Ingeniero Civil de Minas / El oro rara vez se encuentra en la naturaleza formando compuestos, a diferencia de otros metales como cobre o zinc. Sus presentaciones habituales son en estado nativo o formando aleaciones, generalmente con plata. Se asocia de diversas formas con otros minerales. Entre los más comunes, se encuentran los sulfuros de fierro como pirita o arsenopirita, los sulfuros de cobre como calcopirita, o los carbonatos. En estas asociaciones, el oro puede presentarse en tamaños tan grandes que las partículas pueden estar liberadas, o tan pequeñas que puede distribuirse en forma atómica en la estructura cristalina del mineral, llegando incluso a estar completamente dentro de ella. Esta multiplicidad de presencias del oro, en asociación y ocurrencia, es lo que a la fecha ha dificultado definir la mejor opción de procesamiento para las mineralogías desde donde se desea recuperar oro. Por lo tanto, la composición mineralógica del depósito mineral, influye fuertemente en la definición y selección del proceso de beneficio de minerales de oro. Frente a esta dificultad, se ha desarrollado una herramienta computacional que permite simular, en estado estacionario, distintas rutas de procesamiento para minerales con oro a partir de criterios de diseño. Estos criterios pueden ser obtenidos de pruebas de laboratorio, información de benchmarking o la experiencia del usuario en el desarrollo de procesos. Esta herramienta se construyó con el software Microsoft Excel, aprovechando sus poderosas funciones para dar solución a problemas de tipo práctico. El simulador entrega como resultados el balance de materiales y agua de la ruta seleccionada, la composición del metal Doré, la composición de los descartes, los requerimientos de agua fresca y los requerimientos de reactivos necesarios para el procesamiento. Se presenta también en el documento, información relevante a la definición del proceso productivo. El propósito de esta información, es dar a conocer las opciones de procesamiento de más uso en la industria basándose en las características mineralógicas del material a tratar. Se presenta la simulación de un caso actual, entregando los criterios de diseño utilizados, las operaciones unitarias seleccionadas y los resultados obtenidos.

Ingeniero Civil Mecánico / Para lograr el transporte de relaves en la minería del cobre a través de la accidentada geografía del norte de Chile, en algunos casos se opta por utilizar una configuración de canaletas y cajones disipadores. El propósito de los cajones es amortiguar caídas bruscas de elevación y cambiar la dirección del flujo. Estos sistemas de transporte en canaletas y cajones disipadores han sido estudiados en las últimas décadas obteniendo una metodología de diseño medianamente probada, que es el resultado de la experiencia adquirida en proyectos desarrollados en Chile. Sin embargo, la mayoría de estos estudios y los datos obtenidos son de carácter privado y no son del todo generalizables, dependiendo cada caso de las condiciones de operación y las características del relave a transportar. Se cuenta con datos de un cajón que presentó fallas en el pasado debido al desgaste acelerado provocado por un mal diseño. El desgaste es un tema fundamental a la hora de diseñar estos sistemas, debido a las características abrasivas del relave. Se quiere estudiar más en profundidad la fluidodinámica detrás del funcionamiento de este tipo de cajones, y en este contexto, una metodología que viene siendo desarrollada con gran fuerza en el último tiempo es la simulación computacional, la cual será aplicada en este trabajo. El objetivo del presente trabajo de título es analizar, mediante la simulación fluidodinámica computacional, el flujo de relaves de minería en un cajón disipador de canaleta, y su relación con el desgaste en las paredes. Para esto, se utilizará el software comercial CFX 14.0, parte de la suite ANSYS. Se generará un modelo 3D del cajón a estudiar, se realizará un análisis de sensibilidad de mallado y se simulará para cuatro caudales de operación distintos. Se analizarán los datos obtenidos, poniendo énfasis en variables de interés como la trayectoria del chorro, el campo de velocidades del relave y los esfuerzos de corte y presiones, tanto en el fondo como en las paredes del cajón. Se espera encontrar condiciones propicias para la aparición de desgaste acelerado, como altas velocidades y concentración de esfuerzos de corte cerca de la zona de desgaste observada en la realidad. Además, se propondrán modificaciones al diseño de acuerdo a los resultados y se simulará para las mismas cuatro condiciones de caudal que el caso base. Finalmente, se concluirá respecto de la fluidodinámica detrás de la disipación del chorro dentro del cajón estudiado y su vinculación con el desgaste observado, y de la efectividad de las modificaciones propuestas para este caso.

