Ingeniero Civil Mecánico / Los sistemas de climatización con energía geotérmica, aprovechan la estabilidad de temperatura que tiene el subsuelo para extraer calor de la vivienda y transferirlo al suelo, o de forma inversa, extraer calor del suelo y transferirlo a la vivienda (depende si se trata de invierno o verano). Para realizar esto se usan tubos enterrados en que se hace circular un fluido interiormente para transportar el calor. En la literatura se proponen métodos incompletos para calcular la capacidad de transferencia entre los tubos enterrados y el suelo, ya que no se considera la modificación de temperatura del suelo alrededor de los tubos enterrados. En este trabajo, usando simulaciones numéricas, se resuelve el campo de temperaturas alrededor de los tubos en función del tiempo y se determina la resistencia térmica del suelo. Usando los resultados de estas simulaciones, se propone una fórmula (en función de las variables relevantes) para estimar de forma sencilla el promedio de capacidad de transferencia que tendrá un tubo. Se realizan simulaciones con 2 y 3 tubos paralelos, para evaluar la disminución de la capacidad de transferir calor debido a la interferencia térmica que se produce entre tubos cercanos. Estos resultados muestran que el espaciado, es un factor importante a la hora de diseñar un circuito de tubos enterrados, ya que con arreglos muy compactos se disminuye en más un 50% la capacidad de captar calor. Con los resultados de las simulaciones se evalúan cuatro casos, para determinar cuán importante es agregar la resistencia térmica del suelo, a las conocidas y bien estudiadas resistencias térmicas de la pared del tubo y del fluido interno. De forma general, el suelo restringe el flujo de calor (más que la pared y el fluido interno) y se vuelve el elemento clave para determinar la capacidad de transferencia. Cuantificar este fenómeno, permite diseñar sistemas de colección, tomando en cuenta la resistencia térmica del suelo y determinar correctamente la capacidad de transferir calor. Así, se puede generar una solución acorde a la demanda térmica requerida.

Geólogo / Los géiseres son fenómenos naturales sumamente raros alrededor del mundo, se han documentado aproximadamente 1000 de los cuales 80 se concentran en el Campo Geotermal El Tatio, siendo el tercer campo de géiseres más grande del planeta. Este galardón lo posiciona en un sitio ideal para estudiar el comportamiento eruptivo de los géiseres. La presente investigación se enfoca en identificar los intervalos eruptivos de los géiseres estudiados y en determinar si existen interacciones entre cuatro géiseres de la Cuenca Media. A partir de estos resultados más las observaciones en terreno se asociarán a un modelo teórico que se adecúe a los resultados obtenidos. La metodología utilizada se basa principalmente en mediciones de temperatura de los fluidos al interior del conducto o en los flujos de salida, con el fin de obtener una señal digital que dé cuenta de diferentes peaks, los cuales están relacionados a las erupciones de los géiseres. Las mediciones realizadas en los géiseres de la Cuenca Media están influenciadas fuertemente por el ciclo de temperatura diario, por ello fue necesario filtrar la señal para recuperar sólo las frecuencias altas que evidencian periodicidades propias del ciclo eruptivo de los géiseres. La señal filtrada muestra patrones que indican que existen interacciones entre ellos. En el géiser Vega Rinconada se identificó un intervalo entre erupción multimodal, donde existe una frecuencia dominante que corresponde a 1,84 horas. Todos los géiseres mencionados anteriormente se asocian al modelo de fractura de Ingebritsen y Rojstaczer (1993; 1996). En cambio, en el géiser El Jefe se observa un comportamiento unimodal con un intervalo entre erupción bien marcada de 2,19 min y una configuración más afín al modelo de cámara-conducto de Steinberg et al. (1982). Este trabajo marca un precedente para futuros estudios en el Campo Geotermal El Tatio, en relación al entendimiento de la dinámica de los géiseres, aportando las primeras ideas con respecto al comportamiento eruptivo de los géiseres, las cuales pueden servir de bases para realizar modelos a futuro que permitan entender la mecánica que hay detrás de ellos.

