Ingeniero Civil Mecánico / Chile hoy se enfrenta a un aumento significativo del número de vehículos equipados con motor diesel y de industrias que utilizan este combustible en sus calderas. Frente a las variaciones de los precios del crudo, la necesidad de disminuir la contaminación generada por la circulación vehicular, el abastecimiento de gas aleatorio y la necesidad de diversificar la matriz energética, se está pensando en desarrollar el uso de fuentes de energía renovables. El biodiesel es una alternativa interesante porque usa vegetales en su fabricación en vez de combustibles fósiles. Este trabajo propone analizar la posibilidad de fabricar biodiesel en el suelo chileno, mediante un análisis de prefactibilidad técnico-económico. El objetivo fundamental de la memoria es el diseño conceptual de una planta de biodiesel que corresponde a las proyecciones de mercado al año 2010. Este diseño se basa en los volúmenes de venta de la empresa Copec, que patrocina el presente trabajo de memoria. Se debe analizar la disponibilidad de materia prima, los volúmenes a producir y proponer, en base a estos datos, un proceso y una planta adecuada para la fabricación del biodiesel. El último punto a desarrollar es la estimación de la inversión y del biodiesel producido. Se demuestra que el raps constituye una buena alternativa de materia base para cuadrar con la orientación del Estado a favorecer la agricultura chilena y los volúmenes a producir. Después de evaluar las diferentes formas de producir biodiesel, se destaca el proceso de transesterificación con catálisis básica como el más adecuado para construir una planta de tamaño consecuente. El análisis de las ventas de diesel estimadas al 2010 permite elegir una planta de 100.000 ton/año, la que alcanzaría más del 5% de mezcla con el diesel vendido por la distribuidora Copec en la zona central del país El diseño en sí consta del diagrama de flujo acompañado de balance másico de la planta. Esto permite calcular los tamaños de equipos y consumos principales de manera de evaluar el costo estimado de tal planta. Se dimensionaron y detallaron los equipos de proceso, estanques y bombas, entre otros, para permitir un funcionamiento continuo de la planta. Se realizó una estimación de los materiales a procesar y de su costo internacional. Se tomaron en cuento los costos iniciales de obras civiles, de equipamiento y otros gastos para evaluar la inversión a realizar en la construcción de la planta. Sumando todos los costos fijos y operacionales, el biodiesel producido tendría un costo neto de 476,2 pesos por litro, superior al costo equivalente del petróleo diesel clásico; lo que explica que no haya todavía proyectos de biodiesel en el país. La inversión es de USD 14,7 millones, levemente inferior al costo de plantas realizadas en el mundo. Se concluye mostrando que la venta de B2 (diesel con 2% de biodiesel) tendría poco impacto sobre el precio al consumidor.

