Desarrollo de propuestas para dimensionar y evaluar sistemas de generación solar fotovoltaica para riego tecnificado

139 p.En este informe, se desarrolla un estudio y propuestas de dimensionamiento y evaluación de sistemas de generación solar para riego tecnificado. Inicialmente el proyecto nace de la problemática de la sequía en Chile y la Región del Maule, el cambio climático, el sobredimensionamiento de los actuales sistemas de riego entregados en el país, además de la presencia de la ley 18.435, que fomenta la producción de proyectos privados de riego y drenaje, potenciando aún más el desarrollo de esta investigación. En el diagnóstico, se descubre que la región cuenta con condiciones para la producción de energía que van desde los 4,5 a 6kWh por metro cuadrado de panel instalado en condiciones ideales. En complemento de lo anterior, se descubre que, en la región, desde el año 2020 se han incrementado el uso de las técnicas de riego hasta en un 51,4% (ODEPA, 2020). Por otro lado, mediante terrenos y reuniones con entidades gubernamentales, se logra conocer más de la problemática, definir el alcance y comenzar a idear propuestas para la solución. Más adelante se definen y desarrollan propuestas que posteriormente son simuladas y modeladas en 3D para una mejor interacción al momento de ser presentada o analizada. Para la evaluación del proyecto, se analizan los impactos sociales, ambientales, y económicos, donde la suma de los costos relacionados con la implementación de las tres propuestas desarrolladas en el proyecto, alcanzan el valor de CLP$6.250.906, teniendo una diferencia porcentual de aproximadamente 36 puntos en relación con el análisis de sensibilidad realizado con los actuales kits entregados por INDAP. Cada una de las propuestas cuenta con un análisis económico detallado que contempla una adjudicación de beneficios por parte del gobierno para la implementación de estos proyectos, donde se consideran valores entre el 80 y 90% para los dos primeros kits y el tercero respectivamente

Control predictivo de una máquina de inducción alimentada por un inversor fuente de voltaje

127 p

Desarrollo de técnicas de control predictivo de voltaje en un convertidor VSI de 2 niveles

166 p.Dentro de la variedad de topologías disponibles en los sistemas de conversión de energía se encuentra el inversor fuente de voltaje de 2 niveles trifásico. Este dispositivo permite obtener a partir de un enlace DC una corriente alterna trifásica que es configurable en frecuencia y amplitud, siendo utilizado ampliamente en aplicaciones relacionadas al accionamiento de máquinas eléctricas y energías renovables. Los métodos de control de este dispositivo de potencia son variados, pero el control predictivo es una opción atractiva, ya que al considerar las características no lineales del convertidor le permite tener una buena respuesta en un amplio rango de operación, incluso con cargas de distinta naturaleza. En este trabajo se presentan dos técnicas de control predictivo de voltaje aplicadas a un inversor fuente de voltaje, una operando a frecuencia variable de conmutación y otra operando a frecuencia fija de conmutación. En ambos casos se analiza su funcionamiento y se proponen mejoras a estos métodos de control, siendo el objetivo final de este trabajo, desarrollar herramientas que permitan mejorar el desempeño general de estos algoritmos clásicos de control para una operación más segura, eficaz y fiable del sistema. Se debe tener en cuenta que este trabajo de investigación es completamente teórico y la validación de los algoritmos propuestos se realiza mediante software de simulación especializado, dejando la validación experimental de los algoritmos propuestos para un trabajo posterior. El documento consta de seis capítulos. El primer capítulo presenta una descripción general del uso de convertidores de potencia y sus aplicaciones, realizando además una revisión bibliográfica sobre el estado de avance de estos sistemas y los desafíos presentes, lo que permite definir los objetivos de estudio. El segundo capítulo, correspondiente al marco teórico, presenta la teoría en la que se basa el trabajo de investigación y que es necesaria para comprender el trabajo. A lo largo del tercer y cuarto capítulo se presentan los algoritmos operando a frecuencia variable y fija de conmutación respectivamente, mostrando la lógica detrás de su funcionamiento para luego someterlos a variadas condiciones de operación con el fin de analizar las distintas respuestas del sistema. Durante el quinto capítulo se presentan diferentes propuestas de mejoras a los algoritmos anteriores, con el fin de resolver falencias identificadas en los algoritmos originales. Por último, se presentan las conclusiones del trabajo de investigación y se plantean los trabajos futuros del estudio

Implementación de control predictivo en configuraciones de convertidores matriciales modulares

