Ingeniero Civil Mecánico / Las centrales hidroeléctricas en Chile se consideran energía renovable no convencional (ERNC) cuando la potencia instalada no supera los 20 MW, en tal caso se denominan central mini hidráulica (CMH). En proyectos CMH es importante contar con estudios de pre inversión sólidos que permitan evaluar las opciones de aprovechamiento del recurso y las formas de comercialización de la energía, para que la decisión de inversión sea de bajo riesgo y las iniciativas tengan una amplia acogida en el país. El trabajo desarrolla un modelo para el análisis y evaluación de proyectos CMH a nivel de perfil, incluyendo aspectos técnicos y económicos. Sus objetivos específicos son: i. Desarrollar y documentar un modelo para evaluar el recurso hídrico de manera sencilla, donde se incluya la potencia máxima turbinable y la energía anualizada, ii. Desarrollar un modelo que permita definir los estudios iniciales necesarios para el dimensionamiento de las principales obras y equipamiento de la central, iii. Desarrollar un modelo de evaluación económica para las opciones de negocio disponibles en el mercado chileno y aplicarlo a un caso conocido, y iv. Revisar críticamente la metodología planteada y desarrollar estrategias para resolver las principales incertidumbres. La metodología para alcanzar los objetivos incluyó la documentación detallada de los distintos componentes y obras que conforman una CMH y el método de selección/cálculo de éstos. Además, se identificaron en terreno distintas CMH existentes en Chile y se organizó un esquema metódico para la evaluación de las distintas áreas que conforman los proyectos. Los principales resultados del proyecto muestran que: i. El Modelo para Estudios de Ingeniería de Perfil de CMH permite efectuar una caracterización muy completa de las mismas y el desarrollo detallado de la evaluación económica de los proyectos, de hecho el modelo predice que las CMH de baja potencia (inferior a 10 MW) son onerosas y de baja rentabilidad, en tanto que aquellas con potencias sobre 10 MW generan economías de escala de construcción y poseen rentabilidad creciente, ii. El conocimiento del recurso hídrico y del emplazamiento de la CMH, en conjunto con el itemizado detallado de inversiones, influyen de manera significativa en la evaluación económica de una CMH. Por otro lado, la tipología de las CMH es fundamental para la identificación de los aspectos más influyentes en los proyectos, iii. La calidad de los estudios y mediciones del recurso hídrico y del entorno del proyecto (hidrogramas y tipología) permite obtener una alta precisión en el cálculo de la potencia máxima turbinable, además del detalle del trazado de la tubería de presión, iii. Las curvas de eficiencia de las distintas turbinas son una herramienta valiosa para la determinación rápida y precisa del caudal de diseño de la CMH en base a los datos del recurso hídrico, iv. Para la selección de turbinas es recomendable la utilización de los gráficos envolventes del fabricante de los equipos, para verificar la factibilidad técnica del tipo de turbina en la evaluación del proyecto, v. La producción de energía de las CMH es ser el factor de mayor sensibilidad en la operación económica de las mismas, y vi. El financiamiento bancario (monto, tasa y plazo) ejerce una gran influencia en el periodo de retorno de la inversión y en la rentabilidad de los proyectos.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor. / Realiza el cálculo de la pérdidas ocasionadas a lo largo de todo el recorrido del fluido por las tomas (rejillas, compuertas, canales, tubería forzada, conductos) y por los diferentes accesorios de accionamiento y control que se puede encontrar en la central hidroeléctrica Cañón del Pato perteneciente a la empresa Duke Energy Peru como por ejemplo: codos, reducciones, válvulas mariposas, conexiones en T, etc. Para ello utilizó la metodología aplicando las ecuaciones de DARCY - WEISSBACH para el cálculo de las pérdidas, la ecuación de NIKURADSE para el cálculo del factor de fricción, la ecuación general de potencia en turbinas hidráulicas y también las ecuaciones de las pérdidas locales para cada tipo de accesorios y sus respectivos factores de fricción. / Trabajo de suficiencia profesional

La presente investigación se enmarca dentro la problemática energética que presenta Chile en la actualidad, principalmente en lo que se refiere a los altos grados de dependencia energética que presenta el país y el conflicto medioambiental que provoca la generación de energía eléctrica en base a combustibles fósiles. Así se propone desarrollar una investigación que abarque dichas temáticas y de solución, a lo menos en parte a estas problemáticas. Las Energías Renovables No Convencionales son la solución, alternativa y respuesta del futuro a la generación de energía eléctrica. Específicamente se trabaja con las pequeñas centrales hidroeléctricas de pasada, las cuales en su funcionamiento y capacidad de producir energías son altamente eficientes, además han probado a través del tiempo ser una energía limpia, segura y altamente confiable. De esta forma nace la idea de determinar el potencial del río Blanco ubicado en la novena región de la Araucanía, para la localización de Pequeñas centrales hidroeléctricas, en función de aspectos territoriales, técnicos y físicos.

