Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / El continuo aumento de demanda energética que se viene desarrollando año tras año en Perú, lleva a implementar nuevos sistemas de energía renovable para poder satisfacer las necesidades de confort climático. Para este caso se utiliza una energía renovable que se encuentra en la corteza terrestre y que a una cierta profundidad la temperatura es constante, un sistema basado en energía geotérmica, utilizando esta energía como una fuente inagotable que puede ser extraída de la tierra por medio del bombeo de fluidos calentados en su interior, aprovechando su gran inercia térmica. Es por ella que el objetivo de la investigación es el diseño de una vivienda familiar con las condiciones de confort óptimas para los residentes durante todo el año. Para esto se diseñara y dimensionara una instalación geotérmica para suministro de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria (ACS) mediante una bomba de calor geotérmica. Este dimensionamiento se incluye los sondeos geotérmicos y la selección de la bomba de calor. Cumpliendo con las condiciones básicas del CTE y del RITE durante todo el proceso. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / En el presente proyecto de investigación se ha realizado la descripción de dos metodologías matemáticas para el diseño de colectores solares. El primer colector funciona durante el día calentando instantáneamente el aire mediante convección natural entre las 7am y las 5pm del día; el segundo tiene la función de almacenar calor en el transcurso de las 10 horas del día que es puesto. Siendo esta energía calorífica liberada al terminar la función del colector anterior con el fin de evitar el descenso brusco de la temperatura ambiente dentro de la vivienda dejada por el primero. Los datos de temperatura tomados han sido de los meses de febrero y julio del 2013 de la página www.accuweather.com para realizar una comparación de resultados y ver la conveniencia de su utilización en estos meses; pero con especial interés en los resultados del mes de julio que se producen con el descenso de las temperaturas hasta un grado que hace difícil la vida humana, animal y vegetal. Dentro de los dos diseños se han obtenido como resultado en el mes de febrero para el colector de placa plana una temperatura de salida de flujo promedio de 26℃ y de 21℃ para el mes de Julio, y para el almacenador de lecho de rocas se obtuvo una temperatura de salida de flujo promedio de 21℃ para febrero y de 15℃ para julio. Ambos resultados con un rendimiento promedio cercano al 80% y con un factor estadístico de determinación cercano a la unidad lo cual confirma la confiabilidad de los datos. Con la obtención de estos resultados se puede valorar la importancia de esta investigación puesto que se generan temperaturas adecuadas para la vida humana y así se pueda frenar en algo las numerosas muertes que se producen en las épocas de las heladas durante el mes de julio. / Tesis

Geólogo / En este trabajo se desarrollan los fundamentos de la geotermia de muy baja entalpía y su uso en la climatización de edificios, se revisan los aspectos conceptuales que motivan el desarrollo de esta tecnología, se explica el funcionamiento de la bomba de calor, se analizan los factores que determinan la demanda de una edificación, y se entregan herramientas para la cuantificación de la misma, explicando los tipos de diseño posibles en sistemas abiertos y cerrados y los equipos que es necesario utilizar. Se analiza en profundidad la teoría y equipamiento asociado al intercambio de calor con acuíferos, esto por la disponibilidad de este recurso en la ciudad de Santiago, la escalabilidad de los proyectos, la mayor dependencia de las variables geológicas y la rentabilidad asociada. Se analiza la importancia de las variables hidrogeológicas, los métodos por medio de los cuales se pueden cuantificar, la probabilidad de generar quiebres hidráulicos y térmicos durante la operación del sistema y las precauciones que se debe tener en consideración para una implementación exitosa. Por ultimo se analizan los aspectos regulatorios en Chile, y se ofrece un ejemplo teórico para implementar esta tecnología en un condominio ubicado en Las Condes, se analizan aspectos técnicos y económicos que conciernen al proyecto. La evaluación de este tipo de sistemas requiere una perspectiva multidisciplinaria, conociendo e interpretando adecuadamente los datos hidrogeológicos, estimando adecuadamente los patrones de consumo y la magnitud y ocurrencia de las máximas demandas. Desde el punto de vista técnico y económico esta tecnología muestra un gran potencial de desarrollo a nivel nacional, no obstante esto se requiere un involucramiento más activo de la autoridad en las políticas públicas, simplificando la regulación y estableciendo incentivos de apoyo concretos.

