Magíster en Ciencias, Mención Geología / La ciudad de Coyhaique tiene serios problemas de contaminación ambiental, debido a la combustión de leña para calefacción. Este problema es crítico durante los meses de otoño e invierno, por lo que la ciudad fue declarada zona saturada por material particulado respirable MP10 debido a la concentración diaria y anual. Este trabajo propone utilizar bombas de calor geotérmicas para reemplazar el uso de leña y así contribuir a descontaminar la ciudad. Con este propósito se analiza el funcionamiento de una bomba de calor geotérmica, con intercambiadores de calor verticales cerrados, para climatizar el edificio del Gobierno Regional de Aysén y entonces predecir la sustentabilidad técnica y económica de implementar esta tecnología en edificios de características similares. Para predecir la sustentabilidad técnica, se modela el funcionamiento de una bomba de calor geotérmica con intercambiadores de calor verticales cerrados durante 25 años, considerando el requerimiento energético del edificio, la geometría de las unidades geológicas en profundidad, así como sus propiedades hidráulicas y térmicas, además de la circulación de agua subterránea. El modelo de transferencia de calor entre los intercambiadores de calor verticales cerrados y el subsuelo, así como el modelo de flujo de agua subterránea fueron realizados con software FEFLOW desarrollado por DHI. En el caso del edificio del Gobierno Regional de Aysén, el sistema de climatización geotérmico requiere 8 intercambiadores de calor verticales cerrados dobles, de 90m de profundidad, para entregar calefacción y refrigeración con un factor de planta de 11,2% en modo calefacción y 5,4% en modo refrigeración. Es importante calentar y refrigerar con el sistema de climatización, para renovar la temperatura del subsuelo después de las épocas de mayor demanda en el año (invierno y verano). Después de 25 años de funcionamiento del sistema, la zona de afectación térmica mayor que 0,5°C no sobrepasa los 20m, desde el arreglo de intercambiadores de calor en su máxima extensión, por lo que no se afecta el recurso geotérmico de los vecinos. Para predecir la sustentabilidad económica, se compara la geotermia con el aire acondicionado convencional, considerando la inversión inicial de ambas opciones y el ahorro económico en operación, debido al mejor rendimiento de la geotermia. No se consideran alternativas de combustión, porque no suplen demandas de calefacción y refrigeración. El escenario actual, indica un tiempo de retorno de la inversión de ~32 años para la geotermia, debido principalmente al elevado costo de perforación. Es importante considerar que esta tecnología es novedosa en el país y, por lo tanto, implica una alta inversión inicial en los primeros prototipos. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (FONDAP/CONICYT N° 15090013) en el marco del proyecto "Estimación y valorización del potencial geotérmico de Aysén" (Gobierno Regional de Aysén, proyecto BIP 303467723-0)

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geología / La actividad geotermal es registrada en los depósitos de sínter silíceo, que se forman cuando aguas termales se descargan y enfrían rápidamente en superficie. La formación de sínter silíceo entrampa microbios que viven en aguas termales, así como también material vegetal. La preservación de ésta materia orgánica permite la datación mediante 14C en sistemas geotermales activos como El Tatio en el norte chileno. A pesar de ser el tercer campo de géiseres más grande del mundo, después de Yellowstone en Estados Unidos, y El Valle de Géiseres en Kamchatka, la edad absoluta de este sistema geotermal permanece sin constreñir. El campo de géiseres El Tatio está localizado en el altiplano chileno, a una altitud de más de 4.200 metros sobre el nivel del mar, y sus condiciones climáticas extremas como la alta tasa de evaporación, gran amplitud térmica, y alta radiación UV, resultan en un ambiente único análogo a la Tierra primitiva y Marte. En este estudio, la edad de los depósitos de sínter silíceo de El Tatio es determinada mediante 14C en 21 muestras de superficie usando espectrometría de masas con acelerador. Con el objetivo reconstruir la evolución de la formación de sínter silíceo, la estrategia de muestreo incluyó la colección de muestras en perfiles estratigráficos de afloramientos de sínter fósiles. Las edades varían de 15,042 ± 30 a 230 ± 35 años B.P., indicando que El Tatio ha tenido una descarga activa de aguas termales por al menos 15.000 años. Estas edades son utilizadas para determinar la tasa de precipitación en El Tatio, que fue calculada entre 0,14 and 2,57 kg/años/m2. Estos valores están entre las más altas tasas de precipitación medidas en sistemas geotermales y son consistentes con experimentos de precipitación in situ en El Tatio (0,84-2,92 kg/años/m2). Los resultados indican que las condiciones ambientales extremas en el Altiplano Chileno, i.e., alta tasa de evaporación y enfriamiento de las aguas termales, junto con una gran amplitud térmica, han jugado un rol fundamental en la construcción y preservación de los depósitos de sínter silíceo. La mineralogía de las muestras de sinter silíceo fue determinado utilizado difracción de rayos X y espectroscopia Raman, mostrando que las fases minerales presentes en los sinter fósiles son dominantemente ópalo-A y ópalo-A/CT, reflejando un general bajo grado de diagénesis. Estos resultados apuntan a una compleja evolución mineral en el Tatio, donde la maduración de sílice está asociada a procesos de disolución-reprecipitation. Este estudio resalta la importancia de un mejor entendimiento de la evolución de la formación de sinter silíceo en sistemas geotermales y explora el uso del radiocarbono como una herramienta novedosa para constreñir las tasas de precipitación, Además, este estudio enfatiza el impacto de las condiciones ambientales en la precipitación de sílice en los sistemas geotermales andinos. / Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA),Proyecto FONDAP-CONICYT 15090013, y por el Núcleo Milenio Trazadores de Metales NC130065