150 p.Los sistemas electrónicos de potencia cumplen la función de modificar las propiedades de la energía y tal proceso es llevado a cabo por los convertidores de potencia. En general los convertidores se clasifican dependiendo del tipo de energía de entrada y salida, uno de estos corresponden a los AC/AC. Inmerso en los convertidores del tipo AC/AC se encuentran los denominados convertidores matriciales y estos a su vez se dividen en directo e indirectos. El convertidor matricial directo es un equipo de potencia que reemplaza las etapas de rectificación, filtrado e inversión por arreglo de swtiches bidireccionales, en donde las principales ventajas asociadas a tal estructura hacen que este convertidor tenga un menor volumen de trabajo, factor de potencia unitario y capacidad regenerativa. La topología base es la monofásica, es decir, que es una celda de potencia compuesta por seis switches bidireccionales que convierte una entrada de tres fases en una fase de salida. Al poseer una salida monofásica limita su uso a sistema de más fases, motivo por el cual se plantea el uso de este convertidor de forma modular y multi-modular. Actualmente las técnicas de control predictivo son altamente utilizadas por sus características distintivas, facilidad de implementación, notable rendimiento y bajo costo de operación de los sistemas, compensación de retardos, considera las limitaciones físicas del sistema y sus actuadores. Por lo que se implementará estas técnicas de control a las topologías de convertidor matricial monofásico, modular y multi-modular

Implementación de técnicas de control predictivo en un convertidor de 4 piernas

148 p.El inversor fuente de voltaje de cuatro piernas es un convertidor de potencia trifásico compuesto por ocho switches y un enlace dc, el cual convierte la corriente continua de entrada en corriente alterna trifásica a la salida con frecuencia y amplitud variable. Este convertidor se caracteriza por su cuarta pierna, la cual es la encargada de controlar la secuencia cero de los sistemas, su diseño es simple y es muy utilizado en sistema de generación distribuida. En este trabajo de memoria se presenta el diseño de algoritmos de control predictivo de corriente con y sin etapa de modulación para un convertidor de cuatro piernas, los cuales serán sometidos a una carga resistiva inductiva balanceada y desbalanceada. Tres controles son propuestos. El primero de ellos es el control predictivo clásico de corriente, el segundo es el control predictivo con etapa de modulación 2D-SVM y el tercer control incorpora una etapa de modulación 3D-SVM. Para validar los controles predictivos se realizaron pruebas de simulación y análisis de resultados, observándose el buen desempeño de las técnicas, mientras que las corrientes de carga logran un buen seguimiento de las corrientes de referencia, con bajo error en estado estacionario y bajos niveles de THD. Finalmente los controles son comparados entre sí, evidenciando los buenos resultados que se obtienen cuando los controles incorporan una etapa de modulación en su diseño. Las simulaciones realizadas permitieron validar los controles propuestos, logrando cumplir con los objetivos propuestos, además de lograr avances en el área de la implementación de control y modulación para convertidores de cuatro piernas, los cuales permiten al LCEEP profundizar en esta área de estudio con nuevos temas de investigación

Implementación de estrategia de modulación por ancho de impulso para un accionamiento asimétrico hexafásico con referencias compuestas por frecuencias múltiples

149 p.Las máquinas multifásicas son un tema muy estudiado en los últimos años, ya que tienen ventajas sobre las comunes trifásicas, tales como: Disminución de la corriente que circula por cada fase, para una misma potencia. Alta fiabilidad. Mayor eficiencia en la generación del par electromagnético. La presente memoria contiene el desarrollo teórico del proyecto implementación de estrategia de modulación por ancho de impulso para un accionamiento asimétrico hexafásico con referencias compuestas por frecuencias múltiples. También, en esta memoria se realizará el análisis y simulación de una técnica de modulación vectorial presentada por la universidad John Moores, Liverpool la cual posee modificaciones respecto a una modulación vectorial convencional. Luego, desde otra perspectiva se desarrollaría y simulará una nueva técnica de modulación que también se comporta como una modulación vectorial, pero su estructura interna es diferente. Comparando ambas técnicas propuestas se esperar tener una mejor respuesta en el análisis del THD en esta nueva técnica de modulación que los resultados obtenidos por la técnica de Liverpool. Estas y otras virtudes se explicarán con más detalle en los siguientes capítulos de esta memoria. Además se darán a conocer las bases del proyecto que dan la justificación y el inicio al desarrollo del mismo, también se presentan los objetivos, alcances y limitaciones que existen. Luego se expone la metodología, desarrollo de las técnicas de modulación propuesta y su comparación. Por otra parte se expone el modelado del sistema, desarrollo tanto teórico como experimental y plan de trabajo que se propone para cumplir con el proyecto, finalmente se entregan las conclusiones que se pudieron obtener en el transcurso de la memoria y trabajos futuros que se pueden aplicar al proyecto en cuestión

