Departamento de Ingeniería Metalúrgica
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/222
2024-03-28T05:06:47ZEstudio experimental de la variables hidrodinámicas que afectan la mojabilidad e infiltración en minerales oxidados, distrito norte CODELCO.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11944
Estudio experimental de la variables hidrodinámicas que afectan la mojabilidad e infiltración en minerales oxidados, distrito norte CODELCO.
Garrido Muñoz, Pablo Emilio
Esta investigación analiza como las variables hidrodinámicas microscópicas, tales como ángulo de contacto, tensión superficial y distribución del tamaño de poro, influyen en la mojabilidad e infiltración de soluciones en muestras de minerales oxidados pertenecientes a dos divisiones de CODELCO: Gabriela Mistral (DGM) y Radomiro Tomic (DRT). La hipótesis sugiere que la condición de saturación a la que está sometida una partícula mineral afecta su capacidad para ser humedecida, y que la presencia de aire atrapado en los poros obstaculiza la infiltración de la solución, reduciendo así la eficiencia en la recuperación del metal en el proceso de lixiviación en pilas. El objetivo es evaluar cuantitativamente la mojabilidad e infiltración de una solución ácida de aglomeración con 14% de ácido sulfúrico mediante experimentos y simulaciones computacionales. Se plantea que existe una correlación entre variables como ángulo de contacto, distribución de tamaño de poros y la dinámica de fluidos.
Se realizó un análisis detallado de los fenómenos hidrodinámicos considerando las mencionadas variables en la mojabilidad e infiltración en los minerales. Un programa experimental fue implementado para explorar estos aspectos bajo diferentes condiciones de saturación en muestras minerales de ambas divisiones. Además, se llevaron a cabo simulaciones CFD en OpenFOAM para examinar cómo la variación de la tensión superficial afecta la dinámica de fluidos de la solución ácida en un modelo de mineral ideal con tamaño de poro uniforme.
El estudio demostró cuantitativamente una correlación entre el ángulo de contacto promedio (28° en la muestra del mineral de DGM y 40° en la muestra del mineral de DRT), distribución de tamaños de poros y la velocidad de infiltración. Los experimentos revelaron que, bajo condiciones no saturadas, la microporosidad facilita mayores alturas por fuerzas capilares (24.3 mm promedio en las muestras del mineral de DGM versus 21.5 mm promedio en las muestras del mineral de DRT). En condiciones de saturación, la presencia de aire dificulta la infiltración en poros pequeños (8.0 mm en la muestra del mineral de DGM versus 12.0 mm en la muestra del mineral de DRT). Las simulaciones CFD confirmaron que, al aumentar la tensión superficial se reduce la velocidad de infiltración del líquido. Además, evidencian que, en condiciones de saturación, la compresión del aire atrapado se intensifica conforme decrece el tamaño de poro, oponiéndose al avance del líquido. Así, se corrobora que las condiciones de saturación influyen significativamente en la dinámica de infiltración.
Los análisis mineralógico mediante DRX y la caracterización BET de la porosidad revelaron diferencias microestructurales entre las muestras de los minerales de DGM y DRT que explican su distinto comportamiento hidrodinámico. La mayor área específica y desarrollo de microporosidad en la muestra de DGM intensifican las fuerzas capilares, mejorando la capacidad de infiltración en condiciones saturadas. La incorporación de estos factores en los modelos hidrodinámicos permitirá optimizar el proceso de lixiviación en pilas al mejorar la predicción de la interacción mineral-solución. Este conocimiento sentará las bases para investigaciones futuras se enfoquen en mejorar la representación de la hidrodinámica de fluidos en medios poros y/o minerales.; This research explores the influence of microscopic hydrodynamic variables, such as contact angle, surface tension, and pore size distribution, on the wettability and infiltration of solutions in oxidized mineral samples from two divisions of CODELCO: Gabriela Mistral (DGM) and Radomiro Tomic (DRT). The hypothesis posits that the saturation condition to which a mineral particle is subjected impacts its ability to be wetted, and that the presence of air trapped within the pores obstructs the solution's infiltration, thereby reducing the efficiency of metal recovery in the heap leaching process. The objective is to quantitatively evaluate the wettability and infiltration of an acidic agglomeration solution containing 14% sulfuric acid through both experimental and computational simulation approaches. It is proposed that there exists a correlation among variables such as contact angle, pore size distribution, and fluid dynamics.
