El uso de un sistema fotovoltaico en la actualidad es una alternativa para obtener energía eléctrica en el ambiente, además, de ser una solución para evitar la contaminación por su uso ecológico. Por ello, para este caso de investigación se optó por realizar un análisis del sistema fotovoltaico para un salón del Centro Educativo ubicado en Puente Piedra - Lima y realizar un comparación técnica y económica con objetivo de ver el rendimiento y efectividad. El caso de estudio se encuentra en Puente Piedra en Lima por lo que la investigación abarcar para la región costera ya que la temperatura, precipitación, humedad va a variar en los distintos lugares. Por otro lado, para la instalación convencional donde la energía proviene de una central hidroeléctrica solo se obtiene datos de instalación y costo con el objetivo de realizar la comparación a diferencia de la instalación de los paneles solares que abarca el diseño, instalación y costo. Asimismo, los datos y equipos elegidos para el sistema fotovoltaico son obtenidos de una distribuidora licenciada en el Perú para generar datos específicos en la investigación. El proceso de diseño proyectado en la investigación muestra que el mejor sistema a elegir es el On-grib y eso se debe a que Lima consta con estaciones donde la irradiancia no llega a horas picos y esto evita el mayor rendimiento de los paneles solares. El sistema On-grib consta de la instalación en conjunto con la instalación convencional para que estos se puedan complementar y su uso sea variado dependiendo de los tiempos. El análisis técnico de los paneles solares se enfoca a la durabilidad y mantenimiento de los equipos por lo que la comparación con el sistema convencional muestra que hay unas mejoras en la obtención de energía eléctrica. Asimismo, en el análisis de costo muestra un enfoque general del ahorro de dinero con el uso de paneles solares en el centro educativo, pero en un rango de tiempo de 6 años lo cual es eficiente ya que la duración del diseño de construcción es de 25 años lo cual muestra ganancia en el costo de energía. Además, la evaluación ambiental muestra que los paneles solares generan impactos positivos al centro educativo. Por último, la investigación del sistema fotovoltaico muestra un óptimo desarrollo de rendimiento y eficiencia en su instalación, costo a largo plazo lo cual es una alternativa recomendable para generar energía eléctrica, pero se debe considerar las estaciones de la zona para analizar su máximo desempeño.

Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, la preocupación por el impacto de las actividades del hombre sobre el medio ambiente ha impulsado iniciativas orientadas al desarrollo sustentable no sólo en el sector productivo, sino que también en las instituciones de educación superior. En este contexto, la Universidad de Chile se ha embarcado en una iniciativa por mejorar la eficiencia del uso y consumo energético, contribuyendo a mejorar los aspectos ligados a la sustentabilidad, a través de la ejecución del proyecto Instalación de bases para un plan de eficiencia energética integral para el Campus Sur y Campus Beauchef de la Universidad de Chile. Este trabajo memoria se enmarca en la ejecución del proyecto anterior, haciéndose cargo de las tareas de: - análisis de la condición energética actual e identificación de brechas con respecto a los requisitos expuestos en la norma ISO 50.001; - realización de una revisión energética que sirva para caracterizar energéticamente a los campus y detectar oportunidades de mejora; - establecimiento de una línea base de energía que pueda ser utilizada como referencia del consumo energético; - determinación de indicadores de desempeño energético que cuantifiquen y representen el desempeño energético; - y la proposición y evaluación de medidas de eficiencia energética que contribuyan en la mejora del uso y consumo energético. Los resultados obtenidos permiten, en ambos campus, identificar las brechas para establecer un sistema de gestión energética (SGE), conocer y evaluar la situación energética actual, identificar las oportunidades de mejora existentes, y determinar la conveniencia de la aplicación de medidas de eficiencia energética. Con este trabajo se espera aportar en la implementación de un SGE en el Campus Sur y Campus Beauchef de la Universidad de Chile. Se deja propuesto continuar con el trabajo en la implementación de algunas de las medidas aquí presentadas y verificar los ahorros generados.