Geólogo / En este trabajo se presenta una estimación del ujo de calor HF (por sus siglas en inglés Heat Flow) para la cuenca de Talca (35° 25' 59'' S, 71° 40' 0'' W) , a partir de la medición de la producción de calor radiogénico RHP (por sus siglas en inglés Radiogenic Heat Production) de las rocas perteneciente a la corteza superior, esencialmente a oramientos mesozoicos y cenozoicos. Considera por parte de la literatura, el RHP del resto de la corteza y el manto litosférico, así como el flujo de calor derivado por la diferencia de temperatura entre la base de la litósfera y la super cie. Se estimó el RHP de las rocas de la corteza superior en base a la concentración de U, Th y K en ellas mediante un espectrómetro/escintilómetro portátil de rayos gamma, los datos para el resto de la litósfera y las propiedades físicas de las rocas fueron obtenidas de la literatura. Para la estimación del HF se utilizo modelación de elementos nitos sobre un per l estructural de la cuenca, en el cual se incluyen las propiedades físicas, RHP y temperaturas bordes de la litósfera. El programa utilizado para la modelación fue el software COMSOL Multiphysics (versión 4.3a). El RHP de las formaciones de la corteza superior varía desde 0,4 µ W/m^3 a 2,8 µW/m^3, teniendo como media una producción de calor radiogénico de 1,3 µ W/m^3 . El HF estimado por el modelo para la cuenca de Talca es de entre 62-65 mW/m^2 de los cuales 15 mW/m^2 son producidos en la corteza superior siendo un 23% del fl ujo de calor que llega a la super cie. El gradiente térmico estimado bajo Talca corresponde a 23 °C/km.

Ingeniero Civil Mecánico / La energía geotérmica de muy baja entalpía representa una importante fuente de energía dado que puede ser utilizada en cualquier lugar y cualquier momento, además de su alta confiabilidad. La relativa constancia de la temperatura del suelo a profundidades mayores de 5 [m] hace de este medio una fuente térmica importante y estable. Los sistemas de intercambio térmico agua-tierra se han usado en países con estaciones marcadas para satisfacer requerimientos de climatización. Para obtener/disipar el calor, según la estación, y generar una simulación correcta se deben conocer las propiedades reales del medio, en este caso el suelo, donde estará instalado el intercambiador. Para esto, se recopila información de propiedades físicas de suelo para realizar una simulación lo más realista posible; las condiciones del problema obligan a analizar la tridimensionalidad de éste, siendo un objetivo de la memoria. Se estudia la transferencia de calor a disipar durante la estación de verano y temperatura de salida del fluido de trabajo vía modelación numérica de la temperatura alrededor de arreglos de tubos. Con estos resultados se obtiene información válida para el diseño de estos intercambiadores. Como resultado se obtuvo valores de transferencia de calor y temperatura de salida del fluido circulante, para una, dos, tres, cinco y diez sondas en serie y dos líneas de diez sondas en serie, con perfiles de temperatura a diferentes tiempos de la estación de verano, junto con valores de transferencia de calor promedio para diferentes mallados, largos de sonda y velocidad de entrada del flujo de trabajo para la sonda individual y para la sonda doble con diferentes largos de conexión, con un set de propiedades térmicas de suelo propias del sector de Talagante. Se obtuvo también una expresión simplificada del calor obtenido por un conjunto de líneas de sondas en paralelo dadas las condiciones del sistema (con diez sondas en serie por línea con aproximadamente 330 metros de tubería): Qnlineas = n*Q1linea; n pertenece a los naturales; Q1linea = 2.671,5 [W] Para este caso define la transferencia de calor total promedio de n líneas en paralelo, comparable con la necesidad de algún sector en el que se pueda instalar el equipo.

Geóloga / La información disponible acerca de las características de las manifestaciones termales existentes en la décima Región de Los Lagos, Chile, es escasa; sin embargo, los factores que hacen pensar en la Región de Los Lagos como una zona de interés para el desarrollo geotérmico son, básicamente, los numerosos centros volcánicos y aguas termales presentes, al igual que la alta densidad de estructuras, donde aquellas que presentan una orientación aproximada NE-SW y que son en su mayoría dextrales son agrupadas en el Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui (SFLO); mientras que las que muestran orientación WNW-ESE y con dinámicas esencialmente siniestrales son agrupadas en el Sistema de Fallas de Larga-vida oblicuas al Arco (SFLA). Se utilizan análisis químicos de 18 de 36 manifestaciones catastradas. Algunas fuentes muestran correlaciones entre sus composiciones químicas y sus ubicaciones geográficas. A partir de ello, se identifican 2 grandes grupos: las manifestaciones localizadas sobre estructuras del SFLA y aquellas sobre trazas del SFLO. Las fuentes pertenecientes al primer grupo (Porcelana Chico, El Comau, Porcelana Grande) se caracterizan por tener aportes volcánicos directos relacionados al transporte lateral de fluidos, presentando mayores razones B/Cl, un origen netamente geotermal de cloruros