El objetivo general del presente trabajo de título es desarrollar los requerimientos tecnoeconómicos de un nuevo sistema de gestión de la energía, para incorporarlo a la oferta de la Compañía Americana de Multiservicios (Cam LTDA.); se espera ilustrar las necesidades, caracterizar el mercado y mostrar los argumentos necesarios, de modo que esta opción se evalúe en los comités correspondientes. Además, se desea enmarcar esta tecnología dentro del nuevo paradigma que plantea la evolución de las redes eléctricas actuales hacia redes inteligentes. Cam LTDA. es una empresa experta en implementar proyectos de gestión energética, que apuntan a un segmento del mercado que considera grandes empresas, por ejemplo, distribuidoras de energía eléctrica. Para abarcar a clientes menores, como cooperativas y mediana empresa, se requiere de un producto, de precio más accesible a los presupuestos que manejan estas organizaciones y que se perfile como un servicio que sea una herramienta diseñada para entrar en un ciclo de mejoramiento continuo, en la administración de los recursos energéticos. Se determinaron los requerimientos técnicos a incorporar en el software de EMH, tomando como base la actual propuesta que oferta Cam LTDA. Junto con esto, se realizó una evaluación económica del sistema, comparándolo con la inversión requerida para implementar el actual producto de Cam LTDA, mediante el análisis del Valor Actual Neto del proyecto. Al comparar las opciones, el sistema de gestión de la energía en base a medidores EMH entrega resultados favorables. Con esta evaluación, más los beneficios que entregaría el servicio, los clientes pueden justificar el costo que implica implementar este sistema en sus instalaciones. Sobre la base de estas propuestas, se concluye que se presenta una oportunidad comercial, que consiste en abordar a estos clientes, incorporando servicios y productos que entreguen una alternativa de altas características técnicas y que sea competitiva, para ser un referente de innovación con altos estándares de calidad para las grandes y medianas empresas latinoamericanas. El futuro desafío es incorporar esta nueva tecnología, la cual ya está siendo implementada en el sector de las generadoras, transmisoras y distribuidoras, en los otros actores del mercado eléctrico, es decir los consumidores industriales, comerciales y organizacionales. La evolución en Chile de las redes inteligentes sigue este camino, y en un futuro llegarán hasta los consumidores residenciales. Masificar los sistemas de monitoreo y gestión de la energía es un paso más que los actores del sector eléctrico deben dar, pues constituye parte fundamental para la implementación de las redes inteligentes, las cuales se perfilan como un nuevo paradigma para el mercado energético.

El objetivo general del presente trabajo de título es realizar, mediante la aplicación de criterios técnicos de ingeniería, una evaluación técnica del desempeño de los algoritmos de Relajación Lagrangeana (RL) y Branch and Bound (B&B) en la búsqueda de soluciones para el problema de optimización de corto plazo en el sistema eléctrico interconectado del norte grande (SING). En la primera parte de la memoria se muestra el planteamiento general del problema de optimización de la operación de corto plazo, el cual corresponde a un problema de optimización entero-mixto y un conjunto de restricciones lineales mediante las cuales se establecen las características técnicas del sistema. Por otra parte, la función objetivo de dicho problema de optimización corresponde a la minimización de los costos asociados a la operación de las unidades en el horizonte de tiempo evaluado. Posteriormente, se muestra una revisión del estado del arte presentando algunas de las principales técnicas utilizadas para resolver este tipo de problema: Lista de Prioridad, Programación Dinámica, Unit Decommitment, RL, Método de Benders, B&B y Algoritmos Genéticos. Para realizar la evaluación sobre los algoritmos de RL y B&B, se realizan programas en Matlab de dichos métodos con el objeto de realizar pruebas que permitan efectuar un análisis comparativo de los rendimientos de ambos algoritmos. Se aplican dichos programas para resolver problemas de predespacho en un modelo reducido del SING. De esta forma se puede observar el rendimiento de cada algoritmo respecto de su capacidad de obtener soluciones factibles, calidad de las soluciones, uso de heurística para generar soluciones y tiempos de ejecución requeridos. Adicionalmente, se puede estudiar la flexibilidad de ambos algoritmos para considerar restricciones de mayor complejidad y sus limitaciones para resolver predespacho en sistemas de dimensiones reales. Se concluye que el algoritmo que presenta un rendimiento que permite resolver de manera más eficiente el problema de predespacho en el SING corresponde al algoritmo RL, lo anterior debido principalmente a los tiempos de ejecución requeridos para su aplicación en sistemas de dimensiones reales y a que las soluciones generadas presentan una precisión del orden del 99% respecto a las soluciones generadas por el otro algoritmo. Adicionalmente, se puede acotar que las actuales políticas de operación aplicadas en el SING no representan una gran complejidad de programación y por lo tanto, la heurística requerida no presenta una complejidad adicional.

