La presente tesis tiene como principal sustento, la urgencia de implementar medidas sostenibles en instituciones educativas, las cuales son edificaciones con una alta demanda de recursos tanto hídricos como energéticos. Debido a ello, es relevante realizar cambios y adaptar estas edificaciones existentes para mejorar su desempeño ambiental, sobre todo para mitigar los efectos del calentamiento global. En este contexto, para la sección secundaria del colegio particular Salesiano “San Francisco de Sales” se analiza algunos aspectos de su sostenibilidad durante el año 2019 en base a estándares ambientales de edificaciones y proponer medidas para mejorar el desempeño sostenible. El análisis se centra en tres factores principales: la energía eléctrica, los recursos hídricos y la interacción infraestructura - usuario. La metodología consiste en la recolección de datos relacionados al consumo de luz, agua y diversos parámetros ambientales relacionados a la ventilación y al confort térmico de las aulas del colegio. A partir de la información recolectada, se proponen alternativas de mejora que contribuyen a la reducción del consumo de luz y agua, así como a una mayor ventilación y confort. Estas alternativas consisten en implementar un sistema de paneles fotovoltaicos, que abastecen un 30% de la demanda energética. Además, se plantea la instalación de una planta de tratamiento de aguas grises y urinarios secos, lo que genera un ahorro de 46.2% del consumo hídrico. Finalmente, se propone reducir en un 35% el aforo de usuarios en las aulas con el objetivo de garantizar una adecuada ventilación y confort acorde a estándares internacionales. En conclusión, es posible implementar sistemas de energía renovable y ahorro de agua en una institución educativa privada en Lima, así como regular el aforo en las aulas para optimizar la ventilación y confort. En ese sentido, otras instituciones educativas pueden adoptar medidas similares a las expuestas para mejorar su desempeño sostenible.

La contaminación ambiental que produce la generación de energía a partir de combustibles fósiles, el incremento de los costos de energía para las empresas y la indisponibilidad de energía debido a las restricciones geográficas que suponen limitaciones para algunos sectores como el agroindustrial y pecuario; son problemáticas vigentes. Todos estos inconvenientes fueron confirmados a través de entrevistas que revelaron una oportunidad de negocio para la creación de una compañía que brinde opciones de generación de energía mediante fuentes renovables, como son la eólica y solar; y de esta forma contribuir con el ahorro de costos para las compañías y lograr que sus procesos de expansión sean viables. La propuesta de servicios contempla la evaluación, diagnóstico, propuesta técnica y económica, suministro de equipos e implementación de las soluciones y, a diferencia de las alternativas vigentes del mercado, la empresa se desempeñará como una intermediaria entre los clientes y las entidades de financiamiento especializadas en este tipo de inversión, para que puedan acceder a mejores tasas. El objetivo en 05 años es impactar en 213 empresas, así como reducir 2,315 toneladas de CO2eq, cifras bastantes viables de acuerdo al estudio de mercado y feedback recibido de los potenciales clientes. De acuerdo con el análisis financiero realizado se demuestra la rentabilidad de los servicios brindados pues genera un VAN de S/. 1’815,284.95 para el periodo de 5 años analizado, con una TIR de 86.50%. Por lo tanto, este proyecto cuenta con viabilidad y factibilidad además fomenta la disminución de la contaminación ambiental que generan las empresas alineado al ODS 7, que busca “Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna”. En relación a este último enfoque el proyecto registra un VAN Social valorizado en S/.3,110,452.43, el cual cuantifica el aporte de la propuesta hacia la sociedad. / The environmental pollution produced by energy generation from fossil fuels, energy cost increase for companies and the unavailability of energy due to geographical restrictions that pose limitations for some sectors such as Agroindustrial and livestock; are currently problems. These needs were confirmed through interviews that revealed a business opportunity to create a company that provides generation options through renewable energies, such as wind and solar; and in this way contribute to cost savings for companies and make their expansion processes viable. The service proposal contemplates the assessment, diagnostic, technical and economic proposals, supply of equipment and implementation of solutions and the difference from the current market options, is that the company will act as an intermediary between clients and financing entities specialized in this type of investment, so that they can access to better rates. The goal in 05 years is to impact 213 companies, as well as reduce 2,315 tons of CO2eq, quite viable targets according to the market study and feedback received from potential clients. According to the financial analysis carried out, the profitability of the services provided is demonstrated since it generates an NPV of S/. 1,815,284.95 for the 5-year period analyzed, with an IRR of 86.50%. Therefore, this project has viability and feasibility and promotes the reduction of environmental pollution generated by companies aligned with SDG 7, which seeks to “Guarantee access to affordable, safe, sustainable and modern energy.” In relation to this last approach, the project registers a Social NPV valued at S/.3,110,452.43, which quantifies the contribution of the proposal to society.