y un menor intercambio catiónico. El segundo grupo se subdivide según se ubiquen en la zona intermareal o en zona continental. El primer subgrupo (termas de Rollizos, Cochamó, Sotomó y El Yate) lo forman las únicas manifestaciones que parecen mostrar, aunque leve, una interacción con aguas salinas pertenecientes al fiordo El Comau y al estuario Reloncaví, por lo tanto el origen de sus cloruros se considera mixto. Finalmente, el segundo subgrupo reúne al resto de las termas (Puyehue, Aguas Caliente, Rupanco, El Callao, Cayetué, Ralún, Puelo, Pichicolo, Llancahué, Cahuelmó y El Amarillo), en particular, aquellas localizadas lejos de estuarios y fiordos, y muestra un importante intercambio catiónico, presentando un transporte de fluidos básicamente vertical y con una importante interacción con rocas del Batolito Norpatagónico. Todas estas características químicas son reflejadas en las diferencias entre las temperaturas estimadas con el geotermómetro de Na/K, al cual se le determinan índices de corrección respecto a los valores otorgados por el geotermómetro de SiO2, aplicados en la generación de un mapa de índices de favorabilidad geotérmica, el cual muestra a la península de Huequi como la zona con condiciones más favorables.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / El desarrollo de los intercambiadores de calor como sistemas de aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja entalpía, ha contribuido de forma significativa a reducir el consumo de energía en la climatización de edificios. Para obtener un buen rendimiento de este tipo de sistemas es necesario realizar un diseño óptimo, lo cual requiere una buena estimación de los parámetros térmicos. El test de respuesta térmica (TRT) es el método actualmente empleado para la determinación de las propiedades térmicas del suelo para el diseño de sistemas geotérmicos de muy baja entalpía tradicionales. Los sistemas de pilotes geotérmicos utilizan los pilotes de fundación requeridos en la construcción de edificios, como intercambiadores de calor con el suelo, al incorporarle un circuito de tuberías en su interior por donde fluye el líquido transportador de calor. Estos sistemas son relativamente nuevos y presentan ciertas diferencias con respecto a sistemas tradicionales, lo que hace necesario estudiar la validez de aplicar pruebas TRT para su diseño. Lo anterior es la motivación del trabajo de esta tesis, en la cual se utilizó un modelo numérico desarrollado en COMSOL Multiphysics® para reproducir TRTs sintéticos en un pilote geotérmico bajo ciertas condiciones ideales. Basado en el análisis de los resultados de las simulaciones numéricas, se concluye que la interpretación de los resultados de TRTs en este tipo de sistemas es complejo, ya que dependen de la relación entre la conductividad térmica del suelo y del concreto, la tasa de la capacidad calorífica volumétrica entre el suelo y el material de relleno, el diámetro del pilote, y el espaciamiento entre tuberías, entre otros factores. Los errores asociados a cualquiera de esos parámetros en la interpretación de dichas pruebas mediante el uso del método tradicional de análisis, que considera una fuente lineal de calor (LHS), pueden ser hasta un 50% de sobrestimación para pruebas de relativa corta duración. Por ejemplo, el análisis de las simulaciones indica que, para un pilote de un metro de diámetro, es necesario realizar pruebas de más de 400 horas para obtener resultados confiables. Además, estos errores pueden ser acumulativos lo que puede aumentar la incertidumbre respecto a la estimación de los parámetros de diseño. Por lo anterior, se recomienda utilizar el conjunto de resultados generados en este estudio para estimar factores de corrección que deben aplicarse al interpretar los resultados de TRT en pilotes geotérmicos. Se espera que de esta forma los resultados presentados en este estudio permitan una correcta interpretación de los resultados de pruebas de terreno de corta duración, con el consiguiente beneficio en términos logísticos y económicos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / El desarrollo de los intercambiadores de calor como sistemas de aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja entalpía, ha contribuido de forma significativa a reducir el consumo de energía en la climatización de edificios. Para obtener un buen rendimiento de este tipo de sistemas es necesario realizar un diseño óptimo, lo cual requiere una buena estimación de los parámetros térmicos. El test de respuesta térmica (TRT) es el método actualmente empleado para la determinación de las propiedades térmicas del suelo para el diseño de sistemas geotérmicos de muy baja entalpía tradicionales. Los sistemas de pilotes geotérmicos utilizan los pilotes de fundación requeridos en la construcción de edificios, como intercambiadores de calor con el suelo, al incorporarle un circuito de tuberías en su interior por donde fluye el líquido transportador de calor. Estos sistemas son relativamente nuevos y presentan ciertas diferencias con respecto a sistemas tradicionales, lo que hace necesario estudiar la validez de aplicar pruebas TRT para su diseño. Lo anterior es la motivación del trabajo de