A detailed analysis of hydrodynamic phenomena, considering the aforementioned variables in relation to mineral wettability and infiltration, was conducted. An experimental program was initiated to explore these aspects under varying saturation conditions in mineral samples from both divisions. In addition, Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations in OpenFOAM were performed to examine how changes in surface tension affect the fluid dynamics of the acidic solution in an idealized mineral model with uniform pore size.
The study quantitatively demonstrated a correlation between the average contact angle (28° in the DGM mineral sample and 40° in the DRT mineral sample), pore size distribution, and infiltration rate. The experiments revealed that under unsaturated conditions, microporosity enables higher capillary-driven heights (24.3 mm average in the DGM mineral samples versus 21.5 mm average in the DRT mineral samples). In saturated conditions, the presence of air impedes infiltration into small pores (8.0 mm in the DGM sample versus 12.0 mm in the DRT sample). The CFD simulations confirmed that an increase in surface tension decreases the liquid's infiltration speed. Moreover, they indicated that under saturated conditions, the compression of trapped air intensifies as the pore size decreases, opposing the liquid's progression. Thus, it is corroborated that saturation conditions significantly influence infiltration dynamics.
Mineralogical analyses using XRD and BET porosity characterization revealed microstructural differences between the mineral samples from DGM and DRT, explaining their distinct hydrodynamic behavior. The increased specific surface area and development of microporosity in the DGM sample enhance capillary forces, improving infiltration capacity under saturated conditions. Integrating these factors into hydrodynamic models will optimize the heap leaching process by enhancing the prediction of mineral-solution interaction. This knowledge lays the groundwork for future research focused on improving the representation of fluid hydrodynamics in porous media and/or minerals.
Informe de Memoria de Título para optar al Título de Ingeniero/a Civil Metalúrgico/a
2024-01-01T00:00:00ZEstudio de arrastre mecánico en flotación utilizando fluidos no-newtonianos.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11939
Estudio de arrastre mecánico en flotación utilizando fluidos no-newtonianos.
Blanco Millacura, Ignacio Andrés
El presente documento presenta los resultados de la evaluación del arrastre mecánico de partículas de cuarzo de distintos tamaños expuestas a distintos pH en fluidos no newtonianos y luego comparar los resultados al fluido newtoniano convencional utilizado en flotación. Además de las pruebas de flotabilidad, se estudió la incidencia de estos medios en la cinética de adhesión burbuja-partícula y la hidrofobicidad del material con el medio utilizado. Para la obtención de los fluidos mencionados se prepararon soluciones con CMC y Goma Guar, ambas a 50 ppm para asemejar fluidos regidos por la ley de potencia y Bingham respectivamente.
Las pruebas de flotabilidad indican que, a menor tamaño de partícula, se obtiene una mayor recuperación. Lo anterior se debe a que las partículas más pequeñas se exponen en mayor medida a permanecer suspendidas en el interior de la celda por lo que son más susceptibles a ascender producto del movimiento ascendente del fluido y así llegar a la zona de limpieza en mayor cantidad que las partículas de mayor tamaño, ya que al ser más grande adquieren un mayor peso, y una mayor fuerza de arrastre debido a su mayor área superficial por lo que tienden a quedarse en el fondo de la celda. En lo que respecta al aumento de la viscosidad, en promedio las recuperaciones aumentaron entre un 2 y 3% al aumentar la viscosidad en un 5%. Esto se debe a que las partículas tienen una mayor facilidad de seguir el movimiento del fluido a pesar de que la fuerza de arrastre también lo hizo. Haciendo el balance de fuerzas, sin un cambio en la reología, la fuerza de arrastre aumenta considerablemente al aumentar el tamaño de partícula y sumándola con la fuerza peso, provoca que la fuerza de empuje no sea lo suficiente para permitir su ascenso. Al aumentar la viscosidad, la fuerza de arrastre también aumenta, no obstante, haciendo el mismo balance, podemos ver que la fuerza de arrastre y peso se ven opacadas por el empuje y el movimiento ascendente de un fluido mayormente viscoso.