Ingeniero Civil de Minas / La tecnología de molienda con rodillos a alta presión (HPGR: High Pressure Grinding Rolls) surge como una alternativa atractiva en las operaciones de conminución, debido al uso eficiente de la energía en el mecanismo de ruptura. En la actualidad existen modelos para la simulación de la operación del HPGR lo suficientemente desarrollados para predecir la distribución de tamaños del producto, la capacidad de tratamiento y el consumo de energía. El objetivo de esta memoria es evaluar las fortalezas y debilidades de dos (2) modelos fenomenológicos para este equipo, el desarrollado por Morrell (1998) y el desarrollado por Torres y Casali (2009). Estos modelos se han implementado en diversos software de simulación de procesamiento de minerales, tales como JkSimMet y MolyCop Tools respectivamente. Para lograr lo anterior se utilizará al software Microsoft Excel. Al programar ambos modelos bajo la misma plataforma de ejecución se procede a realizar el ajuste de los parámetros y a validar la capacidad de predicción de cada uno. En el desarrollo de este trabajo se utiliza una base de datos construida con pruebas piloto, escala de laboratorio e industrial, que fueron recopiladas de revistas científicas y tesis. Al trabajar con los datos obtenidos, se realiza una validación cruzada, con el fin de lograr una buena comparación entre los modelos, en donde un 68% del total del set de datos se utiliza para realizar el ajuste de los modelos y el 32% para calcular la capacidad predictiva de los mismos. Para el modelo de Morrell es posible afirmar que presenta una buena capacidad de ajuste y de predicción para la granulometría del producto obtenido en el borde de los rodillos, esto debido al supuesto que utiliza en la formulación del modelo de granulometría, en que asume que la ruptura es como la de un chancador. A diferencia del modelo de Torres y Casali, en que se modela como una serie de molinos de bolas que trabajan a distintas potencias. En el caso del modelo de Torres y Casali se destaca los bajos errores, tanto de ajuste como de validación, en la estimación del consumo específico de energía, presentando errores menores a un 7%. La principal razón de esta diferencia es que el modelo mencionado incorpora la presión en el cálculo de la potencia, en cambio el modelo formulado por Morrell no la considera en sus cálculos, siendo necesario utilizar el torque del motor del equipo. En resumen, ambos modelos presentan ventajas por sobre el otro, por lo que se debe tener claro el para qué se necesita la simulación. De esta manera, se podrá seleccionar un adecuado modelo a utilizar. En conclusión, considerando el punto de vista energético, conviene utilizar el modelo de Torres y Casali, dado que predice de mejor manera el CEE y con una buena estimación de la granulometría del producto total. Si se le quiere dar prioridad a la distribución de los tamaños de los productos del equipo, es conveniente considerar el modelo de Morrell, debido a que ajusta y predice con un bajo error la granulometría del producto global, y con mayor precisión la del producto de los bordes de los rodillos. Se espera que con este trabajo sea posible entregar una herramienta de evaluación para posteriores mejoras en los diferentes simuladores, y de esta manera continuar optimizando e impulsando el uso del equipo HPGR.

