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Análisis comparativo de cápsulas plásticas para uso material de cambio de fase en un entorno de materiales livianos.
(Universidad de Concepción, 2025) Zúñiga Muñoz, Pablo Vicente; Medina Muñoz, Carlos Andrés; Cuevas Barraza, Cristian Alberto
La climatización de edificaciones livianas y su baja inercia térmica representan un desafío para la eficiencia energética. En este contexto, los materiales de cambio de fase (PCM) han surgido como una alternativa para mejorar la regulación térmica natural, permitiendo almacenar y liberar energía en forma de calor latente. Sin embargo, su desempeño térmico depende de la forma de encapsulación y la interacción con los elementos de la aplicación en que se ocupe. Este estudio analiza el impacto de la forma y orientación de cápsulas plásticas de PCM en la estabilidad térmica de un sistema de materiales livianos, evaluando tres tipos de encapsulación (simple, tubos y cuadros) fabricadas con PVC y wax de parafina como PCM. Se realizaron ensayos experimentales en un banco de pruebas compuesto por cubos instrumentados con sensores de temperatura, expuestos a condiciones ambientales en dos configuraciones: vertical, ubicando las cápsulas en una posición similar al de estar inmersos en una pared, y horizontal, donde las cápsulas están instaladas como cielo falso de una construcción. Los resultados indican que la geometría del encapsulado influye significativamente en la regulación térmica del aire interior. En la configuración vertical, la cápsula Cuadros mostró una reducción de hasta 22.81% en la amplitud térmica diaria, atribuida a la compartimentación del PCM, que minimiza la convección interna y mejora la estabilidad térmica. Sin embargo, la cápsula Tubos, pese a tener compartimentos más pequeños, presentó un menor desempeño debido a la mayor cantidad de juntas internas, las cuales generan puentes térmicos que pueden dificultar la transferencia de calor dentro del encapsulado. En la configuración horizontal, donde la gravedad tiene menor influencia en la redistribución del PCM, las diferencias entre diseños fueron menos pronunciadas, con un desempeño levemente superior del diseño simple, debido a la ausencia de estos puentes térmicos. Además, se observó el fenómeno de subenfriamiento en la solidificación del PCM, donde el material permaneció en estado líquido por debajo de su temperatura de fusión antes de cristalizar, lo que afecta la eficiencia del almacenamiento térmico. Estos hallazgos aportan al diseño de estrategias de encapsulación optimizadas para PCM en construcción liviana, evidenciando que la compartimentación mejora la estabilidad térmica en ciertas orientaciones, pero una reducción excesiva del tamaño de los compartimentos puede aumentar la resistencia térmica. Como trabajo futuro, se propone optimizar la geometría del encapsulado, evaluar su desempeño en diversas condiciones climáticas e investigar la viabilidad comercial de esta tecnología como solución sostenible para la eficiencia energética en edificaciones.
Análisis de la factibilidad técnica de la suplementación en la intermitencia de recursos en la producción de hidrógeno verde con la gasificación por plasma de RSU en la región del Bío-Bío.
(Universidad de Concepción, 2024) Elgueta Caorsi, Ignacio Andrés; Blanco Machín, Einara
Los vertederos de recolección de residuos municipales se encuentran en un crítico estado en la región del Bío-Bío, acercándose varios a su máxima capacidad y teniendo el principal acopio del gran Concepción clausurado el 2023 por las autoridades gubernamentales por llegar a su límite y generar daños significativos a las comunidades aledañas. La problemática también abarca distintas zonas del país, con transportes de residuos de Hualpén a Ñuble y de Ancud a Los Ángeles. La necesidad de buscar alternativas al manejo de residuos se caracteriza como urgente. En el mismo contexto de tomar nuevas medidas con enfoque medioambiental, se sitúa la intermitencia en el recurso eólico renovable como un problema que significa un bajo factor de planta para la producción de hidrógeno verde. En este contexto, el trabajo se centra en analizar la factibilidad en la suplementación del recurso eólico disponible a partir de la gasificación por plasma de residuos sólidos urbanos, así logrando un aumento en el factor de planta al mismo tiempo que se aborda la problemática de gestión de residuos. Los sistemas de gasificación por plasma presentan un mejor aprovechamiento de los residuos, ya que permiten la gasificación completa con sus altas temperaturas y la obtención de un syngas con un poder calorífico mayor al de otros sistemas tradicionales de gasificación. Esta tecnología aplicada se simula en el software Aspen Plus, que permite modelar sistemas termoquímicos y caracterizar un syngas a partir de la definición de los RSU, su flujo másico y su composición. Los resultados de la simulación son similares a la literatura explorada, con un PCI de 11,97 MJ/kg para el syngas y un valor de 0,878 kW para gasificar un kilogramo de RSU. Se definió un caso base de producción de hidrógeno verde a partir de recursos eólicos en la región, donde el factor de planta trató como el indicador principal de la suplementación a estudiar. Se encontró un aumento del 48,97% del factor de planta, casi llegando a un factor ideal con un 0,997. También se relacionó que, por cada 1kg de hidrógeno verde producido, se involucran 11,23 kg de residuos.
Análisis de la influencia de la tasa de quemado en las emisiones de material particulado generadas por cocina a leña, utilizando un método óptico para medición de material particulado.
