Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento / El objetivo principal de esta investigación es el desarrollo de un método de encapsulamiento fotovoltaico de celdas de silicio; para satisfacer dentro del entorno local, las necesidades de proyectos no convencionales a pequeña escala sobre energía solar fotovoltaica. Encapsulado fotovoltaico es el proceso mediante el cual se recubren las celdas para protegerlas de factores ambientales, tales como radiación UV, humedad, temperatura; y factores mecánicos como impacto y flexión; para que puedan ser expuestas en la intemperie, manteniendo sus características físicas y eléctricas por un tiempo prolongado. Este proyecto contempla tres etapas principales: La primera de ellas es una investigación teórica, con un método descriptivo, para conocer las conceptos y criterios básicos en torno a esta tecnología, los cuales una vez interiorizados permiten generar nuevas propuestas de diseño. La segunda, es una investigación práctica, con un método empírico, sobre materiales, procesos y manipulación, en la fabricación de módulos fotovoltaicos. La tercera, es también de carácter práctica, utilizando los métodos empírico y correlacional, sobre las diferentes aplicaciones, tanto móviles como estáticas, de los diversos formatos de encapsulado propuesto. El resultado de este proyecto es: El desarrollo de dos tipos de encapsulado para aplicaciones móviles, probándose uno en cada proyecto, Eolian 4 y Protean 3, en las cuales varía la base-soporte utilizada, teniendo implicancias en la manipulación de los mismo. El desarrollo de dos tipos de encapsulado adicionales para aplicaciones fijas, basados en los anteriores, en los cuales se modificó la capa superior, vidrio en vez de barniz; instalándose los cuatro formatos en Santiago y Valdivia, obteniendo como conclusión que la capa superior de barniz ofrece una mejor eficiencia que la de vidrio, independiente de la base-soporte que se utilice.

El uso de recursos renovables como fuente de generación de energía es un tema estudiado por el Grupo de Apoyo al Sector Rural PUCP, grupo al que va dirigido el presente proyecto. Este tipo de energía también es conocida como energía limpia ya que para su utilización no se produce emisión de gases contaminantes. Dentro de este tipo de energía, específicamente dentro de la energía solar térmica, se encuentra el reflector solar parabólico Scheffler, que aprovecha y concentra el calor que provee el Sol. Este tipo de reflector solar es utilizado en la cocina de alimentos en general y su uso en el Perú tiene un gran potencial debido a la intensa radiación presente en gran parte del país. El reflector solar parabólico Scheffler, al estar formado por un arreglo de espejos en toda su superficie, ve mermada su eficiencia debido a errores de inclinación al ensamblar dichos espejos. El objetivo del presente trabajo es desarrollar el diseño de un sistema que permita la detección de la inclinación los espejos que componen un reflector solar parabólico Scheffler de 8 m2 de área. Este sistema determina el error en la inclinación tanto en el eje horizontal como en el eje vertical de cada espejo, mediante técnicas de visión por computadora y de barrido láser. El documento se divide en 4 capítulos. El primero de ellos describe la problemática que será solucionada. En el segundo capítulo se presentan los requerimientos del sistema y se plantean los conceptos de solución. A continuación, y sobre la base del concepto óptimo de solución escogido, en el capítulo 3 se describe el desarrollo del sistema de detección de la inclinación de los espejos, así como sus componentes mecánicos, electrónicos y de control. En el cuarto capítulo se detalla el presupuesto requerido para implementar el sistema y, finalmente, se presentan las conclusiones que se obtienen del desarrollo del presente trabajo. / Tesis

