Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / Ingeniero Civil de Minas / Las pulpas son ampliamente utilizadas en el procesamiento de minerales ya que permiten el transporte de la roca de granulometría fina además posibilitando la extracción del valioso, es por esto que se hace interesante estudiar sus propiedades reológicas como la viscosidad y esfuerzo de corte de fluencia. Las variables reológicas más empleadas en el procesamiento de minerales son la viscosidad y el esfuerzo de fluencia, las cuales muchas veces actúan como características limitantes de algunos procesos, acotando la capacidad de tratamiento de los equipos, además de aumentar el gasto energético en bombeo y el consumo de agua, entre otros. El trabajo experimental de este estudio conlleva la ejecución de pruebas reológicas a escala de laboratorio y la caracterización híper-espectral de pulpas considerando variables controladas como: la composición, concentración de sólidos y el pH; siempre midiendo otras variables incidentes como la granulometría, temperatura, etc. Los minerales utilizados en dichas pulpas son conocidos por su incidencia en las propiedades de interés (viscosidad y esfuerzo de fluencia) además de ser constituyentes de gangas de alta abundancia en la industria minera chilena, con el fin de identificar posibles interacciones no intuitivas o cualquier otro fenómeno reológico cuya comprensión pueda significar un beneficio para las labores de concentración. Por otra parte, el análisis híper-espectral se presenta como una tecnología con las cualidades necesarias para la caracterización mineralógica con fines de control y predicción para la reología de pulpas. El desarrollo de esta tesis se enmarca en el desarrollo del proyecto INNOVA CSIRO CHILE 10CEII-9007, el cual proveyó como herramienta de caracterización híper-espectral el HyLogger-3. Luego del trabajo realizado, se encontraron varios efectos sinérgicos entre minerales en la reología de las pulpas, con potencial beneficio para los procesos industriales. También fue posible la detección y cuantificación de los minerales utilizados en este estudio, demostrando una alta precisión, permitiendo así el desarrollo de un modelo de predicción de la viscosidad y el esfuerzo de fluencia para las pulpas sintéticas analizadas. Se propone el estudio del mecanismo físico-químico de los efectos sinérgicos encontrados, además de la expansión de los modelos para otros pH y la comparación de la reología para pulpas con los mismos minerales con distintas procedencias.

Ingeniera Civil Química / Ingeniera Civil en Biotecnología / El manejo de relaves en Chile presenta problemas especiales y a veces únicos a nivel mundial. Es de obvio interés investigar la aplicabilidad de los análisis reofísicos a los relaves chilenos, ya que la posibilidad de encontrar interpretaciones justas, permite aclarar la Reología de estas suspensiones, básicas para la minería chilena. El presente trabajo de título es un estudio teórico dividido en dos secciones, enmarcado en Reología aplicada a relaves chilenos. La primera parte está dirigida al estudio de las interacciones intermoleculares predominantes dentro de un relave chileno. Coussot y Ancey (1999) desarrollaron un diagrama conceptual simplificado donde se detallan las interacciones predominantes en suspensiones concentradas cizalladas. El análisis de los números adimensionales de dicho diagrama, permite concluir que las interacciones predominantes en los relaves chilenos son de tipo friccional. En la segunda parte de esta memoria se estudia el comportamiento del modelo reológico propuesto por Larenas (2010). Este modelo se implementa computacionalmente, haciendo uso de la solución explícita de la ecuación constitutiva encontrada por Larenas para el método Vane. Se estudian los valores de los