El objetivo general del presente trabajo, es generar una metodología de evaluación del uso de colectores solares para una piscina municipal temperada en base a factores en base a un análisis exergético y económico; se espera ver tanto el impacto que podrían tener los colectores en el sistema como la magnitud del ahorro económico asociado a su uso. Se utilizó como caso particular para este trabajo, la piscina temperada de uso público que tiene la municipalidad de Vitacura en la misma comuna. Esta piscina funciona todo el año, siempre temperada, y cuenta además con servicio de camarines con duchas, de manera que se tiene tanto una carga por la calefacción de la piscina como en la generación de agua caliente sanitaria (ACS). Actualmente se utilizan equipos eléctricos para calentar el agua necesaria, lo que genera altos gastos asociados al consumo eléctrico de estos equipos. Por otra parte, está el creciente interés en utilizar energías renovables tanto por el beneficio económico que suponen como el beneficio medioambiental que conlleva su uso. Se determinaron, para el sistema actual, las pérdidas de calor asociadas a la piscina y la energía necesaria para producir ACS. Se calcularon los flujos de exergía del sistema y se identificaron puntos donde existe destrucción o pérdida de exergía. Se identificó la producción de agua caliente sanitaria como una importante carga energética y exergética del sistema, principalmente por la alta temperatura que se debe alcanzar. Se calcularon los requerimientos que se quiere suplir con los colectores y se utilizó el criterio de inversión del valor actual neto para encontrar la cantidad de colectores que entregue un mayor retorno económico. Posteriormente se vio el impacto en el balance exergético del sistema al incluir los colectores solares. Se concluye que hay tanto una mejora exergética como un importante beneficio económico al incorporar al sistema la tecnología de colectores solares para el calentamiento del agua. La mejora exergética está dada por la intervención en algunos puntos del sistema donde se pierde exergía y el menor uso de los equipos actuales. Se puede suponer, que a mayor escala, el ahorro energético acarrearía además una disminución en las pérdidas de exergía aguas arriba del sistema, hacia las fuentes de producción de energía eléctrica, lo que puede significar un beneficio mayor.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En un trabajo previo se propuso un control de mitigación de efecto nube que permitía disminuir los efectos nocivos de la nubosidad parcial sobre parques fotovoltaicos en la frecuencia de sistemas eléctricos de potencia. Esto último sin la necesidad del uso de acumuladores de energía. La estrategia se basa en la operación sub-óptima de los parques (operación en deload) con tal de disponer de reservas de potencia. A pesar que la implementación del sistema nombrado mejoró la frecuencia del sistema de forma significativa en comparación al caso base (sin el sistema de control), la operación en deload de los parques implica una gran cantidad de energía que no se está aprovechando, lo que no se consideró en la metodología. Con tal de mejorar esto, el siguiente trabajo propone un control de mitigación de efecto nube en parques fotovoltaicos de gran escala basado en una herramienta de pronóstico de radiación. Esto último permite disminuir las pérdidas de energía junto con mitigar los efectos de la nubosidad parcial, mediante la determinación de un nivel de deload en los parques fotovoltaicos usando dicho pronóstico. En primer lugar, esta tesis presenta una revisión bibliográfica y discusión del estado del arte de las técnicas de pronóstico en parques fotovoltaicos. Se muestra que la selección de la técnica de pronóstico depende en la información disponible y la ventana de tiempo del pronóstico, es decir, dependerá del caso de estudio. Dicho esto, se propone el uso de una técnica de pronóstico basada en redes neuronales en el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) de Chile. El pronóstico sirve para determinar el nivel de deload en el parque fotovoltaico para los siguientes 10 minutos, en función de una rampa de radiación. Los resultados muestran que la implementación de la técnica de pronóstico no solo mejora la respuesta en frecuencia del sistema, sino que también disminuye las pérdidas energéticas de forma significativa. / Este trabajo fue parcialmente financiado por el Proyecto CONICYT/FONDAP/15110019 "Solar Energy Research Center" SERC-Chile y el Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería (ISCI)