Se comprueba que el arrastre en las pruebas realizadas es netamente mecánico y no químico, ya que las pruebas de hidrofobicidad no mostraron mayores diferencias, llegando a valores máximos de diferencia de 7° entre fluido newtoniano y Bingham a valor de pH 11.Las pruebas de cinética mostraron que el tiempo de inducción se ve afectado mayormente por el tamaño de partícula y no por la reología.; The present work consisted to evaluating the behavior of the mechanical entrainment of quartz particles of different sizes exposed to various pH levels in non-Newtonian fluids and then compare the results to the conventional Newtonian fluid used in flotation. In addition to flotation tests, the impact of these media on bubble-particle adhesion kinetics and material hydrophobicity with the medium used was investigated. To obtain the mentioned fluids, solutions with CMC and guar gum were prepared, both at 50 g/t, to simulate fluids governed by the power-law and Bingham flow behavior, respectively.
Flotation tests indicate that, with smaller particle sizes, higher recovery is achieved. This is attributed to the increased exposure of smaller particles, making them more likely to remain suspended within the cell and ascend due to the upward movement of the fluid, reaching the cleaning zone in greater quantities than larger particles. Larger particles, owing to their increased weight and higher drag force resulting from their larger surface area, tend to settle at the bottom of the cell. Regarding viscosity increase, recoveries, on average, increased by 2 to 3% with a 5% viscosity increment. This is because particles exhibit greater ease in following fluid movement, despite the concurrent increase in drag force. Force balance analysis, without a change in rheology, reveals a considerable increase in drag force with larger particle sizes. When added to the weight force, this prevents sufficient buoyancy for particle ascent. Increasing viscosity also augments drag force; however, the same balance demonstrates that drag and weight forces are overshadowed by buoyancy and the upward movement of a predominantly viscous fluid.
It is confirmed that drag in the conducted tests is purely mechanical and not chemical, as hydrophobicity tests show minimal differences, reaching maximum divergence of 7° between Newtonian and Bingham fluids at a pH value of 11. Kinetic tests demonstrate that induction time is primarily affected by particle size rather than rheology.
Informe de memoria de título presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Metalúrgico
2024-01-01T00:00:00ZAnálisis de flujo de agua subterránea mediante modelos numéricos en minería de caving.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11937
Análisis de flujo de agua subterránea mediante modelos numéricos en minería de caving.
Carreño Illesca, Marcial Sebastián
La propagación del caving en minería subterránea puede generar cambios en las propiedades hidráulicas del macizo rocoso como la porosidad efectiva y conductividad hidráulica debido a la redistribución de esfuerzos y deformaciones producidos en la zona. Esto puede favorecer la creación de agua – barro en las zonas de mineral afectando el sistema de drenajes y generado potenciales riesgos, lo que a su vez conlleva a retrasos en labores de desarrollo, labores extractivas e incluso accidentes graves o fatales.
Bajo la problemática anterior, se ha desarrollado un modelo de simulación geomecánica, un modelo de simulación hidrogeológica y una metodología capaz de relacionar y acoplar ambos modelos. Para ello se usan los softwares FLAC3D y FEFLOW, con el objetivo de representar la propagación del hundimiento, el comportamiento del flujo de agua subterránea respectivamente.
La simulación geomecánica se basa en un modelo conceptual que considera un tipo de roca de calidad buena con discontinuidades y un nivel de hundimiento de geometría cuadrada que garantice la iniciación y propagación del hundimiento.
