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 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.
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.
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 de una 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 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 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. Este fenómeno, respaldado por estudios previos, indica que la acumulación de carga espacial podría estabilizar el campo eléctrico en la interfaz y reducir la actividad de DP. En la misma línea, los ensayos con grandes escalones de tensión o inversión de polaridad no produjeron ruptura, lo cual también podría estar relacionado con una estabilización temporal del sistema dieléctrico tras el transitorio. Estos resultados permiten concluir que, aunque las DP en DC son menos intensas y frecuentes, también son más difíciles de interpretar y diagnosticar. La evolución de defectos ocurre de forma más errática y silenciosa, lo cual plantea nuevos desafíos para el monitoreo y la confiabilidad de sistemas HVDC.
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 técnica y económica de la extracción selectiva de litio mediante solventes eutécticos profundos
(Universidad Técnica Federico Santa María, 1999) Ortiz Toledo, Catalina Rafaella; Constanzo Rojas, Robinson; Departamento de Ingeniería de Minas, Metalurgia y Materiales; Barrueto Polanco, Yahaira Ivette
Una de las problemáticas actuales para la producción de productos de litio es el tiempo requerido por el proceso convencional, esto debido la evaporación solar puede tardar hasta 18 meses en concentrar la salmuera y obtener compuestos como carbonato o hidróxido de litio. Este alto tiempo representa una limitación crítica frente a la creciente demanda mundial por litio, especialmente en el contexto de la transición energética y el crecimiento de la industria de vehículos eléctricos. Además, en Chile actualmente no se produce litio metálico, a pesar de contar con condiciones geológicas favorables y una posición estratégica en el mercado global. Frente a esta situación, el presente trabajo propone y evalúa un proceso alternativo para la obtención de litio metálico a partir de salmuera, combinando extracción por solvente y electrodeposición, con el uso de disolventes eutécticos profundos como medio extractante. Estos solventes se destacan por su bajo impacto ambiental, baja volatilidad y alta selectividad hacia el ion litio, lo que los convierte en una opción prometedora frente a solventes orgánicos tradicionales. Con base en lo anterior, se desarrollaron y analizaron cuatro escenarios distintos, que varían según el tipo de salmuera y el tipo de DES empleado. Cada uno fue evaluado desde el punto de vista técnico y económico. Los resultados demostraron que el Escenario 3, basado en salmuera sulfatada y una sola etapa de extracción con el sistema DES compuesto por N8881Cl/DecA, ofrece el mejor balance de masa y económico general. Este escenario logró una eficiencia global del 43%, un VAN de 6,760 MUSD, una tasa interna de retorno del 30% y un payback de 3.4 años, todo con una demanda significativamente menor de salmuera y DES en comparación con los demás escenarios. Este enfoque no solo resulta viable desde el punto de vista económico, sino que también contribuye a reducir el impacto ambiental asociado al proceso de obtención de litio.
Factibilidad del uso de MOF's como base para preparar nanofluidos dieléctricos
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Steilen Sandoval, Joaquin Alexander; Ardila Rey, Jorge Alfredo; Departamento de Electricidad; Vivas, Leonardo Alfredo
Los transformadores eléctricos son una pieza esencial en la transmisión y distribución de energía, y dependen del uso de aceites dieléctricos para asegurar tanto el aislamiento interno como la disipación del calor generado durante su funcionamiento. Dado que los costos asociados al uso de estos aceites son elevados, ha surgido un interés creciente por encontrar alternativas que permitan reducir gastos y prolongar su vida útil sin comprometer el rendimiento. En este contexto, el uso de nanofluidos ha cobrado importancia en los últimos años como una solución viable para mejorar la eficiencia térmica en transformadores. Los nanofluidos consisten en suspensiones de un fluido base, como aceite o agua, que contienen nanopartículas metálicas o de óxidos, las cuales buscan incrementar notablemente la capacidad del fluido para transferir calor. Entre estos aditivos, las estructuras metalorgánicas (MOF) han captado gran atención debido a sus propiedades singulares, como su alta porosidad, amplia superficie específica y la posibilidad de ser diseñadas a nivel molecular. Estas características convierten a los MOF en candidatos muy prometedores para la formulación de nanofluidos más eficientes y estables en aplicaciones eléctricas. El presente trabajo explora la viabilidad de emplear MOF como base para la elaboración de nanofluidos dieléctricos. Para ello, se prepararon tres tipos distintos utilizando MOF de níquel, cobalto e hierro-molibdeno, los cuales fueron dispersados en aceite sintético estabilizado con ácido oleico. Se realizaron pruebas de rigidez dieléctrica y análisis de estabilidad mediante espectroscopía UV-VIS, con el fin de evaluar el comportamiento de las nanopartículas en suspensión y su efecto sobre las propiedades del fluido. Los resultados obtenidos permiten comparar el rendimiento de estos nanofluidos con el de los aceites tradicionales, aportando evidencia sobre su posible aplicación práctica en el sector energético.