Ingeniero Civil de Minas / El trabajo realizado aborda la opción de utilizar energía solar fotovoltaica para el proceso de electroobtención de cobre, realizando evaluación técnica y económica. Para ello se realiza un dimensionamiento considerando tres tipos de sistemas: conectado a la red, fuera de la red y mixto; siendo el primero aquél donde se realiza una evaluación como generador y los siguientes una evaluación desde una inversión por parte de la empresa minera. Esto se realiza de modo de cuantificar los ingresos según el modelo de negocio. El trabajo es realizado en dos tópicos, la evaluación técnica que pretende identificar problemas en la conexión entre la generación fotovoltaica y la nave de electroobtención; y la evaluación económica que busca mostrar la viabilidad financiera de realizar o no este tipo de instalaciones. La evaluación técnica consiste en ver los problemas asociados a la conexión entre la carga y el generador, tales como los voltajes y los requerimientos de electricidad exigidos por la nave de electroobtención, en cada tipo de sistema realizado. Como resultado se obtiene que existe la tecnología para permitir la conexión entre la planta fotovoltaica y la nave, pero requiere un período de ajuste debido a las variaciones de potencia entregada a la carga de forma diaria y mensual; siendo el sistema mixto el que presenta mejores condiciones técnicas para operar. En la evaluación económica se generaron los escenarios de precios para realizar la inversión en la tecnología y ver si se sustentan financieramente. Se obtiene como resultado que en la situación actual no es viable realizar un sistema mixto, puesto que el escenario de precios de electricidad está un 5% debajo del límite para que el proyecto sea interesante. No obstante la opción de un sistema conectado a la red muestra una interesante oportunidad de negocio, que podría ser aplicada a otra área de una faena minera que no requiera una potencia constante. La generación mediante energías renovables no convencionales en la industria minera podría generar un impacto positivo en la comunidad puesto que permite disminuir en grandes consideraciones las emisiones, pero presenta dificultades legales en la implementación que pueden ser salvadas por la industria minera cuando este tipo de proyectos sean rentables.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / La generación de energía eléctrica se está convirtiendo en un problema como consecuencia de la contaminación producida por las centrales termoeléctricas. Las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (GEI) aumentan cada año debido a las crecientes necesidades energéticas de los países, lo cual contribuye al calentamiento global. Para disminuir estas emisiones es posible realizar programas de eficiencia energética en conjunto con el desarrollo de sistemas de generación eléctrica mediante fuentes de energías renovables no convencionales (ERNC). Chile, debido a sus características geográficas, tiene un enorme potencial para desarrollar ERNC en el corto plazo. Dentro de los lugares con mayor potencial se encuentra el norte de Chile, donde se tiene una de los mayores niveles de radiación solar en el mundo. Este trabajo tiene como objetivo principal el dimensionamiento de una central solar termoeléctrica cilindro parabólico con sistema de almacenamiento térmico (SAT) para la generación de energía eléctrica en el norte de Chile. Junto con esto, se dimensiona la central con distintos tamaños de SAT, con lo que junto a un análisis económico se intenta obtener el tamaño de SAT óptimo que minimice el costo normalizado de generación eléctrica (LEC). Para lograr el objetivo del estudio se genera una plataforma de simulación en el software TRNSYS, donde se obtienen los parámetros de funcionamiento de la central para los distintos tamaños de SAT a lo largo de un año de operación. Dentro de los resultados de la simulación obtenidos se encuentran: energía térmica producida por el campo de colectores, energía térmica en el SAT, energía eléctrica neta producida por el bloque de potencia y factor de planta de la central. Los casos en estudio fueron tamaños de SAT de: 0, 1, 3, 6, 7,5, 9, 12 y 15 horas; donde se obtiene que el rango de menor LEC se encuentra entre las 9 y 12 horas de capacidad. Además, para este rango se logran factores de planta de 63 a 72%, llegando a incluso un 79% para un SAT de 15 horas; valor muy cercano al factor de planta de centrales térmicas convencionales. Finalmente, se estima que el costo de generación eléctrica de la central solar con SAT ronda los 80$/kWh. Con lo que, junto a estimaciones futuras de costos en el SING y de la tecnología cilindro parabólico, se proyecta que este tipo de centrales solares se tornarían completamente competitivas entre los años 2016-2018 en el norte de Chile.