parámetros y variables adimensionales del modelo para un rango de concentraciones de sólido, además del comportamiento tixotrópico de los relaves mediante el test 3-ITT (3 Interval Thixotropy Test). La calidad del ajuste entre el modelo fenomenológico para el método Vane y las mediciones en los dos primeros intervalos del test resulta satisfactoria. El análisis del parámetro de estructura, el cual cuantifica el grado de estructuración del sistema y la evolución temporal del sistema, arroja que éste disminuye linealmente con la concentración de sólidos en los dos primeros intervalos. En el tramo C no se obtiene un ajuste satisfactorio del modelo y tampoco se aprecia una disminución lineal en el coeficiente de estructura.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva. Ingeniero Civil de Minas / El manejo de relaves es un tema crucial en minería por el impacto ambiental y los riesgos asociados a largo plazo. Además, el manejo de éstos dentro de la mina implica el uso de sistemas de bombeo que pueden enfrentar detenciones y fallas por cambios en su reología. Por lo anteriormente expuesto, se hace necesario establecer un control sobre la reología de relaves, con el objetivo de tomar acciones que eviten o mitiguen cambios bruscos de ésta y sus efectos adversos. El objetivo de este trabajo es cuantificar reológicamente la incidencia del contenido de sólidos en volumen, contenido de arcillas (filosilicatos) en la fase sólida y tamaño de partículas en la viscosidad y límite de fluencia de relaves ricos en filosilicatos. Además, se evaluó el uso de técnicas de caracterización avanzada de minerales como herramienta de apoyo para el control predictivo de la reología de relaves. El trabajo desarrollado se enmarca en el proyecto Innova-Corfo CSIRO-CHILE 10CEII-9007 desarrollado por CSIRO-Chile y el Advanced Mining Technology Center (AMTC) de la Universidad de Chile. Se realizaron 108 experimentos de reometría sobre relaves con diferentes contenidos de sólidos, arcillas y granulometría de fase sólida, para luego ajustar los resultados a modelos reológicos de Bingham. Posteriormente se ajustaron modelos de regresión lineal para la viscosidad y límite de fluencia de relaves, que consideran como variables explicativas las siguientes: contenido de sólidos en volumen (entre 25% y 40%), contenido de arcillas (filosilicatos) en la fase sólida (0% - 25%), tamaño de partículas (d80 entre 43.79µm y 86.43µm) y tipo de arcillas (caolinita y montmorillonita). Dichos modelos fueron luego evaluados con información obtenida de técnicas de caracterización avanzada (QXRD, análisis hiperespectral en HyLogger3 y granulometría por difracción láser) y se evalúa la calidad del ajuste. Los modelos de regresión obtenidos poseen una buena calidad de ajuste sobre la viscosidad y límite de fluencia (R2>0.9). Posteriormente, su implementación con información obtenida de técnicas de caracterización avanzada entregó resultados que muestran una sobreestimación de la viscosidad y límite de fluencia, debido a la detección de contenidos mayores a los reales de filosilicatos. Se determinó que la influencia del pH es fundamental en el comportamiento de relaves con filosilicatos, pues regula la formación de estructuras en estos minerales, afectando de gran manera la viscosidad y límite de fluencia de las suspensiones. Esta propiedad debiese ser considerada como una variable explicativa en futuros trabajos. Se puede concluir que las variables propuestas como determinantes del comportamiento reológico de relaves ricos en filosilicatos efectivamente son útiles para estimar con buena precisión la viscosidad y límite de fluencia de éstos, haciendo posible la implementación de sistemas de control predictivo de la reología de relaves a partir del uso de técnicas de caracterización avanzada de minerales.