(Universidad de Concepción, 2024) Puentes Uribe, Reinaldo Alberto; Farías Fuentes, Óscar Francisco; Jiménez del Río, Jorge Rodrigo
El presente estudio aborda la influencia de la tasa de quemado en las emisiones de material particulado generadas por cocinas a leña, empleando un método óptico basado en el sensor PMS5003 para la medición instantánea de dichas emisiones. Este trabajo se enmarca en la importancia de la biomasa como fuente energética renovable y su relevancia en Chile, donde la combustión de leña es una de las principales fuentes de contaminación atmosférica. El enfoque experimental considera las características específicas de las cocinas a leña y busca proporcionar soluciones técnicas y modelos que optimicen su uso, minimizando el impacto ambiental. Entre los objetivos alcanzados, se destaca el desarrollo y validación del método óptico para la medición de material particulado. La implementación del sensor PMS5003 permitió obtener datos en tiempo real, los cuales fueron comparados con el método isocinético convencional, mostrando una alta correlación entre ambos, con un coeficiente de determinación (R²) de 0.97. Adicionalmente, se formuló un modelo adimensional para representar la tasa de quemado, estableciendo una relación directa con las emisiones de material particulado, lo que valida su aplicabilidad para diferentes configuraciones de operación de la cocina. Los resultados experimentales demuestran que el tiraje medio proporciona mejores condiciones para una combustión eficiente y controlada en comparación con el tiraje abierto. En esta configuración, las emisiones de material particulado y monóxido de carbono (CO) son considerablemente menores, lo que optimiza el uso del combustible y reduce el impacto ambiental. El modelo propuesto mostró una excelente correlación con los datos experimentales, especialmente durante la fase de ignición, donde se obtuvo un error promedio del 6.96%. En el caso más desfavorable, correspondiente a la etapa de burnout, se registró un error promedio de 27.34%, lo que valida su capacidad para predecir de manera precisa el comportamiento de la combustión. En conclusión, la configuración de tiraje medio es recomendada para operar la cocina Alcázar M-70, ya que minimiza las emisiones de material particulado y CO, al tiempo que mejora la eficiencia térmica del sistema. El desarrollo de herramientas como el método óptico y el modelo adimensional contribuye significativamente al diseño de soluciones más sostenibles, ofreciendo un enfoque técnico y práctico para mejorar la calidad del aire y el desempeño energético en el uso de cocinas a leña.
Análisis de parámetros que influyen en el rendimiento de un recuperador de calor a condensación instalado en cocina a leña.
(Universidad de Concepción, 2024) Daza Meza, Mateo; Farías Fuentes, Óscar Francisco; Ramírez Menay, Roberto Enrique
El uso de tecnologías eficientes para reducir los impactos ambientales derivados de la combustión de leña y optimizar los recursos energéticos es una prioridad, especialmente en comunidades donde la biomasa es un recurso accesible y económico. En Chile, el 70 % de las viviendas rurales utiliza biomasa como principal fuente de calefacción, lo que contribuye significativamente a los altos niveles de emisiones contaminantes, especialmente en la zona sur, donde la combustión de leña genera el 90 % del material particulado fino durante el invierno. En este trabajo, se analiza un prototipo de recuperador de calor por condensación integrado en una cocina a leña. Este dispositivo fue diseñado para mejorar la eficiencia energética y mitigar el impacto ambiental mediante la implementación de un modelo térmico unidimensional. El estudio combina un modelo teórico en régimen transitorio, desarrollado en EES, con experimentos realizados en un banco de pruebas. Esto permite predecir las temperaturas del agua, de los gases y el rendimiento del sistema. El prototipo de recuperador de calor evaluado en este estudio alcanza un rendimiento del 90 % y cuenta con un tanque de 50 litros que permite calentar agua desde 20 °C hasta 60 °C, recuperando 12,6 MJ de energía, equivalente a una potencia de 3,33 kW. Además, reduce la temperatura de los gases de salida a 50 °C, lo que optimiza la transferencia de calor y minimiza las pérdidas energéticas. Su implementación logra disminuir el consumo de biomasa en un 40 % en comparación con el uso de una cocina a leña sin el recuperador. El modelo utilizado predice la temperatura del agua de salida del recuperador con un error inferior al 5 %, mientras que el error en la predicción de la temperatura de los gases de salida alcanza hasta un 15 %. Este último resultado se atribuye a las simplificaciones realizadas en el cálculo de las propiedades térmicas y a la omisión de la radiación de gases. En cuanto al rendimiento, el error promedio varía entre un 5 % y un 12 %.
Análisis en CFD del efecto de la porosidad de los soportes metálicos sobre los gradientes térmicos en una celda de combustible de tipo SOFC.
(Universidad de Concepción, 2025) Barros Díaz, Pacao Andrés; Escalona Inzunza, Andrés René; Cuevas Barraza, Cristian Alberto; Sanhueza Gómez, Felipe Abner
La presente Memoria de Título investiga el comportamiento térmico y electroquímico de celdas de combustible de óxido sólido tipo plana (SOFC) con soporte metálico, analizando el efecto de la porosidad de los soportes sobre los gradientes térmicos. Se analizan problemas relacionados con las tensiones térmicas en materiales cerámicos, las cuales pueden ocasionar problemas como delaminaciones y grietas debido a altos gradientes térmicos. Mediante simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) en ANSYS Fluent, se estudian configuraciones con porosidades en los soportes desde 0.2 hasta 0.8, manteniendo constante la porosidad en los electrodos. Los resultados muestran que la porosidad de los soportes impacta en el rendimiento térmico y electroquímico. Un aumento en la porosidad mejora la difusión de reactantes hacia la zona de reacción en la frontera de triple fase (TPB), aumentando la densidad de corriente y la potencia generada. Sin embargo, para porosidades muy altas en los soportes se generan cuellos de botella en la difusión de especies, limitando el transporte efectivo de reactantes y, por ende, la eficiencia de la celda. Además, el aumento de porosidad reduce la capacidad de los soportes para distribuir el calor producido por las reacciones electroquímicas, lo que provoca un aumento en los gradientes térmicos. A partir de porosidades mayores a 0.5, en ciertas zonas de los electrodos, cercanas a la zona del INLET, estos gradientes pueden superar los 10 [°C/cm], comprometiendo la estabilidad estructural de la celda. Esta concentración de grandes gradientes térmicos es explicada debido a la intensificación de las reacciones electroquímicas por la mayor concentración de reactantes y el salto térmico de los gases al alcanzar la zona de reacción. Se identifica una porosidad óptima de 0.4 para los soportes metálicos, ya que equilibra la distribución térmica y el transporte de reactantes, optimizando el rendimiento de la celda y manteniendo los gradientes térmicos dentro de límites seguros para su durabilidad. Se destaca además la necesidad de estudios adicionales que incluyan heterogeneidades microestructurales, la difusión de knudsen, propiedades térmicas anisotrópicas y el comportamiento a largo plazo de los materiales bajo. Los hallazgos en este informe representan un avance significativo en el diseño de SOFC más eficientes y duraderas, especialmente para aplicaciones estacionarias de generación de energía, abriendo la puerta a futuros trabajos e investigaciones que permitan optimizar el desempeño y reducir fallas estructurales en este tipo de celdas.
