una metodología que permita el diseño de un sistema híbrido Fotovoltaico (PV) -Eólico-Diesel con almacenamiento conectado a la red, que sea capaz de entregar autonomía energética frente a un prolongado corte en el suministro eléctrico proporcionado por la red, y que tenga la capacidad de inyectar a la red los excedentes energéticos que no se consumen. La metodología generada propone un desarrollo paso a paso, comenzando por la búsqueda de datos estadísticos de las fuentes energéticas primarias solar y eólica, hasta finalizar encontrando la configuración óptima del sistema híbrido bajo el criterio mono-objetivo económico, que cumple las condiciones técnicas especificadas. Como herramienta de resolución, se utiliza el programa de optimización para modelos de micro-energía HOMER, el cual selecciona los equipos y configura el sistema idóneo. La metodología se ejemplifica y valida, con la aplicación de la misma al caso de la Posta de la localidad rural de Boyeruca, estudiando los resultados técnicos y económicos en función de distintos períodos de corte de suministro eléctrico. También se evalúa la dependencia de las configuraciones óptimas en función de parámetros como: radiación solar, precio del diesel, contrato de venta de excedentes eléctricos y precio de los equipos. Este trabajo permite aplicar la metodología de diseño desarrollada, a cualquier otra localidad en la que se desee resolver problemas de autonomía y confiabilidad mediante un sistema híbrido con almacenamiento conectado a la red, basado fundamentalmente en los recursos renovables solar y eólico. También invita a la incorporación futura de especificaciones en la metodología, que permitan obtener resultados más precisos o que incorporen otras fuentes energéticas.

A partir de las modificaciones a la ley general de servicios eléctricos realizada a través de los decretos con fuerza de ley Nº 19.940 y Nº 20.018, se establecieron condiciones especiales para los medios de generación no convencional provenientes de fuentes renovables. Sin embargo, el incentivo más importante se estableció con la ley Nº 20.257 de fuentes de generación renovable no convencional (ley de ERNC), que obliga a las empresas generadoras a certificar entre un 5% y un 10% de la energía retirada por sus clientes finales mediante inyecciones de energía renovable no convencional (ERNC) en los sistemas SIC y SING mediante generación propia o contratada, estableciendo multas por megawatt hora no certificado. En consecuencia, la aplicación de esta ley a partir del 2010 fomenta el desarrollo de dichas tecnologías para los suministradores actuales del sistema así como para los nuevos inversionistas. Por otro lado, dado que los grandes consumidores negocian directamente sus contratos de suministro eléctrico con las empresas de generación o distribución, requieren desarrollar una estrategia que evalúe los impactos de la nueva normativa; promoviendo un nuevo modelo de negocio entre las partes. El objetivo de esta memoria es desarrollar modelos de negocio para grandes consumidores, que incorporen la entrada en vigencia de esta ley. Para ello, se evaluará la instalación de generación propia, la contratación de generación renovable no convencional o la negociación de nuevas condiciones contractuales. Se considerarán tecnologías de generación eólica, solar e hidráulica de pequeña escala. Además de las consecuencias globales en los sistemas SIC y SING de la aplicación de la ley Nº 20.257. En cada modelo se estudia las consideraciones técnicas, legales y económicas, con especial interés en las relaciones contractuales entre suministradores y clientes libres; y finalmente se compararán en función del sobrecosto final que producen. Se establecerán cuatro modelos de negocios: la instalación de centrales de generación mediante la creación de una nueva empresa de generación, la instalación de centrales operadas y comercializadas mediante una empresa de generación externa, contratos especiales para el suministro de la energía afecta a certificación y contratos de suministro aceptando los mayores costos por pago de multa o desarrollo de inversiones en estas tecnologías. Como resultado de este estudio, se determinó que la tecnología más factible a desarrollar son las pequeñas hidráulicas por sus menores costos, gran potencial existente y experiencia en su operación; luego la tecnología eólica, que si bien tiene un costo superior a la energía hidráulica y es más innovadora en el mercado, aún es viable de desarrollar. Por último, las tecnologías solares presentaron costos muy superiores a las anteriores no siendo rentables para las condiciones actuales, pese a las condiciones inmejorables que se presentan en el país. En cuanto a la evaluación de los modelos de negocios, se determinó que la formulación de contratos de suministros especiales es la mejor alternativa; seguido por la instalación de generación propia, favoreciendo la que se opera y comercializa desde un generador externo en comparación a formular una empresa de generación. La alternativa más desfavorable es acepta el costo alternativo de la multa por energía no certificada al cliente, ya que produce un mayor sobrecosto que las alternativas anteriores.

Ingeniero Civil Eléctrico / El objetivo principal de este trabajo es analizar y determinar el impacto que tiene la modelación de cargas en estudios sistémicos realizados en el Sistema Interconectado Norte Grande, SING. Para lograr el objetivo se revisa la literatura y se implementan casos de estudio donde se visualiza el impacto que tiene la modelación de cargas en las variables eléctricas del SING. Mediante estudios de estabilidad transitoria se analiza la respuesta en Tensión y Frecuencia para los distintos modelos de cargas. Se verifica la influencia que los modelos de carga tienen en el diseño y operación del sistema. Además, se identifican y comparan las influencias que tienen la dependencia de la Frecuencia, dependencia de Tensión y la constante de inercia asociada a la carga motriz. Las conclusiones del estudio realizado indican que los modelos de cargas eléctricas son relevantes para identificar la respuesta de las variables eléctricas del sistema ante diversas contingencias. Sin embargo, se destaca que la elección del modelo de carga debe tomar en cuenta el objetivo del estudio. En este sentido, en ocasiones se aceptan discrepancias menores, las que otorgan mayor seguridad en la toma de decisiones de operación, debido a la incertidumbre en las variables de simulación involucradas.