La presente memoria tiene como objetivo el diseño de un laboratorio de IPTV (Internet Protocol Television) que contribuye a la docencia del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile en la formación de ingenieros del área de las Telecomunicaciones. El diseño se centra en el estudio de la arquitectura, componentes y funcionamiento de una plataforma IPTV básica. La metodología se basa en realizar un análisis de las diferentes alternativas de equipos, software y hardware disponibles actualmente en el mercado considerando sus ventajas, desventajas y principales características. Sobre la base del análisis anterior se eligen las mejores alternativas para cada una de las etapas del sistema, se realiza una implementación de prueba que permita comprobar su funcionamiento en una red pequeña. Basado en esta experiencia se propone una topología, direccionamiento, dimensionamiento y método de instalación como formalización del diseño. Para la plataforma propuesta se elaboran prácticas experimentales para el desarrollo de un curso de IPTV con un enfoque teórico y aplicado para el apoyo a la docencia. Estas experiencias se centran en los aspectos característicos de esta tecnología y se acompañan de diferentes herramientas de análisis para el uso por parte de los alumnos. El diseño de esta plataforma IPTV se compara con una de un operador telefónico que actualmente ofrece además el servicio de Televisión Digital mediante banda ancha. De esta comparación se concluye que exceptuando las diferencias en costos de los equipos, la plataforma diseñada permite en forma didáctica conocer los aspectos básicos de esta tecnología.

El creciente avance de las telecomunicaciones durante estos últimos años, ha despertado el interés de muchos investigadores en conseguir más y mejores técnicas que permitan establecer comunicaciones inalámbricas robustas y que a su vez, soporten grandes flujos de información a alta velocidad. No obstante, la utilización de un canal inalámbrico para el envío y recepción de señales, introduce efectos indeseados tales como interferencia y ruido, debido a que entre el emisor y el receptor se interponen diferentes agentes que se comportan de aletoriamente. Es así como se han desarrollado métodos que han despertado gran interés entre los investigadores, debido a la obtención de resultados sorprendentes. Entre estos métodos destacan el algoritmo MAP y los códigos LDPC. El primero puede ser utilizado tanto en el aspecto de la ecualización de señales o en la decodificación de señales, mientras que el segundo se utiliza específicamente para codificar y decodificar señales. De este modo, el objetivo principal de esta memoria es unir estos dos algoritmos para que trabajen de forma iterativa, utilizando la información proporcionada por el ecualizador para mejorar el proceso de decodificación y a su vez, realizar el proceso de ecualización utilizando la información del decodificador. A este sistema retroalimentado se le llama Esquema Turbo. Además, se plantea el algoritmo para lenguajes no binarios. Para realizar este trabajo, primeramente se hizo un desglose de un sistema de comunicaciones actual, reconociendo cada uno de los bloques componentes, analizando su funcionamiento teórico, introduciendo modificaciones según corresponda y a partir de este análisis obtiene un diagrama de bloques que resume el funcionamiento general del algoritmo propuesto. Seguidamente se realizan pruebas a pequeña escala, utilizando un modelo de canal TDL Gaussiano de tres derivaciones, capaz de emular el comportamiento de una señal bajo interferencia y ruido, con el objetivo de demostrar el correcto funcionamiento del algoritmo y su convergencia, para posteriormente someter el esquema a transmisiones de grandes bloques de información, midiendo su desempeño bajo distintos escenarios y estudiando la tasa de símbolos errados (SER) variando la razón señal ruido (SNR). Los resultados obtenidos de esta investigación dicen que este algoritmo es capaz de lograr una corrección completa en señales pequeñas, incluso bajo condiciones en que de SNR se reduce hasta 5 dB para 7 iteraciones. Sin embargo, al momento de enviar bloques de información de tamaño mucho mayor (105 símbolos), el algoritmo presenta un piso de SNR de 10 dB, ya que al aumentarlo por sobre ese valor no se lograba mejoramiento de decodificación, debido a que se utilizó un esquema de codificación de bloques con matrices pequeñas. Esto se explica justamente porque la elaboración de matrices de codificación para códigos LDPC no binarios, para bloques grandes de información, es un tema de investigación que no se encuentra resuelto hasta la fecha.

