Depósito Campus Casa Central Valparaíso

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Análisis comparativo y propuestas de mejora para pliegos técnicos de la normativa eléctrica chilena de baja tensión
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Bertinelli Manzano, Mario Luchiano; Departamento de Electricidad; Gil Sagás, Esteban Manuel
Esta memoria de titulación efectúa un análisis comparativo de los Pliegos Técnicos Normativos (RIC) N°02, 04, 05 y 06 de la reglamentación eléctrica chilena, contrastándolos con estándares de Alemania, EE.UU., España, Japón y Reino Unido. El estudio identifica divergencias clave en la normativa chilena, tales como la falta de una exigencia generalizada de Dispositivos de Detección de Falla de Arco (AFDDs), diferencias en los requisitos de certificación y marcado para tableros (ej. SCCR), un código de colores para conductores no armonizado con el estándar IEC y un enfoque en valores de resistencia para la puesta a tierra en lugar del desempeño integral del sistema de protección. A partir de estos hallazgos, se formulan recomendaciones concretas para modificar los RIC analizados, buscando robustecer la seguridad, claridad y actualidad de la normativa mediante la incorporación de tecnologías avanzadas y una mejor armonización internacional. Se concluye resaltando la necesidad de una revisión regulatoria continua para responder a la evolución tecnológica y los estándares de seguridad globales.
Análisis de la situación actual del mercado eléctrico chileno, sus principales desafíos y potenciales soluciones de cara a una matriz 100% renovable al 2050
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-09) Vargas Moreno, Sergio Igor; Paredes Buzeta, Lorena Andrea; Valenzuela Oyaneder, Lionel AndrÉs; Departamento de Ingeniería Comercial; Tapia Gertosio, Juan Francisco
El mercado eléctrico chileno ha avanzado significativamente durante la última década en el proceso de descarbonización de su matriz energética, donde a diciembre de 2024, con una capacidad instalada total de 38,9GW, las energías renovables no convencionales (ERNC) representan aproximadamente el 51% de la capacidad instalada en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) (Acera, 2025). Muchas han sido las empresas multinacionales / inversionistas que han arribado al país atraídos por su gran estabilidad económica, clara regulación en materia energética, políticas públicas sólidas de largo plazo y sin duda por el gran recurso con el que cuenta; alta irradiación en el norte y centro y muy buena velocidad de viento en general, todas estas características que se constituyen como ingredientes claves para la obtención de proyectos con interesantes retornos para los inversionistas. El país ha crecido de manera constante en materia de inversión energética durante los últimos años, lo que se puede constatar a través del reporte emitido en noviembre del 2023 por Bloomberg New Energy Finance, en el cual se ubica a Chile en el tercer lugar entre los mejores países emergentes para invertir en energías renovables, ranking liderado por India y China Continental y con Filipinas y Brasil en tercer y cuarto lugar respectivamente (Bloomberg, 2023). En el 2024, Chile atrajo inversiones en energía limpia por US$5.695 millones, lo que se debe principalmente a su sector eléctrico bien estructurado, que cuenta, entre otros, con subastas de energías renovables para contratos estandarizados de compra de energía (PPA) denominados en dólares estadounidenses, así como la posibilidad de que los desarrolladores firmen contratos bilaterales fuera del mercado regulado con grandes consumidores (ACERA, 2025)(...).
Análisis del comportamiento de un esquema de control predictivo para Grid-Forming en una micro-red aislada mediante Hardware in the Loop
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024) Urquieta Valdés, Christhopher Alexanders; Huerta, Guillermo; Departamento de Electricidad; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
El documento presenta un estudio sobre la implementación y análisis de un esquema de control predictivo para un sistema Grid-Forming (GFM) en una micro-red aislada con generación fotovoltaica y respaldo de un sistema de almacenamiento de energía, Battery Energy Storage System (BESS). La motivación radica en la creciente necesidad de soluciones energéticas sostenibles y autónomas, especialmente en regiones rurales sin acceso a la red eléctrica. El estudio se enfoca en una localidad cercana a Vicuña, en la región de Coquimbo, Chile, caracterizada por alta irradiancia solar, lo que la hace ideal para el uso de paneles solares. El trabajo describe la modelación matemática de la micro-red, la configuración de los convertidores (DC-DC y DC-AC tipo T) y los controladores utilizados, con un énfasis en el control predictivo de tipo Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC). Para evaluar la efectividad del sistema, se realizaron simulaciones en PLECS y pruebas en tiempo real mediante Hardware-in-the-Loop (HIL) con la plataforma Real Time Digital Simulator (RTDS Simulator) y una Digital Signal Processor (DSP) C2000. Los resultados destacan la robustez del control predictivo, mostrando un buen desempeño en la estabilización de la tensión y la corriente, especialmente con el método de intermuestreo implementado. Sin embargo, se observa que en condiciones de menor potencia, la distorsión armónica relativa es más significativa. El documento concluye que la implementación del control GFM y el uso de tecnologías avanzadas como HIL permiten una validación efectiva del comportamiento del sistema bajo condiciones realistas. Se sugieren futuras mejoras en la estrategia de control y en la optimización del uso de recursos de CPU de la plataforma de control.
