El objetivo general del presente trabajo, es generar una metodología de evaluación del uso de colectores solares para una piscina municipal temperada en base a factores en base a un análisis exergético y económico; se espera ver tanto el impacto que podrían tener los colectores en el sistema como la magnitud del ahorro económico asociado a su uso. Se utilizó como caso particular para este trabajo, la piscina temperada de uso público que tiene la municipalidad de Vitacura en la misma comuna. Esta piscina funciona todo el año, siempre temperada, y cuenta además con servicio de camarines con duchas, de manera que se tiene tanto una carga por la calefacción de la piscina como en la generación de agua caliente sanitaria (ACS). Actualmente se utilizan equipos eléctricos para calentar el agua necesaria, lo que genera altos gastos asociados al consumo eléctrico de estos equipos. Por otra parte, está el creciente interés en utilizar energías renovables tanto por el beneficio económico que suponen como el beneficio medioambiental que conlleva su uso. Se determinaron, para el sistema actual, las pérdidas de calor asociadas a la piscina y la energía necesaria para producir ACS. Se calcularon los flujos de exergía del sistema y se identificaron puntos donde existe destrucción o pérdida de exergía. Se identificó la producción de agua caliente sanitaria como una importante carga energética y exergética del sistema, principalmente por la alta temperatura que se debe alcanzar. Se calcularon los requerimientos que se quiere suplir con los colectores y se utilizó el criterio de inversión del valor actual neto para encontrar la cantidad de colectores que entregue un mayor retorno económico. Posteriormente se vio el impacto en el balance exergético del sistema al incluir los colectores solares. Se concluye que hay tanto una mejora exergética como un importante beneficio económico al incorporar al sistema la tecnología de colectores solares para el calentamiento del agua. La mejora exergética está dada por la intervención en algunos puntos del sistema donde se pierde exergía y el menor uso de los equipos actuales. Se puede suponer, que a mayor escala, el ahorro energético acarrearía además una disminución en las pérdidas de exergía aguas arriba del sistema, hacia las fuentes de producción de energía eléctrica, lo que puede significar un beneficio mayor.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo tiene por objetivo general desarrollar la ley de escalamiento de costo-capacidad de las plantas CSP (Concentrated Solar Power) de colectores solares cilindro parabólicos, considerando un sistema de almacenamiento térmico de tipo termoclino. Esta ley de escalamiento entrega información respecto a cómo se relaciona el costo físico de una planta CSP, con su capacidad. El trabajo se realiza en el marco de plantas de generación CSP de alta entalpía, cuyos recursos provienen de la radiación solar, usando colectores solares cilindro parabólicos para la recolección de la energía. La metodología consiste en realizar en primera instancia una revisión bibliográfica de plantas CSP de colectores parabólicos y del sistema de almacenamiento térmico de doble estanque, para así determinar una ley de escalamiento preliminar. Luego, se realiza un dimensionamiento del sistema de almacenamiento térmico de estanque termoclino. Posteriormente este dimensionamiento es validado mediante una simulación computacional llevada a cabo en el módulo FLUENT de Ansys, la cual entrega el valor del rendimiento energético del estanque termoclino para cada caso estudiado. Con el dimensionamiento definido y la ley de escalamiento del sistema de almacenamiento térmico de estanque termoclino determinada, se encuentran los costos del sistema de almacenamiento térmico de estanque termoclino para cada planta CSP estudiada en la revisión bibliográfica. Finalmente se obtiene la ley de escalamiento definitiva, la cual determina la relación entre el costo físico y capacidad de plantas CSP de colectores parabólicos con sistema de almacenamiento térmico de estanque termoclino. Como principales resultados se obtiene que: i) El exponente de escalamiento preliminar es de 0,7976 ii) El rendimiento energético del estanque termoclino varía entre 0,916 y 0,975, dependiendo del caso estudiado y de la razón de aspecto del estanque. iii) El exponente de escalamiento definitivo es de 0,7892 Finalmente, se concluye que la tecnología del sistema de almacenamiento térmico de estanque termoclino ofrece una leve mejoría en las economías de escala de las plantas CSP estudiadas, no obstante se justifica el uso de esta tecnología respecto a la opción de doble estanque.

