Los anillos de vorticidad son estructuras compactas que se deben a la rotación de fluido en torno a un eje circular y que se desplazan sobre su eje axial con una velocidad inducida por el propio giro del fluido. El estudio de anillos de vorticidad ha sido ampliamente documentado debido a sus potenciales aplicaciones en diversas áreas de la ingeniería, tales como, generación de sonido o procesos de transporte y mezcla. La forma más utilizada experimentalmente de generar un anillo de vorticidad es mediante el desplazamiento de una columna de fluido a través de un orificio en una placa plana. El principal parámetro que caracteriza un anillo de vorticidad es el número de Reynolds, definido como Re = Ua D0/, donde Ua es la velocidad de advección del anillo, D0 es el diámetro del orificio de salida y  es la viscosidad cinemática del fluido. Esquemáticamente y para efectos de resultados, los anillos de vorticidad pueden ser representados por un elipsoide oblato al cual se le llama burbuja y por un núcleo que toma la forma de un toro de revolución donde se concentra la vorticidad del fenómeno. El presente trabajo cuenta con el apoyo del proyecto FONDECYT 1085020 que estudia el comportamiento de escalares pasivos en campos de velocidad generados por diversas estructuras. En este trabajo se estudiaron los mecanismos de transporte y difusión de una sustancia escalar pasiva producto del campo de velocidad generado por anillos de vorticidad. Utilizando el software CFD Fluent v6.3 se resolvieron numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes en tres dimensiones mediante simulación numérica directa (DNS) y la ecuación de transporte de la sustancia escalar. Los resultados de la generación de anillos 3D fueron validados con información experimental proporcionada por el laboratorio LEAF-NL y con resultados teóricos conocidos. La validación experimental determinó que los anillos generados numéricamente difieren en menos de un 10% de los anillos estudiados experimentalmente. Se verificó que, para la geometría escogida, la dinámica de un anillo de vorticidad se relaciona directamente con los parámetros de generación encontrándose esas relaciones. Al hacer pasar un anillo de vorticidad por una distribución uniforme de escalar a modo de una pared delgada se verificó que la cantidad de sustancia retenida por el anillo es directamente proporcional al espesor de la pared y al número de Reynolds del anillo. En el caso en que la sustancia escalar es introducida en el anillo durante la generación, se establece que el transporte de la sustancia dentro de la burbuja y del núcleo del anillo decaen según una ley lineal en la mayoría de los casos, sin embargo para distancias cortas, un anillo puede transportar entre un 40 y un 70% de la masa inyectada justo durante su formación.

La estimación de recursos es una de las etapas iniciales dentro de los procesos de explotación de minerales. En esta etapa se define la decisión de explotar o no el yacimiento. Dentro del proceso de estimación de recursos, es importante tomar en consideración el modelo geológico que se utiliza. Un modelo geológico corresponde a una interpretación discreta o categórica de distintos parámetros que se definen en un yacimiento tales como el tipo de roca, la litología o las unidades geotécnicas. Se hace fundamental contar con un modelo geológico confiable, ya que este influye en etapas posteriores tales como el diseño de un rajo, el hundimiento o caserones en labores subterráneas, la metalurgia asociada a procesos y que dependan de la litología. Este trabajo consiste en comenzar la implementación de nuevas técnicas de simulación categórica aplicando estadísticas de múltiples puntos, en contraste con simulaciones que utilizan las estadísticas de dos puntos (covarianza o variograma). El objetivo es el dar nuevas opciones de simulación categórica que puedan representar de mejor manera las complicadas geometrías que se presentan en los contactos entre categorías. Se pretende ampliar las alternativas de simulación y a la vez dejar abierta la discusión de cómo implementar de manera útil las nuevas metodologías, las cuales necesitan ser analizadas y mejoradas para una futura aplicación a la industria minera. La primera parte de este trabajo consiste en una revisión de algunos métodos de simulación de variables categóricas basadas en la función de covarianza. Luego, se presenta el método que se utilizará para simular litologías utilizando estadísticas de múltiples puntos (SNESIM). Se trabaja en base a un caso de estudio con datos reales aplicando la metodología antes mencionada y también una metodología convencional (BlockSIS). Los resultados de las distintas metodologías son reportados por cada litología según el porcentaje de ocurrencia efectivamente bien simulado con respecto al modelo geológico. Estos porcentajes indican que los métodos SNESIM tienen un comportamiento aceptable en los contactos entre litologías. Estos resultados aportan una cuantificación de la incertidumbre tanto en los contactos como en la cantidad de tonelaje por litología. Este aporte puede ser importante dado la información que proporciona en las etapas de inversiones de capital, planificación minera, evaluación de recursos.