Ingeniero Civil Mecánico / El Convertidor Teniente (CT) es un reactor pirometalúrgico cuya función es llevar a cabo el proceso de fusión-conversión de concentrado de cobre mediante la inyección de aire a través de toberas sumergidas en el baño líquido. Es posible, mediante maquetas frías que funcionan con agua y aire comprimido, estudiar la fluidodinámica del baño de un CT real. Fenómenos como regímenes de inyección, formación de estados de oscilación y trayectoria del gas, son fácilmente reproducibles y observables en estas maquetas. El Instituto de Innovación en Minería y Metalurgia (IM2) posee este tipo de maquetas a escala, maquetas 3D completas y tajadas, en donde se estudia diferentes condiciones de operación, intentando traspasar los resultados de alguna variación en la operación de estas maquetas al CT real, ya sea para aumentar la tasa de conversión, reducir el desgaste de los refractarios internos del CT o para obtener mejores condiciones de operación a las actuales. Por otro lado, los modelos numéricos ofrecen una alternativa bastante robusta, en el sentido de que en ellos es posible registrar de una manera mucho más fácil parámetros como la presión y la velocidad. En estos modelos es posible apreciar, gracias al registro de imágenes en escalas de tiempo pequeñas, fenómenos como la formación de burbujas o el estado de oscilación de la superficie libre. Sin embargo, los modelos numéricos requieren una construcción geométrica precisa y un seteo numérico riguroso de los parámetros fluidodinámicos en pos de la obtención de resultados confiables y representativos. Últimamente, mediante la utilización de computadores en cluster, conjuntos de computadoras con hardware compartido y que funcionan como si fuesen una única computadora mucho más rápida, es posible la solución de estos modelos numéricos con la incorporación de mallas mucho más finas que las que hasta el momento se utilizaba. Esta alternativa ha hecho posible, por primera vez en este tipo de problema, validar la densidad de malla utilizada en la solución de estos modelos, cuestión que les confiere una validez adicional. En este trabajo se ha simulado mediante dos modelos, uno 3D completo a escala 1:5 del CT real y uno slice o tajada, la operación de las maquetas frías. Se ha comparado los resultados de ambos modelos, obteniendo como uno de los principales resultados, que el modelo slice reproduce una física mucho más realista de los fenómenos gracias a la posibilidad de una reducción mayor que en el modelo 3D completo, del tamaño de los elementos componentes de la malla. Se ha visto además que no existe una pérdida importante, en cuanto a la reproducción del comportamiento del baño, pasando desde el modelo 3D completo, al modelo slice. Por otra parte, una de las alternativas que se utiliza para lograr una mayor tasa de conversión es inyectar una mayor cantidad de aire a través de las toberas. En este trabajo se ha probado la inyección de aire a través de una segunda tobera en la parte inferior en del modelo slice, sumándose a la inyección lateral tradicional. Se ha inyectado por la tobera inferior mediante dos tasas de inyección y se comparado con la forma tradicional de inyección, encontrándose que es posible obtener un estado de agitación y mezcla mucho más propicio para el proceso de fusión-conversión, sin generar un comportamiento del baño que vaya en desmedro de la operación de la maqueta de CT y del posible desgaste acelerado de refractarios internos del CT real.

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Ingeniero Civil de Minas / Las metodologías utilizadas actualmente para la estimación de las dimensiones requeridas para la explotación mediante el método de Post-Pillar constan básicamente del cálculo del tamaño de pilares a emplear mediante fórmulas de limitada aplicación, dejando fuera restricciones sobre tamaño de paneles, altura de pilares en caso de falla por desprendimiento del techo u otras consideraciones operativas. El presente trabajo propone una nueva metodología de diseño para el método en cuestión. Utilizando como base herramientas tradicionales como metodologías analíticas y empíricas, el modelamiento numérico en FLAC3D permite integrar parte de esta metodología tradicional logrando un estudio con mayor nivel de detalle, mejorando las estimaciones. En base a las propiedades geomecánicas de la roca intacta, del macizo rocoso y condiciones de esfuerzo, es posible determinar las dimensiones de un pilar cuya resistencia se puede estimar a través de modelamiento numérico mediante la selección de un material de