Análisis espaciotemporal del uso de suelo en zonas de localización de plantas fotovoltaicas en la región de Valparaíso
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07-11) Palma Díaz, Sebastián Andrés; Verdugo, Ignacio; Departamento de Industrias; Demarco Bull, Rodrigo Andrés
Esta memoria analiza el impacto territorial, económico y ambiental de la expansión de plantas solares fotovoltaicas (FV) en la Región de Valparaíso entre 2015 y 2023, integrando herramientas de Sistemas de Información Geográficos (SIG), modelación estadística y análisis económico-ambiental. El objetivo fue evaluar si la expansión FV es compatible con la conservación de suelos agrícolas y vegetacionales, considerando tanto la rentabilidad como la captura de carbono natural. El análisis espaciotemporal reveló que, si bien el suelo agrícola ha sido el más transformado históricamente, desde 2019 se observa una expansión creciente sobre bosques y praderas, especialmente en proyectos de gran escala. En lo económico, se proyectaron ingresos por hectárea para cultivos (trigo, uva y palta) y para FV. La palta destacó con una rentabilidad creciente, superando a la FV a partir de 2029. En lo ambiental, se estimaron las emisiones evitadas por FV bajo distintos modelos de factor de emisión y se compararon con la captura de CO₂ de bosques y praderas. Los resultados indicaron que, en escenarios de descarbonización acelerada, la conservación de vegetación nativa ofrece mayores beneficios climáticos desde 2029 (modelo polinomial) o 2041 (modelo Holt–Winters). Se concluye que, aunque la FV es clave para la transición energética, su expansión debe planificarse cuidadosamente. La rentabilidad es alta, pero existen cultivos competitivos como la palta. Además, la instalación sobre suelos con cobertura vegetal solo es climáticamente ventajosa mientras el sistema eléctrico mantenga altos factores de emisión. Se recomienda priorizar suelos degradados o de baja productividad para futuros proyectos, integrando criterios de ordenamiento territorial y sostenibilidad.
Análisis técnico-económico de un sistema GESS (gravity energy storage system) en minería chilena contribución a la sostenibilidad y descarbonización al 2050
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Soumastre Molina, Vicente Andrés; Espín Sarzosa, Danny Alexander; Departamento de Electricidad; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
El presente trabajo analiza la viabilidad técnica y económica de implementar un sistema de almacenamiento gravitacional de energía GESS (del inglés, Gravity Energy Storage System) en la minería chilena, específicamente en la Mina Los Colorados, propiedad de la Compañía Minera del Pacífico (CMP). Este estudio se aporta en el desafío nacional del Plan de Descarbonización al 2050, que busca reducir la dependencia del carbón mediante la incorporación de fuentes renovables, destacando la necesidad crítica de soluciones de almacenamiento energético. Ante los retos ambientales y de suministro asociados a los sistemas de almacenamiento electroquímico tales como los sistemas BESS (del inglés, Battery Energy Storage Systems), particularmente aquellos basados en litio, se propone el GESS como alternativa sustentable. Este sistema opera almacenando energía mediante la elevación de masas utilizando excedentes de energía renovable y generando electricidad al descender dichas masas. Su implementación permite aprovechar infraestructuras mineras existentes y reutilizar residuos mineros como elementos de almacenamiento, reduciendo significativamente los costos iniciales y contribuyendo a la sostenibilidad ambiental. El análisis técnico realizado comprende la evaluación del sistema mecánico de almacenamiento mediante rieles y bloques, considerando variables como pendiente, velocidad, coeficientes de fricción y la elección óptima de cables y rieles específicos. Se complementa con un análisis económico detallado que incluye estimaciones de costos (CAPEX y OPEX), determinación del costo nivelado de la energía LCOE (del inglés, Levelized Cost of Energy), costo nivelado del almacenamiento LCOS (del inglés, Levelized Cost of Storage), valor actual neto (VAN) y tasa interna de retorno (TIR). Finalmente, este estudio concluye que el sistema GESS presenta ventajas significativas frente a otras tecnologías, especialmente en términos de vida útil, sostenibilidad ambiental y potencial económico, posicionándolo como una solución viable y estratégica para el almacenamiento energético en el contexto de la transición energética chilena hacia el año 2050.
Análisis y modelado de un motor sincrónico para molienda SAG: evaluación de eventos y fallas mediante simulación computacional
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-09-15) Vásquez Flores, Rodrigo Alejandro; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Juliet Avilés, Jorge Andrés
Este trabajo presenta el modelado, simulación y análisis dinámico del sistema que compone el accionamiento de una máquina sincrónica de doble estator para aplicaciones de molienda en la minería, mediante la herramienta de simulación PLECS. El objetivo principal es implementar un modelo representativo de la máquina, considerando sus ecuaciones eléctricas y mecánicas, con el fin de evaluar su comportamiento ante diferentes condiciones de operación. Se aborda el desarrollo del modelo matemático de la máquina a partir de las ecuaciones de tensión en coordenadas rotatorias más la ecuación mecánica de la máquina. El sistema es implementado en forma modular mediante diagramas de bloques, facilitando la validación por secciones y la comprensión de cada subsistema. El modelo es sometido a diversas pruebas de simulación, incluyendo un evento de caída de tensión de campo, con el fin de evaluar el desempeño dinámico del control. Se analizan variables clave como tensiones y corrientes de fase, variables de control del sistema y variables mecánicas como la velocidad, torque eléctrico y torque de carga. Los resultados permiten estudiar el comportamiento físico del sistema ante perturbaciones, así como observar la interacción entre las variables eléctricas y mecánicas. Esto validado por la comparación de datos empíricos de planta.
