Ingeniero Civil / En la industría minera y otras áreas, se utilizan tuberías para transportar sólidos a grandes distancias. Cuando el material presenta una granulometría extendida, los gruesos pueden sedimentar, formando un lecho en el fondo. En cambio, la partículas finas suspendidas generan una mezcla que se comporta como un fluido con una reología distinta a la del agua. El presente trabajo es un estudio experimental, donde se investiga la condición de arrastre incipiente, la evolución temporal y la estabilidad de un lecho granular no cohesivo, sometido a la acción de un flujo laminar en presión de fluidos pseudoplásticos. Para llevarlo a cabo, se realizaron modificaciones a una instalación experimental, ubicada en el Laboratorio de Hidráulica Francisco J. Dominguez, del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile. La geometría tridimensional del lecho se registró con un sistema de medición no intrusivo, conocido como perfilometría por transformada de Fourier (FTP). Los fluidos no newtonianos se generaron con una dilución de carboximetilcelulosa (CMC) en agua. Para estudiar el arrastre incipiente, se realizaron 21 experimentos, cubriendo cuatro tamaños de partículas, cinco pendientes, y distintas concentraciones de CMC en peso, entre 0,4 y 0,5%. Los datos experimentales se clasificaron visualmente y se graficaron en un diagrama de Shields en función del número de Reynolds de la partícula, modificado para fluidos pseudoplásticos, Re_{*p}^K. Se obtuvo como resultado que las curvas parametrizadas para fluidos newtonianos subestiman la condición de arrastre incipiente. Se propuso una relación para predecir el fenómeno, \tau_{**lecho}^c = 0,18 (Re_{*p}^K)^{-0,73}, válida en el rango 0,31 < Re_{*p}^K < 2,52. La evolución del lecho se estudió a partir de 12 experimentos de cuatro horas de duración, cada uno. Con el sistema de medición FTP se registró la altura del lecho, inicialmente plano, sometido a la acción de un caudal constante y se determinaron las principales características geométricas de las formas de fondo: amplitud, celeridad y longitud de onda. Se obtuvo como resultado que la amplitud y la celeridad tienden a disminuir en el tiempo, provocando una disminución del gasto sólido de fondo, que es consecuencia de la ausencia de aporte de sedimentos desde aguas arriba a la zona de estudio. Por otra parte, no se observó un comportamiento definido de la longitud de onda. De los registros temporales, se observó que en algunos experimentos el lecho se volvió inestable, propiciando la aparición y migración de ondas sedimentarias tridimensionales. En otros casos, el lecho permaneció plano durante varias horas. Para estudiar la estabilidad, se construyó un diagrama que depende de tres parámetros adimensionales usados en diversos estudios para explicar estos fenómenos, modificados para incorporar la reología: el número de Shields, \tau_*; el número de Reynolds, modificado para fluidos pseudoplástico, Re_{KT}; y número de Galileo modificado, Ga_K. Los experimentos se clasificaron dentro del diagrama, obteniendo zonas de estabilidad e inestabilidad. / Este trabajo ha sido financiado por FONDECYT a través del proyecto de investigación N° 1161751

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-12-01T16:26:05Z No. of bitstreams: 1 2015_JoséAntonioRodríguezMelquiades.pdf: 2952737 bytes, checksum: 634d7b7a263653ae950e007848f1d319 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2015-12-11T12:29:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_JoséAntonioRodríguezMelquiades.pdf: 2952737 bytes, checksum: 634d7b7a263653ae950e007848f1d319 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-11T12:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_JoséAntonioRodríguezMelquiades.pdf: 2952737 bytes, checksum: 634d7b7a263653ae950e007848f1d319 (MD5) / A pesquisa bibliográfica revela uma preocupação dos governos federais com a destinação final dos resíduos sólidos urbanos (RSU) com o objetivo de preservar a saúde da população, o meio ambiente urbano e rural. Por exemplo, no Brasil observa-se a criação da Lei 12.305/10 e, no Peru, da Lei 27.314/2000. Neste contexto e para o caso das cidades brasileiras esperava-se que, com o comando legal de desativação dos lixões até 2014, surgissem medidas que viabilizassem a coleta seletiva, reciclagem e reutilização para cerca de 80% do volume total de resíduos sólidos coletados e destinados a locais impróprios. No entanto, o que se observa é o não cumprimento das metas propostas em ambas as leis vis-à-vis as metas reais dos governos locais. Infere-se que isso se deve essencialmente à falta de uma boa estrutura organizacional, gerencial e operacional dos respectivos governos capaz de atender às demandas da população. A rigor, pode-se concluir que o maior problema das cidades está na falta de uma rede logística reversa, amparada por um adequado sistema de informação gerencial e de controle operacional que, por sua vez, integre todos os participantes formais e informais, privados ou não, que atuam e trabalham com os RSU. Nesse sentido esta pesquisa tem como objetivo principal modelar e planejar uma rede logística reversa para uma