Depósito Campus San Joaquín

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Análisis comparativo del cálculo de los costos marginales en el mercado eléctrico chileno con y sin vinculación multi-período interhorario para el año 2043
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Sanhueza Ávila, David Eduardo; Departamento de Electricidad; Rozas Valderrama, Rodrigo Andrés
Este estudio analiza los costos marginales locacionales en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) de Chile bajo dos esquemas tarifarios: con y sin vinculación multiperíodo intertemporal. En el contexto de la transición energética hacia fuentes renovables no convencionales (ERNC), cuya intermitencia impone mayores exigencias de flexibilidad, se evalúa un escenario proyectado para el año 2043 mediante simulaciones con datos oficiales del Ministerio de Energía. Se adopta una metodología cuantitativa, utilizando la herramienta LGPLAN©, simulando días típicos de cada mes del año. El estudio evalúa el impacto de implementar costos marginales locacionales temporales (TLMP) sobre los ingresos netos de los participantes del mercado, con énfasis en centrales térmicas y sistemas de almacenamiento con diferentes restricciones operativas. Los resultados muestran que el esquema TLMP genera impactos diferenciados según la tecnología. Particularmente, las centrales con bajas tasas de rampa y los sistemas de almacenamiento de corta duración (4h) presentan disminuciones significativas en sus ingresos netos respecto al esquema LMP tradicional, mientras que los sistemas de mayor duración (12h) tienden a beneficiarse. Estos efectos se mantienen a lo largo del año, con variaciones influenciadas por la estacionalidad y las necesidades de flexibilidad del sistema. El análisis demuestra la relevancia de las restricciones de rampa y del estado de carga en la formación de precios bajo TLMP, subrayando la importancia de considerar la flexibilidad operativa en el diseño tarifario futuro.
Análisis de la sensibilidad de la planificación energética 2023-2027 del SEN ante la incorporación de un modelo de transmisión más detallado y sus efectos sobre las decisiones de inversión en almacenamiento y sobre las zonas elegidas como polos de desarrollo
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Henríquez Vergara, Cristian Alberto; Toro Ortiz, Carlos; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Valdivia Lefort, Patricio
La planificación energética a largo plazo (PELP) del SEN actualmente utiliza un modelo de transmisión simplificado a flujos de transporte, por lo que es de interés identificar diferencias que esto ocasione en la planificación. Se realiza un modelo de la PELP preliminar 2023-2027, escenario Carbono Neutralidad en Plexos cuya metodología considera la carga de la solución de la PELP con tal de reducir tiempos de simulación y evaluar con bajo MIPgap las soluciones, utilizándose la base de datos del Coordinador para la PET Diagnostico 2022 como base para levantar el modelo, llevando la expansión en generación y almacenamiento que resulte por las diferencias del modelo a cero. Sin estas correcciones, los modelos de la PELP y la PET pueden diferir drásticamente, por lo que se levanta múltiples mejoras plausibles tanto para los escenarios de la PELP como de la PET. Tras validar el modelo con una diferencia en generación anual de -0,8% con respecto a resultados de generación de la PELP, se realiza la determinación de líneas de transmisión equivalentes a la solución de transmisión de la PELP que permite identificar efectos por realizas flujos DC y de transporte para distintos modelos de pérdidas que pueden impactar la solución. Se destaca que el uso de líneas de transmisión con flujos de transporte permiten reducir tiempos de simulación significativamente y que el uso de flujos de transporte con pérdidas localizadas no mostraron diferencias significativas con respecto a los resultados del modelo con flujos DC en los escenarios analizados, lo que requiere atención a posibles congestiones angulares que se recomienda profundizar. Por otro lado, las mayores diferencias se hallan al realizar flujos de transporte con pérdidas no localizadas, el cual es más rápido de simular que un flujos DC o de transporte con pérdidas localizadas. Por lo anterior, se halla que los modelos de transmisión y pérdidas evaluados no repercuten significativamente las decisiones de inversión en ESS y en generación en los escenarios evaluados, lo que afecta los Polos de Desarrollo, sin embargo, diferencias en generación anual por S/E halladas entre los modelos indican que, por el hecho de que se haya cargado una solución directamente sin optimizarse, puede existir una reducción de las diferencias entre escenarios, por lo que es algo que se puede profundizar aún más ya que podría repercutir en las proyecciones. Sin perjuicio de lo anterior, la solución se recomienda validar con flujos AC, lo que se explica en antecedentes. Posteriormente y con un modelo de la PELP simplificado, se simula el mismo problema pero en Julia con flujos de formulación MISOCP, los cuales son una relajación de el modelo de flujos AC más exacta que realizar flujos DC. El enfoque del estudio, junto a identificar la robustez de la solución y los tiempos de simulación, mostró que la optimización del modelo MISOCP no logra hallar soluciones enteras en un tiempo inferior a aprox. 200 veces el tiempo de simulación con formulación DC, menos aún a un MIPgap de 0,5% que respalde la calidad de la solución (en base a pruebas realizadas con flujos DC), lo cual por ende dificulta su aplicación en un problema de planificación de cooptimización y por ello en la PELP.
