Ingeniero Civil Eléctrico / Los sistemas de almacenamiento de energía, en particular en baterías, son un conjunto de tecnologías que gracias a sus diversas características técnicas generan una variedad de aplicaciones que permiten mejorar el funcionamiento de los sistemas eléctricos. El objetivo principal del presente trabajo de título es el de estudiar, proponer y evaluar casos de estudio de problemas existentes o que puedan existir a futuro en el Sistema Interconectado Central (SIC) que puedan ser solucionados con sistemas de almacenamiento en baterías (BESS). Los casos de estudio evaluados fueron los siguientes: el desplazamiento de reserva en giro para mejorar el control de frecuencia; el balance energético que puede existir en el norte del SIC entre la generación renovable y la generación a carbón; y el posible vertimiento de energía renovable debida a la aplicación de criterios de seguridad en la operación del sistema. La propuesta de tener reserva en giro en el norte del SIC mejora la respuesta del sistema. La opción del BESS tuvo mejor respuesta en frecuencia que la alternativa de utilizar Guacolda, central de base que podría proveer la reserva en giro propuesta. Además, con valores de inversión de mercado la alternativa del BESS es más atractiva desde el punto de vista económico. La variación en la generación de proyectos de ERNC en el norte genera problemas en el despacho de Guacolda, debido a los límites de transmisión existentes y por las características técnicas de las centrales a carbón. Dicho problema solo se presenta hasta 2018 con la ampliación del sistema de transmisión de 500 kV. Realizando la modelación horaria del sistema se encontraron zonas donde podría existir vertimiento de energía renovable en un futuro cercano, en los tramos Paposo Diego de Almagro y Pan de Azúcar Las Palmas principalmente. Los BESS podrían solucionar este problema, pero los costos sistémicos son tales que no alcanzan a financiar esta solución. Finalmente, la alternativa de usar BESS en el SIC es factible para el control de frecuencia, pero para los problemas técnicos que podrían existir con el aumento de generación ERNC se requiere profundizar su estudio para analizar el comportamiento dinámico de estos equipos. Además, mejorar los modelos de generación renovable o de las tecnologías de las centrales a carbón, permitirán un análisis mucho más certero frente a los problemas estudiados en el presente trabajo.

El propósito de la investigación es determinar las causas y proponer soluciones para reducir el consumo de energía eléctrica, a partir de evaluaciones energéticas en las Centrales de Telecomunicaciones de Telefónica del Perú. Se presentan propuestas de Innovación Tecnológica como: Capacitación en Eficiencia Energética, Peak Saving y Energy Logic, para lograr ahorros de energía y reducción de costos por el pago del consumo de energía eléctrica y costos operativos. Se identificaron algunos factores causantes del incremento del consumo de energía, como son: tener equipos rectificadores y de aire acondicionado sobredimensionados; tener equipos rectificadores dentro de la sala de telecomunicaciones; pérdida de eficiencia en equipos rectificadores y de aire acondicionado; ampliación de equipos de telecomunicaciones. Esto representaría un sobrecosto anual de S/ 456,132.81. Se determinó además, el exceso de pagos ocasionados por la parte operativa, como son: dar mantenimiento a los equipos rectificadores y de aire acondicionado sobredimensionados; y la falta de conocimiento del personal operativo sobre Eficiencia Energética al momento de realizar las labores de mantenimiento. Estos sobrecostos representarían un total anual de S/. 199,573.20. Al realizar el análisis financiero de la propuesta, se tiene un costo o inversión inicial de S/. 731,697.72 de implementarse las soluciones planteadas, contra un ahorro anual de S/. 472,828.12, con un retorno de inversión de 1.55 años, esto hace factible desarrollar el proyecto.