Análisis multidimensional de la integración de una celda de combustible SOFC en una planta de generación de energía eléctrica de ciclo combinado.
(Universidad de Concepción, 2025) Roa Brüning, Claudio Andrés; Escalona Inzunza, Andrés René; Cuevas Barraza, Cristian Alberto
Este estudio evalúa la viabilidad técnica, económica y ambiental de integrar una SOFC en el ciclo combinado de una planta real en Chile, utilizando un modelo 0-D para dimensionar la SOFC. Sobre esta base, se diseña un sistema híbrido SOFC-TG-TV de 180 MW netos, que opera a densidades de corriente de potencia máxima de la celda de 2,755 𝐴/𝑐𝑚² (𝐻₂) y 2,673 A/cm² (𝐶𝐻₄). El módulo de SOFC-𝐻₂ desarrolla 67,71 MW (36,33% de aporte), mientras que el de 𝐶𝐻₄ entrega 58,52 MW (32,43%). En cuanto a eficiencia global, se obtuvieron valores de 60,56% y 57,32%, presentando grandes mejoras frente al caso base escogido. Para 2025, el LCOE resulta de 0,218 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑊ℎ (𝐻₂) y 0,122 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑊ℎ (𝐶𝐻₄), así mismo, el caso 𝐻₂ retorna la inversión en 10 años, mientras que el 𝐶𝐻₄ alcanza un payback en el año 1. Además, un análisis de sensibilidad evidencia mayor estabilidad económica del 𝐶𝐻₄. Desde el punto de vista ambiental, el 𝐻₂ elimina el 100% de las emisiones de 𝐶𝑂₂ y el 𝐶𝐻₄ las reduce en un 55% respecto al ciclo base. De este modo, el caso 𝐻2 del sistema SOFC-TG-TV combina rendimiento técnico y superioridad en términos ambientales, mientras que el caso 𝐶𝐻4 se presenta de forma atractiva en la rentabilidad económica.
Análisis técnico económico del uso de Baterías de Carnot como fuente de almacenamiento energético y uso en plantas térmicas
(Universidad de Concepción, 2025) Contreras Alarcón, Ángela Praxedes; Cuevas Barraza, Cristian Alberto; Escalona Inzunza, Andrés René
El presente trabajo aborda el desafío de reconvertir centrales termoeléctricas a carbón retiradas o en proceso de retiro en Chile, mediante la implementación de sistemas de almacenamiento térmico tipo batería de Carnot, con el objetivo de aprovechar el vertimiento de energías renovables variables como la solar y eólica, y avanzar hacia un sistema eléctrico más flexible y descarbonizado. El estudio se enfoca en dos casos representativos: la central Cochrane, ubicada en Mejillones, y la central Santa María, en Coronel, centrales con condiciones de operación distintas y regiones con condiciones climáticas contrastantes. La metodología empleada consistió en modelar un sistema de almacenamiento térmico acoplado a una bomba de calor (P2H) para la carga, y el ciclo Rankine de cada central para la descarga, utilizando aire como fluido de trabajo en la bomba de calor y sales solares como medio de almacenamiento. Se aplicaron balances de masa, energía, junto con análisis de sensibilidad térmica, para evaluar el comportamiento del sistema bajo distintos escenarios climáticos anuales caracterizados con datos del software Meteonorm. Además, se realizó una estimación económica basada en precios de compra de energía como cliente libre y potenciales ingresos por venta al sistema eléctrico. Los resultados indican que el ciclo de bomba de calor logra un COP de hasta 1,525 en Cochrane, favorecido por temperaturas ambientales más elevadas y menores temperaturas de retorno del sistema de almacenamiento. En contraste, Santa María alcanza un COP de 1,461, debido a sus menores temperaturas ambiente durante gran parte del año. En la fase de descarga, la central Santa María presentó una eficiencia térmica superior de un 50􀯗% respecto a Cochrane con un 32􀯗%, debido principalmente a una menor presión de condensación. El análisis económico muestra que ambos casos resultan viables en escenarios con precios competitivos de compra, especialmente en contextos de alto vertimiento renovable. En conclusión, los resultados demuestran la viabilidad técnica y económica de las baterías de Carnot como alternativa para la reconversión de centrales a carbón, especialmente en zonas con alta disponibilidad de energía renovable no utilizada. Sin embargo, se reconoce que esta tecnología aún se encuentra en etapa de maduración, sin aplicaciones a gran escala, por lo que su implementación debe ser cuidadosamente evaluada y perfeccionada en futuras investigaciones y desarrollos tecnológicos.
Análisis técnico-económico-ambiental de la implementación de sistemas de refrigeración con co2 en supermercados de Chile.
