Geólogo / El aumento anual entre un 6% y un 7% del consumo eléctrico del país, y la aprobación de la Ley 20.257- de fomento de las energías renovables- ha provocado en los últimos años, una importante búsqueda de fuentes energéticas para la generación eléctrica del país. Especialmente en el área de las energías renovables, donde la geotermia es una de las opciones más viables, debido a las características físicas de nuestro territorio, donde éste tipo de tecnología se caracteriza por tener energía limpia y confiable, la cual no depende de las fluctuaciones climáticas diarias o estacionales. La Formación Cura-Mallín y Trapa-Trapa de edad Oligocena-Miocena Media, es el relleno de la cuenca intra-arco extensional de Cura-Mallín. La inversión de la cuenca de Cura-Mallín del Mioceno-Medio, que alzo la Cordillera Principal en estas latitudes, ha generado falla inversa, pliegues sinclinales y anticlinales, los cuales son estructuras aptas para la recarga y acumulación del sistema geotermal. El volcán Sierra Velluda de 3.585 metros de altura, es inactivo y estable, el cual es la principal fuente de calor de las aguas termales entre este volcán y el río Queuco. Esta zona se compone de las termas de Aillín, Quillaquín, Ceniciento y Nitrao. Las termas de Aillin se ubican más cercanas al volcán Sierra Velluda, cuyas aguas son del tipo Na-Cl-Ca y se ubican en el outflow cercano al upflow del sistema geotermal. La temperatura estimada en sub-superficie de estas termas de 108-163°C. Las termas de Quillaquín son Na-Cl, y sus aguas emergen sobre granito de edad miocena. Las cuales se ubican en el outflow del sistema geotermal, con temperaturas en sub-superficie de 63-113°C. Para las aguas termales de Ceniciento de tipos Na-HCO3-Cl, ubicadas en la zona de transición del outflow y la periferia del sistema geotermal, se estimaron temperaturas en sub-superficie de 54-101°C. Las aguas termales de Nitrao son del tipo Na-HCO3, se encuentran localizadas en la zona más distal del sistema geotermal, en donde las temperaturas en sub-superficie fueron estimadas de 57-90°C. Los modelos de mezcla evidencian que las aguas termales de la zona exceptuando a las Termas de Nitrao, presentan mezcla con aguas superficiales.

Geólogo / Los géiseres son fenómenos naturales sumamente raros alrededor del mundo, se han documentado aproximadamente 1000 de los cuales 80 se concentran en el Campo Geotermal El Tatio, siendo el tercer campo de géiseres más grande del planeta. Este galardón lo posiciona en un sitio ideal para estudiar el comportamiento eruptivo de los géiseres. La presente investigación se enfoca en identificar los intervalos eruptivos de los géiseres estudiados y en determinar si existen interacciones entre cuatro géiseres de la Cuenca Media. A partir de estos resultados más las observaciones en terreno se asociarán a un modelo teórico que se adecúe a los resultados obtenidos. La metodología utilizada se basa principalmente en mediciones de temperatura de los fluidos al interior del conducto o en los flujos de salida, con el fin de obtener una señal digital que dé cuenta de diferentes peaks, los cuales están relacionados a las erupciones de los géiseres. Las mediciones realizadas en los géiseres de la Cuenca Media están influenciadas fuertemente por el ciclo de temperatura diario, por ello fue necesario filtrar la señal para recuperar sólo las frecuencias altas que evidencian periodicidades propias del ciclo eruptivo de los géiseres. La señal filtrada muestra patrones que indican que existen interacciones entre ellos. En el géiser Vega Rinconada se identificó un intervalo entre erupción multimodal, donde existe una frecuencia dominante que corresponde a 1,84 horas. Todos los géiseres mencionados anteriormente se asocian al modelo de fractura de Ingebritsen y Rojstaczer (1993; 1996). En cambio, en el géiser El Jefe se observa un comportamiento unimodal con un intervalo entre erupción bien marcada de 2,19 min y una configuración más afín al modelo de cámara-conducto de Steinberg et al. (1982). Este trabajo marca un precedente para futuros estudios en el Campo Geotermal El Tatio, en relación al entendimiento de la dinámica de los géiseres, aportando las primeras ideas con respecto al comportamiento eruptivo de los géiseres, las cuales pueden servir de bases para realizar modelos a futuro que permitan entender la mecánica que hay detrás de ellos.

