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Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / En la presente investigación se estableció un método de estimación y evaluación del potencial geotérmico de baja entalpía (PGBE) existente en la comuna de Colina, Región Metropolitana. La importancia de este estudio es que Chile presenta una gran potencialidad geotérmica debido a que cuenta con una intensa actividad volcánica. Para la estimación del PGBE se utilizaron los métodos del volumen y del flujo térmico superficial. Para establecer una zonificación del potencial geotérmico presente en la zona de estudio, se aplicó el método de peaks de histogramas. Finalmente, con el objetivo de evaluar la rentabilidad económica se usaron los siguientes indicadores: Valor Actual Neto (VAN), Tasa Interna de Retorno (TIR) y periodo de retorno. Por último, se realizó un análisis de sensibilidad de 3 escenarios socio-económicos.

ALVES, R. D. B. Sistema de captação de energia solar para uma torre de dessalinização térmica com recuperação de calor. 2009. 56 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-21T16:36:43Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_rdbalves.pdf: 2398984 bytes, checksum: 8a03386c47ce443e51edf256b3d1c6c3 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T16:33:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_rdbalves.pdf: 2398984 bytes, checksum: 8a03386c47ce443e51edf256b3d1c6c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T16:33:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_rdbalves.pdf: 2398984 bytes, checksum: 8a03386c47ce443e51edf256b3d1c6c3 (MD5) Previous issue date: 2009-09-02 / This dissertation presents the experimental result of a system to absorb solar energy to heat up a desalination tower with heat recovery mechanism and a change made in the heated water distribution at the heat storage tank. The system to absorb solar energy consists of solar thermal flat plate collectors for high temperatures and it responsible for the conversion of solar radiation in thermal energy to heat up the water to be desalinated. The change made in the storage tank consists of the installation of a stainless steel pipe with holes equally spaced and arrangement to allow a better distribution of the hot water from the solar collectors in the heat storage tank. The desalination unit has two components: two high temperatures solar collectors and a desalination tower with six stages. In its operation, water is heated in the solar collectors and moves by natural convection to the storage tank, to the bottom of the tower. In the tank, the water transfers heat to the salty water in the first stage of the tower. This heated water transfer heat by evaporation, convection and radiation to the second stage and part of its energy is lost to the ambient. The condensed vapor on the walls of the stages flows down by gravity to be collected in a reservoir installed under the desalination tower. The heat received by the second stage is used to heat up the ater in this stage and the process is repeated in all stages. The performance of the desalination unit was satisfactory. The temperature in the storage tank reached values near 85°C and the water temperatures at the outlet of the solar collector were near 100°C. The daily production was 31 liters of desalinated water and the GOR-value (gain output ratio) was 1,54 / Apresenta os resultados experimentais obtidos com u m sistema de captação de energia solar fabricado para o aquecimento de uma torre tér mica de dessalinização com recuperação de calor e com a modificação realizada na distribui ção de água quente no tanque de armazenamento de calor da torre. O sistema de capta ção de energia solar é formado por coletores solares térmicos de placa plana para alta s temperaturas e é responsável pela captação de radiação solar e pela conversão em energia térmi ca para o aquecimento da água a ser dessalinizada. A modificação realizada consiste na instalação de um tubo de aço inoxidável, no qual foram feitos furos passantes igualmente esp açados ao longo do seu comprimento, de forma a permitir uma melhor distribuição de água qu ente no tanque de armazenamento de calor. O dessalinizador é formado por duas unidades : Dois coletores solares de alto de desempenho e uma torre de dessalinização com sete e stágios. Em seu funcionamento, a água é aquecida nos coletores solares e se movimenta para a base da torre (armazenamento). Na base da torre, a água transfere calor para a água salobr a do primeiro estágio da torre. A água aquecida transfere calor por evaporação, convecção e radiação com o segundo estágio e parte de sua energia é perdida para o ambiente. O vapor d ’água condensado nas paredes dos estágios é coletado em um reservatório, localizado abaixo da torre de dessalinização. O calor recebido pelo segundo estágio é utilizado para aque cer a água salobra e o processo de recuperação de calor se repete para os demais estág ios. O dessalinizador apresentou desempenho térmico satisfatório. A temperatura no t anque de armazenamento alcançou valores próximos de 85 ° C e as temperaturas da água na saída dos coletores ficaram próximas a 100ºC. A produção diária foi de 31 litros e o valor do GOR (razão de ganho na saída) foi de 1,54.