Ingeniera Civil Industrial / Aumentar la participación de las energías renovables en la matriz energética es parte de la Política Energética de Chile 2015, en la cual se establece como lineamiento principal, que el 70% de la energía generada sea en base a fuentes de energías renovables no convencionales (ERNC) para el año 2050. Además, en la reciente XXI Conferencia Internacional sobre Cambio Climático (COP21), realizada en Francia en diciembre del 2015, Chile se comprometió a disminuir su intensidad de gases de efecto invernadero (emisiones por unidad de PIB) en un 30% al 2030, siendo uno de los principales mecanismos para alcanzar esta meta, el uso de energías renovables por sobre otras fuentes más contaminantes. El presente trabajo, tiene como objetivo evaluar la relación de costo-efectividad de diferentes instrumentos que incentivan el uso de la energía solar, en el contexto de una ciudad. Como caso de estudio, se abordará el sector residencial de la Región Metropolitana, aun cuando la herramienta está pensada para una ciudad genérica de Chile. Se definieron 9 tipologías de viviendas, para diferentes grados de demanda de energía eléctrica, siendo factible, en la mayoría de los casos, la realización de un proyecto fotovoltaico de 3kW. Sin embargo, la mayor barrera de este proyecto, es la necesidad de costear la inversión inicial del proyecto. Al realizar el proyecto con préstamos, sólo 4 de las tipologías siguen siendo rentables. Se evalúa la incorporación de diferentes incentivos, los cuales son un subsidio de un 25 y 50% de la inversión inicial, realizar préstamos con menores tasas a las del mercado para proyectos fotovoltaicos y. por último, aumentar el precio venta de energía por NetBiling. Finalmente, con la aplicación de los incentivos, en todo el horizonte de evaluación, la reducción de emisiones indirectas de gases efecto invernadero sería de 6,28 [millones de tCO2eq] y se generarían 16,8 [MWh], participando de esta iniciativa un 18% de las viviendas de la Región Metropolitana, al año 2050.

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniera en Recursos Naturales Renovables / En la Comunidad Atacameña de Peine, en la Comuna de San Pedro de Atacama, la escasez de agua es un problema transversal que afecta a todas sus viviendas. El agua proveniente de la red pública es discontinua y, en general, los habitantes se abastecen también de fuentes alternativas. El poblado cuenta con abundantes niveles de radiación solar, sin embargo, el 100% de las viviendas se abastece de energía eléctrica generada por la Sociedad Chilena de Litio. Esta última, también está a cargo de la recolección de los residuos sólidos, donde un gran porcentaje pasa directo desde su generación al vertedero. Por otra parte, el confort al interior de las viviendas difiere entre una tradicional, construida en base a piedra y “torta de barro”, y una industrializada, donde predomina el bloque de hormigón y las planchas de zinc, siendo las primeras las que se adaptan mejor a las condiciones climáticas de la zona, de acuerdo a la sensación térmica de sus habitantes. Con este trabajo se pretende identificar opciones que contribuyan al mejoramiento del uso y/o disposición de algunos recursos en el ámbito domiciliario, mediante la recopilación de información secundaria y trabajo en terreno, y, posteriormente, un análisis de las opciones factibles a implementar dadas las características del poblado y sus habitantes. La propuesta sugiere opciones para el manejo del recurso hídrico, a través de la disminución del consumo y reutilización de aguas grises; para el aprovechamiento de la energía solar, mediante el uso de colectores y hornos solares para la generación de energía térmica, y sistemas fotovoltaicos para la generación de energía eléctrica; para mejorar el confort interior, a través de la generación de sombras, orientación de aberturas, aislación térmica y ventilación natural; finalmente, para el manejo de residuos sólidos, mediante la generación de compost. Con la implementación de sólo algunas de las medidas propuestas se podría mejorar el nivel de confort al interior de las viviendas y, al mismo tiempo, propender a una construcción del hábitat más sostenible. / In the Atacamenian Community of Peine, commune of San Pedro de Atacama, water shortage is a problem that affects all households, where residents feel the need to obtain water from alternative sources. The village has abundant solar radiation levels nevertheless a 100% of the housing has electric energy supplied by the Chilean Society of Lithium. This one is also in charge of solid residue collection. On the other hand, comfort inside the homes differ between ones built traditionally with stones and adobe and others industrialized where concrete blocks and zinc sheets predominate, being the former ones that adapt better to the climatic conditions in the area, according to the inhabitants. The aim of this study is to identify options that contribute to improving the use and/or disposal of some domestic resources in the domestic scope, through the compilation of secondary information and fieldwork, and subsequently, an analysis of the feasible options to be implemented. The proposal suggests options for water management through consumption reduction and grey water reuse; for harnessing of solar; to improve indoor comfort by creating shades, orienting openings, thermal insulation of housing and natural ventilation; finally, for solid residues management through composting.