El presente trabajo de título se concentra en un estudio, utilización y análisis de la base histórica de datos que posee la mina El Inca Norte de la División El Salvador de Codelco Chile. El objetivo principal del estudio presentado en este documento es encontrar una relación analítica entre el comportamiento histórico del índice de uniformidad en los puntos de extracción y los modelos de dilución basados en los gráficos de porcentaje de dilución versus porcentaje de extracción de un punto, propuestos por Andrés Susaeta (2000). Como objetivo secundario se realizo un análisis de sensibilidad en cuanto a los parámetros de entrada que se incorporan en el calculo del índice de uniformidad planteado por Andrés Susaeta (2000), los cuales son el radio y los períodos de tiempos considerados para el calculo de tonelaje utilizado en la formula. Básicamente se analizaron los puntos desde el punto de vista de la uniformidad y desde el punto de vista de la Teoría Gravitacional (modelos de dilución), y se pretendió correlacionar los índices de uniformidad obtenidos para los puntos de extracción, con distintos radios y períodos de tiempo, con el comportamiento de los puntos de extracción en cuanto al modelo gravitacional. Finalmente se estimo cuales eran los parámetros de radio y período de tiempo, para el calculo del índice de uniformidad, que correlacionaran mejor con el comportamiento de los puntos de extracción. La mejor correlación entre los índice de uniformidad y la teoría gravitacional fueron obtenidos con parámetros de radio igual a 17 metros y períodos de tiempo de tres turnos, de 8 horas cada uno. Dado estos parámetros se analizo el comportamiento de los puntos de extracción desde el punto de vista de la uniformidad, semiuniformidad y desuniformidad, y se logro establecer que existe una gran relación entre la dilución y la forma de extraer el punto (uniforme, semiunifome y desuniforme). Un mejor conocimiento del índice de uniformidad conlleva a una mayor información respecto a la dilución y por consiguiente una mejora en los planes de producción y a optar por una mayor recuperación de las reservas.

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Ingeniera Civil de Minas / La planificación minera es un proceso iterativo, costoso en términos de tiempo y requiere de equipos de trabajo especializados. Tradicionalmente, el proceso de planificación es un proceso secuencial, es decir, se elabora un plan de producción el cual va siendo modificado o adaptado posteriormente, según los requerimientos de la operación. Esto se traduce en que las metas de producción originales no se cumplen, y el VAN final es menor al planificado. El objetivo principal de este trabajo es comparar y cuantificar el impacto que tiene la dilución no planificada, a través de dos modelos, sobre el plan de producción, la secuencia de extracción y en el VAN de la operación. Para esto, se realiza la planificación de una mina explotada por el método selectivo Bench & Fill, a través de un enfoque tradicional y un enfoque integrado, el cual incorpora un modelo de dilución. El impacto que tiene la dilución sobre el proceso de planificación puede ser observado a través de la comparación de ambos enfoques. Para la realización de este trabajo se utilizó el software agendador de actividades UDESS (Universal Delphos Sequencer and Scheduler), dado que es una herramienta robusta, flexible y que, además, posee la ventaja, por sobre otras herramientas, de entregar resultados optimizados. El secuenciamiento realizado por UDESS entregó las secuencias óptimas de extracción y los respectivos planes de producción para cada uno de los escenarios estudiados. En el proceso de planificación se incluyeron restricciones operacionales, tales como tasa de producción y movimiento de relleno, en conjunto con la valorización de ciertas actividades (desarrollos horizontales, extracción y relleno). Estas fueron utilizadas para determinar las restricciones de precedencia y el orden de la secuencia de extracción. Al comparar los resultados obtenidos se observó que incluir la dilución dentro del proceso de planificación produce un impacto directo sobre la secuencia de extracción, el VAN de la operación disminuye aproximadamente un 2% y, por ende, el plan de producción cambia. Finalmente, se concluye que la incorporación de los modelos de dilución como parámetro geomecánico al proceso de planificación impacta de manera directa los planes de producción, la secuencia de extracción y, de manera negativa, el VAN de la operación, sin embargo, la optimización del secuenciamiento realizado por el software permite que este impacto sea poco significativo. Además, la ventaja que tiene la incorporación de la dilución al proceso, es que permite obtener resultados más cercanos a la realidad operacional y menos susceptibles a cambios en etapas posteriores de la planificación minera. / 12/05/2020