Ingeniero Civil Mecánico / En este trabajo, se desarrolla un modelo termodinámico de una central geotérmica emplazada en Pampa Apacheta, utilizando los datos medidos en las pruebas de producción de Cerro Pabellón (48 [MW] instalados), la primera central geotérmica de Chile actualmente en construcción. De acuerdo a estudios previos y a la descripción del proyecto Cerro Pabellón, el tipo de central que mejor se adapta a las condiciones de Pampa Apacheta es una de ciclo combinado de expan-sión súbita binaria que consiste en un ciclo de generación con vapor y un ciclo binario cuya ener-gía es extraída de la salmuera o fase líquida del flujo geotérmico. Las variables de diseño escogidas en el modelo corresponden a las presiones de boca de pozo asociadas a las curvas de productividad, el fluido binario y la presión de trabajo de este último. Además, se incluye un procedimiento para evitar la precipitación de sílice, componente común del fluido geotérmico, en los distintos componentes del proceso de generación. El modelo es validado mediante cálculo de la potencia neta a partir de las condiciones de pozo de la central geotérmica Miravalles ubicada en Costa Rica. El resultado presenta un 1% de error diferencial y con esto se da por validado el modelo termodinámico computacional. En relación al modelamiento de la central en Pampa Apacheta, las presiones en la boca de los pozos deben ser las mínimas posibles, evitando la precipitación de sílice, es decir 800 [kPa] en el pozo CPE-1 y 350 [kPa] en el pozo CPE-2. Por otra parte, el fluido binario debe presentar tempe-raturas de evaporación entre 422 [K] y 430[K]. Entre un conjunto de fluidos binarios candidatos evaluados, el fluido que maximiza la potencia neta generada a partir de los pozos mencionados es el isopentano, considerado también para Cerro Pabellón, y que permite producir 9,9 [MW]. Se obtiene un rendimiento de primera ley de 7,26% y de segunda ley de 22,53%, valores bajos debido principalmente a las restricciones operacionales para evitar la precipitación de sílice. La central óptima presenta una utilización de 10,7 [(kg/s)/MW], es decir, al extraer 514 [kg/s] (flujo másico declarado para Cerro Pabellón) se obtiene una potencia neta de 48 [MW] a partir de 10 pozos de producción, utilizando isopentano como fluido de trabajo binario. Se estima que una central de esta envergadura en Pampa Apacheta tiene un costo de inversión aproximado de 320 [MM USD] incluyendo exploración, perforación, piping, la central de poten-cia y líneas de transmisión, que en términos unitarios se traduce en una inversión de 6,6 [MM USD/MW].

Ingeniero Civil Eléctrico / En el marco de una creciente demanda eléctrica global, es inminente la búsqueda de soluciones tecnológicas eficientes para reducir costos y mantener una operación del sistema eléctrico segura y confiable, y de esta forma, satisfacer este aumento de requerimiento energético. Ante esto, el uso de equipos de compensación serie en líneas de transmisión, es una medida óptima, la cual incrementa la capacidad de transferencia de potencia por las líneas a un costo mínimo en comparación con la construcción de nuevas líneas. Pero esta instalación, conlleva ciertos fenómenos transitorios como el alto contenido de frecuencia subsincrónica y elevado contenido de componente de decaimiento DC, afectando directamente a la localización de fallas. Sabida es la importancia de la ubicación de fallas en líneas de transmisión, ya que para fallas con tiempos de retardo mayores en su despeje, disminuye el tiempo de restauración del suministro eléctrico. Adicionalmente, tal como lo establece la ley, para toda falla se deben determinar sus causas, por lo que la localización de fallas aporta en reducir el rango de búsqueda de las brigadas de operación, ahorrando tiempo y recursos. Por lo tanto, este trabajo se enfocará en atenuar la influencia de estos problemas, y así, obtener la localización de falla con un mínimo error. Expuesto lo anterior, la presente memoria se centra en la localización de fallas en líneas de alta tensión con compensación serie, empleando información de las líneas de 500 [kV] de Transelec, las cuales comprenden gran parte del sistema de transmisión troncal chileno debido a sus grandes longitudes (incluso mayores a 200 kilómetros). Primero, se desarrolla un algoritmo que determine la ubicación de falla, que aplicado a ciertos parámetros variables, como la frecuencia de corte de los filtros y el método de resolución, entregará la localización con menor error. Aun así, la búsqueda de un error mínimo, lleva a realizar un problema de optimización estadístico que minimice la distancia a la ubicación real de las fallas. Luego, este algoritmo resolutivo es validado mediante el procesamiento de fallas simuladas en Digsilent, donde los escenarios de simulaciones dinámicas corresponden al tipo de falla y la ubicación de la falla con respecto a la compensación serie, con tal de abarcar la totalidad del largo de la línea. En general, los resultados obtenidos demuestran bajos errores promedio en la ubicación de fallas. Para fallas reales, se obtiene un 8.98% de error promedio para el algoritmo sin optimización, pero una vez minimizado el error, este desciende a 3.74%. En cuanto a las fallas simuladas en Digsilent, los errores corresponden a 8.01% y 3.95% respectivamente, lo que verifica los resultados alcanzados y permite ampliar la estadística para la corrección del error de la localización.