Aumento de la capacidad de bombeo de una bomba undimotriz, cálculo de rendimiento y diseño en CAD
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06-17) Morales Morales, Javier Ignacio; Pacheco Sanjuan, Alejandro Andrés; Departamento de Ingeniería Mecánica; Rheinschmidt, Udo Rudolf
Los océanos son una fuente renovable de recursos, con una gran cantidad de energía limpia e infinita a disposición. En Chile, tenemos la oportunidad de ser pioneros en aprovechar este recurso inagotable que baña nuestros 4.300 km de litoral. La tecnología undimotriz tiene el potencial de aprovechar este recurso, usando el vaivén de las olas en beneficio del país. El presente trabajo tiene como objetivo aumentar el caudal del proyecto undimotriz Wasserdrachen; esto se llevó a cabo aumentando las dimensiones del pistón del sistema de bombeo desde unos 120[mm] a unos 200[mm], y con ello se espera que el caudal aumente desde 1.65[L/s] a un caudal de 20.5 [L/s]. Se estimó la eficiencia del equipo mediante un modelo unidimensional del problema, lo que entregó una eficiencia del equipo Wasserdrachen V de un 13%, comparado con un 2% del diseño previo. Se determinó que los costos asociados a la adquisición de los materiales para la fabricación del equipo ascienden a 11 millones de CLP. Se sugiere como financiamiento la postulación a fondo concursable IDEA+ y se entrega ejemplo de postulación enfocado en el proyecto. Se realizaron planos detallados, se establecieron los pasos a seguir para la construcción del equipo, uso y almacenamiento de los materiales basados en el trabajo en terreno del equipo Wasserdrache IV. El estudio realizado para estimar el tiempo de fabricación mediante el método de ruta crítica entregó que el equipo puede ser fabricado en cerca de un mes de trabajo continuo por un equipo calificado.
Comprehensive feasibility study for the implementation of a lithium-ion battery recycling plant in Chile
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06-08) Binder González, Bastián Alois; Escudero Barros, Felipe Andrés; Departamento de Industrias; Verdugo, Ignacio
This study estimates electric vehicles impacts in Chile and its effect in discarded lithium-ion batteries when they reach the end of their lives. Following this logic, it aims to determine the feasibility of building a lithium-ion battery hydrometallurgy recycling plant and assess its economic and environmental impacts. Multiple modeling approaches were used to simulate battery life cycle, which includes forecasts for electric vehicle sales, battery end-of-life and battery mass estimation. Recycling and battery production modeling software have also been used in combination with Monte Carlo's simulations of material prices to provide a comprehensive analysis. Economic indicators confirm project feasibility with low risk and cost savings for battery production with the use of recovered materials. This study offers valuable insights to battery manufacturers, recycling companies, and government entities concerning investment requirements and expected outcomes.
Desarrollo de un modelo de planificación de una microrred considerando aspectos de contaminación lumínica
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08) Cortés Poblete, Andrés Guillermo; Hinojosa Mateus, Víctor Hugo; Departamento de Electricidad; Espín Sarzosa, Danny Alexander
Este trabajo se enmarca en el contexto de la transición energética, proceso global que busca reemplazar los sistemas energéticos basados en combustibles fósiles por alternativas renovables en todo el país. La motivación principal radica en que uno de los propósitos clave de esta transición es ''el acceso equitativo de los servicios energéticos y calidad de vida''. Para lograrlo, una medida fundamental es la descentralización energética, en la que las microrredes emergen como una solución estratégica. Estos sistemas capaces de operar de forma aislada o conectados a la red principal, habilitan el acceso a la energía en comunidades remotas y desatendidas, permitiendo cumplir con estándares de confort térmico y lumínico esenciales para el bienestar humano. No obstante, en octubre de 2024 entró en vigencia el Decreto Supremo 1 que establece la norma de emisión de luminosidad artificial generada por el alumbrado exterior. Por tanto, perseguir estándares de confort lumínico exige el cumplimiento de las regulaciones ambientales sobre contaminación lumínica. Este desafío adquiere especial relevancia en las regiones con observatorios astronómicos, así como por sus efectos en la salud humana y los ecosistemas. Con este propósito, el estudio presenta el desarrollo de un modelo de planificación de microrredes que incorpora restricciones asociadas a la contaminación lumínica, con el objetivo de garantizar el cumplimiento de la normativa lumínica. Este modelo matemático integra variables técnicas, económicas y ambientales, considerando tanto las particularidades del sistema eléctrico como las exigencias normativas sobre alumbrado público, en especial de alumbrado vehicular. Para validar su aplicabilidad, se utiliza el sistema de prueba IEEE de 37 barras, el cual fue adaptado para representar una microrred aislada con datos reales de un sistema en la región de Antofagasta, permitiendo evaluar su desempeño bajo diferentes escenarios(...).