El Proyecto Hidroeléctrico Chaglla se encuentra en el valle del río Huallaga, a 40km de la ciudad de Tingo María, dentro del departamento de Huánuco. Este proyecto Hidroeléctrico contempla la generación de energía aproximadamente 2,500 GWh/año. Asimismo, la presente investigación se basa en la implementación de las herramientas de Lean Construction en la presa de la Central Hidroeléctrica. El objetivo principal es dar a conocer la filosofía Lean Construction y las implicaciones de uso en proyectos de Ingeniera Civil. Asimismo, demostrar que esta filosofía muestra una visión alternativa de la gestión en el sector de la construcción, introduciendo un enfoque novedoso de la administración que está tomando cada día más fuerza a nivel mundial. La investigación comprende desde la definición de una presa y sus principales funciones y requerimientos para su construcción. Asimismo, es importante mencionar los tipos de presa que existen y su clasificación según diferentes aspectos. Por ejemplo según la forma de su estructura y según sus tipos de materiales. Asimismo, como bien sabemos la construcción de una presa depende de diversas condiciones de la zona, incluso estas condiciones determinan el tipo de presa que se va a ejecutar. Asimismo, las herramientas que nos brinda la filosofía Lean Construction son innumerables, tales como el Last Planner System, Just In Time, Total Quality Managment. Estas herramientas constan con diferentes métodos de planificación y control, que a su vez nos permite generar mejores índices de producción sin descuidar la calidad. Asimismo, estas herramientas no son excluyentes entre sí, sino que pueden ser usadas en conjunto y generar mejores beneficios al proyecto. Sin embargo, esto depende mucho del tipo de proyecto que se tiene. Lean Construction, es una herramienta de gestión que nos ayudará a tener un planeamiento y control adecuado en los niveles de productividad para cualquier tipo de proyecto. Tomando como base principal, la recopilación y luego el análisis de diversas partidas durante la ejecución de la presa, se podrá obtener rendimientos alcanzados al implementar la filosofía de gestión antes mencionada. Asimismo, se realizara una comparación entre valores reales y valores esperados del proyecto mismo, con el fin de tener una visión clara y concisa de cómo pudo haber mejorado en diversas áreas, ya sea ingeniería, ejecución, administración, etc, la productividad al ejecutar el proyecto, sin tener pérdidas en actividades de construcción y no llegar hasta el punto de modificar el proyecto entero. Como resultado final tenemos dos cronogramas tipo LOOKAHEAD de cuatro semanas con sus respectivos porcentajes de plan cumplido. Y finalmente una comparación de los rendimientos reales y esperados del proyecto. Al realizar estas comparaciones, llegamos a la conclusión que la aplicación de la filosofía Lean construction, no se restringe solo al tema de edificaciones sino también a proyectos de infraestructura. / Tesis

Con el presente proyecto, se presenta una propuesta económica y versátil de un banco de ensayo dotado de una turbina Michell Banki que simula el funcionamiento de una pequeña central hidroeléctrica y permite disponer de una herramienta para capacitar e incentivar a estudiantes, profesionalesy compañías en el desarrollo de esta clase de proyectos que se puedan generaren el interior del país. La tesis desarrollada abarca el diseño de un sistema que muestra el funcionamiento de una turbina Michell Banki, aprovechando la operación de una bomba centrífuga para simular el salto hidráulico. El trabajo comprende; el diseño de todos los componentes de la turbina, el diseño del sistema de transformación de energía mecánica a eléctrica; la selección de los instrumentos y dispositivos para el control y el registro de las variables y los protocolos de ensayo así como los procedimientos de evaluación. El banco de pruebas que se propone permitirá: visualizar el proceso de transformación de energía, determinar las zonas de aplicación de la turbina hidráulica, determinar las curvas de funcionamiento y evaluar el comportamiento de la turbina. Las características nominales de la turbina son las siguientes: 5kW de potencia eléctrica, velocidad de rotación de 1800rpm, 68% de eficiencia, velocidad especifica de la turbina de Ns de 83 y abarca un salto en el rango de 16.8 hasta 33m de altura de la misma forma el rango para el caudal es de 23 lIs hasta 39 l/s. Se utiliza una bomba centrífuga de 20 HP que simulará el salto hidráulico, para accionar una turbina de diámetro exterior de 11cm para un caudal de aproximadamente 