Memoria para optar al título de Ingeniero en Alimentos / Se estudió la relación entre propiedades reológicas y de calidad durante la maduración de palta Hass (Persea americana Mill.). Este estudio en particular, se enfocó en los análisis físicos en palta Hass. Según los análisis reológicos, se obtuvo que los valores de esfuerzo de cizalla y de viscosidad disminuyeron al avanzar la madurez de la palta para todos los puntos analizados y respecto a su grado de resistencia, debido a la liberación de aceite y al aumento en la concentración de pectina soluble, entre otros fenómenos bioquímicos. El índice de fluidez aumentó respecto a sus días de almacenamiento a una misma resistencia como también entre puntos, al igual que los parámetros de luminosidad y a*/b*, por ello el color amarillo final de la pulpa. Sin embargo, el índice de consistencia, el umbral de fluencia, el área de histéresis, los módulos de almacenamiento, pérdida, complejo y la fuerza de penetración, disminuyeron tanto por periodos de maduración como por puntos debido a la aparición de aceite y ablandamiento de la pulpa. Por otro lado, G‟ siempre fue mayor que G‟‟, mostrando un comportamiento elástico predominante sobre el viscoso, por ello, la palta cuenta con características más sólidas que líquidas. Además, las curvas de Peleg arrojaron que las muestras tienen un comportamiento viscoelástico a cualquier temperatura de almacenamiento como también para los 3 tipos de resistencias analizados (6, 4 y 2Ib). Con las correlaciones realizadas, se obtuvo que para las muestras de 6, 4 y 2Ib, los índices de peróxidos y pAnisidina aumentan a medida que asciende el tiempo de almacenamiento, el índice de fluidez o la relación a*/b*, o cuando disminuye la fuerza de penetración, lo que se expresó a través de ecuaciones lineales, polinómicas, exponenciales y potenciales. Finalmente, existió una buena concordancia entre el análisis sensorial y los análisis de textura y colorimetría, indicando que la pulpa de la palta se vuelve más blanda y menos verde a medida que madura / The relationship between rheological properties and quality during maturation of Hass avocados (Persea americana Mill.) was studied. This particular study focused on Hass avocado‟s physical analysis. According rheological analysis, the gotten result was that the values of shear and viscosity decreased with avocado`s advancing maturity about all analyzed points and regarding their degree of resistance, beacuse of an oil liberation and a rise about concentration of pectin soluble, among other biochemical phenomena. The flow index increased respect to the days of storage at the same temperature as between points, also the lightness parameters and a*/b*, for that reason, a yellow colour apeared into avocado‟s pulp. Furthermore, the consistence index, the yield stress, the hysteresis area, the storage modulus, the loss complex and the penetration force, decreased at both maturation periods, due to the occurrence of oil and softening pulp. Moreover, G' always was greater than G'‟, showing an predominant elastic behavior about advocado‟s viscous factor. Therefore, avocado get more quantity of liquid characteristics than solid ones. Furthermore, Peleg‟s curves showed that for the the samples have a viscoelastic behavior at any temperature storage also for the 3 types of resistors tested (6, 4 and 2 Ib). With the correlations performed, the main conclusion was that in case of the samples of 6, 4 and 2Ib, the values of peroxide and p-anisidina, ascends gradually when increase storage time, the flow index or ratio a*/b*, or when decreases the penetration force, which is expressed through lineal, polynomial, potency and exponential equations. Finally, there was good agreement between the sensory analysis and the tests of texture and colorimetry, indicating that avocado‟s pulp becomes softer and less green as it matures

RESUMEN REFORMULACIÓN DE GALLETAS DE MASA CORTA: CAMBIOS EN REOLOGÍA, TEXTURA Y PROPIEDADES SENSORIALES El presente trabajo de tesis se ha centrado en la evaluación de las propiedades físicas y sensoriales de galletas tras su reformulación con nuevos ingredientes para crear productos más saludables utilizando técnicas reológicas, texturales y sensoriales. La formulación de galleta consta de tres ingredientes fundamentales: harina, grasa y azúcar. Dada la demanda actual de los consumidores de alimentos saludables, el reemplazo de grasa y azúcar así como la incorporación de fibra en las galletas resulta de gran interés. Sin embargo, esta reformulación afecta significativamente a las propiedades de las galletas. En esta tesis mediante la aplicación de técnicas físicas y sensoriales se estudia la funcionalidad de los ingredientes básicos y de nuevos ingredientes con la finalidad de seleccionar el ingrediente óptimo que permita reformular obteniendo una galleta final de la máxima calidad y aceptación sensorial. Las propiedades de viscoelasticidad lineal de la masa pudieron predecir aspectos de