Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo de la conversión de energía desde fuentes renovables no convencionales forma parte fundamental de la investigación y desarrollo de nuestro presente. Una de las tecnologías más utilizadas es la solar fotovoltaica, cuyo objetivo es convertir directamente la energía solar proveniente del sol en energía eléctrica para ser utilizada por sus consumidores. La utilización de módulos fotovoltaicos (PV) para la conversión de energía solar ha sido un gran avance de la ingeniería moderna, pero aún posee importantes puntos pendientes en su desarrollo. La dependencia del rendimiento con la temperatura de la celda, convierte a este parámetro en uno de los más relevantes a la hora de diseñar mejoras en el desempeño de un panel fotovoltaico operando en condiciones reales. Mientras mayor sea la temperatura que alcance el panel, menor será su rendimiento eléctrico final, por lo que es de gran interés poder controlar el desempeño frente a condiciones externas mediante algún tipo de disipador de calor. El estudio presentado tiene por objetivo general presentar un estudio acerca de la temperatura al interior de un panel fotovoltaico con disipador de calor mediante análisis teórico y simulaciones computacionales para un módulo sometido a condiciones atmosféricas reales del norte de nuestro país. El objetivo principal es analizar la distribución de temperatura en el módulo fotovoltaico y la influencia de la presencia del dispositivo disipador de calor en el aumento de la eficiencia del panel fotovoltaico, mediante la caracterización de la resistencia térmica que posee el conjunto panel-disipador. Para conseguir el objetivo planteado, se realiza un análisis teórico de la temperatura en el interior del panel fotovoltaico mediante un balance energético (definición de la temperatura de celda en función de la radiación incidente, pérdidas por radiación y convección al ambiente, y pérdidas por disipación de calor y por generación de energía) para un modelo simplificado. A continuación se realizan simulaciones computacionales mediante software especializado en análisis por elementos y volúmenes finitos (ANSYS Mechanical) para poder realizar un análisis térmico en tres dimensiones. Luego de obtener resultados numéricos que permitan caracterizar la temperatura al interior del panel se procede a optimizar el diseño del disipador de calor mediante simulaciones con diseño paramétrico (ANSYS APDL) para poder caracterizar la influencia de la geometría del disipador en la resistencia térmica. Finalmente, se realiza un análisis cuantitativo del incremento en la eficiencia del panel en base a los resultados obtenidos por las distintas simulaciones. La memoria se desarrolla en el contexto del proyecto FONDECYT N° 11110235 Charge carrier flow hydrodynamics in PN junctions with applications to photovoltaic solar cells junto con el trabajo de otros memoristas y tesistas.

Ingeniero Civil Químico / This work reports the application of the Life Cycle Assessment (LCA) technique to the analysis of the main copper production processes in the Chilean context. The goal of the study was to estimate the environmental benefit, in terms of Global Warming Potential (GWP), that can be achieved with more intensive use of solar technologies to produce energy for the Chilean mining industry. Specifically, the copper industry and its GWP are the focus of the work. A baseline for current GWP of pyro and hydrometallurgical copper processes was built, using 2014 average data for the Chilean industry. Pyro-processes are estimated at 4.901 [kgCO2eq(ton Cu)-1] and hydro-processes at 3.960 [kgCO2eq(ton Cu)-1]. Most of the overall Green House Gases (GHG) emissions for each type of process are electricity-related (87% in pyro-process and 76% in hydro-process). Photovoltaic (PV), Concentrated Solar Power CSP, and solar thermal technologies were assessed. For pyro-process GWP decreases 10% when integrating PV and 35% when integrating CSP. And for hydro-process GWP decreases 14% with PV, 48% with CSP and 4% when employing solar thermal technology. The highest GWP reduction is achieved when both CSP and solar thermal technologies are integrated in hydro-process. 