Análisis del impacto de las medidas de ajustes de precios a clientes regulados, considerando PEC y eliminación de tarifa de invierno
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08) Novoa Arce, Leandro Antonio; Departamento de Electricidad; Rozas Valderrama, Rodrigo Andres
El presente trabajo de memoria tiene por objetivo analizar el impacto de las medidas de ajuste en los precios de la tarifa eléctrica, en particular la incorporación del Precio Estabilizado al Cliente (PEC) y la eliminación de la tarifa de invierno. Este análisis se lleva a cabo mediante una evaluación económica que permite determinar si dichos cambios resultan favorables para los clientes regulados, así como proyectar sus efectos a futuro. Para ello, se realizó un estudio de la normativa vigente asociada a los ajustes tarifarios mencionados. Asimismo, se recopilaron los datos necesarios desde la Comisión Nacional de Energía (CNE) para construir y simular el monto de la boleta eléctrica, considerando distintas condiciones según nivel de consumo y zona geográfica del cliente regulado. Además, se definieron tres escenarios con distintas variaciones en los cargos asociados al PEC. La herramienta utilizada para las proyecciones fue Microsoft Excel, a través de la función Tendencia, mientras que la emulación automatizada de las boletas eléctricas se desarrolló mediante el lenguaje de programación ‘Visual Basic for Applications’ (VBA). Esta implementación permitió aplicar de forma adecuada las restricciones de la tarifa de invierno, asignar precios según zona y consumo, y modelar la variación de los cargos conforme a los escenarios propuestos. Se elaboraron gráficos que muestran la evolución del monto final de la boleta eléctrica proyectado hasta el año 2035, así como también gráficos comparativos entre la condición actual y la condición inicial, y entre los distintos escenarios propuestos en el presente estudio. Finalmente, se concluye que, en promedio, los clientes regulados no se ven favorecidos económicamente por las medidas de ajuste implementadas en la tarifa eléctrica, considerando el comportamiento de consumo condicionado previamente por el desincentivo asociado a la tarifa de invierno. No obstante, bajo la estructura tarifaria actual, los clientes pueden verse beneficiados si incrementan su consumo invernal hasta superar un determinado umbral, a partir del cual el monto final de la boleta resulta inferior al que se habría obtenido bajo la condición anterior. Asimismo, se observó que los escenarios proyectados presentan diferencias marginales respecto del escenario base; sin embargo, estas variaciones podrían tener un impacto significativo para clientes con altos niveles de consumo o pertenecientes a segmentos socioeconómicos vulnerables. Por otra parte, a partir del primer período tarifario del año 2028, se evidencia una reducción considerable en el monto final de la boleta eléctrica, lo que contribuye a mitigar parcialmente las alzas acumuladas por los clientes regulados durante los años previos.
Análisis técnico-económico del impacto de los sistemas de almacenamiento de energía en los servicios complementarios y la potencia de suficiencia
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025) Moreno Soza, Valentín; Cárdenas, Alfredo; Departamento de Electricidad; Valdivia Lefort, Patricio; Barrueto Guzman, Aldo
La mancomunión de los esfuerzos de diferentes organizaciones mundiales para mitigar los efectos del calentamiento global ha encontrado en el alto volumen de las emisiones de CO2, un problema que debe ser solventado, especialmente en las industrías que registran un mayor volumen de emisiones, como la energética; esto ha desembocado en un auge de los Sistemas de Almacenamiento de Energía, señalados como una tecnología central en la transición energética a la carbono neutralidad, debido a su capacidad de almacenar la energía en un determinado momento para luego ser inyectarla. Otra tecnología de vital importancia para la transición energética son las tecnologías de generación de energía eléctrica mediante fuentes renovables no convencionales, las que ya han demostrado poder contribuir a la reducción de las emisiones en comparación con las tecnologías de generación cuyos insumos son combustibles fósiles; sin embargo, también han complicado la mantención de los estándares de seguridad y calidad del suministro de energía eléctrica causado por la alta variabilidad del insumo del cuál se sirven las tecnologías renovables. En consecuencia, se ha visualizado en la capacidad de carga y descarga de los Sistemas de Almacenamiento de Energía, la posibilidad de complementar y solventar el defecto de la intermitecnia de las centrales de generación renovables no convencionales. Las empresas interesadas en estudiar la implementación de estos proyectos han encontrado en la normativa chilena existente un marco legal definido que faculta el estudio de la viabilidad de los Sistemas de Almacenamiento de Energía en el mercado eléctrico de Chile. En consecuencia, es posible estudiar su desempeño no solo en el mercado mayorista de energía, sino que también se puede extender su modelo de negocio hasta el mercado de servicios complementarios y potencia de suficiencia, mercados fundamentales para garantizar la seguridad y calidad del servicio eléctrico y principalmente dominados por las tecnologías convencionales. En el presente trabajo se evaluaron técnicamente 18 Sistemas de Almacenamiento de Energía diferentes, para luego visualizar el desempeño económico de los 6 artefactos que resultaron mejor evaluados en la etapa previa y así poder dilucidar la viabilidad de estos proyectos en Chile mediante una proyección de ingresos(...).