Evaluación técnico-económica del uso de alfombras peatonales y reductores de velocidad con piezoeléctricos en centros comerciales para la generación de electricidad

50 p.Los cambios globales en los últimos años han impulsado fuertemente la búsqueda de nuevas fuentes de generación de energía y las técnicas con bajo impacto ambiental. Este viaje en búsqueda de nuevas fuentes ha llevado a considerar la utilización de materiales no convencionales en el área de generación de energía. Las nuevas formas de generación deben tener un proceso de maduración consolidación y masificación, pero sin ninguna duda, pueden en el futuro cubrir la demanda de energía que presenta la sociedad. En este sentido, se considera el uso de materiales piezoeléctricos como el elemento principal para la generación de energía eléctrica mediante la presión que se genera sobre los materiales. En esta tesis se analiza la implementación de piezoeléctricos en una alfombra de caucho para tránsito peatonal y en reductores de velocidad para la circulación de los autos en lugares de alta afluencia cómo el centro comercial Mall Curicó, concluyendo tras analizar los componentes piezoeléctricos la factibilidad técnica de su implementación y encontrando que los dispositivos usados en alfombras muestran un buen desempeño y resultados relevantes cuando se utilizan aquellos de mayor corriente máxima nominal. Por su parte, los reductores de velocidad muestran un retorno bajo 1% en consideración a la demanda energética del Mall Curicó. // ABSTRACT: Global changes in recent years have strongly driven the search for new sources of energy generation and techniques with low environmental impact. This journey in search of new sources has led to consider the use of non-conventional materials in the area of power generation. The new forms of generation must have a process of maturation, consolidation and massification, but without any doubt, they can in the future cover the demand for energy that society presents. In this sense, the use of piezoelectric materials is considered as the main element for the generation of electrical energy through the pressure generated on the materials. This thesis analyzes the implementation of piezoelectrics in a rubber mat for pedestrian traffic and in speed reducers for the circulation of cars in places of high affluence such as the Mall Curicó shopping center, concluding after analyzing the piezoelectric components the technical feasibility of its implementation and finding that the devices used in carpets show a good performance and relevant results when those with higher rated maximum current are used. For their part, the speed reducers show a return of less than 1% in consideration of the energy demand of Mall Curicó

Implementación de una metodología para estimar el consumo y estado hídrico de la vid mediante teledetección y sensores inalámbricos espacializados

189 p.Diversas investigaciones señalan que la disponibilidad del agua para riego ha disminuido considerablemente en los últimos años, por esta razón existe la necesidad de optimizar el uso de esta sin afectar la calidad y rendimiento. Con el fin de mejorar la eficiencia en el uso de los recursos hídricos, un factor clave para la programación del riego es la estimación de la evapotranspiración actual (ETa). Aunque este método proporciona un enfoque simple para estimar los requerimientos hídricos, existe una gran incertidumbre en la obtención de los valores de coeficiente de cultivo (Kc), debido a que en literatura se reportan valores empíricos que no están adaptados a las condiciones locales de suelo, clima, cultivar y sistema de conducción. Estas consideraciones son especialmente importantes en cultivos discontinuos como el viñedo, donde existe una gran variabilidad espacial asociada a la arquitectura del dosel. Para resolver esta problemática algunos autores han propuesto realizar una estimación directa de ETa utilizando el modelo de Shuttleworth-Wallace (SW) mientras que otros autores han utilizado mediciones fisiológicas para la estimación del estado hídrico del viñedo, con el objetivo de proponer una estrategia de riego. Sin embargo, estas técnicas presentan limitaciones para ser implementadas a una escala predial mayor a 20 ha, por lo que recientemente se ha propuesto la utilización de técnicas de percepción remota para estimar indirectamente el estado hídrico de la planta a través de índices espectrales. Sin embargo, es importante considerar que aún existen importantes desafíos por resolver como; el costo del equipamiento y el desarrollo metodologías para utilizar apropiadamente estos dispositivos. Debido a esto el presente estudio busca determinar el consumo y estado hídrico del viñedo utilizando vehículos aéreos no tripulados y sensores inalámbricos espacializados de bajo costo. Los resultados obtenidos por esta investigación mostraron que para la utilización de las imágenes aéreas es fundamental efectuar una adecuada segmentación de la canopia mediante el uso de algoritmos de segmentación en donde los algoritmos k-means y Clara tuvieron un desempeño similar. Posteriormente la técnica k-means fue utilizada para implementar el modelo de Shuttleworth y Wallace en combinación con imágenes aéreas de alta resolución lo que permitió obtener el consumo hídrico tanto del suelo como la canopia con un error del 5%, un cuadrado medio del error (RMSE) de 0.37 mm dia-1 y un error medio absoluto (MAE) de 0.27 mm dia-1. Los capítulos siguientes estuvieron enfocados en el desarrollo de dispositivos de bajo costo en donde en primer lugar se desarrolló una red inalámbrica espacializada de termohigrómetros para la determinación del estado de desarrollo del viñedo (fenología), debido a su estrecha relación con el consumo hídrico. Finalmente, un segundo dispositivo de bajo costo (aSIMOV) fue desarrollado para la determinación del estado hídrico del viñedo basado en radiómetros infrarrojos de bajo costo desplegados en terreno. Este dispositivo permitió determinar el Crop Water Stress Index (CWSI) y posteriormente el potencial hídrico xilemático (SWP). El dispositivo fue capaz de predecir el SWP con un R2 de 0.72 en contraste a los dispositivos tradicionales que permitieron predecir el SWP con un R2 de 0.70, demostrando de esta forma la efectividad de estos dispositivos