Geóloga / La información disponible acerca de las características de las manifestaciones termales existentes en la décima Región de Los Lagos, Chile, es escasa; sin embargo, los factores que hacen pensar en la Región de Los Lagos como una zona de interés para el desarrollo geotérmico son, básicamente, los numerosos centros volcánicos y aguas termales presentes, al igual que la alta densidad de estructuras, donde aquellas que presentan una orientación aproximada NE-SW y que son en su mayoría dextrales son agrupadas en el Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui (SFLO); mientras que las que muestran orientación WNW-ESE y con dinámicas esencialmente siniestrales son agrupadas en el Sistema de Fallas de Larga-vida oblicuas al Arco (SFLA). Se utilizan análisis químicos de 18 de 36 manifestaciones catastradas. Algunas fuentes muestran correlaciones entre sus composiciones químicas y sus ubicaciones geográficas. A partir de ello, se identifican 2 grandes grupos: las manifestaciones localizadas sobre estructuras del SFLA y aquellas sobre trazas del SFLO. Las fuentes pertenecientes al primer grupo (Porcelana Chico, El Comau, Porcelana Grande) se caracterizan por tener aportes volcánicos directos relacionados al transporte lateral de fluidos, presentando mayores razones B/Cl, un origen netamente geotermal de cloruros y un menor intercambio catiónico. El segundo grupo se subdivide según se ubiquen en la zona intermareal o en zona continental. El primer subgrupo (termas de Rollizos, Cochamó, Sotomó y El Yate) lo forman las únicas manifestaciones que parecen mostrar, aunque leve, una interacción con aguas salinas pertenecientes al fiordo El Comau y al estuario Reloncaví, por lo tanto el origen de sus cloruros se considera mixto. Finalmente, el segundo subgrupo reúne al resto de las termas (Puyehue, Aguas Caliente, Rupanco, El Callao, Cayetué, Ralún, Puelo, Pichicolo, Llancahué, Cahuelmó y El Amarillo), en particular, aquellas localizadas lejos de estuarios y fiordos, y muestra un importante intercambio catiónico, presentando un transporte de fluidos básicamente vertical y con una importante interacción con rocas del Batolito Norpatagónico. Todas estas características químicas son reflejadas en las diferencias entre las temperaturas estimadas con el geotermómetro de Na/K, al cual se le determinan índices de corrección respecto a los valores otorgados por el geotermómetro de SiO2, aplicados en la generación de un mapa de índices de favorabilidad geotérmica, el cual muestra a la península de Huequi como la zona con condiciones más favorables.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / El desarrollo de los intercambiadores de calor como sistemas de aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja entalpía, ha contribuido de forma significativa a reducir el consumo de energía en la climatización de edificios. Para obtener un buen rendimiento de este tipo de sistemas es necesario realizar un diseño óptimo, lo cual requiere una buena estimación de los parámetros térmicos. El test de respuesta térmica (TRT) es el método actualmente empleado para la determinación de las propiedades térmicas del suelo para el diseño de sistemas geotérmicos de muy baja entalpía tradicionales. Los sistemas de pilotes geotérmicos utilizan los pilotes de fundación requeridos en la construcción de edificios, como intercambiadores de calor con el suelo, al incorporarle un circuito de tuberías en su interior por donde fluye el líquido transportador de calor. Estos sistemas son relativamente nuevos y presentan ciertas diferencias con respecto a sistemas tradicionales, lo que hace necesario estudiar la validez de aplicar pruebas TRT para su diseño. Lo anterior es la motivación del trabajo de esta tesis, en la cual se utilizó un modelo numérico desarrollado en COMSOL Multiphysics® para reproducir TRTs sintéticos en un pilote geotérmico bajo