La creciente tendencia de utilizar vehículos eléctricos, conlleva a reemplazar los grifos de vehículos de combustibles fósiles por electrolineras. Una electrolinera puede utilizar una fuente de energía renovable (ej. Solar o eólico) para cargar un vehículo; además, el excedente de energía podría ser suministrado a la red eléctrica trifásica, haciendo uso de un convertidor electrónico dc/ac (o inversor). Sin embargo, conectar un convertidor tradicional reduce la estabilidad relativa de la frecuencia eléctrica de la red, porque no ofrece oposición ante un cambio de frecuencia, tal como lo hace un generador síncrono debido a la inercia de su rotor. Las variaciones de frecuencia son producto del desequilibrio entre la potencia generada y las cargas en la red. Si la frecuencia se aleja mucho de su valor nominal o si la rapidez de cambio de la frecuencia es elevada, puede afectar el sincronismo de los generadores que alimentan la red. Por lo tanto, se procede a cortes de energía en sectores de la red, para evitar que la inestabilidad se propague en otros sectores de la red, lo cual se traduce en grandes pérdidas económicas. La presente tesis busca establecer una estrategia de control para que un convertidor tradicional permita la conexión de una fuente de energía renovable a la red eléctrica, con el objetivo de mejorar la estabilidad de la red, mediante el suministro de inercia virtual (o emulación de inercia). La estrategia de control no requiere la utilización de elementos adicionales complejos o costosos en el convertidor o la modificación de este, lo cual constituye una solución económica y sin complejidad constructiva. Al final de la tesis se realiza simulaciones en Matlab para probar los diseños de los lazos de control y se valida resultados en PSIM (simulador de electrónica de potencia), logrando un convertidor con inercia virtual, que puede suministrar a la red, igual o mejor inercia que un generador síncrono hidroeléctrico de grandes dimensiones.

As the fight against anthropogenic global warming increases, photovoltaic (PV) systems, which are a type of renewable energy, are increasingly being considered. In order to use PV systems, it is necessary to develop methods to optimize their configuration, that is, the optimal number of PV modules and inverters. The objectives are to examine the optimization of PVs subject to not only the operational constraints but also the failure and repair events of PV inverters up to 100 kW, while minimizing the effective levelized cost of energy. To achieve this, using Markov modelling, a new energy price model that considers the current prices of the PV inverters is developed as part of a new optimization framework. A case study considering six real PV inverters is developed to show the effectiveness of the framework. In addition, real data from a reference PV station in Germany is used to calculate the average hours per day that a panel generates its rated power to consider the geographical location, temperature and number of sunny days in the given region. Unlike previous work, local and global optimal solutions are found using PV inverters in the range of 15 kW to 100 kW. Therefore, the new findings of this study will be considered in the future, for example, when considering the