38.6 l/s, considerando un volumen para el llenado del tanque como mínimo de 3 m3, de acero SA285 C y de 3mm de espesor, por medio del cual se garantiza la recirculación del agua para la realización de los diversos ensayos. La selección de un generador síncrono trifásico auto excitado sin escobillas de acople directo, el cual junto a la instalación de luminarias y resistencias debidamente instaladas, simularan la demanda de electricidad de una central hidráulica, de esta manera se tendrá un panorama real de todo el funcionamiento de esta clase de proyectos. .. En el banco de pruebas también se podrá visualizar la trayectoria del flujo de agua por el rotor de la turbina, por medio de un material transparente colocado en la carcasa del mismo, ya que el rotor se encuentra en voladizo y el disco lateral presenta un diseño accesible para este fin. La utilización de acero inoxidable para la fabricación del rotor permitirá un incremento en la calidad, visibilidad y reducido mantenimiento, para fines solo educativos. / Tesis

La presente Tesis tiene como fundamentos la experiencia obtenida en el campo, el análisis y planeamiento de procesos constructivos en el relleno de la presa de enrocado de la Central Hidroeléctrica de Chaglla, identificando los principales problemas que surgieron frente al planeamiento inicial, como modificaciones en el proceso constructivo e interferencias que se presentaron a lo largo de la ejecución, se hace énfasis en las soluciones y medidas correctivas que se tomaron para cumplir con los plazos fijados por planeamiento. Los análisis de los rendimientos se tomaran desde el inicio del relleno de presa, en setiembre del 2012, hasta octubre del 2013, aproximadamente la mitad del relleno de la presa. Se partirá de la necesidad de la elaboración y de la ejecución del emprendimiento de la Central Hidroeléctrica de Chaglla, mencionando el contexto social y económico del área de influencia del proyecto, para luego continuar con la ingeniería básica de la estructura de embalsamiento. Para el desarrollo del proceso constructivo, se tendrán en cuenta las condiciones particulares de la obra según la dificultad de la ejecución en función de las interferencias presentadas, en particular por la disposición de materiales, creación de accesos y servicios que restringen el avance continuo del relleno. Se presentarán las consideraciones de calidad para los materiales a utilizarse en el relleno, así como también los ensayos requeridos durante la ejecución para la supervisión del proceso constructivo, garantizando un trabajo en óptimas condiciones de calidad. Además, se realizará un seguimiento de los rendimientos reales de los equipos a disposición del frente de trabajo, analizando las tendencias para tomar las correcciones y medidas necesarias, si son requeridas, para cumplir metas establecidas. Finalmente, se presentará un balance de materiales proyectado desde el mes de noviembre del 2013 hasta el final del relleno en febrero del 2015, mencionando los rendimientos necesarios para llegar a cumplir la meta propuesta. / Tesis

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Energia). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

En todo el mundo existe preocupación por los impactos de la operación de centrales hidroeléctricas sobre ecosistemas acuáticos. Una manera de cuantificar dichos impactos es a partir del grado de alteración hidrológica inducido por la operación de los embalses, que puede estimarse mediante el análisis de series de tiempo de caudales turbinados (STC). En el Sistema Interconectado Central de Chile, la operación de todas las centrales generadoras queda determinada por el CDEC-SIC, que utiliza modelos de despacho de largo y corto plazo, PLP y PCP, respectivamente. Estos modelos minimizan los costos del sistema satisfaciendo la demanda energética de manera óptima. Uno de los resultados de estos modelos son las STC en las centrales hidroeléctricas, que pueden ser utilizadas para estudios de alteración hidrológica. En el presente estudio, son de principal interés las STC de corto plazo (caudales horarios), cuyo grado de alteración hidrológica se puede analizar a partir de Metrics of Hydrologic Alteration (MHA). El Centro de Energía de la FCFM de la Universidad de Chile (CE-FCFM), cuenta con los modelos DeepEdit (Despacho) y MIPUC (Predespacho), réplicas del PLP y PCP respectivamente. Estos modelos consideran, para centrales hidroeléctricas en cascada, que el tránsito del agua ocurre de forma instantánea de una central a otra. De esta manera, el objetivo principal de este trabajo, es implementar una