ciertas condiciones ideales. Basado en el análisis de los resultados de las simulaciones numéricas, se concluye que la interpretación de los resultados de TRTs en este tipo de sistemas es complejo, ya que dependen de la relación entre la conductividad térmica del suelo y del concreto, la tasa de la capacidad calorífica volumétrica entre el suelo y el material de relleno, el diámetro del pilote, y el espaciamiento entre tuberías, entre otros factores. Los errores asociados a cualquiera de esos parámetros en la interpretación de dichas pruebas mediante el uso del método tradicional de análisis, que considera una fuente lineal de calor (LHS), pueden ser hasta un 50% de sobrestimación para pruebas de relativa corta duración. Por ejemplo, el análisis de las simulaciones indica que, para un pilote de un metro de diámetro, es necesario realizar pruebas de más de 400 horas para obtener resultados confiables. Además, estos errores pueden ser acumulativos lo que puede aumentar la incertidumbre respecto a la estimación de los parámetros de diseño. Por lo anterior, se recomienda utilizar el conjunto de resultados generados en este estudio para estimar factores de corrección que deben aplicarse al interpretar los resultados de TRT en pilotes geotérmicos. Se espera que de esta forma los resultados presentados en este estudio permitan una correcta interpretación de los resultados de pruebas de terreno de corta duración, con el consiguiente beneficio en términos logísticos y económicos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / El desarrollo de los intercambiadores de calor como sistemas de aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja entalpía, ha contribuido de forma significativa a reducir el consumo de energía en la climatización de edificios. Para obtener un buen rendimiento de este tipo de sistemas es necesario realizar un diseño óptimo, lo cual requiere una buena estimación de los parámetros térmicos. El test de respuesta térmica (TRT) es el método actualmente empleado para la determinación de las propiedades térmicas del suelo para el diseño de sistemas geotérmicos de muy baja entalpía tradicionales. Los sistemas de pilotes geotérmicos utilizan los pilotes de fundación requeridos en la construcción de edificios, como intercambiadores de calor con el suelo, al incorporarle un circuito de tuberías en su interior por donde fluye el líquido transportador de calor. Estos sistemas son relativamente nuevos y presentan ciertas diferencias con respecto a sistemas tradicionales, lo que hace necesario estudiar la validez de aplicar pruebas TRT para su diseño. Lo anterior es la motivación del trabajo de esta tesis, en la cual se utilizó un modelo numérico desarrollado en COMSOL Multiphysics® para reproducir TRTs sintéticos en un pilote geotérmico bajo ciertas condiciones ideales. Basado en el análisis de los resultados de las simulaciones numéricas, se concluye que la interpretación de los resultados de TRTs en este tipo de sistemas es complejo, ya que dependen de la relación entre la conductividad térmica del suelo y del concreto, la tasa de la capacidad calorífica volumétrica entre el suelo y el material de relleno, el diámetro del pilote, y el espaciamiento entre tuberías, entre otros factores. Los errores asociados a cualquiera de esos parámetros en la interpretación de dichas pruebas mediante el uso del método tradicional de análisis, que considera una fuente lineal de calor (LHS), pueden ser hasta un 50% de sobrestimación para pruebas de relativa corta duración. Por ejemplo, el análisis de las simulaciones indica que, para un pilote de un metro de diámetro, es necesario realizar pruebas de más de 400 horas para obtener resultados confiables. Además, estos errores pueden ser acumulativos lo que puede aumentar la incertidumbre respecto a la estimación de los parámetros de diseño. Por lo anterior, se recomienda utilizar el conjunto de resultados generados en este estudio para estimar factores de corrección que deben aplicarse al interpretar los resultados de TRT en pilotes geotérmicos. Se espera que de esta forma los resultados presentados en este estudio permitan una correcta interpretación de los resultados de pruebas de terreno de corta duración, con el consiguiente beneficio en términos logísticos y económicos.