Ingeniero Civil Eléctrico / El generador de inducción doblemente alimentado es una tecnología relativamente nueva y se prevé una fuerte inserción en el mercado durante los próximos años debido a su aplicación en la generación eólica. El objetivo de esta memoria es analizar la factibilidad de su utilización en otras fuentes de energía renovables, como la hidráulica y la del mar, y comparar los resultados con las tecnologías tradicionalmente utilizadas en esas centrales, dentro del ámbito de la generación a velocidad variable y frecuencia fija. Para esto se realiza un estudio teórico, luego se simula el desempeño del DFIG y finalmente se desarrolla un anteproyecto para una aplicación en Chile. La comparación teórica arroja ventajas del DFIG en costos de construcción y operación, mientras que se ve mermado en costos y dificultad de mantención. Así, su utilización es recomendada para potencias medias y altas, es decir, en aplicaciones eólicas o de corrientes marinas. En otras fuentes la potencia extraíble no es suficiente para que su uso sea óptimo. De las simulaciones se obtienen factores de planta altos para las corrientes marinas (40,6%) y olas (30,2%). Para aplicaciones eólicas el factor es realista (28,5%) mientras que en lechos de ríos se descarta la aplicación debido a la baja eficiencia (20,9%). Con los resultados de las simulaciones se realizan evaluaciones económicas considerando escenarios con y sin inflación, emisión de bonos de carbono y ventas de cuotas ERNC. Los resultados entregan resultados positivos sólo para la energía eólica y las corrientes marinas, destacándose que para este último recurso los VAN y TIR son los mejores en cada escenario. También se debe destacar que en todos los casos es necesaria la venta de cuotas ERNC para que los proyectos sean económicamente viables, mientras que la emisión de bonos de carbono no es trascendental. Finalmente, se evalúa la construcción de una central de aprovechamiento cinético de las mareas en el Canal de Chacao, compuesta de 40 turbinas de 2,5 MW cada una, obteniendo un factor de planta superior al 41% y resultados económicos muy positivos (VAN cercano a los 40 millones de USD, TIR 16% y PRC de 7 años). Así se confirma la buena proyección de este tipo de aplicación del DFIG y se recomienda en lo inmediato mejorar la calidad de las mediciones que se disponen en Chile, así como las estimaciones de los costos de inversión, operación y mantenimiento, debido a que son las variables más sensibles en el análisis y de las que menos certeza se tiene.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / Desde hace un tiempo, ha sido apreciable en diversos medios de comunicación social la existencia de un debate, aún en período de gestación, relativo a la conveniencia de acoger el desarrollo de un proyecto de generación núcleo-eléctrico en nuestro país. Tal cuestión no es un mero capricho de las empresas dedicadas al rubro de informar, por el contrario, revela el dilema que atañe a toda nuestra sociedad, en cuanto a decidir la incorporación de la opción nuclear a nuestra matriz energética con todos los costos y beneficios que tal alternativa comprende. Precisamente, esta memoria tiene por objeto contribuir a que este debate sea aún más informado y enriquecedor, para lo cual, se centrará fundamentalmente en el análisis de los diversos modelos de propiedad en los que se podría basar el desarrollo de un proyecto de generación núcleo-eléctrico, con especial énfasis en el tratamiento de los Public-Private Partnerships (PPPs), cuyo símil en nuestro país está representado por el régimen de concesiones. Por supuesto, este análisis se efectuará luego de haber contextualizado someramente el panorama energético nacional y las ventajas de incorporar un reactor nuclear de potencia a nuestra matriz energética. Respecto de los modelos de propiedad, se ha decidido examinarlos desde una perspectiva delimitada, centrada esencialmente en el grado de participación que eventualmente le puede corresponder al Estado en el dominio o gestión de un proyecto de esta envergadura. En este sentido, se han clasificado los modelos de propiedad en estatal, privado, y público-privado, no obstante las diversas variantes que estos modelos pueden adoptar y que serán analizadas a lo largo de esta memoria.

