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

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

Este trabajo tiene como objetivo principal evaluar la factibilidad técnica y económica de una central de generación de energía eléctrica termo solar. Para lograr este objetivo, se evaluó en primer lugar, la energía proveniente de la radiación solar en el norte grande de Chile, considerando las condiciones geográficas y climáticas. Adicionalmente a lo anterior, se analizaron las diversas tecnologías que existen hoy en día para el procesamiento de la energía directa del sol, comparando sus virtudes y defectos para su aplicación en Chile. A partir de la información disponible de experiencias extranjeras en este tipo de tecnologías fue posible extrapolar magnitudes y costos, y comprender los aspectos relevantes para evaluar un proyecto de esta naturaleza en Chile. En este contexto se determinó, en primer lugar, el potencial de energía solar anual existente en las primeras tres regiones de Chile, que es igual a 70 [GW]. Adicionalmente, se estimaron factores y parámetros generales para poder dimensionar una central termo solar en base a paneles cilindro-parabólicos, y, también, la superficie de terreno utilizada y la energía generable anualmente. Se estudió los beneficios ambientales y económicos de generar electricidad a través de centrales solares, viéndose reflejados estos ingresos económicos en la venta de bonos de carbono a países desarrollados. También, se estudió el efecto que generará en la evaluación económica la ley de fomento de las energías renovables. Luego de haber dimensionado una central estándar y de estimar sus costos de inversión y operación, se hizo un análisis de rentabilidad, determinando que aún no se obtiene un VAN positivo en este tipo de proyectos (VAN = -31,5 millones de US$ y una TIR de 8,27%). Sin embargo, se prevé que todos los costos relacionados a la energía solar irán decayendo en los próximos años, producto de un mejoramiento de las tecnologías y del aumento en las escalas de las ventas. Finalmente, por tratarse de una tecnología limpia, seguramente su implementación será incentivada por diversas políticas estatales y mundiales.

En la sierra del Perú existen muchos pobladores indígenas que viven en regiones donde la temperatura, durante las noches, desciende a valores menores que cero grados centígrados. Debido a la falta de apoyo gubernamental en el aspecto económico, durante el año 2009 se ha registrado un número elevado de muertos, especialmente niños por problemas respiratorios. Frente a este grave problema que enfrentan los peruanos en las zonas alto-andinas se propone diseñar una cama calefactora, mediante el uso de la energía solar, para proporcionar confort térmico al campesino de la sierra durante las noches. En el primer capítulo, se investiga el estado de la tecnología de sistemas de colección y almacenamiento de energía solar. En el segundo capítulo, se selecciona el proyecto óptimo. Se analizan las diversas alternativas de solución comparando los valores técnicos y económicos de cada concepto de solución. Esto da como resultado el uso de un colector solar de placa plana con aire como sistema de colección de energía solar y la utilización de una pila de piedras como sistema de almacenamiento de energía solar. En el tercer capítulo, se realiza el diseño y los cálculos de la cama calefactora. Se dimensionan las estructuras de acuerdo a la lista de exigencias. Luego se verifica que el área del colector proporcione el suficiente calor para cumplir el requerimiento del confort térmico del campesino durante las noches. En los anexos se proporcionan extractos de las fuentes utilizadas (datos meteorológicos de SENAMHI y un trabajo de investigación) para el desarrollo del cálculo. Se diseñó una cama calefactora mediante el uso de energía solar para proporcionar el confort térmico al campesino en las noches. El campesino necesita un suministro de calor de 35 W durante 10 horas lo cual resulta en una carga térmica de 1300kJ. La pila de piedras tiene un volumen de 0.5m3 y se calienta hasta una temperatura de 22°C durante el día y disminuye hasta una temperatura de 15°C en invierno. Este cambio de temperatura libera 2200 kJ, lo cual nos asegura que la pila de piedras proporcionará la cantidad de calor que necesita el hombre para encontrase en la zona de confort térmico. Finalmente, se incluye los planos necesarios para la construcción de la cama calefactora. / Tesis