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / En medio de la discusión sobre la matriz energética y la necesidad de fomentar las Energías Renovables No Convencionales, resulta urgente abordar nuevas formas de generación eléctrica, menos contaminantes, amigables con el medio ambiente y que se encuentren disponibles en el país. En este contexto, la geotermia aparece como una opción viable. Sin embargo, hasta ahora no existe en el país ninguna planta generadora de este tipo de energía. Ante ello, es pertinente identificar y analizar las barreras a la entrada de la geotermia en Chile dentro del marco regulatorio vigente. Entre ellas están el proceso licitatorio, la acción de reclamación y el plazo de concesión

Geóloga / El Sistema Geotermal Tolhuaca (SGT), localizado en la zona norte de la IX Región de la Araucanía, Chile, ha demostrado ser uno de los campos geotermales más prometedores para la explotación y generación de energía geotérmica. En el prospecto se perforó el sondaje de diamantina Tol-1 (1073 m de profundidad), objeto de diferentes estudios, tanto mineralógicos como estructurales. Por medio de estudios estructurales, se encontraron tres dominios definidos por las estructuras presentes. El primero (<300 m) se caracteriza por presentar un alta frecuencia de fallas con espacios abiertos, fallas normales, vetas de alto ángulo y por una ausencia de fracturas de cizalle. El segundo dominio (300 670 m) posee un predominio de fracturas de cizalle, baja frecuencia de vetas y estructuras de bajo ángulo. El tercer dominio (>670 m) presenta baja densidad de fracturas de cizalle y un predominio de vetas subverticales con espacios abiertos. La catodoluminiscencia (CL) es un fenómeno que se da en minerales catodoluminiscentes, provocado por ciertos elementos trazas o defectos en la red cristalina de estos. Mediante imágenes SEM-CL se pueden revelar características que no son visibles mediante otros métodos petrográficos convencionales, analizando la señal antes mencionada. Por lo anterior, la CL es una herramienta útil para distinguir los diferentes procesos de precipitación mineral, bajo diferentes condiciones físico-químicas, que, a través de otros métodos, no es posible percibir. En el presente trabajo se realiza un estudio textural, a partir de la morfología que revelan los patrones vistos en imágenes SEM-CL, llamados familias de cristalización, tanto en los polimorfos de la sílice como en carbonatos secundarios a lo largo de todo el sondaje. Las familias distinguidas en los polimorfos de la sílice son: colloform, breccia, jigsaw, euhedral y sílice amorfa. En los carbonatos sólo es posible distinguir la familia rhombic calcite. La mayoría de las familias de cristalización son distinguibles mediante microscopía óptica (colloform, breccia, jigsaw, euhedral y rhombic calcite). Sin embargo, la familia sílice amorfa no es posible verla por otras técnicas analíticas convencionales y sólo es visible mediante CL. A partir de las imágenes SEM-CL es posible diferenciar tres etapas que afectaron la evolución del SGT, las cuales son: 1) Despresurización y boiling, evidenciado por la familia breccia, colloform y jigsaw; 2) Infiltración de aguas calentadas por vapor ricas en CO2, dada por las familias rhombic calcite y euhedral; y 3) Calentamiento y boiling, reflejado por la familia sílice amorfa. Estas etapas, si bien difieren de otros autores en cuanto a cantidad y temporalidad, involucran procesos similares a los mencionados por estos mismos.