Este proyecto consiste en el diseño de una central termosolar de colectores cilíndricos-parabólicos para producir 5MW en el distrito de Olmos. Como un prototipo de central con el propósito de determinar sus costos de generación junto con los beneficios ambientales asociados, para su posterior ampliación dentro del distrito de Olmos. Se tomaron criterios para la selección de la mejor opción tecnológica y de los principales componentes de la central de acuerdo a las condiciones geográficas y meteorológicas de la zona. Se van a tratar aspectos como el diseño de la planta solar, que implica el dimensionamiento de los espejos de los CCPs, las estructuras de soporte, la elección del fluido conductor (Sales fundidas o aceite sintético), así como los parámetros y especificaciones de los equipos que se van a utilizar en la central termosolar. Para determinar la viabilidad del proyecto se abordarán aspectos económicos y de rentabilidad como inversión necesaria. Por último, se han expuesto las conclusiones de los cálculos realizados de la central termosolar. / Tesis

El objetivo general del presente trabajo de título, fue la creación de un software de trazado de rayos para realizar un análisis del flujo energético captado por colectores concentradores catóptricos, de geometrías definidas, desde el punto de vista óptico - geométrico. Se utilizó una técnica computacional de trazado de rayos aleatorios, tipo Monte Carlo, para analizar la distribución del flujo energético generado por los colectores concentradores. Este flujo energético se analizó en torno a la variable más relevante de los sistemas concentradores: el factor de concentración de flujo. Se abarcaron geometrías estándar y otras más innovadoras, a través de un programa modular y flexible diseñado en Matlab, el cual permite una utilización sencilla para el usuario, y cuenta con la funcionalidad de guardar los resultados de las simulaciones llevadas a cabo en planillas de datos Excel y en tres formatos de imagen, lo cual facilita un post análisis. Los resultados obtenidos fueron validados analíticamente para cada uno de los colectores concentradores considerados, obteniéndose resultados satisfactorios, de acuerdo a las hipótesis planteadas y a los resultados entregados por la literatura. Además se verificó la integridad del software diseñado sometiéndolo a diferentes pruebas de funcionamiento. Se concluye que el software creado constituye una poderosa herramienta de evaluación para los sistemas concentradores estudiados, el cual permite calcular a piori, diversas aberraciones ópticas que pudiesen afectar el desempeño final de los mismos. Se recomienda finalmente la extensión de las funcionalidades del software, con el fin de poder analizar más geometrías, y agregarle modelos termodinámicos, para realizar en conjunto análisis de tipo ópticos y térmicos.

No autorizada por el autor a ser publicada a texto completo / El objetivo del presente trabajo es realizar un análisis técnico y económico de la instalación de centrales termo solares de tipo concentrador con torre central con el fin de conocer la factibilidad de introducir este tipo de tecnología en Chile. El Norte de Chile, en particular el desierto de Atacama, tiene el potencial de iniciar un desarrollo en la energía solar. Su condición de extrema radiación, precios elevados y volátiles de la energía y su crecimiento industrial hacen de esta región un objetivo estratégico para el desarrollo de la tecnología de concentración solar. La generación eléctrica de la zona, perteneciente al Sistema Interconectado del Norte Grande, es en su casi totalidad producida por centrales termo-eléctricas que requieren importar combustibles fósiles. En este trabajo se revisa el estado del arte del desarrollo de la tecnología de centrales concentradoras con torre, a partir del cual se identifica los sistemas más adecuados para su instalación en el desierto de Atacama y se muestran las ventajas y desventajas de cada tecnología existente hoy en día. Con el objeto de simular la operación, se construye una base de datos meteorológica del sitio de la subestación Crucero. A través del programa System Advisor Model, se simulan centrales de 9 y 50 MW con despachos uniformes, desplazados y de horas punta. Mediante los resultados de las simulaciones se generan los flujos de caja correspondientes para conocer la rentabilidad de cada central. Los resultados demuestran que para asegurar la rentabilidad de este tipo de proyecto, la mejor opción es una central de gran tamaño (50 MW en este caso) donde se prioriza el factor de planta, es decir lograr una generación uniforme durante las 24 horas del día. En el mejor de los escenarios, se obtiene un nivel de costo de energía (Levelized Cost of Energy) que rentabiliza el proyecto de 98 USD/MWh. Se concluye que esta tecnología tiene el potencial de instalarse en Chile, logrando una rentabilidad positiva, gracias a las condiciones económicas y geográficas de la región. Se propone a futuro realizar un estudio de operación más detallado y con más libertad de control de los parámetros.