Ingeniera Civil Industrial / En el presente trabajo se realiza una evaluación técnico-económica de tres alternativas al actual sistema de calefacción residencial a leña en tres ciudades de la zona centro-sur de Chile. El trabajo se enmarca en el plan de acción llevado a cabo por el Ministerio del Medio Ambiente para disminuir las actuales concentraciones de material particulado en ciudades que presentan elevados índices de contaminación producto de la combustión residencial de leña. Las alternativas evaluadas corresponden a un Recambio de Calefactores a Pellet, un Recambio de Calefactores a Leña y un Reacondicionamiento Térmico de las Viviendas, las cuales con aplicadas en las ciudades de Talca (VII Región), Temuco Padre Las Casas (IX Región) y Coyhaique (XI Región). Los resultados obtenidos permiten concluir que la conveniencia de cada alternativa depende de las características propias de las ciudades, siendo relevante parámetros como la cantidad de habitantes, el precio de los combustibles y la tasa natural de recambio de calefactores. En el caso de las ciudades de Talca y Coyhaique, la alternativa más conveniente corresponde a un Recambio de Calefactores a Leña debido a que se presenta como la única opción rentable. No obstante, la alternativa de Reacondicionamiento Térmico podría convertirse en la mejor opción en Talca si existieran pequeñas variaciones en el precio de la tecnología, el precio de la leña o el valor de la vida humana. Por otra parte, en el caso de la localidad de Temuco Padre Las Casas, el Recambio de Calefactores a Pellets resulta ser lo más conveniente debido a que, además de ser rentable, es la alternativa que logra la mayor disminución de las concentraciones de MP2,5. La implementación de estas alternativas debiese estar complementada con otras medidas necesarias, como por ejemplo la declaración de leña y sus derivados como combustible, la asignación de un valor a la pérdida de la vida humana, el desarrollo de campañas de educación y sensibilización y la mejora de los montos y coberturas del actual subsidio de reacondicionamiento térmico, entre otras.

Geólogo / El siguiente trabajo muestra el resultado de una estimación a escala regional del potencial geotermal de muy baja entalpía, enfocado a calefacción domiciliaria, para la cuenca de Maipo (33,5°S), ubicada entre la Cordillera de la Costa y Cordillera Principal. Para realizar la estimación se generaron Sistemas de Decisión Geoespacial (GDDS) con la información geológica y económica necesaria para evaluar un intercambiador de calor con el suelo acoplado a una bomba de calor geotérmica (GSHP). Los tipos de GSHP considerados en este trabajo fueron sistemas abiertos que utilizan agua subterránea (GWHP) y sistemas cerrados verticales que intercambian calor con el suelo (BHE). Para generar el GDSS, en el caso del intercambiador GWHP se consideró la profundidad necesaria para instalar bombas que extraigan agua del acuífero y un pozo de reinyección, para esto se estimó la profundidad del nivel estático utilizando los registros máximos de este, en las últimas 5 décadas y el abatimiento esperable en cada sector de acuerdo a la geología del relleno. Además se utilizaron las cotas piezométricas para reconocer las direcciones de flujo del agua subterránea la cuenca y así evitar el quiebre térmico de los sistema GWHP. Para generar el GDSS de potencial de BHE, se consideraron los registros estratigráficos disponibles de los pozos construidos en el área de estudio y cada unidad estratigráfica se le asignó un valor de extracción de calor específica (sHE) según litología, estado de saturación y velocidad real del agua subterránea. Una vez asignados los sHE a las unidades de cada pozo, se obtuvo un valor de sHE ponderado en cada pozo. Para obtener las profundidades necesarias de perforación de dividió los sHE ponderados por la potencia necesaria para la calefacción para una casa tipo en Santiago. Los resultados muestran que las zonas con niveles estáticos someros serán las más convenientes para ambos tipos de bomba, y, en general, se va preferir la instalación de GWHP dobles por sobre BHE. Finalmente se generó un mapa que muestra las zonas donde sería recomendable instalar las bombas de calor evaluadas (BHE vs GWHP).