El cambio estructural experimentado por los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP), a partir de la década de los 80, ha motivado el desarrollo de nuevas herramientas de análisis de mercados eléctricos. En el nuevo marco organizativo, las decisiones de operación y planificación de la expansión de SEP deben considerar el acoplamiento entre sus aspectos técnicos y económicos. Es así como surge la necesidad de crear o mejorar las herramientas de análisis y simulación de mercados eléctricos, con el fin de que sean capaces de representar en mayor detalle los aspectos técnicos propios de la operación de un SEP. En este contexto, se ha gestado el programa DeepEdit, desarrollado en el Área de Energía del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile. Este se orienta al análisis y a la simulación de mercados eléctricos, representando la operación de un SEP en estado estacionario. El presente trabajo está orientado al mejoramiento de herramientas preexistentes y la incorporación de nuevos elementos tecnológicos de sistemas eléctricos a DeepEdit. En este contexto, se propone incorporar un nuevo elemento de red: el transformador de tres enrollados; se agrega la alternativa de operación como desfasador del transformador de dos enrollados existente en el programa y; se realizan mejoras a la obtención de la carta de operación de un generador sincrónico. Todas estas implementaciones son integradas a las herramientas de análisis en estado estacionario tradicionales de DeepEdit, como son: matriz de admitancia nodal, flujo de potencia AC, flujo de potencia DC y flujo de potencia óptimo. Para ello se plantea en cada caso, un modelo matemático validado teóricamente y una inserción en las herramientas preexistentes de acuerdo a su modelación original. Los ejemplos de validación para los desarrollos propuestos son contrastados en términos teóricos y en el programa comercial DigSilent. Las diferencias calculadas en los casos analizados, para todas las herramientas de análisis contempladas en este trabajo, son menores al 1% para las tensiones y potencias netas en cada nodo, resultado que permite evaluar satisfactoriamente la operación de los nuevos elementos de red de DeepEdit. Por otro lado, las mejoras gráficas alcanzadas en la carta de operación para generadores sincrónicos y la simplificación del código computacional correspondiente, permiten obtener una herramienta computacional que entrega resultados confiables para todos los casos analizados. Se deja establecido que la calidad del diagrama depende de la experiencia y el nivel de precisión en la estimación numérica de los diversos parámetros de la máquina. En esta misma línea de investigación, se propone como trabajo futuro incorporar estas nuevas tecnologías a las restantes herramientas de análisis de DeepEdit, entre ellas: el estimador de estado, análisis de cortocircuito, análisis de sensibilidad y diversos optimizadores presentes en el programa.

La planificación es una etapa crítica en el negocio minero, ya que en ella se plasma el potencial económico que existe en el depósito. Por tal razón es esencial que este potencial sea cuantificado en la forma más real posible, es decir, que incluya la mayor cantidad de variables incidentes en la generación de este valor. Asimismo, es necesario valorizar la incertidumbre asociada a estas variables e incorporarla a la toma de decisión durante la planificación minera. El presente trabajo consiste en desarrollar y comparar una planificación convencional trimestral para un volumen de un año de explotación, en una mina a cielo abierto, con un plan que incluya la incertidumbre y la dureza del mineral, a través de las toneladas por hora de mineral procesado en planta (TPH), catalogando como planificación convencional a la que considere sólo a las leyes y sus respectivas recuperaciones. La metodología aplicada abarca dos etapas. La primera parte consiste en simular geoestadísticamente, a partir de información de sondajes de largo plazo, las variables Work Index, Ley de CuT y Ley de Au, dentro de las unidades de estimación definidas en el modelo geológico, con el fin de obtener veinte escenarios posibles de estas variables. La segunda parte consiste en planificar trimestralmente el volumen seleccionado, por medio de un algoritmo de optimización, utilizando dos variables de decisión distintas. Una, considera la variable de decisión “finos” en la optimización y la otra, considera la variable de decisión “finos por hora” capaz de procesar un bloque en una línea de molienda propuesta. Se obtienen resultados de costos, beneficios y geometría por período y por cada metodología de planificación, los cuales se comparan. Para finalizar, se planifica los distintos escenarios creados en la primera etapa utilizando el criterio de optimización de “finos por hora”. Como resultado se obtiene que la planificación bajo el criterio de las TPH genera un beneficio mayor en un 9% al caso convencional y la geometría de cada programa varía al momento de aplicar estas dos metodologías. Como conclusión se propone que la metodología de planificación más conveniente para ser implementada y desarrollada, desde el punto de vista económico, es la que incorpore la variable TPH en la decisión si un bloque es llevado a botadero, planta o stock.