relleno. Por otra parte, es posible calcular las dimensiones del panel de explotación, altura máxima de este y el tamaño del pilar barrera en caso de ser necesario. Los resultados del modelamiento numérico muestran que la resistencia peak de los pilares con relleno aumenta con respecto a la resistencia sin relleno para todos los valores de GSI estudiados. Sin embargo, la contribución del relleno es considerablemente mayor para macizos de menor calidad llegando a aumentos de hasta un 500% en el mejor de los casos. Para valores de GSI de 60, 70 y 80, hay una clara tendencia a la disminución de la resistencia con relleno a medida que el pilar incrementa su altura. Para el GSI de 50 en cambio, la resistencia con relleno tiende a estabilizarse en un valor que depende de la geometría del pilar. Con respecto a las variables que influyen en su valor, esta presenta dependencia del ancho del pilar, del GSI del macizo rocoso y de las propiedades del relleno. Del trabajo realizado se desprende además la importancia de la etapa de modelamiento numérico como parte de la metodología considerando que esta herramienta permite integrar factores que la metodología empírica de estimación de resistencia de pilares deja fuera. Sin embargo se debe tener cuidado con ciertos aspectos. El criterio de falla de Hoek y Brown escogido para los pilares presenta en general buenos resultados para el GSI de 80 pero a medida que se disminuye este valor la calidad de los resultados también disminuye. Por otra parte, los métodos seleccionados para la secuencia de diseño responden a los elementos críticos identificados en el diseño del Post-Pillar, pero en este caso se deben plantear ciertas variantes para su uso. Las recomendaciones a futuro se relacionan con la estimación del tamaño de la losa cuando los pilares alcancen las alturas recomendadas y con el estudio de estallido de pilares integrando parámetros post-peak al modelamiento numérico.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 30/10/2020. / Ingeniero Civil de Minas / El NNM considera inicialmente 4 módulos de explotación independientes repartidos en el sector este y noreste de la mina El Teniente. La presente memoria nace de la necesidad de evaluar el impacto de 8 diseños de alternativas de batea distintas, lo cual considera distintas alturas de pilares corona, zanja y puente para finalmente elegir el diseño más adecuado en el contexto del NNM. El NNM considera una explotación por panel caving con hundimiento convencional y se pondrá especial énfasis en la zona de transición de este método de explotación minera, lugar donde el abutment stress alcanza su mayor valor, lo cual corresponde a las cercanías del frente de hundimiento. Se construyó un modelo lineal-elástico en el software de modelamiento numérico Map3D, este modelo sólo evaluará uno de estos módulos iniciales ya que se tratará de un análisis a pequeña escala. Dentro del modelo se consideraron las cavidades superiores de otras áreas de explotación del teniente, la Pipa Braden, la roca caja, las galerías de hundimiento y producción junto con puntos de vaciado, cavidad del NNM, la nariz, la socavación y ocho distintas alternativas de batea, donde cada alternativa de batea genera un modelo diferente. A partir de niveles de esfuerzos esperados en el NNM se ajusta un tensor in-situ que fue validado según datos reales alcanzado en promedio un esfuerzo principal mayor de 61 [MPa], un esfuerzo principal intermedio de 42 [MPa] y un esfuerzo principal menor de 35 [MPa]. La envolvente de daño entrega como estado último de falla σ_1=75+3σ_3. Los indicadores de estabilidad utilizados fueron el Factor de seguridad (FS), el porcentaje de falla (%F) y el esfuerzo deviatórico (q). Se concluyó que los valores admisibles de estos indicadores de estabilidad son: FS≥1,3,%F<20% y q≤70[MPa]. Se obtuvo que las alternativas de batea con un pilar puente de 7 [m] presentan mejores indicadores de estabilidad en el pilar puente, lo que establece una mejora en el diseño de la batea. Por otra parte, los indicadores de estabilidad mejoran al aumentar la altura del pilar corona (ΔFS≈+0,03[m^(-1) ];Δq≈-1[MPa/m];Δ%F≈-1[%/m]), la altura de pilar corona de 25 metros presenta valores de estos indicadores mayores a los admisibles; por otra parte, se aconseja evitar la altura de pilar corona de 28 metros, ya que la mejora de estos indicadores no justifica el aumento en la dificultad operacional de construirlo. Dado esto se elige la alternativa 6 con pilar puente de 7 [m] y pilar corona de 25 [m] como la más adecuada para la construcción del Nuevo Nivel Mina.