Ingeniero Civil Eléctrico / Chile tiene un enorme potencial de energías renovables, en particular en recursos solares en la zona norte de su país. En el mundo el costo de estas tecnologías ha disminuido considerablemente volviéndolas competitivas en el mercado. Sin embargo, su alta variabilidad hace necesario integrar tecnologías de almacenamiento para mejorar la seguridad del sistema. Bajo este contexto, dado que Chile se encuentra cercano a la construcción de la primera central de concentración solar con almacenamiento térmico en la región, el presente trabajo compara tres metodologías de despacho para una central de concentración solar de 300 [MW] y 12 horas de almacenamiento térmico en el Sistema Eléctrico Chileno, proyectado hacia el año 2020, con el fin de evaluar la mejor alternativa para el despacho de estas centrales Los despachos analizados son: (1) minimización de costos, en el que la central se despacha al igual que el resto del sistema con el fin de minimizar los costos de operación; (2) generación constante, en el que la central entrega potencia constante durante 24 horas mientras las condiciones de radiación solar lo permitan; y, (3) maximización de utilidades, en el que la central es capaz de auto despacharse con el fin de maximizar sus utilidades por ventas al mercado spot. De los resultados se desprende que este tipo de tecnología aporta muchos beneficios al sistema, como son la mejor integración de energías renovables y la disminución de la utilización de combustibles fósiles para la generación de energía, reduciendo los costos del sistema y las emisiones contaminantes. Por otro lado, el despacho de generación constante si bien logra efectos positivos en términos de disminución de costos y emisiones, empeora la integración de energías renovables y resulta en una forma ineficiente para despachar a esta central. Por último, el despacho maximizando las utilidades permite disminuir los costos de operación en menor medida, aumentando sus utilidades respecto al caso de minimización de costos, pero esto implica otorgarle poder de mercado a un participante, el cual, si bien es pequeño en consideración al resto del sistema, logra realizar cambios en los precios en especial en las horas punta.

En la actualidad el Perú se encuentra en un proceso de transformación debido al crecimiento económico que se está viviendo, el cual va acompañado de una creciente demanda de energía a consecuencia de que diversas plantas industriales se han consolidado, razón por la cual se están tomando en cuenta otras fuentes de energía alternativas, tales como las fuentes de energía renovable, más concretamente la energía producida por aerogeneradores y celdas fotovoltaicas para complementar esta demanda. En los últimos años la energía eólica y solar ha experimentado un desarrollo tecnológico considerable y han incrementado su competitividad en términos económicos en relación con otras fuentes de energía. La fuerza del viento se aprovecha a través de aerogeneradores que generan energía eléctrica, para tener grandes potencias instaladas, estos se agrupan en los denominados “Parques eólicos”. Por otro lado, la energía fotovoltaica emplea la luz proveniente del sol a través de celdas fotovoltaicas para producir electricidad. En la actualidad, los países que conforman la Unión Europea lideran en cuanto a la explotación y uso de la energía eólica y solar, seguidos de China, Estados Unidos y Alemania. En América Latina, el país en donde más se está desarrollando estas fuentes renovables de energía es Brasil debido a la sólida infraestructura industrial y una adecuada red eléctrica, así como una creciente demanda energética. Los parques eólicos y los sistemas fotovoltaicos son instalados en lugares en donde se den las mejores condiciones de viento e irradiación solar y que además estén alejados de los sistemas eléctricos convencionales, que justifican los costos de instalación de estos sistemas. Por lo cual se hace necesario un previo análisis acerca de las condiciones meteorológicas más importantes, tales como la velocidad del viento y la irradiación solar. Esto permitirá tomar mejores decisiones acerca de una posible instalación de uno o ambos sistemas antes mencionados A partir del registro histórico de las variables meteorológicas se puede decidir posibles lugares de instalación, por tanto evitar pérdidas económicas por instalaciones de sistemas inadecuados debido a la falta de un análisis previo. / Tesis