Desarrollo de un modelo predictivo para determinación de capacidad antidetonante en combustibles de aviación
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-09) Valdivia Cáceres, Felipe Andrés; Esteban Simón, Progaska Silva; Departamento de Industrias; Ramírez Mora, Claudio Guillermo
En aviación existen dos tipos de impulsión: motores de pistón o ignición por chispa y motores de turbina. La Gasolina de Aviación (AvGas) es un combustible para la aviación basada en motores de pistón como las avionetas. La producción de esta gasolina es acotada debido a la demanda mensual. La calidad y seguridad de la gasolina de aviación dependen de varios parámatros o análisis que se hacen en al combustible y uno de ellos es la capacidad antidetonante o Detonancia de mezcla rica, medida tradicionalmente mediante el método ASTM D909-22 con un motor CFR Waukesha, un equipo fabricado en 1959 que hoy presenta múltiples desafíos: alta complejidad, sin recambio y un proceso que requiere cerca de seis horas para entregar resultados. En Chile, solo un reducido número de especialistas domina esta técnica, lo que representa un riesgo operativo y regulatorio para la venta de la Gasolina de Aviación, producida exclusivamente en Refinería Aconcagua. Esta tesina propone el desarrollo de un modelo predictivo basado en machine learning (ML) que permita estimar la Detonancia mezcla rica a partir de otras propiedades fisico-químicas registradas en sistemas de laboratorio (LIMS). El modelo Random Forest resultó ser la alternativa más precisa en el conjunto de datos estudiado, con un error promedio inferior al 1%, reduciendo drásticamente los tiempos de análisis desde horas a segundos y mejorando la eficiencia en el proceso de control de calidad de la Gasolina de Aviación. Más allá del aspecto técnico, con este desarrollo se plantea un modelo de negocio escalable bajo la modalidad Machine Learning-as-a-Service (MLaaS), que convierte este piloto en la base para ofrecer servicios de analítica predictiva a laboratorios, refinerías y organismos reguladores. La propuesta se sustenta en ingresos recurrentes por suscripción y proyectos específicos de implementación, con potencial de expansión hacia la industria energética latinoamericana y otros sectores industriales. En síntesis, este trabajo integra ciencia de datos, innovación y emprendimiento para transformar un procedimiento analítico crítico en una solución digital más rápida, económica y escalable, que refuerza la competitividad y sostenibilidad de la industria de combustibles en Chile y la región.
Desarrollo de una formulación MILP para resolver problemas de operación con horizonte de largo plazo utilizando un modelo reducido del Sistema Eléctrico Nacional
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-05) Araya Maldonado, Luis Felipe; Departamento de Electricidad; Hinojosa Mateus, Víctor Hugo; Gil Sagas, Esteban Manuel
Este estudio, realizado en el marco del proyecto FONDEF “Desarrollo de una plataforma de información interactiva –ecoEnergy3e– basada en un modelo IO híbrido de equilibrio (IO-HE) del sector eléctricopara la evaluación del impacto de transformaciones en la matriz energética”, aborda la formulación de un modelo de programación lineal entera-mixta (MILP) aplicado a la operación del Sistema Eléctrico Nacional (SEN) en Chile. Utilizando como base la planificación energética de largo plazo (PELP), desarrollado por el Ministerio de Energía de Chile, se desarrolla inicialmente una formulación MILP que incorpora todos los elementos modelados por la PELP. El modelo propuesto permite realizar simulaciones para comparar los resultados obtenidos con la PELP y validar su precisión. El principal desafío abordado en esta memoria es la optimización de los tiempos de simulación sin comprometer significativamente la precisión. Para ello, se propone una formulación reducida que simplifica tanto el modelo como el número de elementos considerados en la optimización. Esta reducción ha demostrado ser efectiva, logrando una considerable disminución en los tiempos de simulación, lo cual es crucial para la evaluación rápida de múltiples escenarios energéticos en contextos de planificación y toma de decisiones. Los resultados obtenidos muestran que, si bien existen algunas diferencias en comparación con la PELP, estas se deben en gran medida a la distinta naturaleza de los modelos: la PELP resuelve un problema lineal, mientras que el modelo MILP formulado introduce variables binarias para el Unit Commitment. Sin embargo, la pérdida de precisión es mínima en comparación con la ganancia en eficiencia computacional, lo que valida la utilidad del modelo reducido como una aproximación rápida para la simulación de largo plazo del SEN. Este estudio no solo contribuye al avance del proyecto FONDEF, sino que también establece una metodología robusta para futuras investigaciones en simulación y optimización de sistemas eléctricos. Además, el programa de simulación desarrollado estará disponible en una plataforma interactiva, permitiendo a los usuarios realizar análisis de sensibilidad sobre diversas variables críticas y personalizar las bases de datos para correr simulaciones adaptadas a sus necesidades.