Ingeniero Civil Industrial / El objetivo principal de este trabajo es caracterizar el consumo de energía en el sector residencial de la Región Metropolitana de Chile y, a partir de ello, identificar dónde enfocar las medidas que deben implementarse para generar un mayor ahorro de energía dentro de las viviendas. En este estudio se utilizaron los datos de la encuesta Estudio de usos finales y curva de oferta de conservación de la energía en el sector residencial de Chile (Ministerio de Energía, 2010). De donde se seleccionó una muestra de 450 encuestas, correspondientes a viviendas ubicadas en 30 comunas de las provincias de Santiago, Chacabuco, Cordillera, Maipo y Talagante. Se compararon los consumos de energía por cada sistema y artefacto presente en el hogar, de acuerdo al promedio regional, al nivel socioeconómico y al nivel de urbanización. Se destaca el gas natural como el principal energético que se utiliza en la vivienda, el cual alcanza un 44,7% del consumo energético promedio de la región. A continuación le sigue la electricidad con un 26,4% del consumo energético del hogar. Por otro lado, es importante observar que más de un 62% del consumo energético de una vivienda promedio es destinado a climatización o agua caliente sanitaria. Si se considera solo la energía eléctrica la refrigeración representa un 31,6% y el consumo en iluminación alcanza un 19%. Por lo que ambos sistemas son buenos candidatos para la implementación de mejoras en la vivienda. Al analizar los consumos según el nivel socioeconómico el primer grupo tiene un consumo energético de 10.866 kWh por hogar, el segundo grupo posee un consumo de 7.152 kWh, el tercero un consumo de 6.620 kWh y finalmente el cuarto grupo posee un consumo de solo 5.822 kWh. La enorme diferencia entre el primer grupo y el resto resalta el grado de desigualdad que enfrenta Chile. Luego de desarrollar los distintos escenarios mediante cambios en la iluminación, refrigeración y en las lavadoras, se hizo posible corroborar que una serie de políticas energéticas bien elaboradas e implementadas podrían llevar a una reducción considerable del consumo energético residencial.

Ingeniero Civil Mecánico / En este documento se detalla el diseño, la construcción y el estudio de un sistema undimotriz a pequeña escala conformado por módulos dispuestos linealmente el cual flota y describe la forma de las olas, además acumula presión gracias a la presencia de actuadores neumáticos. El trabajo tiene como fin maximizar la acumulación energética bajo ciertas condiciones de oleaje en un laboratorio mediante el bloqueo automatizado de las articulaciones entre módulos. Inicialmente se refiere de forma general la memoria de título Diseño y Construcción de Sistema Undívago para la Conversión de Energía , en él se describe el sistema denominado Nahuenrew, proyecto en el que esta memoria está basada. Luego se describen generalmente otros tipos de tecnologías undimotrices. Se describe la metodología de desarrollo del proyecto el cual involucra el diseño con herramientas de fabricación digital, la construcción e implementación del sistema con marcadores para la captura de datos mediante un OptiTrack el cual graba su movimiento según las variaciones de la frecuencia de un generador de olas. Una fase experimental fue intervenir en los grados de libertad del sistema bloqueando algunas articulaciones para analizar el comportamiento del sistema y comprar su comportamiento al estar con todos sus grados de libertad con el sistema con unos módulos bloqueados. Finalmente se automatiza el sistema y se logra maximizar la carrera total de los actuadores del mecanismo bloqueando los módulos según la frecuencia con la que la ola hace oscilar el prototipo. Y se logra aumentar la carrera de un actuador Los resultados de este proyecto validan que es posible aumentar la captura de aire presurizado al bloquear ciertos módulos.