A su vez la simulación hidrogeológica toma como parámetros de entrada para cada etapa del hundimiento la variación de las conductividades hidráulicas en todo el dominio determinadas mediante la metodología de transición propuesta que establece la relación deformaciones – conductividad hidráulica. Esta metodología considera un modelo con tres familias de fracturas ortogonales entre sí (RQD y conductividad inicial definen la apertura y espaciamiento de fracturas) y luego se relacionan con un medio poroso continuo, definiendo una porosidad efectiva equivalente.
A través de los resultados obtenidos se puede identificar que existe relación en que la conductividad hidráulica disminuye en las zonas de esfuerzos compresivos y aumenta en zonas de relajación, todo esto en la dirección perpendicular a los esfuerzos inducidos provocando que el agua ingrese en mayor cantidad por zonas determinadas del nivel de hundimiento. A partir de esto se genera un gráfico que representa los caudales drenados por la mina a través del tiempo en función de una recarga superficial. Además, se realiza una comparación con un estudio previo el cual, en conjunto con los resultados se puede concluir que la metodología utilizada sirve para representar el comportamiento de los flujos de aguas subterráneas en minas que operan con métodos de caving.; The propagation of caving in underground mining can generate changes in the hydraulic properties of the rock mass, such as effective porosity and hydraulic conductivity due to the redistribution of stresses and deformations produced in the area. This can cause the creation of mudrushes in the mineral areas, affecting the mine's drainage system, which in turn leads to delays in development work, extractive work and even serious or fatal accidents.
Due to previous problems, a geomechanical simulation model, a hydrogeological simulation model and a methodology that can relate and couple both models have been developed. For this, the FLAC3D and FEFLOW software are used, with the objective of representing the propagation of subsidence, and the behavior of the groundwater flow respectively.
The geomechanical simulation is based on a conceptual model that considers a type of good quality rock with discontinuities and an undercut level of square geometry that ensure a correct caving initiation and propagation.
At the same time, the hydrogeological simulation takes as input parameters for each stage of the caving propagation the variation of hydraulic conductivities in all the domain determined by the proposed transition methodology that establishes the relationship between deformations and hydraulic conductivity. This methodology considers a model with three families of fractures orthogonal to each other (RQD and initial conductivity define the opening and spacing of fractures) and then relate them to a continuous porous medium, defining an equivalent effective porosity.
Through the results obtained, it can be identified that there is a relationship in which the hydraulic conductivity decreases in the areas of compressive stress and increases in areas of relaxation, all of this in the direction perpendicular to the induced stress, causing water to enter in greater quantities in the areas determined of the undercut level. From this, a graph is generated that represents the flows drained by the mine over time as a function of surface recharge. All results are compared with a previous study in order to validate the proposed methodologies. Thanks to the results obtained and comparisons made, it can be concluded that the methodology used serves to represent the behavior of groundwater flows in mining companies that operate with caving methods.
Memoria de Título presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil de Minas
2024-01-01T00:00:00ZAnálisis comparativo de productos geoespaciales en fotogrametría con UAV con distintos tipos de vuelo.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11934
Análisis comparativo de productos geoespaciales en fotogrametría con UAV con distintos tipos de vuelo.
Bustos Muñoz, Esteban Andrés
La fotogrametría aérea ha sido una disciplina utilizada por décadas para la obtención de información geoespacial. Ha experimentado una transformación significativa en los últimos años gracias a la incorporación de tecnologías de drones y desarrollo de computadoras potentes y softwares especializados. Estos avances han provocado un cambio en la forma de captura de datos y permitido un acceso más asequible al desarrollo de proyectos geoespaciales. Además, computadoras más potentes en conjunto con softwares especializados han revolucionado la fotogrametría digital, permitiendo manejar un mayor conjunto de datos y, a su vez, mejorando la calidad y precisión de los modelos tridimensionales desarrollados.