Ingeniero Civil Mecánico / Esta memoria surgió como un trabajo anexo a la investigación de la profesora Dra. Beatriz Maturana Cossio del Instituto de la Vivienda de la Facultad de Arquitectura de la Universidad de Chile, a través del proyecto Fondecyt Nº11130636: "Viviendas de Integración Social y la Sustentabilidad Medio Ambiental: una Investigación de Proyectos Claves en Chile". Esta investigación le permitió al estudiante ubicarse en un contexto real para aplicar una solución de ingeniería y eficiencia energética, la cual consiste en el diseño y estudio de pre-factibilidad de un sistema de bombas de calor geotérmicas para ser utilizado en la climatización de 2.088 viviendas de integración social que componen el proyecto San Alberto de Casas Viejas en Puente Alto, Santiago. El informe aborda los antecedentes necesarios para identificar la tecnología de interés. Se describe qué se entiende por geotermia de baja entalpía y su aprovechamiento por medio de bombas de calor. Con respecto a la metodología, se calcula la demanda energética para la climatización de las viviendas, y se determina el caudal de agua necesario que se debe bombear desde la fuente geotermal para suministrar de energía los sistemas de bombas calor. Luego, se modela el efecto que tiene en el acuífero la reinyección de agua más fría en invierno y más caliente en verano, y finalmente se dimensionan y caracterizan los principales componentes del sistema para estimar el costo de inversión, costo de operación y ahorro que determinarán la factibilidad económica de la propuesta. Se obtiene que el costo de inversión para el sistema de calefacción es en promedio de 15 millones de dólares y que el ahorro en el gasto de operación anual es de al menos 58% con respecto al gasto anual en climatización por medios convencionales alternativos. Se concluye que, tanto en un escenario favorable como uno promedio, la inversión se paga en un horizonte de entre 4 y 20 años. Además, es necesario considerar los beneficios sociales en medioambiente, salud y equidad social para justificar la inversión del proyecto, si se quiere, por parte del Estado. Finalmente, se discuten y proponen tres alternativas que lograrían reducir considerablemente el costo de inversión y los gastos de operación.

Ingeniero Civil / Esta memoria tiene como objetivo evaluar la factibilidad técnica y económica de la instalación de tecnologías de Energía Renovable no Convencionales (ERNC) en hogares chilenos. La metodología consiste en seleccionar 2 tipos de vivienda en función del costo (una avaluada en 650 UF y otra en 5500 UF), y ubicarlas en 4 ciudades; Iquique, Lonquimay, Santiago y Osorno; para diversificar el efecto del clima y disponibilidad de recurso energético en el análisis. Se determinan las tecnologías aplicables a nivel residencial y se evalúa implementar un reacondicionamiento térmico a viviendas que permitan ahorro en el gasto anual de calefacción. Con ayuda de Retscreen se diseña la implementación de distintas tecnologías, para dimensionar los sistemas y evaluar su rentabilidad. Mediante flujos de caja se estudia el comportamiento económico en un período de 20 años. Se seleccionan las tecnologías económicamente rentables para aplicarse simultáneamente en las viviendas de cada ciudad y se adiciona al costo inicial de los flujos de caja el valor de cada vivienda. Con las combinaciones apropiadas de tecnologías para cada caso, se recupera la inversión inicial de su implementación en ambas casas en todas las ciudades. En la vivienda 1 el promedio del tiempo de retorno es 8,2 años; y para la vivienda 2 es de 6,3 años. Al incluir el costo de la vivienda los proyectos son factibles sólo para la vivienda de 650 UF, ya que cuenta con acceso a subsidios que merman la inversión inicial, permitiendo un tiempo de retorno promedio de 16,7 años (excepto Iquique donde no resulta rentable); mientras que para la vivienda 2 el proyecto no resulta rentable. La instalación de sistemas basados en energías renovables no convencionales, junto a reacondicionamiento térmico, es un proyecto rentable si se seleccionan sistemas que posean potencial energético en la localidad de interés. Su correcta selección e implementación genera ahorros monetarios anuales que, para el caso de viviendas de costo bajo o moderado, pueden llegar a costear incluso el valor de la vivienda.