representación de los tiempos de viaje en el modelo de corto plazo, y estudiar el impacto de esta modificación sobre las STC. Para obtener las STC de corto plazo se deben utilizar ambos modelos en conjunto, ya que uno de los datos de salida del modelo de largo plazo (Función de Costo Futuro Esperado) ingresa como dato de entrada en el modelo de corto plazo, que entrega las STC a nivel horario. Para el periodo incluido en el presente estudio, ya existían resultados de estas Funciones De Costo Futuro Esperado, por lo que no fueron necesarias las simulaciones del modelo de largo plazo. Así, el modelo utilizado (y adaptado) en el presente estudio, corresponde solamente al modelo de corto plazo, MIPUC. Con las STC de carácter horario, se calculan las MHA, las que son empleadas para comparar los valores relacionados con los resultados de una simulación con y sin adaptación. En este trabajo se comparan los resultados de tres versiones del modelo: i) versión sin adaptación, ii) versión con adaptación simple (considera tiempos de viaje de valor entero), y iii) versión con adaptación sofisticada (enfoque continuo para los tiempos de viaje). Para estas versiones, se tienen resultados de las MHA, para distintas semanas y valores de caudal (que determinan de forma exógena los tiempos de viaje), con los cuales se confeccionan curvas de frecuencia acumulada para cada MHA, pudiendo determinar niveles de variabilidad de las STC para un valor particular de cada MHA (conocidos de la literatura), que es conocido como “valor umbral” el que al ser superado indica un impacto medioambiental significativo. Los resultados fueron bastante variados para cada MHA, para cada versión del modelo. De esta forma, se realiza un análisis que cuantifica la variabilidad de las STC de ambos enfoques en función de los caudales considerados (inversamente proporcionales a los tiempos de viaje). De este análisis se observa que el efecto de la modificación del modelo es proporcional a los tiempos de viaje. Del total de los casos, se tiene un mayor porcentaje (que avala esta afirmación) para el enfoque continuo (87.5%), que para el enfoque discreto (50%), por lo que se recomienda el uso de la versión del modelo con el caso continuo. Finalmente, la consideración de los tiempos de viaje en el modelo de corto plazo, aumenta la variabilidad de las STC (mayor alteración hidrológica) para más casos en la versión continua del modelo, para los valores umbrales conocidos de las MHA. Esta conclusión final, convoca a la discusión de la incorporación de este factor en los modelos utilizados actualmente en el país, los que velan por una protección al medio ambiente.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / No autorizado por el autor para ser publicada a texto completo / En Chile existen dos metodologías oficiales de determinación de caudales ecológicos para proyectos hidroeléctricos que ingresan al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA): Una es la elaborada por la Dirección General de Aguas (DGA) y el Centro de Ecología Aplicada en el año 2008, aplicada a proyectos hidroeléctricos que ingresan al SEIA a través de Estudios de Impacto Ambiental (EIA); y la otra, aún en proceso de aprobación, es la elaborada por el Servicio de Evaluación Ambiental (SEA) y la Plataforma de Investigación EcoHyd en el año 2011, para proyectos hidroeléctricos con potencia instalada menor a 20 MW, los que normalmente ingresan al SEIA a través de una Declaración de Impacto Ambiental (DIA). Considerando la existencia de proyectos evaluables por ambos métodos (pues existen proyectos hidroeléctricos pequeños que requieren de un EIA), y la necesidad de analizar la nueva guía propuesta, en este estudio se realizó una comparación de ellos, identificando sus principales potencialidades y limitantes. Para el análisis se compararon ambas metodologías según sus contenidos, y posteriormente se aplicó la metodología SEA a proyectos hidroeléctricos con caudal ecológico establecido a través de la metodología elaborada por DGA. Esto permitió identificar los aspectos por cada ítem de la metodología SEA sensibles para el cumplimiento del objetivo del caudal ecológico (puntos críticos), que establecen las principales diferencias entre los resultados de ambas metodologías. Los puntos críticos identificados en la metodología SEA, que se presentan como limitantes, son la rigidez individual y conjunta del sistema de puntuación generado para evaluar el sistema a intervenir (que finalmente se traduce en la elección del método a utilizar para calcular el caudal ecológico), además de la no inclusión de ciertos aspectos