failure and repair events of PV modules. / Im Rahmen des Kampfes gegen die anthropogene Erderwärmung werden zunehmend Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) in Betracht gezogen, welche zu den erneuerbaren Energien zählen. Um PV-Anlagen nutzen zu können, müssen Methoden zur Optimierung ihrer Konfiguration, d. h. der optimalen Anzahl von PV-Modulen und Wechselrichtern, entwickelt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, die Optimierung von PV-Anlagen zu untersuchen, wobei nicht nur die betrieblichen Randbedingungen, sondern auch die Ausfall- und Reparaturereignisse von PV-Wechselrichtern bis zu 100 kW berücksichtigt werden, um dabei die effektiven Stromgestehungskosten zu minimieren. Um dies zu erreichen, wird ein neues Energiepreismodell entwickelt, das die aktuellen Preise der PV-Wechselrichter, sowie die Markoff-Modellierung als Teil eines neuen Optimierungsrahmens berücksichtigt. Anhand einer Fallstudie unter Berücksichtigung von sechs realen PV-Wechselrichtern wird die Wirksamkeit des Rahmens aufgezeigt. Außerdem werden reale Daten einer Referenz-PV-Anlage in Deutschland verwendet, um die durchschnittlichen Stunden pro Tag zu berechnen, in denen ein Modul seine Nennleistung erzeugt. Dazu werden die geografische Lage, die Temperatur und die Anzahl der Sonnentage in der jeweiligen Region berücksichtigt. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten werden lokal und global optimale Lösungen mit PV-Wechselrichtern im Bereich von 15 kW bis 100 kW gefunden. Daher können die neuen Erkenntnisse dieser Studie in Zukunft beispielsweise bei der Betrachtung von Ausfall- und Reparaturereignissen von PV-Modulen berücksichtigt werden. / Ante la creciente lucha contra el calentamiento global antropogénico, los sistemas fotovoltaicos, que son un tipo de energía renovable, están siendo cada vez más considerados. Para usar sistemas fotovoltaicos, es necesario desarrollar métodos para optimizar su configuración, es decir, el número óptimo de módulos e inversores fotovoltaicos. Los objetivos de esta tesis son examinar la optimización de los sistemas fotovoltaicos sujetos, no sólo a las restricciones operativas, sino también a los eventos de falla y reparación de los inversores fotovoltaicos de hasta 100 kW, mientras se minimiza el costo efectivo nivelado de la energía. Para lograrlo, empleando el modelo de Márkov, se desarrolla un nuevo modelo del precio de la energía que considera los costos actuales de los inversores fotovoltaicos como parte de un nuevo esquema de optimización. Se desarrolla un caso de estudio considerando seis inversores fotovoltaicos reales para mostrar la efectividad del esquema. Asimismo, se utilizan datos reales de una estación fotovoltaica de referencia en Alemania para calcular el promedio de horas al día en que un panel genera su potencia nominal teniendo en cuenta la ubicación geográfica, la temperatura y el número de días soleados de la región. A diferencia de trabajos anteriores, se encuentran soluciones locales y globales óptimas empleando inversores fotovoltaicos en el rango de 15 kW a 100 kW. Por lo tanto, los nuevos hallazgos de este estudio se tomarán en cuenta en el futuro, por ejemplo, cuando se contemplen los eventos de falla y reparación de los módulos fotovoltaicos.

