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.

Ingeniero Civil Mecánico / Con el afán de agregar competitividad a las nuevas tecnologías de captación de energía undimotriz, se deben incluir nuevos estudios en la materia que permitan un desarrollo óptimo de la tecnología. Las interferencias entre boyas de distintas formas y pertenecientes al mismo arreglo no ha sido estudiado en su totalidad, por lo que el objetivo del trabajo de título es generar resultados de interferencia entre boyas y de esta forma tener datos sobre su comportamiento. Para lograr esto, se hacen simulaciones en el software Ansys Aqua de tres formas de boya y tres volúmenes distintos de boya. Con los resultados de boyas aisladas, se hacen simulaciones de un total de 45 pares de boya, para obtener resultados de las interferencias destructivas o constructivas que pueden sufrir. En primer lugar, se identifican las variables sensibles de las formas de boya en su movimiento para poder generar los casos de estudio. Además, se elige la ola para el estudio, usando una de altura significativa de 10[m] y 2[s] de periodo, similar a las encontradas en Romeral. Luego, se hacen las simulaciones de boyas asiladas, con un total de nueve, tres por cada forma y tres por cada volumen. Las formas son semiesférica, cilíndrica y cúbica, mientras que los volúmenes son 16.75[m^3], 32.72[m^3] y 54.56[m^3]. Para hacer las simulaciones se hacen los modelos 3D de las nueve boyas en el software CAD SolidWorks y se importan a los módulos de trabajo Hydrodynamic Diffraction (HD) e Hydrodynamic Response (HR) de Ansys Workbench. Con los resultados de HD se puede hacer la verificación del modelo, mientras que con los de HR se puede sacar la potencia, rescatando la posición, velocidad y aceleración en el tiempo y procesándolos Matlab. Por último, según estos resultados se crean conjuntos de cuatro boyas y se simula para ver su comportamiento. Las boyas semiesféricas muestran valores de potencia promedio de 15.588[kW], 30.96[kW] y 43.711[kW]. Las boyas cilíndricas de 18.83[kW], 36.775[kW] y 52.883[kW], mientras que las cúbicas 16.901[kW], 28.065[kW] y 61.119[kW]. Todas muestran oscilaciones acordes a la ola sin entrar en resonancia. Las boyas semiesféricas son interferidas de forma creciente según su volumen y con valores similares según el tipo de boya. Las diferencias porcentuales con respecto a la boya aislada rondan entre los -9% y 60%. Las boyas cilíndricas son interferidas destructivamente en su mayoría y la interferencia no depende del volumen de ella ni de las otras. Las diferencias porcentuales destructivas toman valores de entre los -15% y -40%, mientras que las constructivas no superan el 25%. Las boyas cúbicas no presentan un patrón de comportamiento en relación a la interferencia que poseen, ya que los resultados cambian mucho al variar su volumen. En algunos casos muestra valores destructivos de -63%, mientras que en otros, interferencias constructivas de 68%. Los conjuntos de cuatro boyas presentan disminuciones de entre 2% y 5% con respecto a la interferencia de a pares y una disminución de la mitad del porcentaje según su posición en el arreglo. Los resultados para las boyas aisladas son esperables según la teoría de potenciales de velocidad, aunque presente algunas incoherencias. La interferencia si es significativa en la mayoría de las boyas y en algunos casos los valores de interferencia se pueden relacionar con su forma y volumen. Sin embargo, se estima que es necesario un estudio más extenso para llegar a alguna conjetura, ya que cualquier reacción por parte de las boyas está sujeto al tipo de ola y a su propia perturbación sobre esta.

