Ingeniero Civil Mecánico / En las últimas décadas ha aumentado drásticamente el consumo energético mundial, los precios de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero. Ante este escenario, las bombas de calor geotérmicas pueden ser una solución de menor consumo energético, de menor costo operacional y menos contaminante que otros sistemas convencionales de calefacción. En este estudio se analiza la factibilidad técnico-económica de la utilización de las bombas de calor geotérmicas combinadas con un sistema solar para calefaccionar edificios en Chile. Los casos de estudio corresponden a edificios de 3, 7 y 11 pisos, ubicados en las localidades de: La Serena, Santiago, Osorno y Coyhaique. En primer lugar, se recopila información de las localidades de estudio y los edificios a nivel nacional. Posteriormente, se estima la demanda térmica de las edificaciones. Luego, se diseñan sistemas de calefacción con calderas a gas y con bombas de calor geotérmicas con apoyo solar. Finalmente, se comparan financieramente los proyectos con bombas de calor geotérmicas, con y sin apoyo solar, respecto a los proyectos de calefacción con calderas a gas. Para el diseño de sistemas se utiliza: losa radiante como sistema de distribución, bombas de calor con colectores verticales cerrados, colectores solares planos y calderas a gas licuado de petróleo (GLP). Los proyectos de calefacción con bombas de calor geotérmicas sin apoyo solar tienen inversiones iniciales 5 veces más grandes que las inversiones iniciales de los proyectos con caldera a gas. Sin embargo, los costos operacionales de los proyectos con caldera a gas son 2,7 veces más altos que los costos operacionales de los proyectos con bombas de calor geotérmicas. En el largo plazo, los menores costos operacionales de los sistemas con bombas de calor geotérmicas permiten recuperar la inversión diferencial respecto al sistema con caldera a gas. Por otro lado, los sistemas geotérmicos con apoyo solar disminuyen la inversión inicial en un 2,7 \% y sus costos operacionales en un 2,5 \%, respecto al caso con solo geotermia. Al contrastar los proyectos con bombas de calor geotérmicas y apoyo solar con los proyectos de calderas a gas en la ciudad de Coyhaique se obtienen tasas internas de retorno del orden del 5,7 \% y períodos de recuperación de 25 a 26 años. En Santiago y Osorno las tasas internas de retorno van desde el 3,9 \% al 4,5 \% y períodos de recuperación entre 35 y 45 años. Por último, en La Serena los períodos de recuperación superan los 50 años. De esta manera, los proyectos con bombas de calor geotérmicas presentan mayores rentabilidades en las localidades ubicadas más al sur de Chile. / Este trabajo forma parte de la investigación FONDAP CONICYT N° 15090013 titulada: Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA)

Ingeniero Civil / Las estándares mínimos de bienestar en la sociedad actual, comprenden el uso de agua caliente sanitaria en diversas actividades. Es por ello, que se hace imprescindible buscar alternativas para poder abastecer la mayor cantidad de hogares con este recurso a lo largo del territorio nacional. Sin duda alguna, una tecnología que ya lleva años en el mercado y ha alcanzado cierta madurez que se ve reflejada en sus costos y rendimientos, son los Sistemas Solares Térmicos. Existe un subsidio impulsado por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo, la cual ayuda a la gente a realizar este tipo de instalaciones en sus viviendas, a un precio bastante asequible. Se conoce como "Programa de Protección al Patrimonio Familiar". A través de esta investigación, se pretende indagar sobre los procedimientos que involucran a esta iniciativa, y para ello se realiza un análisis del comportamiento real de dos de estos sistemas ubicados en la Región Metropolitana. Para ello, se debieron realizar pequeñas intervenciones en los hogares,obteniéndose los datos necesarios para realizar un estudio de carácter cualitativo y energético. La contribución solar entregada por el sistema de tubos al vacío, genero importantes ahorros en la economía de esa familia, alcanzando temperaturas de servicio bastante elevadas. La contribución solar alcanzada en los meses de monitoreo, correspondieron a 66 y 89\%. Para el caso del sistema de placa plana, los valores alcanzados corresponden a 37 y 51\%. Factores asociados a la instalación propiamente tal, son determinantes en los rendimientos de los sistemas. Orientación, inclinación y materialidad de los componentes son algunas de las variables influyentes a la hora de obtener las contribuciones energéticas. Por otro lado, la tecnología del sistema de captación es el parámetro de mayor relevancia, a la hora de caracterizar el rendimiento de una instalación solar térmica.

