Ingeniero Civil Mecánico / El Área de Transporte de la Agencia Chilena de Eficiencia Energética (AChEE), en su funcionamiento desde el 2010 en adelante ha llevado a cabo diversos proyectos, en los cuales ha buscado reducir el consumo de combustible a través de la implementación de Medidas de Mejora de Eficiencia Energética (MMEE). En estos proyectos, el proceso de cuantificación de resultados se ha llevado a cabo de diversas maneras sin seguir un lineamiento común, lo cual no ha permitido hacer estos resultados comparables entre estudios. Es por esto, que la AChEE ha elaborado un protocolo estándar, basado en el Protocolo Internacional de Medida y Verificación (IPMVP), para aplicarse en los proyectos que se realicen a partir del 2014. Dentro de esta memoria se ha abordado dicha problemática aplicando el protocolo a los proyectos de la AChEE del periodo 2011-2013, para así compararlos con los resultados obtenidos anteriormente. Luego, se evaluó la costo-efectividad de cada proyecto y de dos nuevas herramientas que permiten estimar el impacto de dispositivos aerodinámicos y de conducción eficiente: el análisis de Fluidodinámica Computacional (CFD), y la metodología Potencia Específica Vehicular (VSP), respectivamente. A partir de la cuantificación estandarizada se obtuvo una diferencia con lo reportado originalmente de 79.225 [lt/anuales] menos, producto que este es más estricto. Además se hacen recomendaciones sobre los medidores más adecuados según el tipo de proyecto. Por otro lado, con respecto al análisis CFD se concluye que es aplicable para determinar el impacto de dispositivos aerodinámicos, recomendándose su utilización en las etapas de diseño y puesta a prueba de estas tecnologías. Finalmente, se determina que la Metodología VSP es un buen estimador del consumo de combustible bajo condiciones de conducción normal, que sin embargo adquiere un mayor margen de error en la aplicación de conducción eficiente, estimando una reducción del consumo levemente menor que la real. Todos estos antecedentes impactan en el diseño y futuro desarrollo de la AChEE.

Ingeniero Civil / El objetivo principal de este trabajo es evaluar técnica y económicamente, dos medidas de reacondicionamiento de vivienda, que ayuden a disminuir el consumo energético de estas. La evaluación técnica considera la presentación final de la solución, es decir, su puesta en servicio, pero además es relevante en esta evaluación, el impacto medio ambiental que genera el fabricarla como también, el ponerla en funcionamiento. Para este trabajo es de importancia la caracterización de las viviendas, por lo que se recurre al estudio realizado por el CDT titulado: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservación de la energía en el sector residencial de Chile, pero además se cruza con información extraída del Instituto Nacional de Estadísticas y del Observatorio Habitacional, con los cuales es posible obtener la información de materialidad, tipología y geometría de las viviendas, además de su cuantificación numérica, y su consumo energético. Se determina las dos caracterizaciones de viviendas predominantes, y las regiones sobre las cuales se hace el análisis. Para el cálculo de ahorro y generación se ocupan cálculos teóricos y un software de uso libre llamado explorador solar, respectivamente. Para la evaluación medioambiental de las medidas de reacondicionamiento se utilizan tres herramientas como fuentes de información: un catálogo elaborado en el país junto con diversos productores llamado Ecobase, Declaraciones de Impacto Ambiental de productores y un software de análisis de ciclo de vida llamado Simapro. Se realiza un cálculo de ahorro, se estima el impacto ambiental, en particular la huella de carbono, y también se calcula el costo de inversión de cada una de las medidas, para luego analizar relaciones de inversión sobre ahorro e impacto ambiental evitado sobre costo, esto sumada con un análisis de factibilidad determina la mejor solución para tres regiones, la Metropolitana, la de Valparaíso y la de Biobío. Dichas soluciones resultan ser la implementación de un Colector Solar, para Santiago y Valparaíso, y la aislación de muros para Concepción. Se establece que las soluciones óptimas tienen un ahorro anual máximo de $131.362, con una inversión de $502.226 y un impacto ambiental anual evitado de 50,2 kg de CO₂ equivalente.