calidad tras el horneado como las dimensiones y la textura. Los ingredientes fuente de fibra utilizados son el almidón resistente, la fibra de manzana y la fibra de trigo. El almidón resistente confirió dureza a la masa mientras que las galletas resultaron más blandas, la fibra de trigo aumentó la resistencia a la deformación en la masa y la galleta, mientras que la incorporación de fibra de manzana no modificó significativamente las propiedades de la masa y galleta. El análisis sensorial descriptivo concluyó que la fibra que menos afectó a las propiedades físicas de la galleta fue la fibra de manzana, a pesar de que el color y aroma en el caso de la utilización de almidón resistente y fibra de trigo cambiaba menos respecto a la galleta control. El estudio de la trayectoria oral de las galletas se realizó utilizando una técnica sensorial especializada denominada ¿predominio temporal de las sensaciones¿. Se estudiaron galletas altas y bajas en grasa y con y sin adición de fibra de trigo. Se obtuvieron los atributos clave en el procesado oral. Se concluyó que el grado de dominancia de algunos de los atributos obtenidos podrían influir negativamente en la aceptabilidad por parte de los consumidores como ocurre en el caso de la sensación de sequedad bucal y dureza. La reformulación de la galleta influyó en las propiedades de textura y el sonido emitido durante la fractura. El sonido emitido al romper las galletas y las curvas de fuerza-desplazamiento se relacionaron con los atributos y puntuación obtenidos mediante el análisis sensorial cuali y cuantitativo. Se observó que la utilización de inulina como reemplazante de la sacarosa proporcionó mejores resultados que el eritritol. La utilización de inulina como reemplazante de grasa también proporcionó características de textura y sonido similares a la galleta control, sin embargo, la utilización de hidroxipropilmetilcelulosa como reemplazante de grasa proporcionó galletas más duras y sonoras que la galleta control. Un estudio más profundo de la funcionalidad del azúcar en galletas permitió dilucidar que el maltitol es un excelente reemplazante de la sacarosa en galletas. Para ello se estudiaron las diferentes interacciones de los componentes de las galletas con los diferentes azúcares empleados (sacarosa, eritritol y maltitol) en un sistema modelo, en la masa y en la galleta. Mediante técnicas de calorimetría diferencial se concluyó que los polioles (eritritol y maltitol) actúan plastificando el gluten modificando así su temperatura de transición vítrea. Las propiedades de la masa y la galleta al sustituir con eritritol se asemejan más a la masa y a la galleta que no contienen sacarosa, mientras que el maltitol presentó un comportamiento reológico y una textura similar a la sacarosa. / Laguna Cruañes, L. (2013). Reformulación de galletas de masa corta: cambios en reología, textura y propiedades sensoriales [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/28584

Ingeniera Civil Mecánica / En esta memoria se estudia el comportamiento del relave de cobre chileno con diferentes concentraciones, específicamente con concentraciones en peso de 35% 45%, 50% y 55%. Es importante realizar este estudio debido a la necesidad del país de recuperar las aguas de tratamiento de los relaves, por la escasez de agua en el norte de Chile, aumentando la concentración de la pulpa. El principal objetivo de esta memoria es modelar el relave asumiendo un comportamiento como fluido no- newtoniano, estudiando la reología de éste y ver los efectos que tiene en cajones de transición Para esto se realizarán simulaciones en el software ANSYS Fluent 14.5, donde primero se hace una recopilación de los antecedentes más importantes para poder caracterizar el relave y el fluir de este en canaletas y cajones, tanto para fluidos newtonianos, como no-newtonianos. También se estudia la reología del relave para las diferentes concentraciones, utilizando correlaciones obtenidas de antecedentes. Luego se crea un diseño hidráulico del cajón de transición para luego generar un mallado, y a través de condiciones de borde adecuadas, lograr simular el fluir del relave con las concentraciones antes mencionadas. El análisis es transiente de 30 seg. de simulación. Se realizan dos simulaciones del relave con concentración en peso 35% una con un modelo de flujo turbulento k-e y otro con un modelo viscoso laminar. Luego se procede a realizar las simulaciones del relave de alta concentración en peso como plástico de Bingham. Dentro de los resultados más importantes se logra validar los resultados obtenidos, comparando las velocidades numéricas con las teóricas. Además, haciendo una comparación entre el modelo laminar y turbulento, se justifica el uso del modelo viscoso laminar para la simulación del fluir del relave. Por último, dado los resultados obtenidos de sedimentación y desgaste del cajón, se puede seleccionar la geometría diseñada como la adecuada, dadas las condiciones de operación planteadas en la memoria.

