Magíster en Ciencias, Mención Física / En esta tesis se presenta un estudio de la reología y de las estructuras espaciales que surgen en suspensiones de bacterias en el regimen semi-diluido. Debido al tamaño microscópico de las bacterias, su densidad y velocidad de propulsión, estas viven en un ambiente caracterizado por un bajo número de Reynolds, por lo que la fuerza y torque total sobre ellas son nulos. Por lo tanto, a primer orden, las perturbaciones en el campo de velocidades producidas por estos nadadores corresponde a un dipolo de fuerzas. Además, el dipolo de fuerzas ejerce un cizalle en el fluido, el que puede traducirse en una viscosidad activa cuando se impone un flujo externo. Esta contribución puede llegar a ser tal que la viscosidad total es nula o incluso negativa, como se ha encontrado experimentalmente. Los nadadores presentan interacciones de corto y largo alcance. En el regimen semi-diluido, las concentraciones siguen siendo bajas, pero suficientemente altas para que las interacciones de corto alcance sean relevantes sin que las de largo alcance jueguen un rol fundamental. Estas interacciones se traducen principalmente en un alineamiento entre bacterias cercanas debido a efectos estéricos e hidrodinámicos. En esta tesis se extiende la teoría cinética de suspensiones bacterianas en el régimen dilu- ido, considerando interacciones de corto alcance a través de una integral colisional. Se presen- tan dos tipos de interacciones: alineamiento polar y nemático. A partir de la ecuación cinética es posible obtener las ecuaciones hidrodinámicas de la densidad, la orientación promedio y el tensor nemático cuando existe un flujo impuesto. En particular, en esta tesis se estudia el caso de un flujo de corte uniforme. Para sistemas homogéneos se encontró que por sobre cierta concentración crítica, existe una transición hacia una fase polar o nemática, según el tipo de interacción. Ambas fases dan origen a una viscosidad oscilante en el tiempo. A través de un análisis de separación de escalas, cercano a la concentración crítica, se obtienen expresiones analíticas para la orientación promedio y el cizalle producido por una suspensión. Resultados numéricos revelan, además, que para grandes tasas de corte la fase ordenada se pierde. En particular, para colisiones nemáticas, esta fase se pierde de manera subcrítica. Finalmente se estudió la dependencia espacial de la suspensión bacteriana. A través de simulaciones tipo DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) se resolvió la ecuación cinética condiciones de borde rígidas, encontrando estructuras espaciales en la suspensión bacteriana. El mismo fenómeno se encuentra al emplear condiciones de borde periódicas, por lo que se analizó la estabilidad lineal de la solución homogénea al ser perturbada con ondas planas. Los resultados indican que la inestabilidad ocurre para grandes longitudes de onda, por lo que es posible mediarla a través del tamaño del sistema. Además, al incluir interacciones de largo alcance al análisis de estabilidad, se obtienen que estas sólo modifican cuantitativamente los resultados. Finalmente, este fenómeno también se encontró en tres dimensiones. / Este trabajo ha sido financiado por CONICYT

Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo consiste en la elaboración de diseño y planificación de la operación de lixiviación para una planta de in situ mining (ISM) basada en la explotación por caserones. La lixiviación in situ mediante caserones consiste en la preparación de una unidad subterránea mediante tronadura para aumentar la permeabilidad y así poder inyectar un flujo de solución lixiviante para extraer el mineral objetivo del yacimiento. Estas soluciones son captadas en las galerías en la base del caserón y el cobre es recuperado en la planta de SX-EW. Se define una metodología para caracterizar las cinéticas de lixiviación de cobre y de consumo de ácido del mineral. La cinética de lixiviación de cobre permite extrapolar los resultados a cualquier diámetro de partícula deseado y la cinética de consumo de ácido del mineral permite extrapolar el consumo para cualquier concentración de ácido mayor a 5 [g/L]. Se desarrolla un modelo matemático que permite simular la velocidad de lixiviación de cobre y del consumo de ácido a través del tiempo para la explotación de caserones. La mejor recuperación global de cobre corresponde a un 62% y se obtiene simulando un diámetro de partícula de 8 pulgadas con una concentración de ácido de 10 [g/L]. Se plantea una planificación de operación para lixiviación in situ de caserones en función de su tiempo de producción y los resultados obtenidos por el modelo. La operación óptima se obtiene al lixiviar caserones con un desfase de tiempo de 3.187,5 horas debido a su estabilidad en las concentraciones de salida de cobre y de ácido, además de poseer un menor tiempo total de operación.