Memoria para optar al Título de Ingeniero Civil Mecánico / En los últimos años el sector eléctrico mundial experimentó el mayor crecimiento en la historia en términos de capacidad y uno de los principales actores en la generación de energía eléctrica a partir de una fuente renovable es el panel fotovoltaico, su irrupción en el mercado a generado que se destinen muchos recursos económicos al desarrollo de estos dispositivos con el fin de mejorar su rendimiento, gracias a esto y el desarrollo de nuevas tecnologías, la eficiencia de las celdas fotovoltaicas han avanzado desde los 3% hasta unos 22% pudiendo posicionarla en un mercado mucho más competitivo. Algunos estudios muestran que la influencia del viento puede reducir las temperaturas de operación de estos dispositivos, lo cual se traduce en un aumento en su eficiencia de conversión. Por esta razón el objetivo de esta memoria es elaborar una seria de simulaciones CFD, tanto en 2 como en 3 dimensiones que permitan recrear las temperaturas de cinco arreglos fotovoltaicos, teniendo cuidado en seleccionar las condiciones de borde necesarias para recrear los fenómenos físicos involucrados, para posteriormente utilizar la información y construir dos ajustes matemáticos que permitan predecir las temperaturas de los arreglos en función de la del primer grupo de paneles sin necesidad de volver a simular. Las simulaciones fueron realizadas para tres perfiles de velocidad de viento, los cuales fueron programados utilizando UDFs y cuatro ángulos de inclinación, los modelos CFD fueron validados en base a la bibliografía , específicamente en los coeficientes de sustentación y arrastre. Sumado a esto se evaluó la influencia del flujo de calor de un grupo de paneles con los arreglos colindantes, esta información fue comparada con el factor geométrico de inclinación para definir el peso de estas variables en las temperatura. Los resultados mostraron que el viento es capaz de enfriar los arreglos mejorando su rendimiento, pero específicamente la trasferencia de calor es mayor en el segundo arreglo fotovoltaico debido al aumento de la energía cinética turbulenta, esto generó que el número de Nusselt sea mayor en esta posición, también se logró demostrar que el factor de la inclinación y la separación de los paneles son los principales responsables en la temperaturas de los arreglos, debido a que el flujo de calor afecta solo en un 0,3 % a los paneles colindantes. Los ajustes matemáticos lograron recrear los fenómenos térmicos de saturación y las temperaturas simuladas, además de predecir las temperaturas que se obtendrían en los arreglos en función de cualquier temperatura del primer grupo de paneles fotovoltaicos. Se logró determinar que el ajuste polinóminco de orden dos permite predecir de mejor forma que el ajuste logarítmico las temperaturas y fenómenos de estancamiento térmico en ángulos de inclinación bajos, pero el ajuste logarítmico es más solido para obtener las temperaturas de un mayor número de arreglos cuando el ángulo de inclinación es mayor.

