Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Es indudable que las Energías Renovables No Convencionales se encuentran en auge en estos momentos tanto a nivel mundial, como nacional. Este apogeo se produce debido a que, en el contexto del cambio climático global, el desafío actual tiende a la disminución de emisiones de CO2 y gases efecto invernadero. Es dentro de la energía marina, que Chile puede jugar un rol fundamental debido a sus excepcionales características geográficas. De este modo, esta investigación busca desarrollar un nuevo sensor de torque para turbina hidrocinética, diferente a los disponibles actualmente en el mercado, de mayor accesibilidad económica, con el fin de potenciar la investigación a nivel nacional permitiendo que estudios a futuro se logren ejecutar de forma óptima. El desarrollo de este dispositivo se realiza con el apoyo del profesor Juan Cristóbal Zagal del departamento de Ingeniería Civil Mecánica de la Universidad de Chile, y el auspicio del Marine Energy Research & Innovation Center (MERIC). El objetivo principal consiste en: Diseñar, modelar, fabricar y caracterizar un nuevo sensor de torque para la caracterización de una turbina hidrocinética. Para esto se dividió la metodología en 3 etapas que corresponden al desarrollo del sensor; desarrollo sistema eléctrico y programación; y finalmente, validación de la idea. Este trabajo expone en primer lugar los antecedentes teóricos pertinentes, posteriormente se explica en detalle la etapa de diseño y construcción del sensor, y se finaliza mostrando los resultados del dispositivo y la validación de este. Finalmente, se logra tanto el objetivo principal como los objetivos específicos, obteniendo un sensor de torque con un % error promedio máximo del 5%, con un rango de medición entre [-25 :25] [Ncm], capaz de funcionar inalámbricamente a más de 10 metros de distancia en el aire y de 10 centímetros en el agua. Se logra de manera adicional que el sensor mida en ambas direcciones de giro.

Ingeniera Civil Eléctrica / En la actualidad uno de los principales desafíos de los sistemas eléctricos de potencia es utilizar los recursos naturales renovables para generar energía y desplazar a la generación que se basa en la utilización de combustibles fósiles. Bajo esta premisa la presente memoria busca cumplir con este objetivo mediante la utilización de técnicas de redes inteligentes en el sistema Palena, ubicado entre la región de Los Lagos y la región de Aysén de Chile. Dicho sistema es una micro-red que abastece a 4.360 clientes regulados y está compuesto por una central hidroeléctrica de pasada y doce unidades diésel. A pesar de que la mayor parte del consumo es abastecido con la central de pasada, en las horas de menor demanda esta no utiliza todo el recurso natural disponible provocando vertimiento de energía y, por el contrario, en las horas de mayor demanda no es capaz de abastecer completamente el consumo y es necesario operar las centrales diésel. En este contexto, se utiliza el software HOMER para estudiar la posibilidad de aprovechar la energía vertida en horas valle para desplazar la generación diésel en horas punta, por medio de la incorporación de sistemas de almacenamiento, estrategias de despacho para micro-redes y de desplazamiento de carga. En principio, se estudia la factibilidad de diferentes tipos de almacenamiento eléctrico para encontrar aquella tecnología que se adecue de mejor forma a las características del sistema sin considerar el crecimiento anual de la demanda. Los resultados indican que las baterías de flujo son la alternativa más atractiva para optimizar el recurso hídrico del sistema. Sin embargo, debido a la baja maduración actual de esta tecnología se descarta esta posibilidad. Por ende, se opta por recomendar la siguiente tecnología que presenta buenos resultados, siendo estas las baterías de ion litio. A partir de esta elección se estudian las estrategias de despacho de microrredes, concluyendo que la estrategia de seguimiento de carga es la que optimiza mejor el recurso hídrico. Se encuentra que el desplazamiento de carga también cumple con este objetivo. Sin embargo, si el porcentaje de demanda punta desplazado es alto, se puede obstaculizar la operación de las baterías. Finalmente, al incorporar del crecimiento de la demanda se concluye que el plan de expansión óptimo para el sistema hasta el año 2030 consiste en la instalación de una central hidráulica de pasada de 500 kW que empiece a operar en el año 2024. En dicho escenario la instalación de un banco de baterías de ion litio queda sujeta la necesidad de continuar o no generando con una unidad diésel en hora valle, luego de la entrada en operación de la nueva central. En el caso de que no sea necesario operar en hora valle con una central diésel, la capacidad máxima del banco de baterías que es factible instalar es 134 kWh. Mientras que, si sigue siendo necesario, la capacidad máxima aumenta a 336 kWh. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por grupo SAESA