El objetivo general del presente trabajo, es generar una metodología de evaluación del uso de colectores solares para una piscina municipal temperada en base a factores en base a un análisis exergético y económico; se espera ver tanto el impacto que podrían tener los colectores en el sistema como la magnitud del ahorro económico asociado a su uso. Se utilizó como caso particular para este trabajo, la piscina temperada de uso público que tiene la municipalidad de Vitacura en la misma comuna. Esta piscina funciona todo el año, siempre temperada, y cuenta además con servicio de camarines con duchas, de manera que se tiene tanto una carga por la calefacción de la piscina como en la generación de agua caliente sanitaria (ACS). Actualmente se utilizan equipos eléctricos para calentar el agua necesaria, lo que genera altos gastos asociados al consumo eléctrico de estos equipos. Por otra parte, está el creciente interés en utilizar energías renovables tanto por el beneficio económico que suponen como el beneficio medioambiental que conlleva su uso. Se determinaron, para el sistema actual, las pérdidas de calor asociadas a la piscina y la energía necesaria para producir ACS. Se calcularon los flujos de exergía del sistema y se identificaron puntos donde existe destrucción o pérdida de exergía. Se identificó la producción de agua caliente sanitaria como una importante carga energética y exergética del sistema, principalmente por la alta temperatura que se debe alcanzar. Se calcularon los requerimientos que se quiere suplir con los colectores y se utilizó el criterio de inversión del valor actual neto para encontrar la cantidad de colectores que entregue un mayor retorno económico. Posteriormente se vio el impacto en el balance exergético del sistema al incluir los colectores solares. Se concluye que hay tanto una mejora exergética como un importante beneficio económico al incorporar al sistema la tecnología de colectores solares para el calentamiento del agua. La mejora exergética está dada por la intervención en algunos puntos del sistema donde se pierde exergía y el menor uso de los equipos actuales. Se puede suponer, que a mayor escala, el ahorro energético acarrearía además una disminución en las pérdidas de exergía aguas arriba del sistema, hacia las fuentes de producción de energía eléctrica, lo que puede significar un beneficio mayor.

Ingeniero Civil Electricista / En la actualidad, existe un inmenso interés internacional por el desarrollo de tecnologías de generación con fuentes renovables. Particularmente, la tecnología de concentración solar ha alcanzado suficiente madurez para ser incluida en el mercado de generación y se espera que dentro de los próximos años sea una tecnología presente en la matriz energética de Chile debido principalmente a las condiciones privilegiadas de radiación en el norte del país y también por los incentivos por parte del Estado y también de privados para invertir en esta tecnología. Debido a que en una planta solar no es posible manipular la fuente de energía primaria (radiación solar), el objetivo general del presente trabajo consiste en el diseño de una estrategia de control predictivo basado en modelos (MPC) a nivel supervisor para una planta con colectores cilíndrico parabólicos, que permita aprovechar al máximo el recurso disponible. El trabajo se ha realizado utilizando el simulador de planta solar ACUREX, desarrollado en Matlab-Simulink, el cual representa el comportamiento del lazo de colectores de la plataforma solar de Almería, España. Los modelos predictivos de la planta desarrollados consisten en modelos lineales ARX (autorregresivo con entrada exógena) y ARIX (autorregresivo integral con entrada exógena); y un modelo no lineal difuso de T&S (Takagi & Sugeno), los cuales consideran como variable de salida a la temperatura de salida del aceite del campo colector y como variable de entrada su valor de referencia. Debido a que los modelos ARIX y de T&S presentan los mejores resultados, se propone el diseño de una estrategia de control predictivo a nivel supervisor en base a ambos modelos. Los resultados obtenidos muestran que su implementación reduce el error de seguimiento en 1%, se evita sobreimpulso en el sistema y se limita los cambios en la energía de control, haciendo el funcionamiento del sistema más seguro. En base a pruebas por simulación, se concluye que el MPC difuso supervisor basado en el modelo de T&S mejora el desempeño de la planta frente a cambios en la referencia y en condiciones anormales de operación en comparación con el control regulatorio original. Como líneas de investigación futuras se propone entregar robustez al sistema por medio de la integración de incertidumbre paramétrica en el modelo, incluir criterios económicos de operación e implementar el sistema de control en una futura planta solar en Chile.