Browsing by Author "Moncada Merino, Manuel Alonso"
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Item Análisis de condiciones de carga en el desgaste del manto de un chancador primario.(Universidad de Concepción, 2025) Rojas López, Christian Andrés; Rodríguez Godoy, Cristian Gabriel; Moncada Merino, Manuel AlonsoEl chancador giratorio primario es un equipo esencial en la minería del cobre, ya que permite la reducción de tamaño de las rocas extraídas, facilitando su posterior procesamiento. Sin embargo, el desgaste de sus componentes, especialmente el manto, afecta su eficiencia, incrementa los costos operacionales y reduce la disponibilidad del equipo. Este estudio busca analizar el desgaste del manto a través de simulaciones utilizando el Método de Elementos Discretos (DEM por sus siglas en inglés), con el objetivo de identificar los factores clave que influyen en su deterioro. La hipótesis planteada sugiere que el perfil de desgaste del manto está directamente relacionado con la combinación de la magnitud de las fuerzas normal y tangencial, así como con la velocidad de compresión de las partículas durante el proceso de chancado. Para comprobar esta hipótesis, se modeló el chancador Metso Superior 60-89 en el software Rocky DEM, simulando su comportamiento en diferentes etapas de desgaste (0, 28, 42 y 57 días). Se analizaron variables como la fuerza aplicada sobre el manto, la velocidad de compresión y la influencia de la forma de las partículas en los resultados, considerando tanto partículas poliédricas como esféricas. Los resultados obtenidos muestran que el desgaste es más pronunciado en las zonas donde la fuerza normal es mayor, lo que sugiere que este tipo de carga tiene una mayor influencia en la degradación del manto en comparación con la fuerza tangencial. Además, se observó que, en una etapa inicial del desgaste, el flujo de producción aumentó desde 4.013,7 tph en la condición sin desgaste (𝐷0) hasta 5.330,5 tph en el caso 𝐷42, debido a una reducción en la restricción del material. Sin embargo, en etapas avanzadas, como en el caso 𝐷57, el flujo disminuyó a 4.969,2 tph producto de las irregularidades generadas en la geometría del revestimiento, lo que afecta negativamente la eficiencia del proceso de chancado. Otro hallazgo relevante es el efecto del desgaste sobre el consumo energético. Se observó que, a medida que progresa el deterioro del manto, la potencia requerida para el chancado aumenta considerablemente, pasando de 624,9 kW en la condición inicial sin desgaste (𝐷0) a un máximo de 933,4 kW tras 57 días de operación (𝐷57), lo que equivale a un incremento del 49%. Este aumento evidencia la demanda energética adicional necesaria para mantener la operación, impactando en la eficiencia del proceso. Se realizó un análisis de correlación utilizando los coeficientes de Pearson y de determinación (𝑅²), evidenciando relaciones significativas entre las fuerzas espaciales, la velocidad de compresión y el desgaste experimental. Se observaron valores de Pearson superiores a 0,89, con un máximo de 0,9043 en el caso 𝐷57, mientras que 𝑅² alcanzó un máximo de 0,8178. Estos resultados respaldan la posibilidad de predecir el desgaste del manto a partir de la concentración de fuerzas normales y tangenciales combinadas con la velocidad de compresión. En conclusión, este estudio permite establecer una correlación entre el desgaste del manto y variables como las fuerzas espaciales y la velocidad de compresión, con el fin de desarrollar modelos predictivos indirectos. Estos modelos ofrecen una base para mejorar el diseño del chancador y optimizar las estrategias de mantenimiento preventivo, lo que a su vez contribuye a reducir los costos operacionales y a incrementar la disponibilidad del equipo en faenas mineras.Item Análisis experimental de las fuerzas sobre la malla de un harnero vibratorio de laboratorio.