Ingeniero Civil / En el ámbito de la construcción, las medidas de eficiencia energética se orientan principalmente a la etapa de operación de los proyectos, dejando de lado las etapas de diseño y construcción. Considerando además que este sector económico en Chile es uno de los con más bajo crecimiento de la productividad, resulta interesante evaluar estos dos ámbitos, y cómo impacta el uso de medidas de eficiencia energética en la construcción desde la perspectiva de la productividad. El presente trabajo tiene por finalidad la evaluación de la productividad en una obra de construcción al implementar medidas de eficiencia energética, desde el punto de vista de ahorro de energía, en dos actividades particulares. Para alcanzar este objetivo, se realiza en una primera instancia una revisión bibliográfica para entender el concepto de productividad y eficiencia energética en la construcción. Luego de esta revisión se escogieron dos actividades de una obra de edificación en altura, denominada edificio EL LLANO, en donde se implementan medidas de eficiencia energética para luego evaluar cómo afecta la productividad en ellas. Se escoge la actividad de descarachado de muros, perteneciente a la etapa de terminación gruesa, y la tarea de vaciado de hormigón, perteneciente a la etapa de obra gruesa de la obra. Estas actividades se escogieron utilizando como criterio los recursos entregados por la empresa constructora. Para la tarea de descarachado de muros se utiliza como medida de eficiencia energética bajar el número de herramientas eléctricas que se utilizan, pasando de dos martillos demoledores a tan sólo uno y subcontratando la mano de obra. Para el caso del vaciado de hormigón se pasa de hormigonar con capacho y grúa torre a hormigonar utilizando una bomba estacionaria y una torre de distribución de hormigón TDH. Si bien la evaluación de la productividad se realizó acotando el estudio en dos actividades en particular de la construcción, se obtuvieron indicadores en donde mostraban que implementar medidas de eficiencia energética producen una mejora en la productividad, por lo que ampliar este estudio e implementar medidas de eficiencia energética más sofisticadas podría traer aún mejores resultados.

Como herramienta de apoyo a la disminución de los costos energéticos hace varias décadas se vienen desarrollando y mejorando programas computacionales que simulan el desempeño energético y en particular el desempeño térmico de los edificios. En la actualidad existen alrededor de 300 programas desarrollados por distintos países e instituciones cada uno con sus fortalezas y falencias. En este trabajo se caracterizaron los softwares de modelamiento térmico Ecotect, TAS y DesignBuilder, con el fin de entregar una calificación disponible para las universidades y/o los posibles compradores dentro del mercado chileno. El edificio ubicado en Avda. Blanco Encalada 2120 fue modelado en cada uno de ellos, donde se ingresaron las características constructivas de este y los parámetros comunes de uso, que permitieron realizar una comparación de los resultados obtenidos. En algunos casos, estas herramientas poseen altos niveles de complejidad, por lo cual es altamente recomendable que sean utilizadas por un grupo de especialistas, que incluya profesionales de diversas áreas. Esto permitirá obtener resultados validados, confiables, transparentes y acordes con la realidad de nuestro entorno. Los resultados obtenidos indican que los softwares con resultados más consistentes fueron DesignBuilder y TAS. En el caso de Ecotect estos fueron menos convincentes. Las principales recomendaciones del estudio, para reducir el consumo eléctrico del edificio, corresponden a implementar sistemas de iluminación de mayor eficiencia, controlar las temperaturas de climatización y mejorar el rendimiento de los equipos de climatización. Este edificio consume unos 240 kWh/m2/año, valor considerado alto, lo cual indica que existen buenas oportunidades de implementar eficiencia energética. Las medidas recomendadas podrían reducir el consumo eléctrico por sobre el 20%.