2.090 [kgCO2eq(ton Cu)-1] are saved and GWP of this process decreases 53%. Suggestions for future steps of this research are: perform technical feasibility and economic evaluations of proposed alternatives, evaluation of other mixed technologies scenarios, improving process step-resolution in the models, and adopting a process-comprehensive approach (understanding the purpose of every energetic resource in the process). This will allow to achieve a better comprehension of the processes under study and propose new alternatives for solar technology integration in mining industry. El presente trabajo da cuenta de la implementación del método de Análisis de Ciclo de Vida (LCA, por su sigla en inglés) a los principales procesos productivos del cobre en el contexto chileno. El objetivo de este trabajo es estimar el beneficio ambiental que se podría alcanzar con un uso más intensivo de tecnologías solares en la industria minera nacional. Específicamente, el trabajo se enfoca en el potencial de calentamiento global (GWP por su sigla en inglés) de la industria de cobre. Se construyó una línea base para el GWP de los procesos piro e hidrometalúrgicos, considerando las condiciones actuales y empleando datos promedios para la industria chilena para 2014. Las emisiones del proceso pirometalúrgico se estiman en 4.901 [kgCO2eq(ton Cu)-1] mientras las del hidrometalúrgico en 3.960 [kgCO2eq(ton Cu)-1]. La mayoría de las emisiones totales de Gases de Efecto Invernadero para cada tipo de proceso provienen de la generación eléctrica (87% en pirometalurgia y 76% en hidro). Se evaluaron las tecnologías fotovoltaica (PV), solar de concentración (CSP) y solar térmica. La mayor reducción del GWP se logra al integrar CSP y solar térmica en el proceso hidrometalúrgico. Se dejan de emitir 2.090 [kgCO2eq(ton Cu)-1] y el GWP disminuye en un 53%. En pirometalurgia GWP disminuye 10% cuando se integra PV y 35% con CSP. Y en hidrometalurgia GWP disminuye 14% con PV, 48% con CSP y 4% con solar termal. Para los próximos pasos en la investigación se sugiere: realizar análisis económicos y de factibilidad técnica para las alternativas propuestas, evaluar la utilización de otras combinaciones de tecnologías solares, aumentar la resolución en etapas con la que se representa las líneas productivas y adoptar un enfoque de comprensión del uso de los recursos energéticos en el proceso (process-comprehensive approach). Esto permitirá lograr una mejor comprensión de los procesos en estudio y proponer nuevas alternativas para la integración de tecnologías solares en minería.

Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión para la Globalización / Este trabajo tiene como objetivo desarrollar un plan de negocios que conjugue el crecimiento del mercado del Turismo (incluye sector Gastronómico) en la región de Antofagasta, comuna de San Pedro de Atacama, y los beneficios y gran potencial que ofrece el mercado de las energías eléctricas solares en la misma localidad. El plan es desarrollado para Acmasin, una empresa proveedora de productos y servicios relacionados con generación de energía mediante fuente solar que tiene base de operación en Calama. Para lo anterior se utilizó una serie de herramientas teóricas pertenecientes a varias disciplinas como Plan de Negocios, Análisis y Evaluación Estratégica, Evaluación Económica de Proyectos, Evaluación de Riesgos y otras. Los datos utilizados fueron recogidos de diferentes fuentes públicas; así como también, de datos propios de Acmasin y de su conocimiento y experiencia en ambos mercados mencionados Las oportunidades que se abren en el mercado del Turismo en la comuna de San Pedro de Atacama están dadas por el alto consumo energético, relativa baja cobertura eléctrica a los domicilios y lo elevado de las tarifas que los clientes pagan a la empresa generadora local. Así Acmasin ofrecerá la venta de energía eléctrica generada por una configuración fotovoltaica instalada en las dependencias del cliente, pero de propiedad de Acmasin; la energía generada será inyectada directo a la red eléctrica de los potenciales clientes para consumo inmediato sin baterías de almacenamiento (sistema interconectado a la red eléctrica del cliente). Adicionalmente, las condiciones del mercado permiten extender la iniciativa al sector Residencial donde también se tienen tarifas elevadas y baja cobertura eléctrica. Para la puesta en marcha y operación, toda la tecnología y equipos de generación eléctrica solar serán adquiridos en China por su calidad y precios. Otra componente internacional corresponde al capital de inversión, el cual sería proporcionado