sociales y ecológicos relevantes para la valoración del sistema, hecho también identificado en la metodología DGA. Esta última, por su parte, es una metodología flexible, con ciertos aspectos posibles de mejorar y precisar, que utiliza un método ampliamente aceptado a nivel mundial para el cálculo de caudales ecológicos (IFIM), pero que no siempre es el único adecuado o factible de emplear. Finalmente se concluye sobre la necesidad de establecer criterios claros para la aplicación de una metodología u otra, o bien la posibilidad de generar una metodología única aplicable a todo tipo de proyectos hidroeléctricos. / There are two official methodologies to calculate instream flows in Chile: One is the methodology made by the General Direction of Water (DGA) and the Centre of Applied Ecology in 2008 and is generally used for hydropower projects above 20 MW; The other, made by the Environmental Evaluation Service (SEA) and the EcoHyd Investigation Plataform in 2011, is now process of being approved and was elaborated for small hydro projects (projects below 20 MW). Considering that there are some projects which could be evaluated by both methodologies, and the need to evaluate the SEA’s new proposal, this work analyzes and compares both methodologies, identifying their main potentialities and limitations. The main critical point of the SEA’s methodology is the stiffness of the scoring mechanism for the evaluation of the river, which is generated to determine the instream flow calculating method. Another critical point is the non-incorporation of some social and ecological aspects relevant to determinate instream flows, issue that is also present in DGA’s methodology. This last one is a flexible guide, with some methodological aspects to improve, that uses a widely adopted method for calculating instream flows (IFIM), but that it may be not the only one appropriated in all cases. The results of this work also make evident the need to establish clear criteria for the application of one guide or another, or, in the best case, develop an unified methodology that is adaptable for both mega and small hydro projects.

Ingeniero Civil / En los sistemas eléctricos, las centrales hidroeléctricas poseen la capacidad de responder rápidamente a las demandas energéticas. Esto produce usualmente una operación muy fluctuante por parte de éstas, con potenciales impactos tanto a nivel hidrológico como ecológico. Por esta razón, en el presente Trabajo de Título se evaluaran los efectos de un contraembalse como medida de mitigación a las fluctuaciones intradiarias de caudal en la operación de centrales hidroeléctricas, mediante un modelo sistémico simplificado de despacho eléctrico de corto plazo. Para llevar a cabo el trabajo se define un sistema eléctrico simplificado que consiste en un embalse, un central termoeléctrica, una diésel y una eólica debiendo abastecer una demanda. Además se definen casos y escenarios a simular, se identifican restricciones que limiten la operación fluctuante e indicadores que permitan medir los impactos de estas. Posteriormente se definen todos los datos requeridos como entrada al modelo, basados en información real de Chile. Se elaboraron dos modelos de programación entera mixta (MIP), que minimizan los costos totales del sistema eléctrico. El primero sin contraembalse, que permite establecer una línea base, en donde se incorporan las restricciones de caudal, definidas como rampas máximas y entregas mínimas. El segundo modelo con contraembalse, permite evaluar sus efectos tanto económicos como hidrológicos. Se determinó la operación óptima del contraembalse para evaluar distintas capacidades de este. El impacto hidrológico se determina mediante el indicador de Richard-Baker por permitir cuantificar las rampas de operación. Los resultados del caso base indican que la incorporación de restricciones de caudal provoca un aumento significativo en los costos del sistema llegando a máximos de 91 %. Junto con esto, se aprecia una disminución del indicador de alteración hidrológica, de hasta un 97 %. Con respecto a la incorporación del contraembalse, este provoca una importante disminución en los costos del sistema bajo restricciones de caudal, al punto de que para las menores capacidades escogidas en muchos de los casos, la operación se hace independiente de las restricciones de caudal, sin aumento de costos. Por último se determinó que el contraembalse provoca una importante disminución de los indicadores de alteración haciéndolos en muchos casos nulos, funcionando efectivamente como medida de mitigación contra el hydropeaking.