El escenario energético internacional permite visualizar que el uso de la energía solar tiene fuertes perspectivas de crecimiento. En este contexto, el objetivo general de este trabajo es contribuir al desarrollo de aplicaciones móviles energizadas con recursos renovables a través de la propuesta de un modelo de sistema fotovoltaico móvil para aplicaciones en tracción eléctrica. Se busca contar con una herramienta de diseño y análisis de paneles fotovoltaicos de geometría variable, formados por distintos tipos de celdas solares. Se establece el estado del arte en tecnologías fotovoltaicas y aplicaciones móviles de tracción eléctrica que utilicen energía solar, junto con estudiar los antecedentes teóricos que explican los fenómenos relacionados directamente con la radiación solar en la Tierra y el comportamiento de celdas solares ante la radiación. Asimismo, se desarrolla e implementa un modelo de comportamiento de celdas fotovoltaicas específicas que incluya la radiación espectral. Para realizar este modelo, denominado “modelo integrado”, se consideran tres grandes bloques. El primer bloque corresponde al modelo que entrega la radiación solar para un conjunto de planos (celdas solares), el que se selecciona de la literatura especializada en el tema y atendiendo a los requerimientos específicos de aplicaciones móviles. El segundo bloque corresponde al modelo de comportamiento de un panel solar, el cual se subdivide en tres subbloques, los que corresponden al modelo térmico para una celda, el modelo de comportamiento de una celda solar y el modelo que entrega el comportamiento de un conjunto de celdas solares interconectadas. Este modelo permite caracterizar genéricamente un panel formado por celdas solares, y es implementado para las celdas específicas del auto solar Eolian I desarrollado en la Universidad de Chile en el marco de este trabajo. Para este fin, se desarrolla y utiliza una metodología de estimación de parámetros para las celdas consideradas. Finalmente, el tercer bloque del modelo integrado se desarrolla sólo para el caso de Eolian I, el que corresponde al modelamiento de su superficie y obtención de las variables que definen la posición geométrica de sus celdas. Este tercer bloque es necesario para el modelo integrado. En el caso de considerar otra superficie “irregular” es posible adaptar el procedimiento propuesto para Eolian I. Los resultados del modelo de radiación solar, indican que sistemáticamente él entrega valores mayores de radiación solar respecto de los medidos en Santiago, teniéndose diferencias entre 50[W/m2 ] y 80[W/m2 ]. A su vez, el modelo implementado para un panel solar, entrega resultados con errores inferiores al 7% en todas sus variables, excepto en el modelo térmico, en donde dicho error llega hasta un 15%, lo cual no repercute mayormente en el modelo integrado ya que el error promedio del modelo térmico es del orden de un 6%. Los resultados obtenidos mediante el uso del modelo integrado, y la ejecución de pruebas experimentales, indican que los paneles del vehículo solar Eolian I presentan graves daños, que hacen inutilizable los paneles Spectrolab DJ (aproximadamente un sexto de todo el panel). El resto del panel, formado por celdas SunPower A300, también presenta daños importantes, teniéndose que los cuatro paneles independientes entregan un 59%, 76%, 75% y 56% de la potencia esperada. Los daños del sistema de paneles fotovoltaicos hacen que su eficiencia promedio