Ingeniero Civil Eléctrico / Debido al desarrollo tecnológico que se ha experimentado a nivel mundial y a las políticas de apoyo existentes para las energías de fuente renovable, se ha observado en el último tiempo una tendencia decreciente en los costos de inversión de las centrales solares fotovoltaicas y eólicas, lo cual se traduce en un aumento en la participación de estas tecnologías. Con respecto a lo anterior, se destaca América Latina donde se ha alcanzado un aumento de 80 miles de millones de dólares en las inversiones entre los años 2010 y 2015. En cuanto a las regiones con grandes potenciales en energías renovables dentro de Latino América se hace notar Chile, que posee gran potencial en energía solar y que puede ser explotada en beneficio tanto propio como para la región. De acuerdo a estudios recientes, dicho potencial puede ser mayormente aprovechado si se establecen interconexiones eléctricas entre las diversas regiones, beneficiándose así de las características estacionales y horarias que estas fuentes de energía presentan y varían a lo largo del territorio. Dado lo anterior, el presente documento tiene por objetivo el desarrollo y análisis de escenarios de expansión basados en la integración eléctrica de las diferentes naciones que componen América Latina con el fin de evaluar el costo-beneficio de explotar los diversos recursos que presenta esta región, en particular el recurso solar presente en el norte de Chile. La metodología de este trabajo contempla la utilización de la base de datos proporcionada por el estudio Grid of the Future Development of a Clean and Sustainable Grid in Latin America del Banco Interamericano del Desarrollo, la elaboración de escenarios de estudios y sensibilidades para la región de América Latina, donde se busca la minimización de los costos de inversión y operación para el periodo entre el 2016 al 2030, según candidatos de interconexión entre países y de generación para la región. Los resultados de este trabajo están dados de acuerdo a los siguientes escenarios de estudio: Business As Usual (BAU), Máxima Coordinación y Alta Penetración Solar en Chile (100 GW adicionales de capacidad solar). Del análisis de estos escenarios se ha podido confirmar que la integración eléctrica entre los países resulta ser ampliamente beneficiosa para el conjunto de la región de América Latina. Por otra parte, se ha concluido que la explotación y la exportación del recurso solar en Chile hacia el resto de la región permite disminuir los costos totales (6,6%) y los niveles de emisiones (5,5%) de este nuevo sistema interconectado Latinoamericano propuesto, respecto del escenario BAU. Las sensibilidades estudiadas corresponden a la variación del precio de combustible, incorporación de impuesto a emisiones de carbono, aumento en integración de generación renovable, y variaciones de la capacidad en generación solar en Chile para el escenario de Alta Penetración. Como trabajo futuro se sugiere incorporar de manera endógena la variabilidad hidrológica, incorporar sistemas de almacenamiento y una revisión de los costos de tecnologías utilizados como base. Asimismo, se sugiere comparar los resultados de una planificación centralizada con las dinámicas esperadas de los actores en los mercados regionales de electricidad.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Una poza solar corresponde a una fuente colectora y almacenadora de energía solar, la cual puede ser utilizada para abastecer procesos de temperatura moderada. Su implementación a escala industrial presenta un alto costo de fabricación y mantención, por lo que es razonable optar por la fabricación de una poza de tipo experimental, la cual permite estudiar el desempeño y evaluar la viabilidad de la construcción de esta a escala industrial. En el presente estudio se muestra la implementación de metodologías basadas en el modelamiento computacional de fenómenos físicos relevantes para el estudio de las dimensiones laterales mínimas necesarias para el correcto funcionamiento de una poza solar experimental que, operando en el norte de Chile sirva como modelo para aquellas de escala industrial. Los objetivos específicos consisten en: recopilar información sobre diseño y operación de pozas solares. Identificar las características principales que debe cumplir un modelo experimental para que sea representativo del proceso real. Utilizar técnicas de modelación para evaluar y elegir modelos según los criterios seleccionados. Elaborar y estudiar los modelos asociados a los fenómenos en estudio. Y finalmente, utilizar los modelos para determinar las características de la poza experimental representativa. Se identifican los principales fenómenos físicos que presentan cambios significativos en el comportamiento de la poza al variar su dimensión horizontal. Entre estos fenómenos se estudian: evaporación superficial de la Zona Convectiva Superior, conducción hacia paredes laterales en la Zona No Convectiva, y convección natural en la Zona Convectiva Inferior. Los recursos usados corresponden a Ansys (Fluid-Flow Fluent) para la elaboración y puesta en marcha del modelo, y Microsoft Excel para el procesamiento de los resultados obtenidos. A partir de los modelos elaborados, se registran longitudes características asociadas a la influencia de cada uno de los fenómenos, las cuales permiten seleccionar un largo mínimo para la poza solar experimental. El ancho mínimo asociado al fenómeno de evaporación en la superficie de la Zona Convectiva Superior es de 17,7 [m] a partir de la cual dicho efecto deja de percibir cambios considerables. Para el fenómeno de conducción en la Zona No Convectiva, se determina un ancho de 15,3 [m] de influencia de los gradientes térmicos cercanos a las paredes. Para el fenómeno de convección en la Zona Convectiva Inferior, se identifica que el ancho característico de los rollos convectivos es de 2 a 3 [m]. Se observa que, independiente de la cantidad de rollos formados, se mantienen las propiedades de temperatura uniforme en su interior. El mayor de estos largos determina el ancho mínimo de la poza solar experimental, el cual corresponde a 17,7 [m].