Geólogo / La bomba de calor geotérmica es el principal medio de explotación de la energía geotérmica de baja entalpía. Las estadísticas muestran que su uso ha aumentado un 10% anual a nivel mundial en los últimos cinco años con una capacidad instalada de ~40 GWt en 2016. En Chile su uso es limitado, pero también tiene una tendencia al alza en los últimos años. Temuco en la Región de la Araucanía presenta serios problemas de contaminación por el uso de leña húmeda como combustible y su aporte a la emisión de material particulado, el cual llega en el mes de junio a los 98 µg/m3 en el caso de MP 2,5 y 115 µg/m3 para el MP 10, superando ampliamente la norma nacional y de la OMS. Este trabajo estima el potencial del recurso geotérmico aplicado a bombas de calor geotérmicas en Temuco sus 3 modalidades: circuito cerrado horizontal (GSHP Ground Source Heat Pump), circuito cerrado vertical (BHP Borehole Heat Pump) y circuito vertical abierto (GWHP Groundwater Heat Pump). Trabajando en la hipótesis de que existen predios en la ciudad donde es posible la instalación de colectores horizontales cerrados y que las características hidrogeológicas son favorables para sistemas verticales, se estima el potencial de cada uno de los intercambiadores de calor geotérmicos. La metodología considera un análisis hidrogeológico con información de la Dirección General de Aguas (DGA), un análisis cívico con el Plan Regulador Comunal (PRC) de la ciudad y su interpretación mediante el software geoestadístico Arcgis 10.3. Se estudia la profundidad del agua subterránea y su temperatura, para evaluar la viabilidad de sistemas abiertos (GWHP). Se realizan secciones estratigráficas y un estudio del calor extraíble de los sedimentos con el fin de estimar la capacidad de los sistemas BHP. Finalmente, las restricciones espaciales del PRC indican la favorabilidad de implementar sistemas GSHP. Los resultados muestran que un de 49% del PRC de la ciudad, puede ser climatizado mediante sistemas del tipo GSHP. La temperatura del suelo a 1,5 m de profundidad permitiría al sistema un coeficiente de rendimiento (COP) entre 3,7 y 4,3, significando costos operacionales anuales de 90 a 320 mil pesos (USD$ 140 a USD$ 490). La profundidad del agua subterránea está entre los 3 y los 30 m, lo que sumado a una potencia del acuífero de al menos 100 m sugiere a los sistemas GWHP como una buena alternativa, ya que requieren profundidades a perforar de 24 a 64 m en promedio (solo pozo productor) y presentan un COP promedio de 5,6 implicando un costo operacional anual de 65 a los 230 mil pesos (USD$ 100 a USD$ 350). También se realiza el estudio para sistemas del tipo BHP, donde la profundidad a perforar requerida para suplir las demandas térmicas para una vivienda pareada de 68 m2 está entre los 20 y los 42 m y el costo operacional es similar al de un sistema GSHP. / Esta memoria fue financiada por el proyecto Conicyt-Fondap 15090013

Actualmente, las viviendas construidas de manera convencional en el poblado de Chillaco, ubicado en la provincia de Huarochirí, en el departamento de Lima, Perú, contemplan una estructura que no incluye el concepto de bioclimatismo, el cual ayuda a garantizar un nivel de confort óptimo considerando parámetros climáticos tales como temperatura, humedad y viento, estas viviendas a su vez no consideran los estándares requeridos para mejorar su desempeño ambiental tal como disminuir su huella de carbono. Es así que con el fin de asegurar el cumplimiento de los parámetros ambientales establecidos y conseguir un nivel de confort aceptable en las diversas estaciones del año para cada habitante de la zona, esta investigación realizó el modelado de una vivienda ecosostenible mostrando el análisis de los desempeños bioclimáticos y ambientales de las viviendas convencionales en comparación de la modelada, a fin de analizar y obtener resultados comparativos entre ambos casos para que el poblado de Chillaco pueda replicar el modelado en nuevas construcciones. La vivienda ecosostenible modelada ha considerado como material principal el carrizo propio de la zona, también la trayectoria del sol según la ubicación, la transmitancia térmica de los materiales