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Ingeniero Civil Mecánico / La siguiente memoria fue propuesta por la empresa Derk Ltda. y trata de la modelación numérica del comportamiento mecánico de un rajo minero usando el software comercial de elementos finitos Abaqus. La simulación requiere la elaboración de un modelo de la geometría de la mina y la aplicación de las teorías que gobiernan los comportamientos geomecánicos de ésta. El objetivo principal es entregar resultados precisos respecto al campo de esfuerzos, deformaciones y desplazamientos que se generan dentro del rajo y en sus alrededores inmediatos. Estos resultados deberán ser lo suficientemente representativos, como para servir de pauta en una posible toma de decisiones que tendrá como principal misión asegurar la seguridad de los individuos, equipos y producción. Se pretende crear un método que agilice la creación de este tipo de modelos, ya que en la actualidad esta tarea toma tiempos que son inaceptables con los ritmos que lleva la industria minera. Para lograr lo anteriormente descrito, se recopiló información respecto a la teoría geomecánica y del método de los elementos finitos. También fue necesario hacer uso del lenguaje computacional Python para desarrollar herramientas que ayudaron en el proceso de mallado. La memoria consta de 7 capítulos en los cuales se ahonda tanto en teoría como también en técnicas de creación de modelos. En la parte final se muestran y se analizan los resultados obtenidos en un rajo seleccionado por la compañía del cual se tiene la información suficiente como para simular distintas etapas de su excavación.

Ingeniero Civil Mecánico / El mineral de Cobre, muy importante para nuestro país, es extraído por muchas de las empresas mineras en Chile, siendo Codelco la más importante. El principal producto son los cátodos de cobre, que presentan niveles de pureza superiores a 99,99%. Estos cátodos se venden a diversas plantas manufactureras extranjeras de alambrón, las que posteriormente producen cables y alambres. Para obtener el alambrón, se aplica a los cátodos una serie de procesos de transformación, los que pueden alterar el contenido inicial de impurezas presentes. El principal problema que pueden generar estas impurezas es una disminución en las propiedades mecánicas del Cobre como, por ejemplo, reducir su ductilidad. Tales impurezas pueden presentarse disueltas, segregadas o en forma de precipitados, en una matriz dúctil de cobre. El objetivo del presente trabajo es determinar una geometría de probeta de tracción sensible al efecto de fragilización asociado a la presencia de impurezas en el cobre. Para tal efecto, se diseñaron probetas que concuerdan con las normas internacionales. Después, tales probetas se modelaron mediante elementos finitos y se realizaron ensayos de tracción en probetas de diferente geometría, con distinta pureza de cobre, junto con el pertinente análisis fractográfico. Finalmente, se analizó el conjunto de los resultados y se determinó la mejor geometría de probeta para el objetivo fijado. A partir de normas internacionales de ensayos de tracción para probetas con entalle, se diseñaron probetas entalladas con dos geometrías distintas, cilíndricas y planas, las que podían presentar 2 tipos de ángulos de entalle, 60 o 90 grados. Dichas probetas poseen un área central reducida que genera una zona de concentración de esfuerzos con una componente de tracción triaxial, donde deben activarse los mecanismos de fractura, los cuales son sensibles a la presencia de impurezas. Se realizaron 29 experiencias de tracción en probetas de diferentes cobres (cátodo, blíster, ánodo y cobre comercial 99,99%), para caracterizar experimentalmente las probetas diseñadas. Además, a las probetas ensayadas se les realizó análisis químico, por descarga luminiscente de espectrometría de masas (GDMS), análisis de gas instrumental (IGA), y también análisis fractográfico, en un microscopio electrónico de barrido equipado con espectroscopía por Rayos X (EDS). La etapa crítica del presente trabajo fue la correlación de los resultados obtenidos experimentalmente con lo obtenido con la modelación por elementos finitos, de una probeta cuya geometría optimice la sensibilidad del material a la deformación. En cuanto a los resultados experimentales, la geometría más sensible a la presencia de impurezas resultó ser la cilíndrica; además, ángulos más agudos de entalle presentan una mayor sensibilidad a las impurezas. Este tipo de probetas también presentó el mayor grado de triaxialidad en la simulación por elementos finitos.