Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / Con el fin de apoyar la evaluación del potencial de baja entalpía y una futura explotación de los recursos geotérmicos en la Provincia de Talca, se realiza un estudio gravimétrico, entre los 35° y 35,6° S, el cual busca determinar el espesor del relleno sedimentario y definir la geometría del basamento en la zona de estudio. Este levantamiento gravimétrico consta de seis perfiles, Este- Oeste, que se extienden desde la Cordillera de los Andes hasta la Cordillera de la Costa y dos perfiles de orientación Norte-Sur que cruzan los Este-Oeste. En total, el levantamiento gravimétrico está constituido por 512 estaciones. Luego de procesar los datos de gravedad, se obtiene el mapa de anomalía residual. Con este mapa se modela, en 2D, el relleno sedimentario con una densidad de 2,0 g/cc, obteniendo la profundidad y geometría del basamento en la cuenca de la Provincia de Talca. Estos modelos arrojan profundidades del basamento de alrededor de 500 m y que el espesor del relleno sedimentario aumenta hacia el Sur. Además, se realiza una inversión de los datos de anomalía residual, obteniendo un modelo 3D de de la distribución del contraste de densidades en la cuenca estudiada. Las densidades del relleno sedimentario encontradas con la inversión, van desde los 1,8 g/cc (en superficie) hasta los 2,3 g/cc (alrededor de los 600 m de profundidad). En la zona de estudio se identifican dos sistemas de fallas al Este de la Depresión Central, la Falla Pocuro- San Ramón y la Falla Los Ángeles- Infiernillo. Al modelar el Perfil 3, el cual pasa sobre la traza de la Falla Pocuro- San Ramón, se advierte la influencia de esta falla. Este mismo efecto se observa en los modelos de los perfiles 6, 8 y 9, por esta razón se cree que la Falla Los Ángeles- Infiernillo se extendería hacia el Sur. Finalmente se modela la transferencia de calor a través del basamento y del relleno sedimentario, observando que si se desea hacer una perforación de a lo más 200 m conviene hacerla en la cuenca más delgada, debido a que a la misma profundidad esta tiene una mayor temperatura que la cuenca principal. A una mayor profundidad es necesario observar como se distribuyen las isotermas en el modelo de transferencia de calor, para determinar dónde se alcanza una mayor temperatura.

Geólogo / El arco volcánico andino incluye más de 200 estratovolcanes y al menos 12 sistemas de calderas gigantes potencialmente activos y, en la actualidad, no existe un método estándar para determinar las reservas geotermales asociadas a sistemas volcánicos no explorados. El área de estudio corresponde a la zona de la cordillera principal de la región del Maule, ubicada entre los 34.8º y 36.5º latitud sur, en la zona volcánica sur. El modelo magmático y estructural de la zona de estudio se presenta muy favorable a la ocurrencia de sistemas geotermales debido a la existencia de cámaras magmáticas someras y fallas formadas durante los periodos Cenozoicos de contracción, que generan la permeabilidad secundaria necesaria para el emplazamiento de estos sistemas. Los centros eruptivos se presentan como una característica de primer orden que permite localizar los sistemas geotermales e inferir distintos dominios en base a sus principales características. En este trabajo, se clasifican y caracterizan las aguas termales de la zona de estudio y, mediante el análisis de diferentes sistemas geotermales en el mundo, se integran capas de evidencia geológica, geoquímica y geofísica. A través del método de superposición ponderada, fue posible generar un mapa de favorabilidad geotérmica. El cual permite identificar zonas con alta probabilidad de ocurrencia de sistemas geotermales. En este trabajo se estiman volúmenes de cámaras magmáticas asociadas al volumen del edificio volcánico de cada complejo eruptivo. La estimación de volumen del edificio volcánico, se realiza mediante sistemas de información geográfica (SIG). Tras el análisis de distintas metodologías de estimación, se decidió modificar el método de transferencia de calor magmático, implementado inicialmente por Smith y Shaw (1975) y renovada por Sanyal et al. (2002). Combinando principios de transferencia de calor conductivo y volcanologia, es posible calcular la distribución de temperatura en el espacio y tiempo posterior al emplazamiento de un cuerpo magmático. Posteriormente se computa la energia potencialmente recuperable utilizando principios termodinámicos y la estimación de 3 factores de incerteza; profundidad de emplazamiento, edad de emplazamiento y temperatura inicial del magma. El análisis de los resultados obtenidos para distintos volúmenes de magma emplazado, permiten caracterizar la sensibilidad de esta metodología respecto a cada uno de los parámetros de incerteza y su correlación con el volumen de magma emplazado. En base a los antecedentes geológicos disponibles se calculó, para la región del Maule, una reserva geotermal explotable de 1.396 MWe.