esta tesis, en la cual se utilizó un modelo numérico desarrollado en COMSOL Multiphysics® para reproducir TRTs sintéticos en un pilote geotérmico bajo ciertas condiciones ideales. Basado en el análisis de los resultados de las simulaciones numéricas, se concluye que la interpretación de los resultados de TRTs en este tipo de sistemas es complejo, ya que dependen de la relación entre la conductividad térmica del suelo y del concreto, la tasa de la capacidad calorífica volumétrica entre el suelo y el material de relleno, el diámetro del pilote, y el espaciamiento entre tuberías, entre otros factores. Los errores asociados a cualquiera de esos parámetros en la interpretación de dichas pruebas mediante el uso del método tradicional de análisis, que considera una fuente lineal de calor (LHS), pueden ser hasta un 50% de sobrestimación para pruebas de relativa corta duración. Por ejemplo, el análisis de las simulaciones indica que, para un pilote de un metro de diámetro, es necesario realizar pruebas de más de 400 horas para obtener resultados confiables. Además, estos errores pueden ser acumulativos lo que puede aumentar la incertidumbre respecto a la estimación de los parámetros de diseño. Por lo anterior, se recomienda utilizar el conjunto de resultados generados en este estudio para estimar factores de corrección que deben aplicarse al interpretar los resultados de TRT en pilotes geotérmicos. Se espera que de esta forma los resultados presentados en este estudio permitan una correcta interpretación de los resultados de pruebas de terreno de corta duración, con el consiguiente beneficio en términos logísticos y económicos.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / En medio de la discusión sobre la matriz energética y la necesidad de fomentar las Energías Renovables No Convencionales, resulta urgente abordar nuevas formas de generación eléctrica, menos contaminantes, amigables con el medio ambiente y que se encuentren disponibles en el país. En este contexto, la geotermia aparece como una opción viable. Sin embargo, hasta ahora no existe en el país ninguna planta generadora de este tipo de energía. Ante ello, es pertinente identificar y analizar las barreras a la entrada de la geotermia en Chile dentro del marco regulatorio vigente. Entre ellas están el proceso licitatorio, la acción de reclamación y el plazo de concesión

Geóloga / El Sistema Geotermal Tolhuaca (SGT), localizado en la zona norte de la IX Región de la Araucanía, Chile, ha demostrado ser uno de los campos geotermales más prometedores para la explotación y generación de energía geotérmica. En el prospecto se perforó el sondaje de diamantina Tol-1 (1073 m de profundidad), objeto de diferentes estudios, tanto mineralógicos como estructurales. Por medio de estudios estructurales, se encontraron tres dominios definidos por las estructuras presentes. El primero (<300 m) se caracteriza por presentar un alta frecuencia de fallas con espacios abiertos, fallas normales, vetas de alto ángulo y por una ausencia de fracturas de cizalle. El segundo dominio (300 670 m) posee un predominio de fracturas de cizalle, baja frecuencia de vetas y estructuras de bajo ángulo. El tercer dominio (>670 m) presenta baja densidad de fracturas de cizalle y un predominio de vetas subverticales con espacios abiertos. La catodoluminiscencia (CL) es un fenómeno que se da en minerales catodoluminiscentes, provocado por ciertos elementos trazas o defectos en la red cristalina de estos. Mediante imágenes SEM-CL se pueden revelar características que no son visibles mediante otros métodos petrográficos convencionales, analizando la señal antes mencionada. Por lo anterior, la CL es una herramienta útil para distinguir los diferentes procesos de precipitación mineral, bajo diferentes condiciones físico-químicas, que, a través de otros métodos, no es posible percibir. En el presente trabajo se realiza un estudio textural, a partir de la morfología que revelan los patrones vistos en imágenes SEM-CL, llamados familias de cristalización, tanto en los polimorfos de la sílice como en carbonatos secundarios a lo largo de todo el sondaje. Las familias distinguidas en los polimorfos de la sílice son: colloform, breccia, jigsaw, euhedral y sílice amorfa. En los carbonatos sólo es posible distinguir la familia rhombic calcite. La mayoría de las familias de cristalización son distinguibles mediante microscopía óptica (colloform, breccia, jigsaw, euhedral y rhombic calcite). Sin embargo, la familia sílice amorfa no es posible verla por otras técnicas analíticas convencionales y sólo es visible mediante CL. A partir de las imágenes SEM-CL es posible diferenciar tres etapas que afectaron la evolución del SGT, las cuales son: 1) Despresurización y boiling, evidenciado por la familia breccia, colloform y jigsaw; 2) Infiltración de aguas calentadas por vapor ricas en CO2, dada por las familias rhombic calcite y euhedral; y 3) Calentamiento y boiling, reflejado por la familia sílice amorfa. Estas etapas, si bien difieren de otros autores en cuanto a cantidad y temporalidad, involucran procesos similares a los mencionados por estos mismos.

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].