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.

El presente trabajo de título tiene como objetivo diseñar una estrategia para promover el uso de colectores solares térmicos para la producción de agua caliente sanitaria en el sector residencial de la Región Metropolitana. Fue realizado para la Corporación de Desarrollo Tecnológico de la Cámara Chilena de la Construcción como parte de las actividades destinadas a complementar los alcances del Proyecto de Ley que subsidia la instalación de estos equipos en viviendas nuevas, impulsado por el gobierno a partir del año 2008. Metodológicamente, el estudio se basó en llevar a cabo una caracterización del mercado solar térmico chileno, una evaluación técnico-económica asociada a la instalación de esta tecnología en un proyecto inmobiliario que busca acogerse al subsidio tributario, y en la determinación de los factores críticos de éxito para masificar su implementación. El proyecto inmobiliario evaluado consiste en dotar de energía solar térmica a un edificio de 32 departamentos, lo cual requiere de una inversión de 1.200 UF. La evaluación privada de esta inversión a un horizonte de 10 años y con una tasa de descuento del 10%, arrojó un VPN de 164 UF, un PRC de 5,4 años y una TIR del 13,4%, generando ahorros en gas licuado por vivienda que alcanzan los $150.000 al año. Todo lo anterior deja de manifiesto que invertir en esta tecnología es rentable para los consumidores. Por otra parte, el análisis interno y externo del mercado permitió identificar 5 factores críticos de éxito para masificar la adopción de esta tecnología. Estos fueron; (i) La desconfianza de los consumidores en la tecnología y la calidad de los equipos, (ii) la falta de personal técnico capacitado, (iii) la ausencia de normas y estándares de construcción que promuevan su instalación, (iv) las complicadas condiciones de operación y financiamiento de los fabricantes nacionales, y (v) la falta de esquemas de financiamiento que faciliten la adquisición de estos equipos en determinados segmentos de viviendas. Actualmente, la situación del mercado solar térmico chileno muestra una oferta y una demanda focalizadas en las comunas del sector oriente de la RM, con una superficie total instalada en el sector residencial que no supera los 8.700 m2 y una tasa de crecimiento promedio anual del 25%. Se estima que al actual ritmo de crecimiento, el año 2014 la superficie total instalada (incluyendo el efecto del subsidio tributario) no superará los 68.000 m2, imposibilitando el acceso generalizado al uso de esta tecnología a nivel residencial. Para revertir esta situación, la meta establecida por la estrategia al año 2014, es tener instalados 200.000 m2 decolectores solares térmicos en viviendas de la RM, lo que representa una superficie un 200% mayor con respecto a la situación sin intervención, y un crecimiento promedio anual del 85%. Para esto, se propuso la implementación de 5 líneas de acción (regulación de los equipos e instalaciones, incentivos económicos a los usuarios, fortalecimiento de la oferta, información y gestión), que incluirán acciones específicas en un plazo de 1 a 5 años e incidirán sobre cada factor crítico de éxito identificado. Finalmente, se concluye que para el éxito de la estrategia propuesta y el cumplimiento de la meta trazada, se requerirá del liderazgo de la Comisión Nacional de Energía para evaluar y supervisar su implementación, y además para promover la participación de todos los actores del mercado solar térmico nacional, tanto del sector público como privado.