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico / La presente memoria de título evalúa la posible instalación de una planta desalinizadora de agua de mar ubicada en las cercanías del pueblo de Carrizalillo, ubicado en la comuna de Freirina, III región de Atacama, Chile. El poblado tiene un número de habitantes cercano a 200 personas y está ubicado a aproximadamente 5 kilómetros de la costa, lo cual lo convierte en un sitio atractivo para el caso base. El estudio técnico contempló diferentes metodologías de desalinización, técnicas de cultivos agrícolas y el funcionamiento de paneles solares. En cuanto a la evaluación económica, se implementó un modelo en MATLAB, el cual permite verificar la rentabilidad del proyecto y la estabilidad de esta frente a diferentes escenarios. Respecto al estudio legal, este se realizó con ayuda de los planos reguladores del sector, para así conocer si es posible hacer el proyecto en la zona. Finalmente, se analizó el compromiso social del proyecto con la herramienta de análisis integral (HAIN). La motivación del proyecto nace directamente de la escasez hídrica, fenómeno a escala mundial del cual Chile no queda exento. Actualmente en la zona estudiada se producen cortes de agua debido al incremento de la población en el sector en temporadas de vacaciones o fin de semanas largos. Además, existen dos localidades cercanas que comparten la falta de agua en el sector, Chañaral de Aceituno y Caleta Carrizalillo. Cada poblado tiene una población cercana a 200 personas. El estudio considera utilizar una pequeña porción del total del agua desalada para realizar cultivos en medio hidropónico de tomates y lechugas, estos corresponden al sustento económico del proyecto, debido a que las ganancias por venta de agua no son suficientes. La elección de cultivos se debe principalmente a que corresponden a ejemplos de fruta y verdura de hojas, respectivamente. La adición de estudios de cultivo se debe principalmente al empobrecimiento del trabajo agrícola en el sector a través de los años, debido principalmente a la falta de agua. Los resultados muestran que el proyecto es factible en un escenario en donde se realiza la venta de alimentos para un público objetivo que involucra a las tres localidades, este escenario presenta un VPN de 25.000.000 [CLP] y una TIR de 31% para un horizonte de 10 años, recuperando la inversión a final del segundo año. El estudio de planos reguladores enseña una zona cercana a la costa que se ubica en el centro de los poblados, lo que facilita la distribución de tomates y lechugas. Finalmente, la HAIN indica que la mayor preocupación a tener en consideración es respecto a la salmuera, el principal desecho de la desalinización. Además, para que el proyecto aporte una riqueza social se considera la posible ampliación de la producción de agua potable y/o la adición de paneles solares extras para otorgar energía eléctrica a la zona.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Mecánica / El potencial energético que posee el recurso geotérmico y solar en el norte de Chile, en conjunto con el interés de promover el uso de energías renovables en el país, han sido los motivos de llevar a cabo este trabajo de investigación, en el cual se evalúa la integración de la tecnología solar de concentración a una central geotérmica de ciclo binario basada en el mecanismo de operación de Cerro Pabellón, la primera planta geotérmica de Chile y Sudamérica. El modelo propuesto tiene el objetivo de aumentar la potencia eléctrica de la central geotérmica a través de la integración de un segundo bloque de potencia que utiliza el fluido geotermal y la potencia térmica suministrada por la tecnología termosolar para la generación de trabajo útil. Dicha integración se realiza procurando no alterar las condiciones de operación del ciclo orgánico, donde se considera además minimizar el riesgo de precipitación de sílice al interior del nuevo ciclo de potencia. Con relación a la tecnología termosolar implementada, esta corresponde a la tecnología de colectores cilindro parabólicos, para la cual, se proponen diferentes magnitudes de potencia térmica, múltiplo solar, horas de almacenamiento térmico y temperaturas nominales de operación del fluido de trabajo. La combinatoria de estos parámetros da lugar a diferentes configuraciones híbridas, las