El principal objetivo de la tesis es fomentar el interés e investigación en energía renovable por parte de la comunidad con estudios superiores, mediante el diseño de un sistema fotovoltaico aislado para abastecer a 15 computadoras portátiles en la PUCP. En el primer capítulo, se definen los conceptos más relevantes, los principales fundamentos teóricos y las características de los equipos que conforman una instalación fotovoltaica aislada, utilizando bibliografía de autores con presencia en la industria fotovoltaica. En el segundo capítulo, se elabora una lista de exigencias, recopila condiciones del sitio, obtenidos de la Estación climatológica Hipólito Unanue en la PUCP y se estima la demanda del consumo energético, el cual tiene un valor de 158.4 Ah/día. Luego, se dimensiona la cantidad de baterías, paneles fotovoltaicos, inversores y controladores a emplear. Se obtiene el siguiente arreglo, al iterar varias veces:  12 baterías 250 Ah / 12V (3 ramales de 2 paralelo y 2 en serie).  24 paneles de 150 Wp. (3 ramales de 4 paralelo y 2 en serie)  3 controladores de 50A y 24V.  1 inversor 24V/230V – 1200w Asimismo, se estimar la distancia y características de los cables de acuerdo a la ubicación y cargas, y se dimensionan elementos de protección mediante la IEC 60364-5-52 “Instalaciones eléctricas en edificios”. En el tercer capítulo, se diseña la estructura y se realizan cálculos justificativos de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), se emplea el método AISC-LRFD. Además, se realiza una simulación estática de la estructura final en ANSYS y se verifica el cumplimiento en cuanto a deflexiones y esfuerzos; se realiza un listado de materiales y recomendaciones para el montaje. En el capítulo final, se estima un Capital Expenditure (CAPEX) de S/. 67’815, un Operational Expenditure (OPEX) de S/.200 anuales y Emisiones de Gas de Efecto Invernadero (GEI) no emitidas de 4.35 anuales. / Tesis

La falta de electrificación rural en el Perú ha sido uno de los problemas sociales más importantes y menos trabajados desde hace varios años. Debido a la difícil y costosa tarea de generar y distribuir electricidad por medio de torres de alta tensión, en ciertas zonas del país (zonas de electrificación aislada); se consideró invertir en el uso de energías renovables que no sean costosas y permitan al poblador contar con la energía suficiente para mejorar su condición de vida. Una de las energías renovables de mayor uso es la energía solar por su fácil manejo y acceso. Ésta se puede recolectar por medio de paneles fotovoltaicos que generan electricidad, la cual se puede almacenar en un banco de baterías para su uso en caso de no disponer del sol. Además para mejorar el rendimiento de la generación de energía, se puede implementar un seguidor solar que permite orientar los paneles fotovoltaicos en dirección a la posición del sol la mayor parte del día. El presente trabajo tiene como finalidad, diseñar un sistema mecatrónico que permita situar dos paneles fotovoltaicos en dirección a la posición del Sol. Esto con el fin de aprovechar de la mejor manera los niveles de radiación que inciden en los paneles solares, buscando obtener mayor energía para el consumo del hogar. Además, el sistema es capaz de informar sobre los problemas típicos, como lo son la suciedad de los paneles y las fallas técnicas del inversor, que pueden o no ser solucionadas por el usuario. En caso estas fallas existan el sistema pasará a mostrar al usuario una señal que le informará que el sistema mecatrónico requiere de un mantenimiento lo antes posible. Se tiene como objetivo que el sistema mecatrónico no sea de un precio elevado para su producción e instalación en zonas aisladas del Perú. / Tesis

En el presente trabajo de tesis se desarrolla el diseño energético de una turbina de impulso auto-rectificante de 15 W para el laboratorio de energía (LABEN) de la PUCP. Esto se hace en base a recomendaciones y datos experimentales de investigaciones previas, primero seleccionando el tipo de turbina a tratar en el trabajo y posteriormente definiendo la geometría tomando la base teórica sobre este tipo de turbomáquinas. El diseño se basa en teoría bidimensional de turbomáquinas, principalmente la fórmula de Euler, como también en correlaciones experimentales para la estimación de pérdidas a través de la turbina, como las de Soderberg, Ainley y Mathieson, entre otros. Se utiliza una metodología basada en las correlaciones de pérdidas y la teoría básica de turbinas auto-rectificantes para que con la ayuda de un software computacional (específicamente MathCad) se logre predecir el comportamiento de la turbina. Los resultados analíticos de esta metodología son comparados con datos experimentales de otros autores obteniendo resultados satisfactorios. Se realiza un cálculo iterativo para seleccionar el diámetro y obtener simultáneamente la potencia deseada. Este cálculo iterativo se realiza al reemplazar diferentes diámetros y aplicar el modelo de MathCad junto con los datos de la instalación del LABEN que se selecciona para el trabajo. Finalmente, habiendo verificado que la metodología empleada corresponde con la realidad y habiendo definido las dimensiones de la turbina, se procede a realizar el diseño en 3D de esta, como también los cálculos de resistencia para verificar que no falle mecánicamente. Para la turbina del proyecto, se propone la instalación para el LABEN como también los ensayos a realizar, equipos a utilizar y las gráficas a obtener en base a los datos. / Tesis

