Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Industrial / El objetivo principal de este trabajo es fomentar la eficiencia energética, para lograrlo se diseñó ciertos análisis que muestran distintas aristas de la eficiencia energética, tales como las barreras que presenta la eficiencia energética, las motivaciones que las empresas tienen para desarrollar proyectos energéticos y mecanismos previos de fomento que faciliten el desarrollo de proyectos de eficiencia energética, como auditorias energéticas y sistemas de gestión de energía. La base de datos para realizar este estudio fue proporcionada por el Centro de Energía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y consiste en datos de la primera Encuesta Nacional de Eficiencia Energética en Empresas (realizada por el Centro de Energía de la Universidad de Chile y el Ministerio de Energía de Chile, 2018). Una de las principales razones para fomentar la eficiencia energética es que en Chile existe un problema energético, ya que existe una correlación entre la producción del país (PIB), el consumo energético y el uso de combustibles fósiles, este problema no se puede seguir omitiendo, pues mientras más se demora en incentivar a la eficiencia energética, mayor será la mala gestión de la energía. Existe una serie de barreras que impiden que la eficiencia energética pueda ser conocida y aplicada. La falta de información está alejando una gran oportunidad económica, para el caso de la agroindustria existe un 16% de potencial de ahorro en energía y la industria tiene un potencial de USD 614 millones. Para aprovechar este potencial debe generarse una íntima relación entre las empresas que necesitan eficiencia energética y las empresas que brindan el servicio, es importante que las contrapartes se conozcan y puedan retroalimentarse de información para realizar proyectos adecuados a las necesidades. Los análisis arrojaron que las empresas valoran el valor de marca que les genera realizar proyectos de eficiencia energética, por esto es necesario anunciar a las empresas comprometidas con el medio ambiente, permitiendo que se beneficien de la preferencia de sus clientes. Se estima que los clientes están dispuestos a pagar hasta un 10% más por productos que vengan de empresas sustentables. Finalmente, a modo de ejemplo se analiza una empresa tipo del sector agroindustrial y se prepara un proyecto de eficiencia energética, en el que se plantea un plan financiero para evitar barreras de este tipo y una estrategia de difusión y valor de marca para fomentar esta motivación. El proyecto demostró ser rentable con un 29% de ahorro, lo cual demuestra que la eficiencia energética es una oportunidad que se debe aprovechar.

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Ingeniero Civil Eléctrico / El sistema eléctrico chileno deberá dar el siguiente paso si es que se quiere seguir con los lineamientos de energías limpias y eficiencia energética. La adaptación de la urbe a una más "inteligente" podría brindar la solución a la mayoría de los problemas concernientes a su integración, dándole también la oportunidad a nuevas tecnologías que favorecerían esta nueva ideología. Respecto a la integración y sus problemas, se resalta en esta ocasión la referente a frecuencia: se hará cada vez más notorio con la inserción de ciertas ERNC (generación sin inercia), por lo que se plantea la elaboración de un esquema de desconexión selectiva de cargas para paliar el efecto de falta de inercia en situaciones de contingencia. La elaboración, prueba, validación y evaluación del esquema fue realizada en el entorno DIgSILENT; ajustándose los parámetros necesarios mediante procesamiento de datos de perfil de consumo en la capital y apuntando a aplicaciones específicas que cumplieran un set de requisitos. Como comparación, se utilizan casos de estudios similares a los emitidos por la DO del CDEC para los estudios de EDAC. Los resultados finales auguran un buen desempeño en la parte técnica. Los beneficios percibidos apuntan a mejores niveles de frecuencia, pudiendo impedir la activación de hasta 4 etapas de EDAC si se enfoca y diseña apropiadamente el esquema. La flexibilidad del diseño permite priorizar resultados tanto para ciertos parámetros de evaluación, como para la magnitud de fallas que se quiera soportar. Económicamente aportaría ahorros no menores en una ventana de tiempo adecuada, aunque siendo sus atractivos principales el aporte técnico/operacional y el de formar parte de uno de los tantos esquemas aplicables que sustentarían la instalación de medidores inteligentes.