El objetivo principal de este trabajo es evaluar la factibilidad técnica y económica de instalar una planta termo solar de colectores parabólicos en el Desierto de Atacama, en el norte de Chile. La ubicación geográfica específica de la planta es en las cercanías de la barra Lagunas, en el Sistema Interconectado del Norte Grande, SING (Lat. 20º58’ S y Long. 69º40’ W). El trabajo dimensiona la energía solar disponible en el lugar, utilizando el modelo de Perrin de Brinchambaut, el cual es implementado en MATLAB. Este modelo es validado con datos reales, con lo que se determina que la energía solar anual, considerando seguimiento solar, es de 3.553 GWh/km2 . Se consideran tamaños de planta de 50, 100, 150 y 200 MW, sin almacenamiento térmico ni medios alternativos de generación de vapor. Se calculan los costos de inversión y operación de cada ítem de la planta para los distintos tamaños, basándose en la tecnología de plantas similares existentes hace más de 20 años en EE.UU. Además, se estudia el modelo de negocios de la central, considerando los ingresos percibidos por venta de energía y potencia firme al sistema. Se realiza la evaluación económica de la planta en función del costo marginal de la energía del sistema y de la venta de bonos de carbono. Se estudia el mecanismo de emisión de bonos de carbono. Se calculan las emisiones medias equivalentes en toneladas de CO2 por unidad de energía eléctrica generada. Este parámetro se denomina Factor de Emisión del SING, y tiene un valor de 0.8226 ton CO2/MWh. Los resultados indican que para un costo mayor a 115 USD/MWh la planta de 200 MW es rentable. A medida que disminuye el tamaño de planta se requiere un costo marginal superior para que ésta sea rentable. Así, para la planta de menor tamaño de 50 MW, se llega a que con un CMg igual o superior a 140 USD/MWh es rentable. El trabajo también estudia la factibilidad de instalar un sistema de almacenamiento térmico en la planta. Al evaluar esta alternativa, se obtiene que todos los tamaños de planta son rentables para un CMg igual o superior a 120 USD/MWh. Se realiza un análisis de sensibilidad del proyecto a los distintos costos, y se obtiene que el parámetro más relevante es la eficiencia de conversión solar a eléctrica. Basándose en proyecciones internacionales se espera que los costos de esta tecnología disminuyan en el futuro, lo que redundaría en un menor riesgo para un proyecto de una planta termo solar de colectores parabólicos. El trabajo concluye que es factible realizar un proyecto de estas características en Chile.

La zona geográfica comprendida entre la frontera con Perú y la Cuarta Región se caracteriza por albergar al Desierto de Atacama, en donde destacan sus cielos claros e intensa radiación solar durante todo el año. Dentro de esta zona se encuentran también la mayor cantidad de faenas mineras de explotación y procesamiento de cobre, resultando de interés investigar la conveniencia de la utilización de la energía solar en los procesos productivos de esta industria. La presente investigación tiene como objetivo estudiar el desempeño de un campo de colectores de cilindro parabólico para producir calor en el proceso de electro-obtención de cobre, determinar con mayor precisión sus costos y beneficios, y establecer criterios de diseño que permitan un óptimo desempeño económico del sistema. Para lograr estos objetivos, se generó una plataforma de simulación en el software TRNSYS, lo que permitió realizar pruebas de operación y desempeño a distintas configuraciones de un campo de colectores solares, integrado al proceso de electroobtención de una planta cercana a la ciudad de Calama. Así, para cada configuración fue posible obtener, entre otros resultados relevantes, el calor útil, las pérdidas y el consumo anual de combustible y electricidad del sistema. Además, se estableció un escenario de precios representativo del estado actual de las tecnologías involucradas, de forma de transformar los resultados técnicos de las simulaciones en costos y beneficios económicos. Para el rango de tamaño en estudio -entre 5.000 y 10.000 m2 - se encontró que el campo solar es capaz de proporcionar hasta 90 TJ de calor útil anual, evitando emisiones de gases de efecto invernadero de hasta 8.000 TonCO2 eq/año. El análisis económico realizado mostró, que este sistema es rentable bajo el criterio del Valor Actual Neto (VAN) y una tasa de descuento de 10%. Además, se identificó la existencia de configuraciones que maximizan el VAN del proyecto, obteniéndose periodos de recuperación del capital de entre 3 y 4 años. Finalmente, un análisis de sensibilidad del VAN del proyecto, mostró que este sistema es rentable aun considerando el precio mínimo del diesel en los últimos 6 años.