El uso de energías renovables en cualquier lugar de nuestro país requiere tener información actualizada sobre las características y operación de las alternativas de equipos que se pueden instalar. También es muy importante el conocer si existe o no recurso disponible en el lugar donde se planea realizar la instalación Actualmente en nuestro país sólo existen datos confiables respecto del recurso solar, tal vez este hecho ha influido en que la energía solar sea la que más aceptación tenga en nuestro medio, sin embargo existe también energía del viento que puede y debe ser aprovechada. En este trabajo se realiza un estudio de las características de salida de energía que tendría un sistema híbrido (solar–eólico) en la localidad de Ilo. Se escoge este lugar debido a que se cuenta con datos precisos de viento (velocidad y dirección) proporcionados por la Municipalidad Provincial de Ilo, asimismo se tienen disponible los datos de radiación solar y con ello es posible realizar un estudio preciso sobre la salida de energía del sistema. Para lograr esto se desarrolla en los primeros capítulos la metodología que permite hacer el tratamiento estadístico de los datos con que se cuenta. Teniendo como base un ejemplo hipotético, pero bastante realista, de consumo de energía en una localidad rural se establecen la demanda de energía que se requiere para satisfacer necesidades básicas de luz y agua. Finalmente y estableciendo a partir de las alternativas que ofrece el mercado, la configuración del sistema solar–eólico, se puede conocer la energía que es capaz de suministrar el sistema y hacer la comparación con la alternativa de grupo electrógeno la cual es una de las más utilizadas en nuestro país para suministrar energía en situaciones de aislamiento. / Tesis

En la actualidad, la demanda del consumo de energía eléctrica se ha incrementado significativamente. Este fenómeno se ha presentado tanto en el sector doméstico como en el sector industrial. Por lo que es necesario, la construcción de nuevas fuentes energéticas para satisfacer las demandas actuales. Asimismo, se debe considerar el tiempo, el costo y el impacto ambiental que ocasionaría la construcción de las mismas. Ante este hecho, se plantea establecer planes de ahorro de energía eléctrica con ayuda de sistemas inteligentes en instalaciones domésticas para uso racional de la energía eléctrica, como una alternativa eficaz para no recurrir a nuevas fuentes energéticas. En la presente tesis, se tiene como objetivo el diseño de un sistema inteligente por medio de algoritmos de aprendizaje por redes neuronales que permita el uso racional y eficiente de la energía eléctrica en el sector doméstico. El desarrollo de la tesis incluye diseñar dispositivos que nos permitan medir la potencia eléctrica consumida. Estos dispositivos se desarrollarán con la ayuda de un conjunto de sensores de potencia. Como también el diseño y simulación de sensores de presencia que nos permita monitorear la presencia del usuario. En cuanto al control inteligente se desarrollará algoritmos de aprendizaje basadas en redes neuronales, de tal forma que sean capaces de aprender del horario de la rutina del usuario. También, se incluye el diseño de una interfaz adecuada con el usuario que permita el ingreso de datos para su procesamiento y visualización. Además, el diseño de un protocolo de comunicación más adecuada orientada a la domótica. Finalmente, se desarrollarán simulaciones y pruebas del funcionamiento del sistema inteligente, como los dispositivos desarrollados como el conjunto de sensores y el control inteligente. / Tesis

