The efficient use of energy is a major issue nowadays. Environmental and economic purposes push various investigations to focus on the performances of energy systems and equipment. In the context of the coming energy transition, Heat, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems will certainly take an increasing and worldwide importance. In this work, energy and exergy analysis are used to assess the performances of each component of an air treatment station. Results of energy and exergy analysis for each process are presented. The most important result is that simple heating and cooling processes with deshumidification have the worst exergy efficiencies; and that both processes represent almost all the exergy losses of the studied HVAC system. / Tesis

La presente investigación se ha llevado a cabo con el fin de identificar los efectos que ha tenido la implementación de las licitaciones de energía en el mercado eléctrico peruano, más específicamente en los sectores de generación y distribución eléctrica. Para ello se han estudiado los cambios que ha sufrido el mercado eléctrico peruano en general, el sector de generación y el sector de distribución en el periodo de estudio que es desde el año 2007 hasta el año 2016, posteriormente se han contrastado los resultados obtenidos con los resultados de las licitaciones de energía celebradas a fin de determinar los efectos de estas últimas.

Ingeniero Civil en Biotecnología / La gran dependencia energética de la sociedad actual, el agotamiento de las reservas de petróleo y el alto nivel de contaminación que generan los combustibles fósiles, han llevado a los gobiernos del mundo a potenciar el desarrollo de nuevas fuentes de energía que sean renovables y de bajo impacto ambiental. Las energías renovables, como biocombustibles, se presentan como una gran alternativa y están tomando fuerza. A partir de biomasa se pueden producir combustibles como biodiesel, biohidrógeno y bioetanol, siendo este último en el que se centra esta investigación. Una de las alternativas que ha acaparado mucho interés en las últimas décadas es utilizar biomasa de alga para la producción del bioetanol. Las algas tienen bajas cantidades de lignina y altas concentraciones de carbohidratos, entre ellos hexosas y pentosas, siendo las pentosas uno de los azúcares menos aprovechados en la fermentación alcohólica. Por esto, se planteó realizar un estudio exploratorio de producción de bioetanol a partir de algas utilizando la levadura fermentadora de pentosas Scheffersomyces stipitis. En primera instancia, se determinó la cantidad de azúcares reductores totales, glucosa y xilosa de dos algas que crecen en las costas chilenas, Macrocystis pyrifera y Ulva rigida, eligiéndose esta última para continuar con el estudio, debido a que no requiere pretratamiento y contiene más xilosa. Luego se realizaron las estrategias de fermentación Sacarificación y Fermentación Simultáneo (SSF) e Hidrólisis y Fermentación Separadas (SHF) utilizando U. rigida y S. stipitis, con el fin de comparar cuál estrategia entregaba mayores rendimientos. Finalmente, se planteó fermentar los azúcares de la biomasa utilizando S. cerevisiae y S. stipitis en dos estrategias: una co-fermentación simultánea con ambas levaduras, y otra estrategia secuencial fermentando inicialmente con S. cerevisiae y luego con S. stipitis. La finalidad de estos ensayos era encontrar si existía un aumento de los rendimientos de etanol al utilizar S. stipitis, en comparación con los obtenidos en trabajos previos en los que se utilizó U. rigida y S. cerevisiae. Los resultados permitieron determinar que el alga M. pyrifera está constituida en un 43,8% de azúcares reductores, y de estos, un 7% y 5% corresponden a glucosa y xilosa, respectivamente. El alga U. rigida está constituida en un 36,3% de azúcares reductores, y de estos, un 28% y 8% corresponden a glucosa y xilosa, respectivamente. Al comparar los resultados de las estrategias SSF y SHF con S. stipitis, se encontró que SSF entrega rendimientos de 0,044 [g EtOH/g alga], mientras que en SHF no se produjo etanol. Finalmente, la estrategia secuencial presentó mayores rendimientos que la simultánea, 0,099 [g EtOH/g alga] versus 0,064 [g EtOH/g alga], pero en ambos casos fueron mayores que SSF y SHF utilizando sólo S. stipitis. Como conclusiones se tiene que el mayor potencial de azúcares en U. rigida se encuentra en los azúcares reductores no medidos, y no en la glucosa y xilosa, por lo que se recomienda realizar un estudio acabado de la composición del alga. También, los rendimientos de sacarificación de U. rigida utilizando Celluclast® y Novozyme® podrían mejorarse probando con otras enzimas, como hemicelulasas. La presencia de inhibidores y sales pudo ser la causa de la no producción de etanol en SHF y la baja cantidad de levadura inicial la causa del bajo rendimiento de SSF. Finalmente, la estrategia secuencial no representó un avance pues el máximo de etanol se generó durante la fermentación con S. cerevisiae, y no producto de la fermentación de pentosas por S. stipitis. Aún quedan muchas variables por mejorar, por lo que no se descarta continuar con las investigaciones de producción de etanol con U. rigida y S. stipitis.