El Sistema Geotermal Tolhuaca (SGT), ubicado en la zona norte de la IX Región de la Araucanía, Chile y, actualmente, bajo concesión de explotación, ha demostrado ser uno de los más prometedores del sur del país para la generación de energía geotérmica. Durante su proceso exploratorio, se han realizado perforaciones de hasta 2 km, entre las cuales destaca el sondaje de diamantina Tol-1, de 1073 m de profundidad, dada su disponibilidad para el desarrollo de la investigación en cuestión. En este trabajo se realiza un estudio de detalle de la alteración hidrotermal en microestructuras orientadas (i.e. vetas, vetas-fallas, fallas, vetas-brechas), complementando trabajos estructurales previos, además de modelaciones geoquímicas que permitan esclarecer el rol de factores como la litología, temperatura y composición del fluido en la alteración de este sistema. Los resultados sugieren que el SGT ha sido afectado por 4 etapas evolutivas bien diferenciadas: (1) calentamiento y ebullición, (2) formación de fluidos reactivos ácidos y carbonatados calentados por vapor, (3) ebullición y despresurización, (4) posterior a pérdida de CO2. Sin embargo, las observaciones mineralógicas y estructurales indican una segmentación de los procesos, sobre todo en la zona más profunda del pozo. La alteración hidrotermal muestra una estrecha correlación con los dominios estructurales, evidenciando una segmentación química y estructural del sistema. Además, se reconoce una zona superficial de alteración argílica (0 - 300 m) dominada por aguas calentadas por vapor, caracterizada por arcillas (sme, -chl/sme) y óxidos de Fe; una intermedia de alteración sub-propilítica (300 - 670 m) con una extensiva e intensa presencia de arcillas (chl/sme), las que conforman una capa sello impermeable, y una profunda de alteración propilítica (670 - 1073 m), representada por la ocurrencia de epidota y que constituye la parte superior permeable del reservorio. La capa sello, propuesta en esta investigación, es anómala y difiere de los modelos clásicos, sugiriendo que las características estructurales ejercen un rol fundamental en su proceso de formación, siendo un factor de primer orden a considerar en futuras exploraciones.

Geólogo / En este trabajo se desarrollan los fundamentos de la energía geotérmica de baja entalpia (EGBE), y su uso en la climatización de espacios, especialmente en el ámbito domiciliario. Se introduce el concepto de bomba de calor geotérmica, con todos los aspectos conceptuales que esto conlleva. Se analizara la demanda energética para una casa dentro de la región del Maule, con el fin de generar un sistema de apoyo en la toma de decisiones, aplicado a la evaluación de proyectos relacionados con este tipo de energía. Esta región es una de las dos zonas estudiadas por el proyecto "Determinación de parámetros termales en el subsuelo de las cuencas de Santiago y Talca: implicancias para el uso directo de la energía geotérmica". Se estudiará la cobertura sedimentaria presente en la cuenca del Maule con el objetivo de describir la sedimentología y las propiedades hidráulicas de los acuíferos que estén contenidos en ella, esto con el fin de analizar en profundidad el intercambio calórico con el subsuelo. A esto se le suman las variables hidrogeológicas, como el flujo subterráneo y abatimiento, ya que estas pueden generar quiebres hidráulicos y térmicos, que pueden afectar a una futura implementación y/o operación. Se generaran dos metodologías de estimación, para dos tipos de bombas de calor, ambas asociadas a pozos verticales, pero con distinta fuente calórica. Las bombas BHP (Borehole Heat Pump), que obtiene el calor de los sedimentos y la bomba GWHP (Ground Water Heat Pump) que obtiene el calor del agua subterránea. La generación de este sistema de apoyo requiere una perspectiva multidisciplinaria, ya que necesita la incorporación de todas las variables hidrogeológicas involucradas, además de una correcta estimación en términos de demanda energética y patrones de consumo. Los resultados muestran que ambas tecnologías son aplicables dentro de la zona, pero existe una gran diferencia de costos de implementación. A través de esta diferencia es posible determinar que las bombas GWHP son más favorables cuando se trata de calefacción domiciliaria.