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / Este trabajo presenta un modelo de negocios para la implementación de paneles fotovoltaicos en casas nuevas construidas por empresas inmobiliarias, evaluando la factibilidad del negocio para casas con precios desde las UF 1500, ya sea en la Región Metropolitana o fuera de ella. En la investigación de mercado realizada se estimó la cantidad de viviendas construidas durante los años 2011 y el primer semestre de 2012, segmentándolas por precio, ubicación geográfica y por empresa constructora para luego definir el mercado objetivo. Se espera que el mercado nacional de ERNC implementadas en hogares crezca y se haga más dinámico en el mediano plazo. Esto avalado por la política energética impulsada por los últimos gobiernos así como por la creciente conciencia verde en la población. El modelo de negocios Canvas de Alexandre Osterwalder, utilizado en este trabajo establece cuatro áreas principales para un negocio, estas son: clientes, oferta, infraestructura y viabilidad financiera, las que son cubiertas por nueve bloques con el fin de hacer llegar la propuesta de valor a los clientes. El valor propuesto a las empresas inmobiliarias es mejorar su imagen por el uso de tecnologías amigables con el medio ambiente, agregar valor a sus construcciones haciéndolas más atractivas para el usuario final mediante el ahorro en el pago de la energía domiciliaria, y el pago de la instalación fotovoltaica a largo plazo junto con su casa. El costo de los componentes para las instalaciones es clave al momento de fijar el precio ofrecido a las empresas inmobiliarias y así rentabilizar el negocio. El precio de esta tecnología aun es relativamente superior a los convencionales y la tendencia mundial es a su disminución a medida que se logren avances en la eficiencia de los paneles y la disminución en los costos de producción, ya sea por el mejoramiento de la tecnología disponible en su fabricación o por economías de escala. Se realizaron simulaciones de flujos de caja para períodos de 10 años, suponiendo que se abarca el 2% del mercado meta el primer año, con un crecimiento de 50% los tres años siguientes, 25% para los siguientes tres años y de un 10% para los últimos tres años.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Una poza solar corresponde a una fuente colectora y almacenadora de energía solar, la cual puede ser utilizada para abastecer procesos de temperatura moderada. Su implementación a escala industrial presenta un alto costo de fabricación y mantención, por lo que es razonable optar por la fabricación de una poza de tipo experimental, la cual permite estudiar el desempeño y evaluar la viabilidad de la construcción de esta a escala industrial. En el presente estudio se muestra la implementación de metodologías basadas en el modelamiento computacional de fenómenos físicos relevantes para el estudio de las dimensiones laterales mínimas necesarias para el correcto funcionamiento de una poza solar experimental que, operando en el norte de Chile sirva como modelo para aquellas de escala industrial. Los objetivos específicos consisten en: recopilar información sobre diseño y operación de pozas solares. Identificar las características principales que debe cumplir un modelo experimental para que sea representativo del proceso real. Utilizar técnicas de modelación para evaluar y elegir modelos según los criterios seleccionados. Elaborar y estudiar los modelos asociados a los fenómenos en estudio. Y finalmente, utilizar los modelos para determinar las características de la poza experimental representativa. Se identifican los principales fenómenos físicos que presentan cambios significativos en el comportamiento de la poza al