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En un trabajo previo se propuso un control de mitigación de efecto nube que permitía disminuir los efectos nocivos de la nubosidad parcial sobre parques fotovoltaicos en la frecuencia de sistemas eléctricos de potencia. Esto último sin la necesidad del uso de acumuladores de energía. La estrategia se basa en la operación sub-óptima de los parques (operación en deload) con tal de disponer de reservas de potencia. A pesar que la implementación del sistema nombrado mejoró la frecuencia del sistema de forma significativa en comparación al caso base (sin el sistema de control), la operación en deload de los parques implica una gran cantidad de energía que no se está aprovechando, lo que no se consideró en la metodología. Con tal de mejorar esto, el siguiente trabajo propone un control de mitigación de efecto nube en parques fotovoltaicos de gran escala basado en una herramienta de pronóstico de radiación. Esto último permite disminuir las pérdidas de energía junto con mitigar los efectos de la nubosidad parcial, mediante la determinación de un nivel de deload en los parques fotovoltaicos usando dicho pronóstico. En primer lugar, esta tesis presenta una revisión bibliográfica y discusión del estado del arte de las técnicas de pronóstico en parques fotovoltaicos. Se muestra que la selección de la técnica de pronóstico depende en la información disponible y la ventana de tiempo del pronóstico, es decir, dependerá del caso de estudio. Dicho esto, se propone el uso de una técnica de pronóstico basada en redes neuronales en el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) de Chile. El pronóstico sirve para determinar el nivel de deload en el parque fotovoltaico para los siguientes 10 minutos, en función de una rampa de radiación. Los resultados muestran que la implementación de la técnica de pronóstico no solo mejora la respuesta en frecuencia del sistema, sino que también disminuye las pérdidas energéticas de forma significativa. / Este trabajo fue parcialmente financiado por el Proyecto CONICYT/FONDAP/15110019 "Solar Energy Research Center" SERC-Chile y el Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería (ISCI)

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / El estudio del recurso solar disponible en fachadas de edificios puede permitir el desarrollo de proyectos para su aprovechamiento, sin embargo, en Chile actualmente no se dispone de datos en forma de valores medidos por instrumentos para ello. Para subsanar esta deficiencia, se utilizan modelos que simulan los procesos físicos durante la trayectoria de la energía solar, considerando los efectos específicos asociados al entorno del lugar. Por esto, se propuso estimar la irradiancia solar global en las fachadas de un edificio estándar en la ciudad de Santiago, Región Metropolitana, mediante un modelo de simulación. Para lograr dicho objetivo, se modificó el modelo PINSOL para realizar estimaciones en entornos urbanos mediante la inclusión del factor de cielo visible (SVF), y se evaluó la exactitud del cálculo mediante una comparación con el modelo comercial Autodesk® Ecotect sobre las fachadas de la biblioteca Ruy Barbosa, de la facultad de Ciencias Agronómicas en el Campus Antumapu de la Universidad de Chile. De los resultados obtenidos, PINSOL tiene mejores ajustes en las envolventes Techo y Este; en la fachada Oeste es poco satisfactorio, y Norte no tiene ninguna relación con Ecotect, debido al comportamiento errático de la serie de datos. A pesar de esto, en ambas simulaciones se observa una dinámica inversa de ésta fachada respecto de las otras: aumenta la irradiancia en invierno y disminuye en verano, de tal forma que, en la época invernal, la captación sería más eficiente en un plano con exposición norte y alta pendiente, siendo éste un dato relevante al momento del uso del recurso solar. Pese a obtener resultados poco satisfactorios, las simulaciones representan a grandes rasgos las características del recurso solar en fachadas de edificios en la Región Metropolitana. Sin embargo, la falta de información adecuada como entrada para los modelos y la escasez de datos con los cuales comparar los resultados impide comprobar de forma completa la validez de la modelación. A pesar de esto, este estudio permite contar con una primera aproximación del recurso disponible en el entorno urbano de la región. Los modelos de simulación de energía solar utilizados se mostraron como herramientas útiles para su prospección, pero al igual que otros tipos de modelos, se ven limitados por la calidad de los datos de entrada. / The study of the available solar resource on building facades allows projects development for its use, however, currently there are no data as values measured by instruments for it. Instead, models that simulate physical processes in the path of solar energy are used, for which existing meteorological data is interpolated and adjusted to the specific effects associated with the local environment. Therefore, it was proposed to estimate the global solar irradiance on the facades of a standard building in the city of Santiago, Metropolitan Region, through a simulation model. PINSOL model was modified to estimate solar irradiance in urban environments by including the Sky View Factor (SVF), and the accuracy of the calculation was assessed by comparison with the Autodesk ® Ecotect comercial model, on the facades of the Ruy Barbosa library. PINSOL had better adjustments in the ceiling and East facade, in the West facade was unsatisfactory, and North had no relationship with Ecotect, due to the erratic behavior of the data series. Despite this, in both simulations, there is an inverse dynamics of this facade compared to the others: the irradiance increases in winter and decreases in summer, so that in the winter, collection would be more efficient in a plane with northern exposure and high slope, being this a relevant factor when the use of solar resources. Despite the unsatisfactory results, the simulations represent roughly solar resource characteristics on facades of buildings in the metropolitan area. However, the lack of adequate information as input for the models and the paucity of data with which to compare the results impossible to verify in full the validity of the modeling. Despite this, this study allows for an approximation of the resource available in the urban environment in the region. Simulation models are useful tools for solar energy prospecting, but like other types of models are constrained by the data, as explained above.

Este proyecto consiste en el diseño de una central termosolar de colectores cilíndricos-parabólicos para producir 5MW en el distrito de Olmos. Como un prototipo de central con el propósito de determinar sus costos de generación junto con los beneficios ambientales asociados, para su posterior ampliación dentro del distrito de Olmos. Se tomaron criterios para la selección de la mejor opción tecnológica y de los principales componentes de la central de acuerdo a las condiciones geográficas y meteorológicas de la zona. Se van a tratar aspectos como el diseño de la planta solar, que implica el dimensionamiento de los espejos de los CCPs, las estructuras de soporte, la elección del fluido conductor (Sales fundidas o aceite sintético), así como los parámetros y especificaciones de los equipos que se van a utilizar en la central termosolar. Para determinar la viabilidad del proyecto se abordarán aspectos económicos y de rentabilidad como inversión necesaria. Por último, se han expuesto las conclusiones de los cálculos realizados de la central termosolar. / Tesis

Tesis para optar al grado de Magíster en Administración / Germán Labarca P. [Parte I], Heinz Busch O. [Parte II] / La empresa minera estudiada, es una sociedad contractual minera, dedicada a la explotación y procesamiento de Cobre y Molibdeno. El yacimiento se ubica en la Región de Antofagasta y Comuna de Sierra Gorda. Es un yacimiento de baja ley en cobre y alta concentración de Molibdeno, con reservas comprobadas de más de 21 años a un ritmo de explotación de 110.000 Toneladas de procesamiento diario. La energía eléctrica, se obtiene del Sistema Interconectado del Norte Grande, en adelante SING, mediante un contrato spot. Sin embargo está en construcción una central termoeléctrica, en adelante CTE. CTE se construye en la comuna de Mejillones, distante a 180 km de la faena, es propiedad de la empresa AesGener y venderá la energía eléctrica a la minera mediante un contrato de suministro de energía, que fue suscrito entre las partes en Julio del año 2012. La Planta CTE entrará en operación comercial en Junio del año 2016. Este contrato, en adelante el PPA 1, tiene una duración de 21 años y define, entre otras cosas la cantidad de energía suministrada, su precio y la fórmula de actualización que se aplicará. La compañía minera posee una de las tasas más altas de radiación solar del mundo a lo largo de todo el año. Además dispone de terrenos en cantidad suficiente dentro de las mismas instalaciones de la minera ya condenados para la explotación minera, es decir sin recursos minerales en el subsuelo. Finalmente está el hecho de que los costos de las tecnologías relacionadas a la generación de energía eléctrica a partir de la energía solar se han vuelto totalmente competitivos con las tecnologías convencionales. Estos tres factores permiten analizar la factibilidad de construir una planta de generación eléctrica termo solar, en adelante PTS, que pueda abastecer parcial o totalmente la demanda de energía de la minera. Los aspectos claves para que la minera decida la realización del proyecto PTS está: 1) El desarrollo de una estrategia comercial que permita liquidar los excedentes de energía en el mercado eléctrico del SING. Este excedente de energía se producirá al reemplazar total o parcialmente la energía de los contratos existentes con la energía que provendrá de la PTS. 2) Cumplir con el pago de los costos fijos asociados al contrato con CTE y 3) Obtener un precio unitario final de energía para la compañía minera menor al que se obtendría si la energía fuera suministrada únicamente desde CTE. El análisis de esta propuesta de negocio aborda cada uno de los aspectos claves mencionados en el párrafo anterior. Además permite establecer una propuesta concreta para un inversionista que desee desarrollar esta oportunidad de negocio. Se plantea como modelo de negocios el que un tercero, seleccionado a través de un proceso de licitación, financie, construya y opere la PTS y comercialice para la minera la energía sobrante que se producirá, con un contrato con la compañía minera por un período de 21 años.