Ingeniero Civil Eléctrico / El siguiente trabajo muestra la construcción de las curvas de costo marginal de abatimiento de gases de efecto invernadero (CCMA de GEI) asociadas al área de Molienda de la Planta Concentradora de Sulfuros de la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi (CMDIC). El objetivo es determinar el potencial de ahorro de emisiones de CO2e de Molienda a través de la implementación de proyectos de eficiencia energética detectados. El procedimiento de construcción de estas curvas se basa en la implementación del Sistema de Gestión de Energía (SGE), basado en la norma ISO 50.001, desarrollada durante el año 2013 por la Superintendencia Eficiencia Energética (SEE). Esto permite obtener un perfil energético detallado por equipo y zona de producción, con el que logra definir una línea base de consumo de electricidad. El resultado de la auditoría permitió detectar 217 motores eléctricos auxiliares en Molienda, que consumieron un total de energía de 63.9 [GWh] el año 2012. Dentro de estos se encuentran equipos definidos como críticos en consumo, liderados por las bombas de hidrociclones, compresores, bombas de alta presión, lubricación y de sistemas de enfriamiento, y distintas correas transportadoras. Una vez definida la línea base (año 2012), la construcción de las CCMA se vinculan a tres proyectos de eficiencia energética: reemplazo de motores de inducción de eficiencia estándar (IE1) por motores de eficiencia Premium (IE3), implementación de variadores de frecuencia (VDFs) en los motores de inducción críticos, e implementación conjunta de VDFs y motores IE3 sólo en los motores de inducción críticos en consumo de energía eléctrica y alta variabilidad de carga. Los resultados muestran que el potencial de ahorro de energía es mucho más beneficioso (energética y económicamente) al llevar a cabo los proyectos de eficiencia energética en motores de determinadas características nominales y operacionales. Sólo implementando estos proyectos, cuyos retornos económicos son positivos para la empresa, se permiten reducir 1.369 toneladas de CO2e al año, con un beneficio económico de 413.248 [USD].

Ingeniero Civil Electricista / Nuestro país está pasando por una etapa, dentro del crecimiento económico mostrado en los últimos 20 años, en que el tema energético está más latente que nunca. Se han presentado importantes proyectos mineros e industriales que buscan seguir el camino ascendente de crecimiento macroeconómico, pero sin embargo nos encontramos en un escenario con un alto nivel de incertidumbre en el sector encargado de generar la energía eléctrica, trayendo consigo, desde un aumento sostenido de la cuenta de electricidad en los hogares hasta miedo a invertir en Chile en diferentes áreas por parte de capitales extranjeros. Otro componente con el cual no se contaba hace un par de años, es la búsqueda por parte de la sociedad de ser escuchados en materia energética y medioambiental, que si bien no se cuenta con una base teóricamente fundamentada, es un comienzo alentador de generar debate dentro de la sociedad y crear una cultura energética. En el último tiempo hemos sentido latente una caracteristica desventajosa que posee nuestra matriz eléctrica: su alta dependencia energética. Los últmos años se han mostrado particularmente bajos en precipitaciones lo que obliga al sistema a operar con sus centrales térmicas, superando la energía generada con esta tecnología sobre la hidraúlica, esto repercute en un alza de los precios por energía. Es por esto que existen planes importantes para mitigar esta alta dependencia energética y buscar nuevas formas de generación, la ley ERNC, por ejemplo, obliga que al año 2024 el 10% de los retiros del SIC y SING provengan de energía límpia, renovable y no convencional. En el segmento de transmisión se observan problemas que se están traudciendo en fuertes congestiones debido al atraso de proyectos y al aumento de la demanda por energía. En este punto es donde nos convoca este trabajo, el retraso de la entrada en servicio de una línea de 500 kV que une las subestaciones Nogales y Cardones pronostica fuertes congestiones en el sector norte del SIC hasta el año 2018 cuando se espera su entrada en servicio. Para poder dimencionar el perjuicio económico debido a las fallas en su planificación y su posterior atraso se comparará este escenario base con un escenario donde la fecha de entrada de la línea corresponde a abril de 2013, una fecha en la cual el sistema ya comienza a ver congestiones en este sector y es oportuna su contrucción. El estudio de los casos arrojó que la entrada oportuna del proyecto de transmisión para el año 2013 reduce de manera importante los costos de operación, un resultado que debe ser tomado en cuenta por las autoridades y replantearse la mirada a corto plazo que se utiliza en la planificación de la transmisión. Es así que urgen lineamientos energéticos que permitan al país no enfrentarse con los problemas sociales y medioambientales que se han visto en el último tiempo y destrabar los proyectos de generación en sus etapas de evaluación que finalmente termina por perjudicar al sistema eléctrico y a la sociedad misma.