(Universidad de Concepción, 2024) Bustos Gallegos, Pablo Enrique; Moncada Merino, Manuel Alonso; Rodríguez Godoy, Cristian GabrielVibrating screens are critical machines in the mining industry whose function is to classify the ore according to its granulometry. They are essential equipment for mineral processing. Given certain operating conditions, the proper movement of this machine, provides a cost reduction in the screening process. In Chilean mining, a correct classification translates into better obtaining copper and energy savings by avoiding that certain ore sizes go through the crushing stage again. The movement in these machines is generated by an unbalanced mass excitation system. In addition, this oscillatory movement is influenced by the mineral load on the screens, both in quantity and spatial distribution. The main objective of this work is to determine the forces on the classifying screen of a laboratory sieve and to find a relationship with the particle size. Forces were obtained at 2 points of the classifying screen, as well as the acceleration experienced by the vibrating box during the tests at different operating and loading conditions, for a particular particle size. The loads obtained at these points vary according to the amplitude of the exciting force of the system. Regarding the specific objectives, most of them were achieved except for finding a relationship between the force and the particle size, the start-up of the sieve was carried out, all the available and necessary sensors were installed to meet the main objective, the analysis of the experimental data was performed in the MATLAB program, where the main results regarding loads and vibratory amplitudes stand out, in addition, there was a change in the operating conditions of the sieve, specifically, several excitation forces of the system were tested and an analysis of its behavior was carried out. What was not done was to carry out experimental tests with steel balls of a smaller diameter to make a comparison between the two. Loads on the screen change the way the screen vibrates, and the magnitude of these loads can vary depending on the operating conditions of the screen. Most particle loads occur at high frequencies.Item Análisis no estacionario de torque en chancadores primarios.(Universidad de Concepción, 2022) Moncada Merino, Manuel Alonso; Betancourt Cerda, Fernando Elías; Rodríguez Godoy, Cristian GabrielEl chancador giratorio es una máquina utilizada en la industria minera chilena del cobre para la trituración primaria. En la operación en planta de un chancador existen condiciones, tales como el llenado o vaciado, que someten al equipo a torques de chancado elevados durante instantes relativamente cortos de tiempo. Es fundamental conocer el torque de chancado necesario en la etapa de diseño, ya que esto permite dimensionar distintos elementos mecánicos del chancador, tales como: contraeje, ejes de extensión, motores, rodamientos y estructuras. Existen varios métodos analíticos para calcular potencia o torque en chancadores, estos se basan en la distribución de fuerzas sobre el manto, propiedades del mineral y geometría del chancador. Otra alternativa de cálculo es mediante el método de elementos discretos (DEM). DEM es un método numérico que calcula la dinámica de las partículas y cómo estas interaccionan entre sí y con el entorno. El enfoque tradicional de DEM es considerar las partículas como un cuerpo rígido irrompible de forma esférica, no obstante, como al interior de un chancador ocurre fractura, se debe incorporar un modelo que represente este fenómeno físico. El objetivo de esta tesis es estudiar la operación de chancadores giratorios y de cono mediante modelos numéricos y experimentos, para poder explicar el comportamiento transiente del torque. Los objetivos específicos son: caracterizar los minerales, realizar experimentos en un chancador de laboratorio, validar un modelo DEM de chancador primario y de cono. Se lleva a cabo una completa calibración de parámetros del modelo DEM de chancador de cono, calibrando forma de las partículas, coeficientes de restitución, coeficientes de roce, módulo de elasticidad y parámetros específicos del modelo de fractura. Los datos experimentales se obtienen de un chancador de cono de laboratorio, midiendo torque, potencia, velocidad angular, flujo másico y granulometría. Los modelos DEM se efectúan en el programa computacional Rocky DEM, empleando un modelo de contacto histerético, partículas poliédricas, el modelo de fractura de Tavares y la distribución de tamaño dada por la función beta incompleta. Como resultado del modelo DEM del chancador giratorio, se obtuvo la potencia de chanca do, flujo másico y granulometría del producto. Se