Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Industrial / 14/05/2024

Diss.--Hannover, 2000. / Bibliogr. p. 543-614.

En este trabajo se ha desarrollado la implementación de una planta de concentración solar de receptor central (CRS por sus siglas en inglés Central Receiver System), conocida también como campo de helióstatos o central solar de torre, ubicada en el norte grande de nuestro país, región de Antofagasta, ciudad de Calama. La ventaja y atractivo de esta tecnología, en contraste con la experimentada de colectores cilindro parabólicos, en adelante CCP, es la mayor eficiencia que se puede obtener en el ciclo térmico de potencia, gracias a su tecnología de seguimiento en dos ejes que concentra en mayor grado la radiación solar. De esta manera, resulta posible trabajar con vapor saturado de alta temperatura, lo que se traduce en una mayor eficiencia resultante del ciclo de potencia de la central. La primera parte del trabajo se centra en explicar la modelación de la tecnología de concentración solar. En particular, se presentan los siguientes contrastes con la tecnología CCP: forma plana del reflector frente a una parabólica; sistema de seguimiento en dos ejes y no en eje único; disposición de los espejos dentro del terreno; receptor central versus al receptor distribuido de los reflectores parabólicos; distinto fluido térmico de trabajo, explicado por las distintas temperaturas de operación alcanzadas; entre otras. Posteriormente, se analiza el impacto positivo en el desempeño de la planta al incluir un sistema de almacenamiento térmico, para lo cual se procede a programar y exponer en el software Matlab® un grupo de funciones que representan la dinámica de la planta con y sin este sistema. La metodología que permite mostrar la salida eléctrica en función de la disponibilidad solar, es el balance de energía en las componentes principales de la central: campo de helióstatos, receptor, tanque de almacenamiento y generador de vapor. Un punto al cual se le prestó especial énfasis, fue la descripción del mercado eléctrico de nuestro país y los incentivos concretos, traducidos en normas, que apuntan a introducir las ERNC (energías renovables no convencionales) a la matriz energética de nuestro territorio. En particular, el mecanismo de cuotas ERNC, que exige que un porcentaje de la energía despachada por las centrales convencionales provenga de fuentes renovables, se traduce en una fuente adicional de ingresos para la central solar. Finalmente, se ha hecho confluir el aporte del sistema de almacenamiento a las posibles estrategias de despacho de la central, de modo de maximizar los ingresos por venta de energía y por suministro de potencia firme, o de suficiencia, en las horas de demanda punta. El análisis global demostró que el sistema de almacenamiento no sólo permite mejorar la eficiencia de operación de la central, por medio del despacho constante a capacidad nominal, incluso ante la presencia de un frente transitorio de nubes, sino, y de acuerdo a la revisión de los distintos indicadores financieros, que su presencia permite maximizar los ingresos obtenidos, disminuir el periodo de recuperación del capital, aumentar el VAN del proyecto y aún más destacable: hacer rentable el proyecto no convencional.

Ingeniero Civil / El objetivo principal del presente trabajo es realizar una evaluación entre distintas soluciones que se pueden adoptar para solucionar el problema de la dispersión de polvos contaminantes producido a partir de acopios de graneles sucios. Se da énfasis principalmente a los acopios de carbón utilizados en las centrales termoeléctricas. Actualmente en Chile se evalúan nuevas normativas para regular las emisiones al ambiente y las exigencias para aprobar los proyectos potencialmente dañinos para la población son cada vez mayores. De aquí la importancia que tiene evaluar medidas para minimizar el impacto de los nuevos proyectos en el ambiente. En este trabajo se evalúan cuatro soluciones de almacenamiento de graneles sucios que, actualmente son utilizados con diferentes propósitos en varios países, desde un punto de vista técnico y económico, buscando el que más se acomoda a un escenario representativo de la realidad nacional. Las soluciones de almacenamiento que se evalúan son: estructura de acero de marcos rígidos, estructura mixta acero-hormigón de marcos rígidos, estructura de acero tipo domo y estructura tipo domo de hormigón proyectado. El resultado de la evaluación técnica de las estructuras muestra que todas las soluciones presentadas cumplen con las exigencias requeridas en cuanto a factibilidad de construcción, capacidad de almacenamiento y normativa chilena, de modo que cualquiera de ellas se podría implementar como solución al problema de la dispersión de polvos contaminantes. En la comparación entre estructuras desde un punto de vista técnico-económico, donde se evalúa costo, tiempo de ejecución y relación volumen almacenado/superficie, la que se presenta como mejor solución en el escenario planteado es la estructura de acero tipo domo.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 22/7/2020. / Ingeniero Civil / En Chile, la demanda energética en los últimos decenios ha ido en constante aumento debido al sostenido crecimiento del país. Los combustibles fósiles han sido los preferidos para poder suplir esta demanda sacando cada vez más ventaja de la participación hidroeléctrica en la matriz energética Para cambiar esta tendencia hoy en el país se están ejecutando, y en otros casos ya construyendo, diversos proyectos de energía renovables no convencionales, dentro de los cuales, las pequeñas centrales hidroeléctricas están adquiriendo cada día mayor participación, aprovechando el potencial que tiene Chile en esta materia y aportando al SIC energía confiable y limpia. En este trabajo de título se desarrolla un estudio a nivel de factibilidad técnico-económica de una probable mini central hidroeléctrica ubicada en el río Chirre, en la Región de los Ríos. Sus objetivos específicos son: i. Recopilar antecedentes de buenas prácticas en proyectos hidroeléctricos de este tipo que se hayan construido en la actualidad, y una revisión de las guías para considerar los antecedentes y requerimientos del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA), para elaborar una correcta base de diseño, ii. Diseñar la minicentral hidroeléctrica, enfocado principalmente en los aspectos hidráulicos de sus obras civiles, iii. Realizar una evaluación económica del proyecto, la que permite concluir la factibilidad técnica y económica de la mini central. La metodología para lograr los objetivos incluye la recopilación de información detallada de los diversos componentes que conforman un minicentral hidroeléctrica. Luego la recopilación de antecedentes topográficos e hidrométricos de la zona de ubicación del proyecto, que permiten elaborar un estudio hidrológico en la zona de captación y así determinar el caudal de diseño. Luego proyectar las obras civiles y realizar el diseño hidráulico de la minicentral. Finalmente mediante cubicaciones, y posterior presupuesto de la central, se realiza la evaluación económica del proyecto, en base a precios unitarios típicos para este tipo de proyecto y proyecciones del precio de la energía actualizadas a la fecha. Los resultados de la evaluación económica, para el diseño de la central adoptado, muestran que la central se encuentra en el límite de la factibilidad, por ello se considera también otro tipo de alternativa más económica de construcción, sin embargo, se recalca que se debe contar estudios más en detalle que validen la implementación de esta alternativa. Los análisis de sensibilidad para casos pesimistas en que el precio de la energía es menor al caso base, afectan notoriamente los resultados de la evaluación económica de la central al punto de no ser factible.