Análisis y propuestas de medidas de eficiencia energética para empresa de acuicultura en el marco de la implementación de un sistema de gestión energética basada en la Norma ISO 50001
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-01) León Otárola, Martín Andrés; Labra Avendaño, Cristóbal Labra; Departamento de Ingeniería Mecánica; Osses Alvarado, Mauricio
El presente trabajo de titulación tiene como objetivo principal evaluar medidas de eficiencia energética en una empresa dedicada a la acuicultura, en el marco de la implementación de un Sistema de Gestión de Energía (SGE) basado en la norma ISO 50.001. Esto debido al contexto energético en el cual se encuentra actualmente la organización, catalogados como consumidores con capacidad de gestión de energía (CCGE) debido a la Ley de Eficiencia Energética 21.305 de Chile, la cual obliga a este tipo de empresas a reportar y gestionar su consumo mediante sistemas certificados. Dentro de los alcances de esta memoria se desarrollan algunos puntos de la norma, que son los que responden a los objetivos específicos propuestos, los cuales son el desarrollo de la revisión energética, línea base energética, indicadores de desempeño energético, objetivos, metas energéticas y planificación para lograrlos y finalmente el seguimiento, medición, análisis y evaluación del desempeño energético del SGE. En la primera parte del desarrollo del trabajo, se realizó una revisión energética que permitió levantar información clave sobre los consumos, procesos y usos significativos de energía (USE) en las tres plantas productivas de la organización ubicadas en Pargua, Castro y Ercilla. Durante esta etapa, se determinaron las fuentes de energía utilizadas, entre las cuales destacan GLP, electricidad, diésel y combustibles alternativos líquidos (CAL). Se identificaron los usos finales de energía y se cuantificó la energía que consume cada uno de estos. Posteriormente, se desarrollaron indicadores de desempeño energético (IDE) y una línea base energética (LBE) que permiten medir y comparar el desempeño energético a lo largo del tiempo, y cuantificar las mejoras derivadas de la implementación de las medidas de eficiencia energética propuestas. Para la validación de estos modelos, se utilizaron herramientas estadísticas como el coeficiente de determinación (R²) y pruebas de significancia.(...)
Caracterización de fallos térmicos y eléctricos en transformadores de potencia mediante técnicas de espectrofotometría en el rango espectral de luz visible
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06-24) Olivares Rojas, Lorena Beatriz; Vivas, Leonardo Alfredo; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Ardila Rey, Jorge Alfredo
Este trabajo de título aborda la caracterización de fallos térmicos y eléctricos en transformadores de potencia mediante el análisis del aceite mineral utilizando técnicas de espectrofotometría en el rango visible. Se prepararon muestras representativas con distintos tipos de fallas y se evaluaron los cambios físico-químicos inducidos por cada una. El espectrofotómetro permitió registrar curvas de absorbancia en el rango de 380 a 780 nm, revelando diferencias visuales y espectrales entre fallas térmicas, eléctricas y aceites de referencia. Sobre dichas curvas, se extrajeron variables estadísticas para la realización de análisis de componentes principales (PCA) con el propósito de explorar patrones y separabilidad entre grupos. Posteriormente, se aplicó los modelos de clustering probabilístico (GMM) y K-Means para identificar agrupamientos naturales entre muestras y comparar la clasificación obtenida con los métodos tradicionales. Los resultados muestran que la espectrofotometría tiene potencial para complementar las técnicas actuales de diagnóstico, permitiendo una primera aproximación no invasiva y de bajo costo para detectar y distinguir fallas en transformadores.
Control de máquina sincrónica virtual para sistemas de conversión de energía eólica basados en máquinas de inducción doblemente alimentadas
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-01) Mora Núñez, Fabián Ignacio; Sánchez Squella, Antonio; Barrueto Guzmán, Aldo; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Rengifo Santana, Johnny Wladimir
El crecimiento sostenido de las energías renovables ha implicado el reemplazo progresivo de la generación convencional, lo que conlleva una reducción significativa de la inercia rotacional presente en los sistemas eléctricos, afectando la capacidad de amortiguar perturbaciones en la red. En este contexto, se incrementa la necesidad de estrategias de control que permitan mantener la estabilidad del sistema ante eventos dinámicos. Esta memoria aborda el diseño, implementación y evaluación de un esquema de control de tipo grid forming (GFM, por sus siglas en inglés), basado en el concepto de máquina sincrónica virtual (VSM, por sus siglas en inglés Virtual Synchronous Machine), aplicado a una turbina eólica de velocidad variable con generador de inducción doblemente alimentado (DFIG, por Doubly Fed Induction Generator). La solución propuesta se basa en un modelo de control detallado que integra lazos predictivos de par (P-DTC, por sus siglas en inglés Predictive Direct Torque Control), el cual se acopla al esquema VSM mediante la referencia de par electromagnético que se construye a partir de este esquema de control propuesto. El modelo emula la dinámica inercial de una máquina sincrónica a través de una ecuación de oscilación virtual, que además incorpora un sistema de reserva de potencia habilitado mediante un control por estatismo. Dicha reserva se genera al operar el sistema bajo un esquema de seguimiento de punto de referencia de potencia (RPPT, por sus siglas en inglés Reference Power Point Tracking). De forma complementaria, se implementa un lazo de control predictivo de potencia (P-DPC, por sus siglas en inglés Predictive Direct Power Control) en el inversor del lado de la red, considerando un filtro LCL. Mediante simulaciones en escenarios con perturbaciones escalonadas en la demanda y un perfil de viento variable, se demuestra que el esquema GFM propuesto mejora sustancialmente la respuesta dinámica del sistema, logrando reducir la severidad de la caída de frecuencia y la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF, por sus siglas en inglés Rate of Change of Frequency), en comparación con un esquema convencional grid following (GFL, por sus siglas en inglés). Además, se cuantifica el efecto de distintos niveles de inercia virtual, evidenciando mejoras en estabilidad a costa de una respuesta más lenta, producto del efecto amortiguador inducido. Finalmente, se discuten las limitaciones operativas del modelo propuesto ante eventos severos y se plantean futuras líneas de investigación orientadas a ajustar dinámicamente los parámetros del control, como la inercia virtual, según las condiciones operativas del sistema.