En este tiempo de crisis energética y de creciente concienciación ambiental, las viviendas bioclimáticas constituyen la principal aportación a un desarrollo sostenible, las energías renovables están cumpliendo un papel importante en el desarrollo de comunidades aisladas, ya que se muestran como alternativas de solución energética. La vivienda, actualmente no resulta ser el lugar de encuentro de la familia donde se comparte lo ocurrido durante el día, se crea un contacto con y entre los hijos y los padres, ya que las temperaturas muy frígidas, la elevada humedad, la falta o escasa iluminación y a veces la abundancia de humo hacen difícil un desarrollo armonioso de la familia al interior de la vivienda. Por lo tanto una vivienda que aprovecha las condiciones climáticas de su entorno, puede definirse como aquella diseñada sabiamente para lograr un máximo confort con el mínimo gasto energético. El presente trabajo plantea una iniciativa de desarrollo para la población del distrito de Cuispes-Bondara-Amazonas, donde se establece la posibilidad de analizar y desarrollar una vivienda que no solo sea confortable sino también amigable con el ambiente. Así mismo se busca determinar la carga térmica para mejorar las condiciones de vida de la población y evaluar el potencial solar térmico de la zona. Todo esto se llevará a cabo analizando el diseño de ingeniería y las alternativas tecnológicas para el acondicionamiento de la vivienda, teniendo en cuenta elementos de bioclimatización y sostenibilidad, que posteriormente se adaptan a la realidad nacional, de donde se concluye un potencial para el uso de la energía solar como fuente energética de la vivienda, así como la circulación de aire fresco dentro de la estructura propuesta. Para ello, se describen los diferentes tipos de sistemas energéticos bioclimáticos y los de control climático, además de los criterios de diseño para su correcta ejecución, dando mayor importancia a la incorporación de energías renovables, teniendo en cuenta la normativa aplicable en la actualidad. / Tesis

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En este trabajo se ha desarrollado la implementación de una planta de concentración solar de receptor central (CRS por sus siglas en inglés Central Receiver System), conocida también como campo de helióstatos o central solar de torre, ubicada en el norte grande de nuestro país, región de Antofagasta, ciudad de Calama. La ventaja y atractivo de esta tecnología, en contraste con la experimentada de colectores cilindro parabólicos, en adelante CCP, es la mayor eficiencia que se puede obtener en el ciclo térmico de potencia, gracias a su tecnología de seguimiento en dos ejes que concentra en mayor grado la radiación solar. De esta manera, resulta posible trabajar con vapor saturado de alta temperatura, lo que se traduce en una mayor eficiencia resultante del ciclo de potencia de la central. La primera parte del trabajo se centra en explicar la modelación de la tecnología de concentración solar. En particular, se presentan los siguientes contrastes con la tecnología CCP: forma plana del reflector frente a una parabólica; sistema de seguimiento en dos ejes y no en eje único; disposición de los espejos dentro del terreno; receptor central versus al receptor distribuido de los reflectores parabólicos; distinto fluido térmico de trabajo, explicado por las distintas temperaturas de operación alcanzadas; entre otras. Posteriormente, se analiza el impacto positivo en el desempeño de la planta al incluir un sistema de almacenamiento térmico, para lo cual se procede a programar y exponer en el software Matlab® un grupo de funciones que representan la dinámica de la planta con y sin este sistema. La metodología que permite mostrar la salida eléctrica en función de la disponibilidad solar, es el balance de energía en las componentes principales de la central: campo de helióstatos, receptor, tanque de almacenamiento y generador de vapor. Un punto al cual se le prestó especial énfasis, fue la descripción del mercado eléctrico de nuestro país y los incentivos concretos, traducidos en normas, que apuntan a introducir las ERNC (energías renovables no convencionales) a la matriz energética de nuestro territorio. En particular, el mecanismo de cuotas ERNC, que exige que un porcentaje de la energía despachada por las centrales convencionales provenga de fuentes renovables, se traduce en una fuente adicional de ingresos para la central solar. Finalmente, se ha hecho confluir el aporte del sistema de almacenamiento a las posibles estrategias de despacho de la central, de modo de maximizar los ingresos por venta de energía y por suministro de potencia firme, o de suficiencia, en las horas de demanda punta. El análisis global demostró que el sistema de almacenamiento no sólo permite mejorar la eficiencia de operación de la central, por medio del despacho constante a capacidad nominal, incluso ante la presencia de un frente transitorio de nubes, sino, y de acuerdo a la revisión de los distintos indicadores financieros, que su presencia permite maximizar los ingresos obtenidos, disminuir el periodo de recuperación del capital, aumentar el VAN del proyecto y aún más destacable: hacer rentable el proyecto no convencional.