[ES] Desde la irrupción de los vehículos eléctricos en el mercado automotriz como una opción de transporte limpia y asequible, los fabricantes de motores han estado buscando nuevas formas de reducir la huella ambiental de los actuales motores de combustión interna alternativos (MCIA). Hoy en día, la mayoría de las investigaciones en aplicaciones de vehículos de pasajeros se centran en desarrollar aún más los motores de encendido provocado (MEP) para promover una nueva generación de sistemas de propulsión sostenibles y de alto rendimiento. En este contexto, el concepto de encendido de precámara se está convirtiendo en una solución atractiva para aumentar la eficiencia térmica de los futuros MEP para vehículos de pasajeros, debido a su capacidad de acelerar el proceso de combustión. Además, la combinación de esta estrategia de encendido con mezclas diluidas (ya sea con aire o gases de escape) tiene el potencial de mejorar aún más el rendimiento del motor. En particular, en comparación con los sistemas de precámara activa con suministro de combustible auxiliar, la versión pasiva ofrece ventajas evidentes en términos de simplicidad mecánica, ensamblaje y coste. Sin embargo, todavía existen importantes obstáculos relacionados con la comprensión de los aspectos fisicoquímicos fundamentales del concepto (turbulencia, aerodinámica, conversión de energía, dinámica de los chorros, geometría de precámara...), que en última instancia han limitado la integración de esta tecnología en producción. Por lo tanto, esta tesis doctoral pretende extender el nivel de conocimiento de este concepto de encendido mediante el uso de un modelo CFD de última generación, validado con un extenso conjunto de medidas experimentales y siguiendo una metodología especialmente desarrollada para este trabajo de investigación. Los resultados obtenidos se dividieron en tres partes: La primera parte evaluó un MEP monocilíndrico de investigación, representativo de vehículos automóviles, que integraba el concepto de precámara pasiva en condiciones estequiométricas sin dilución. Aquí se evaluó el impacto del punto de operación del motor, el avance del encendido y la geometría de la precámara sobre los procesos físicos y termoquímicos que intervienen en este concepto de combustión. La segunda parte del estudio se centró en caracterizar el concepto en condiciones diluidas con aire y recirculación de gases de escape (EGR). Se analizó en profundidad la evolución del proceso de combustión y la distribución de energía en la precámara y cámara principal para los límites de dilución experimentales. Además, también se evaluó el uso de hidrógeno para ampliar el límite de dilución con aire. La última etapa de la investigación consistió en evaluar una posible aplicación tecnológica de este concepto de encendido a partir de los conocimientos adquiridos. Por ello, se desarrolló una metodología de diseño de precámara que combina herramientas numéricas 0D/1D y CFD. Posteriormente, la metodología fue validada en el banco de ensayos del motor, y la precámara resultante ofreció buenos niveles de rendimiento térmico y fue capaz de extender el límite de dilución con EGR. Con ello, la presente tesis doctoral supone un avance significativo en el campo del análisis del impacto de la integración de sistemas avanzados en MCIA en general, y en MEP en particular, con el objetivo de mejorar sus prestaciones, emisiones o rendimiento, contribuyendo al esfuerzo que está realizando la comunidad científica para mitigar el impacto ambiental del sector del transporte. / [CAT] Des de la irrupció dels vehicles elèctrics en el mercat automotriu com una opció de transport neta i assequible, els fabricants de motors han estat buscant noves maneres de reduir la petjada ambiental dels actuals motors de combustió interna alternatius (MCIA). Hui dia, la majoria de les investigacions en aplicacions de vehicles de passatgers se centren a desenvolupar encara més els motors d'encesa provocada (MEP) per a promoure una nova generació de sistemes de propulsió sostenibles i d'alt rendiment. En aquest context, el concepte d'encesa de precàmera s'està convertint en una solució atractiva per a augmentar l'eficiència tèrmica dels futurs MEP per a vehicles de passatgers, a causa de la seua capacitat d'accelerar el procés de combustió. A més, la combinació d'aquesta estratègia d'encesa amb mescles diluïdes (siga amb aire o productes de la combustió) té el potencial de millorar encara més el rendiment del motor. En particular, en comparació amb els sistemes de precàmera activa amb subministrament de combustible auxiliar, la versió passiva ofereix avantatges evidents en termes de simplicitat