Metodología para la obtención de los parámetros eléctricos del suelo en función de la frecuencia.
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06) Rodríguez Canseco, Vicente Alejandro; Angulo Cárdenas, Alejandro Alberto; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Montaña Chaparro, Johny Hernán
La caracterización de la resistividad y la permitividad del suelo es un aspecto fundamental en el diseño de sistemas de puesta a tierra. Aunque las mediciones a baja frecuencia han sido tradicionalmente suficientes, estudios recientes han evidenciado que estos parámetros dependen de la frecuencia, afectando el desempeño ante eventos transitorios. Investigaciones recientes han destacado la necesidad de incluir la variación de frecuencia de los parámetros del suelo para mejorar la precisión de las simulaciones. Los métodos convencionales, como el uso de electrodos hemisféricos, presentan limitaciones en frecuencias altas por su susceptibilidad a errores de contacto y requerimientos espaciales. En respuesta, se han desarrollado configuraciones más compactas y precisas, como los arreglos con electrodos tipo varilla. Este trabajo busca calcular la resistividad y la permitividad del suelo en función de la frecuencia, utilizando formas funcionales de la literatura y métodos de estimación de parámetros basados en mediciones experimentales. Para ello se establecieron un conjunto de configuraciones de electrodos para medir los parámetros eléctricos del suelo en función de la frecuencia, utilizando profundidades y distancias de separación menores a 5 metros. Considerando lo anterior, se realizaron mediciones en un terreno seleccionado para obtener los parámetros eléctricos del mismo, utilizando señales tipo impulso Así, se calcularon los parámetros eléctricos del suelo a partir de las mediciones en terreno utilizando métodos de estimación. Finalmente, se compararon los resultados de la estimación de parámetros con los datos obtenidos en modelos analíticos existentes y se seleccionó la configuración más adecuada de electrodos.
Optimización de producción de hidrógeno verde a través de control MPC
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08) Fernández Vilches, Gustavo Javier; Cedeño Nieto, Ángel Leonel; Silva Jiménez, César Armando; Departamento de Electrónica; Aguero Vásquez, Juan Carlos
Este trabajo propone un esquema de control basado en modelos que utiliza programación lineal para una planta de hidrógeno verde con almacenamiento en baterías. El objetivo de control es maximizar la producción de hidrógeno ajustando la carga o descarga de un banco de baterías. El algoritmo de control se alimenta con información sobre la producción solar y el estado de las baterías durante una semana para determinar la cantidad óptima de energía a almacenar en las baterías con el fin de maximizar la producción horaria de $H_2$. Las simulaciones se realizan con diferentes valores de horizonte de predicción y utilizando diferentes algoritmos de resolución. Los resultados indican que el uso de un horizonte de predicción más largo favorece la robustez del banco de baterías ante posibles escenarios no programados y la elección de un algoritmo de resolución está sujeta a varios factores, incluido el uso de la memoria de la computadora y el estrés de carga y descarga de la batería.