sea sólo de un 7,3%, y que se tenga una pérdida en la generación de energía diaria de un 58,9% en un día con una alta radiación solar incidente. Sin embargo, el modelo desarrollado es capaz de reproducir adecuadamente los resultados obtenidos, por lo que se proyecta como la base de desarrollo de geometrías y agrupaciones de paneles para aplicaciones de tracción móviles. Como trabajo futuro se propone considerar una corrección de la radiación solar en base a datos reales medidos y poder calcularla para un panel que esté desplazándose sobre la superficie terrestre; además, incorporar el cálculo automático de sombras sobre la superficie “irregular” del panel con la que se trabaje, poder realizar giros de ella en torno a los 3 ejes espaciales, e integrar al modelo diodos de “bypass” conectados al panel fotovoltaico. Asimismo, se propone implementar un modelo de optimización que determine para una distribución dada de celdas su conexión óptima, en base al modelo integrado desarrollado.

La eficiencia energética y la búsqueda de nuevas fuentes de energía han llevado a investigar aplicaciones de la energía solar para generación de energía Eléctrica. Un colector solar parabólico, junto con un ciclo de vapor para generación o un motor Stirling, pueden ser alternativas válidas de implementación para generación distribuida (GD), sobre todo en regiones de Chile donde existe una alta radiación solar. Los objetivos generales de este trabajo son mostrar que la energía necesaria para desarrollar el seguimiento solar del colector parabólico es mínima en comparación a la capacidad de generación de éste y determinar experimentalmente la radiación incidente y la temperatura en el foco del colector a lo largo del día. Tomando en consideración los requerimientos de flexibilidad, robustez y economía, se selecciona un sistema de seguimiento altitud-azimut de tipo ecuatorial. Este sistema se diseña, se simula y se construye para seguir de forma autónoma al sol. La radiación incidente sobre un foco de concentración de una superficie es calculada a través de un modelo genérico de reflexión de rayos en forma de conos provenientes desde el sol, los cuales forman una zona focal de diámetro dependiente de la calidad del material reflectante. Con este diámetro es posible calcular la capacidad de concentración del colector y la radiación incidente en él. Se construye un receptor para el foco, en el cual se puede medir la temperatura y estimar la radiación incidente, permitiendo su contraste con los valores teóricos. Se encuentra que la energía necesaria para realizar el seguimiento solar no es superior a 20 [Wh] por día, lo cual no supera el 1% de los 2500 [Wh-día] que un generador de 500 [W] nominales es capaz de generar. Las curvas de temperatura y radiación determinadas experimentalmente en el receptor se ajustan a lo esperado teóricamente, por lo cual se cuenta con un modelo que puede predecir bajo cualquier condición el valor de estos parámetros. De esta forma, los resultados de este trabajo sirven de base para la propuesta de sistemas de concentradores solares para aplicaciones en GD. Como trabajo futuro está la construcción en el colector de algún tipo de generación, ya sea un ciclo de vapor o un motor Stirling. También se recomienda implementar un control y monitoreo de tipo remoto, con el cual se pueda tener acceso a información del sistema a tiempo real y dar acciones de mando desde cualquier lugar con acceso a Internet.