mecànica, assemblatge i cost. No obstant això, encara existeixen importants obstacles relacionats amb la comprensió dels aspectes fisicoquímics fonamentals del concepte (turbulència, aerodinàmica, conversió d'energia, dinàmica d'ejecció, geometria de precàmera...), que en última instància han limitat la integració d'aquesta tecnologia a la producció en sèrie. Per tant, aquesta tesi doctoral pretén estendre el nivell de coneixement d'aquest concepte d'encesa mitjançant l'ús d'un model CFD d'última generació, validat amb un extens conjunt de mesures experimentals i seguint una metodologia especialment desenvolupada per a aquest treball de recerca. Els resultats obtinguts es divideixen en tres parts. La primera part estudia un MEP monocilíndric d'investigació, representatiu dels vehicles actuals d'automoció, que integra el concepte de precàmera passiva en condicions estequiomètriques sense dilució. Ací s'avalua l'impacte del punt d'operació del motor, l'avanç de l'encesa i la geometria de la precàmera sobre els processos físics i termoquímics que intervenen en aquest concepte de combustió. La segona part de l'estudi se centra a caracteritzar el concepte en condicions diluïdes amb aire i recirculació de gasos produïts per la combustió (EGR). S'analitza en profunditat l'evolució del procés de combustió i la distribució d'energia en la precàmera i en cambra principal per als límits de dilució experimentals. A més, també s'avalua l'ús d'hidrogen per a ampliar el límit de dilució amb aire. L'última etapa de la investigació consisteix a avaluar una possible aplicació tecnològica d'aquest concepte d'encesa a partir dels coneixements adquirits. Per això, es desenvolupa una metodologia de disseny de precàmera que combina eines numèriques 0D/1D i CFD. Posteriorment, la metodologia és validada al banc d'assajos del motor, on la precàmera resultant ofereix bons nivells de rendiment tèrmic i és capaç d'estendre el límit de dilució amb EGR. Amb això, la present tesi doctoral suposa un avanç significatiu en el camp de l'anàlisi de l'impacte de la integració de sistemes avançats en MCIA en general, i en MEP en particular, amb l'objectiu de millorar les seues prestacions, emissions o rendiment, contribuint a l'esforç que està realitzant la comunitat científica per a mitigar l'impacte ambiental del sector del transport. / [EN] Since the irruption of electric vehicles in the automotive market as a clean and affordable transportation option, engine manufacturers have been looking for new ways to reduce the environmental footprint of current internal combustion engines (ICE's). Nowadays, most of the research efforts in passenger car applications focus on further developing spark-ignition (SI) engines to promote a new generation of high-performance and sustainable powertrains. In this context, the pre-chamber ignition concept is becoming an attractive solution to increase the thermal efficiency of future light-duty SI engines, due to its inherent capability of enhancing the combustion process. Moreover, combining this ignition strategy with diluted mixtures (either with air or exhaust gases) has the potential to further improve the engine performance and reduce pollutant emissions. In particular, compared to active pre-chamber systems with an auxiliary fuel supply, the passive version provides advantages in terms of mechanical simplicity, packaging and cost-effectiveness. However, there are still major hurdles related to the understanding of the fundamental physicochemical aspects of the concept (turbulence, scavenging, energy conversion, jet dynamics, pre-chamber geometry...), that ultimately have limited the integration of this technology into production vehicles. Therefore, this doctoral thesis intends to fill these knowledge gaps by using a state-of-the-art CFD model, validated with an extensive set of engine tests and following a simulation methodology specially developed for this research work. The obtained results were divided into three parts: The first part evaluated a research single-cylinder SI engine, representative of light-duty applications, operating with the passive pre-chamber system in un-diluted stoichiome\-tric conditions. Here, the impact of the engine operating point, spark timing and pre-chamber geometry over the physical and thermochemical processes that are involved in this combustion concept were evaluated. The second part of the study focused on characterizing the concept in diluted conditions with air and exhaust gas re-circulation (EGR). The combustion evolution and energy distribution in the pre-chamber and main chamber for the experimental dilution limits were deeply analyzed. In addition, the use of hydrogen to extend the air-dilution limit was also assessed. The final part of the investigation consisted in