La presente tesis se enmarca en un proceso de investigación y desarrollo con una visión de futuro para el sector energético, y que usa a la prospectiva estratégica como un instrumento para sentar las bases de las decisiones y acciones operativas que los principales actores deben seguir como parte del plan estratégico dentro de la industria de las energías renovables de cara a las próximas décadas de desarrollo del sector. La prospectiva como tal es una disciplina que puede ser definida como un acto imaginativo y de creación, que luego se convierte en un acto de toma de conciencia y en una reflexión sobre el contexto actual, que posteriormente busca la convergencia de las expectativas, deseos e intereses de la sociedad y organizaciones, a fin de alcanzar ese porvenir que se perfila como deseable. En el caso de las organizaciones, el estudio del futuro mediante la prospectiva es un tema de actualidad que las ayudan a prepararse para afrontar el futuro que viene o para construir el suyo propio, que es el fin objetivo del enfoque voluntarista de esta disciplina. Como se puede notar, la importancia económica de todas las actividades vinculadas con la energía traspasa los límites del propio sector respecto a las demás actividades sectoriales, convirtiéndose así en un elemento determinante para la competitividad de la economía. Es evidente que los efectos del cambio climático y demás factores en distinta escala jerárquica están motivando que los países de todo el mundo cambien la forma en la cual generan energía eléctrica, pasando de fuentes contaminantes tradicionales, como el carbón y el petróleo, a fuentes limpias basadas en recursos renovables. Esta investigación utilizará una metodología de enfoque mixto, basada en un conjunto ordenado de herramientas de prospectiva, y que a través de una elaborada guía de procedimientos y etapas se podrán construir diferentes escenarios futuros para el sector energético, teniendo como eje principal el uso de las energías renovables para afrontar la demanda energética al año 2050. El resultado de la metodología entregará un conjunto de escenarios de mayor probabilidad de ocurrencia, como efecto de la interacción de diferentes hipótesis formuladas durante el procedimiento prospectivo, para luego definir el mejor escenario que se desea alcanzar. Finalmente, combinando el pensamiento prospectivo con el pensamiento estratégico, se buscará orientar a la toma de decisiones y la ejecución de acciones operativas dentro de la industria de las energías renovables, a través de hitos temporales alcanzables que permitirán obtener el escenario meta.

En la búsqueda de fuentes de energía sostenibles y autónomas, los nanogeneradores triboeléctricos (TENGs) han surgido como dispositivos prometedores capaces de convertir la energía mecánica en electricidad. Estos dispositivos aprovechan el efecto triboeléctrico, que ocurre cuando dos materiales diferentes se frotan entre sí y generan cargas eléctricas, debido a esto es importante encontrar materiales apropiados para generar estas cargas. Los biopolímeros como el almidón y carragenina, han ganado atención significativa como una alternativa prometedora a los polímeros sintéticos convencionales que se usan como superficies activas en forma de láminas para la fabricación de TENGs. Dichos biopolímeros se obtienen de fuentes naturales renovables, como algas, plantas y microorganismos. Además, los biopolímeros presentan propiedades únicas que los hacen altamente atractivos para su implementación en estos dispositivos. La presente tesis se enfoca en la exploración de la fabricación de nanogeneradores triboeléctricos utilizando láminas triboeléctricas obtenidas de los biopolímeros carragenina, almidón, ulvan y los exopolisacáridos de cianobacterias. Para ello, primero se evaluó las propiedades mecánicas y químicas de las láminas de biopolímeros. Los resultados de las pruebas de tracción revelaron que los biopolímeros alcanzaron diferentes deformaciones y esfuerzos máximos en respuesta a la carga aplicada. La espectroscopia FTIR confirmó que los biopolímeros obtenidos correspondían a los esperados según el proceso de extracción realizado. Después de evaluar las características iniciales de las láminas de biopolímeros, se desarrollaron prototipos de TENGs utilizando diferentes pares de láminas triboeléctricos. Se fabricaron ocho prototipos de TENGs combinando las láminas de biopolímeros con superficies de Kapton® y Teflón®. Se obtuvieron valores máximos de voltaje de 66.40 V en el par triboeléctrico de Teflón® (PFTE) + carragenina, mientras que el par triboeléctrico de kapton + ulvan generó el valor mínimo de 2.12 V. Estos resultados indican que los TENGs pueden generar suficiente voltaje para su aplicación en dispositivos electrónicos portátiles de bajo consumo, relacionados a LEDs, relojes o sensores. Los resultados obtenidos muestran el potencial de los TENGs basados en biopolímeros como una fuente de energía sostenible y autónoma.