variar su dimensión horizontal. Entre estos fenómenos se estudian: evaporación superficial de la Zona Convectiva Superior, conducción hacia paredes laterales en la Zona No Convectiva, y convección natural en la Zona Convectiva Inferior. Los recursos usados corresponden a Ansys (Fluid-Flow Fluent) para la elaboración y puesta en marcha del modelo, y Microsoft Excel para el procesamiento de los resultados obtenidos. A partir de los modelos elaborados, se registran longitudes características asociadas a la influencia de cada uno de los fenómenos, las cuales permiten seleccionar un largo mínimo para la poza solar experimental. El ancho mínimo asociado al fenómeno de evaporación en la superficie de la Zona Convectiva Superior es de 17,7 [m] a partir de la cual dicho efecto deja de percibir cambios considerables. Para el fenómeno de conducción en la Zona No Convectiva, se determina un ancho de 15,3 [m] de influencia de los gradientes térmicos cercanos a las paredes. Para el fenómeno de convección en la Zona Convectiva Inferior, se identifica que el ancho característico de los rollos convectivos es de 2 a 3 [m]. Se observa que, independiente de la cantidad de rollos formados, se mantienen las propiedades de temperatura uniforme en su interior. El mayor de estos largos determina el ancho mínimo de la poza solar experimental, el cual corresponde a 17,7 [m].

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico / La presente memoria de título evalúa la posible instalación de una planta desalinizadora de agua de mar ubicada en las cercanías del pueblo de Carrizalillo, ubicado en la comuna de Freirina, III región de Atacama, Chile. El poblado tiene un número de habitantes cercano a 200 personas y está ubicado a aproximadamente 5 kilómetros de la costa, lo cual lo convierte en un sitio atractivo para el caso base. El estudio técnico contempló diferentes metodologías de desalinización, técnicas de cultivos agrícolas y el funcionamiento de paneles solares. En cuanto a la evaluación económica, se implementó un modelo en MATLAB, el cual permite verificar la rentabilidad del proyecto y la estabilidad de esta frente a diferentes escenarios. Respecto al estudio legal, este se realizó con ayuda de los planos reguladores del sector, para así conocer si es posible hacer el proyecto en la zona. Finalmente, se analizó el compromiso social del proyecto con la herramienta de análisis integral (HAIN). La motivación del proyecto nace directamente de la escasez hídrica, fenómeno a escala mundial del cual Chile no queda exento. Actualmente en la zona estudiada se producen cortes de agua debido al incremento de la población en el sector en temporadas de vacaciones o fin de semanas largos. Además, existen dos localidades cercanas que comparten la falta de agua en el sector, Chañaral de Aceituno y Caleta Carrizalillo. Cada poblado tiene una población cercana a 200 personas. El estudio considera utilizar una pequeña porción del total del agua desalada para realizar cultivos en medio hidropónico de tomates y lechugas, estos corresponden al sustento económico del proyecto, debido a que las ganancias por venta de agua no son suficientes. La elección de cultivos se debe principalmente a que corresponden a ejemplos de fruta y verdura de hojas, respectivamente. La adición de estudios de cultivo se debe principalmente al empobrecimiento del trabajo agrícola en el sector a través de los años, debido principalmente a la falta de agua. Los resultados muestran que el proyecto es factible en un escenario en donde se realiza la venta de alimentos para un público objetivo que involucra a las tres localidades, este escenario presenta un VPN de 25.000.000 [CLP] y una TIR de 31% para un horizonte de 10 años, recuperando la inversión a final del segundo año. El estudio de planos reguladores enseña una zona cercana a la costa que se ubica en el centro de los poblados, lo que facilita la distribución de tomates y lechugas. Finalmente, la HAIN indica que la mayor preocupación a tener en consideración es respecto a la salmuera, el principal desecho de la desalinización. Además, para que el proyecto aporte una riqueza social se considera la posible ampliación de la producción de agua potable y/o la adición de paneles solares extras para otorgar energía eléctrica a la zona.