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.

Desarrolla el diseño de extracción mecánica para los estacionamientos subterráneos, que comprende 9 sótanos del edificio de oficinas corporativas Panorama Plaza. Dado que todos los niveles en mención son idénticos se realiza el diseño de ventilación para un sótano y se implementara a los 9 niveles de estacionamientos de forma idéntica. / Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniero Civil Mecánico / El Centro de Estudio y Trabajo (CET) Valle Verde, ubicado cerca de Puerto Aysén, posee unos invernaderos que abarcan un área aproximada de 1.000 m2, donde se cultivan diversas hortalizas y flores. Debido a las condiciones climáticas de la zona, es necesario entregar calor por una fuente externa para mantener los cultivos durante todo el año. Para aportar este calor, se estudia el uso de bombas de calor geotérmicas las cuales, al usar el subsuelo como foco frío, logran altas eficiencias que pueden compensar su elevado costo inicial, debido a que este medio presenta temperaturas casi constantes a lo largo del año cercanas a los 10° C en la zona. Esto motiva a diseñar el circuito del colector horizontal que va a tierra, con tal de encontrar una disposición que use adecuadamente este medio. Como objetivo se tiene determinar la factibilidad técnico-económica de este sistema para cultivos de lechuga y de tomate, mientras que como objetivos específicos determinar la necesidad térmica del invernadero, estimar el largo de las tuberías del colector, modelar este circuito a fin de diseñarlo y costear los equipos necesarios para que el sistema funcione. El trabajo inicia con los cálculos de balance de energía del invernadero a lo largo del año en base fórmulas para cada fuente o pérdida de calor en el sistema. Con la información del calor necesario que debe inyectarse, se estima el largo de la tubería enterrada en base a datos del subsuelo, y se modela en 2D con un software multifísico la transferencia de calor de forma de ver el comportamiento del subsuelo. Posteriormente se modela en 3D la disposición real de las tuberías, probando distintos modelos, así como medios, para los cultivos. Ya con las capacidades del sistema calculadas, se dimensionan los equipos necesarios, y se modela su funcionamiento dentro del invernadero. Por último, se encuentran los costos que conllevan la instalación y uso del sistema, para así finalmente determinar su viabilidad. Para realizar el estudio, se utilizan datos del sector, como temperatura, radiación ambiente e información del subsuelo, entregados por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA). Junto a esto, se utiliza como software multifísico el programa ANSYS, facilitado por el Departamento de Ingeniería Mecánica (DIMEC). Finalmente se obtiene que los sistemas son factibles técnicamente para ambos cultivos, pero el tomate no logra sustentarse a lo largo del tiempo económicamente. Junto a esto, debido a la alta inversión inicial, el sistema para un cultivo de lechuga requiere de una subvención que ayude a cubrir este costo, para ser económicamente atractivo.

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.

El presente trabajo tuvo como finalidad proponer un sistema de climatización de aire, con el fin de mejorar las condiciones de trabajo en el Laboratorio CAD-CAE y los espacios contiguos (INACOM y oficina). Para esto se analizaron las condiciones previas a la instalación del sistema, recopilándose información trascendente, como las condiciones climáticas. Posteriormente, se establecieron las condiciones ideales, para luego especificar las condiciones que deseadas en el lugar. En el segundo capítulo se refiere a la evaluación de cargas térmicas. Se obtuvo que el 42% de la carga térmica se debe a la fenestración, el 36% por cargas internas, el 8% de la carga es transferida del exterior por las superficies, el 9% se debe a la carga de ventilación y por último el 5% es por infiltración de aire al ambiente acondicionado. Luego en la segunda parte del capítulo, se determinó que es necesario un equipo que extraiga 22.37kW de carga de enfriamiento del laboratorio, 5.22kW del INACOM y 6.29kW de la oficina. Además este debe renovar el aire con una frecuencia de 1.34m3/s en el laboratorio, 0.4 m3/s y 0.6 m3/s en el INACOM y la oficina respectivamente. En el tercer capítulo se seleccionaron los equipos de acuerdo a lo establecido en el capítulo anterior, empleándose manuales, así como catálogos e información complementaria que permita la adecuada selección del equipamiento. Finalmente detallo una evaluación económica referente al costo del sistema seleccionado (US$14,296.70 inc. IGV) y se estableció una comparación con el equipo actual que funciona en dicho establecimiento el cual está sobredimensionado según la capacidad de sus equipos.

Los sistemas de climatización por desecantes han surgido como alternativas eco amigables en comparación a los equipos de aire acondicionado tradicionales. Estos sistemas se caracterizan por utilizar desecantes (sólidos o líquidos) que mediante la adsorción retiran humedad del aire. Adicionalmente, pueden emplear fuentes de energía residual o renovable como la solar. No obstante, en la actualidad hay una limitante en el desempeño del sistema al generar bajos valores de COP. Por ello, se desarrolló un estudio de la aplicación de estos sistemas alternativos a una región tropical del Perú, como es Iquitos. En primer lugar, se investigó el estado del arte de los sistemas HVAC basados en desecantes y se identificó los parámetros más relevantes en la operación de la rueda desecante. Seguidamente, se determinó las condiciones ambientales a evaluar, así como las de confort térmico, y se propuso dos arreglos posibles para dichas características. Estos arreglos son sistemas de doble etapa debido a la alta temperatura y humedad presente en la región tropical peruana. Posteriormente, se realizó simulaciones de los arreglos propuestos a diferentes niveles de temperatura de regeneración, y se determinó que el sistema TSDCS-V basado en el ciclo Pennington es el óptimo para la región de Iquitos. El análisis fue en base, principalmente, al coeficiente de desempeño (COP) logrado. Finalmente, se evaluó la propuesta final en un caso estudio comparándolo a una unidad convencional de aire acondicionado. Los resultados demostraron que, desde la perspectiva energética, los sistemas tradicionales son más eficientes puesto que los alternativos presentan aún limitantes tecnológicas. Además, desde la perspectiva ambiental se comprobó que se puede reducir la huella de carbono si ambos sistemas trabajan en conjunto. Incluso, si se empleara fuentes de calor residual o solar para la regeneración, se reduciría considerablemente el consumo energético y, por ende, las emisiones de CO2.

Menciona los procedimientos y métodos usados para el desarrollo de un sistema de ventilación en minería subterránea, específicamente en la mina Unidad Arcata de la Compañía Minera Ares. El método usado comienza con el cálculo de los caudales y caídas de presión para la selección de los ventiladores, tomando en cuenta las correcciones por altitud sobre nivel del mar, hasta el cálculo de los costos operativos y costos de inversión, antes y después de la excavación de la chimenea; no sin antes determinar el diámetro mínimo y su respectiva corrección al tomar en cuenta el orificio equivalente mínimo que facilitará la ventilación de la mina. Para el desarrollo de la evaluación económica fue necesario determinar los consumos de filtros en hombres y máquinas, a la vez que las paradas por recalentamiento de máquinas con sus respectivos cálculos de reducción de los mismos al hacer la excavación de la chimenea En los sucesivos cálculos haremos referencia a los métodos y herramientas utilizados para simplificar el problema con sus consiguientes cálculos. Parte importante del presente trabajo es el empleo del software Vnet PC, el cual posibilita el hallazgo de la distribución de caudales y caídas de presión a lo largo de todo el circuito, el mismo que se usa antes, durante y después de la excavación. / Tesis

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.