Control MPPT de paneles fotovoltaicos utilizando mini-inversor fuente de corriente
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-12) San Martín Amador, Miguel Angel; Departamento de Electricidad; Valdivia Lefort, Patricio; Sánchez Squella, Antonio
La presente memoria de titulo tiene el objetivo principal de estudiar el comportamiento y proponer un esquema de operación óptimo de paneles fotovoltaicos mediante la utilización de un mini-inversor fuente de corriente y control MPPT. Para lograr un tamaño adecuado del inversor se propone conmutaciones de alta frecuencia, la cual reduce el tamaño de los componentes necesarios, así como un método de modulación de manera analógica para lograr esta conmutación a alta frecuencia de manera sencilla. La simulación del sistema se llevó a cabo en el programa MATLAB SIMULINK en conjunto de PLECS Blockset. Además se realizó el diseño y montaje del circuito de modulación analógica, el cual fue satisfactorio, logrando generar los pulsos de disparo necesarios para el funcionamiento de un CSI. Como conclusión se logró llegar a un esquema de operación el cual cumple los requerimientos de diseño propuestos (control y alta frecuencia), el cual en trabajos próximos podría ser implementado.
Desarrollo de un sistema de gestión de energía trifásico considerando modelos de carga de procesos productivos de pequeña escala para microrredes aisladas abordando los desbalances de fase
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-04) Bustamante Henríquez, Daniel Alfonso; Valencia Arroyave, Felipe; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Espín Sarzosa, Danny Alexander
Las microrredes (MGs, del inglés Microgrid) aisladas se han consolidado como una solución clave para suministrar energía en zonas remotas o sin acceso al sistema eléctrico convencional. En este contexto, los sistemas de gestión de energía (EMSs, del inglés Energy Management System) desempeñan un rol fundamental al coordinar la operación de recursos distribuidos para garantizar un suministro eficiente, seguro y económico. Sin embargo, los EMSs enfrentan limitaciones al modelar MGs trifásicas desbalanceadas, especialmente cuando existe alta penetración de cargas y generación monofásicas, y cuando se incorporan procesos productivos de pequeña escala (SPPs, del inglés Small Productive Processes) cuya demanda depende de la tensión. Ante estos desafíos, se propone un EMS AC trifásico desbalanceado y formulado convexamente (C-TFEMS), que representa con mayor precisión el sistema eléctrico al integrar modelos de carga dependiente de la tensión y restricciones convexas. Para validar el modelo C-TFEMS propuesto en términos técnicos, económicos y computacionales, se desarrollan dos versiones simplificadas: una trifásica sin mutuas (C-TFEMS-NM) y una monofásica (C-MFEMS), permitiendo compararlo con formulaciones de menor complejidad. Además, se analiza su desempeño bajo tres escenarios de generación renovable: ideal, nubosidad suave e intensa. Como referencia, se implementa una versión lineal (L-TFEMS) y sus equivalentes L-TFEMS-NM y L-MFEMS, que permiten contrastar los beneficios del enfoque convexo. Las pruebas se realizan sobre una MG aislada basada en el sistema IEEE de 37 nodos, con un SPP de secado solar. Los resultados muestran que, aunque el modelo C-TFEMS requiere mayores tiempos de solución (siempre bajo 2 minutos por ejecución), ofrece una representación técnica más precisa. Es el único modelo que reproduce la dispersión realista de tensiones trifásicas (mínimos de 0,900 [pu] y desviaciones de hasta 0,049 [pu]), frente a modelos lineales con tensiones suavizadas cercanas a 1,000 [pu] y desviaciones menores a 0,014 [pu]. Esto permite estimar con mayor realismo la demanda efectiva de los SPPs, registrando errores relativos promedio entre 21–26 [%], frente a errores inferiores al 2 [%] en modelos lineales. Además, presenta un comportamiento más coherente ante condiciones complejas de red, superando a sus versiones simplificadas (C-TFEMS-NM, C-MFEMS) y lineales (L-TFEMS, L-TFEMS-NM, L-MFEMS). Bajo nubosidad, los modelos C-TFEMS y L-TFEMS captan el aumento de costos operacionales (de 11.214 a 18.538 [USD]), pero sólo el C-TFEMS refleja el impacto eléctrico asociado, con un aumento en la dispersión de tensiones (de 0,040 a 0,058 [pu]), mientras que L-TFEMS mantiene valores casi constantes, reafirmando la fidelidad del modelo ante escenarios de alta variabilidad renovable.