Ingeniero Civil Mecánico / Actualmente gas, carbón y petróleo abastecen tres cuartos de la demanda energética mundial, lo cual muestra la gran dependencia de los combustibles fósiles que tiene la humanidad; esto sumado a la sobreexplotación de los recursos naturales provoca distintos tipos de contaminación, tanto local (material particulado, compuestos orgánicos volátiles y monóxido de carbono) como global (efecto invernadero, lluvia ácida, contaminación de suelo y agua). Lo anterior, junto al agotamiento del petróleo, motiva la búsqueda de nuevas formas de energía como lo son las renovables no convencionales. El presente estudio trata sobre un tipo de energía renovable en particular: la energía geotérmica. El objetivo es desarrollar un mapa geográfico que indique la ubicación de 16 recursos geotérmicos nacionales de alta entalpía (datos brindados por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes) junto a la potencia y/o trabajo específico máximos obtenidos luego de evaluar cada yacimiento en 6 o 7 ciclos termodinámicos distintos dependiendo de cada caso. Para comenzar, se exponen conceptos básicos sobre geotermia y se contextualiza sobre la situación actual a nivel país. Luego se entrega una breve descripción de los 16 yacimientos geotérmicos considerados en este estudio continuando con la interiorización sobre distintos métodos para el aprovechamiento de la energía geotérmica, los que pueden ser por conversión directa, por expansión súbita de una etapa, expansión súbita de dos etapas, sistemas binarios o por medio de ciclos combinados. La utilización de cada uno de ellos depende netamente del tipo de recurso (alta o media entalpía). A continuación se describen los ciclos termodinámicos seleccionados que se utilizan para la evaluación de los distintos recursos. Estos son programados en EES, software especializado en ciclos termodinámicos que permite, a través de variables independientes, maximizar una variable dependiente. En este caso se maximiza la potencia neta y/o el trabajo específico neto dependiendo de los datos de cada yacimiento. Después se muestra la validación de los ciclos termodinámicos y de la torre de enfriamiento seguido por la metodología donde se explican los criterios utilizados en la evaluación termodinámica y en la económica. La siguiente sección da cuenta de los resultados obtenidos donde se detalla el comportamiento de los distintos ciclos programados para cada yacimiento y se muestra la evaluación económica para cada recurso. De esta última se desprende que hay cuatro proyectos atractivos económicamente para entregar energía a los sistemas interconectados: Sierra Nevada, Apacheta, Puchuldiza y Tolhuaca. Por otro lado Surire e Irruputuncu pueden ser atractivos para la industria minera. Por último se encuentra el mapa geográfico que indica la ubicación de cada yacimiento junto a la potencia y/o trabajo específico máximo obtenible.

Geólogo / El Campo Geotermal el Tatio es un laboratorio natural para el estudio de geysers. Es el tercer campo de geysers más grande del mundo, y el más grande del hemisferio sur, y presenta un clima y accesibilidad excelentes para realizar mediciones. A pesar de la gran cantidad de estudios geológicos en El Tatio, no existen trabajos específicos que intenten dilucidar el comportamiento eruptivo de los geysers. Esta memoria comprende la aplicación de una metodología para medir descarga de forma indirecta en los canales de flujo de tres geysers en El Tatio. Tiene como objetivo principal validar la metodología, discutir sobre los resultados y entregar las primeras pistas sobre el comportamiento eruptivo de estos tres geysers. Incluye además una revisión bibliográfica de los estudios sobre geysers en el mundo. El Tatio presenta dos geysers en su Cuenca Media que hacen erupción de manera continua y caótica. Un tercer geyser estudiado se encuentra en la Cuenca Superior y presenta erupciones periódicas. La metodología aplicada es válida para medir variaciones de descarga en geysers cuando se busca encontrar una relación entre la descarga, y variaciones en el ciclo eruptivo. Siempre es conveniente contrastar las mediciones con estimaciones de descarga teóricas con el fin de controlarlas, ya que estas tienden a sobre-estimar la descarga. Los geysers en la Cuenca Media tiene características que implican que su comportamiento se debe a una mecánica controlada por una zona de fractura asociada al Sistema de Falla de Tucle. Los ciclos eruptivos estarían controlados por la porosidad y la geometría de la zona de falla. El geyser en la Cuenca Superior presenta dos fases eruptivas bien marcadas, la primera es explosiva y la nucleación de burbujas juega un rol importante en esta, luego la descarga es principalmente líquida sin fase vapor generando un estado de explosividad menor, se propone a éste geyser como un buen análogo de erupciones volcánicas. Este trabajo abre la puerta a futuros desafíos relacionados principalmente con el estudio de la mecánica de geysers, su comportamiento eruptivo y la fragilidad de sus sistemas. Además esta memoria propone la aplicación de una metodología que junto a otras mediciones pueden llegar a ser una herramienta importante en dilucidar el cómo funcionan los geysers y como podemos preservarlos.

