Ingeniero Civil Mecánico / Dentro de todo el rango de las diferentes energías renovables no convencionales, la energía solar es la que se ha visto mayormente impulsada en los últimos años. De los diferentes tipos de tecnologías solares, la concentración solar (CS) es la que permite lograr mayores temperaturas de trabajo. Los CS basan su principio de funcionamiento en redirigir toda la radiación incidente de una superficie en una zona más pequeña, denominada zona focal. En consecuencia, toda tecnología CS posee, al menos, un elemento concentrador y un elemento receptor. En las tecnologías CS de alta temperatura, la zona focal puede alcanzar elevados valores de densidades energéticas, y, por consecuencia, altísimas temperaturas. Los hornos solares son ejemplos de CS de alta temperatura. Por otro lado, el norte de Chile posee un potencial solar privilegiado, ideal para el desarrollo de tecnologías CS. Es por ello que resulta motivador la idea de diseñar un horno solar para dicha zona geográfica. Para llevar a cabo el diseño del horno lo primero que se realiza es una recopilación bibliográfica del estado del arte de las tecnologías CS. Posteriormente, se define el tipo de horno solar a utilizar, así como también la ubicación geográfica de diseño. Con dichos parámetros definidos, se hace un diseño conceptual del horno, se identifican sus parámetros y la relación que existe entre ellos. Con las relaciones entre los parámetros ya definida, se seleccionan los valores para dichos parámetros, y se realiza un análisis tanto óptico como térmico del horno. Dicho análisis entrega tanto la potencia como la temperatura del horno, dentro de otros parámetros de interés. En cuanto al lugar de diseño, se elige la localidad de San Pedro de Atacama. A su vez, se selecciona un concentrador tipo Scheffler. Con el diseño definido, se realiza el análisis óptico-térmico para siete configuraciones distintas. Dichas configuraciones varían en el valor de uno o más parámetros. Para el análisis óptico-térmico se utilizan los softwares SolTrace y Maple. Los resultados obtenidos para las siete configuraciones indican que las temperaturas máximas alcanzadas varían entre 1.211-1.727 [°C]. Por otro lado, la variación de la potencia térmica varía entre 1.544-12.000 [W]. Por su parte, las superficies brutas de reflectoras varían entre 3,62-28,43 [m²], siendo la más pequeña la que obtiene los menores valores en cuanto a temperatura y potencia, mientras que los máximos son alcanzados por la configuración de mayor superficie. La configuración más pequeña es también la que más tarda en llegar al estado estacionario, demorándose 7,31 [min], mientras que la configuración más grande tarda tan solo 2,63 [min]. Finalmente se concluye que el diseño conceptual del horno cumple con los requisitos de diseño. Entonces, queda como trabajo propuesto el desarrollar la ingeniera básica y posteriormente la ingeniería de detalle del prototipo.

Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo e impulsión de las ERNC (Energía Renovables No Convencionales) ha adquirido un auge notorio en los últimos años en nuestro país, sobre todo con la aprobación de la denominada ley 20/25, que exige para el año 2025, un 20% de partición de las ERNC en la matriz energética nacional. Esto implica un importante desafío en el camino a seguir en materia energética, dado el contexto nacional que señala a Chile como un país rico en recursos naturales. Entre ellos, cabe destacar el enorme potencial solar de nuestro país, que no ha visto una inversión suficiente para un desarrollo importante. En los últimos años, y debido a las políticas públicas para diversificar la matriz energética bajo un carácter renovable y el interés de las empresas mundiales por el potencial en suelo chileno, se ha invertido en importantes proyectos de energía solar, como la planta híbrida CSP (Concentrated Solar Power) en construcción que operará en el desierto de Atacama, siendo la primera planta de concentración de América Latina. La clave de esta tecnología es su capacidad de generar energía eléctrica de manera continua, esto gracias a su sistema de acumulación, que consiste en dos estanques rellenos con sal fundida, uno frío y el otro caliente, y proveen de energía térmica cuando los niveles de radiación son bajos. En el presente trabajo, se busca simular un ciclo completo de operación de un solo estanque, llamado termoclina, encargado del bloque de acumulación de una planta CSP, las que acumulan la energía proveniente de la radiación solar para producción de energía eléctrica en un bloque de potencia. Esta tecnología utiliza un solo estanque de acumulación en vez de dos, tal que tanto en los procesos de carga y descarga, se forma un gradiente vertical de temperatura en su interior, llamado termoclina. Para ello, se establecen las ecuaciones que gobiernan los fenómenos físicos, se dimensiona el estanque y las condiciones de borde e iniciales, se adapta el modelo en el software Comsol v5.3, y se configura para los procesos de carga y descarga. Los gráficos y valores obtenidos por el estudio indican una clara relación entre el espesor de la termoclina y las pérdidas de acumulación en un ciclo de operación. A medida que el espesor alcanza mayores valores, la pérdida de acumulación es mayor, de modo que una termoclina más compacta aumenta el rendimiento del estanque acumulador. Otra variable importante es la porosidad del medio de relleno del estanque, pues un aumento en la porosidad indica un aumento de rendimiento, lo que se explica por la mayor área para transferencia de calor entre el medio y el fluido de trabajo.