Determinación de la relación entre la robustez del SEN y los valores del índice ESCR para su implementación en Chile en el contexto de descarbonización de la matriz energética
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-11) Aparicio Espinoza, Camila Antonia; Rozas Valderrama, Rodrigo Andrés; Departamento de Electricidad; Álvarez Malebrán, Ricardo Javier
En esta memoria se evalúa la idoneidad técnica de los umbrales del índice Equivalent Short Circuit Ratio (ESCR) aplicados en Chile como herramienta para medir la robustez del Sistema Eléctrico Nacional (SEN), en el contexto de su transición hacia una matriz energética descarbonizada y con alta penetración de recursos basados en inversores (IBR). Se describe el marco teórico relacionado con la estabilidad eléctrica, la influencia de los IBR en la robustez del sistema, y se analizan distintas metodologías para evaluar el nivel de cortocircuito. La evaluación se realiza a través de simulaciones RMS en DIgSILENT PowerFactory bajo diversos escenarios operacionales. Los resultados muestran que, si bien valores de ESCR menores a 1.5 generan mayores sobretensiones transitorias, no se detectan incumplimientos críticos de estabilidad ni colapsos de tensión. Se concluye que el umbral convencional de ESCR mayor a 1,5 podría ser flexibilizado bajo ciertas condiciones, especialmente considerando configuraciones con bajos despachos de IBR. Finalmente, se propone avanzar hacia la estandarización normativa del uso del índice ESCR, complementando su estandarización con simulaciones EMT para una caracterización más precisa.
Diseño de muros impresos en 3D para reducir la irradiación solar acumulada
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07-28) Seguel Vargas, Paula Natalia; Departamento de Arquitectura; Arcos Lagos, Verónica Alejandra
Esta investigación busca reducir la irradiación solar acumulada en fachadas mediante estrategias geométricas pasivas aplicadas a muros impresos en 3D, para ello, se desarrollaron ocho prototipos: uno liso como modelo base, tres con relieves primitivos (vertical, horizontal y combinado), y cuatro prototipos de muros evolutivos diseñados específicamente según la orientación solar (oriente, norte y poniente). La metodología incluyó seis etapas: revisión bibliográfica; diseño paramétrico de los muros con ‘‘Rhinoceros’’ (McNeel, 1993) y "Grasshopper’’ (McNeel, 2007); simulaciones solares utilizando ‘‘Ladybug Tools’’ (Mackey & Sadeghipour, 2017) en tres fechas clave del año (solsticio de invierno, equinoccio de primavera y solsticio de verano); fabricación de prototipos mediante impresión 3D utilizando arcilla como material de ensayo y evaluación comparativa de los resultados. Los resultados evidencian que los prototipos de muros evolutivos, diseñados en función de la trayectoria solar, lograron reducir hasta en un 33% la irradiación solar acumulada mensual respecto al muro liso. El prototipo de muro evolutivo ME-FO (fachada oriente) fue el más eficiente, seguido del ME-FP (poniente) y ME-FN-V02 (norte). En cambio, algunos relieves simples, como el vertical o el horizontal, aumentaron la captación solar en ciertas orientaciones. Además, se identificaron limitaciones constructivas, como inestabilidad en muros con base angosta y parte superior ancha, lo que demuestra que no toda geometría térmicamente eficiente es viable para impresión. Esta investigación demuestra que el diseño geométrico adaptado al contexto solar puede ser una estrategia pasiva efectiva, combinando herramientas paramétricas, simulación climática y fabricación digital para generar soluciones arquitectónicas que reduzcan el ingreso térmico en climas soleados como Santiago de Chile.
Diseño e implementación de una estrategia para determinar el estado de carga y estado de potencia en baterías de litio para uso en electromovilidad
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06-17) Cassigoli Bejares, Franco Alessandro; Morales Flores, Felipe; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Sánchez Squella, Antonio
En la actualidad, distintos sectores industriales se han esmerado en desarrollar soluciones para aportar a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero provenientes de los combustibles fósiles. Estas emisiones han generado impactos significativos en el clima, con efectos observados en ecosistemas terrestres, de agua dulce y marinos, como lo ha documentado en profundidad el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por su sigla en inglés) [1]. Diversas estrategias han sido implementadas a nivel internacional para mitigar estos efectos. Entre ellas se encuentran la reducción y eliminación de subsidios a los combustibles fósiles, la introducción de impuestos al carbono para desincentivar su uso, y los planes de neutralidad de carbono, que buscan alcanzar un equilibrio entre las emisiones generadas y las compensadas [2]. En este contexto, la electrificación del transporte ha cobrado relevancia como una de las estrategias clave para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. Chile, junto a otros países que forman parte de las mayores economías del mundo, es miembro de la Iniciativa de Vehículos Eléctricos (EVI, por su sigla en inglés), un foro de políticas multigubernamentales dedicado a acelerar la introducción y adopción de vehículos eléctricos en todo el mundo [3]. En conjunto con los planes proyectados a largo plazo en esta materia, el Ministerio de Energía está desarrollando estrategias para que en el año 2035 todos los vehículos pequeños y medianos, las incorporaciones al transporte público y las ventas de maquinaria móvil mayor sean de cero emisiones [4]. De este modo, el estudio y desarrollo de los vehículos eléctricos y sus componentes es vital para que esta creciente industria sea viable, especialmente en términos de operación y mantenimiento(...).