propuso un modelo de torque el cual considera solo las fuerzas radiales al manto, ya que el torque de las fuerzas tangenciales sobre el manto no se transmite al eje principal. El modelo fue validado a través de mediciones experimentales y datos del fabricante, con un error relativo de 7.5% en la potencia y 1.5% en el flujo másico. Se evidenció que hay partículas que producen un torque a favor del movimiento del eje principal, debido a la descompresión de las partículas. Con respecto a los resultados experimentales del chancador de cono, se manifiesta el incremento de torque motriz durante la alimentación y durante la descarga del mineral para algunos ensayos en específico. El modelo DEM fue validado mediante los resultados de potencia de chancado, logrando un error relativo del 11.4%, mientras que para flujo másico del producto y tamaño está alejado de los resultados experimentales. Se analizó el origen de los incrementos transientes de torque, los que pueden suceder por el desequilibrio de fuerzas sobre el manto, condiciones dinámicas del giro del eje principal o condiciones de dinámicas del sistema de ajuste.Item Fabricación de un banco de ensayos para el análisis de un modelo DEM-MBD.(Universidad de Concepción, 2024) Parra Calzadilla, Francisco Ariel; Moncada Merino, Manuel AlonsoThe interaction that occurs between particles and vibrating screens is of vital interest to bulk material processing industries. The kinematic behavior of the structure of these equipment’s can be evaluated through a multibody dynamic model (MBD), while the influence of the material on the equipment can be modeled using a discrete element model (DEM). However, only a coupled DEM-MBD model can capture the complex interaction that occurs between the material particles and the equipment. This work develops a one-degree-of-freedom coupled DEM-MBD model focused on vibrating screens that allows modeling the interaction force generated with the particles. A dynamic model of the system is built under the MBD modeling theory, and subsequently, this model is coupled to a DEM model using the Functional Mock-up Interface (FMI). A comprehensive experimental calibration of the physical parameters of the dynamic model and the main material and contact parameters of the DEM model is conducted to improve the numerical accuracy of the proposed model. A test bench is designed and manufactured consisting of a particle container that moves only in the vertical direction. The interaction force between particles and the container, system acceleration, and particle movement are measured. These experimental data are compared with simulated ones to evaluate the accuracy of the numerical model. A good modeling of the vibratory movement of the system is obtained, with errors of less than 6.4% when the peak vibratory amplitude of the fixed assembly does not exceed 0.0984 inch and that of the mobile assembly does not exceed 0.0787 inch. For larger vibratory amplitudes, it was identified that the test bench exhibited problems in its dynamic behavior caused by variable friction between the rolling elements of the bearings and the guide shafts. This friction resulted in an additional energy dissipation element, as well as premature wear of the shafts, leading to experimental vibratory amplitudes lower than those simulated in the cases evaluated at 17 and 20 Hz. Regarding the impact force generated by the particles, it could be measured experimentally, but the variation in damping also affected its amplitudes and the estimation of the inertia force necessary for its evaluation.Item Fuerzas de chancado y su relación con el desgaste en un chancador primario.