Diseñador Industrial / No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El siguiente proyecto se enmarca en el ámbito energético, contextualizado en el área de desarrollo e innovación automotriz. Surge a partir de la iniciativa llamada World Solar Challenge, un desafío solar aplicado en esta área que tuvo secuelas en todo el mundo y cómo no, en Chile. Consecuencia a esto último nace el proyecto Eolian, un auto solar que se adjudicó el crédito de ser el primero en Latinoamérica y que acaparó la atención de mucho, entre ellos quien les escribe. Debido a este gran interés surge otra secuela llamada Eolian 2 proyecto que pretendió grandes objetivos que no pudo cumplir, pero que generó nuevas tendencias para seguir innovando. De esta manera, nace el proyecto Protean autodefinido como una innovación radical, por apostar a una visión extremista en el diseño de materiales para el Transporte. Usó como plataforma de desarrollo a la Carrera Solar Atacama definiendo tres áreas de investigación para la confección de un Velomóvil, diseño de su estructura, diseño de la aerodinámica y diseño fotovoltaico. En esta última es en la que el presente proyecto se desarrolla con el fin de seguir proyectando directrices que abran nuevos horizontes para el diseño industrial.

En una importante empresa dedicada a la exportación de carne de cerdo, existe una instalación de energía solar como apoyo a la calefacción de los lechones. Los lechones requieren de cuidados especiales para crecer, siendo uno de los cuidados más importantes la temperatura del medio y la temperatura del punto de contacto del lechón con el suelo. Las temperaturas requeridas en este caso varían entre 37 y 42 [o C], siendo la más alta al momento en el que nacen. Dadas estas temperaturas, se establecen los principales parámetros de diseño que debe cumplir el sistema de calefacción utilizado. En general, se ocupan calderas que consumen gas licuado, pero en este caso se instaló como apoyo un sistema solar térmico de circulación forzada con 254 colectores solares planos, logrando un área de captación de 645 [m2 ] aproximadamente y una capacidad de acumulación de 30000 [lt]. Desde que se concibió el sistema solar, presentó problemas en su funcionamiento, no logrando las temperaturas requeridas por los lechones. Dado esto los dueños del criadero han optado por dejar sin funcionamiento el sistema solar y ocupar solamente las calderas, luego se debe realizar un análisis que permita detectar las fallas y realizar propuestas para mejorar el sistema. Para abordar el problema, se realiza un profundo análisis de los posibles problemas existentes. El análisis se realiza a través de simulaciones computacionales que permitan ver el comportamiento térmico del sistema solar, se analiza en profundidad el circuito de acumulación existente y se compara con una configuración de estanques en paralelo. Una vez que se analiza la forma de acumular, se simula la distribución de energía, de tal forma de detectar los posibles problemas térmicos. Por otra parte, se realiza un análisis basado en el juicio técnico sobre la concepción del sistema solar, de esta manera se detectan problemas de diseño que pueden afectar el comportamiento general de la instalación. Dadas las condiciones de trabajo que se tienen, se observa que la configuración de estanques en paralelo es más eficiente durante el año, lo cual complementado con una lógica de control que entregue la energía de manera directa, se logra de manera eficiente la energía solar disponible.