El presente trabajo, toma a los sistemas de aire comprimido industrial, con sus respectivas características, como base para posibles sistemas de almacenamiento de aire comprimido o compressed air energy storage (CAES, por sus siglas en inglés), los cuales, se caracterizan por sus parámetros nominales: tiempo total de descarga nominal y potencia nominal. Las características del aire comprimido industrial consideradas para el presente trabajo son: presiones de almacenamiento menores o iguales a 8 bar(g), y volúmenes de almacenamiento individual entre 0,11 a 8,92 m3. Los resultados permiten conocer a qué clasificación dentro de los sistemas CAES de menor escala (S-CAES o micro-CAES), pertenecerían los sistemas CAES basados en la industria del aire comprimido, y, por otro lado, permiten conocer el posible aprovechamiento, basado en la estimación de los parámetros nominales. Estos parámetros, se encuentran en función de la presión en el tanque, la temperatura en el tanque, y el flujo másico, que ocurren durante el proceso de descarga. Para poder determinar estos parámetros nominales, se implementó un banco de ensayos que permitió realizar las experiencias de descarga de un tanque de almacenamiento de aire comprimido de 1 m3, operando a 14 condiciones de ensayo, basadas en la combinación de presiones iniciales de almacenamiento de 8, 7, 4 y 2 bar(g) con diámetros característicos de la restricción de 4, 3, 2 y 1 mm, sin considerar las combinaciones de: 8 bar(g) 1 mm, ni 7 bar(g) 1 mm. De modo que, se generó la data experimental que abarcó distintas características de descarga. Luego, en la condición que se obtendría la mayor potencia (4 mm – 8 bar(g)), se determina que el modelo de Ardanuy (n=k), es el más representativo de los 6 evaluados, considerando el RMSE y el error relativo de las variables presión en el tanque y tiempo total de descarga, respectivamente. El modelo presenta errores relativos máximos entre 20-25% para la presión en el tanque, 35-45% para la temperatura en el tanque, y 30- 100% para el flujo másico, y, además, RMSE iguales a 18,80 kPa, 71,18 K, y 4,95 kg/h, respectivamente. Además, presenta errores relativos asociados al tiempo total de descarga, mínimo, máximo y promedio, iguales a 3,57%, 35,60% y 16%, respectivamente. Las estimaciones de los parámetros nominales, se realizan en base al modelo más representativo, a la información disponible en la literatura acerca de los procesos de generación de potencia (procesos de expansión), y a sistemas CAES planteados (individual, serie y paralelo), considerando las características del aire comprimido industrial. Los resultados establecen que, sería posible implementar sistemas CAES en base al aire comprimido industrial y a los sistemas planteados, que alcancen potencias nominales de hasta 9300 W, pero con duraciones menores a 1 hora, y, por otro lado, sistemas que alcancen tiempos totales de descarga nominales cercanos a las 3 horas, pero, con potencias nominales mucho menores a 7,5 kW. Para aquellos sistemas que considera 0,97 m3 de almacenamiento, volumen similar al del banco de ensayos, se estima que, podría obtenerse potencias nominales entre 10 a 185 W, asociadas a tiempos totales de descarga nominales en el rango de 590 a 1770 s. Por otro lado, se estima que podría obtenerse 9200 W como potencia máxima asociada a un tiempo total de descarga nominal menor a 25 s. Además, para los sistemas que consideran hasta 4 tanques en serie, se determina que, generarían entre 440 a 590 W, con tiempos totales de descarga nominales de 400 s. Finalmente, se destaca que, el factor limitante de los sistemas planteados es la presión de almacenamiento, considerada como máximo 9 bar(a), para una presión atmosférica de 1 bar, y que ninguno de los sistemas planteados pertenecería a la definición de sistemas S-CAES, pero sí, a la de micro-CAES.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Busca mostrar la factibilidad de generar electricidad a partir de la energía undular. Ubica el área adecuada para cada uno de los dispositivos generadores de electricidad en la zona de costa. Selecciona el sistema más adecuado para cada dispositivo: turbina o motor hidráulico en cada zona de costa. Concluye que a pesar de disponer de múltiples tecnologías para diferentes dispositivos de conversión de energía de olas en energía eléctrica, los dispositivos basados en columna de agua oscilante mediante turbinas y los que se obtienen mediante conversión hidráulica son los que concentran un nivel más alto de desarrollo tanto en su fase de investigación como en su fácil de explotación comercial. / Tesis