(Universidad de Concepción, 2024) Rojas López, Christian Andrés; Rodríguez Godoy, Cristian Gabriel; Moncada Merino, Manuel AlonsoCrushers represent a fundamental role in the mining process of Chilean copper. Due to their high energy consumption and elevated operational costs, it is of vital importance to understand their main parameters, such as power, torque, and wear, among others. Recently, the Discrete Element Method (DEM) has been widely used to calculate these crushing parameters. This method allows for precise simulation of various mining processes [Weerasekara et al., 2013]. DEM is a numerical approach that calculates the interaction and dynamics of particles in physical and mechanical environments [Cundall and Strack, 1979]. Studying wear provides the opportunity to analyze and improve the lifespan of the lining. Since one of the major costs associated with the crushing process is the replacement of worn linings [Walker, 2012], improvement in this aspect would mean a considerable decrease in operational costs. The objective of this work is to develop a DEM model that allows for modeling and quantifying the forces present in the different zones of the crusher and to relate them to the lining wear. This would facilitate the prediction of the most prone wear areas, thus optimizing maintenance management and lining durability, increasing the availability of the crusher. The crusher used in this study is a Metso Superior 60-89, located at the Highland Valley Copper mine in Canada. This crusher was analyzed and experimentally measured by Rosario [Rosario, 2003], who evaluated wear using laser sensors during machine maintenance periods. Once the model was obtained, good results were achieved in mass flow, power, and size distribution, with errors of 3.3%, 38.5%, and 20.1%, respectively. On the other hand, the zones with the greatest presence of forces correspond to the range between 0.8 and 1.6 meters in height; however, the zone with the greatest wear corresponds to a height of 0.5 meters of the crusher.Item Influencia de la velocidad de impacto en la fractura primaria del mineral de cobre, mediante la fabricación de un banco de ensayos.(Universidad de Concepción, 2025) Mella Sánchez, Gonzalo Eduardo; Moncada Merino, Manuel AlonsoLa fractura del mineral de cobre bajo diferentes velocidades de impacto representa un aspecto fundamental en procesos industriales como la conminación, debido a su influencia directa en la eficiencia energética. Esta investigación aborda específicamente la influencia de la velocidad de impacto en la fractura primaria del mineral de cobre. Para alcanzar este objetivo, se diseñó y fabricó un banco de ensayos tipo Drop Weight Test (DWT) modificado, el cual permitió controlar con precisión la velocidad de diferentes percutores cambiando altura de caída. Se efectuaron cálculos preliminares basados en la teoría de Hertz para contactos elásticos, determinando parámetros críticos como la masa, tamaño de la esfera de acero y altura mínima requerida. El banco se equipó con un sensor PCB Piezotronics modelo 208C05, cuya calibración se verificó mediante ensayos previos con probetas cilíndricas de concreto. Las muestras de cobre utilizadas fueron probetas de 13 y 7 mm cilíndricas con rigurosidad para asegurar que variables externas no afecten la medición, se descartan aquellas con defectos visibles mediante inspección visual. Los ensayos dinámicos DWT se realizaron a velocidades comprendidas entre 1.066 m/s y 1.456 m/s, complementándose con ensayos de compresión usando una máquina Zwick Roell Z005. Los resultados obtenidos demostraron una relación inversa entre la velocidad de impacto y la energía específica requerida para producir la fractura primaria en el mineral de cobre. Se observó que, a velocidades menores, la energía necesaria para fracturar el material disminuyó significativamente, lo cual sugiere una mejor capacidad del cobre para redistribuir localmente los esfuerzos a bajas velocidades. Este estudio aporta una metodología robusta y datos empíricos significativos que avanzan el conocimiento sobre el comportamiento mecánico del cobre bajo cargas dinámicas.Item Modelación de un tambor aglomerador industrial mediante el método de elementos discretos.(Universidad de Concepción, 2025) Henríquez Navarrete, Carlos Nicolás; Rodríguez Godoy, Cristian Gabriel; Moncada Merino, Manuel AlonsoEn la industria minera, existen múltiples equipos que permiten llevar a cabo el proceso de aglomeración. El tambor aglomerador se destaca como uno de los equipos más utilizados para el proceso de granulación, especialmente en la preparación del material para la lixiviación por pilas, donde se busca reducir los finos y mejorar la permeabilidad. A pesar de su amplia aplicación, existen limitados estudios que propongan modelos numéricos para profundizar en la optimización y mejora de estos equipos. Este informe presenta un estudio detallado del comportamiento de un tambor