(Universidad de Concepción, 2025) Barriga Zambrano, Fabian Ignacio; Cuevas Barraza, Cristian Alberto
El presente proyecto da una solución a la problemática del uso de los refrigerantes convencionales hidrofluorocarbonos (HFC), los cuales emiten un 2% de las emisiones de gases efecto invernado a nivel mundial, y que de acuerdo con la enmienda de Kigali deberán tener una reducción paulatina de su uso, donde para el caso de Chile al año 2045 deberá reducir a un 20% el uso de los HFC. Este proyecto se centra en el uso de dióxido de carbono (R744) como refrigerante para supermercados de Chile, proponiendo tres sistemas que utilizan este refrigerante, los cuales son: Booster convencional, con compresor paralelo y con eyector. Además, se propone un cuarto sistema que utiliza R404A como refrigerante, el cual servirá como referencia para realizar una comparativa con las configuraciones que usan el refrigerante natural R744. Estos sistemas de refrigeración se estudiarán en ocho ciudades chilenas diferentes. Se estudia un supermercado con una superficie de 3000 m2, el cual tendrá una capacidad de refrigeración de 147,1 [kW] y 35,9 [kW] para los evaporadores de media y baja temperatura, respectivamente, esta capacidad frigorífica variará con respecto a un factor de carga. Los sistemas utilizan compresores a pistón y Scroll, para ambos tipos de compresores se analizará un modelo matemático, el cual describirá su funcionamiento, y los resultados se compararán con valores de catálogos. Los condensadores/gas cooler se analizarán por medio del modelo matemático pinch point. Se estudia el comportamiento climático de las ocho ciudades seleccionadas durante un año meteorológico típico. Las componentes seleccionadas son del fabricante Copeland en el caso de los compresores, Danfoss para el eyector y las válvulas de expansión, y RIVACOLD para el condensador y gas cooler de los sistemas. Se obtuvieron resultados de COPs de 1,25, 1,54, 1,69 y 1,86 para los sistemas Booster con R404A, Booster convencional, con compresor paralelo y con eyector, respectivamente, a una temperatura ambiente de 35°C. Se llegaron a reducciones de consumo energético de los sistemas Booster convencional, con compresor paralelo y con eyector, respecto al sistema con R404A de 3,6%, 12,3% y 22,6% en la ciudad de Calama, respectivamente, y de 21,4%, 25,6% y 37,2% en Punta Arenas para los mismos sistemas. Los sistemas con R744 redujeron entre un 77,5% y 88,1% el valor del TEWI respecto al sistema con R404A. Los sistemas Booster con R744 tuvieron costos operacionales más bajos que el sistema Booster con R404A.
Conservación de la energía a través del uso de lubricantes especiales.
(Universidad de Concepción, 2025) Brunner Schalchli, Martín José; Canales Cárdenas, Cristian Alexis
La presente investigación tiene como objetivo evaluar el ahorro energético asociado al uso de lubricantes con aditivos especiales en reductores de velocidad industriales, operando bajo condiciones reales de planta. Para ello, se diseñó una metodología dual: una teórica, aplicada al caso nominal del sistema, y otra experimental, basada en técnicas predictivas de mantenimiento enfocadas en el monitoreo de variables eléctricas, térmicas y vibracionales. El estudio comparó el rendimiento de dos lubricantes ISO VG 220: Royal Purple Synergy 220 cSt y Mobil SHC 630 220 cSt. Los resultados teóricos evidenciaron que el lubricante Synergy 220 cSt permite reducir las pérdidas energéticas en un 18%, lo que se traduce en un incremento de eficiencia del orden de 1.38% a 1.54% en un reductor de tres etapas helicoidal. No obstante, la validación experimental de estos resultados se vio limitada por dos factores clave: i) la presencia de diferencias vibracionales entre los equipos evaluados, y ii) la elevada incertidumbre del equipo de medición de corriente (SUPCO DVCV), cuyo error absoluto supera el umbral necesario para una validación estadísticamente confiable. Por tanto, aunque la hipótesis de lograr un ahorro energético superior al 3% se cumple teóricamente, no pudo ser confirmada de forma concluyente en condiciones de planta. A pesar de estas limitaciones, el estudio demuestra el alto potencial del uso de lubricantes avanza dos como una herramienta efectiva para mejorar la eficiencia energética en entornos industriales. Esta línea de acción cobra especial relevancia en el marco de la Ley 21.305 sobre Eficiencia Energética, que obliga a grandes consumidores a implementar sistemas de gestión energética. Como trabajos futuros, se propone la incorporación de instrumentación de mayor precisión en terreno, como el multímetro Fluke 289 con pinza i30 y sensores de vibración triaxiales. Asimismo, se sugiere el desarrollo o utilización de un banco de ensayos tipo FZG, que permita replicar condiciones controladas, estandarizadas y comparables para validar con mayor certeza el impacto real del lubricante sobre la eficiencia del sistema.
Desarrollo de estrategias de mantenimiento para la gestión de equipos críticos a través de análisis de confiabilidad en la empresa CMPC Pulp planta Santa Fe.