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniera Civil Mecánica / Al realizar una neurocirugía, es necesario hacer una perforación en el cráneo para lograr llegar al área de interés, que presenta la anomalía. Esta operación, por el lugar donde se realiza, es de extrema delicadeza; su planificación está sujeta y basada en imágenes de los órganos y tejidos tomadas previamente a la operación descrita, hecho que supone que las estructuras están estáticas y en la misma disposición que antes de comenzar la intervención quirúrgica. Este supuesto es incorrecto ya que, luego de realizada la apertura del cráneo, los tejidos del cerebro y el líquido intracraneal, llamado líquido cefalorraquídeo (LCR), cambian su posición, por lo que las imágenes antes captadas ya no representan la forma y lugar exacto de los órganos en cuestión. Esto se debe al cambio de presión existente al abrir el cráneo, a la pérdida de líquido, y a los distintos esfuerzos generados por la manipulación de los implementos quirúrgicos. Tal fenómeno de desplazamiento de los tejidos del cerebro es conocido como Brain Shift. El fenómeno descrito es un gran inconveniente a la hora de operar basándose en las imágenes pre-operativas pues, a medida que la cirugía avanza, las nuevas condiciones influyen en el estado del cerebro y sus tejidos. El objetivo de este trabajo es incorporar el líquido cefalorraquídeo (LCR), al estudio de este fenómeno, este líquido se modela con el método de volúmenes finitos, luego, por separado, se modela mediante elementos finitos la parte estructural, que incluye cerebro y cráneo. Así, se obtendrán los desplazamientos, modelando la parte del fluido, acoplado con un modelo estructural, para simular todas las partes de la cavidad craneal, y obtener la presión sobre todo el cerebro; de esta manera como resultado de la modelación se obtendrá el cambio de presión y deformación de los tejidos. Al incorporar el LCR se muestra y valora la importancia de este componente, que está todo el tiempo aportando nutrientes y siendo amortiguador para que el cerebro este totalmente protegido. Con la simulación se obtiene la carga que el líquido realizará sobre el cerebro y la tendencia a ir al lugar de la apertura, lo que conlleva a la deformación del tejido cerebral. Así se representa en un modelo, la realidad de la interacción fluido-estructura, y se logra cuantificar la deformación del cerebro en una cirugía. Para disminuir el riesgo en las operaciones, potenciando y mejorando el uso de cirugías asistidas por computadores, con el llamado sistema de neuro-navegación, para disminuir el error y aumentar la precisión, al momento de localizar el lugar de la anomalía y, ser un gran aporte para la medicina. Se realizan 3 tipos de craneotomías, para estudiar el fenómeno descrito.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo de tesis, Caracterización del transporte de pulpa de cobre en tuberías, mediante simulación , representa uno de los primeros esfuerzos desarrollados en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile por entender las principales características teóricas y prácticas de los flujos de pulpa de cobre. Estos flujos se utilizan como una gran alternativa para transportar mineral en las faenas mineras, aprovechando el agua como fluido de transporte. Los beneficios de utilizar este método de transporte van desde su eficiencia energética y su bajo impacto ambiental hasta su gran capacidad de transporte referida a distancias y toneladas por día. El principal objetivo de esta tesis es caracterizar la fluidodinámica presente en el transporte de pulpa de cobre por tuberías mediante simulaciones computacionales, contrastando los resultados con la teoría que rige estos flujos. Con este fin se realiza un estudio de las principales expresiones teóricas y correlaciones empíricas que se utilizan para el diseño de estos sistemas de transporte y luego un set de 17 casos simulados. Se implementa un modelo monofásico y cuatro multifásicos (modelo de mezcla, modelo de mezcla granular, modelo Euleriano y modelo Euleriano granular) sobre dos geometrías: una tubería lineal de 10 metros de largo y 16 pulgadas de diámetro, y una tubería con una expansión de 14 pulgadas. Utilizando un flujo de 6,9 m/s de velocidad con fracción volumétrica de 33% de sólidos, distribuidos en cuatro fases (cada fase con un diámetro de partículas correspondiente), se determina que el modelo de mezcla simple es el más preciso para predecir pérdidas de carga y además se comporta de manera correcta bajo otros criterios como velocidades de partícula, niveles de sedimentación, estratificación de las fases sólidas y distribución de dichas fases en el eje vertical de las tuberías. Se logra también incorporar la revisión de los criterios teóricos para corroborar que este modelo se comporta de manera suficientemente aceptable en los casos propuestos. Finalmente se pone a prueba el modelo de mezcla utilizando criterios de estrés. Para ello se realizan cinco simulaciones para determinar el efecto del tamaño de partícula sobre el modelo, obteniéndose resultados correctos desde el punto de vista de lo esperado. También se realizan otras tres simulaciones donde se cambia le geometría tipo expansión, se prueba disminuir la velocidad del flujo hasta la velocidad de sedimentación y se aumenta la fracción volumétrica de la fase sólida. Los resultados que arroja este nuevo set de casos son buenos y determinan que el modelo de mezcla es capaz de adaptarse a casos extremos.