El objetivo principal del presente trabajo de título, es realizar un estudio del comportamiento armónico en el Área Húmeda de minas de cobre, que utilizan el método de lixiviación. Esto, con el fin de analizar la posibilidad de encontrar una nueva alternativa, para la compensación de componentes armónicos eléctricos. En la actualidad, la solución técnica corresponde a compensar en las salas eléctricas, existiendo una fuerte contaminación entre las salas y las respectivas cargas (que generalmente se encuentran bastante separadas). Dentro de los equipos contaminantes, se tienen sistemas transformadores-rectificadores, para el proceso de electro-obtención, que operan en media tensión y sistemas variadores de velocidad, para el control de bombeo de flujo variable, que operan en baja tensión. Luego de definir la estructura del Área Húmeda a considerar, especificando los equipos incluidos y sus respectivos ciclos de trabajo, se procedió a describir la forma en que los dispositivos de electrónica de potencia son dispuestos y organizados en la planta. Posteriormente y en forma complementaria, se hicieron simulaciones en el programa ETAP, con el propósito de determinar la contaminación armónica del proceso, bajo condiciones normales de operación y para corroborar el cumplimiento de los requerimientos de la normativa, en el punto de acople común con el sistema de alimentación eléctrica (PCC). Finalmente, se analizaron distintas posibilidades de filtrado armónico, según el comportamiento de las respectivas cargas. Dentro del análisis efectuado, se pudo apreciar que el comportamiento de los sistemas de rectificación es prácticamente constante, de manera que la metodología actual (filtrado pasivo), es la solución técnico-económica más conveniente. Para el caso de baja tensión, el comportamiento de las cargas es variable, de manera que desde el punto de vista técnico, la implementación de filtros activos podría ser conveniente (no así desde el punto de vista económico). Por otra parte, una solución técnico-económica conveniente para el caso de baja tensión, consiste en la implementación de filtros comunes (ya sean activos o pasivos), junto con la disposición de los variadores de frecuencia fuera de las salas eléctricas (minimizando la distancia entre los variadores y sus respectivas cargas). Como trabajo a futuro, se propone la elaboración de un algoritmo que permita minimizar el costo de instalación de la planta, el cual tome como variables de decisión, algunas de las siguientes opciones: el tipo de filtrado en baja tensión (pasivo, activo o híbrido), la definición de los grupos de variadores para el filtrado en conjunto y la posición de los gabinetes con variadores (fuera de la sala eléctrica), que minimice las distancias a los motores. Además, se propone desarrollar un estudio, que permita determinar la factibilidad de implementar variadores de frecuencia, para operación dentro de áreas clasificadas.

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Ingeniero Civil / El objetivo de este trabajo es generar una metodología que permita al tasador, mediante un procedimiento matemático simple, incorporar al valor de tasación habitual los beneficios que se generan por la implementación de mejoras a la eficiencia energética. El beneficio económico se estima como el valor presente de los ahorros en consumo de energía que se generan respecto a una vivienda convencional. Para determinar dicho valor el costo de los energéticos debe ser proyectado y ponderado por los porcentajes de consumo correspondientes, el periodo de recuperación de los ahorros en consumo debe ser la cantidad de años de vida útil remanente de la mejora y la tasa de descuento debe ser el promedio de las tasas de crédito hipotecario ofrecidos en el mercado a la fecha de tasación. Luego para obtener una tasación verde se suma esta cifra al valor de tasación determinado por el tasador mediante su proceso habitual de valoración. Para estudiar el impacto de la metodología propuesta se analizan 8 casos: viviendas ya tasadas, de tipología pareada y aislada, de albañilería, estructura de madera y estructura metálica, ubicadas en tres zonas térmicas diferentes (1, 3 y 6). Se supone la implementación de mejoras en la envolvente térmica y uso de colector solar, que impactan los consumos calefacción y agua caliente sanitaria (ACS) respectivamente. Para ello se utilizan las herramientas CCTE_v2 (software que permite conocer la demanda de energía para el acondicionamiento térmico del edificio) y f_chart (algoritmo para verificación del cumplimiento de la Contribución Solar Mínima (CSM) de sistemas solares térmicos). Finalmente observando los resultados de todas las viviendas analizadas los porcentajes de aumento en el valor de tasación de las viviendas debido a la aplicación de las distintas mejoras estudiadas varía entre 3,4% y 18,0%.