La evaluación de recursos minerales es un factor crítico en un proyecto minero y se lleva a cabo mediante técnicas geoestadísticas de kriging o de simulación. La simulación permite modelar la distribución de leyes u otras variables de interés, con lo cual se pueden realizar análisis de riesgo. Un factor importante al realizar la evaluación de recursos es el efecto de soporte volumétrico, ya que un cambio de soporte (de las muestras a los bloques de selección minera) genera cambios en las distribuciones de leyes. El tamaño del bloque a evaluar varía según el método de explotación y su selectividad. La forma convencional de tomar en cuenta el efecto de soporte es simular leyes a soporte puntual y después regularizar las simulaciones a soporte de bloque. La principal desventaja de esta metodología es la gran cantidad de recursos computacionales que utiliza (tiempo de cálculo, memoria en disco duro, uso de procesador y memoria RAM). El objetivo de la presente memoria es proponer una metodología para la simulación directa a soporte de bloque en el contexto de la simulación secuencial Gaussiana, buscando reducir los requerimientos computacionales, así como cuantificar el efecto en los resultados y su capacidad de generar simulaciones válidas. Se estudia distintas opciones de simulación directa a soporte de bloque y se selecciona seis metodologías posibles. Posteriormente se compara y analiza la sensibilidad de estas metodologías. Se aplica las metodologías propuestas a un caso de estudio y se compara con la simulación convencional a soporte puntual con posterior regularización a soporte de bloques. El resultado final es la recomendación de la metodología de simulación por descomposición matricial y condicionamiento al promedio de los valores simulados en cada bloque. Esta metodología disminuye los tiempos de cálculo en un 84% y reproduce adecuadamente el efecto de soporte.

En esta memoria se desarrolla una estrategia de control predictivo híbrido para un sistema de transporte público, que comprende acciones de control en tiempo real sobre buses y semáforos del sistema. El objetivo de esta estrategia es optimizar el funcionamiento de una flota de buses, esto es reducir tiempos de espera en paraderos y demoras en semáforos. Se expone los trabajos y formulaciones existentes sobre control de tráfico en tiempo real, con énfasis en el tema de prioridad para transporte público. Basándose en el tratamiento dado al transporte privado en la literatura especializada, en la que se da gran importancia a los largos de cola, se propone una formulación para la demanda de transporte privado. Asimismo, se formula un problema de control de semáforos y buses que contempla impactos en el transporte privado. Para lograr el objetivo propuesto se diseña un simulador de tráfico que se integra a una plataforma de simulación de transporte público. Sobre este sistema integrado se propone y prueba diferentes metodologías de control que incluyen estrategias de holding (retención en paraderos) y station skipping (salto de paraderos) y extensión y adelantamiento de verde con prioridad para buses en semáforos. Cada una de estas estrategias se verifica en forma separada y también de manera integrada, lo cual permite constatar que la estrategia integrada ofrece mejoras importantes. Se evalúa la sensibilidad de la estrategia integrada, con respecto a las condiciones de demanda, lo que revela la importancia de la distribución de demanda privada por sobre la magnitud de la misma. La estrategia se sensibiliza también con respecto a los parámetros de control, lo que muestra alta sensibilidad con respecto al horizonte predicción. Se concluye que la estrategia genera buenos resultados, disminuyendo los tiempos de espera en aproximadamente un 45% y demoras en semáforos en aproximadamente un 56% con respecto a un sistema sin control. Por su parte, la regularidad de intervalos, se mantiene en niveles similares. Sin embargo, para lograr tales resultados, se requiere de la implementación de tecnología que permita estimar tiempos de llegada a semáforos, cargas de pasajeros en buses y destino de los viajes de cada pasajero. Por otro lado, los desarrollos logrados durante este trabajo permiten continuar con la investigación en esta línea, así como la extensión a casos más complejos.