El presente trabajo se enfoca en la evaluación y comparación de la calidad y precisión en un proyecto de fotogrametría digital con UAV en un área aproximada de 13.800 [𝑚2] perteneciente al Pozo Calero, España. Se exploran tres diferentes patrones de vuelo: tradicional, tradicional en dirección perpendicular y cuadrícula, siguiendo el proceso fotogramétrico tradicional en Agisoft Metashape y utilizando puntos de control con coordenadas conocidas se calcula el Error Medio Cuadrático (RMSE) de las coordenadas proyectadas para ser usado como métrica de evaluación. Los resultados revelan diferencias en la precisión espacial entre los diferentes enfoques de vuelo, en donde la pasada cuadrícula es la más precisa, pero, la que más tiempo de procesamiento y mayor uso de almacenamiento conlleva. Específicamente, en el plano XY (Norte-Este) y en la componente vertical (Altura, eje Z) se obtuvieron los siguientes valores de Error Cuadrático Medio en centímetros:
•Tradicional (XY, Z) = (4,07, 3,19)
•Perpendicular (XY, Z) = (6,47, 4,10)
•Cuadrícula (XY, Z) = (2,45, 1,77)
Los resultados indican que, de mayor a menor precisión, los patrones de vuelo se clasifican en el siguiente orden: cuadrícula, tradicional y tradicional en dirección perpendicular. Si bien la pasada cuadrícula muestra una ventaja de 1,62 cm en precisión en el plano XY y 1,42 cm en el plano vertical en comparación con el enfoque de vuelo tradicional, es esencial tener en consideración que su implementación requiere un tiempo y almacenamiento aproximadamente el doble, por lo que es necesario encontrar un equilibrio entre la precisión y eficiencia, dependiendo de los requerimientos específicos de cada proyecto geoespacial. Tanto el patrón de vuelo como el tamaño del área a mapear influyen significativamente en el consumo de recursos y los tiempos de ejecución del proyecto.; Aerial photogrammetry has been a discipline employed for decades in obtaining geospatial information. It has undergone significant transformation in recent years due to the integration of drone technologies and the development of powerful computers and specialized software. These advancements have brought about a shift in data capture methods, allowing more affordable access to the development of geospatial projects. Additionally, more powerful computers, coupled with specialized software, have revolutionized digital photogrammetry, enabling the handling of larger datasets and, consequently, enhancing the quality and precision of developed three-dimensional models.
This study focuses on the evaluation and comparison of quality and precision in a UAV-based digital photogrammetry project covering an approximate area of 13.800 [𝑚2] in Pozo Calero, Spain. Three different flight patterns are explored: traditional, traditional in a perpendicular direction, and grid. Following the traditional photogrammetric process in Agisoft Metashape and utilizing ground control points with known coordinates, the Root Mean Square Error (RMSE) of the projected coordinates is calculated as the evaluation metric. The results reveal differences in spatial precision among the various flight approaches, where the grid pattern proves to be the most precise, albeit requiring the highest processing time and storage usage. Specifically, in the XY plane (North-East) and in the vertical component (Height, Z-axis), the following RMSE values in centimeters were obtained:
•Traditional (XY, Z) = (4,07, 3,19)
•Perpendicular (XY, Z) = (6,47, 4,10)
•Grid (XY, Z) = (2,45, 1,77)
The results indicate, in terms of precision from highest to lowest, the flight patterns rank in the following order: grid, traditional, and traditional in a perpendicular direction. While the grid pattern shows a precision advantage of 1,62 cm in the XY plane and 1,42 cm in the vertical plane compared to the traditional flight approach, it is essential to consider that its implementation requires approximately double the processing time and storage. Thus, finding a balance between precision and efficiency is crucial, depending on the specific requirements of each geospatial project. Both the flight pattern and the size of the area to be mapped significantly influence resource consumption and project execution times.
Memoria de Título presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil de Minas
2024-01-01T00:00:00Z