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo aborda la eficiencia energética desde la cogeneración o generación simultánea de electricidad y calor a partir de una única fuente energética (CHP). Al aplicar CHP, se reduce el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. El objetivo general del proyecto es evaluar técnica-económicamente la implementación de tecnologías CHP en sectores residenciales comparando tres distintos tipos de tecnologías: celdas de combustibles, Stirling y combustión interna. Los objetivos específicos son: realizar un estudio bibliográfico del estado del arte de la cogeneración a pequeña escala, establecer configuraciones de diseño para su implementación en consumidores tipo, determinar el perfil de consumo requerido en cada caso, diseñar instalaciones a nivel de perfil para la implementación de las tecnologías y efectuar la evaluación técnico-económica de las mismas. La metodología para desarrollar el proyecto incluye revisión bibliográfica, sus ventajas con respecto a la generación convencional y de las tecnologías disponibles para su aplicación. Para el análisis de casos y tecnologías se seleccionan tres establecimientos de pequeña escala definiendo su emplazamiento, demanda térmica, eléctrica y arquitectura. El diseño de los sistemas CHP considera conexión a la red mediante generación distribuida. Se establece la disposición y control de los equipos en layout y P&ID, se ejecuta análisis de eficiencia energética, se calcula la reducción de emisiones y se determina la viabilidad técnico-económica por medio de análisis marginal de sistemas CHP vs sistema de suministro convencional. Los resultados obtenidos muestran que los cogeneradores impulsados por motores a combustión interna, Stirling y celdas combustibles son técnicamente factibles para aplicaciones a pequeña escala; siendo la tecnología de celdas combustible la más onerosa y la que menos impacto en el medio ambiente genera. El proyecto se encarga de analizar sistemas CHP en una vivienda, un hostal y en un distrito logrando soluciones de suministro energético técnicamente factibles. Como los casos analizados se caracterizan por una alta variabilidad en las demandas térmica y eléctrica, no es posible balancear per se el suministro CHP por lo que es necesario suplir la demanda a través de generación distribuida, almacenamiento térmico y caldera auxiliar en stand-by. La factibilidad económica no se logra con celdas combustibles por su alta inversión inicial, en Stirling se obtienen ganancias marginales para la magnitud de la inversión y en cogeneradores a combustión interna se observa una rentabilidad aceptable. Con todas las tecnologías se observan reducciones considerables de las emisiones contaminantes, además se consigue una alta confiabilidad en el suministro de energía. Estos beneficios sociales sumados a la factibilidad técnica y, según el caso, económica de sistemas de cogeneración hacen concluir que su inversión en proyectos de eficiencia energética, en el sector residencial, son una opción limpia y fiable para el desarrollo sostenible del país.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Los sistemas de aire comprimido (CAS) son un conjunto de equipos que trabajan de forma solidaria para la generación de aire a una presión determinada requeridos para una aplicación en particular. En la actualidad no existe un documento formal que integre tanto los pasos de una auditoría energética orientada a CAS como una recopilación completa de las medidas de eficiencia energéticas (MEE) aplicables. El objetivo general de la memoria es desarrollar una metodología de análisis de las MEE que sean aplicables a diferentes CAS comúnmente utilizados en la industria, mientras que los objetivos específicos son: i) evaluar el estado del arte a fin de conocer los CAS utilizados en la actualidad, ii) Desarrollar una metodología que permita evaluar energéticamente un CAS y que identifique medidas de eficiencia energética aplicables, y iii) aplicar la metodología señalada a un ejemplo de CAS de una industria chilena. La metodología para desarrollar el proyecto incluye la revisión bibliográfica de manuales de proveedores, guías de fabricantes, documentos emitidos por organizaciones, entre otros, a continuación, se redacta un manual de auditorías de eficiencia energética orientadas a los CAS´s, que cuenta con todos los pasos necesarios para la evaluación de las MEE y, finalmente, empleando la metodología se analiza un caso de estudio de la realidad chilena. Los principales resultados y conclusiones son: (i) los CAS en la actualidad consisten en un conjunto de equipos en los que se incluyen compresores, estanques y equipos de tratamiento de aire, entre otros, (ii) en la actualidad el control maestro es una tecnología con poca presencia, pero se espera que su uso sea indispensable en el futuro, (iii) La metodología desarrollada permite evaluar el consumo energético de un CAS, así como también las principales MEE incidentes, esto se realiza mediante 6 pasos: recopilación de la información; análisis del proceso productivo; medición de datos; contabilidad energética; análisis de las MEE y redacción del informe final, (iv) La metodología incluye pasos a seguir para un total de 6 MEE, siendo la más utilizadas actualmente la reducción de fugas, (v) Se seleccionó un caso de estudio representativo de la realidad nacional donde el aire se utiliza principalmente en válvulas de control y automatización de equipos, (vi) se aplicó la metodología desarrollada identificando oportunidades de mejora en las fugas de aire comprimido y en una pobre distribución de la red (reducción de presión) desarrollando para esta última 3 propuestas de rediseño de red, (vii) los resultados muestran que la reducción de fugas aumenta la eficiencia el CAS en un 16% con un PRI de 2 años y VAN positivo, las propuestas 1, 2 de reducción de presión lo hacen en un 6,2%, 5,3% respectivamente ambas con un PRI de 1 semestre y la propuesta 3 lo hace en un 7,1%; pero con un PRI alto cercano a los 4 años, (viii) Para el caso de estudio se recomienda la implementación de la medida de reducción de fugas y la propuesta 1 de la medida de reducción de la presión.