Ingeniero Civil Eléctrico / El aumento en las aplicaciones de energías renovables y la proliferación de tecnologías complejas a escala individual utilizando placas de desarrollo como Arduino ha promovido una cultura de comunidad de desarrollo abierto. En el ámbito de energía solar permite la implementación de sistemas de seguimiento solar. Esto mejora significativamente el rendimiento de tecnologías solares desde paneles fotovoltaicos a calefactores de agua. La investigación preliminar del trabajo resulta en el estudio de un proyecto de una impresora solar 3D que utiliza un lente Fresnel para concentrar la radiación del sol. Esto se puede utilizar en aplicaciones que requieren alta temperatura. Se busca estudiar el rendimiento de un lente de escala individual. Se realiza el diseño y construcción de una estructura para montar el Fresnel. Al ser una tecnología de concentración requiere seguimiento solar para permanecer perpendicular a la radiación del sol. La temperatura en el foco se mide para determinar las aplicaciones posibles, resultando en una temperatura máxima de 690 [°C] durante el mes de diciembre. En el foco se concentra la radiación solar 246 veces. Esto resulta en un rango de operación teórico de 340 a 570 [°C] para aplicaciones útiles y un máximo teórico de 755 [°C]. Respecto a la implementación de una impresora solar con el lente se requiere aumentar la concentración y modificar la estructura para permitir una plataforma móvil en el foco. Existen aplicaciones viables en ámbitos de minería artesanal de oro o cocinas solares de escala familiar. El prototipo requiere trabajo adicional para obtener un sistema de seguimiento más robusto capaz de operar sin mantenimiento constante.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-31T03:08:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343720.pdf: 2037557 bytes, checksum: 9fa3a75bec05f074541dcb7113b66c77 (MD5) Previous issue date: 2016 / Uma análise da viabilidade técnico-econômica de sistemas solares com-binados a bombas de calor para aquecimento de água é conduzida neste trabalho com o objetivo de estimular o uso de energia solar térmica no Brasil. Duas configurações distintas são propostas: (1) sistema solar com dois reservatórios conectados em série e uma bomba de calor ar-água atuando como fonte de energia auxiliar; e, (2) sistema solar com dois reservatórios conectados em paralelo e uma bomba de calor água-água. Além dessas, duas configurações alternativas para o sistema solar convencional foram tomadas como referência para as análises. Todos os sistemas foram modelados no software TRNSYS, dedicado a simulações transientes, considerando-se dados climatológicos de um ano meteoro-lógico típico (typical meteorological year - TMY) para cidade de Flori-anópolis-SC. Dados de catálogo fornecidos por fabricantes foram utili-zados para determinar o desempenho dos coletores solares e das bombas de calor. Os sistemas são direcionados ao aquecimento de água em larga escala, isto é, a empreendimentos com grande consumo de água quente, como condomínios residenciais, hospitais e hotéis, visto que possuem maior potencial para economia de energia e redução de custo, justificando assim o aumento do investimento inicial devido à introdução da bomba de calor no sistema. Nesse sentido, busca-se determinar qual dos sistemas retornará ao usuário a melhor relação custo-benefício segundo o critério do ganho líquido no ciclo de vida do empreendimento. O método de Monte Carlo foi utilizado para analisar o impacto de incertezas do padrão de consumo na viabilidade econômica dos sistemas. Os resultados mostram que todos os sistemas apresentados são capazes de proporcionar ganhos líquidos positivos ao usuário. A quantificação desse ganho depende, no entanto, do dimensionamento dos sistemas em função da área de coletores, do tamanho dos reservatórios de armazenamento de energia e da capacidade da bomba de calor, além dos parâmetros econômicos adotados. De modo geral, o sistema combinado à bomba de calor ar-água demonstrou desempenho superior em termos de eficiência energética global em relação aos demais, e foi capaz de proporcionar ganhos líquidos comparáveis aos sistemas solares convencionais.<br> / Abstract : This work presents an analysis of the simulated performance of two combined solar heat pump water heating systems, aiming to provide technical data to promote the use of thermal solar energy in buildings in Brazil. Two configurations of combined solar-heat pump domestic water heating systems were proposed: (1) a dual tank solar system combined to an air-source heat pump (ASHP); and, (2) a dual tank solar system combined to a water source heat pump (WSHP). A single and a dual tank traditional solar system were also undertaken as reference systems. The four systems of interest were modeled in the TRNSYS software and simulated for a year in order to compare their performances. Simulations were performed for a typical meteorological year (TMY) using climate data of Florianópolis, Brazil. Actual manufacturers catalog data were used to simulate both the solar collector and the heat pumps performances. Focus is given on large daily hot water consumers, such as multi-residential buildings, hospitals or hotels, in order to explore their higher potential for energy and cost savings, and improve the economic justifiability of the proposed systems through the economy of scale. The economic feasibility of the proposed systems was assessed by means of Life Cycle Savings Analysis (LCSA). Uncertainty analysis was carried out through a Monte Carlo approach. Results showed that all systems are profitable. The potential savings depend however on different combinations of economic parameters as well as design parameters such as collector area, storage volume and heat pump capacity. In general, the solar system combined to an ASHP showed better performance, and was able to provide economic savings comparable to the traditional solar systems.