Ingeniero Civil Mecánico / En el norte de Chile el problema de agua toma cada vez más importancia siendo la desalinización una posible solución. Sin embargo, el gasto de energía en combustibles fósiles para producir agua por desalinización sólo puede ser costeado por algunas localidades del mundo. A menudo ocurre que áreas geográficas donde se necesita agua tienen alta radiación solar como es el caso del norte de Chile, país con mayor radiación del mundo según la Universidad de Chile. La idea, entonces, es estudiar la factibilidad técnica-económica de desalinizar agua a pequeña o mediana escala, con energía solar térmica, en localidades costeras del norte de Chile. De la gama de métodos térmicos para desalinizar, el que presenta mejores ventajas comparativas es el método multiefectos (MED). Luego, tomando las distintas configuraciones del proceso MED, se tiene que para energía solar térmica, la mejor opción es el método multiefectos por apilamiento (MES en sus siglas en inglés), que corresponde al mismo principio MED pero las etapas se encuentran una sobre la otra, tal como los pisos de un edificio. De las localidades costeras del Norte de Chile se seleccionaron: Mejillones, Caldera y Chañaral, cuyos recursos solares son similares siendo Mejillones el más alto y Caldera el menor. Se creó un modelo del método de desalinización MES y se implementó un código Matlab, el cual requiere una serie de parámetros de entrada tales como: número de etapas, temperatura del primer y último efecto, flujo del fluido caliente que provee el input de calor a la planta, el flujo de agua que alimenta el sistema, su salinidad y su temperatura. Con ello, se puede modelar la planta completa. El modelo se ha ajustado y validado con datos reales de una planta piloto de igual tecnología en la Plataforma Solar de Almería. También se ha visto su sensibilidad al cambiar parámetros como la temperatura del primer efecto y la diferencia de temperatura del agua de enfriamiento en el condensador. En la inversión se estima un costo de US$ 7.265.452 para Planta Mejillones, lo que corresponde a 7.137 US$/m3 de producto. Planta Chañaral tiene un costo de US$ 9.999.120, correspondiente a 6.752 US$/m3. Finalmente, Planta Caldera tiene un valor de US$ 11.535.721, equivalente a 6.826 US$/m3. Costos de Operación y mantenimiento se estiman en US$ 424.6855 para Mejillones, US$ 720.780 para Caldera y US$ 689.1389 para Chañaral. Haciendo un flujo de caja con un horizonte de 20 años, una tasa de descuento del 10% y con los precios de venta de agua actuales, se obtiene un VAN de MUS$ 2.426 para Mejillones, MUS$ 2.148 para Caldera y MUS$ 3.360 para Chañaral. Con ello se concluye que según las estimaciones realizadas, la desalinización por medio de energía solar térmica es económicamente factible y competitiva. Al considerar la planta de Caldera como si fuera convencional a petróleo, se tiene que con los precios actuales de venta de agua, la planta no es económicamente factible hasta que se llega a un precio de venta de 9,63 $US/m3, muy superior a los 4,23 $US/m3 de venta actual en Caldera.