(Universidad de Concepción, 2025) Fuentealba Cisternas, Joaquín Francisco; Canales Cárdenas, Cristian Alexis; Arcaya Chirinos, Félix
La presente memoria de título tiene como objetivo desarrollar una metodología estructurada que permita definir estrategias de mantenimiento para equipos críticos A de Planta Santa Fe que actualmente no cuentan con una estrategia asociada. El trabajo comprende la consideración de impacto económico y productivo, herramientas basadas en análisis de confiabilidad y validación mediante metodología FMECA, acorde tanto a normativa nacional, internacional y estándares internos de planta. Inicialmente, se verifica el análisis de criticidad realizado por la UC&GA de planta, seleccionando equipos de alta criticidad (A) que no presenten plan de mantenimiento asociado. Posteriormente, se analizan las estrategias y directrices de mantenimiento presentes actualmente, detectando brechas y oportunidades de mejora. Con el fin de caracterizar el historial de falla de los equipos seleccionados, se aplica el modelo de Weibull, el cual responde con parámetros como: confiabilidad, tasa de falla, MTBF, MTTR, β y η, lo que permite visualizar y caracterizar las fallas de cada activo. Además, con el fin de priorizar activos de manera mas técnica se consideran análisis de Pareto y Jack Knife. De esta manera, se seleccionan equipos representativos para Planta Santa Fe los cuales son analizados mediante FMECA, lo que permite identificar modo de falla, causa, efecto, severidad, detectabilidad, impacto, entre otros, definiendo así estrategias de mantenimiento basadas en la metodología RCM. Finalmente, se estimaron indicadores clave de desempeño, tales como disponibilidad operativa y tasa de falla, así como también se propuso que, una vez evaluada la metodología por parte de planta, se estimaran la confiabilidad y disponibilidad de los activos en cuestión, lo que permite evaluar la efectividad de la metodología desarrollada. En base a lo anterior, la memoria de título concluye que es posible caracterizar detalladamente el comportamiento de falla por equipo, lo que conlleva directamente a priorizar activos de manera estratégica y definir estrategias de mantenimiento efectivas, lo cual contribuye no tan sólo a una toma de decisiones alineada con lineamientos internos, sino también con la gestión de activos.
Diseño de ingeniería de sistema de ahorro y generación de recursos para una vivienda rural en distintas zonas térmicas del país.
(Universidad de Concepción, 2025) Fuentealba Navarrete, Ramiro Ignacio; Fissore Schiappacasse, Adelqui Andrés
Los hogares chilenos requieren recursos energéticos, los cuales son suplidos por distintas fuentes que tienen una huella de carbono importante. Chile es uno de los países con mayor potencial de energías renovables del mundo, esto implica una excelente oportunidad para las familias de conseguir estos recursos sin seguir destruyendo el medio ambiente. En este informe, se estudian distintas tecnologías de generación y ahorro energético, para lograr que el consumo energético neto de un hogar chileno sea cero. Con un enfoque centrado en los distintos equipos que puedan cumplir este objetivo, con un cálculo de eficiencias y que efectos generan entre ellos. Además de su potencial, Chile presenta diversas condiciones climáticas que impiden un análisis único para todo el país. Es por ello, que se seleccionan siete zonas térmicas, definidas por Ministerio de vivienda y urbanismo, para realizar el estudio de manera independiente en cada una. Se investigaron distintas fuentes oficiales, como la CNE, la SEC, el SERNAC, entre otros, para determinar de manera precisa, cuáles son las demandas de recursos que tienen los chilenos a cada hora del año. Además, se investigaron las condiciones meteorológicas, cabe decir, radiación, temperatura, velocidad del viento, para tener todos los parámetros que pudieran afectar el funcionamiento de los equipos. Las demandas horarias y los parámetros ambientales nos permiten tener un contexto muy preciso de lo que está sucediendo a cada hora del año. Esto sumado a un entendimiento global del funcionamiento de los equipos antes mencionados, nos permitirá sacar conclusiones a partir de un análisis. Se llevó a cabo un cálculo, estudiando la eficiencia instantánea de cada equipo. Este cálculo se realizó de manera escalonada para considerar el impacto que van generando unos con otros, además de calcular flujo de caja y métricas económicos como el VAN y el TIR. El objetivo principal es que la demanda neta sea cero, para ello se investigaron todas las configuraciones posibles para cada zona. Con la herramienta Excel se realizó el cálculo base, con una cantidad de paneles, colectores y equipos auxiliares. Luego, en la misma herramienta, ahora con macros, se realizó un proceso iterativo que prueba y guarda los resultados para 60 configuraciones en cada zona térmica. Los resultados sin tratar se encuentran en el Anexo A. Hay diversas configuraciones que cumplen el cometido. La que conlleva menor gasto inicial es la de dos paneles fotovoltaicos y un calefón para agua caliente sanitaria. La que tiene mayor VAN es de dos colectores solares y 3 paneles fotovoltaicos, también apoyada en un calefón como energía auxiliar. Cabe destacar que estas soluciones son válidas para cinco de las siete zonas térmicas.
El efecto de la transición a refrigerantes limpios sobre el calentamiento global en América Latina.
(Universidad de Concepción, 2024) Chiang Peña, Daniela Ailing; Zaror Zaror, Claudio
Esta investigación evalúa el efecto sobre el calentamiento global de la utilización de propano en sistemas de aire acondicionado residencial en América Latina, en el contexto de la Enmienda de Kigali, que busca reducir un 80% las emisiones de compuestos de hidrofluorocarbonos (HFC) para 2045. Estos gases sintéticos podrían ser responsables de hasta 0,4°C del calentamiento global al 2100, pero pueden ser reemplazados por refrigerantes naturales con un potencial de calentamiento global (PCG) bajo, tales como el propano, que ya ha sido aplicado exitosamente en varios países. Para ello, se implementa un modelo de proyección de emisiones basado en datos históricos y futuros escenarios, combinado con un modelo de demanda-emisiones de aire acondicionado residencial, y un modelo climático para estimar los impactos en el calentamiento global. En los resultados se muestra que la adopción de la Enmienda de Kigali podría reducir hasta 16,8 Mt de CO₂-eq en 2050, mitigando un calentamiento atmosférico de 2 10-4 °C. Además, se evidencia que el mayor impacto proviene de las emisiones indirectas, lo que representa un gran desafío para la transición. Este estudio destaca lo potencialmente beneficioso, en términos de mitigación de gases de efecto invernadero (GEI), que sería implementar la Enmienda de Kigali. Se concluye que es necesario adoptar refrigerantes de bajo PCG, mejorar la eficiencia energética de los equipos, y avanzar hacia matrices eléctricas más limpias para maximizar los beneficios climáticos de esta transición. También, se recomienda estudiar los factores económicos y sociales de esta transición.
Elaboración de una SAMEA para Costa Rica y evaluación de políticas de descarbonización.