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.

Ingeniero Civil Mecánico / Ayllu Solar es una iniciativa de SERC Chile que busca impulsar el desarrollo de comunidades pertenecientes a la región de Arica y Parinacota a través de cuatro proyectos de energía solar. Uno de estos proyectos consiste en la creación de un centro de acopio y procesamiento de lana de camélidos, sistema de esquila móvil y micro-red fotovoltaica en Visviri, un poblado aimara ubicado en el Altiplano andino. Los niveles de radiación solar en Visviri son idóneos para la aplicación de sistemas de energía solar, con un índice anual de transparencia atmosférica de 0,72 y una insolación global horizontal anual cercana a los 2.500 kWh/m2. Dadas estas condiciones, la motivación para realizar este trabajo surge de la posibilidad de solucionar los requerimientos de calor de los procesos de lavado y secado de lana en el centro por medio de un sistema solar térmico. La solución propuesta considera un sistema con colectores no concentradores y acumulación en forma de calor sensible en agua. Dadas las bajas temperaturas registradas en Visviri, se propone utilizar agua con un 45% en peso de anticongelante como fluido de trabajo en los colectores, por lo que se considera una conexión indirecta entre éstos y el estanque. El suministro de calor para los procesos de lavado y secado se realiza a través de intercambiadores de calor de placas y de flujo cruzado, respectivamente, permitiendo trabajar con agua tratada al interior del estanque, con el fin de evitar problemas de corrosión e incrustaciones. El diseño considera criterios técnicos y económicos, evaluados en función de la respuesta en régimen transiente del sistema a lo largo del año, para lo cual se realizan simulaciones mediante el programa TRNSYS 17. A partir de los resultados de las simulaciones, se propone una configuración de cuatro colectores de tubos evacuados tipo heat pipe, totalizando un área bruta de alrededor de 20 m2, con una inclinación de 20° en orientación norte, acoplados a un acumulador térmico de 1.500 litros de capacidad. Se demuestra, además, que el uso de colectores planos no presenta beneficios económicos. Se estima que el sistema propuesto es capaz de proveer alrededor de 9,1 MWh/año, lo que se traduce en un aporte cercano al 88% de la demanda total de calor para calentamiento de agua y una remoción de agua mediante secado del orden del 97% de lo requerido. La evaluación económica del sistema indica un costo nivelado de la energía menor que el de un sistema alternativo en base a GLP, para una tasa de descuento del 3%, al considerar una vida útil igual o mayor a 17 años. Por último, se evalúa una propuesta alternativa diseñada para aportar sólo un cuarto de la demanda del proceso de secado, para la cual se observa un costo nivelado superior al del sistema en base a GLP. Dado esto, se recomienda la implementación de un sistema solar térmico sólo en caso de requerir de un aporte energético significativo al proceso de secado.

Ingeniero Civil Eléctrico / Los actuales niveles de crecimiento de la demanda energética del mundo y los efectos del cambio climático impulsan nuevos desafíos para la comunidad global. Con el estado actual de alta dependencia de combustibles fósiles y el daño que ello significa para nuestro entorno es de suma importancia buscar nuevas formas de energía más amables con el medio ambiente. Esta realidad motiva un creciente esfuerzo por cambiar nuestra actual matriz energética por una con mayor participación de energías renovables. Para avanzar en esta transición, es necesario explorar nuevos proyectos de generación renovable que sean viables y capaces de enfrentar las dificultades de nuestro plano local. A medida que las tecnologías de generación son investigadas, se ha observado una complementariedad muy interesante entre la energía solar termal y la generación geotérmica. Ambas tecnologías operan en base a un ciclo termodinámico para producir energía y al operar juntas aumentan su eficiencia operacional frente a cambios en la temperatura ambiente. Si a esto sumamos los beneficios de compartir infraestructura, capacidad de transmisión y capital humano, la complementariedad solar-geotérmica resulta una alternativa atractiva de explorar. El objetivo principal de esta memoria es analizar la factibilidad de instalar una planta híbrida solar-geotérmica en Chile y simular su operación económica en el mercado eléctrico, de manera de determinar la viabilidad del proyecto. Para ello se analizan 6 casos de estudio correspondientes a la instalación de plantas geotérmicas, híbridas de tipo solar PV-geotérmica, y CSP-geotérmica ubicadas en la zona norte y sur del país. Se calcula la generación anual de energía para cada escenario, basándose en datos climáticos, perfiles de generación, investigaciones recientes y simulaciones. Posteriormente se calculan los ingresos y costos durante la vida útil del proyecto, para realizar una evaluación económica para cada escenario de estudio. Como resultado, en cualquiera de los 6 escenarios y considerando venta de energía al precio de costo marginal de la barra, ni los proyectos geotérmicos ni los proyectos híbridos son rentables. Sin embargo, a medida que se instala capacidad de generación solar fotovoltaica en una planta híbrida se obtiene un mejor valor actual neto del proyecto comparado con una planta geotérmica de igual capacidad en similares condiciones.