El objetivo principal de este trabajo es evaluar la factibilidad económica de una central solar, considerando condiciones técnicas y normativas. Para ello se estudió la energía solar disponible en el norte de Chile, considerando las condiciones climáticas que presenta el desierto de Atacama, datos históricos de radiación solar diaria promedio en un a no y el desarrollo de un modelo de estimación de radiación solar. Este modelo determino que se cuenta con una energía solar anual de 3, 575MW h/m2 (con seguimiento solar). Se diseño de manera básica una topología de central la cual se optimizo para lograr minimizar los costos. Se estudiaron tecnologías de generación solar térmica como son: los grupos Concentrador/Stirling, las plantas Torre Concentradora Central, Concentradores parabólicos y Chimenea Solar, desarrollando mas el estudio de la primera entre las mencionadas. La tecnología de grupo Concentrador/Stirling que se investigo fue la Schlaich Bergermann auf Partner (SBP), siendo la empresa que actualmente esta disponible para fabricar estos grupos en países como Chile. Además, se analizaron las condiciones legislativas y del mercado eléctrico de Chile aplicadas a este tipo de central. Luego, se procedió a realizar una evaluación económica, con su respectivo análisis de sensibilidad, del cual se dedujo que el proyecto era especialmente sensible a la variación del costo de instalación y al valor del Euro. Finalmente, por medio de esta evaluación económica, se determinó que no es posible todavía instalar una central solar rentable en Chile (La TIR es menor que un 2 %). Debido principalmente a que estos grupos todavía no son producidos en masa, por lo que su costo actual sigue siendo el costo de prototipo.

Actualmente existen en Chile numerosos proyectos de generación eólica en distintas etapas de desarrollo. La mayoría de éstos se conectarán al Sistema Interconectado Central (SIC), y en particular en el norte del país, por lo que se espera que en el mediano plazo exista una gran cantidad de generación eólica en dicha zona. Dada la naturaleza estocástica del recurso viento, estos parques eólicos inyectarían una potencia variable al sistema de transmisión, lo que podría producir fluctuaciones de tensión en las barras del sistema de transmisión pudiendo, eventualmente, salir de los rangos permitidos. De esta problemática surge el objetivo principal de esta investigación, que es disponer de una estrategia para efectuar el control de tensión de un sistema eléctrico con las características propias del SIC, en el que puede existir una elevada penetración de generación eólica. En este estudio, primeramente se identificaron las fluctuaciones de tensión esperadas para las distintas tecnologías de generación eólica actualmente utilizadas. Se observó que los parques eólicos formados por aerogeneradores de velocidad fija es la tecnología de la que se espera mayores fluctuaciones de tensión. A un sistema eléctrico de ensayo base se le realizaron pequeñas modificaciones, obteniéndose distintas topologías, y a su vez, para cada una de éstas se construyó sistemas de distintos niveles de tensión: 66, 110 y 220 [kV]. Mediante la herramienta de flujos de potencia, en cada uno de estos sistemas se buscó la generación eólica tal que ocasionara problemas de tensión en las barras del sistema. Se propuso una estrategia de control de tensión que solucionara dicho problema. Se construyó un modelo de la zona norte del SIC, desde la barra Quillota 220 [kV] hasta la barra Paposo 220 [kV], en el que se probaron con éxito las estrategias de control de tensión propuestas en el sistema eléctrico de ensayo. Finalmente, se determina que la inclusión masiva de generación eólica en un sistema eléctrico puede traer problemas de subtensión en el punto de conexión (PCC) de los parques eólicos y/o en barras aledañas a los parques eólicos. Se propone para esto una estrategia de control de tensión que mitiga las fluctuaciones lentas de tensión. Esta estrategia consiste en que a medida que aumenta la penetración eólica en el sistema; a) barras aledañas (centrales y elementos de compensación reactiva) aporten reactivos a los parques eólico del sistema eléctrico, cuando es insuficiente; b) elevar el tap de los transformadores de conexión de los parques eólicos; c) añadir compensación reactiva en barras aledañas a los parques eólicos y d) Añadir compensación reactiva en los PCC de los parques eólicos. Por lo demás, c) y d) pueden ser excluyentes o se puede dar una combinación de ambas.