Optimización de un motor de reluctancia conmutada mediante uso de software de elementos finitos
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-11) López Alvarado, Álvaro Felipe; Juliet Aviles, Jorge Andres; Departamento de Electricidad; Angulo Cardenas, Alejandro Alberto
Este estudio aborda la optimización de una máquina de reluctancia conmutada (MRC) para evaluar su desempeño en comparación con un motor sincrónico de imanes permanentes, enfocado en aplicaciones de torque automotriz. La optimización se realizó empleando los programas de análisis por elementos finitos de Ansys, recientemente adquiridos por la Universidad Técnica Federico Santa María. El objetivo de esta comparación fue determinar si las MRC pueden competir con las máquinas líderes en el sector automotriz, como los motores sincrónicos y asincrónicos. Para esto, los resultados obtenidos se complementaron con datos de la literatura, permitiendo un análisis de factores como rendimiento, costo, producción, mantenimiento, control y operación. Los resultados indican que las MRC presentan una competitividad limitada en aplicaciones de torque automotriz. A pesar de sus ventajas, como resistencia a condiciones adversas, capacidad para operar a altas temperaturas, alto torque inicial, bajo costo de materiales y adecuado control de torque y velocidad, su desempeño se ve comprometido en aspectos clave como la eficiencia, variabilidad del torque, peso y volumen, que resultan fundamentales en este ámbito. En cuanto a los programas utilizados, Ansys Electronics Desktop y Ansys Motor-CAD ofrecen amplias capacidades de simulación para productos y máquinas eléctricas y electrónicas; sin embargo, se encuentran en una fase inicial en cuanto a la optimización de MRC. Aunque estos programas permiten modelar dichas máquinas, sus funcionalidades de optimización son limitadas y se enfocan principalmente en modelos previamente optimizados.
Plataforma computacional para el diseño de mallas de puesta a tierra basada en black box optimization
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07-21) Rojas Reyes, Nicolás Esteban; Angulo Cárdenas, Alejandro Alberto; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Montaña Chaparro, Johny Hernán
En este trabajo de memoria se desarrolla una plataforma computacional orientada al diseño automatizado de sistemas de puesta a tierra, utilizando técnicas de optimización tipo black box. Se implementa un algoritmo basado en la metaheurística de optimización por enjambre de partículas (Particle Swarm Optimization, PSO), con el objetivo de reducir la cantidad de material conductor empleado sin comprometer los criterios de seguridad eléctrica establecidos por la norma IEEE Std 80-2013. La plataforma integra una interfaz gráfica que permite al usuario configurar parámetros del terreno, restricciones de diseño y visualizar tanto la configuración geométrica resultante como las tensiones de paso y contacto asociadas. Se valida el modelo mediante casos teóricos, y se estudia un caso de referencia extraído de la norma, adaptado para posibilitar una comparación directa. Los resultados demuestran que es posible obtener configuraciones no convencionales técnicamente viables, que ofrecen ahorros sustanciales en longitud de conductor y costos totales. Asimismo, se identifican limitaciones del modelo actual, como la exclusión de electrodos verticales y la restricción a una ´única capa, proponiendo como líneas de trabajo futuro la ampliación del modelo a escenarios más realistas y complejos mediante la incorporación de nuevas técnicas de optimización y validaciones experimentales.
Pronóstico de la producción de hidrógeno verde a partir de energía solar en el Norte de Chile utilizando modelos de machine learning y econométricos
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-08-01) Canales Carrasco, Alfredo Alonso; Pincheira Sarmiento, Bernardo Eugenio; Departamento de Industrias; Demarco Bull, Rodrigo Andrés
Este estudio aborda la predicción de irradiancia solar en el norte de Chile, específicamente en la región de Antofagasta, con el objetivo de estimar el potencial de generación eléctrica y la producción diaria de hidrógeno verde (H2) en kilogramos por metro cuadrado (kg/m²). Se implementaron modelos de machine learning (LSTM, BiLSTM, SVM) y modelos econométricos (ARIMAX, SARIMAX), evaluando su rendimiento con y sin descomposición temporal mediante CEEMDAN. Los datos se segmentaron por estaciones del año y se realizaron análisis estadísticos y pruebas de estacionariedad. Los resultados muestran que los modelos de machine learning superaron a los modelos econométricos en todas las métricas. En particular, la red BiLSTM con CEEMDAN obtuvo el mejor desempeño general, alcanzando valores de R2 cercanos a 1 y errores significativamente bajos.(...)