Termodinámica. 1. Balance de energía en sistemas cerrados

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / El uso de la energía es una constante con una demanda en aumento a medida que pasan los años. A pesar de los cambios introducidos en los últimos años por aspirar al uso de fuentes energéticas más sostenibles, los combustibles fósiles tienen un rol dominante en la matriz energética, lo que tiene como consecuencia un impacto medioambiental negativo, con miras a una reducción en los próximos 10 años. Una reducción en el consumo energético en conjunto con el desarrollo de políticas es ineludible para poder alcanzar los objetivos de una sostenibilidad energética. Es posible reducir el consumo energético utilizándolo de manera más eficiente, adoptando estilos de vida más sostenible con respecto a su uso, vale decir la incorporación de hábitos que permitan un cambio en el comportamiento de las personas transformándolas en actores activos y conscientes en el desarrollo energético del país. Actualmente la sociedad chilena no contribuye de manera eficiente, con barreras que se complejizan por la escasa participación en la formación educativa. Producto de esto surge como motivación el poder incorporar prácticas de aprendizaje asociadas a productos educativos en el medio pedagógico escolar, destacando la importancia del diseño como vinculador en nuevas experiencias de aprendizaje en materia energética. Se propone una herramienta experiencial de aprendizaje mediante la configuración de un sistema de carácter lúdico educativo y su aplicación como actividad guiada, permitiendo educar y concientizar sobre energía y su uso eficiente.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente estudio tiene por objetivo cuantificar los efectos asociados a la operación en ciclaje de las unidades convencionales de generación dada la inminente inyección de energías renovables no convencionales (ERNC), en particular energía solar fotovoltaica (FV), en el sistema eléctrico chileno. Las herramientas de simulación de predespacho con representación detallada de los aportes de energía variable y restricciones técnicas de fuentes convencionales permiten estudiar el efecto en costos asociados a mantenimientos de la penetración de energía solar FV. Para esto se realizan simulaciones de operación a mínimo costo de corto plazo, unit commitment, del sistema eléctrico chileno, en representación uninodal, para diez escenarios distintos. Estos cubren situaciones previas a la interconexión (2015, 2018 y 2019), escenarios posteriores a la interconexión (2025 para dos planes de obra diferentes y cuatro escenarios de penetración solar) y un escenario 2025 sin interconexión. Para cada escenario propuesto se realizan cálculos asociados a la operación de las unidades térmicas de generación, en base a grupos de estudio, tales como: número de partidas, número de horas de operación, razón de ciclaje y seguimiento de carga. Luego se realiza un análisis de sensibilidad de la función de costo de manteniemiento, con el fin de entender la variabilidad en el número de horas de operación equivalente, los costos variables no combustibles (CVNC) y los costos asociados a mantenimiento. A lo largo del presente estudio se demuestra que la operación de las unidades de ciclo combinado y gas natural licuado (GNL) se hace cada vez más variable a medida que se inyecta energía solar FV en la matriz. Lo anterior se ve reflejado en el número de ciclos de encendido/apagado y seguimientos de carga realizado por las unidades, así como también en la disminución en su colocación de energía y número de horas de operación. Sin embargo, debido a la disminución en las horas de operación y energía generada de las unidades de ciclo combinado y GNL es que la cuantificación de este efecto no es directa. Se obtiene que los CVNC del grupo de estudio de unidades de ciclo combinado y GNL, constituido por 27 unidades que en conjunto alcanzan los 4.511 [MW] de potencia instalada, sufren un aumento de hasta 9 [USD/MWh] dependiendo del nivel de penetración FV y la función de costo de manteniemiento utilizada. Por otra parte, el análisis permite determinar que el aumento de los CVNC fluctúa entre los 0,05 y los 0,11 [USD/MWh] por cada 100 [MW] de energía solar FV agregados al parque generador. Asimismo, se demuestra que los costos asociados a mantenimiento del mismo grupo de estudio sufren un aumento superior a los 2.000.000 [USD] anuales dado el aumento en la frecuencia de los mantenimientos realizados por las unidades. Por último, se exponen recomendaciones estudiadas para mitigar los efectos asociados a la operación en ciclaje tales como la interconexión de sistemas, la presencia de energía hidroeléctrica en la matriz o la tecnología de concentración solar de potencia (CSP). De igual manera, como trabajo futuro se plantea el desafío de endogenizar la relación entre los costos de mantenimiento y la operación en ciclaje de las unidades térmicas de generación en el modelo de simulación.