Ingeniera Civil Eléctrica / En este trabajo de título se estudiará la ingeniería conceptual de sistemas de transmisión colectores para la integración de generación de Energías Renovables No Convencionales (ERNC), considerando únicamente la energía geotérmica y mini-hidráulica. Inicialmente se realiza una recopilación de todos los proyectos en el Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental hasta el 18 de febrero del 2016, para contar con una primera visión de la potencia a instalar a corto plazo de este tipo de energía. Posteriormente, se estudia los potenciales futuros de las zonas, obtenidos mediante la actualización de la base de datos de Derechos de Aprovechamiento de Agua No Consuntivos (DAANC), y estudios realizados por el Centro de Excelencia Geotérmica de los Andes. Del cruzamiento de esta información se identifican los polos de desarrollo de estos tipos de generación en el Sistema Interconectado Central (SIC), con fines de producir economías de escala para su inyección en el Sistema Troncal de manera confiable. Una vez identificados los dos polos de desarrollo en las regiones VIII, IX, X y XIV, y sus capacidades energéticas actuales y futuras, se encuentran dos polos de desarrollo, denominados caso 1 y caso 2, que proceden de una combinación de proyectos de las regiones nombradas. Para cada uno se definen ubicaciones óptimas de las subestaciones colectoras mediante el método Fuzzy C-Means. Posteriormente se realizan los trazados de las líneas de transmisión que las conectan con el SIC, buscando generar una metodología de ubicación de la línea que disminuyera los costos. Luego se realiza la ingeniería conceptual de los proyectos, se definen las características de las líneas (conductor y tipo de aislación). Se define el modelo de subestación, la cantidad de paños y las características de los equipos primarios que los componen. Finalmente, se obtuvo el costo total de cada uno de los proyectos, mediante el valor de inversión de líneas y subestaciones de Transelec, resultando en USD 48.419.225 para el caso 1 y de USD 15.170.695 para el caso 2, correspondientes a 413 MW y 151 MW. Este este tipo de soluciones son tienen un menor coste que soluciones individuales de transmisión para cada proyecto, y además se suman los beneficios de evitar líneas de transmisión paralelas que responden solo a necesidades individuales de los proyectos.

Ingeniero Civil Mecánico / En Chile, se está apostando por las energías renovables y la generación distribuida, donde las turbinas hidro-cinéticas aparecen como una potencial alternativa a las soluciones actuales. Éstas son un tipo de turbina que se caracteriza por aprovechar directamente la velocidad del fluido, sin la necesidad de una diferencia de altura (columna de agua) para poder funcionar. Básicamente, energía cinética en vez de potencial. Mientras mayor es la velocidad del río, más se puede generar. Dentro de estas turbinas, destacan los molinos de agua. Tienen gran potencial en proyectos rurales de bajos recursos, requiriendo menor inversión, con un diseño simple e intuitivo, pero sacrificando eficiencia y velocidad de giro, pensando en potencias menores a 10 kW. El objetivo del presente informe es diseñar, construir y realizar ensayos a un modelo de turbina hidro-cinética, tipo molino de agua, considerando un análisis teórico de la transferencia de energía, una correcta metodología de experimentación y un análisis de los resultados obtenidos. Con un modelo de diámetro de 40 centímetros, se busca aportar en la investigación y analizar si es que es factible introducirlas de forma masiva en terreno, mediante proyectos en alianzas con el Estado y privados. En Chile, el potencial de la pequeña hidroeléctrica se estima en unos 7 GW de potencia, de los cuales sólo se aprovecha el 2,5% (ONUDI, 2016). El análisis teórico se llevó a cabo en base a la ecuación de Euler, la cual se expresa en función de las velocidades que componen los triángulos de velocidad, resumiendo todo en un código en MatLab que itera sobre la velocidad de giro y un ángulo, con el fin de converger en una solución para todas las posiciones del álabe y la interferencia entre éstos. Cabe destacar que, hoy en día, no hay modelos precisos para este tipo de turbina, ya que no llama la atención su baja eficiencia. Finalmente, se consideró que es turbina de acción, implicando un grado de reacción nulo. El análisis dimensional realizado permite describir el comportamiento de la turbina con dos números adimensionales: Coeficiente de Potencia y Tip Speed Ratio. Previo a la construcción final, se realizó una validación del diseño con una maqueta de 25 centímetros de diámetro, que permitió corregir errores y definir el material final: acero inoxidable. Los ensayos se llevaron a cabo en las instalaciones del Canal de Calibraciones del Instituto Nacional de Hidráulica (INH), representando ésta la opción más factible para las pruebas. Para las mediciones, se construyó, en base a Arduino, un sistema de adquisición de datos de bajo costo para ir tomando la información en tiempo real y ser almacenada de buena forma en Excel. La Puesta en Marcha de las instalaciones fue un éxito, debido a que se respetó cada etapa de forma paciente y ordenada, sin subestimar la relevancia de cada una en los proyectos de modelación física en general. El código que almacena el análisis teórico arrojó un comportamiento acotado dentro de los límites físicamente posibles, con la forma esperada de la curva, pero de magnitud del coeficiente de potencia considerablemente más alto que la experiencia. En las mediciones experimentales, se alcanzó una eficiencia máxima de 21,01 % y potencia máxima de 14,61 W, en diferentes mediciones. El generador se comportó a la altura de lo exigido, con eficiencias sobre el 50% y una generación eléctrica de hasta 11,27 W. / Este trabajo de memoria de título ha sido financiado por Quillagua Innovation Labs y cuenta con la colaboración de BRAIN Chile, FabLab U. de Chile y el Instituto nacional de Hidráulica