Ingeniero Civil Electricista / El presente Trabajo de Título tiene como objetivo estimar el potencial energético de las olas disponible en las costas chilenas, para ello se desarrolla un estudio acerca del comportamiento teórico del oleaje tanto a través de la teoría de ondas lineal, como no lineal que es cómo se comporta el oleaje real, junto con esto se presentan las ecuaciones que permiten estimar la energía y potencia de las olas en función de sus parámetros físicos. Se recopila información acerca de las principales tecnologías desarrolladas basadas en distintos principios de generación undimotriz, analizando las características constructivas, ventajas y desventajas de cada dispositivo, condiciones de operación y cual ofrecería un mejor comportamiento considerando las condiciones geográficas y de oleaje presentes en Chile. A partir del estudio desarrollado por la empresa Baird & Associates S.A, se logra precisar los niveles de energía del oleaje existente en distintos puntos del país, además de la variabilidad tanto diaria como estacional de esta energía dependiendo de los parámetros del oleaje, concluyendo que el lugar que presenta las mejores condiciones para la operación de un dispositivo de extracción de energía de las olas es la región de Valparaíso, además con información proporcionada por el Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile (SHOA), se identificaron aquellos puntos que presentan la mayor profundidad y que se encuentran junto a la costa, ya que la disminución de la profundidad influye en la disipación de la energía de las olas lo que afecta directamente en el rendimiento de los dispositivos. Una vez determinado la cantidad de energía posible de extraer, se requiere convertirla a energía eléctrica, para esto se analiza la capacidad de generación de cada dispositivo y las características de la red de distribución de manera que no existan limitantes técnicas para la inyección de energía a la red. La evaluación económica de los distintos proyectos analizados arrojó que sólo en un caso es posible obtener un precio competitivo de energía que haga rentable el proyecto a 30 años, se trata del generador basado en el principio de Arquímides compuesto por un generador lineal. Finalmente, e independiente del principio de generación los dispositivos estudiados fueron diseñados para otras condiciones de oleaje principalmente las que predominan en Europa, por lo que para mejorar la producción de energía y con ello la rentabilidad de los proyectos se debe estudiar en detalle el diseño de cada prototipo de manera de optimizarlo a las condiciones de oleaje presentes en la costa chilena.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / Una de las energías renovables más prometedoras hoy en día corresponden a las mareomotrices y undimotrices, siendo esta última el foco principal de este informe. La energía undimotriz se manifiesta como energía mecánica que se transporta a través de las olas marítimas, y los métodos para aprovecharla, junto con los procedimientos de máxima extracción de energía son un tema que merecen un estudio bien detallado. La energía undimotriz, posee diversas diversas ventajas con respecto al resto de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC), las cuales pueden utilizarse como motivación para el desarrollo de este trabajo. Algunas de ellas son: Posee menor variabilidad, es fácil de predecir, la generación prevalece en el tiempo, posee gran potencial a nivel mundial y posee bajo impacto negativo en el medio ambiente. La necesidad de buscar nuevos métodos de extracción de energía marina, se basa en el reemplazo de los sistemas hidráulicos que utilizan las centrales undimotrices, por las siguientes razones: Existe un impacto medio-ambiental asociado al uso de pistones con fluidos tóxicos, fomentando las siguientes consecuencias: Contaminación de la fauna oceánica circundante, se añade complejidad al sistema, los costos en construcción son elevados, existe una mayor cantidad de pérdidas y alta probabilidad de falla. Lo anterior impulsa la búsqueda de generación energética marina minimizando costos y de manera sustentable, aplicando sistemas que no requieran de un intermediario hidráulico. En este trabajo de memoria, se procede a evaluar y comparar la posibilidad de generar energía undimotriz a través de dos métodos de extracción: El primero, consiste en la generación a través de Columnas de Agua Oscilantes (OWC), el cual utiliza una Máquina de Inducción Doblemente Alimentada (DFIM) que genera energía eléctrica a nivel costero o en alta mar. El segundo método, se concentra en el movimiento unidimensional de boyas flotantes acopladas con Máquinas Lineales Doblemente Alimentadas (DFLM), cuyas unidades se encuentran operando en mares de alta profundidad, debido a su capacidad de operar a bajas velocidades pero sometida a grandes fuerzas. Al utilizar el regulador de deslizamiento para el DFIG que permite evitar el estancamiento de la turbina, se demuestra una mayor eficiencia en la generación eléctrica. Mientras que al utilizar el diseño de flujo híbrido se prueba que la generación de energía es convincente. Lo anterior se concluye debido al aumento de la potencia RMS o promedio para el caso del DFIG, y por la generación de potencia instantánea sinusoidal sobre el DFLG.