Actualmente, la energía en sus diferentes formas, es un recurso necesario para el aprovechamiento del ser humano. Entre todas estas formas, la energía eléctrica cumple un papel fundamental, no solo en el ámbito industrial, sino también en nuestro desenvolvimiento cotidiano, haciendo posibles muchas de nuestras actividades. Asimismo, se puede lograr la generación de electricidad mediante diversos métodos, entre los cuales se encuentra el uso de una planta térmica, que es el sistema en el cual se realiza el presente trabajo. Dicho sistema usa vapor de agua para transformar energía térmica en energía eléctrica usando un ciclo termodinámico. Así, para determinar el valor de la potencia eléctrica recibida, es importante una adecuada medición de dicho flujo de vapor, pues ambas magnitudes tienen una relación directamente proporcional. En primer lugar, se definieron requerimientos previos a la realización del diseño de monitoreo de flujo másico, dentro de los cuales se observa que la forma de cálculo se deriva de la obtención de señales de sensores de presión y de temperatura. De esta forma se puede valorar el flujo másico indirectamente, y bajo estas condiciones se realizaron los diseños presentados. En segundo lugar se implementaron dichos diseños para comprobar los resultados inicialmente esperados usando las etapas de hardware y software. En tercer lugar se comprobó el funcionamiento del sistema total implementado y la planta térmica, cuyos resultados fueron monitoreados y registrados satisfactoriamente. Con los resultados obtenidos se concluye que el diseño presentado puede realizar el monitoreo en los intervalos inicialmente establecidos de temperatura entre 100 °C y 200°C y de presión entre 0 y 10 bar, con errores de 0.5% y 0.33% respectivamente. Todos los ensayos se realizaron en la planta térmica del Laboratorio de Energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú. / Tesis

El panorama actual del Perú nos indica, según datos del Ministerio de Energía y Minas (MEM), que aproximadamente 6 millones de pobladores no cuentan con el servicio básico de energía eléctrica, lo cual resulta ser un importante impedimento en el crecimiento de cualquier país; ya que lo limita de muchos beneficios y perjudica su calidad de vida al no tener acceso a las telecomunicaciones y a otros servicios que podrían perjudicar su salud. Dentro de este universo de peruanos se encuentran los pobladores de Ruta del Sol, ubicados en el Distrito de San Juan de Marcona, al sur del departamento de Ica, un asentamiento humano cuyos habitantes se dedican principalmente a la pesca y comercio, los cuales ven complicadas sus posibilidades de desarrollo por no contar con energía eléctrica. Para encontrar la mejor solución a este problema se analizó el aprovechamiento del recurso más abundante con el que cuenta la localidad, el cual según estudios hechos por el MEM resulta ser el eólico. El asentamiento humano "Ruta del Sol", zona que fue motivo del presente estudio, tiene una población de 300 familias, con un promedio de 5 habitantes por familia (según el INEI); cada poblador requiere una potencia instalada de 60 W aproximadamente (datos del MEM). El potencial eólico en la zona de San Juan de Marcona es aproximadamente de 100 MW, con lo cual es capaz de abastecer a todo el Departamento de Ica, cuyo consumo aproximado es de 104 MW. Estos datos, así como la frecuencia de utilización de la electricidad, permitieron dimensionar los sistemas a estudiar, los cuales resultaron de las combinaciones de dos recursos de distinto origen: El eólico y el fósil (diesel). Se estudiaron tres distintos escenarios: Sistema eólico, híbrido (eólico-diesel) y diesel, cada uno con sus ventajas y desventajas; al analizar el aporte de cada fuente energética en el cómputo global de la energía requerida en la comunidad, se ha elaborado un análisis que contempla los costos asociados a los tres distintos escenarios. El estudio de las alternativas se basa en calcular el coste normalizado ($/kWh) de cada sistema, valor que facilitará la elección de la configuración más adecuada. Este proceso incluye todos los gastos asociados a un proyecto durante todo su ciclo de vida, dando por resultado el coste normalizado del sistema, ($/kWh). Dentro de los costos tomados para este cálculo se consideró la inversión inicial, la vida útil de los distintos componentes, los costos de operación y mantenimiento y el costo asociado al consumo del combustible. / Tesis