Ingeniero Civil / El estudio de flujos granulares resulta importante en distintas aplicaciones industriales, como también para lograr una mejor comprensión de fenómenos naturales. Los flujos granulares que ocurren en la naturaleza muchas veces presentan un gran poder destructivo. Por ello, la predicción de la ocurrencia y comportamiento de éstos a escalas geofísicas resulta de gran interés para el ordenamiento territorial y evaluación del riesgo en asentamientos humanos y numerosas faenas industriales. Se realiza un estudio experimental para analizar la importancia de la reología del fluido en el colapso de una columna de material granular no-cohesivo, en un fluido ambiente que es newtoniano o pseudoplástico, generando desplazamientos de material granular en condiciones controladas. Para esto, se trabaja en una instalación de acrílico rectangular de 0.1 m x 1.4 m x 0.3 m (ancho x largo x alto), la cual se rellena con fluidos ambientes a distintas reometrías y con distintos tipos de materiales granulares. Los experimentos consisten en la generación de un flujo de material granular, el cual se encuentra inicialmente sostenido por una compuerta. Al levantar esta compuerta se genera un flujo de material granular y fluido, el cual permite analizar cómo este flujo es influenciado a medida que se cambia la reometría del fluido ambiente en base a cómo se comporta el material granular en términos de desplazamiento y velocidad en el tiempo. El desarrollo del colapso de material granular típicamente presenta un patrón común independiente del material utilizado. Inicialmente presenta un rápido aumento en su velocidad hasta llegar a un punto de velocidad constante, para finalmente desacelerar hasta llegar al reposo. En este trabajo se pude ver que al trabajar en fluidos pseudoplásticos se genera un flujo secundario debido al esfuerzo de corte entre la compuerta y el fluido ambiente, que genera formas finales distintas a las típicamente conocidas para materiales granulares trabajados en aire. Para los resultados de distancia versus tiempo de materiales granulares en los fluidos ambientes newtonianos, se obtienen las curvas con forma de S que han sido registradas ampliamente en la bibliografía. En base a todos los análisis realizados para los distintos fluidos ambientes, y en particular al mirar los resultados obtenidos para la relación entre la distancia final del frente y la razón de aspecto, se puede concluir que los factores más relevantes dentro de los parámetros estudiados en este trabajo corresponden a la viscosidad del fluido ambiente y la uniformidad del material granular a colapsar. / Financiado por Proyecto Fondecyt 1130910

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Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / El estudio de la reología de medios granulares densos tuvo un fuerte impulso a raíz de la aparición del modelo reológico propuesto en GDR MiDi, 2004, el cual estableció una relación local entre el esfuerzo de corte normalizado por la presión y el número de inercia. Esta relación se cumple satisfactoriamente para distintos escurrimientos, cuando se presentan bajos gradientes de la velocidad de deformación. Por otro lado, este modelo resulta insatisfactorio para problemas con altos gradientes de la velocidad de deformación. Para estos últimos casos se han propuestos diversos modelos denominados no locales. El objetivo de la presente tesis es evaluar el desempeño de modelos reológicos, tanto locales como no locales, para sistemas distintos a los que dieron su origen, utilizando la modelación continua y discreta del medio granular, de la forma en que se explica a continuación: Problemas resueltos mediante modelación continua: El modelo local ya mencionado fue evaluado para dos sistemas estacionarios, estos son: (1) escurrimiento en celda Couette modificada y (2) flujo gravitacional en celda tipo block caving. La metodología en estos casos consistió en resolver numéricamente un modelo