developing a potential technological application of this ignition concept from the acquired knowledge. Therefore, a pre-chamber design methodology combining 0D/1D and CFD numerical tools was developed and validated in the engine test bench. The resulting pre-chamber offered good levels of thermal efficiency and was able to extend the EGR dilution limit. This doctoral thesis represents a significant advancement in the frame of analyzing the impact of advanced ignition systems and their integration in ICE's in general, and in SI engines in particular, with the aim of improving the global features of these powerplants (efficiency and emissions), contributing to the effort that the scientific community is carrying out to mitigate the environmental impact of the transportation sector. / Barbery Avila, II. (2023). CFD Modelling and Analysis of the Passive Pre-Chamber Ignition Concept for Future Generation Spark-Ignition Engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193035

Debido al limitado número de reservas de petróleo y al incremento de emisiones a la atmósfera de gases contaminantes, la producción de combustibles con un origen fósil está siendo reorientada hacia vías más sostenibles. En este contexto, los biocombustibles llevan jugando un papel importante en las últimas décadas, siendo una potente alternativa a los combustibles convencionales pudiendo llegar a reducir las emisiones netas de carbono en un gran porcentaje (hasta valores cercanos al 90% si se emplean como materia primas residuos lignocelulósicos). Sin embargo, las materias primas empleadas para la producción de estos biocombustibles, al igual que sucede con los productos derivados del petróleo, presentan ciertas impurezas que no son deseables en el producto final, destacando la presencia de metales y metaloides. Bajas concentraciones de estos elementos, incluso por debajo del nivel de mg Kg-1, pueden: (i) reducir la eficiencia de producción y la estabilidad del combustible/biocombustible generado; (ii) generar problemas medioambientales y de salud humana; (iii) envenenar, obstruir y ensuciar catalizadores, además de favorecer la corrosión; (iv) afectar al correcto funcionamiento de los motores de combustión en los que se puede emplear el combustible/biocombustible; (v) algunas de estos elementos pueden ser añadidos para mejorar las propiedades antidetonantes, antioxidantes, anticongelantes, lubricantes o antiespumantes del producto final. Por todo ello, la presente Tesis Doctoral, desarrollada en el Departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la Universidad de Alicante y en colaboración con la empresa energética francesa TotalEnergies, se centra en el desarrollo de nuevas metodologías para el análisis multielemental de materias primas precursoras de biocombustibles y productos ligeros derivados del petróleo mediante el acoplamiento de un sistema de consumo total de muestra, conocido como hTISIS (high temperature Torch Integrated Sample Introduction System). Previamente se hizo un estudio bibliográfico de las distintas metodologías de preparación de muestras empleadas para realizar los análisis de este tipo de muestras orgánicas y también de las técnicas espectrométricas más usadas para la determinación elemental. Una vez conocidas las distintas metodologías de preparación de muestras. Se desarrolló un método de dilución de las muestras empleando xileno como disolvente orgánico para realizar los análisis. Para ello, el sistema de consumo total de muestra, hTISIS, se acopló a un espectrómetro de emisión óptico con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES). De tal forma que, aplicando una metodología de inyección segmentada, se pudieron obtener concentraciones con alto nivel de exactitud y bajos límites de detección para un conjunto de 15 elementos. Además, se consiguió mitigar los efectos de matriz relacionados con la forma química del silicio, elemento presente en todas las muestras, específicamente en altas concentraciones (decenas de ppm) en aceites de pirólisis y otros precursores de biocombustibles. En segundo lugar, esta metodología se mejoró mediante el acoplamiento de la hTISIS a un espectrómetro de masas en tándem con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS/MS) con el objetivo de poder determinar un mayor número de elementos (pudiendo determinar con exactitud elementos interferidos), reduciendo los límites de detección y pudiendo realizar por primer vez los análisis de estas muestras en un modo de aspiración continuo tras la adicción de oxígeno a la salida del sistema de introducción de muestras. Así, se pudieron cuantificar con exactitud 24 elementos en un set de 36 muestras formado por diversos productos ligeros derivados del petróleo, aceites, grasas animales y aceites de pirólisis.