Debido a las condiciones económicas y ambientales actuales, las entidades competentes en el sector energético nacional se encuentran impulsando el desarrollo y masificación del uso de nuevas fuentes de energía. Entre las potenciales fuentes disponibles en Chile, destaca la energía solar, debido a las excelentes condiciones radiativas que se presentan en las regiones al norte del país. Para impulsar el uso de este tipo de fuentes de energía, se hace necesario contar con una entidad que posea la capacidad técnica de realizar ensayos normados sobre los sistemas solares térmicos, y así incrementar su desarrollo. En base a la motivación anterior, se estableció como objetivo general el desarrollo de las ingenierías conceptual y básica de un laboratorio para la realización de pruebas de caracterización a sistemas solares térmicos de uso doméstico. Este laboratorio se diseñó además para tener la capacidad de expandir sus capacidades al anexar nuevos módulos de pruebas. Para dar respuesta a los objetivos propuestos, se elaboraron los diagramas de tubería de los circuitos tanto hidráulicos como neumáticos, que permiten desarrollar las pruebas sobre los sistemas solares térmicos. Una vez finalizado el diseño de los circuitos, se calcularon y establecieron las especificaciones básicas de sus elementos principales, lo que permite continuar en una próxima etapa el desarrollo de la ingeniería de detalle del laboratorio. El desarrolló del diseño de este laboratorio y la selección de los equipos a utilizar, se basaron en las normativas vigentes actualmente en Chile utilizando la instrumentación y metodologías adecuadas a las exigencias que en ellas se establecen. Este diseño se limitó a las áreas que tienen directa relación con la ingeniería mecánica y se dejaron los espacios para introducir los elementos anexos relacionados con otras especialidades. Se finalizó el trabajo con la introducción de directrices básicas sobre los procedimientos a utilizar en el funcionamiento del laboratorio, y recomendaciones a considerar para el desarrollo de la ingeniería de detalle.

Orientador: Milton Abramovich / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T17:34:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fantini_MarciaCarvalhodeAbreu_M.pdf: 3530728 bytes, checksum: 9e932195c9b0f87d2e05888d745bd35a (MD5) Previous issue date: 1980 / Resumo: Uma eficiente conversão fototérmica da energia solar requer superfícies com uma alta absortância para comprimentos de onda l < 2,5 mm e uma baixa emitância térmica para l > 2,5 mm. As superfícies que possuem estas características são conhecidas como "superfícies seletivas". Nós apresentamos neste trabalho um processo experimental, bem como uma análise teórica de filmes seletivos obtidos por evaporação de Co em presença de Oxigênio e Hélio. As amostras produzidas passaram pelo seguinte processo experimental: medida da transmitância espectral entre 0,3 mm e 20 mm, determinação da massa e espessura do filme, análise da estrutura e composição química por microscopia eletrônica de transmissão. Para uma das amostras foi determinada a distribuição estatística dos diâmetros das partículas produzidas, como também a influência de um tratamento térmico em ar sobre suas propriedades óticas, estruturais e químicas. A transmitância espectral teórica dos filmes foi calculada com base na teoria de meio efetivo de Maxwell Garnett. Considerando uma interação do tipo dipolo-dipolo entre as partículas e uma estrutura composta por esferas isoladas, cadeias e aglomerados, uma concordância satisfatória entre a transmitância espectral experimental e os cálculos teóricos foi obtida / Abstract: An efficient phototherrnal solar energy conversion requires surfaces with a high absorptance for wavelengths l < 2.5 mm and a low thermal emittance for l > 2.5 mm. The surfaces that have these characteristics are known by "selective surfaces". We present in this work an experimental procedure as well as a theoretical analysis of selective films produced by evaporation of Co in a gas mixture of Oxygen and Helium. The produced samples followed the experimental process below: measurements of the spectral transmittance from 0.38 mm to 20 mm, determination of the mass and the thickness of the film, structural and chemical composition analysis by transmission electron microscopy. For one of the samples it was determined the statistical distribution of the particles diameter and also the influence of a heat treatment in air over its optical, structural and chemical properties. The calculation of the theoretical spectral transmittance of the films was based on the effective medium theory of Maxwell Garnett. Considering a dipole-dipole interaction between the particles and a combined structure of isolated spheres, chains and clusters, a satisfactory agreement between the experimental spectral transmittance and the theoretical results was obtained. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Memoria para optar al título de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / El consumo de energía en el mundo se incrementará en un 57% entre 2004 y 2030. Para enfrentar este crecimiento Chile tiene como objetivos centrales en materia energética diversificar la matriz, establecer precios competitivos de la energía y que ésta sea sustentable con el medio ambiente. En este escenario, las ERNC permitirían cumplir tales objetivos en una gran medida. Dentro de las ERNC, la energía solar térmica ha mostrado un crecimiento a nivel mundial en los últimos años, incluido en Chile, que presenta altos niveles de radiación solar para su desarrollo. Con el propósito de exponer las ventajas de la energía solar térmica, se propuso evaluar la rentabilidad de un sistema solar térmico para producir agua caliente sanitaria en un edificio residencial, ubicado en la Región Metropolitana, a través de una evaluación técnicoeconómica. El edificio utilizado como caso de estudio presenta una demanda media diaria anual de 15.839 litros de agua caliente sanitaria y utiliza calderas a gas natural para cubrirla. A través de la evaluación técnica se determinó que la superficie óptima de colectores solares, para satisfacer el 62,5% de la demanda anual de energía necesaria para producir agua caliente sanitaria, es de 143 m2. El resto de la demanda debe cubrirla el sistema convencional de calderas a gas. La implementación del sistema solar térmico permitiría considerables beneficios económicos a la comunidad del edificio, quienes ahorrarían anualmente $12.618.371 por un período de 20 años. El costo de inversión es el factor de mayor sensibilidad debido a su alto valor. No obstante, la inversión se solventa con el ahorro en gas natural y su período de amortización es de 4,8 años. Con la entrada en vigencia de la Ley 20.365, de franquicias tributarias para sistema solares térmicos, el costo de inversión disminuye un 20% y el período de amortización baja a 3,8 años. Por último, se establecieron recomendaciones en la evaluación técnica dirigidas a la etapa de diseño del sistema solar térmico, con la finalidad de hacer más eficiente su funcionamiento, maximizar su vida útil y optimizar su inversión. / Energy consumption in the world will grow a 57% between 2004 and 2030. In order to face that growth, the Chilean Government has the following main objectives regarding energy policy: diversifying the energy matrix, establishing competitive energy prices and respecting the environment and its sustainability. In this scenario, non-conventional renewable energies would accomplish a big portion of these objectives. Among the different renewable energy surces, solar thermal energy has been growing worldwide in recent years, including in Chile, whose high level of solar radiation plays a key factor. Profitability of implementing a thermal solar system in a residential building to produce hot sanitary water was analyzed (technically and economically), with the purpose of presenting the advantages of solar thermal energy. The nalyzed building has a daily demand of hot sanitary water of 15.839 liters and uses a natural gas boiler to cover it. The results revealed that installing a total of 143 m2 of solar collector flat plate is the optimum size that will satisfy the annual energy demand for domestic hot sanitary water in a 62.5%. The rest of the demand has to be covered by the conventional natural gas boiler system. The implementation of the solar thermal system would cause important economical benefitsto the building community, who would save $12.618.371 annualy, during 20 years. The investment cost is the most sensitive factor, due its high value. Nevertheless, the investment cost can be covered by the ammount of saving of natural gas, and its amortization period is 4,8 years. With the recent Law 20. 365 (tax credi for solar thermal systems), the investment cost decreases 20% and the amortization period is 3,8 years. Lastly, recommendations to design of the solar thermal system were made in the technical evaluation presented in this work, with the intention of optimizing the investment costs, making its operation more efficient, and maximizing its lifetime.