Ingeniero Civil Eléctrico / En el marco del proyecto OSIRIS (Optimal strategy to innovate and reduce energy consumption in urban rail systems) se desarrolló una herramienta computacional que permite, entre otras cosas, calcular una curva de velocidad óptima para la operación de un tren la cual minimice la energía de tracción, la potencia máxima, el trabajo total o cualquier otro objetivo operacional que sea factible de expresar mediante un modelo matemático, cumpliendo las restricciones operacionales tales como los tiempos de viajes y las velocidades máximas interestación. El cálculo de dicha curva fue realizado de tres maneras distintas. El primer algoritmo fue programado en MATLAB e implementado en el software del proyecto OSIRIS. Este modelo heurístico propone una estrategia de conducción mediante cuatro fases: Tracción, mantención de velocidad, marcha inercial y frenado. El segundo modelo fue escrito en C++, para verificar ciertas simplificaciones del primer algoritmo. En las que se probó, dada cierta cantidad de metros, las decisiones que un conductor debe tomar. Por otro lado, el tercer modelo matemático está basado en la teoría del control óptimo. Para esto fue necesario usar el software de código abierto BOCOP para resolver las ecuaciones diferenciales del problema. En este modelo, las variables de control son el porcentaje del esfuerzo máximo de tracción y de frenado del tren. Los modelos fueron comparados mediante dos casos: Uno y dos límites de velocidad interestación. De las simulaciones se pudieron apreciar los tiempos de computo, la precisión y la aplicabilidad práctica. Para validar el primer modelo heurístico, se estudió la operación de un día del Metro de Valparaíso con la curva óptima y un perfil que minimiza los tiempos de viaje (curva rápida). De este modo se pudo analizar el potencial de ahorro energético de dicho sistema ferroviario comparando su operación con ambos perfiles, el cual se estimó un 25\% de reducción en la energía consumida en tracción. Finalmente se analizó la operación del sistema desde el punto de vista eléctrico, calculando la potencia instantánea requerida en tracción de las subestaciones de rectificación y el perfil de tensiones mínimas en la vía. Se pudo concluir que la curva óptima aliviana las exigencias de la infraestructura eléctrica del sistema. Actualmente modelo heurístico está incorporado a la herramienta OSIRIS, funcionando correctamente y validado por los integrantes del proyecto. Nuevas versiones y mejoras se harán a partir de las experiencias y retroalimentaciones de los usuarios del programa.

Ingeniera Civil Industrial / Existe el desafío a nivel mundial de generar las condiciones adecuadas para alcanzar el desarrollo en las próximas décadas. Dado que el crecimiento viene de la mano con la demanda de energía aparece la difícil tarea de contar con los recursos energéticos suficientes y competitivos que apoyen este desarrollo, una solución muy fuerte para esta situación es el concepto de eficiencia energética, del cual Chile tomó conciencia y creó el PNAEE 2020, que planteó un programa estratégico para el uso y la gestión de la energía. Sin embargo, las medidas determinadas allí fueron limitadas, principalmente en el sector transporte, que consume el 32% de la energía final. En este informe se plantea como objetivo general identificar las brechas que existe entre Chile y los 16 países evaluados por ACEEE y definir las mejores propuestas y prácticas de eficiencia energética que se pudiesen desarrollar en este sector; trabajando de la mano con el informe generado por esta organización, que entrega un punto de vista objetivo base para cualquier economía. De manera paralela también se desarrolló un análisis desde el punto de vista cualitativo o más desde el punto de vista común, pues sin duda hay variables propias de un país o exógenas que no permiten o ayudan a desarrollar propuestas. De esta forma, dentro de los resultados obtenidos se llegó a que existen ciertas limitantes, como es el caso de ferrocarril en Chile, que no permiten ser más eficiente en el transporte. Aun así, existen amplias oportunidades de mejoras, partiendo por los vacíos de información que existen para todos los medios y modos de transporte. Es imposible implementar una política pública a nivel nacional y regional efectiva si no existe claridad de los datos, por lo tanto no se saben las brechas ni las oportunidades de mejoras. Se requiere de medidas directas para tener un transporte limpio y eficiente, como desincentivar el uso del automóvil, a través del fomento de otros medios de transporte y formas de transporte, así aparecen iniciativas como autos compartidos, carsharing y políticas de precios. Además es imprescindible tener una red de transporte público que soporte el flujo de gente diario y que permita competir con el confort que entrega el vehículo. Para ello debe estar integrado con otros modos de transporte, principalmente con los NMT. De esta forma la bicicleta suena como la alternativa más fuerte, así al menos lo demuestra la experiencia internacional. Sin embargo, para que todas estas medidas se realicen como corresponde, requieren de una fuerte infraestructura que las sustente y el apoyo fundamental de Estado, con inversión, pero sobre todo la capacidad técnica y profesional.