El uso de la energía eléctrica es indispensable en la vida diaria de las personas. Demográficamente, gran parte del sector urbano cuenta con acceso a este servicio; sin embargo, en el sector rural existen grupos humanos que no tienen acceso a este recurso. Dada esta necesidad, se ha ido impulsando el uso tecnologías renovables, entre las cuales la hidroeléctrica se presenta como la más viable, teniendo en cuenta la geografía del país, con la finalidad de facilitar el acceso a este tipo de energía. En el presente trabajo, utilizando el método de la matriz morfológica, se diseñó un sistema generador hidroeléctrico portable que aprovecha el desplazamiento de masas de agua en canales como fuente de energía cinética. Para ello se empleó una turbina hidrocinética, la cual adquiere un movimiento rotatorio al paso del fluido con la finalidad de convertir la energía cinética en mecánica. Asimismo, gracias a un generador de imanes permanentes acoplado al eje de la turbina en movimiento se puede generar electricidad alterna. Luego, esta corriente fue acondicionada para la carga de dispositivos electrónicos mediante un circuito rectificador y un regulador de tensión. Por último, se logró diseñar una máquina de cumple con los requerimientos y exigencias de diseño que garanticen la generación de 10W de potencia eléctrica. Además, se resalta la importancia que significaría el uso de esta máquina en zonas remotas y la implicancia en la calidad de vida de las personas de estas regiones. / Tesis

En el presente trabajo se ha realizado el diseño de un sistema híbrido de calentamiento de agua sanitaria a 40°C que aprovecha la energía solar y eléctrica para un hotel de 30 habitaciones con un consumo de 4500 litros por día en la ciudad Puno. Para el diseño del sistema de calentamiento se comenzó por cuantificar la radiación solar en la zona de trabajo mediante de valores promedios históricos de radiación solar horizontal diaria, a partir de ello se realizó un modelamiento matemático para superficies inclinadas en la cual se determinó que para una inclinación de 20° en la superficie de captación entre los meses de Abril y Agosto se logra un incremento de captación de radiación solar de hasta 4 MJ/m² por día. Luego, se realizó la selección y diseñó del colector solar parabólico compuesto, el cual es un colector concentrador semiestacionario, debido a que durante el año se realiza solo 2 variaciones en la inclinación de la superficie de captación. Este colector está conformado por un absorvedor de cobre, una envolvente de tubo de vidrio, un reflector de aluminio y una cubierta de vidrio. El colector solar diseñado tiene un ratio de concentración de 2.3 y tiene un coeficiente de pérdida de calor bajo de 0.72 W/m²-K Finalmente, se realizó diseño del sistema de calentamiento de agua que consta de 2 circuitos: el circuito primario y secundario, en donde el circuito primario calienta un portador de energía y mediante un intercambiador calienta el agua del circuito secundario. Para el diseño del sistema se realizó balances térmicos en estado estable al sistema de captación, al intercambiador y al acumulador. Como resultado de los balances térmicos se determinó necesario un área de captación de 34.5 m², en donde se tiene temperaturas de hasta 74°C. Además, se determinó las diferentes temperaturas en la cual trabajaría cada punto del sistema de calentamiento y a partir ello se realizó el diseño un sistema de transporte del fluido portador de energía, la selección de un intercambiador de calor, la selección de tanques de almacenamiento y la selección de un sistema auxiliar de calentamiento de agua. / Tesis