região urbana, dimensionando o fluxo de RSU que será movimentado ao longo da rede, o número e capacidade das estações de coleta, das unidades produtivas e especiais necessárias para sua coleta, transporte e disposição final. Os resultados obtidos mostram ser possível realizar a modelagem matemática desse tipo de problema com baixo investimento, assim como aplicá-la em várias regiões sem necessidade de grandes mudanças no modelo proposto. / The literature reveals a concern of Federal Governments with the disposal of municipal solid waste (MSW) in order to preserve the health of the population, the urban and rural environment. For example, in Brazil there has been the creation of Law 12,305 / 10 and, in Peru, of Law 27,314 / 2000. In this context and for the case of Brazilian cities, it was expected that, with the legal command for the deactivation of landfills by 2014, measures would be adopted in order to enable the selective collection, recycling and reuse for about 80% of the total volume of collected solid waste and intended to inappropriate places. However, what is observed is the non compliance of the proposed goals in both laws vis-à-vis the real targets of local governments. It is inferred that this is due mainly to the lack of proper organizational, managerial and operational structure of these governments able to meet the demands of the population. Rigorously, it can be concluded that the biggest problem of the cities is the lack of a reverse logistics network supported by an adequate system of managerial information and operational control which, in turn, integrates all formal and informal, private or not, participants that act and work with MSW. In this sense, this research aims to model and plan a reverse logistics network to an urban area, dimensioning the flow of MSW that will be moved along the network, the number and capacity of collection stations, and the productive and special units required for their collection, transportation and final disposal. The results show to be possible perform mathematical modeling of this problem with low investment, as well as apply it in various regions without major changes in the proposed model.

Ingeniero Civil / El transporte hidráulico de sólidos es una tecnología profusamente usada en la industria minera, tanto en el proceso de transporte interior de la planta concentradora como desde ésta hasta la planta de filtros, en el puerto de embarque del concentrado, o hasta el depósito de relaves. El proceso de transporte no está exento de riesgos, particularmente en los sistemas de transporte presurizado de pulpas de minerales. Al ser una suspensión acuosa de sólidos (más de una fase), están sujetos a un proceso de segregación. Esto ocurre en el evento de bajas velocidades y especialmente ante detenciones programadas y no programadas del sistema. Aparece un cuestionamiento importante ante el requerimiento de proceder a una detención. Si bien una condición segura es detener el sistema sólo después de la descarga del mineral en curso y reemplazo con agua en el ducto, ésta tiene asociado un alto costo operacional, por el alto valor y escasez del agua, la energía asociada a la recirculación de esta agua y del tiempo de rellenar el sistema con pulpa. El criterio normalmente usado para una detención de una línea de transportes de concentrado es empaquetarlo con pulpa. La pregunta que se hace el operador es cuál es un tiempo seguro, sin riesgo de embanque y eventuales roturas de la línea, con las consecuencias de daño a las instalaciones y al entorno en general. En efecto, en una detención de un sistema de transporte de pulpa se producen acumulaciones de sólidos en los puntos bajos por migración gravitatoria, tanto axial como radial. Este fenómeno provoca un aumento de la densidad y alto grado de compactación en los puntos bajos y, en consecuencia, un aumento significativo de la resistencia que ofrece la masa sedimentada a ser resuspendida y dispersada, pudiendo llegar a niveles que impidan remover la pulpa sin sobrepasar las presiones de diseño, durante el re-arranque. Los diseños de los sistemas de transporte de pulpa procuran un trazado limitando las pendientes a valores máximos cercanos al 15%, principalmente para evitar el fenómeno de acumulación de sólidos durante una detención. Los diseños también limitan algunas características de las pulpas, imponiendo valores máximos de concentración de alimentación, porcentaje de partículas gruesas, viscosidad de la pulpa y tensión de fluencia, evitando condiciones de sobrepresión tanto en régimen estacionario como en régimen transiente, incluyendo los mencionados re-arranques luego de un periodo de detención con pulpa. La experiencia de la industria de la minería muestra que, luego de un periodo de detención con pulpa, se produce un aumento de las concentraciones en los puntos bajos y, consecuentemente, una disminución de ésta en los puntos altos. También se observa que el registro de densidad tiene directa relación con el perfil longitudinal del trazado de la línea de transporte, identificándose los cambios de densidad de la pulpa a dicho trazado, comprobando que la pulpa se traslada con