Ingeniera Civil Química. Ingeniera Civil en Biotecnología / Los mayores niveles de desarrollo y el crecimiento de la población mundial han traído consigo una serie de efectos perjudiciales para el medio ambiente; esto por medio del uso intensivo de los recursos naturales, así como también del aumento de las emisiones contaminantes y de la generación de residuos. Estos últimos, a pesar de las distintas políticas en las que trabajan los países para reducir su impacto al medio ambiente y aprovechar de mejor manera el valor de los materiales contenidos en ellos, son dispuestos en su mayoría en un relleno sanitario, instalación cuya operación tiene asociada la generación de corrientes altamente contaminantes. Las corrientes líquidas se conocen como lixiviados y se caracterizan, de manera genérica, por su alto contenido de materia orgánica, metales pesados, sales minerales, entre otros. Este trabajo de memoria tiene como objetivo evaluar la sustentabilidad de un sistema de secado de lixiviados, utilizando energía solar térmica. Como caso de estudio se consideró el Relleno Sanitario Loma Los Colorados de KDM empresas. La alternativa propuesta consta de un campo de colectores solares cilindro parabólicos que captan la radiación solar y la transfieren al lixiviado por medio de un fluido térmico, en un intercambiador de calor de doble tubo. Así, el lixiviado es precalentado antes de ingresar a un destilador solar de tipo bandeja, donde se evapora y condensa parte del contenido de agua; obteniendo un residuo sólido o semi-sólido, cuyo manejo resulta más fácil y seguro, y una corriente líquida con baja carga contaminante. Se dimensionó el sistema tomando como caso base un flujo de efluente a tratar igual a 120 [m^3/día]. En base a esto y a las condiciones de operación que fueron definidas, se obtuvo un área de apertura del campo solar igual a 688 [m^2]. El área del intercambiador de calor resultó en 19 [m^2] con un largo de 118 [m]. Para el destilador se obtuvo un área de bandeja igual a 4.470 [m^2] y una producción diaria de destilado igual a 27,7 [m^3/día]. Los costos de inversión del proyecto fueron estimados en 344.000 [$USD]; un 64% del total corresponde al campo solar. Por su parte, los costos de operación fueron estimados en 64.600 [$USD/año]. Como beneficios económicos se consideraron ahorros de costos asociados a la recirculación del efluente y a la compra de agua potable para riego, los que fueron estimados en 64.300 [$USD/año]. Desde el punto de vista ambiental, se identificaron potenciales impactos positivos y negativos asociados al sistema propuesto. Los potenciales impactos positivos superan a los negativos, por lo que la alternativa que se propone sería capaz de entregar un beneficio ambiental sostenido. A partir de la evaluación realizada, se concluye que, desde el punto de vista económico, el proyecto no es conveniente en estos momentos, sin embargo, es factible desde el punto de vista técnico y ambiental, por lo que se recomienda continuar con una evaluación más detallada. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por KDM Empresas

No description available.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / El proyecto Solarbosch, de la empresa Enerbosch, es un proyecto de una central de concentración solar de torre de pequeña escala, que busca aprovechar el gran potencial solar existente en Chile, sobre todo en su zona norte. Varios son los desafíos que deben ser abordados en el diseño de una planta de estas características; uno de ellos y tema principal del actual trabajo de memoria corresponde al control automático de los helióstatos encargados de redirigir la radiación solar hacia la torre. El requerimiento principal que estos deben cumplir corresponde a que el error de apunte sea el menor posible. En primer lugar, se desarrolla un modelo matemático que describe el movimiento de un helióstato con geometría de movimiento de tipo pitch/roll. Este modelo es vital para calcular la posición que debe adoptar un helióstato con el objetivo de apuntar a la torre; pero además, es necesario para desarrollar la metodología de calibración basada en el uso de una superficie objetivo ubicada en la torre central, la cual permite realizar mediciones de error. Para lograr esto último, el modelo considera posibles errores geométricos de construcción y/o instalación del helióstato, los cuales pueden ser estimados utilizando las mediciones mencionadas. En segundo lugar se presenta el sistema de control desarrollado, el cual funciona completamente en lazo abierto, siendo esto posible gracias a las ventajas que presentan los motores paso a paso en tal contexto. La posición del Sol se calcula con un algoritmo especial para aquello, luego, el modelo geométrico desarrollado es utilizado para calcular la posición que debe adoptar el helióstato en función de su posición relativa a la torre. El sistema diseñado fue aplicado e implementado en un helióstato prototipo, el cual fue construido en el contexto de un trabajo de memoria multidisciplinario entre las especialidades de Ingeniería Civil Eléctrica y Mecánica. Finalmente, para validar la metodología de calibración implementada se realizan simulaciones y pruebas en terreno utilizando el helióstato prototipo construido. De las simulaciones se obtiene que la metodología permite corregir el seguimiento de los helióstatos de forma eficaz siempre y cuando las medidas de calibración sean lo más variadas posible, esto quiere decir que hayan sido tomadas durante distintos días del año y a distintas horas. Por otro lado, las pruebas en terreno validan que el sistema de control y la metodología de calibración implementados efectivamente funcionan para un helióstato real. Como trabajo futuro se plantea que aún deben realizarse pruebas en terreno ubicando el/los helióstatos prototipos a distancias más alejadas de la superficie objetivo de calibración. Por otro lado, también debe extenderse de forma funcional el sistema de control implementado para que pueda operar en una planta con un mayor número de helióstatos.