Desarrollo sostenible y minería sustentable: el caso de minera Los Pelambres y la comuna de Illapel en el marco de la Política Nacional Minera 2050
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08) Villafaña Aburto, Diego Nicolás; Espinosa Cristia, Juan Felipe; Departamento de Ingeniería Comercial; Aracena Hrepic, Felipe
La presente investigación se desarrolla en el contexto de la transición energética global, los desafíos ambientales del siglo XXI y el rol estratégico de Chile como líder mundial en la producción sustentable de minerales críticos, especialmente el cobre. En este escenario, se analiza el caso de Minera Los Pelambres (MLP) y su relación con la comuna de Illapel entre 2014 y 2023, a través del programa público-privado “Somos Choapa”, con el propósito de evaluar el grado de alineación de sus iniciativas de inversión social con la meta 28 de la Política Nacional Minera 2050, que plantea que al año 2030 el 100% de la mediana y gran minería deberá desarrollar proyectos de valor compartido junto a las comunidades aledañas. Para ello, se aplicó una metodología mixta, con un enfoque cuantitativo destinado a describir el contexto nacional de la industria minera y comunal de MLP e Illapel, y un enfoque cualitativo basado en entrevistas semi estructuradas a autoridades comunales, beneficiados de iniciativas del programa en los tres pilares del desarrollo sostenible, así como un referente nacional, el economista Oscar Landerretche, ex presidente de Codelco. Los resultados evidencian que la minera ha implementado acciones concretas en los tres pilares del desarrollo sostenible: social, ambiental y económico. Las percepciones recolectadas en terreno son mayoritariamente positivas, aunque se advierten desafíos persistentes en sostenibilidad institucional y participación ciudadana. Se concluye que existe un grado importante de alineamiento entre las acciones de Minera Los Pelambres y los principios de la meta 28 de la PNM 2050, particularmente en lo que respecta a articulación territorial y avances en generación de valor compartido. La experiencia de Illapel demuestra que es posible avanzar hacia una minería sustentable con enfoque territorial, siempre que se consoliden mecanismos de gobernanza que garanticen continuidad, participación efectiva desde las distintas unidades vecinales de la comuna, corresponsabilidad entre empresa, municipio y comunidad. No obstante, persiste el desafío de institucionalizar el modelo, fortalecer los mecanismos de medición de impacto y ampliar su alcance hacia otros actores productivos que inciden en el desarrollo sostenible del territorio.
Diseño e implementación de filtro de kalman extendido para descomposición en tiempo real de la tensión y estimación de la frecuencia ante contingencias en redes desbalanceadas
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-25) Vera Soto, Pablo José Enrique; Pulido Venegas, Esteban Samuel; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Mora Castro, Andrés Felipe
La creciente complejidad de las redes eléctricas, con presencia de desbalances, armónicos y variaciones rápidas de frecuencia, demanda algoritmos robustos para estimar parámetros críticos como tensión y frecuencia. Métodos tradicionales (PLL, MSOGI) presentan limitaciones en entornos dinámicos, lo que justifica el desarrollo de soluciones más precisas y estables. Este trabajo aborda este desafío mediante el diseño e implementación de un Filtro de Kalman Extendido (EKF), evaluando su desempeño bajo perturbaciones como cambios abruptos de magnitud, fase y distorsión armónica. La evaluación de los algoritmos revela un compromiso fundamental entre la eficiencia computacional, la robustez y la precisión en estado estacionario. El MSOGI emerge como la solución más equilibrada y robusta, ofreciendo un excelente rendimiento dinámico con bajo rizado y transitorios controlados, todo ello con una carga computacional mínima del 5%. En contraparte, el EKF recursivo ajustado se especializa en la precisión final, logrando el menor error en estado estacionario de todos los métodos. Sin embargo, esta exactitud se obtiene a costa de una carga computacional prohibitiva del 40% y una respuesta transitoria menos amortiguada que la del MSOGI. Finalmente, se concluye que el EKF estacionario no representa un buen equilibrio, ya que su rendimiento es superado por el MSOGI, que es a la vez más robusto y computacionalmente más eficiente. En consecuencia, la selección depende de las prioridades del sistema.
Diseño e implementación de una red neuronal de entrenamiento mixto para el control de un flying capacitor trifásico de tres celdas
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Dawson Abd-El-Kader, Sofía Anette; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Electricidad; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
En la electrónica de potencia, los convertidores multinivel, como el de capacitores flotantes (FCC, del inglés Flying Capacitor Converter), destacan por su eficiencia y alta calidad en las formas de onda, aunque presentan desafíos complejos en su control, como la necesidad de mantener el balance de tensiones entre capacitores en tiempo real, evitando condiciones que comprometan su estabilidad. Las estrategias tradicionales, tales como el Control Proporcional-Integrativo (PI) y el Control Predictivo basado en Modelo (MPC, del inglés: Model Predictive Control), aunque son efectivas, enfrentan limitaciones en adaptabilidad y costo computacional, pues el control PI resulta poco adecuado para sistemas multivariables con dinámicas rápidas, mientras que el MPC, si bien ofrece una mejor dinámica de respuesta, presenta error en estado estacionario y además exige una capacidad de cómputo considerable para resolver optimizaciones en línea, lo que restringe su implementación en entornos con recursos limitados. Esto ha motivado la exploración de enfoques de control más flexibles e inteligentes, como las redes neuronales artificiales (ANN, del inglés: Artificial Neural Network). El presente trabajo se centra en el diseño e implementación de una estrategia de control avanzada basada en ANN para un convertidor FCC de tres celdas. A partir del estudio de controles tradicionales como el PI y el MPC, se desarrollaron dos enfoques novedosos: el primero constó de la integración de dos redes neuronales basadas en control lineal y control MPC, mediante un control por bandas de histéresis, y el segundo en una única red neuronal dual que combina características de ambos controles. Estos métodos fueron evaluados en simulaciones y en un prototipo experimental, evaluando su desempeño en términos de comportamiento en transitorios y estado estacionario, mediante el análisis de las corrientes y tensiones de salida. Los resultados muestran que la propuesta con ANN Dual se destaca por sobre la propuesta de unión de ANN mediante histéresis, principalmente debido a su adaptabilidad en el entorno experimental y a las limitantes de las redes neuronales utilizadas para el control de unión de ANN con histéresis. Los resultados confirman que la ANN Dual cumple con los objetivos planteados, mostrando un desempeño competitivo tanto en simulación como en aplicaciones reales. Sin embargo, se identificaron áreas de mejora, principalmente en el proceso de entrenamiento de la red, para aumentar su adaptabilidad a convertidores con parámetros variables y mejorar la calidad de las señales de salida. Este enfoque demuestra el potencial de las ANN para reemplazar y optimizar los controles tradicionales, reduciendo el costo computacional y ofreciendo sistemas más robustos y versátiles para aplicaciones avanzadas en la electrónica de potencia.