Diseño y evaluación de un prototipo de lecho empacado para la medición de temperatura como base para futuras investigaciones sobre resistencia térmica de contacto
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08) Cabello Moraga, Jorge Enrique; Barraza Vicencio, Rodrigo Sebastián; Departamento de Ingeniería Mecánica; Estay Barrientos, Danilo Alejandro
El presente trabajo tuvo como objetivo diseñar y construir un prototipo de lecho empacado para la medición de temperatura, con el propósito de servir como herramienta para futuras investigaciones sobre resistencia térmica de contacto. Se realizó una revisión bibliográfica y un análisis teórico de los mecanismos de transferencia de calor en lechos empacados, identificando conducción, convección natural y forzada, y radiación, así como la influencia de la resistencia térmica de contacto, la rugosidad superficial, la fuerza de compresión y el traslape entre partículas. Posteriormente, se llevaron a cabo simulaciones numéricas en una y dos dimensiones para predecir el comportamiento térmico de lecho y definir las dimensiones y características del prototipo a escala mínima. El prototipo construido incorporó esferas de acero inoxidable 304 y aluminio 1060, instrumentadas con termopares tipo K y un sistema de adquisición basado en Arduino Uno con módulos MAX6675. Las simulaciones permitieron validar la hipótesis de isotermicidad de las esferas y evidenciaron el efecto pared, justificando la inclusión de aislamiento. Los resultados experimentales mostraron que el aluminio alcanzó temperaturas más altas y se calentó más rápido que el acero, coherente con su mayor conductividad térmica. Asimismo, el ajuste del traslape en el modelo permitió reproducir tasas de calentamiento más realistas y reflejar fenómenos no modelados explícitamente, confirmando que la resistencia térmica de contacto es un factor determinante. En conclusión, el prototipo demostró ser una herramienta valida para evaluar la transferencia de calor en lechos empacados, proporcionando información esencial para la calibración de modelos numéricos y estableciendo las bases para futuras investigaciones experimentales y mejoras en la caracterización de la resistencia térmica de contacto.
Elongación de ácidos grasos volátiles para obtención de ácidos grasos de cadena media
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06) Bórquez Llanos, Ignacio; Jofré Dupré, Pablo; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Carvajal Guevara, Andrea Del Rosario
El constante aumento en la generación de residuos alimenticios representa un desafío ambiental a nivel global, por lo cual es imperativo buscar alternativas para su tratamiento, valorización y reincorporación en diversos modelos de negocios. Se presenta como solución novedosa y de alto potencial económico la producción de ácidos grasos de cadena media, a través de la elongación de ácidos grasos volátiles de cadena corta provenientes de residuos alimenticios. En este contexto, se expone el estudio del proceso de la elongación anaerobia, enfocado principalmente en la producción de ácido caproico, en base a dos tipos de sustratos: una matriz sintética, compuesta por ácido acético y etanol, y una matriz real, obtenida a partir del proceso de lixiviación por fermentación anaerobia de residuos alimenticios. El proceso de elongación se estudió en reactores anaerobios semicontinuos con condiciones controladas para favorecer las reacciones enzimáticas y adaptación de los microorganismos en la producción de ácido caproico. Para esto, se monitoreó periódicamente el comportamiento de los reactores, mediante diversas técnicas analíticas, estimando consumo, producción y rendimientos a los diversos compuestos implicados en los sistemas sintético y real. Los resultados demostraron que el proceso de elongación es técnicamente viable en la operación en ambas condiciones. El reactor con alimentación sintética, considerado como referencia teórica por la ausencia de compuestos supresores o inhibidores de las reacciones metabólicas de elongación, mostró patrones de una elongación secuencial y estequiométrica desde ácido acético a butírico para la posterior producción de ácido caproico, con una directa tendencia a la selectividad de cadenas de carbono más largas ante un aumento en la carga orgánica alimentada. Por otra parte, el reactor con alimentación proveniente de la fermentación en reactor lixiviado presentó una respuesta más rápida y eficiente para la producción de ácido caproico, alcanzando una máxima concentración de 16,4 ± 0,2 (𝑔/𝑙) y un rendimiento del 87% (𝑔𝐶/𝑔𝐶), frente a los máximos obtenidos por su contraparte sintética, siendo 13,2 ± 0,5 (𝑔/𝑙) y 70% (𝑔𝐶/𝑔𝐶), respectivamente. Esto sugiere una preferencia del inóculo a la utilización de sustratos con mayor disponibilidad y complejidad orgánica para el proceso de elongación. Ambos reactores estudiados, a pesar de mostrar un aumento progresivo en la productividad del inóculo para la reacción de elongación, no consiguieron alcanzar una estabilización del proceso, sugiriendo la necesidad de utilizar tiempos de residencia mayores que permitan el óptimo desarrollo y adaptación de los microorganismos. Además, en base a las limitaciones observadas en la operación, se proponen como recomendación para la mejora continua del proceso: una caracterización más rigurosa al inóculo inicial, la implementación de metodologías cromatográficas con capacidades de detección de cadenas de carbono más largas y la implementación de un plan para la preparación de la alimentación con menores intervalos de tiempo con la finalidad de evitar el riesgo de contaminaciones o degradación del sustrato.