aglomerador mediante simulación numérica por el método de elementos discretos (DEM) utilizando el software Ansys Rocky DEM. El objetivo principal es analizar el proceso de aglomeración de material en un tambor de 4.6 m de diámetro y 16.3 m de largo, ubicado en la minera BHP Spence. Se utilizó el módulo liquid bridge para simular la adherencia entre partículas durante el proceso. Se realiza una revisión bibliográfica que permite calibrar los parámetros del material (mineral de cobre) y evaluación del modelo numérico con ensayos experimentales obtenidos de la literatura. Se establece una metodología para simplificar los tiempos de simulación DEM, debido al costo computacional y tiempo de resolución. El modelo numérico tiene por objetivo analizar el comportamiento del material de forma transversal y axial. Los resultados obtenidos son: Demanda de potencia y torque, distribución de humedad, análisis de fuerzas, distribución de humedad y tiempo de residencia del material. Se realizan 9 simulaciones, donde se analiza la sección transversal del tambor, donde se varía la velocidad de rotación y grado de llenado. De los resultados obtenidos se puede destacar que la potencia RMS en régimen estacionario no es lineal, cuando se varían los parámetros antes mencionados. Las fuerzas en el eje y son un 135% mayores a las fuerzas en eje x. El aumento de la velocidad de rotación para un grado de llenado constante del tambor no implica una mejor distribución de humedad del material. Por otra parte, se realiza una simulación en la cual se analiza el tiempo de residencia del material, en donde se obtiene un error del 3.97% con respecto al valor experimental, obtenido de la literatura e información recopilada. Finalmente, se diseña, dimensiona y genera un presupuesto de un banco de ensayos de laboratorio con el propósito de estudiar en mayor profundidad la aglomeración en este tipo de equipos. Este banco de ensayos tiene por objetivo obtener datos experimentales (torque, potencia, granulometría, entre otros) para estudiar y analizar la aglomeración, validar un modelo numérico por el método de elementos discretos (reduciendo los costos computacionales) y poder tomar decisiones importantes en la industria.Item Modelación DEM del mineral de cobre en la tolva del camión minero CAT 797F.(Universidad de Concepción, 2025) Paredes Gallardo, Marcos Sebastian; Moncada Merino, Manuel AlonsoEl transporte de mineral en la minería a cielo abierto es un componente crítico y costoso del ciclo productivo. Los camiones mineros de gran tonelaje, como el CAT 797F, operan bajo condiciones dinámicas severas, incluyendo impactos sobre la tolva durante la carga, además de vibraciones que repercuten en el chasis dado el terreno irregular, lo que puede comprometer su integridad estructural y vida útil. La caracterización precisa de estas cargas dinámicas es fundamental para optimizar el diseño de los vehículos e implementar estrategias de mantenimiento predictivo. Este estudio aborda la necesidad de cuantificar los esfuerzos transmitidos a la estructura del camión, sentando las bases para un análisis estructural más robusto. Para analizar la dinámica del mineral, se empleó el Método de Elementos Discretos a través del software Rocky DEM 4. Se importó a Rocky DEM un modelo CAD detallado de la tolva del camión CAT 797F, para el proceso de simulado se consideran parámetros cruciales como la granulometría de las partículas, el coeficiente de rodadura calibrado, y las condiciones operativas de vibración (amplitud y frecuencia) y pendientes (subida y bajada). La metodología de post-procesado, implementada mediante un código en MATLAB R2018b, fue esencial para extraer las fuerzas y momentos generados por el mineral en la tolva y, mediante una simplificación a un modelo 2D de cuerpo rígido, calcular las reacciones localizadas en los puntos de apoyo del camión (cilindros hidráulicos A y B). Este enfoque permitió traducir las cargas dinámicas complejas en datos aplicables para futuros análisis estructurales detallados con el Método de Elementos Finitos (FEM). Los resultados de la simulación revelaron la naturaleza dinámica y la magnitud de las fuerzas transmitidas a los apoyos de la tolva en las distintas fases operativas. Durante la carga, las reacciones verticales pico alcanzaron hasta 