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / Sistema experimental y exhibidor desarrollado para facilitar la investigación de celdas solares biosintetizadas, configuradas en modelo por capas con vidrio FTO. Dicho sistema, representa las siguientes ventajas para el trabajo del investigador: 1)Actúa como complemento en instancias complejas y propensas a error del proceso de investigación. Siendo sus resultados más verídicos, ya que se utiliza un modelo experimental estandarizado. Y por otra parte, una menor cantidad de errores derivados a las herramientas experimentales y al operador. 2)Comunicación de los alcances principales de la investigación, a través de un medio que permite la interacción de los científicos con un público fuera del área académica, apoyados en el acto empírico que sustenta los alcances alcanzados .Complementando la teoría con la demostración in situ. La implementación del sistema experimental en la investigación, significa para el proceso a) Estandarización de las muestras y disminución de errores en su preparación, gracias a la preparación de los elementos para la experimentación, a través de plantillas de demarcación y de ensamblaje. b) Aplicación del electrolito de manera más eficiente (capa homogénea) y como un proceso más cómodo para el científico. c) Estandarización y simplificación del contexto experimental (fuente de luz y circuito eléctrico d) Mejora de los parámetros fotovoltaicos de las celdas e) Extensión de la vida útil de las células solares, de 43 minutos en promedio a 7 días. Lo que representa una gran ventaja en la investigación, ya que le otorga más confiabilidad a los resultados (puesto que descarta bajas significativas en las propiedades eléctricas de la celda v/s tiempo transcurrido). Además permite la repetición de las evaluaciones con la misma muestra. f) Disminución del tiempo promedio total de experimentación (desde la preparación de los elementos hasta la evaluación de todas las muestras.) De 8,5 horas a 3,3 horas (en un 61%). Es importante aclarar, que este tiempo promedio considera repeticiones por errores del investigador y de las evaluaciones en sí. g) Mejor aprovechamiento de los recursos, ya que se requieren menos repeticiones en la construcción de las celdas, se cuida la integridad de los vidrios FTO (extendiendo su vida útil). Además, se requiere de una menor cantidad de electrolito por celda. / 01-01-2021

En muchas zonas del Perú, debido a su difícil acceso y ubicación, es complicado que la energía eléctrica se extienda hacia ciertas comunidades lejanas, lo que significa una merma en el avance tecnológico y conlleva a un retraso si se compara con otras comunidades con mayor población y mucho más con las ciudades, que sí cuentan con energía eléctrica. Entonces, existe la necesidad en ciertos pueblos y zonas rurales de nuestro país, de contar con energía eléctrica que se pueda obtener a partir de una fuente segura y confiable; dado que esto llevaría consigo un desarrollo tecnológico; además, un fuerte desarrollo económico por las múltiples opciones de mejoras en los procesos de elaboración de productos que ellos comercializan, entre los que se pueden citar: una mejor producción de ganado vacuno y sus productos derivados, así como alimento para el ganado. Por ello, se tiene como objetivo, diseñar un sistema con paneles solares para poder cargar baterías y así, energizar motores para picadoras que se proyecta utilizar en la comunidad Micaela Bastidas en el distrito de Barranca, Lima. Se harán visitas a la comunidad Micaela Bastidas en la quebrada Venado Muerto con el fin de observar sus principales actividades y cómo, mediante el uso de la energía solar, se pueden mejorar las mismas. Se verá, con los pobladores y campesinos, sus necesidades reales para que el sistema diseñado vaya acorde con estas. Se evaluará, en el marco económico, el ahorro que les generaría un sistema así, los beneficios que presenta comparado con el sistema de carga de baterías que tienen actualmente. Finalmente, nuestro sistema se dimensionará de acuerdo a todo estos datos, para así satisfacer las necesidades energéticas de la población. / Tesis