Estandarizacion de una metodologia de calculo para determinar performance ratio y pérdidas de plantas fotovoltaicas de Atlas
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-04-14) Espinoza Orellana, Lucas; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Valdivia Lefort, Patricio; Sánchez Squella, Antonio
Este trabajo de titulación tiene como objetivo desarrollar y validar una metodología estandarizada para el cálculo del PR y la identificación de pérdidas en plantas fotovoltaicas, aplicándola inicialmente a dos instalaciones de Atlas en Brasil. Por ese motivo surge la necesidad de estandarizar el cálculo del desempeño (performance) y perdidas de energías de las plantas actualmente en operación, de modo de poder compararlas sobre una misma base, independiente de dónde se ubiquen, para esto se propondrá una metodología de cálculo de performance y determinación de pérdidas para plantas fotovoltaicas, acotada a dos plantas de Atlas en Brasil para calcular sus respectivas perdidas y contrastar las acciones sugeridas en base al análisis de los KPIs con la información histórica de dichas plantas, para en un trabajo posterior extenderlo a todos los países donde esta empresa tenga presencia. El enfoque del trabajo de titulación se basa en tres etapas principales: la investigación y recopilación de información, el diseño de la metodología de cálculo y la validación de los cálculos. En la primera etapa, se estudiaron las normativas IEC relacionadas con el desempeño de plantas fotovoltaicas y se identificaron las principales causas de pérdidas de energía en las plantas de Brasil. Posteriormente, se desarrolló un proceso estandarizado para el procesamiento de datos, asegurando la consistencia y calidad de los mismos. Finalmente, se validó la metodología mediante su aplicación en dos plantas de Atlas en Brasil, analizando los cálculos, resultados y proponiendo mejoras operativas(...).
Estimación del porcentaje mínimo necesario de inversores tipo grid-forming en un contexto de descarbonización del Sistema Eléctrico Nacional
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08) Marambio Álvarez, David René Alejandro; Quintana Painemal, Eugenio Ernesto; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Hinojosa Mateus, Víctor Hugo
La creciente participación de recursos energéticos basados en convertidores en el sistema eléctrico nacional, impulsada por el proceso de descarbonización, ha reducido de manera significativa la inercia y la capacidad de cortocircuito del sistema, comprometiendo su estabilidad frente a perturbaciones severas. Frente a este escenario, los inversores tipo grid-forming se presentan como una alternativa técnica que permite formar la red estableciendo una tensión y frecuencia de referencia al mismo tiempo que contribuye tanto a la regulación de tensión como a la estabilidad dinámica. El objetivo de este trabajo es determinar el porcentaje mínimo de participación de generación basada en grid-forming en relación con la capacidad total de generación con convertidores en la zona norte del sistema eléctrico nacional, de modo que se cumpla con los requisitos de recuperación dinámica de tensión establecidos por la normativa técnica vigente. Para ello, se realizaron simulaciones dinámicas utilizando un modelo del sistema eléctrico nacional proyectado por el Coordinador Eléctrico Nacional al año 2030, desarrollado en el software DIgSILENT PowerFactory a partir de una base de datos proporcionada por el Coordinador Eléctrico Nacional. Los resultados muestran que, sin la presencia de grid-forming, el sistema no logra cumplir con los estándares mínimos exigidos. Sin embargo, al incorporar inversores grid-forming con almacenamiento en ubicaciones estratégicas, se logra una recuperación de tensión adecuada. Se identifica un porcentaje mínimo de participación del 1% al 6% de participación de grid-forming dependiendo de la capacidad de condensadores síncronos conectados al sistema. Del análisis se destaca la importancia de la barra Kimal en la ubicación de los inversores donde variaciones pequeñas de capacidad de grid-forming esta barra producen cambios importantes en la estabilidad de la tensión. En base a los resultados de las simulaciones se concluye que la incorporación planificada de grid-forming constituye una solución viable para complementar o reemplazar tecnologías convencionales como los condensadores síncronos, aportando significativamente a la seguridad y flexibilidad del sistema eléctrico nacional en un escenario de descarbonización y alta penetración de energías renovables.
Evaluación de los impactos en las tarifas de clientes regulados a raíz de los desafíos técnico/económicos que presenta la transición energética: desarrollo de un modelo tarifario predictivo y adaptable
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024) Valle Morilla, Juan Pablo del; Zurita Oyarzún, Danilo; Departamento de Electricidad; Rozas Valderrama, Rodrigo Andrés
La presente memoria tiene como objetivo principal evaluar los impactos en las tarifas de clientes regulados frente a los desafíos técnico-económicos derivados de la transición energética. Para ello, se diseñó y desarrolló una herramienta de cálculo tarifario adaptable a distintos escenarios, integrando información relevante sobre contratos de suministro y las metodologías de cálculo empleadas en el mercado eléctrico chileno. En primera instancia, se recopiló información clave sobre contratos vigentes y futuros, incluyendo sus fórmulas de indexación y mecanismos de ajuste, permitiendo construir una base de datos robusta. Esta base de datos sirvió como soporte para modelar escenarios de análisis relacionados con cambios contractuales, términos anticipados de contratos y la incorporación de nuevas licitaciones. Adicionalmente, se integraron proyecciones de demanda, precios de combustibles, costos de transmisión y distribución, elementos Críticos para la evaluación tarifaria. La herramienta desarrollada fue validada con datos reales de los semestres 2023-1 y 2024-1, demostrando márgenes de error reducidos. Entre los casos de estudio analizados, destacan escenarios de renegociación de contratos y términos anticipados. Los resultados evidencian que escenarios con cambios contractuales en licitaciones como la de 2013/03 2 generan una disminución progresiva en los precios del sistema, mientras que situaciones de dependencia de combustibles fósiles, como el escenario de precios altos del petróleo, incrementan levemente los costos para los clientes regulados, dado que esta proyección no fue muy brusca en el alza de índices. Se concluye que la incorporación de tecnologías renovables, junto con mecanismos de ajuste en los contratos, es clave para la reducción de la tarifa regulada en el contexto de la transición energética. Además, la herramienta propuesta evidencio ser altamente adaptable