El sector energía es uno de los principales causantes del calentamiento global, debido a la gran cantidad de gases de efecto invernadero que se generan por la quema de combustibles fósiles y las emisiones fugitivas2. De esta manera, las energías renovables (solar, hidráulica, geotérmica, mareomotriz, biomasa, y eólica) surgen como alternativas a las fuentes convencionales de generación eléctrica (carbón, petróleo y gas natural), pues no emiten GEI durante su operación, mas sí durante su ciclo de vida. Por ello, la implementación de estas fuentes energéticas en la matriz energética peruana permitirá mitigar la emisión de GEI a la atmósfera. En tal sentido, se propone el planteamiento de un parque eólico marino como fuente de generación eléctrica limpia, el cual nos permitirá brindar electricidad a los hogares peruanos a partir de un recurso inagotable como el viento. Se espera que la implementación gradual de energías renovables para la producción de energía eléctrica contribuya a disminuir las emisiones de CO2 eq generadas en este sector. De tal manera que el Perú pueda cumplir con las reducciones propuestas en la Contribución Nacional y los tratados internacionales de la COP. / Tesis

En esta tesis se analizan y proponen estrategias de control flexibles y robustas para el control de sistemas de conversión de energía renovables en el contexto de la generación distribuida. Se trabaja principalmente con la conversión de energía eólica y solar fotovoltaica, como así también con un sistema de almacenamiento y recuperación de energía. Se hace hincapié en el control de la potencia de la micro fuente, de forma tal de poder brindar las características requeridas para su conexión a redes de generación distribuida o micro redes. El análisis de estos sistemas de potencia está fuera de los alcances de este trabajo. En el caso de la energía fotovoltaica se realizan propuestas para la maximización de la extracción del recurso y el control activo de la potencia entregada por la micro fuente. Se realiza el análisis de estabilidad para los convertidores dc/dc más utilizados en este tipo de aplicaciones. También se extienden estos conceptos al control del convertidor electrónico de micro fuentes basadas en pilas de combustible. En el caso del control del sistema de almacenamiento y recuperación de energía, se propone una estrategia capaz de iniciar el sistema, funcionar intercambiando potencia con la red, realizar la protección del dispositivo de almacenamiento y apagado del sistema de forma automática. Se realiza el análisis de estabilidad de todos los modos de funcionamiento y la combinación de estos modos para lograr una operación global estable. En el caso de la energía eólica se investiga la operación de la turbina en todo el rango de velocidades de viento, como así también la extensión de la región de operación para realizar un control activo de la potencia de salida. El control activo de la potencia de salida de la turbina permite la incorporación de nuevos modos de funcionamiento como la generación de potencia con reserva para la contribución a la estabilidad de frecuencia. El control de las interfaces electrónicas se aborda en el marco del control por modo deslizante, mientras que para el control de turbinas eólicas se realizan propuestas en el marco de control robusto ($H_\infty$) y el control de parámetros lineales variantes (LPV). Para los sistemas fotovoltaico, con pila de combustible y de almacenamiento de energía se presentan resultados de simulación y experimentales. Para el caso de las turbinas eólicas, se presentan resultados de simulación con un modelo de alto orden (FAST) desarrollado por el Laboratorio de Energías Renovables de Estados Unidos (NREL). Los resultados obtenidos permitieron verificar la viabilidad y desempeño de las estrategias propuestas predichas por el análisis teórico.