(Universidad de Concepción, 2025) Reyes Quezada, Nicolás Ignacio; Mardones Poblete, Cristian Alejandro
Este trabajo evalúa políticas climáticas que contribuyan a la reducción de gases de efecto invernadero en Costa Rica. La metodología utilizada primero considera la estimación de un sistema de demanda residencial según quintil de ingreso, para analizar el comportamiento que tendrían los hogares ante variaciones de precios en los bienes consumidos. Luego, se calibra la extensión ambiental del modelo de precios de Leontief y modelo de precios SAM a partir de una Matriz de Contabilidad Social con cuentas ambientales (SAMEA) y elasticidades de demanda para analizar cómo la implementación de un impuesto al carbono afecta los precios, demanda final, producción y emisiones de CO2. Los resultados de la extensión ambiental del modelo de precios SAM muestran que la implementación de un impuesto al carbono genera una mayor reducción de emisiones que el modelo de precios de Leontief. Lo anterior, se explica porque el primer modelo permite simular el comportamiento de más agentes económicos y ampliar la cobertura del impuesto a las emisiones de sectores productivos y hogares. También, se concluye que la mayor reducción de emisiones se logra si los recursos del impuesto se destinan a financiar un subsidio al transporte público, especialmente al reemplazo de diésel por hidrogeno verde.
Estudio económico de la construcción de una planta piloto para recuperar polvos de cobre de fundición con valores reales de plantas mineras.
(Universidad de Concepción, 2025) Oróstica Ramos, Antonia Paz; Márquez Romegialli, Fernando; Carrasco Moraga, Juan Carlos
Este estudio evalúa la viabilidad técnica, económica y ambiental de implementar una planta piloto para la recuperación de cobre y la posibilidad de tratamiento para la obtención de metales secundarios desde polvos de fundición, un residuo peligroso generado en procesos pirometalúrgicos de cobre en Chile. Estos polvos contienen altas concentraciones de cobre (10–18 %), así como elementos tóxicos como arsénico, plomo y zinc, lo que los hace difíciles de manejar y costosos de disponer. Actualmente, estos residuos son tratados mayoritariamente mediante procesos de estabilización química sin valorización económica significativa. La planta piloto propuesta utiliza una tecnología hidrometalúrgica de operación discontinua, basada en lixiviación ácida y reducción selectiva con hidrógeno verde, lo que permite recuperar cobre metálico de alta pureza (>99,99 %) sin necesidad de electrólisis ni solventes orgánicos. Además, el proceso permite recuperar parcialmente subproductos como arsénico, plomo y antimonio, lo que contribuye a reducir el volumen de residuos peligrosos y genera ingresos adicionales. Se evaluaron dos escenarios de implementación: replicación de la planta piloto en cada fundición del país y construcción de una planta centralizada nacional. Se utilizaron datos reales de generación de polvos y composición química provenientes de fundiciones como Chuquicamata, Caletones, Altonorte, Paipote y Potrerillos. El análisis económico considera inversión inicial (CAPEX), costos operacionales (OPEX), ingresos por valorización metálica, flujo de caja a 15 años, VAN, TIR y Payback. Los resultados muestran que la planta piloto es técnica y económicamente viable bajo condiciones reales. En su versión modular, alcanza una TIR de 11,6 % y un VAN positivo. A escala centralizada, el proyecto supera ampliamente al modelo actual de tratamiento, con un VAN superior a 330 millones USD, lo que lo posiciona como una alternativa rentable, replicable y sostenible.
Estudio técnico económico del uso de hidrógeno y amoníaco verdes en transportes de ferrocarriles en Chile.
(Universidad de Concepción, 2025) Bao Mora, Mario Alfonso; Márquez Romegialli, Fernando; Carrasco Moraga, Juan Carlos
This thesis presents a technical-economic study of the use of green hydrogen and ammonia as fuels in railway transport in northern Chile. This study is based on bibliographic searches, carrying out energy balances, fuel consumption calculations and equipment cost calculations for their proper implementation, and in this way making a comparison between the three fuels. This study is based in part on the FCAB train, from which the most important characteristics of this train are extracted, such as its power, weight, speed, travel, etc. The green hydrogen train is composed of a fuel cell system and power batteries. For its part, the green ammonia train is mainly made up of a system called Amogy Powerpack, which is an integrated system of a cracking reactor, an absorber and fuel cells. Green hydrogen has an energy efficiency of 59%, which is much higher than the efficiencies of green ammonia and diesel, as reflected in the low number of kilograms of green hydrogen needed to make a certain journey. In terms of annual fuel costs and their transportation, green ammonia is the one with the highest values for these annual costs. For the costs of equipment and tanks specific to each train, the one with the highest costs is green hydrogen, and this is largely due to the high pressure at which this fuel is stored. Despite the technical and economic challenges identified, the results of this study demonstrate that the adoption of green hydrogen and ammonia in rail transport in northern Chile represents a viable and sustainable alternative over time.
Evaluación técnica de la elaboración de membranas revalorizadas desde membranas desechadas de osmosis inversa para el tratamiento del agua gris.