cuales son evaluadas a nivel termodinámico y económico. Para llevar a cabo dicha evaluación, se realiza en primer lugar la construcción del modelo termodinámico del sistema geotérmico en el programa Engineering Equation Solver, donde posterior a su validación, se procede a construir el modelo termodinámico del sistema híbrido. Las diferentes configuraciones híbridas son simuladas en régimen estacionario y transiente, donde, para llevar a cabo esta última, se complementa el programa Engineering Equation Solver con el programa System Advisor Model. A partir de la simulación realizada en régimen estacionario, se obtiene que con una potencia térmica del campo solar igual a 60 MWt, es posible aumentar la potencia eléctrica de la central en un 50% aproximadamente. A nivel exergético, se determina adicionalmente que los equipos con mayor destrucción de exergía en el nuevo bloque de potencia corresponden a los intercambiadores de calor, a los cuales se les atribuye cerca de un 72% de la exergía neta destruida en este nuevo ciclo. Por otro lado, a partir de la simulación transiente se obtiene que a medida que el valor del múltiplo solar y las horas de almacenamiento térmico aumentan conjuntamente, aumenta la producción eléctrica anual del ciclo geotérmico-solar. Con relación al factor de capacidad en función de estos dos parámetros, se determina que es posible aumentar su magnitud desde un 18% a un 71% cuando las magnitudes del múltiplo solar y horas de almacenamiento térmico corresponden a los máximos valores considerados. Por último, la evaluación económica realizada en base a la estimación del LCOE, arroja que las configuraciones híbridas alcanzan valores competitivos a pesar de las diferentes restricciones consideradas en este estudio para llevar a cabo la integración del recurso solar a la central geotérmica, donde, el mínimo valor obtenido es 81,19 US$/MWh, el cual es un 9,8% menor al mínimo LCOE estimado para una central geotérmica de 20 MWe instalada en Chile.

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN ADMINISTRACIÓN / Pizarro, Ramón, [Parte I], Mella, Guillermo, [Parte II] / A partir de la publicación de la Ley 20.805 del Ministerio de Energía, clientes de energía eléctrica podrán optar por un régimen de tarifa libre, en detrimento de una tarifa regulada, por las empresas distribuidoras de energía del mercado local. El cambio supuso la creación de una oportunidad de negocio e involucró al sector energético, a los encargados de la generación (Generadoras), a los encargados de la transmisión y encargados de la distribución (Empresas Eléctricas). El proyecto de "Brokers de Energía en Chile”, asume como desafío el asesoramiento estratégico y técnico, para usuarios susceptibles de cambiarse de tarifas reguladas a tarifas libres de mercado, dado que para muchas empresas las materias energéticas, no son el core de sus negocios. El servicio será suministrado por la sociedad Energy Advisory Ltda., con marca comercial “Energi-A”, que prestará servicios de asesorías de eficiencia energética a compañías comerciales, industriales, empresas de servicios y explotación de materias primas, ubicadas en la I, II y Región Metropolitana del país. El objetivo de Energi-A, es alcanzar en el plazo de 3 años, ingresos por sobre los MM$222, que es el proyectado de ingresos de contratos solo con 7 nuevos clientes que tenga la capacidad conectada mínima que indica la ley. El ingreso corresponde al cobro de la comisión del servicio de asesoría, a un promedio del 12% con una proyección a 12 meses, sobre los ahorros de eficiencia en materia energética del cliente. Con una inversión para capital de trabajo de MM$28, principalmente destinado a soportar la operación los primeros años del proyecto. Por la naturaleza del servicio de asesorías en eficiencia energética, el proyecto no presenta riesgos críticos en la propuesta del plan estratégico. Por lo tanto, la invitación es a sumarse a un proyecto que promueve “La eficiencia energética”, que reviste una importancia crítica para alcanzar mejores usos de recursos y aporta un gramo de arena a combate por el cambio climático.