Ingeniero Civil Mecánico / En este trabajo, se desarrolla un modelo termodinámico de una central geotérmica emplazada en Pampa Apacheta, utilizando los datos medidos en las pruebas de producción de Cerro Pabellón (48 [MW] instalados), la primera central geotérmica de Chile actualmente en construcción. De acuerdo a estudios previos y a la descripción del proyecto Cerro Pabellón, el tipo de central que mejor se adapta a las condiciones de Pampa Apacheta es una de ciclo combinado de expan-sión súbita binaria que consiste en un ciclo de generación con vapor y un ciclo binario cuya ener-gía es extraída de la salmuera o fase líquida del flujo geotérmico. Las variables de diseño escogidas en el modelo corresponden a las presiones de boca de pozo asociadas a las curvas de productividad, el fluido binario y la presión de trabajo de este último. Además, se incluye un procedimiento para evitar la precipitación de sílice, componente común del fluido geotérmico, en los distintos componentes del proceso de generación. El modelo es validado mediante cálculo de la potencia neta a partir de las condiciones de pozo de la central geotérmica Miravalles ubicada en Costa Rica. El resultado presenta un 1% de error diferencial y con esto se da por validado el modelo termodinámico computacional. En relación al modelamiento de la central en Pampa Apacheta, las presiones en la boca de los pozos deben ser las mínimas posibles, evitando la precipitación de sílice, es decir 800 [kPa] en el pozo CPE-1 y 350 [kPa] en el pozo CPE-2. Por otra parte, el fluido binario debe presentar tempe-raturas de evaporación entre 422 [K] y 430[K]. Entre un conjunto de fluidos binarios candidatos evaluados, el fluido que maximiza la potencia neta generada a partir de los pozos mencionados es el isopentano, considerado también para Cerro Pabellón, y que permite producir 9,9 [MW]. Se obtiene un rendimiento de primera ley de 7,26% y de segunda ley de 22,53%, valores bajos debido principalmente a las restricciones operacionales para evitar la precipitación de sílice. La central óptima presenta una utilización de 10,7 [(kg/s)/MW], es decir, al extraer 514 [kg/s] (flujo másico declarado para Cerro Pabellón) se obtiene una potencia neta de 48 [MW] a partir de 10 pozos de producción, utilizando isopentano como fluido de trabajo binario. Se estima que una central de esta envergadura en Pampa Apacheta tiene un costo de inversión aproximado de 320 [MM USD] incluyendo exploración, perforación, piping, la central de poten-cia y líneas de transmisión, que en términos unitarios se traduce en una inversión de 6,6 [MM USD/MW].

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El valle de Lonquimay (38.46°S) se localiza en el extremo septentrional de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui, que se extiende por 1200 km como un sistema transcurrente dextral y que es el elemento estructural dominante del intra-arco de la Zona Volcánica Sur de los Andes. A lo largo de esta zona de falla se emplazan los principales centros volcánicos de la región, algunos de los cuales tienen asociados sistemas geotermales, como Tolhuaca y Sierra Nevada, a unos 20 km al NO y al SO de Lonquimay, respectivamente. Para caracterizar el relleno sedimentario de dicho valle y de finir la estructura geoeléctrica de la región circundante se realizaron estudios geofísicos de gravimetría y magnetotelúrica (MT), los que permiten determinar variaciones en la estructura de densidad y de resistividad del medio en profundidad, respectivamente. El trabajo de adquisición de datos se llevó a cabo en tres campañas de terreno, en las cuales se registraron 196 puntos de gravimetría y se instalaron 9 estaciones de MT en el área de estudio, más una estación remota situada a unos 10 km al ONO del pueblo de Lonquimay. Los datos gravimétricos fueron procesados para obtener la Anomalía de Bouguer Completa, con la cual se de finió un modelo de profundidad de la cuenca sedimentaria del valle; mientras que con los registros de magnetotelúrica se calculó el tensor de impedancia Z, y se obtuvieron curvas de resistividad aparente