El presente trabajo constituye una investigación respecto a las energías renovables en nuestro país, considerando su potencial y la problemática institucional que ha impedido cumplir con las metas establecidas en el Plan Energético Nacional 2014-2025 (cubrir el 5% del consumo energético nacional de electricidad con energías no convencionales). Los objetivos planteados en dicho Plan no han logrado consolidarse por la misma debilidad institucional que impide la viabilidad de las políticas públicas para incentivar el uso de energías renovables, así como la falta de un planteamiento estratégico adecuado. Ante estos desafíos, la presente investigación contribuye al análisis de las vulnerabilidades que nuestro país presenta frente al cambio climático y por su excesiva dependencia en energías contaminantes para la manutención de su matriz energética. Por lo mismo, a través de un estudio de las normas que regulan las energías renovables en nuestro país y un análisis comparativo con otras legislaciones, se busca plantear soluciones que permitan impulsar a las energías renovables no convencionales en nuestro país, no sólo para reducir nuestros niveles de contaminación, sino también para reducir las brechas de desigualdad en nuestro país que surgen a partir de dicha problemática.

El transporte público es una necesidad fundamental para cualquier sociedad a nivel mundial. Es parte esencial de las ciudades por lo que su adecuada aplicación es clave para fomentar el desarrollo integral de una sociedad. Por lo tanto, una ciudad debería de proporcionar las condiciones necesarias para que sus ciudadanos puedan movilizarse de manera óptima y eficaz. No obstante, el crecimiento poblacional ha ocasionado que la frecuencia e intensidad de los desplazamientos urbanos crezca exponencialmente y por ende sus efectos sobre su entorno. El presente trabajo se produjo en respuesta a la necesidad de buscar nuevas fuentes alternativas capaces de suplir las necesidades de movilidad de la población, pero reduciendo su grado de contaminación. Esta tesis tiene como objetivo comparar el uso de buses con motor eléctrico con buses de motor diésel y de motor híbrido para el transporte público; como una alternativa de transporte con energía renovable. Se utilizó una metodología de tipo documental que permite formar una base teórica para el desarrollo conceptual y/o metodológico de la investigación. Esto permitió realizar una comparación entre realidades y/o variables las cuales, en el caso del presente trabajo, vendrían a ser los modelos de vehículos de estudio. La revisión de la literatura contempló los aspectos más importantes referentes a la implementación y uso de los buses que se utilizan en el transporte público: buses con motor diésel, buses eléctricos y buses híbridos. Con la información recopilada se buscó conocer la situación actual de las tecnologías que constituyen los componentes principales de los sistemas de transporte público eléctrico, de motor diésel e híbrido. Posteriormente, se determinó y comparó bajo los enfoques económico, social y ambiental a los sistemas de transporte público de estudio; determinando de este modo sus principales ventajas y desventajas. Adicionalmente, este trabajo contempló una breve revisión de la literatura sobre la implementación de vehículos eléctricos en otros países, la normativa internacional y el estado del arte del transporte público eléctrico en el Perú. Finalmente, tras realizar la comparación de los buses con motor eléctrico, diésel e híbrido bajo los enfoques previamente mencionados, se determinó que el uso de buses eléctricos es la alternativa más aceptable desde el punto de vista económico, social y ambiental debido a las buenas proyecciones a futuro que presenta. No obstante, también se evaluó que para que el sistema de transporte público con buses de motor eléctrico sea implementado adecuadamente, esta elección debe de estar acompañada de mejores políticas orientadas a una buena movilidad.