Ingeniero Civil Industrial / GNL Chile es la empresa chilena encargada de gestionar, administrar y organizar la logística necesaria para importar y proveer de Gas Natural a la zona centro-sur del país. Sus clientes son actualmente Endesa, Enap y Metrogas. El objetivo general de esta memoria es determinar los riesgos operativos y comerciales del proyecto de expansión del terminal de GNL Quintero, de manera de predecir si, las capacidades del nuevo terminal y las condiciones comerciales, permitirán un buen desempeño operativo de la planta. El trabajo consistió en la modelación e implementación de un modelo de simulación. En base a este modelo, se determinaron los riesgos plausibles del sistema con la nueva expansión en un horizonte de 15 años. Para el desarrollo de este modelo se utilizaron aproximaciones estocásticas a los procesos que ejecuta actualmente la empresa gestora. Se elaboraron también modelos de optimización lineal, análisis sobre el mercado eléctrico, uso de modelos para simular decisiones, análisis de los consumos de gas, análisis de perfiles de consumo y finalmente un análisis de mecanismos en una planta con capacidades compartidas. Las conclusiones de este trabajo apuntan a un resultado favorable del proyecto de expansión, la mayoría de los resultados, reflejan un mejor desempeño de la planta. Algunos mecanismos que actualmente son utilizados para distribuir las capacidades y costos tienen posibilidades de mejora. Este trabajo se aborda desde la Ingeniería Industrial, empleando herramientas de operaciones, simulación, programación estocástica, modelamiento matemático, optimización, teoría de juegos, entre otros. / 30/08/2021

Geólogo / Este trabajo estudia numéricamente el mecanismo de acuñamiento inducido térmicamente, con el fin de reproducir y analizar casos reales. Se pone especial énfasis en el estudio del Monte Masada en Israel, donde se ha medido acumulación de desplazamientos de un sistema compuesto por un bloque acuñado con fragmentos de roca cuando es sometido a ciclos de temperatura. La metodología del estudio contempla la generación de un modelo de elementos finitos, una etapa de validación analítica, comparación con resultados de un modelo físico disponible, análisis de sensibilidad de los parámetros termomecánicos de los materiales y las discontinuidades y finalmente la evaluación del mecanismo considerando tipos de roca más abundantes en la corteza terrestre. Los resultados de los modelos numéricos correlacionan favorablemente con la teoría y los modelos experimentales. Además, las tendencias del comportamiento ante los cambios en las variables constitutivas del sistema y las propiedades de los materiales evidencian que la física del mecanismo se reproduce satisfactoriamente. Se identifica que la acumulación de desplazamientos aumenta con la difusividad térmica de los materiales, disminuye con el coeficiente de roce y la distancia crítica de las discontinuidades y aumenta con el del ciclo térmico (periodo). Adicionalmente, se evidenció la importancia del ciclo estacional sobre el ciclo diario en la activación del mecanismo. Finalmente, se concluye que los resultados del modelo numérico del mecanismo para el Monte Masada aproximan con bastante precisión los desplazamientos medidos por Hatzor (2003). / Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto Fondecyt de Iniciación N° 11130363