Magíster en Gestión para la Globalización / La eficiencia energética está desarrollándose de manera acelerada en Chile y en el mundo. La principal razón de esto corresponde a los beneficios que esta trae al reducir la demanda de energía, lo cual se ve reflejado en una mayor eficiencia de los procesos, reducción de gastos, sustentabilidad en la generación y consumo, y mayor rentabilidad para las industrias. La concientización del mundo sobre la dependencia energética y sobre el cambio climático también han sido impulsores de esta causa. Considerando este nuevo escenario, se observa una oportunidad de negocios interesante, lo cual da origen a esta investigación. El presente trabajo presenta el desarrollo de un plan de negocios que evalúa técnica y económicamente una empresa de productos y servicios de eficiencia energética en el sector industrial chileno y la internacionalización del emprendimiento a Sudamérica. Para la elaboración de este plan se realiza un análisis competitivo del mercado, se define la estrategia de marketing, comercial, operaciones, personas y un plan financiero. Complementario a esto se desarrolla el plan de internacionalización donde se define a Colombia como el mercado más atractivo para la internacionalización del negocio. El emprendimiento tiene como pilar fundamental la implementación de servicios y equipos de monitoreo de energía, personalizados al requerimiento del cliente, que faciliten la gestión energética de la empresa al entregar información desagregada y en tiempo real sobre el consumo energético de sus procesos. De esta manera el recurso energético se hace visible para el cliente, lo cual facilita enormemente la implementación de gestión energética, tendencia que va de la mano con las políticas implementadas por los gobiernos a lo ancho del globo, exigiendo a los grandes consumidores de energía tomar medidas al respecto. Se concluye que el negocio es factible de implementar en Chile y Colombia, ya que es rentable, presentando un Valor Actual Neto de 1.400 kUS$, calculado con una tasa de descuento de un 15%, en un horizonte de 20 años.

Ingeniero Civil Mecánico / La energía solar fotovoltaica representa una fuente renovable de energía, la cual se obtiene directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado celda fotovoltaica. Debido al amplio potencial de uso que presenta el recurso solar y la creciente demanda energética, es de interés el aprovechar de manera óptima este recurso. La producción de energía solar es sensible ante muchos factores, desde propiedades de la celda fotovoltaica en sí misma, como factores medioambientales, entre los cuales se presenta la nubosidad, que afecta de manera perjudicial a un sistema de celdas. Las nubes comprenden fenómenos de reflexión y absorción, afectando la radiación incidente en las celdas solares, y así mismo su desempeño. El caracterizar este fenómeno permitiría crear una red de monitorización de energía solar que simulase cómo impactarían las nubes sobre sistemas fotovoltaicos y así, gestionar las fluctuaciones eléctricas, para que la red no se vea afectada de manera significativa. Este trabajo se centra en el estudio experimental del desempeño de paneles fotovoltaicos sometidos ante una nubosidad controlada. Para el desarrollo de este estudio se generó nubosidad de manera experimental, que es confinada a un recipiente de vidrio traslucido posicionado entre una fuente de luz y la celda solar. Dicho montaje permite el estudio de la respuesta del panel fotovoltaico ante distintas configuraciones de la nubosidad, donde se varió su distancia a la celda receptora y espesor. La nubosidad generada cuenta con una densidad de 0,7063 [kg/m3] y diámetros de gotas de 3 a 5 micrómetros. El montaje experimental construido muestra tener un comportamiento estable, donde los datos medidos presentan una tendencia muy similar a las curvas teóricas que caracterizan el comportamiento del diodo ideal. Los errores para los datos medidos de intensidad de corriente no superan el 6%, mientras el voltaje se mide con una incertidumbre menor al 4%. Se obtienen regresiones de las curvas características con coeficientes de determinación superiores a 0,91. La radiación percibida por la celda disminuye con el aumento de la distancia entre celda y nubosidad. Son estudiadas distancias de 1, 5,5, 10 y 14,5 [cm] para una nubosidad de espesor 4 [cm]. Si bien la porción de radiación bloqueada muestra un aumento con la distancia, este crecimiento tiende a un valor límite, cercano a un 15%, medido para una separación de 14,5 [cm]. El aumento en la distancia de la nubosidad a la celda se ve reflejado en un escalamiento de la curva característica IV, desplazándola hacia el origen sin alterar su forma. Aumentos en el espesor nuboso utilizado generan decaimiento en la radiación percibida por la celda fotovoltaica. Se estudian casos de espesores 4, 8, 12 y 16 [cm], ubicados a una distancia de 1 [cm] frente a la celda. Se obtiene que la radiación bloqueada aumenta desde un 4,95% para un espesor de 4 [cm], hasta un 51,73% para un espesor de 16 [cm]. El aumento del espesor en la nubosidad se ve reflejado en un desplazamiento de la curva característica IV de la celda hacia el origen, donde el valor de disminuye en mayor medida que, por lo que se aprecia un cambio en la forma de la curva característica, a diferencia del caso de desplazamiento nuboso.