Tesis para optar al grado de Doctor en Historia

Doctora en Ingeniería Eléctrica / El objetivo de esta tesis es el diseño de estrategias de control predictivo (MPC) para plantas de ciclo combinado con colectores solares integrados (ISCC), que permita optimizar su funcionamiento en términos operacionales y económicos. Para que este tipo de plantas sea factible, el lugar en que se construyen debe tener altos niveles de radiación solar. Considerando que Chile es el país que tiene la radiación más alta del mundo, es que en esta Tesis se trabaja con plantas ISCC. Para el diseño de las estrategias de control, se desarrolló un simulador en Matlab ® Simulink de una planta ISCC. El sistema se implementa a partir de un simulador existente de una planta de ciclo combinado y de un simulador de una planta de colectores solares distribuidos (DSC). El desarrollo incluye el diseño de un generador de vapor solar y del sobrecalentador de la planta ISCC. Se diseña un MPC difuso para la planta solar, como parte de la planta ISCC. Los resultados se comparan con un MPC lineal, obteniéndose que el MPC difuso tiene mejor comportamiento ante cambios en las condiciones normales de operación. Utilizando un modelo ARIX (autorregresivo integral con entrada exógena) se diseña un MPC supervisor para la presión de vapor de la caldera de la planta ISCC. Los resultados se comparan con un controlador PI de nivel regulatorio. Se evalúan las estrategias de control, utilizando el simulador desarrollado y se concluye que el MPC supervisor disminuye el consumo de combustible de la planta ISCC, en régimen permanente y frente a cambios en la potencia de la turbina de vapor y de la turbina de gas. Con el simulador desarrollado, se pueden diseñar diferentes estrategias de control, para plantas ISCC, además de estudiar el comportamiento de sus variables. Dentro del marco del MPC, se puede realizar la optimización de las plantas ISCC considerando diferentes criterios, modos de operación y restricciones. Las principales contribuciones de estas tesis son: i) El desarrollo de un simulador de una planta ISCC. ii) El diseño de una estrategia de control predictivo difuso para una planta DSC. iii) El diseño de una estrategia de control predictivo supervisor para la planta ISCC.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Embalses a nivel mundial son operados con el objetivo de satisfacer demandas de agua para diferentes usos: consumo humano, agricultura, hidroelectricidad, caudales ambientales e intereses recreacionales. Estos uso debido a periodos prolongados de sequias, generados por el cambio climático, aumento de la población, degradación del medio ambiente y aumento de la demanda energética han exacerbado diferentes conflictos en la utilización del recurso a diferentes escalas especiales y temporales . Por lo anterior, decisiones de asignación de agua desde embalses y el análisis de sistemas de recursos hídricos en general deben tener en cuenta diferentes trade-offs entre los usos que se ven beneficiados con el recurso, con el objetivo de realizar una efectiva coordinación y resolución de conflictos. El riego y la hidroelectricidad son los principales usos en los sistemas hídricos a nivel mundial. Estos usos del agua en algunas zonas geográficas sostienen un conflicto inherente a sus requerimientos de agua debido a que son estacionalmente dispares. La hidroelectricidad tiene las mayores demandas en invierno y el uso agrícola concentra la utilización del recurso en los meses de verano. Por otro lado, la escala espacial de utilización del recurso puede transcender la cuenca, debido a la interconexión del sistema eléctrico, el cual es operado en base a intereses del operador del sistema eléctrico. Por tal, la decisión de asignar agua de un embalse puede involucrar información de disponibilidad del recurso de otras cuencas, además de información propia del sistema eléctrico, relacionada con incertidumbre de precios de combustible, estado de líneas de transmisión, demandas energéticas, entre otras. Éste trabajo plantea una propuesta metodológica para la planificación de la asignación del recurso hídrico, considerando el valor económico de los usos, integrando funciones de demanda mensual para uso agrícola, con dos representaciones del valor marginal de la generación eléctrica, inserta en un sistema eléctrico interconectado el cual transciende la cuenca. El enfoque propuesto realiza una correcta representación del uso hidroeléctrico en un modelo a escala de cuenca, lo cual alivia los conflictos entre el riego y la hidroelectricidad en presencia de escasez hídrica.