Tesis para optar al título de Arquitecto

Ingeniera Civil Eléctrica / La introducción de energía renovable (ER) a gran escala es un fenómeno mundial producto del cambio climático y la necesidad de los países de independizar sus matrices energéticas. Específicamente en Chile la política energética proyecta una matriz que se componga de un 60% de ER al año 2035. En particular, la generación de energía solar se caracteriza por su variabilidad e incertidumbre, lo que sumado a la inminente instalación de este tipo de energía de manera concentrada en el Sistema Interconectado del Norte Grande de Chile (SING), podría provocar serios problemas de estabilidad en el sistema. En términos de variabilidad del recurso solar se destaca el efecto nube, que deriva en cambios bruscos de generación fotovoltaica (PV) y, en definitiva, afecta a la estabilidad de frecuencia del sistema. Frente a lo anterior, se han realizado estudios que muestran que mantener reservas fotovoltaicas, operando en deload, es una estrategia eficaz de regulación de frecuencia. Sin embargo, dichos estudios utilizan reservas PV constantes lo que representa una pérdida significativa de generación. El presente trabajo busca aportar a la línea de investigación mencionada e introducir reservas calculadas dinámicamente para hacer un uso eficiente de la generación PV y simultáneamente contribuir a mantener la estabilidad de frecuencia. El método de cuantificación de reservas se basa en un modelo de pronóstico de generación solar. La estrategia busca reservar la potencia necesaria para enfrentar una caída de generación pronosticada considerando un margen de error de pronóstico con un nivel de confianza dado. El error de pronóstico se determina mediante un estudio estadístico del modelo de predicción, considerando conjuntos de datos representativos de una escala anual, estacional y mensual, con el fin de establecer comparaciones entre cada caso. Además, el problema se aborda de manera local, donde cada planta PV determina sus reservas de manera independiente, y a nivel centralizado, donde el operador del sistema cuantifica la reserva total considerando todas las plantas PV existentes y la distribuye entre ellas. La metodología propuesta se aplica en el modelo del SING proyectado al año 2020, al considerar un día con alta variación de irradiación solar según las condiciones locales. La proyección del sistema considera una penetración PV equivalente a un 25% de la capacidad total instalada. Se realizan simulaciones dinámicas en el software PowerFactory DigSILENT para observar el desempeño de las reservas determinadas dinámicamente en comparación con reservas constantes y el caso base sin reservas. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta de reservas dinámicas presenta una satisfactoria regulación de frecuencia ya que logra mantenerse dentro de los límites permitidos por la normativa chilena. Al mismo tiempo significa una considerable disminución de pérdidas asociadas a reservas sobredimensionadas respecto a trabajar con reservas constantes de 15%. Además, se obtiene que abordar el problema de manera centralizada significa menores montos de reservas que a nivel local.

Ingeniero Civil Mecánico / El origen y continuación de la humanidad se ha basado en el agua. A pesar de ser el agua uno de los recursos más abundantes en el mundo cubriendo tres cuartos de la superficie del planeta, solo alrededor de un 3% es agua dulce, el otro 97% corresponde a agua salada de los océanos. Buscando aprovechar este recurso es que se ha desarrollado el proceso de desalinización por osmosis inversa incorporando variantes en las energías que alimentan el proceso con el objetivo que económico y medio ambientalmente sean atractivos. El objetivo general del trabajo de título es realizar un estudio de factibilidad técnico-económico del proceso de osmosis inversa con apoyo de energía renovables eólica y solar fotovoltaica con el fin de establecer la vialidad de un proyecto de este tipo en una localidad del norte de Chile. Debido a que la osmosis inversa no es un proceso térmico, lo cual implica que no existen mayores transientes, se propone la estrategia de desalinizar agua de mar con apoyo de energías no térmicas como las renovables eólica y solar fotovoltaica en los periodos en los cuales estén disponibles con el fin de disminuir los altos costos asociados a la energía necesaria en la producción. Estos costos equivalen a un tercio del total en una planta normal sin energías renovables de apoyo por concepto del consumo energético. Por las razones antes mencionadas, se propone una metodología de incorporar energías renovables en configuración On Grid de modo que la eólica sea el pilar principal, siendo la solar fotovoltaica un complemento sin sobrepasar la potencia requerida por la osmosis inversa para que finalmente la red eléctrica solo aporte la energía faltante al sistema, logrando reducir en algunos casos como los estudiados hasta un 40% de la energía consumida si solo estuviese conectada a la red eléctrica. De cinco localidades estudiadas en el norte de Chile, Mejillones presenta las mejores oportunidades de generar energía a partir de energía eólica y solar fotovoltaica, y más aún para un proceso que hace más factible la realización de un proyecto como es la desalinización debido a la necesidad de acceso al agua que presenta la zona norte de Chile. La inversión para la planta con el menor consumo específico de energía de 2,77 [kWh/m3] se estima en US$ 5.733.935, para un consumo específico de 2,89 [kWh/m3] es de US$ 5.760.341 y finalmente para un consumo específico de 3,06 [kWh/m3] es de US$ 5.800.925. En todos los casos el aerogenerador utilizado fue el Aeronautica 29-225, ya que, su evaluación económica fue mayor sobre otros aerogeneradores siendo los VAN de US$ $ 2.446.639, US$ $ 2.366.207 y US$ 2.263.281 para los distintos consumos específicos respectivamente.