continuo, compuesto fundamentalmente por la ecuación de conservación de momentum del medio granular y la reología local incorporada a esta ecuación. Finalmente, se compararon los resultados de los modelos con datos obtenidos a partir de simulaciones discretas y experimentos. Problema resuelto mediante modelo discreto: En este caso el problema a resolver fue un sistema en estado transiente, compuesto por un medio granular bajo cizalle simple. De forma instantánea el medio granular es sometido a un cambio en el sentido de cizalle, generándose un periodo de relajación del sistema hasta volver al estado original. Para la simulación de este caso se utilizó un modelo de dinámica molecular, en el cual fueron creadas distintas configuraciones variando la altura del sistema y la densidad global del medio granular. Referente a los resultados obtenidos para el modelo de la celda Couette modificada, se logró predecir el campo de velocidades de rotación en los casos clasificados dentro del régimen demominado abierto, por el contrario, se encontraron importantes discrepancias en los regímenes de transición y cerrado. En cuanto al modelo para el problema de block caving, este arrojó una zona de extracción aislada de tamaño similar a la encontrada experimentalmente, además este modelo logró predecir el ángulo de falla a la salida del sistema. Con respecto al problema abordado con enfoque discreto, el principal resultado encontrado es que el medio granular relaja en dos fases asociadas a dos tipos de reologías. En una primera fase, el esfuerzo de corte normalizado en el centro del sistema se mueve siguiendo una nueva relación no local. En esta relación aparece el laplaciano del esfuerzo de corte normalizado, como una nueva variable. En una segunda fase, el esfuerzo de corte normalizado satisface la relación local dependiente del número de inercia antes señalada.

La minería es una de las actividades económicas más importantes de nuestro país. Las pastas de relaves son los principales desechos generados por las faenas mineras, y su disposición suele ser un problema complejo para esta industria. En general, estas pastas tienen un comportamiento reológico no-Newtoniano, tipo plástico de Bingham. Esta memoria de título aborda el problema del comportamiento hidráulico de las pastas de relaves al fluir sobre una superficie inclinada. Las pastas son representadas por mezclas de bentonita con agua, las que se comportan como un plástico de Bingham. Se experimentó con una descarga puntual sobre un plano inclinado, en una instalación experimental especialmente diseñada para este estudio, ubicada en el Laboratorio de Hidráulica del Departamento de Ingeniería Civil. Previo a los experimentos, los lodos bentoníticos fueron caracterizados reológicamente, en ensayos realizados en las dependencias de la empresa Brass Chile S.A., determinándose sus parámetros reológicos, en función de la concentración de bentonita. Los experimentos cubrieron cinco concentraciones de bentonita, cuatro pendientes del plano, y cuatro caudales, sumando alrededor de ochenta experiencias, registrándose perfiles longitudinales y transversales de altura, y el ancho máximo alcanzado por el escurrimiento. Los perfiles fueron determinados a partir de la variación que presenta la intersección de un plano de iluminación láser con la superficie libre, respecto al fondo. El procesamiento y posterior análisis de los resultados permitió identificar las leyes de resistencia del flujo, tanto para la condición estable como con la presencia de ondas rodantes, resultando en una relación entre el número de Froude y el número de Reynolds, este último caracterizado a partir de una viscosidad equivalente, la que incorpora el esfuerzo de fluencia y el coeficiente de consistencia. Se encontró que la condición de inestabilidad está bien representada por el criterio de Coussot. También se determinó que el ancho máximo alcanzado por el flujo escala con la altura máxima de la sección.