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Esta memoria tiene por objetivo presentar un estudio sobre la fatiga térmica en zonas de mezcla de agua en reactores nucleares. El problema de la fatiga térmica ha aparecido en los sistemas auxiliares de las centrales nucleares bajo la forma de incidentes de relevancia. Además, se debe considerar que las condiciones de funcionamiento de los reactores venideros serán más exigentes que las actuales. Durante este trabajo, se cuenta con el apoyo de una empresa líder en la construcción de centrales nucleares y energías renovables: AREVA. La fatiga térmica en zonas de mezcla puede aparecer cuando se encuentran dos fluidos que presentan diferentes temperaturas, generando el fenómeno de turbulencia de los fluidos. Según las condiciones de funcionamiento, estas temperaturas pueden producir daño por la fatiga térmica en las paredes de las tuberías. El valor investigado es la duración admisible, que es el tiempo que demora la aparición de la fisura. En este contexto, se retoma el método interno de la empresa basado en la función de Green de esfuerzos y señales experimentales de temperatura, agregando un estudio de sensibilidad de los factores que inciden sobre la duración admisible. El experimento FATHER está en el centro de la investigación del problema de la fatiga térmica. Este experimento consiste en una maqueta sometida a las mismas condiciones de funcionamiento en donde aparece la fatiga térmica. Durante este experimento se mide un conjunto de parámetros físicos. La última versión de este experimento es la que analiza en esta memoria. Se usan datos experimentales de la maqueta FATHER, los cuales aún no han sido analizados por la empresa AREVA, para su comparación con los resultados obtenidos por EDF (empresa productora de electricidad y colaboradora). A partir de esta información, se estima el coeficiente de transferencia térmica, siendo éste uno de los parámetros que definen la duración admisible. Además, se implementa un nuevo método de ingeniería basado en la densidad espectral de potencia (DEP) propuesto por autores japoneses y su aplicación al caso FATHER. Se busca una comparación con el modelo anterior de la empresa para, idealmente, reemplazar en el futuro las caras medidas experimentales de la turbulencia por resultados de elementos finitos. El objetivo de esta memoria es comparar el daño real producido en el experimento FATHER con los daños producidos en los distintos modelos existentes, para así justificar las hipótesis tomadas. Para el desarrollo de este trabajo, se contó con el apoyo del Dr. Stéphan Courtin. Se utilizó un programa de elementos finitos (SYSTUS) y otros de análisis numérico (MATLAB y scilab).

En las ultimas décadas una de las discusiones más importantes a nivel país, ha sido en torno a la obtención de la energía necesaria para su funcionamiento y desarrollo, centrándose principalmente en la forma más apropiada para generar este elemento y las consecuencias que cada tecnología involucrada acarrea al medio ambiente y a sus habitantes. Sólo en la zona norte, entre la II y V región, existen ocho centrales termoeléctricas que producen energía eléctrica usando como materia prima el carbón, produciendo una serie de elementos contaminantes que han afectado directamente a las localidades, comunidades y entornos naturales aledaños a los lugares de emplazamiento de estas industrias. En este contexto, el año 2007 se presentaron tres proyectos de instalación de Mega Centrales Termoeléctricas, en la Comuna de La Higuera, en la IV Región, a una distancia aproximada de 20 Km. De la localidad de Punta de Choros. Como respuesta a estas situaciones, el proyecto se plantea como una contraparte a los efectos que producirían las Termoeléctricas, presentándose como un proyecto de puesta en valor, a través del cual la arquitectura funciona como soporte para educar a la comunidad, sensibilizando a la gente con el lugar. Para lograr esto el proyecto reconoce la oportunidad de establecer un circuito de desarrollo vinculando a las actividades turísticas y pesqueras a partir de dos acciones, por una parte la configuración de un sendero con estaciones que permitan el recorrido del borde costero y el reconocimiento de las características que hacen posible la existencia de esta biodiversidad; en segundo lugar y asociado a lo anterior, la creación de una caleta necesaria para la expansión de la pesca artesanal y del desarrollo turístico vinculado a las visitas de las islas por mar.