[ES] En todos los sistemas energéticos influyen gran cantidad de variables dinámicas, así definidas por su relación de dependencia respecto del tiempo. Debido a la gran cantidad de variables que definen los sistemas energéticos, se complica cualquier actuación que busque, dentro del campo de la optimización y gestión de la Eficiencia Energética (EE), su mejora. Por esta razón, tanto las organizaciones públicas como privadas, promueven la obtención y desarrollo de nuevos procedimientos matemáticos que permitan tratar la complejidad de las variables implicadas en las instalaciones energéticas y extraer adecuadamente la información que proporcionan de los sistemas energéticos, de cara a lograr alcanzar real- mente los objetivos de EE internacionalmente acordados. La mayoría de los estudios que se han realizado desde finales del siglo XX se han centrado en su mayoría en el campo de la ingeniería civil, donde existen innumerables estudios matemáticos orientados a la mejora de la EE que, por ejemplo, han permitido reducir los costes de producción y distribución, el consumo de combustibles fósiles, la emisión de gases de efecto invernadero o el coste de ciclo de vida. Esta proliferación de estudios, con el consiguiente aumento del conocimiento, no se ha producido al mismo nivel dentro del sector naval y mucho menos en el caso de los buques de guerra, campo en el que la literatura científica existente es escasa, tanto en cantidad como en casos estudiados. Partiendo de esta constatación, la presente tesis doctoral tiene como objetivo principal el análisis exhaustivo del estado actual de los sistemas energéticos de los buques de guerra y la aplicación de procedimientos matemáticos en este ámbito, enmarcados dentro del con- trol estadístico de la calidad (CEC) industrial. Se identificarán en primer lugar las variables críticas para la calidad (CTQ) de los sistemas energéticos del buque, en sus diferentes modos de funcionamiento como pueden ser los de fondeado, navegando o en puerto; se medirán, se analizarán y se estimarán para facilitar la inferencia o predicciones de sus valores respecto del tiempo; se controlarán y mejorarán mediante la aplicación de herramientas de Minería de Datos (MD) (análisis exploratorio), CEC y ajuste de modelos de series de tiempo. Con todo esto, se podrán estimar y calcular las correlaciones existentes entre las CTQ, predecir sus valores (con intervalos de confianza), definir y detectar alarmas, tendencias y patrones en los datos proporcionados por los sistemas energéticos que permitan des- cubrir posibilidades de mejora de su EE a través de la búsqueda fundamental de causas asignables. Esto permitirá establecer líneas de acción para la modificación y diseño de los sistemas embarcados en buques de guerra existentes y futuros, así como ofrecer bases para implantar sistemas de gestión energética automática e inteligentes a través de la automatización de procesos. / [CAT] En tots els sistemes energètics, des de la seva producció fins al consum, influeixen gran quantitat de variables dinàmiques, així definides per la seva relació de dependència res- pecte al temps. A causa de la gran quantitat i tipologia de variables que defineixen els sistemes energètics, es complica qualsevol actuació que tinga per objectiu, dins el camp de l'optimització i gestió de l'eficiència energètica, la seva millora. Per aquesta raó, tant les organitzacions públiques com privades, promouen la obtenció i desenvolupament de nous procediments matemàtics que permetin tractar la complexitat de les variables implicades en les installacions energètiques i extreure adequadament la informació que proporcionen dels sistemes energètics, de cara a aconseguir arribar realment els objectius d'eficiència energètica internacionalment acordats. La majoria dels estudis que s'han realitzat des de finals del segle XX s'han centrat majoritàriament en el camp de l'enginyeria civil, on existeixen innombrables estudis matemàtics orientats a la millora de l'eficiència energètica que, per exemple, han permès reduir els costos de producció i distribució, el consum de combustibles fòssils, l'emissió de gasos defecte hivernacle o el cost de cicle de vida. Aquesta proliferació d'estudis, amb el consegüent augment del coneixement, no s'ha produït al mateix nivell dins del sector naval i molt menys en el cas dels vaixells de guerra, camp en el qual la literatura científica existent és escassa, tant en quantitat com en casos