Diseño e instalación de un sistema de refrigeración para la puesta en marcha de equipo electrolizador-generador de hidrógeno verde
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-03) Brito Cádiz, Javier Ignacio; Mena Yanssen, Rafael; Departamento de Ingeniería Mecánica; Toledo Torres, Mario Gonzalo
La creciente demanda mundial de energía ha generado importantes desafíos en términos de sostenibilidad. Gran parte de esta energía aún proviene de fuentes fósiles como el carbón, petróleo y gas natural, las cuales generan altos niveles de emisiones de gases de efecto invernadero. Frente a este panorama, diversos países están impulsando estrategias de descarbonización energética a través del uso de fuentes limpias y renovables. En este contexto, el hidrógeno verde se posiciona como una alternativa prometedora, ya que permite almacenar y transportar energía limpia, y ofrece una solución viable para sectores difíciles de electrificar, como el transporte pesado, la industria química y la producción de acero. Chile, gracias a sus condiciones geográficas y climáticas favorables, ha declarado su intención de convertirse en uno de los principales productores de hidrógeno verde del mundo. En línea con esta estrategia nacional, la Universidad Técnica Federico Santa María está desarrollando una planta de hidrógeno verde mediante un electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM), modelo H4 Series de la empresa Nel Hydrogen. Este equipo es capaz de producir hasta 4 Nm^3/h de hidrógeno de alta pureza (99,9995%) mediante electrólisis de agua desionizada utilizando energía renovable. Para garantizar el correcto funcionamiento del electrolizador, es necesario cumplir con ciertos requerimientos técnicos, entre los cuales se encuentra la instalación de un sistema de refrigeración. Este sistema tiene como principal función mantener bajo control la temperatura del recinto de fluidos, enfriando tanto las pilas de celdas como el agua desionizada que circula por el sistema, permitiendo así una operación segura y eficiente del proceso de electrólisis. El presente trabajo se enfoca en el diseño, selección, instalación y puesta en marcha del sistema de refrigeración necesario para esta planta. A lo largo del documento, se revisa la información técnica entregada por el fabricante, se definen los requerimientos específicos del sistema de refrigeración, se comparan diferentes alternativas disponibles en el mercado, y se detalla el diseño e implementación de la alternativa seleccionada. Finalmente, se exponen las pruebas realizadas para validar el correcto funcionamiento del sistema en conjunto con el electrolizador, asegurando la continuidad operativa y el cumplimiento de los estándares de calidad requeridos para la generación de hidrógeno verde.
Diseño y construcción de una jaula corona para generación y medición de fenómenos asociados al efecto corona en líneas de transmisión
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Bozo Guajardo, Álvaro Antonio; Schurch Brandt, Roger Steffan; Departamento de Electricidad; Montaña Chaparro, Johny Hernán
El efecto corona es un fenómeno que se presenta en sistemas de alta tensión, generando pérdidas energéticas, ruido audible, radiointerferencia, entre otros. Su estudio experimental permite comprender mejor su comportamiento y diseñar soluciones que lo mitiguen. En este contexto, el presente trabajo tuvo como objetivo diseñar y construir una jaula corona funcional, con la cual se pudieran medir y analizar distintos fenómenos asociados a este efecto, en particular la medición de corriente de fuga en la jaula. Para ello, y apoyándose en la teoría existente, se diseñó y construyó una jaula corona de tipo cilíndrico, con un diámetro de 1 [m]. Esta jaula está compuesta por tres secciones: dos secciones cilíndricas conectadas a tierra, de 45 [cm] de largo cada una, y una sección de medición de 120 [cm] de longitud. Además, se implementó un sistema de montaje que permitiera mantener el conductor lo más tenso posible durante los ensayos. En las pruebas realizadas se utilizaron dos tipos de conductores, uno de aluminio y otro de cobre. El sistema fue energizado mediante una fuente de tensión en corriente alterna (AC), alcanzando hasta 100 [kV]. La corriente de fuga se midió mediante una resistencia shunt de 100000 [Ω], instalada en el exterior de la jaula y conectada a tierra. Las formas de onda de la corriente se observaron mediante un osciloscopio. Los resultados obtenidos indican que la jaula corona construida es efectiva para la medición de corrientes de fuga, como se evidenció en las gráficas adquiridas. Estas formas de onda correspondieron a pulsos cuya magnitud varió desde decenas de μA para el conductor de aluminio hasta centenas de μA para el conductor de cobre. Asimismo, se comprobó que las tensiones de inicio de corona calculadas teóricamente mediante la fórmula de Peek fueron superiores a las tensiones observadas experimentalmente, observándose inicio de efecto corona a tensiones menores. Esta diferencia se atribuyó principalmente a las condiciones ambientales durante las mediciones, siendo la humedad relativa un factor determinante. Otro aspecto relevante fue la diferencia observada en la magnitud de la corriente de fuga entre ambos conductores. El conductor de cobre presentó corrientes significativamente mayores que el de aluminio. Este resultado se atribuyó a las diferencias en el estado superficial de los materiales: mientras el cobre puede presentar microdefectos que intensifican localmente el campo eléctrico, el aluminio desarrolla naturalmente una capa de óxido que puede actuar como una barrera pasiva, atenuando dichos efectos.