Las olas son un recurso energético inagotable y de costo nulo. Se ha estimado que Chile posee un potencial eléctrico de 240 GW a lo largo de toda la costa. Esto hace que sea interesante comenzar a estudiar la factibilidad de producir energía eléctrica a partir de las olas del mar, con el fin, de aportar a la diversificación del mix de generación y desincentivar el uso de combustibles fósiles para tal propósito en el país. El presente trabajo de título tiene por finalidad evaluar técnica y económicamente una central undimotriz (o del oleaje) con tecnología Pelamis en Chile. Para ello, se obtuvo las potencias de salida teóricas de un dispositivo Pelamis (con potencia nominal 1 MW), cada 3 horas durante 20 años (1985-2004) en seis sitios a lo largo del Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) y del Sistema Interconectado Central (SIC), próximos a importantes centros de consumo (Arica, Antofagasta, Huasco, Valparaíso, Lebu y Chiloé). Además se consideraron dos posibles tamaños para la central del oleaje; una con una potencia instalada de 3 MW y a otra de 30 MW. La evaluación se enfocó principalmente en obtener dos indicadores; valor actual neto (VAN) y costo de energía (COE), los cuales fueron sensibilizados para determinar qué variables dependen sus rendimientos. Se revisó también el marco legal que rige a la generación eléctrica a partir de energías renovables no convencionales (ERNC) en Chile. Los resultados de la evaluación indican que actualmente la explotación comercial de la energía del oleaje es inviable. Las probabilidades que en el corto plazo un proyecto como el anteriormente descrito sea rentable en el norte de Chile son nulas. A su vez, desde Valparaíso a Chiloé, las probabilidades fluctúan entre un 4% y un 12%, alcanzando su máximo en último sitio nombrado. Esto se produce ya que, al igual que otras energías renovables no convencionales, la undimotriz depende críticamente del precio de la energía. En un caso optimista, si el costo marginal de energía promediara US$135/MW en 20 años, una central undimotriz Pelamis con una potencia instalada de 30 MW podría ser rentable en Chiloé. El precio promedio de energía en los dos últimos años (marzo 2006 - marzo 2008) sobrepasa los US$138/MWH en promedio. Por otra parte, los altos costos de capital son otra característica negativa de las ERNC, y en particular, de la energía del oleaje. En un caso optimista, la inversión por MW instalado asciende a US$ 2,7 millones, esto equivale aproximadamente a 1,6 veces de lo que se invirtió por MW en el Parque Eólico Canela. Sin embargo, priorizar los costos de energía (COE) de un proyecto de este tipo sobre el valor actual neto (VAN) podría significar más posibilidades de inversión, puesto que el COE no depende del precio energía (ni de otros supuestos), sino de variables que pueden ser mejoradas producto de avances en tecnología (reducción de costos y mayor generación de energía) y porque la ley chilena estipula una obligación a los distribuidores a obtener un porcentaje de su energía a partir de fuentes renovables no convencionales. Chiloé es el único lugar donde la energía del oleaje podría competir en costos de energía con respecto a otras fuentes no convencionales en el corto plazo. Bajo supuestos razonables, para una planta con potencia instalada de 30 MW se podrían alcanzar costos de energía casi tan competitivos como los de una planta geotérmica de similar tamaño. No se descarta que pueda ocurrir lo mismo en Valparaíso y Lebu en un mediano plazo. Esto dependerá que tan rápido el avance de la tecnología repercuta en la disminución de costos y en la mayor capacidad de los convertidores al capturar la energía disponible en las olas.