En la presente memoria, se presenta un análisis de compatibilidad electromagnética de la electrónica de potencia en el diseño de un sistema de calentamiento inductivo. Los cables de alimentación y la electrónica de potencia a frecuencias entre 100 [Hz] y 10 [kHz] crean campos electromagnéticos intensos en los gabinetes de control y en su proximidad. Se propone estudiar sus efectos en los semiconductores utilizados y sobre los operadores en la zona cercana. Para tal efecto, se propone medir campos electromagnéticos en variadores de frecuencia y sistemas de calentamiento de modo de conocer los niveles frecuencias de los campos emitidos. Se comparará esos valores con las normas existentes para la protección de la salud de las personas contra las emisiones electromagnéticas. Se realizará también simulaciones de modelos físicos de semiconductores para estudiar los efectos de aplicación de flujo magnético en IGBT. titulo La metodología seguida consiste, en primer lugar, en una revisión bibliográfica del tema de la compatibilidad electromagnética para los variadores de frecuencia, del funcionamiento de los inversores para sistemas de calentamiento por inducción, de los modelos a nivel físico de los semiconductores típicos, de las ecuaciones de electromagnetismo y de difusión de partículas, de los métodos de resolución del sistema de ecuaciones y simulaciones realizadas por otros autores de semiconductores o de campos electromagnéticos emitidos o recibidos por la electrónica. Se realizará después mediciones de campos electromagnéticos en un variador de frecuencia para motor de inducción, dos hornos de inducción, de potencias y frecuencias distintas, para fundir metales y un prototipo del sistema de calentamiento de fluidos por inducción de 15 [kW]. Luego, se realizarán modelos físicos de diodo, MOSFET, BJT y IGBT con el software COMSOL, que se contrastarán con las ecuaciones teóricas de física electrónica y características eléctricas propias. Los resultados obtenidos indican que los modelos para simulación de semiconductores son fiables. Se demuestra que los campos magnéticos generados no son lo bastante intensos como para perturbar el funcionamiento de los IGBT que forman parte del inversor del sistema. También, se estudió los riesgos posibles para la salud de los trabajadores, encontrándose que en todos las situaciones anteriores, las normas no son sobrepasadas.

El objetivo general del presente trabajo de título es estudiar a través de datos experimentales y simulaciones numéricas, la dinámica de la estela generada por un perfil plano y su interacción con un escalar pasivo. Este trabajo de título se enmarca en el proyecto Fondecyt Nº 1085020. Se construyó la geometría en base a un sistema perfil plano - alerón, compuesto por una placa plana y un alerón de acuerdo a estudios experimentales realizados en el laboratorio LEAF-NL. Las simulaciones se realizaron utilizando un modelo laminar con el software Fluent v6.3. La validación de resultados consistió en comparar los siguientes aspectos con resultados experimentales: (i) Perfiles de velocidad de estelas sin forzamiento a diferentes números de Reynolds. (ii) Perfiles de velocidad para un forzamiento sinusoidal variando la frecuencia de forzamiento. Y (iii) contornos de fluctuación de energía cinética de la estela a diferentes frecuencias. Luego se estudió la evolución temporal de los perfiles de velocidad para frecuencias características. Se calculó la fuerza de arrastre para distintas frecuencias de forzamiento. Se estudió la dependencia del ancho de la estela con la distancia aguas abajo del alerón. Y se realizaron simulaciones numéricas incorporando la inyección de una sustancia escalar pasiva para configuraciones de estelas anteriormente simuladas, con el objetivo de determinar el efecto de la estela en la advección y difusión de la sustancia escalar. Del proceso de validación se concluyó que las simulaciones numéricas para estelas sin forzamiento se ajustan con datos experimentales. Para el caso con alerón forzado sinusoidalmente, se encontró la