"Propuesta de soluciones tecnológicas para enfrentar la pobreza energética y mitigar el cambio climático, en el contexto de las energías renovables y tecnologías inteligentes "

211 p.El proyecto tiene como objetivo principal generar propuestas de soluciones tecnológicas basada en las energías renovables y tecnologías inteligentes con el fin de mitigar y combatir el cambio climático y la pobreza energética en Chile, considerando un estudio de impacto social, económico y ambiental de las actuales soluciones tecnológicas y reglamentarias. Para lograr lo anterior se planteó la utilización de la metodología Design Thinking, ya que permite empatizar con el entorno y de esa manera comprender mejor el problema para poder entregar ideas de solución con el fin de prototiparlas, para luego ser evaluadas. Primero que nada se hizo el diagnóstico de la situación actual, estudiando los indicadores que miden la pobreza energética, los efectos que ha tenido el cambio climático en Chile y el avance de las energías renovables y tecnologías inteligentes en el país, para luego identificar los requerimientos y desafíos existentes para enfrentar el problema. Luego se identificaron los avances tecnológicos y reglamentarios asociados a la energía renovable, tecnologías inteligentes, acceso a la energía y la eficiencia energética, evaluando su impacto social, económico y ambiental con el fin de plantear propuestas de solución o de mejora. Se plantearon cuatro propuestas de solución tecnológica, dos enfocadas en sistemas de generación de energía renovable para el hogar y dos propuestas relacionadas a la eficiencia energética. Luego se diseñó cada una de las propuestas identificando los equipos claves, sus especificaciones técnicas y explicación. Después, se evaluaron los impactos sociales, económicos y ambientales de cada propuesta, con el fin de realizar la evaluación económica por medio de un análisis costo-beneficio. Por último, se realizó la priorización de propuestas donde se llegó a la conclusión de que la propuesta 1, 2 y 4 son más idóneas para llevarse a cabo en un periodo corto de tiempo, en cambio la propuesta 3 necesita más tiempo para su implementación. // ABSTRACT: The main objective of the project is to generate proposals for technological solutions based on renewable energy and smart technologies in order to mitigate and combat climate change and energy poverty in Chile, considering a social, economic and environmental impact study of the current technological and regulatory solutions. To achieve the above, the use of the Design Thinking methodology was proposed, since it allows empathizing with the environment and in this way better understand the problem to be able to deliver solutions ideas to prototype them, and then be evaluated. First, the diagnosis of the current situation was made, studying the indicators that measure energy poverty, the effects of climate change in Chile and the progress of renewable energy and smart technologies in the country, to then identify existing requirements and challenges to address the problem. Then, the technological and regulatory advances associated with renewable energy, smart technologies, access to energy and energy efficiency were identified, evaluating their social, economic, and environmental impact in order to propose solutions or improvements. Four technological solution proposals were proposed, two focused on renewable energy generation systems for the home and two proposals related to energy efficiency. Each proposal was then designed by identifying key equipment, technical specifications, and explanation. Then, the social, economic, and environmental impacts of each proposal were evaluated, in order to carry out the economic evaluation through a cost-benefit analysis. Finally, the prioritization of proposals was carried out where it was concluded that proposal 1, 2 and 4 are better suited to be carried out in a short period of time, whereas proposal 3 needs more time for its implementation

Control predictivo a frecuencia fija de topologías basadas en convertidores matriciales monofásicos

235 p