densidad variable y bien correlacionada con el perfil. Las pulpas minerales transportadas hidráulicamente a largas distancias, por sus atractivos indicadores económicos, son principalmente los concentrados de hierro y de cobre y los relaves de cobre. En el presente trabajo se establece un modelo para relacionar algunos parámetros geométricos de la línea de transporte con las características de la pulpa y los patrones de acumulación de sólidos en los puntos bajos, para concentraductos de hierro. Se utilizan registros operacionales obtenidos durante la fase de Puesta en Marcha, Ramp Up y operaciones de concentraductos de hierro actualmente en operación. El análisis efectuado muestra un predictor para determinar el tiempo máximo de parada segura con pulpa, en función de las diferentes variables, considerando que las concentraciones medidas en el DIT, ubicado al final de la conducción, no registre una variación superior al 20% de la concentración media y que, con un adecuado grado de seguridad, no se acerquen a la concentración denominada como empaquetamiento o consolidada. Las conclusiones a que arriba el presente trabajo de tesis, son las siguientes: Se producen aumentos locales de la concentración de la pulpa en los puntos bajos, luego de una detención en el transporte hidráulico y estos aumentos son sensibles a la masa de sólidos que se transporta por gravedad hacia estos puntos. La masa de sólidos que se transporta a los puntos bajos es a su vez dependiente del tiempo de duración de la detención y de la velocidad de sedimentación, que a su vez es dependiente de las características de la pulpa y de la geometría, especialmente las pendientes que propician la convergencia de sólidos en estos puntos bajos. Se establece un modelo que predice el aumento de la concentración en los puntos bajos (Cp), sobre la base de registros de detenciones en concentraductos de hierro. Efectuado un análisis de sensibilidad a las distintas variables que influyen en la determinación del tiempo máximo de detención, se concluye que las variables más influyentes, entre las que se pudo analizar por disponibilidad de datos, son la concentración de la pulpa y las pendientes convergentes a los puntos bajos. Otras variables que teóricamente deben influir, tanto en masa de sólidos que se desplaza hacia un punto bajo como al tiempo de detención máximo asociado, son el tamaño característico de partículas viscosidad de la pulpa, la densidad del sólido (s) y el diámetro de la conducción (D).

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Ingeniero Civil Mecánico / En minería el concepto de flotación es muy ocupado en la industria sobre todo en plantas de concentrado, con el cual se genera una selección de minerales económicamente deseables. Dicho proceso sucede en equipos llamados celdas de flotación. En dichos procesos, la utilización de agua es esencial, recurso el cual es muy escaso actualmente en nuestro país. Por lo anterior, se deben implementar nuevas tecnologías que permitan ocupar la menor cantidad de agua posible para estos procesos. Bajo este contexto, el profesor Gonzalo Montes en conjunto con su grupo de trabajo del departamento de Ingeniera Civil en Minas de la Universidad de Chile, diseño un prototipo de celda el cual pretende solucionar el problema planteado. Este funciona en base a dos fuerzas externas que interactuando en conjunto producen el efecto deseado. Estas fuerzas son generadas mediante los principios del hidrociclón y campos magnéticos. De lo anterior nace el tema de memoria a tratar, el cual tiene como objetivo principal estudiar el comportamiento fluido dinámico de prototipo ya mencionado bajo distintas condiciones operacionales y geométricas, mediante análisis teórico, ocupando el método CFD (Computational Fluids Dynamics). Para poder llevar acabo dicho análisis, se sigue la siguiente metodología de trabajo. Primero se realiza revisión bibliográfica, antecedentes generales de los temas relacionados con la memoria. Al instante en que concluye dicha actividad, se procede a variar la geometría del prototipo original de la celda en Autodesk Inventor 2017. Se realizan las simulaciones correspondientes en el software ANSYS 17.1. Luego, se procede a variar la concentración de sólidos y se analiza el efecto en prototipos de celda. Realizando simulaciones en el software ANSYS 17.1, en donde se generan variados modelos con diferentes porcentajes de concentración. Cabe destacar, que en el presente trabajo no se realizarán actividades experimentales para el análisis de la celda. Para realizar el trabajo ya señalado se necesita un computador de cálculo, el cual está disponible en el clúster del Departamento de Ingeniería Civil Mecánica de la Universidad de Chile. Además de los Softwares Microsoft Office 2013, ANSYS 17.1 y Autodesk Inventor 2017, presentes en el equipo antes señalado Finalmente, se procede adjuntar los resultados obtenidos en las actividades y realizar un análisis con respecto al comportamiento viscoso, condiciones operacionales de la celda y dispersión de aire en la celda. Concluyendo en base a criterios de diseño y rangos de operación para el prototipo de celda de flotación.