presencia de una frecuencia de resonancia (fr) que aumenta el ancho de la estela y la velocidad media del perfil. Con casos forzados se obtuvo similar comportamiento al experimental, pero a frecuencias un tanto menores. Se obtuvo que la fuerza de arrastre presenta un mínimo para fr cuando es calculada según la teoría de perfil delgado. Y presenta dos mínimos, incluido fr, si es calculado a partir de los esfuerzos de corte ejercidos en la superficie del alerón. Por otro lado, el ancho de la estela aguas abajo depende de la frecuencia de forzamiento, mostrando un comportamiento creciente. De las simulaciones con interacción de escalar pasivo se concluyó que la estela transporta sustancia escalar aguas abajo en el flujo manteniendo la mayor parte de este dentro de los límites de la estela. Y el medio de transporte utilizado son las estructuras de vorticidad generadas por el movimiento oscilante del alerón, las cuales en su generación adquieren escalar y lo transportan aguas abajo.

Ingeniero Civil / En las zonas altas de los Andes del norte de Chile, Perú, Argentina y Bolivia se encuentran lagunas extremadamente someras, usualmente conocidas como salares, cuyo balance hídrico es determinado por afloramientos de agua subterránea y su posterior evaporación. Estas sustentan poblaciones de flamencos y otras especies, los que se alimentan del contenido orgánico que se encuentra en los sedimentos. El oxígeno disuelto (OD) es una de las sustancias que puede transportarse en las lagunas y es indicador de la actividad biológica en los sedimentos. Este se transporta horizontalmente producto de corrientes generadas por la interacción entre la distribución de batimetría de la laguna y los fuertes vientos que inyectan energía durante las tardes, lo que ha sido corroborado en experiencias de terreno. Con el propósito de desarrollar una herramienta de estudio y control de las lagunas, se implementan numéricamente las ecuaciones de continuidad y momentum bidimensional, promedio vertical para una capa, las que permiten resolver la dinámica del fluido ambiente. Estas se resuelven con las metodologías de Crank Nicolson y el Análisis Modal para el problema teórico planteado por Kranenburg (1992), el cual considera una distribución de batimetría idealizada excitada por un viento uniforme. En conjunto, se implementa un módulo de transporte escalar que permite resolver la dinámica del OD mediante volúmenes finitos, considerando consumo de OD en los sedimentos y transferencias con la atmósfera. Estos resultados se comparan con los obtenidos al suponer mezcla completa en la laguna. El módulo hidrodinámico de la herramienta numérica es validado experimentalmente mediante mediciones de velocidad realizadas con un velocímetro acústico Doppler en un contenedor que representa la batimetría de Kranenburg (1992) y que es ensayado en una mesa oscilatoria construida en el laboratorio de hidráulica Francisco Javier Domínguez de la Universidad de Chile. Los resultados muestran que la relación de aspecto de la laguna y el número de Wedderburn son los adimensionales que controlan la magnitud de la concentración promedio espacial de OD en el sistema. El estudio del transporte escalar muestra que la concentración de OD calculada con volúmenes finitos es en general mayor que la concentración de mezcla completa. Conjuntamente se obtiene que el supuesto de mezcla completa sobrestima los flujos de OD con los sedimentos en relación a los resultados del modelo. Las zonas más lentas de la laguna presentan las condiciones propicias para maximizar el consumo de OD, mientras que en las de mayor velocidad la advección horizontal neutraliza el consumo vertical. La instalación experimental y simulaciones numéricas ajustadas al resultado analítico del flujo en el problema de Kranenburg (1992), muestran que el coeficiente de fricción lineal varía con la magnitud del forzante externo, lo que es una característica fundamental de la formulación simplificada de las ecuaciones de flujo planteadas en este trabajo.

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