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo muestra una metodología para la optimización del diseño y operación de un sistema de energía híbrido que alimenta un sistema de riego multiestanque. Se propone la introducción de energía solar fotovoltaica a una red que inicialmente funciona con generación en base a combustible diésel en conjunto con la red eléctrica. El sistema de riego, al contar con almacenamiento de agua, permite utilizarlo para aprovechar al máximo la energía solar, con el fin de consumir menos energía desde el grupo electrógeno o desde la red. La introducción de energía solar a la red eléctrica que energiza el sistema de riego, tiene el potencial de reducir los costos y las emisiones de gases de efecto invernadero producto del uso de fuentes contaminantes de energía. Para optimizar el diseño del sistema híbrido se utiliza un criterio de minimización del costo actual a lo largo de la vida útil del proyecto. Dado que la demanda del sistema de riego posee una componente flexible, se obtiene de manera conjunta las capacidades instaladas y la operación óptima del sistema de riego a través de un problema de optimización. Se propone un controlador basado en reglas el cual simula la operación óptima del sistema de riego. Este permite una implementación simple y una reducción de costos un 5,6% menor que el caso óptimo. En conclusión, una operación óptima del sistema de riego con almacenamiento de agua es aquella que es capaz de aprovechar al máximo la generación solar, es decir, el agua se debe almacenar en lo posible durante las horas de sol. Este tipo de soluciones rebajan en más de un 20% los costos en sistemas con alta penetración de generación diésel, además de reducir en más de un 60% las emisiones de dióxido de carbono (CO2). / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Engie Factory S.P.A.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Mecánica / En las últimas décadas ha aumentado drásticamente el consumo energético mundial, los precios de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero. Ante este escenario, las bombas de calor geotérmicas pueden ser una solución de menor consumo energético, de menor costo operacional y menos contaminante que otros sistemas convencionales de calefacción. En este estudio se analiza la factibilidad técnico-económica de la utilización de las bombas de calor geotérmicas combinadas con un sistema solar para calefaccionar edificios en Chile. Los casos de estudio corresponden a edificios de 3, 7 y 11 pisos, ubicados en las localidades de: La Serena, Santiago, Osorno y Coyhaique. En primer lugar, se recopila información de las localidades de estudio y los edificios a nivel nacional. Posteriormente, se estima la demanda térmica de las edificaciones. Luego, se diseñan sistemas de calefacción con calderas a gas y con bombas de calor geotérmicas con apoyo solar. Finalmente, se comparan financieramente los proyectos con bombas de calor geotérmicas, con y sin apoyo solar, respecto a los proyectos de calefacción con calderas a gas. Para el diseño de sistemas se utiliza: losa radiante como sistema de distribución, bombas de calor con colectores verticales cerrados, colectores solares planos y calderas a gas licuado de petróleo (GLP). Los proyectos de calefacción con bombas de calor geotérmicas sin apoyo solar tienen inversiones iniciales 5 veces más grandes que las inversiones iniciales de los proyectos con caldera a gas. Sin embargo, los costos operacionales de los proyectos con caldera a gas son 2,7 veces más altos que los costos operacionales de los proyectos con bombas de calor geotérmicas. En el largo plazo, los menores costos operacionales de los sistemas con bombas de calor geotérmicas permiten recuperar la inversión diferencial respecto al sistema con caldera a gas. Por otro lado, los sistemas geotérmicos con apoyo solar disminuyen la inversión inicial en un 2,7% y sus costos operacionales en un 2,5 %, respecto al caso con solo geotermia. Al contrastar los proyectos con bombas de calor geotérmicas y apoyo solar con los proyectos de calderas a gas en la ciudad de Coyhaique se obtienen tasas internas de retorno del orden del 5,7% y períodos de recuperación de 25 a 26 años. En Santiago y Osorno las tasas internas de retorno van desde el 3,9% al 4,5% y períodos de recuperación entre 35 y 45 años. Por último, en La Serena los períodos de recuperación superan los 50 años. De esta manera, los proyectos con bombas de calor geotérmicas presentan mayores rentabilidades en las localidades ubicadas más al sur de Chile.