Ingeniero Civil Mecánico / La población El Guindal, ubicada al oriente de la comuna de Machalí, sexta región, posee un comité de agua potable, el cual extrae agua dulce desde un pozo a pocos kilómetros del asentamiento urbano. Esta población es conocida popularmente por ser habitada por familias de escasos recursos, es por esto que nace la idea de llevar a cabo un proyecto de provisión de agua caliente sanitaria, mediante energías renovables, específicamente, mediante energía geotérmica. La existencia del pozo hace evidente el desarrollo de un sistema que aproveche la energía proveniente del pozo. Es por esto que surge la motivación de utilizar una bomba de calor geotérmica de agua subterránea (GWHP). El objetivo general del trabajo es evaluar técnica y económicamente un sistema que suministre agua caliente sanitaria a un conjunto de 15 casas en esta población. Para lograr esto, los objetivos específicos apuntan a caracterizar el lugar y el sistema existente; establecer las demandas de energía y de agua; llevar a cabo la ingeniería básica de la solución y desarrollar un análisis económico en base a diferentes escenarios. El trabajo comienza con la determinación de parámetros termodinámicos del sistema existente, para luego identificar las variables involucradas. Esto, Junto con el cálculo de la demanda energética, es posible dar paso a la proposición de un sistema. Luego se dimensionan y costean los equipos, y además, los insumos a utilizar. Con esto, se da paso al análisis económico. En él se determina que el proyecto es atractivo en todos sus escenarios, llegando a tener retornos de la inversión de hasta 8 años, cifras de valor actual neto siempre positivas y tasas internas de retorno siempre superiores a la tasa de descuento utilizada. Estos indicadores muestran que el proyecto contribuye a ayudar económicamente a estas 15 familias. Existe una eminente reducción de emisiones de dióxido de carbono, lo que sin duda contribuye a una mejor calidad de vida de los habitantes de la población El Guindal. Socialmente, el proyecto permite dar a conocer otro tipo de fuentes de energías renovables, justificando la gran inversión con los beneficios medioambientales inherentes a este tipo de tecnologías.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geología / El presente trabajo se centra en el uso de isótopos estables y trazadores antropogénicos para investigar el origen, los tiempos de residencia y la evolución de las aguas termales en el Complejo Volcánico Lonquimay-Tolhuaca, ubicado en la parte central de la Zona Volcánica Sur. Veinte muestras de agua subterránea, surgiendo en un amplio rango de temperaturas (8-96°C), son analizadas para determinar su composición química, incluyendo elementos mayores, razones isotópicas (δ2H, δ18O, δ13CTDIC) y la concentración de clorofluorocarbonos (CFCs) y hexafluoruro de azufre (SF6) disueltos. Adicionalmente, se presenta un compilado de toda la información disponible sobre la composición isotópica de la precipitación en la región de la Araucanía. Mediante un modelo de fraccionamiento de Rayleigh aplicado a los isótopos de oxígeno, se logra constreñir la elevación a la cual se produce la recarga del sistema. Los valores de δ13CTDIC en las aguas indican la adición de CO2 del suelo a una fuente de origen atmosférico en la mayoría de las muestras. No obstante, procesos de ebullición y desgasificación magmática se evidencian en las surgencias termales ubicadas en los flancos de volcanes. La composición isotópica de las aguas termales, una vez calentadas en profundidad, es modificada posteriormente por procesos de desgasificación de CO2 y precipitación de carbonatos durante su ascenso. Todas las muestras de aguas termales presentan concentraciones bajas pero detectables de CFC-11, CFC-12, CFC-113 y SF6, lo que sugiere la adición de una pequeña fracción (2 a 22%) de agua meteórica moderna al sistema. La temperatura de surgencia de las aguas termales en el Complejo Volcánico Lonquimay-Tolhuaca se relaciona directamente con la distribución de edad en las muestras. Estas diferencias en los tiempos de residencia se atribuyen a los distintos mecanismos de circulación de cada tipo de agua: por un lado, las aguas frías poseen tiempos de residencia cortos y evidencian una circulación somera a través de un medio poroso, mientras que las aguas termales poseen tiempos de residencia mayores y evidencian un flujo canalizado a través de zonas de falla. El flujo de las aguas termales a través de estos conductos de alta permeabilidad vertical impide que sean diluidas con agua meteórica durante el ascenso. Los datos de este estudio confirman que las redes de fallas y fracturas con distintas orientaciones ejercen un control sobre los tiempos de residencia, el ascenso y las tasas de mezcla de distintos fluidos en este segmento de la Cordillera de los Andes, determinando así su composición química e isotópica. Asimismo, nuestros resultados muestran que el análisis geoquímico e isotópico convencional, en conjunto con el uso de trazadores ambientales (incluyendo los trazadores antropogénicos, CFC y SF6) son una poderosa herramienta para entender la dinámica hídrica de los sistemas geotermales. / Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA), proyecto FONDAP-CONICYT 15090013, y por el Núcleo Milenio Trazadores de Metales NC130065