utilizados, parámetros climáticos como la temperatura, humedad y viento, y ha tomado en cuenta el estilo de vida de los pobladores para el diseño de la distribución interna de la vivienda. Con los resultados obtenidos se pudo concluir que tanto el desempeño bioclimático como ambiental de la vivienda ecosostenible modelada era mejor que la de una convencional de la zona. / Currently, conventionally built homes in Chillaco, located in the province of Huarochirí, in the department of Lima, Peru, contemplate a structure that does not include the concept of bioclimatism, which helps to guarantee an optimal level of confort considering climatic parameters such as temperature, humidity and wind, these conventional houses do not consider the standards required to improve their environmental performance such as reducing their carbon footprint. In order to ensure compliance with the established environmental parameters and achieve an acceptable level of comfort in the various seasons of the year for each inhabitant of the area, this research modeled an eco-sustainable house showing the analysis of the performances bioclimatic and environmental aspects of conventional housing comparing to the modeled house, in order to analyze and obtain comparative results between both cases so that the town of Chillaco can replicate the modeling in new constructions. The modeled eco-sustainable house has considered the area's own reed as the main material, as well as the path of the sun depending on the location, the thermal transmittance of the materials used, climatic parameters such as temperature, humidity and wind, and has taken into account the style of life of the habitants for the design of the internal distribution of the house. With the results obtained, it was possible to conclude that both the bioclimatic and environmental performance of the modeled eco-sustainable house was better than that of a conventional one in the area.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo es motivado por la búsqueda personal del estudiante por darle un sentido social y amigable con el medio, a su carrera de Ingeniería Civil Mecánica. Es así como se comienza la búsqueda de una localidad que tenga una necesidad que se pueda suplir con los recursos naturales de la misma. Así se llega a Huatacondo, pueblo que tiene carencia de abastecimiento energético pero que al mismo tiempo tiene abundancia de recurso solar. Además de esto ya se ha iniciado un proyecto para autosustentar energéticamente esta localidad mediante fuentes renovables, por lo que resulta el lugar ideal para situar el presente trabajo de título. La solución energética que se desarrolla en este trabajo de título es un sistema de calefacción solar activo, lo cual consiste en un sistema que capta y almacena la energía del sol durante el día para en la noche utilizar esta energía en calefaccionar una vivienda. De esta forma se busca modelar un sistema de calefacción solar para sentar las bases de la construcción del acumulador térmico, uno de los componentes principales del sistema. Finalmente se realizan pruebas experimentales sobre el acumulador construido para corroborar su funcionamiento. Para esto se comprende en detalle trabajos anteriores relativos a este sistema de calefacción y bibliografía pertinente. Con esto el estudiante es capaz de modelar los aspectos importantes del sistema y dimensionar el acumulador de calor. Luego de esto se pasa a la construcción y diseño de experimentos junto con su respectiva instrumentación, para finalmente realizar pruebas experimentales preliminares. Los resultados de los experimentos indican que la instrumentación utilizada es funcional y que el acumulador funciona de forma razonable, pudiendo llegar hasta cerca de un tercio de la carga térmica deseada bajo las condiciones de laboratorio y con ciertas consideraciones que se deben verificar. Estas condiciones de laboratorio son alcanzables en el funcionamiento in situ del acumulador en un futuro próximo si se avanza en la tecnología del colector solar de aire. Sin embargo, la instrumentación utilizada no es suficiente para dar valores más específicos sobre el funcionamiento del acumulador.