2099 kN en el apoyo Ay, siendo ligeramente mayores el caso sin barrido de material. En el movimiento horizontal, la amplitud de vibración de 0.01433 m resultó ser el caso más crítico, con reacciones verticales pico en Ay de 3611 kN y factores de amplificación de hasta 3.887 en el apoyo A, indicando una amplificación dinámica significativa. Para movimientos en bajada y subida, se observaron amplificaciones aún mayores en el apoyo B, alcanzando factores de hasta 7.59 y 7.40 respectivamente, lo que subraya la alta exigencia dinámica en este punto. La descarga, al ser un proceso más controlado, mostró fuerzas y momentos menos abruptos. En conclusión, el modelo DEM y la metodología de post-procesado demostraron ser herramientas efectivas para predecir y cuantificar las cargas dinámicas.Item Modelación dinámica no lineal de harnero vibratorio considerando inercia del mineral y fuerza del mineral sobre el harnero calculada con elementos discretos(Universidad de Concepción, 2017) Moncada Merino, Manuel Alonso; Rodríguez Godoy, Cristian GabrielLos harneros vibratorios son máquinas críticas en la industria minera cuya función es clasificar el mineral según su granulometría. Enfocándose en la minería chilena, una correcta clasificación se traduce en un mejor rendimiento en la obtención del cobre y en un ahorro energético; debido a que se entrega mineral de granulometría adecuada para el proceso y a que se evita chancar nuevamente. La efectividad de la clasificación depende significativamente del movimiento del harnero. Por este motivo, es de gran interés para el diseño y operación predecir su movimiento en la forma más precisa posible. El objetivo general de este trabajo es conocer la influencia del mineral en el movimiento del harnero vibratorio a través de un modelo dinámico no lineal y una simulación en elementos discretos. Esta influencia se caracteriza mediante la fuerza de inercia del mineral sobre el harnero en el modelo dinámico, y por la fuerza que ejerce cada partícula del mineral sobre las mallas clasificadoras del harnero, determinada mediante elementos discretos. Los objetivos específicos a seguir son: realizar una investigación bibliográfica de los harneros vibratorios, identificando parámetros que afectan su rendimiento; plantear un modelo dinámico no lineal que permita predecir el movimiento del harnero; simular en elementos discretos un harnero vibratorio de doble malla; integrar la fuerza calculada en elementos discretos en el modelo dinámico; comparar la fuerza del mineral sobre las mallas obtenidas desde el modelo dinámico y elementos discretos; y estudiar la respuesta del modelo dinámico al integrar la fuerza desde elementos discretos. Mediante ecuaciones del movimiento, determinadas por las ecuaciones de Lagrange, se plantea un modelo no lineal en el plano de tres grados de libertad que permite calcular el movimiento de los apoyos de la máquina en estudio. Se modela con el programa computacional de elementos discretos LIGGGHTS un doceavo del harnero vibratorio lineal de doble malla para obtener en estado estacionario el movimiento del centro de masa y fuerza del mineral sobre sus mallas. Se plantea el caso 1: mineral moviéndose en conjunto con el harnero (caso usado en modelo disponibles en la literatura); y caso 2: fuerza del mineral sobre el harnero calculada con elementos discretos aplicada al modelo dinámico. Las simulaciones se llevaron a cabo con datos de un harnero real de la minería del cobre y se analizaron sus respuestas en el tiempo, dominio frecuencia y las órbitas de los puntos de apoyo. Se compara la fuerza del mineral sobre el harnero y el movimiento para ambos casos, observando que la fuerza es notoriamente distinta, siendo la simulada por el modelo dinámico un caso irreal, pues el mineral no genera una fuerza de atracción sobre las mallas. La diferencia en la amplitud de la respuesta vertical entre ambos casos es baja ( 12 %), por lo que el modelo dinámico del caso 1 se puede usar para simular un harnero vibratorio a pesar de que su formulación considera una hipótesis irreal. Comparando las órbitas obtenidas con el modelo lineal y no lineal, la diferencia en estado estacionario es despreciable, debido a que la amplitud de la respuesta angular del harnero simulado es baja, cuyo valor es 0.014 [ ] aproximadamente.