Evaluación del impacto de la generación distribuida en los índices de calidad del suministro eléctrico en sectores rurales de Chile
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08) Martínez Meneses, Gonzalo Ignacio; Cifuentes Carrasco, Ricardo Javier; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Rozas Valderrama, Rodrigo Andrés
El presente estudio aborda la problemática de la baja calidad del suministro eléctrico en zonas rurales de Chile, particularmente en la comuna de Quemchi, la cual ha presentado niveles de SAIDI muy por sobre el umbral normativo durante los últimos años. Esta situación genera afectaciones significativas para los usuarios y conlleva sanciones económicas a las empresas distribuidoras. Como solución, se propone la implementación de sistemas de Generación Distribuida (GD) de respaldo, capaces de operar en forma aislada durante eventos de interrupción del servicio. Se realiza una evaluación multicriterio para priorizar zonas y seleccionar tecnologías viables, considerando aspectos como densidad de red, infraestructura existente, historial de multas, y viabilidad técnica y económica. El estudio desarrolla una metodología de dimensionamiento a partir del análisis de consumo eléctrico histórico y del comportamiento de las interrupciones, proponiendo alternativas tecnológicas con distintos grados de cobertura y respaldo, incluyendo sistemas basados en diésel, baterías (BESS), eólico y combinaciones híbridas. Los resultados indican que la alternativa más costo-efectiva para la comuna corresponde a un sistema diésel de 300 [kVA], ubicado en cuatro puntos estratégicos. Esta opción permite una reducción significativa del SAIDI y valida que la metodología de cobertura estadística es la más eficiente en términos de diseño. Asimismo, se concluye que la tecnología diésel representa la alternativa más viable económicamente, considerando el quantum de la multa evitada como fuente de retorno que permite alcanzar un VAN positivo. Como resultado adicional, el estudio permite obtener un modelo replicable para otras zonas críticas del país, generando oportunidades para modernizar el marco regulatorio vigente y facilitar la integración de soluciones de GD de respaldo en contextos similares.
Evaluación del nanofluido aceite/NiCo₂O₄como alternativa para su uso como dieléctrico en transformadores de potencia
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-16) Vásquez Mansilla, Joaquín Arturo; Ardila Rey, Jorge Alfredo; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Vivas, Leonardo Alfredo
En el sistema eléctrico de potencia, los transformadores constituyen un elemento critico para garantizar la continuidad y estabilidad del suministro. Estos dispositivos están diseñados para funcionar continuamente por 20 o 35 años, lograr una prolongación de la vida útil de los transformadores de potencia implicarían un ahorro cuantioso que beneficiaria a la industria y a los consumidores. A pesar de que los transformadores presentan una baja tasa de falla global, entre un 1 y un 2 %, aproximadamente el 41 % de los siniestros registrados afectan al sistema de aislamiento, el cual se compone de dos elementos principales: aislamiento sólido y aislamiento líquido (aceites vegetales y minerales). Debido a esto, es relevante el estudio de materiales dieléctricos que puedan evitar a largo plazo fallas en los transformadores, en la actualidad se ha trabajado en incluir nanopartículas en los aceites dieléctricos de dichos equipos, creando así un nanofluido, el cual presenta características mejoradas que podrían ser un aporte en la prolongación de la vida útil del dispositivo. En el presente trabajo se investigaron las propiedades dieléctricas de un nanofluido formulado a partir de aceite mineral como base y una concentración de 10 y 40 [mg/L] de nanopartículas de NiCo₂O₄. De acuerdo con estudios previos, estas nanopartículas presentan un tamaño aproximado de 20 [nm] y una morfología cuasi-esférica. Además, mediante análisis de difracción de rayos X, se comprobó que posee una alta pureza(...).
Evaluación del uso de derechos financieros de transmisión aplicados al SEN
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-21) Barrera Navarro, Richard Andrés; Araneda Tapia, Juan Carlos; Gacitúa Rocha, Leonardo Esteban; Departamento de Electricidad; Rozas Valderrama, Rodrigo Andrés
En este Trabajo de Memoria de Titulación se analizó la implementación de un mercado de Derechos Financieros de Transmisión (DFT) en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) al año 2030, respecto a la propuesta de diseño de un mercado mayorista de energía basado en ofertas, encargado por el Coordinador Eléctrico Nacional a la consultora ECCO [1]. Se modeló el despacho económico del SEN a 2030 en un día representativo para cada uno de los 12 meses del año, de acuerdo a la infraestructura proyectada por la Planificación Energética de Largo Plazo (PELP) del Ministerio de Energía y considerando un mercado basado en ofertas, donde se incorporan mecanismos de ajustes de ofertas por parte de los generadores. Se modelaron dos escenarios: 1.Entrada en operación de la línea HVDC Kimal-Lo Aguirre. 2.Sin entrada en operación de la línea HVDC Kimal-Lo Aguirre. El sistema obtenido fue agrupado en cuatro zonas: Norte Grande, Norte Chico, Centro y Sur, obteniéndose los CMg locales de cada día representativo. Respecto al mercado de DFT, se implementó un mecanismo de subastas mensuales para un universo de 70 agentes participantes, diferenciados por coberturistas y especuladores(...).