El presente trabajo de título tiene como objetivo general estudiar, por medio de la experimentación y simulación, el circuito primario del Sistema Solar Térmico (SST) instalado en una vivienda energéticamente eficiente. Para realizar el estudio experimental se registran variables relevantes del SST que permiten, en base a cálculos energéticos, caracterizar su funcionamiento. Luego, realizando un análisis detallado de los equipos y registros, se utiliza el software TRNSYS para generar un modelo computacional que se ajuste al comportamiento real del sistema. Los objetivos de este modelo son conocer cómo se desenvuelve el sistema durante el año y explorar cambios no invasivos que permitan mejorar su rendimiento. Los cálculos realizados con la información del registro de datos indican que el sistema presenta un rendimiento del 26%, aportando 123,08 [kWh] durante la semana de medición. De esta misma forma, la situación simulada corresponde a un rendimiento del 24%, aportando un total de 111,3 [kWh] semanales. Esto indica que el modelo posee un error relativo menor al 10% en la aproximación del comportamiento de la vivienda. Por otro lado, al proceder con la simulación anual del sistema se obtiene un rendimiento de un 42%, lo que significa un aporte anual de 7642,5 [kWh]. Este aporte en energía renovable evita la emisión de 1,6 toneladas de CO2 anuales. En relación a las modificaciones que se pueden realizar para mejorar el rendimiento, se procedió identificando los puntos más sensibles del SST en base a los resultados detallados del registro, resolviendo cómo actuar frente a ellos para optimizar el funcionamiento del sistema. En este contexto, se identificó como uno de los puntos más críticos al sistema de control, al cual se le aplicaron cambios que significaron un incremento en el rendimiento desde un 24% a un 26%, implicando un aumento en el aporte solar del orden de 10 [kWh] durante la semana de simulación. Gracias a los resultados obtenidos se concluye principalmente que es posible utilizar el registro de datos y la simulación computacional para estudiar el comportamiento de un sistema existente, proponiendo soluciones que mejoren su desempeño en base a la simulación de distintos escenarios. De esta forma, se posee la capacidad de evaluar en el corto plazo una gran cantidad de soluciones con un elevado nivel de representatividad, existiendo la posibilidad de escoger la que más se ajuste a las necesidades del sistema en estudio.

Ingeniero Civil Mecánico / En la minería del cobre (MC) los métodos de procesamiento corresponden a hidrometalurgia para los minerales oxidados y pirometalurgia para los minerales sulfurados. Las principales fuentes de energía consisten en combustibles y electricidad. El presente trabajo de título tiene como objetivo general diseñar un manual de eficiencia energética para minería chilena (MCh). Los objetivos específicos son: i) desarrollar una caracterización de sistemas de consumo de energía (SCE) e identificar sistemas energéticamente relevantes (SER), ii) identificar oportunidades de EE aplicables, iii) desarrollar una metodología para análisis de oportunidades y medidas de EE (MEE), iv) desarrollar una metodología para construcción del proyecto de inversión en EE (PIEE), y v) desarrollar un ejemplo de oportunidad y MEE. Los principales resultados del proyecto señalan que: i. En MC los SER consisten en sistemas de combustibles y sistemas eléctricos. Los primeros se conforman de los sistemas motrices de combustión interna, sistemas para generar calor directo y sistemas de calderas. Los sistemas eléctricos se conforman de sistemas motrices eléctricos y sistemas electroquímicos. ii. En MC la mayoría de las oportunidades de EE corresponden a mejora de gestión y control de parámetros de operación. iii. La metodología de análisis de oportunidades y MEE consiste en el análisis del consumo energético, análisis de usos energético, estudios de pérdidas y oportunidades de mejora en los procesos, determinación de la factibilidad técnico-económica de cada MEE, y finalmente priorización según criterios de la empresa. iv. La metodología de construcción del proyecto de inversión en EE (PIEE) consiste en seleccionar el subconjunto de MEE que integran el PIEE, evaluar el impacto productivo del subconjunto de MEE en la operación de la empresa, evaluar la nueva estructura de costos de producción, realizar la evaluación económica del PIEE y, por último, evaluar el mecanismo de financiamiento del PIEE. v. El desarrollo de un ejemplo de gestión de flota de camiones como MEE, con respecto a la carga, refleja que disminuir la carga por debajo de la capacidad de diseño es ineficiente pues aumenta el consumo de combustible. En efecto, para una operación similar a la de la minera Gaby, cargar un camión bajo el 100% de su carga útil puede producir aumento de los costos de combustibles entre USD$ MM 1 - USD$ MM 3 por año. El trabajo desarrolla un texto guía de EE para minería, en el cual se describe un procedimiento que permite recolectar la información necesaria para conocer el comportamiento de la energía en la faena; de esta forma se pueden tomar decisiones que proporcionen reducciones en energéticos, disminuyendo los costos de operación, lo que repercute en una mejor competencia en el mercado internacional de cobre.

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