(Universidad de Concepción, 2025) Carrasco Hernández, Antonia Belén; Pino Soto, Luis Humberto
Ante la creciente crisis hídrica, intensificada por el cambio climático y el crecimiento urbano, se propone una solución sostenible que revaloriza membranas de osmosis inversas (RO) descartadas para tratar aguas grises, provenientes de usos domésticos no sanitarios. Con ello se reduce la presión sobre fuentes hídricas convencionales y promueve la economía circular. El proceso de revalorización de las membranas considera una etapa de hidratación y limpieza, seguida de una transformación mediante oxidación química con hipoclorito de sodio (NaOCl), que degradó la capa activa de poliamida (PA) y permitió su conversión a membranas revalorizadas de nanofiltración/ultrafiltración (NF/UF). Se realizaron caracterizaciones operacionales y superficiales para evaluar los efectos del tratamiento. La hidratación con etanol y la limpieza química con hidróxido de sodio (NaOH) y ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) restauran parcialmente la permeabilidad sin comprometer el rechazo de sales. La oxidación aumentó significativamente la permeabilidad (entre 400% y 3000%), siendo el tiempo de exposición más significativo que la concentración de NaOCl. El rechazo de iones monovalentes y divalentes respalda la conversión efectiva a membranas Re NF/UF. Las pruebas de caracterización superficial SEM, evidenciaron la remoción de contaminantes orgánicos en la membrana limpia y un aumento de porosidad en la membrana oxidada. La espectroscopía infrarroja con transformada de fourier acoplada a reflectancia atenuada (FTIR) muestra la eliminación de las bandas 1543, 1609, 1663 cm-1, características de PA, confirmando la degradación de la capa activa. Asimismo, un aumento en el ángulo de contacto sugiere una mayor exposición a la capa polisulfona, ubicada debajo de la capa PA. El agua gris tratada con estas membranas modificadas fue evaluada para determinar su calidad y seguridad. En particular, las membranas oxidadas con soluciones de NaClO al 4% y 5% durante 120 minutos lograron una reducción significativa de la demanda biológica de oxígeno (DBO), la turbidez y la dureza (CaCO3), así como la eliminación de microorganismos contaminantes. Además, se observó un rechazo efectivo de contaminantes específicos como el manganeso (Mn2+) y los tensioactivos aniónicos, con eficiencias del 88% y 35%, respectivamente. El agua tratada con la membrana oxidada al 4% durante 120 minutos cumplió con los requisitos establecidos por la Ley 21.075 para su reutilización en riego. Finalmente, ensayos de riego en cultivos de trigo con esta agua tratada demostraron que no existen efectos adversos en el crecimiento, validando su uso.
Evaluación técnica, económica y ambiental del reemplazo de refuerzo de acero por fibras PET recicladas en losas apoyadas sobre terreno.
(Universidad de Concepción, 2025) Maldonado Canales, Luis Alberto; Valin Fernández, Meylí
La industria de la construcción representa uno de los sectores más intensivos en el uso de recursos, con alta demanda de materiales como el hormigón y el acero, cuyos procesos productivos generan elevados impactos ambientales. La producción de cemento representa cerca del 8 % de las emisiones globales de CO₂, mientras que el acero requiere alta energía y presenta una fuerte dependencia de importación en países como Chile. En paralelo, la acumulación de residuos plásticos, especialmente PET, ha motivado su valorización como insumo en nuevos materiales. En este contexto, el uso de fibras recicladas de PET en hormigón aparece como una alternativa prometedora en términos técnicos, ambientales y económicos. Este trabajo tiene como objetivo evaluar la factibilidad técnica, económica y ambiental de usar PET reciclado como refuerzo en el hormigón, con énfasis en su viabilidad como sustituto del acero en losas apoyadas sobre terreno. Se analiza su efecto en la resistencia mecánica, el control de fisuración y el comportamiento postfisura, considerando su aplicación en elementos de baja exigencia estructural. La metodología incluyó una revisión bibliográfica del estado del arte, un análisis estadístico de resultados experimentales, y la evaluación de criterios normativos aplicables. Se desarrolló un diseño comparativo de losas con malla de acero y con fibras R-PET, seguido de un análisis económico y ambiental con enfoque de ciclo de vida adaptado al contexto chileno. Los resultados indican que, en promedio, con una dosificación del 1 % en volumen y fibras de entre 30 y 50 mm de longitud, se logra un buen equilibrio de propiedades en el hormigón, manteniendo su resistencia a compresión y trabajabilidad, y permitiendo mejorar la resistencia a flexión, el control de fisuración y la tenacidad. Sin embargo, para reemplazar una malla de uso convencional en losas apoyadas sobre terreno, se determinó que una dosificación de solo 0,24 % en volumen sería suficiente. Aunque este volumen es inferior a lo estimado como óptimo, resultaría adecuada para aportar resistencia postfisura y control de agrietamiento en aplicaciones de baja exigencia estructural, donde el hormigón ya cumple por sí solo con la resistencia base requerida. El diseño con fibras PET mostró una reducción de hasta un 24 % en el costo por metro cuadrado de superficie de losa, así como una disminución de aproximadamente un 12 % en las emisiones de CO₂e por unidad de superficie, en comparación con el uso de refuerzo con malla electrosoldada. Se concluye que las fibras recicladas de PET constituyen una alternativa viable para sustituir parcialmente el acero en losas apoyadas, especialmente en aplicaciones de baja exigencia. Esta solución permite valorizar residuos plásticos, reducir costos y avanzar hacia una construcción más sostenible.
Evaluación técnico-económica respecto de tecnologías de separación de residuos con foco en la implementación de la Ley REP.