estudiats. Partint d'aquesta constatació, la present tesi doctoral té com a objectiu principal l'anàlisi exhaustiva de l'estat actual dels sistemes energètics dels vaixells de guerra i l'aplicació de procediments matemàtics en aquest àmbit, emmarcats dins el control estadístic de la qualitat CEC industrial. S'identificaran en primer lloc i les variables crítiques per la qualitat (CTQ) en els sistemes energètics del vaixell, en les seves diferents maneres de funcionament com són elsde fondejat, navegant o en port; es mesuraran, s'analitzaran, s'estimaran, i es faran prediccions del seu valor en cada instant de temps, es controlaran i milloraran mitjançant l'aplicació d'eines de mineria de dades (anàlisi exploratòria), CEC i ajust de models de sèries de temps. Amb tot això, es podran estimar i calcular les correlacions existents entre les variables critiques per la qualitat CTQ, predir els seus valors (amb intervals de confiança), definir i detectar alarmes, tendències i patrons en les dades proporcionades pels sistemes energètics que permetin descobrir possibilitats de millora de la seva eficiència energètica a través de la recerca fonamental de causes assignables. Això permetrà establir línies d'acció per a la modificació o redisseny dels sistemes em- barcats en vaixells de guerra existents i futurs, així com donar les bases per implantar sistemes de gestió energètica automàtica i intelligents a través de l'automatització de processos. / [EN] The energy production and consumption systems are affected by a large number of dynamic variables. Thus, these variables are defined by their relationship and its depen- dence in time. Due to, the number and typology of variables which are present in energy systems is very large. So, the actions developed to seek for Energy Efficiency improvement and optimization is too complicated. For this reason, public and private organizations promote the acquisition and development of new mathematical procedures that allow dealing with the complexity of the variables involved in energy installations and to extract the information which the data provide from the energy systems. In order to achieve the objectives marked on international agreements, and treaties about energy efficiency. Most of the studies which have been conducted since the late 20th Century have focused on the field of civil engineering mostly. There are countless mathematical studies aimed on improving energy efficiency, which have made it possible to reduce: production and distribution costs; consumption of fossil fuels; emission of greenhouse gases or cost of life cycle in example. The proliferation of studies, and the consequent increase in knowledge, has not occurred at the same level within the naval sector. In fact, the case of warships is a field in which the existing scientific literature is scarce in quantity and in studied cases. This thesis has as main objective an exhaustive analysis of the current state of the energy systems of warships and the application of mathematical procedures in this field. The work is framed within the industrial Statistical Quality Control (SQC). Firstly, critical quality variables (CQV) will be identified in the vessel's energy systems, in its different modes of operation, such as anchor, cruising or port. The variables will be measured, analyzed, estimated, and predicted in value, rangeand and time. Also, these varialbes will be controlled and improved by the application of data mining tools (explo- ratory analysis), SQC and, they will be adjusted by time series models. It will be possible to estimate and calculate the existing correlations between the critical variables for the CQV's quality of these systems; to predict their values (with confidence intervals) and to define and detect alarms, trends and patterns in the data provided by the energy systems. So, it is possible to discover elements which improve the Energy Efficiency over the bases of assignable causes. This will allow establishing lines of action for the modification or redesign of the systems emabrked in the existing and future warships, as well as providing the bases to implement automatic and intelligent energy management systems through the automation of processes. / Carrasco Pena, PJ. (2019). Análisis y control estadístico de la calidad aplicado a la eficiencia energética de sistemas embarcados en buques de guerra [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135275 / TESIS