Estudio de interfases dieléctricas sólidas en aisladores compuestos ante solicitación de alta tensión continua
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07-29) Ramírez Calderón, Iván Ignacio; Vivas, Leonardo Alfredo; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Schurch Brandt, Roger Steffan
La siguiente memoria de titulación, titulada “Estudio de interfases dieléctricas sólidas en aisladores compuestos ante solicitación de alta tensión continua”, tiene por objetivo principal investigar y caracterizar los procesos de degradación y actividad de descargas parciales (DP) en la interfaz sólido–sólido de componentes representativos de aisladores compuestos bajo excitación de corriente continua de alto voltaje (HVDC). Debido al creciente despliegue de sistemas de transmisión HVDC a nivel global y nacional, y en particular al proyecto “HVDC Kimal-Lo Aguirre” en Chile, resulta esencial comprender los mecanismos de degradación en las interfaz sólido–sólido, punto más débil en el sistema de aislamiento, que son propensos a sufrir descargas parciales (DP) y tracking interno. Para ello, se diseñaron y fabricaron probetas representativas de la interfaz sólido–sólido, conformadas por dos capas de material (resina epóxica MEPOX 1124U y silicona de goma RTV XL 8820T) de 100 × 50 × 4 mm, con electrodos de cobre en configuración punta-plano y un gap de 2 mm. El setup experimental se validó con ensayos preliminares en AC, utilizando como fuente un amplificador de señales en conjunto a un generador de señales (Trek 20/20C-HS 1:2000 y Rigol DG-1022). Posteriormente se realizaron ensayos en DC utilizando como fuente el equipo BAUR VLF FRIDA, además se registraron los ensayos con fotografías macro. El análisis de datos combinó métodos globales (indicadores IEC 60270: Q95, tasa de repetición (n), carga acumulada y tiempo a ruptura) y comparativos entre el inicio y fin de los ensayos, apoyados en histogramas y gráficos de DP y carga acumulada. Se aplicó además el Análisis de Secuencia de Pulso (PSA) para caracterizar correlaciones entre pulsos sucesivos bajo DC, e identificar variación en los patrones PSA a medida que evoluciona el ensayo. El análisis de los resultados muestran que la tensión de ensayo requerida para observar crecimiento de defectos en la interfaz con excitación DC es el doble a la excitación AC. Los bajos niveles de Q95 y n (70% y 99% menos) revelan baja actividad de DP en los ensayos DC. El comportamiento observado de las DP durante los ensayos presentan una fuerte variabilidad sin patrones definidos. No se observaron cambios en los patrones PSA durante el ensayo lo que indica comportamiento relativamente estable, lo que hace que se vuelva más difícil realizar diagnósticos y prevenir fallas. Un hallazgo importante fue el efecto del tiempo de preacondicionamiento en el tiempo a la ruptura (TTB), sugiriendo un fenómeno de memoria de carga en la interfaz(...).
Estudio, modelado, implementación numérica y estudio de casos de amplificadores a fibra Raman distribuidos en redes ópticas SDM
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06-27) Espinoza Aguayo, Agustín Dagoberto; Soto Hernández, Marcelo Alfonso; Departamento de Electrónica; Olivares Veliz, Ricardo
En este trabajo se analiza el desempeño de un amplificador óptico Raman distribuido de pocos modos (Few-Mode Distributed Fiber Raman Amplifier: FM-DRFA) con bombeo de segundo orden, en el contexto de redes ópticas con multiplexación por división espacial (Space Division Multiplexing: SDM) basadas en fibras de pocos modos (Few-Mode Fiber: FMF). Para ello se utilizan modelos matemáticos de estos amplificadores, los que se implementan en computador para luego realizar simulaciones y estudio de casos. En las simulaciones se evalúan diversos parámetros de interés, como la diferencia espectral de ganancia (Differential Spectral Gain: DSG), la diferencia de ganancia entre modos (Differential Modal Gain: DMG) y la figura de ruido, bajo distintas configuraciones y esquemas de bombeo. Con el fin de obtener un espectro de ganancia plano, con un mínimo la variación de ganancia modal, se emplea un algoritmo genético que optimiza el perfil de bombeo modal. Los resultados obtenidos indican la efectividad del proceso de optimización llevado a cabo. Se obtienen valores de DSG cercanos a 1 dB en cada modo para longitud de onda fija y 0.5 dB para longitud de onda variable. Mientras que el DMG se mantiene menor a 0.3 dB en todos los casos. Estos resultados demuestran la efectividad del enfoque propuesto para mejorar el desempeño de amplificadores SDM basados en fibras de pocos modos.