Geóloga / Como objetivos se busca estimar el potencial de climatización con bombas de calor en sectores residenciales de la Región Metropolitana e indicar dónde se cumplen los aspectos físicos necesarios para su implementación. Por un lado, se analizan los intercambiadores horizontales enterrados aproximadamente a un metro y medio del suelo. Se calcula el área de las tuberías a enterrar, considerando la demanda térmica de calefacción de viviendas con distintas dimensiones y la eficiencia del sistema. Se estima que el área de intercambiadores varía entre el triple a doble de la superficie que se desea climatizar. Junto a esto, se analizan los planes reguladores comunales para obtener las superficies mínimas prediales de las zonas residenciales y ver dónde es probable encontrar espacio para instalar el sistema. Se observa que son las zonas periféricas y el sector nororiente del Gran Santiago los que presentan las condiciones requeridas. Otro tipo de intercambiadores son los verticales abiertos. Para analizar su potencial se calculan los caudales de extracción de agua subterránea típicos en la Cuenca de Santiago y el rendimiento del sistema. Con estos caudales se tiene que las potencias generadas superan con creces las demandas térmicas residenciales. También se estima la profundidad de los intercambiadores considerando los abatimientos generados por la actual extracción de agua en la zona, los cuales no son significativos por la extensa presencia de arenas y grava, y el máximo nivel del agua subterránea en los últimos 30 años, donde se detectan zonas con un descenso sostenido en el último tiempo, que requieren mayor cuidado al determinar la profundidad. La profundidad de los intercambiadores se estima por sobre los 150 metros en las comunas cercanas a la zona apical del Abanico del Maipo, para luego ir disminuyendo radialmente, hacia el norte y el este del abanico, y llegar a 20 metros. Considerando los potenciales generados, aspectos físicos y costos de instalación, los intercambiadores horizontales son recomendados para viviendas unifamiliares y los intercambiadores abiertos para edificaciones mayores como edificios o viviendas distritales. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA), proyecto FONDAP 15090013

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / Los geysers son fenómenos escasamente estudiados, aún existen preguntas claves acerca de los procesos que controlan sus erupciones, en particular la fuente asociada a estas. Durante el mes de octubre de 2012, los datos sísmicos se registraron en la superficie alrededor del géiser "El Jefe", ubicado en El Tatio, Chile. Este géiser tiene ciclos eruptivos excepcionalmente regulares. Principalmente se identificaron dos etapas en la erupción: (1) Recarga, asociado a una expansión radial de la superficie alrededor del géiser, (2) Descarga, asociada con una contracción radial de la superficie alrededor del géiser. Se estudia el comportamiento elástico asociado con los ciclos de erupción géiser, y se asocia con una fuente dada por una cavidad esférica superficial sometido a una variación de presión, de forma análoga a la cámara de magma de un volcán. Desarrollamos una nueva metodología para modelar la fuente con un comportamiento migratorio. El estudio encontró que las deformaciones son producidos por las condiciones internas del sistema, y que las regiones de presión que producen la deformación tienden a migrar espacialmente en diferentes etapas de los ciclos eruptivos. / Geysers are poorly studied phenomena, there are still key questions about the processes that control its eruptions, particularly those associated with the source. During the month of October 2012, seismic data were recorded on the surface around the geyser "El Jefe", located in El Tatio, Chile, which has an exceptionally regular eruptive cycles. Primarily we identified two stages in the eruption: (1) Recharge, associated with a radial expansion of the surface around the geyser, (2) Discharge, associated with a radial contraction of the surface around the geyser. We model the deformations related with the eruptive cycles using a source given by a shallow spherical cavity submitted to a pressure variation, analogous to the magma chamber of a volcano. We develop a new methodology to model the source with a migratory behavior. The study found that the deformations are produced by the internal conditions of the system, and that the regions of pressure that produced the deformation tend to migrate spatially in different stages of eruptive cycles. / Este trabajo ha sido financiado por Proyecto Fondap Conicyt 15090013 "Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA)"