Ingeniero Civil de Minas / La pequeña y mediana minería son sectores con múltiples desafíos en aspectos de seguridad, reducción de costos y aumentos de producción. Los desafíos relacionados a costos y producción pueden ser atendidos con la incorporación de la planificación y simulación minera. Por estos motivos surge la importancia de buscar y/o implementar nuevos software de simulación que puedan ser adquiridos a un menor precio pero que sigan cumpliendo con las expectativas de los software tradicionalmente usados. Debido a esto, el objetivo de esta memoria es realizar una comparación técnica entre los programas de simulación ProModel y Delphos Simulator (DSim), orientada principalmente a la velocidad de ejecución, flexibilidad y facilidad de uso de ambos software. El propósito es buscar nuevas alternativas a software frecuentemente utilizados en minería, que requieren de un mayor presupuesto para adquirirlos. La validación de los modelos se hizo comparando el modelo generado en DSim y el generado en ProModel, lo que entregó una diferencia del 0.03% en la producción lograda por ambos software. El motivo de esta diferencia se debe en cierta medida al layout, al recorrido realizado por los LHDs y la cantidad de decimales que soportan ambos software. Para modelos con pocas variables, como el caso de estudio, ProModel tiene tiempos de corrida de simulación al menos 6 veces menores que los logrados en DSim y menor utilización de recursos (procesador) del equipo. DSim ofrece mucha flexibilidad, pero que requiere de altas habilidades de programación para construir un modelo en un tiempo razonable. DSim es mucho mejor para modelar sistemas de gran tamaño o que poseen un layout cambiante en el tiempo, ya que es más fácil reutilizar códigos e ir implementando los nuevos sobre el modelo preconstruido. En cambio, ProModel es mucho mejor para modelar sistemas pequeños debido a que el software cuenta con una interfaz de botones y elementos de simulación que facilitan la construcción de los modelos, además de que el layout de una mina puede ser importado fácilmente. Para el caso de estudio considerado es mejor ProModel. Si el layout fuera pequeño pero existiera una alta cantidad de tareas o interacciones de equipos, ya sea entre LHDs, equipos de preparación u otros, DSim sería más útil ya que la flexibilidad que posee permite abordar el modelo se simulación de diferentes maneras. No se puede indicar con certeza cuál de estos software es mejor, sino que dependiendo de las necesidades del usuario, se debe definir cuál software es más útil o más práctico para realizar un modelo de simulación.

Magíster n Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / La escasez de agua en la zona norte de Chile, ha llevado a evaluar otras formas de suministro de agua a las operaciones mineras. En la actualidad una alternativa con proyección es el uso de agua de mar (salada y desalinizada). En el caso de la concentración de minerales de cobre, otros estudios han establecido como problemática principal para el uso de agua de mar salada, el llamado efecto buffer respecto de la cal, que consiste en la reacción de iones de Mg y Ca disueltos en el agua de mar con la cal (utilizada como regulador de pH en concentración), resultando en un aumento importante del consumo de cal para superar este efecto y alcanzar el pH requerido por los procesos. Se realizaron pruebas de contacto para "agua de mar - cal", "agua de mar - mineral - cal" y " agua de mar - concentrado - cal", obteniéndose un comportamiento característico de tres (3) zonas, donde la segunda corresponde a una meseta, en la cual el aumento de cal adicionada no produce aumentos significativos en el pH, coincidente con el efecto buffer" y que se verifica a pH entre 9,5 y 10,0. Se verifico una interacción entre los iones de Mg+2 y la cal. Se ejecutaron pruebas modificando las condiciones del sistema. Se utilizo agua de mar con un periodo de reposo de 10 días antes de la prueba y también agua de mar pretratada. En ambos casos se obtuvieron valores de pH superiores en la meseta (efecto buffer) y una cantidad de cal a adicionar menor para alcanzar valores elevados de pH respecto de la prueba sin modificar el sistema. Finalmente, se realizaron cinéticas de flotación a distinto pH para estudiar el uso complementario de cal y un segundo depresante de pirita (Metabisulfito de Sodio), concluyéndose que la adición de Metabisulfito permite depresar fuertemente la pirita en flotación a pH bajo (8,5), sin embargo, también afecta el rendimiento de los parámetros cinéticos para el cobre. Se recomienda que para etapas de flotación recuperativas (primaria y barrido) se privilegie el ajuste de pH con cal, mientras que para etapas de limpieza se privilegie el uso de Metabisulfito.