La restructuración de los mercados eléctricos con el objeto de introducir competencia ha originado la creación de agentes que se encarguen de la administración de los mismos, pero con herramientas modernas que les permitan supervisar el comportamiento del sistema eléctrico y la conducta de los agentes en el mercado eléctrico. La supervisión de la operación de un mercado requiere de información constante de los cambios que se presentan en el mercado, es así como surgen los Sistemas de Monitoreo de Mercado (SMM). Los SMM están constituidos por un conjunto de indicadores, los que a su vez, pueden ser variables, relaciones que se calculan, complejos resultados estadísticos tanto del sistema o mercado eléctrico, que permiten hacer seguimiento del desempeño y la seguridad del sistema así como también detectar eventuales conductas anticompetitivas y vacíos en la normativa, lo cual una vez evaluado es susceptible de ser corregido. Adicionalmente, permiten a los agentes que interactúan en el mercado la identificación de estrategias de negocios y de esta manera se pueda lograr una asignación eficiente de los recursos disponibles. La presente investigación sugiere un esquema para elaborar un SMM que sirva de apoyo a la vigilancia y toma de decisiones en el sector eléctrico, el mismo que resulta aplicable a las necesidades de un sistema hidrotérmico como el peruano. Para esto se plantea un esquema de diseño general de SMM y la forma como se debería distribuir la información para beneficio de todos los agentes en sus decisiones. Se determina un grupo de indicadores de la literatura técnica actual, de los cuales se seleccionan los que son aplicables al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional, los mismos se agrupan en cuatro categorías principales: situación de la operación del mercado, situación de la operación del sistema, estructura del sistema y, desempeño y poder de mercado. Finalmente, se evalúan en el tiempo siete (7) indicadores asociados a situaciones críticas que repercutieron en el mercado eléctrico peruano y su importancia del seguimiento que se les debe hacer. Palabras Clave: Mercados Eléctricos, Sistemas de Monitoreo de Mercado, Indicadores, Supervisión, Vigilancia. / Tesis

A pesar de la creciente utilización de energías alternativas en el mundo y de las ventajas que presenta la energía eólica, en Bolivia el aprovechamiento de este tipo de energía es mínimo. Para la generación de energía eléctrica a partir de energía eólica se consideran turbinas, las cuales, acopladas a un generador, logran convertir esta energía para ser aprovechable. Considerando que el generador presente en el mercado boliviano es el de inducción de jaula de ardilla, este se toma en cuenta en el presente proyecto. Dado que las turbinas eólicas pueden trabajar a velocidad fija o variable para aprovechar el recurso eólico, el proyecto de grado propone un esquema de control para una turbina eólica de velocidad variable con generador de inducción de jaula de ardilla orientado a su implementación en un dispositivo procesador digital de señales. La técnica de control con la que se trabaja es el control vectorial indirecto y para ella es necesario conocer los modelos matemáticos tanto de la turbina eólica como del generador de inducción de tipo jaula de ardilla, y para controlar este sistema, es necesario adicionar una etapa de potencia. La topología para la etapa potencia a considerar es la conversión denominada ‘back to back’ que se compone de un rectificador del lado del generador y de un inversor del lado de la red. Dicha topología permite el control separado de las variables de lado del generador y del lado de la red. Para conectar, en el desarrollo del modelo, la turbina eólica con generador de jaula de ardilla se empleó la etapa de potencia descrita en base a componentes IGBT, los cuales se controlan mediante modulación vectorial espacial (SVM), de la cual también se propone un algoritmo para su implementación en un dispositivo digital. Con objeto de validar el conjunto de algoritmos y de comprobar el desempeño esperado de la etapa de control, se desarrolla una simulación en ‘Simulink’ de ‘Matlab’ donde se implementan los modelos matemáticos de la turbina y el del generador, la electrónica de potencia y los algoritmos de control obteniéndose resultados de simulación de acuerdo a requerimientos dados

Ingeniero Civil Eléctrico / Este trabajo se originó por la necesidad de la empresa Colbún S.A de construir un parque fotovoltaico con capacidad máxima de 3 MW y que pudiera ser instalado en terrenos colindantes a centrales en servicio, con el fin de que su punto de conexión sea lo mas expedito. El objetivo es conocer las variables que contemplan la ingeniería y el costo de inversión para la construcción de un parque fotovoltaico, para lo cual se escogieron dos posibles ubicaciones. Los terrenos corresponden a la central Carena, ubicada en la Región Metropolitana, y Central Candelaria, ubicada en la VI Región del Libertador General Bernardo O'Higgins. Se solicitó la información topográficas y ambiental de ambas propiedades con el fin de determinar la superficie útil para la instalación de este parque fotovoltaico. Posteriormente esta información fue corroborada con visitas a terreno, lo que permitió determinar la viabilidad de instalar este proyecto en el terreno colindante de Central Candelaria. Teniendo el terreno útil de esta instalación, se determinó la máxima potencia a instalar según tecnología; Policristalino (1,5 MW) o Thin Film (1 MW). Como el concepto manejado por Colbún S.A. para este proyecto es de carácter de conocimiento de este tipo de tecnología, el valor de inversión obtenido y los indices de ingreso no son impedimento para la construcción de este proyecto. Por otra parte, al comparar ambas tecnologías se sugiere utilizar módulos policristalinos, pues la potencia a instalar es mayor en un 50% respecto al módulo Thin Film aplicados en el mismo terreno, y a su vez su inversión por MW es un 17% menor.