y fase para cada estación, con las cuales se realizaron modelos unidimensionales de resistividad en función de la profundidad. Posteriormente, se efectuó un análisis de resistividad y dimensionalidad en base a elipses del tensor de fase y fl echas de inducción. El modelo gravimétrico indica que la cuenca presenta dos depocentros, de 360 y 260 metros de profundidad. Posiblemente se trate de un solo gran depocentro separado por alguna estructura que alza la parte central del valle. La morfología de la cuenca indica que el relleno sedimentario aumenta en dirección SE, apoyando la hipótesis de un modelo de hemi-graben. Las unidades localizadas al norte de la cuenca corresponden a rocas de baja densidad del miembro Guapitrío de la Fm. Cura-Mallín, posiblemente de alta porosidad y permeabilidad que, sumado a la fracturación e hidratación a las que están expuestas, facilitarían la circulación de fl uidos en profundidad. Los modelos 1D y las elipses del tensor de fase dan cuenta de dos secciones de baja resistividad situadas en la unidad geológica anteriormente mencionada: una bajo las estaciones S2 y S14 de MT, a unos 150 y 400 metros de profundidad, respectivamente, y de 250 metros de espesor, cuya resistividad alcanza los 6 [Ohm-m]; y otra bajo la estación S13, situada a una profundidad mayor. Las características eléctricas que defi nen a estas regiones como zonas conductoras pudiesen estar asociadas a la presencia de fluidos relacionados con algún sistema geotermal de baja temperatura independiente, o bien, con una zona de outflow de alguno de los sistemas geotermales presentes al oeste del valle de Lonquimay.

Geóloga / En el contexto energético de Chile, en que la capacidad instalada es de 18703.6 MW (correspondiente al 99 % de la capacidad instalada nacional), en que la matriz de energía eléctrica de Chile está compuesta principalmente por hidroelectricidad y generación de origen térmico, que la capacidad de generación debería aumentar en 800 MW/año y que el costo de energía eléctrica va en aumento con el tiempo, resulta imprescindible considerar nuevas formas de generar energía eléctrica. Las características geológicas del país, con un arco volcánico activo con manifestaciones termales que se extienden de norte a sur, sugieren que Chile posee un alto potencial geotermal. En efecto, Lahsen (1986) realizó una estimación preliminar del potencial geotermal asociado a recursos de mediana a alta entalpia (> 150ºC) en Chile. La estimación arrojó valores del orden de 16.000 MW por al menos 50 años que correspondería prácticamente a duplicar la capacidad actual de generación. En el presente trabajo se realizan estimaciones del potencial de generación de energía eléctrica del Campo geotermal de El Tatio, que se ubica en la segunda región de Antofagasta, en el norte de Chile (22.33°S, 68.01°W), con el método del volumen con simulaciones de MonteCarlo. El método consiste en encontrar la función de probabilidad del potencial geotérmico a partir de variables aleatorias; evalúa la función a estudiar en n escenarios diferentes seleccionados de manera aleatoria, asignando al azar un valor a cada variable en su dominio de pertenencia. Para llevar a cabo la estimación se analiza la geoquímica y geotermometría de las fuentes termales, se estiman los valores de los parámetros variables de la simulación teniendo en cuenta la geología. Se efectúan ajustes normal y de Birnbaum-Saunders (B-S) a los resultados junto con un análisis de sensibilidad de cada parámetro. Finalmente se compara con estimaciones hechas por empresas de exploración geotérmica. Los resultados obtenidos indican que para B-S (el mejor ajuste) se tiene que con un 90% de probabilidad la capacidad de generación de energía eléctrica se encuentra en el rango superior a 33 MW, con un 55% de probabilidad en el rango superior a 59 MW y con un 10% de probabilidad en el rango superior a 93 MW. Mediante el análisis de sensibilidad, el escenario más favorable se alcanza con el valor máximo del área y es de 90.32 MW, comparable con la estimación hecha por Geotérmica del Norte (GDN, 2010) de 91 MW.