Geólogo / El Complejo Volcánico Copahue-Caviahue (CVCC) se encuentra emplazado entre los segmentos norte y sur de la Zona Volcánica Sur de los Andes en la frontera entre Chile y Argentina en la Región del Bío-Bío. Esta es una zona de transición producto de la transferencia de esfuerzos entre dos estructuras regionales. El CVCC alberga un importante sistema volcánico-magmático-hidrotermal cuyas manifestaciones no solo se ven reflejadas a través de la actividad del Volcán Copahue, sino que también mediante numerosas áreas geotermales con manifestaciones superficiales como fumarolas, aguas termales y piscinas burbujeantes. El objetivo principal de la presente investigación es estudiar la relación existente entre la estructura local, la circulación de fluidos y la composición de los isotopos de helio de los fluidos del sistema geotermal del CVCC. Para esto se tomaron y analizaron muestras de la fase gaseosa en las áreas geotermales superficiales y se realizaron mediciones de la concentración de CO2 en el suelo y el potencial espontaneo en superficie a lo largo de perfiles que atravesaron las zonas geotermales y las estructuras principales del área de estudio. Los resultados obtenidos revelaron un importante control estructural tanto en el emplazamiento de las zonas geotermales (las que se encuentran asociadas a la presencia de fallas profundas de orientaciones NNE), como también en la recarga del sistema (la cual se encuentra asociada a la presencia de fallas NNW). Existen fallas de orientación NNE que no generan manifestaciones geotermales superficiales, estas vendrían a ser estructuras secundarias que carecen de la profundidad necesaria para permitir el ascenso de fluidos hidrotermales. La razón isotópica 3He/4He (R/Ra) muestra dos grupos bien definidos: uno donde se presentan los valores más elevados registrados en la Cordillera de Los Andes en toda Sudamérica (7,5 Ra) evidenciando un aporte de origen mantélico en los fluidos, y otro con valores más bajos (5,4 Ra) producto de la interacción de estos fluidos hidrotermales con la infiltración de agua meteórica rica en helio radiogénico en zonas asociadas a la recarga del sistema.

Geólogo / En el Parque Nacional Puyehue, ubicado entre los 72°10 W y 72°20 W - 40°40 S y 40°50 S a 80 km al este de la ciudad de Osorno, inmerso dentro de la cordillera de los Andes se encuentran distintas fuentes termales, las cuales se pueden correlacionar dentro de un mismo sistema geotermal. En el valle que se forma por el río Chanleufu se ubican 2 manifestaciones termales, Aguas Calientes y Termas de Puyehue, aguas de composición Na-Cl-SO4. Más hacia al norte, 20km, se encuentra las termas de Pangal con aguas de composición Na-Ca-Cl. La principal fuente de calor asociado a este sistema se encuentra en el complejo volcánico Casablanca-Antillanca (CVCA), el que presenta una orientación ENE-WSW. Éste tuvo una gran actividad durante el Plio-Pleistoceno, dejando varias coladas de lava, las cuales recubren el área de estudio. El CVCA esta asociado a la zona de falla Liquiñe-Ofqui, las estructuras en subsuperficie del complejo favorecen la permeabilidad del sistema para la recarga de aguas meteóricas y el flujo de los fluidos geotermales. Las muestras recolectadas en este trabajo fueron caracterizadas geoquímicamente, entregando como resultado que en general son aguas del tipo cloruradas con un pH prácticamente neutro a levemente alcalino (pH 7 a 8.5) y una temperatura de descarga de 60° a 65°C en promedio. Las aguas analizadas se interpretaron como aguas maduras con cierta tendencia a periféricas, las cuales han sufrido distintos niveles de dilución debido a la interacción con aguas meteóricas provenientes de la infiltración de los ríos Chanleufu y Golgol, ubicadas en la zona del outflow del sistema geotérmico único para todas las muestras. La temperatura de la fuente calórica se estima en el rango de 160° a 180°C como mínimo. Estas temperaturas fueron estimadas a partir de distintos métodos geotermométricos, tales como geotermómetros de cationes y de sílice, además de estudios de equilibrio multimineral. Los acuíferos del sistema se encuentran asociados a las distintas coladas de lava presentes en la zona y la dirección de los fluidos se asocia al relieve previo a las coladas y al actual, teniendo una dirección hacia el NW. El presente trabajo pretende entregar un modelo conceptual del sistema geotermal de Puyehue-Aguas Calientes y cómo aprovechar de mejor forma los recursos del sistema en favor de la comunidad.