(Universidad de Concepción, 2025) Parada Briones, Arturo Horacio; Márquez Romegialli, Fernando; Carrasco Moraga, Juan Carlos
It is estimated that 1,03 kg of waste per inhabitant are generated daily in Chile. Considering this situation, which has been increasing for years, Law 20.920 or the REP Law (Extended Producer Responsibility in spanish) was enacted and published in 2016. This law identifies priority products, including Tires, Packaging and Containers, Lubricating Oils, Electrical and Electronic Equipment, and Batteries, and sets management targets for their management, which presents an opportunity for new businesses. Based on this, this work aims to analyze the technical and economic feasibility of a priority waste separation plant for the Biobío region. Specifically, it studies the state of the art in material generation in the area and the applicable technologies for separation, proposing plant designs and ultimately examining their technical and economic feasibility. To achieve these objectives, a literature review was conducted to gather waste generation data, which was adjusted to the Biobío region. Reports, videos, and websites of separation plants and equipment manufacturers were analyzed to identify advanced applied technologies. Additionally, interviews were conducted regarding collection and recycling in the region to gain a deeper understanding of the current situation. Various plant designs were developed, and costs, revenues, cash flows, NPV (Net Present Value), and IRR (Internal Rate of Return) indicators were calculated, followed by a sensitivity analysis for four key variables. Finally, it was decided to focus on Packaging and Containers waste, considering the published decrees, the availability of technologies, and the quality of waste generation data. For this group, an estimated total of 95.782 tons of non-recoverable material is generated annually in the Biobío region. Based on this, a short-term case was developed with an annual flow of 9.084 tons, and long-term cases with flows of up to 103.488 tons annually. All designs were found to be feasible, with an IRR of 21% and an NPV of 876 thousand USD for a pessimistic short-term case, increasing to 67% and 20,6 million USD for other cases, proportional to plant scale. Additionally, complete processes offered by manufacturers were considered and were also feasible, although with high variability in the indicators. Lastly, it was identified that the most influential variables on the results are the selling price and equipment costs. In conclusion, the plant is feasible for simple designs but requires classified household collection to operate, which is the main challenge, along with financing and clarity on the amounts generated. Furthermore, it is necessary to study the material in depth, taking samples and specifying its composition.
Evolución de la salinidad en un estuario pequeño en distintas condiciones de caudal y marea.
(Universidad de Concepción, 2025) Alfaro Almarza, Francisca Lorena; Guerra Paris, Maricarmen
Los estuarios pequeños se caracterizan por presentar bajos caudales de agua fresca con alta variación estacional y por pertenecer a cuencas de pequeña magnitud. La hidrodinámica de estuarios obedece principalmente a la relación que exista entre los procesos fluvio – mareales, es decir la relación entre mareas, oleaje y caudal. La importancia de estos cuerpos de agua radica en que representan entornos únicos y con hidrodinámica compleja que afecta de manera directa en la ecología del entorno ya que en ellos ocurren procesos biológicos e hidrológicos, como el intercambio de nutrientes, el transporte de sedimentos fluvio-marino, la purificación del agua y ofrecen protección frente a inundaciones. Tal es el caso del estuario de Laraquete que se forma en la confluencia de dos cauces que drenan dos cuencas costeras y no representa necesariamente el escenario más común. El presente estudio tiene como objetivo analizar el comportamiento de la intrusión salina en el estuario Laraquete, ubicado en la Región del Biobío, Chile, mediante la implementación de un modelo numérico bidimensional en el software IBER. Se recopilaron datos batimétricos, topográficos, hidrológicos y de marea, y se realizaron campañas de terreno para obtener mediciones de profundidad y velocidad en el estuario. El modelo fue calibrado y validado satisfactoriamente, y luego se definieron ocho escenarios de simulación combinando mareas de sicigia y cuadratura con caudales altos y bajos, incluyendo un escenario de crecida. Los resultados del modelo indicaron que la propagación de la marea en el estuario genera un comportamiento sinusoidal en la profundidad, en la velocidad y en la salinidad, alcanzando diferentes distancias desde la desembocadura de acuerdo el escenario de caudal propuesto considerado. Se concluye que la hidrodinámica del estuario de Laraquete está fuertemente condicionada por la interacción entre caudales y mareas. La marea predomina como forzante principal durante periodos de caudales bajos, aumentando la intrusión salina, mientras que el flujo de agua dulce es dominante en invierno, limitando significativamente la salinidad dentro del estuario. La morfología del estuario, sus pendientes y su escala reducida permiten observar con claridad estos patrones, lo que valida el uso de modelos numéricos como herramienta eficaz para la evaluación y gestión de estuarios de pequeña escala.
Generación de energía y captura de CO2 en plantas térmicas con incorporación de celdas de combustible.
(Universidad de Concepción, 2025) Rosa Ponce, Matías Patricio De la; Blanco Machín, Einara
En el presente informe se estudia la integración de celdas de combustible de carbonato fundido en plantas termoeléctricas, con el objetivo de evaluar su impacto en la eficiencia global del sistema y su potencial en la mitigación de gases de efecto invernadero, particularmente el dióxido de carbono. Se analiza el efecto de diversos parámetros técnicos involucrados en la integración, tales como factores de utilización, condiciones de operación, tipo de combustible de alimentación y su sinergia con tecnologías de captura de carbono. Asimismo, se identifican las principales causas que limitan la vida útil de las celdas en la actualidad. Como alternativa para la modernización de plantas existentes, se propone la instalación de una celda de carbonato fundido a la salida del generador de vapor de recuperación en un ciclo combinado. Adicionalmente, se incorpora una cámara de combustión alimentada con oxígeno puro, con el objetivo de obtener una corriente de gases a la salida de la planta compuesta principalmente por vapor de agua y dióxido de carbono, facilitando así el almacenamiento de carbono. Esta configuración permite una captura de carbono del 79.2%, sin modificar el ciclo térmico original. Además, resultados muestran una reducción de aproximadamente 5 puntos porcentuales en la eficiencia neta respecto al caso base y un consumo de energía para la captura de carbono de 2.1 MJ/ kg de 𝐶𝑂2 capturado. Estos resultados evidencian una competitividad energética superior frente a tecnologías de captura convencionales, las cuales presentan mayores penalizaciones en la eficiencia total de la planta. Finalmente, se llevó a cabo una evaluación económica mediante un enfoque bottom-up para estimar el costo de la electricidad (COE) y el costo de carbono evitado (CCA). La solución propuesta obtuvo como resultados un COE de 63.56 $/MWh y un CCA de 81.59 $/Tonelada de 𝐶𝑂2, posicionando a la celda MCFC como una alternativa tecnológicamente viable y económicamente atractiva, sujeta a mejoras en su grado de madurez y confiabilidad operacional.

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