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / En la presente investigación se estableció un método de estimación y evaluación del potencial geotérmico de baja entalpía (PGBE) existente en la comuna de Colina, Región Metropolitana. La importancia de este estudio es que Chile presenta una gran potencialidad geotérmica debido a que cuenta con una intensa actividad volcánica. Para la estimación del PGBE se utilizaron los métodos del volumen y del flujo térmico superficial. Para establecer una zonificación del potencial geotérmico presente en la zona de estudio, se aplicó el método de peaks de histogramas. Finalmente, con el objetivo de evaluar la rentabilidad económica se usaron los siguientes indicadores: Valor Actual Neto (VAN), Tasa Interna de Retorno (TIR) y periodo de retorno. Por último, se realizó un análisis de sensibilidad de 3 escenarios socio-económicos. Como resultados, el potencial geotérmico promedio de la comuna de Colina se estimó en 17,69 ± 3,69 [kW], con temperaturas del acuífero que varían entre los 22 [°C] y los 33 [°C]. Resultado del análisis de conglomerados, se determinaron cuatro potenciales zonas caracterizadas por sus potenciales geotérmicos promedios en: 14,97 ± 1,22 [kW], 18,29 ± 1,01 [kW], 21,72 ± 1,02 [kW] y 26,77 ± 2 [kW] respectivamente. Por otra parte, se determinó que existe una alta probabilidad de resultar rentables económicamente proyectos que utilicen las bombas de calor horizontal en los tres escenarios estudiados. En cambio, los proyectos de bombas de calor vertical resultan con mayor rentabilidad sólo cuando se compara con la electricidad como combustible para calefacción. Finalmente, la metodología desarrollada puede ser replicada en diversas zonas del país con el objetivo de cuantificar el PGBE, incentivando el uso de ésta energía limpia y renovable.

Ingeniero Civil Mecánico / Para la producción de agua caliente y calefacción es común utilizar energía eléctrica o combustibles fósiles, tanto para consumo domiciliario como comercial. Sin embargo, esas tecnologías poseen una amplia huella de carbono. Para reducir la contaminación de carbono se han desarrollado tecnologías que aprovechan la energía del sol, tanto para calefacción como para agua caliente, aquí es donde destacan los Paneles Solares Termodinámicos (PST); que funcionan bajo el principio de bomba de calor con expansión súbita y asistencia solar. Este proyecto busca contribuir a introducir esta tecnología en Chile. El objetivo general del proyecto es evaluar la introducción de Paneles Solares Termodinámicos (PST) en Sistemas Solares Térmicos (SST) para Agua Caliente Sanitaria (ACS), Calefacción Central (CC) y otras aplicaciones como Climatización de Piscinas (CP); generando un manual elemental de proyectos típicos. Los objetivos específicos son evaluar el estado del arte de la tecnología de PST, sus posibilidades, aplicaciones y potencial introducción en Chile; desarrollar una metodología de cálculo, con proyectos típicos para segmentos domiciliarios y comerciales, desarrollar ingenierías conceptuales, con P&IDs, lay-out y los principales detalles sistémicos; y efectuar evaluaciones de pre-factibilidad de las configuraciones previamente ingeniadas. La metodología para desarrollar los objetivos específicos del proyecto se basa en 3 pilares: Evaluar el estado del arte de los PST; desarrollar una metodología de cálculo; y diseñar proyectos típicos incluyendo P&ID, lay-out y evaluación económica. Los principales resultados del proyecto se centran en 4 aplicaciones típicas y sus combinaciones: ACS domiciliario, ACS comercial, CC+CP domiciliario y ACS+CC domiciliario. El análisis comparativo de los proyectos muestra los siguientes parámetros y resultados: Criterio ACS domiciliaria ACS comercial CC+CP domiciliaria ACS+CC domiciliaria Tamaño 190[l] 1.280 [l] CC:86[m^2] CP: 18[m^2] CC:86[m^2] ACS: 190[l] Consumo típico 3.194 [kWh] 21.801 [kWh] 50.935 [kWh] 17.550 [kWh] N° PST 1 7 6 7 Inversión ($) 1.552.063 6.139.182 4.206.703 4.689.823 VAN ($) 390.719 6.606.542 27.813.534 2.847.354 TIR (%) 14% 24% 89% 18% PRI (años) 7 5 2 6 Valor actual neto (VAN), Tasa interna de retorno (TIR), Periodo interno de retorno (PRI) La principal conclusión es que las aplicaciones a nivel domiciliario requieren relativamente altos niveles de inversión y están dirigidas a un estrato socioeconómico alto, incluso para instalaciones de carácter mixto. Las aplicaciones comerciales son completamente factibles ya que los ahorros energéticos son importantes y permiten recuperaciones de la inversión en 5 años o menos.