Las redes de telecomunicaciones presentan elementos y funcionalidades comunes, las cuales en la actualidad tienden a converger hacia un componente común. Esta infraestructura colectiva permite proveer servicios de manera transversal a través de la red, sin importar la tecnología de acceso utilizada, ya sea telefonía móvil, telefonía fija o tradicional, redes de datos como Internet, u otras. En el caso de la telefonía móvil, la convergencia viene dada por la recomendación del grupo 3GPP (3rd Generation Partnership Group), la cual considera un núcleo de red basado en IP denominado IMS (IP Multimedia Subsystem). El objetivo general del presente trabajo de título es el diseño e implementación de una plataforma para la provisión de aplicaciones multimedia en redes convergentes, basada en software de código abierto, que permita el desarrollo fácil de servicios de valor agregado y se integre a las redes desplegadas en la actualidad. Además, se busca comunicar e integrar la arquitectura con un núcleo IMS, estudiando la conexión a la plataforma mediante terminales de distinta tecnología de acceso. En este trabajo se evalúan distintas alternativas de implementación para la plataforma. Las características de dichas opciones son comparadas a nivel de funcionalidades, eligiéndose OpenSER como el software a utilizar para desplegar la arquitectura. Variadas aplicaciones se implementan en el sistema, incluyendo la capacidad para realizar llamadas de voz tradicionales, el servicio de VoiceMail, un servidor de presencia, mensajería instantánea, Click-to-Dial, IPTV y el envío de SMS vía web. El siguiente paso consiste en integrar la arquitectura a un núcleo IMS, con tal de probar la interacción con las aplicaciones. Por último, se define y ejecuta un plan de pruebas, con el fin de certificar el funcionamiento de la plataforma de acuerdo a los estándares y garantizar su interoperabilidad con otros sistemas relevantes. Se concluye que es posible desplegar una arquitectura básica de servicios basada en software de código libre, lo que permite reducir significativamente los costos de implementación de una plataforma de aplicaciones ro busta y escalable. Se identifican también distintas interpretaciones de los protocolos, tanto en el núcleo de red como en los clientes, cobrando especial importancia el ajuste a los estándares para asegurar la compatibilidad entre plataformas y terminales de usuario. Por último, se presentan recomendaciones de trabajo a futuro basadas en los resultados de este proyecto.

En los estudios de sistemas eléctricos existen muchas aplicaciones en las que es necesario utilizar flujos DC, debido fundamentalmente a su eficiencia en los tiempos de cómputo. Sin embargo, en algunos casos sus resultados pueden ser poco confiables lo que conduce a análisis y conclusiones erróneas. Esta memoria busca mejorar los resultados del flujo DC sin perjudicar su velocidad de cálculo, para lo cual se evalúan distintas alternativas que intentan compatibilizar los métodos de flujo AC y DC, en cuanto a la confiabilidad de la solución entregada y la eficiencia de los tiempos de proceso. De los estudios realizados sobre el flujo DC se encuentra que incorporar la información de la resistencia de las líneas no mejora los resultados, ni en casos de sistemas con altas razones R/X. Por otra parte, la modelación de las pérdidas en el flujo DC sí mejora bastante sus resultados, aunque el cálculo toma cada vez más tiempo al aumentar el tamaño del sistema. Sin embargo la ganancia en la precisión compensa este mayor tiempo. Así como el flujo DC es un simple modelo lineal para la potencia activa, también se desearía tener lo mismo para la potencia reactiva, la cual está determinada fuertemente por la magnitud de los voltajes de las barras. Se verificó que utilizar ecuaciones aproximadas para estimar la magnitud del voltaje de las barras, como lo son la conocida estimación del gradiente de voltaje o las ecuaciones de inyección de reactivos de las ramas, no son una buena alternativa dada la volatilidad de las variables involucradas. Se concluyó que la mejor alternativa de cálculo de flujos de potencia es un método desacoplado robusto modificado, ya que ofrece una excelente estimación de las potencias para tan sólo pocas iteraciones, hecho que beneficia tanto a la eficiencia como a la precisión del cálculo.