Evaluación crítica del modelo teórico del terreno de dos capas horizontales utilizando simulación computacional
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-09-15) Cortés-Monroy Rojas, Rodrigo Alberto; Angulo Cárdenas, Alejandro Alberto; Departamento de Electricidad; Montaña Chaparro, Johny Hernán
Esta memoria presenta un análisis crítico del modelo teórico de terreno compuesto por dos capas horizontales, aplicado a mediciones de resistividad mediante el método Wenner, utilizando simulaciones computacionales como herramienta principal de evaluación. La motivación central radica en la importancia de caracterizar adecuadamente el subsuelo para diseñar sistemas de puesta a tierra seguros y eficientes en instalaciones eléctricas, así como en la necesidad de evaluar la vigencia y limitaciones de los modelos teóricos tradicionales frente a condiciones reales más complejas. El trabajo se estructura a partir de una revisión detallada del marco teórico relacionado con la resistividad del suelo, los métodos de prospección eléctrica más utilizados, y los modelos matemáticos y gráficos empleados para representar la variabilidad eléctrica del subsuelo, con especial énfasis en la metodología gráfica de Sunde. Mediante el software COMSOL Multiphysics se modelaron más de 100 configuraciones de terreno, generando más de 14,000 simulaciones. Estas abarcaron desde escenarios ideales con dos capas horizontales hasta terrenos con tres capas y estructuras heterogéneas, como volúmenes rocosos. Se realizó un análisis de sensibilidad sobre parámetros clave, como resistividades y espesores, evaluando la precisión de los modelos equivalentes de dos capas, tanto con ajustes analíticos como gráficos. Los resultados indican que el modelo de dos capas, ajustado matemáticamente, presenta alta confiabilidad en terrenos que cumplen dicha configuración, con errores generalmente menores al 2%. No obstante, su precisión disminuye al incorporar capas adicionales, donde el ajuste gráfico ofrece mejores resultados. En suelos con heterogeneidades internas, como bloques rocosos, el modelo de dos capas se mantiene aplicable, dado que estas irregularidades tienden a quedar enmascaradas en la respuesta eléctrica global, dentro del rango de parámetros considerado. Como aporte principal, se propone una guía fundamentada para seleccionar el método de ajuste más adecuado en función de la forma de las curvas de resistividad aparente, facilitando su aplicación en campañas reales, incluso en ausencia de información previa sobre la estructura del subsuelo. En conclusión, esta memoria contribuye al conocimiento aplicado sobre la representatividad de los modelos teóricos en el análisis de resistividad del suelo, y entrega herramientas prácticas que permiten optimizar la interpretación de datos en terreno.
Evaluación de microturbinas de gas, celdas de combustible y motores de combustión interna operando en esquemas de cogeneración utilizando hidrógeno como combustible
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025) González Blanco, Fernando Mauricio; Amador Díaz, Germán Javier; Departamento de Ingeniería Mecánica; Leiva Illanes, Roberto
El presente documento realiza un estudio del efecto del hidrógeno en esquemas de cogeneración para 3 tecnologías. Este nace por medio del interés de ver cómo afectan, en términos de energía, economía y emisiones, la utilización de este combustible bajo el mercado chileno. Para la evaluación, se recopiló información técnica y económica de sistemas de cogeneración y equipos que operen con mezclas de hidrógeno. A partir de aquello se desarrolló un modelo de despacho que simule el funcionamiento de cada componente de la planta de cogeneración, obteniendo resultados ligados al dimensionamiento, producción energética, emisiones, ahorros de combustible, ingresos, consumos y flujos de caja para cada demanda y tecnología. Asimismo, se estudió cómo afecta la variabilidad en los precio del combustible y la electricidad en el valor actual neto del proyecto. Los resultados muestran que la producción eléctrica aumentó en un 10% para los motores y en un 37% para las celdas de combustible, mientras que en las microturbinas se registró una disminución del 6%. En cuanto a la energía térmica, el uso de hidrógeno se tradujo en una reducción promedio del 38% en la generación de energía térmica. Respecto a las emisiones respecto al caso inicial, el hidrógeno redujo en un 9,8% las emisiones de los motores de combustión, en un 3,1% en las microturbinas y en un 82% en las celdas de combustible. Por otro lado, en términos de factibilidad, no se identificaron casos en los que los proyectos con hidrógeno resultaran viables. Sin embargo, el análisis de variabilidad indicó que, con una disminución del 90% en el costo del combustible, los proyectos serían viables para los motores y las microturbinas(...).