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.

Um modelo matemático multifásico para a solidificação equiaxial de ligas binárias capaz de prever o efeito de taxa de resfriamento e da concentração de soluto no tamanho médio final de grãos foi proposto no presente trabalho. O modelo matemático foi desenvolvido através do conceito de envelope envolvendo os grãos, utilizando as equações de conservação de energia, massa e espécies químicas. O modelo de nucleação utilizado possibilita que novos núcleos possam surgir durante todo o período de resfriamento. As equações diferenciais foram obtidas através de uma média volumétrica das equações de conservação em um volume elementar representativo contendo três \"pseudofases\": sólido, líquido interdendrítico e líquido extradendrítico. O efeito de algumas variáveis de processamento sobre o tamanho médio final de grão foi analisado. Os resultados do modelo proposto foram comparados com resultados de alguns modelos disponíveis na literatura. / A multiphase mathematical model for the equiaxed solidification of binary alloys was proposed in the present work to predict the effects of the cooling rate and the average solute concentration on the final average grain size. The mathematical model was based on the concept of the grain envelope and on the conservation of energy, mass and chemical species. A nucleation model was adopted to consider the nucleation of new grains during the whole solidification time. The differential equations were derived from the volume average of conservation equations within a representative elementary volume that consisted of three pseudophases: solid, interdendritic liquid, and extradendritic liquid. The effect of some processing variables on the final average grain size was studied. The results from the proposed model were compared with those available in the literature from other models.

Um modelo matemático multifásico para a solidificação equiaxial de ligas binárias capaz de prever o efeito de taxa de resfriamento e da concentração de soluto no tamanho médio final de grãos foi proposto no presente trabalho. O modelo matemático foi desenvolvido através do conceito de envelope envolvendo os grãos, utilizando as equações de conservação de energia, massa e espécies químicas. O modelo de nucleação utilizado possibilita que novos núcleos possam surgir durante todo o período de resfriamento. As equações diferenciais foram obtidas através de uma média volumétrica das equações de conservação em um volume elementar representativo contendo três \"pseudofases\": sólido, líquido interdendrítico e líquido extradendrítico. O efeito de algumas variáveis de processamento sobre o tamanho médio final de grão foi analisado. Os resultados do modelo proposto foram comparados com resultados de alguns modelos disponíveis na literatura. / A multiphase mathematical model for the equiaxed solidification of binary alloys was proposed in the present work to predict the effects of the cooling rate and the average solute concentration on the final average grain size. The mathematical model was based on the concept of the grain envelope and on the conservation of energy, mass and chemical species. A nucleation model was adopted to consider the nucleation of new grains during the whole solidification time. The differential equations were derived from the volume average of conservation equations within a representative elementary volume that consisted of three pseudophases: solid, interdendritic liquid, and extradendritic liquid. The effect of some processing variables on the final average grain size was studied. The results from the proposed model were compared with those available in the literature from other models.