íntegramente por una compañía con base de operación en Shanghái, la cual desea obtener presencia en Chile. Las conversaciones entre los ejecutivos de Acmasin y la empresa China para concretar la iniciativa se basarán en este plan de negocios. El VAN del proyecto es de 46.284 US$, para un periodo de 10 años a una tasa de descuento del 18%, 100% capital propio. Tasa TIR de 22,75%. EL capital requerido es de 340.030 US$, el periodo aproximado de recuperación de la inversión es de 6 años. El valor residual es de 149.207 US$ asumiendo flujos como perpetuidad a una tasa del 2,5%. El proyecto no solo ofrece beneficios económicos para sus gestores, sino que también permite desarrollar ventajas competitivas con una tecnología que probablemente se convierta en una opción energética totalmente competitiva para extenderla a otras regiones del país en el mediano plazo.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El Parque Natural Karukinka es un área protegida privada de 312.000 hectáreas ubicado en Tierra del Fuego, extremo sur de Chile. Sus instalaciones son antiguas instalaciones ganaderas y forestales que han sido reacondicionadas para el soporte de actividades de investigación y de turismo tendientes a la conservación. Dichas instalaciones carecen de sistemas eléctricos eficientes, lo que motiva la realización del presente proyecto de diseño y dimensionamiento para dichos sistemas buscando, de esta manera, constituir una herramienta facilitadora para el desarrollo exitoso del proyecto de conservación. El presente trabajo incluye el diseño de cuatro sistemas eléctricos híbridos aislados de la red e independientes entre sí, que combinan generación Diésel con aquélla basada en energías renovables no convencionales (ERNC), las cuales se restringen, en este caso, a las energías fotovoltaica y eólica. Los medios de almacenamiento energético considerados son los bancos de baterías de ciclo profundo y el hidrógeno. Para llevar a cabo el proceso de diseño, se procede a caracterizar de manera detallada la disponibilidad del recurso eólico y solar en los puntos de interés dentro del parque, al mismo tiempo que se generan los perfiles de demanda mensuales, según la operación actual o proyectada para cada punto de interés dentro del parque. Por otro lado, se determinan las principales componentes del sistema híbrido, caracterizándolas de manera teórica, obteniendo los parámetros que las definen en la práctica para el rango de potencias considerado, y realizando finalmente la definición de los costos asociados a cada una de ellas. Posteriormente se evalúan las distintas alternativas de suministro eléctrico factibles para satisfacer la demanda, optimizándolas de acuerdo al costo presente neto (CPN), al mismo tiempo que se analizan las emisiones de CO2 que produce cada una, observándose que a pesar de las diferencias en las demandas y en los recursos energéticos, los sistemas híbridos óptimos incluyen las mismas tecnologías. Se demuestra así la importancia de incluir bancos de baterías para disminuir la energía excedente y las emisiones atmosféricas. De igual manera, se concluye que los sistemas óptimos son los que combinan generación Diésel y eólica con dichos bancos de baterías, notándose además la conveniencia de ampliar la potencia eólica instalada para lograr una paulatina disminución de las emisiones de efecto invernadero. También se demuestra que la tecnología fotovoltaica, a pesar de presentar ventajas técnicas y ambientales, no es una alternativa óptima principalmente debido a la baja disponibilidad del recurso y a las deficiencias que presenta para complementarse (dados los perfiles de carga y de generación) con la energía eólica para lograr sistemas más eficientes. Similar conclusión se demuestra para las tecnologías relacionadas con el hidrógeno, las cuales, principalmente debido a sus altos costos de inversión actuales, no son una alternativa factible de ser introducidas en los sistemas analizados. Se espera con el presente proyecto, fomentar la introducción paulatina de la energía eólica de microescala a distintas instalaciones ganaderas, forestales o residenciales en Tierra del Fuego, así como constituir una base de interés y estudio para la realización de proyectos de similar naturaleza en otras zonas de nuestro país que requieran de suministro eléctrico a través de sistemas híbridos aislados.

Memoria para optar al título de Geógrafo