Depósito Campus Casa Central Valparaíso

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Desarrollo de un sensor virtual dinámico de concentraciones en una celda de flotación rougher piloto utilizando la metodología PLS
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026) Avilez Bozo, Leonardo Bladimir; Acuña Pérez, Claudio Abraham; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Bergh Olivares, Luis Guillermo
El presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo de un sensor virtual dinámico para estimar la ley de concentrado en una celda de flotación, considerando la dificultad de medir esta variable en tiempo real mediante sensores físicos. Para ello, se implementaron modelos matemáticos capaces de inferir el valor de esta variable a partir de otras más accesibles, utilizando la metodología de regresión por mínimos cuadrados parciales (PLS) aplicada en estructuras dinámicas tipo FIR y ARX. El conjunto de variables consideradas incluye seis entradas principales: flujo de alimentación (QF), velocidad superficial del aire (Jg), altura de espuma (Hf), porcentaje de sólidos (Sf), porcentaje de gruesos (Gf) y ley de alimentación (Xf). Estas variables fueron obtenidas desde un entorno de simulación calibrado para representar el comportamiento estacionario de la celda de flotación. Dado que el simulador opera en estado estacionario, se incorporó un modelo dinámico adicional asumiendo un sistema de primer orden con retardo por transporte despreciable. Se generaron 729 observaciones a partir de una matriz experimental completa, las cuales fueron posteriormente depuradas según criterios de recuperación de cobre y la selección de una ruta de perturbación representativa, conservándose finalmente 323 observaciones válidas. Este conjunto se utilizó para entrenar los modelos mediante el software SOLO, empleando autoescalado y validación cruzada para la calibración. Se construyeron y evaluaron modelos FIR (global y locales) y ARX (ideal y no ideal). El modelo FIR global presentó un error (RMSE) de 1,37, mientras que los modelos locales lograron reducirlo a 1,22, demostrando mayor precisión en zonas específicas del dominio operativo. El modelo ARX ideal, que incorpora retroalimentación de la variable de salida, obtuvo el menor error general (0,94), aunque su aplicabilidad real es limitada debido a la necesidad de conocer valores reales pasados. En contraposición, el modelo ARX(...).
Diseño de proceso: Captura de dióxido de carbono y producción de carbonato de sodio en la industria cementera y de la cal
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-01) Hermosilla González, Francisco Martín; Espergues Zúñiga, Fernando; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Acuña Pérez, Claudio Abraham
Las emisiones de dióxido de carbono por parte de las industrias cementera y de la cal ascienden a 1,4 [Mton] anuales, correspondientes al 19% del total de emisiones del sector industrial. Estas emisiones se diferencian de las de otras industrias por tratarse de emisiones inevitables: no pueden ser reemplazadas por procesos con energías más renovables, ni procesos alternativos, ni evitadas mediante una optimización del proceso existente. Lo anterior se debe a que la principal fuente de emisiones de CO2 en estas industrias es la calcinación de caliza, que genera al menos 440 [kg] de este gas por cada tonelada de piedra calcinada, sin contar la quema de combustible para generar la energía necesaria. A pesar de esto, estos procesos presentan una oportunidad para la solución del problema ya que la práctica totalidad de los gases contaminantes es emitida desde un mismo punto: las chimeneas de los hornos donde ocurre la calcinación. Adicionalmente, cabe destacar que, si bien el objetivo final de la calcinación de caliza no es el mismo en ambos procesos, la composición de los gases de salida de los hornos es prácticamente la misma, por lo que es posible pensar en una solución aplicable para ambas industrias. En ese contexto, se propone un proceso que captura el dióxido de carbono de la corriente de gases y, previa limpieza y enfriamiento, lo inyecta en una solución de amoniaco y cloruro de sodio en agua: la solución resultante circula en un ciclo en que se le añade sucesivamente amoniaco y cloruro de sodio para retirar, mediante precipitación, cloruro de amonio y bicarbonato de sodio. El cloruro de amonio debe ser secado para obtener una pureza de 97%, mientras que el bicarbonato de sodio debe ser calcinado para producir carbonato de sodio con una pureza de 99%. El cloruro de amonio es utilizado en la industria agrícola, sea como fertilizante(...).
Evaluación y modelado de la transferencia de oxígeno con burbujas ultrafinas en el tratamiento de aguas residuales
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026-03) Angelbeck Maldonado,, Millatray; Mery Araya, Camila del Pilar; lazarraga Muñoz, Rodrigo; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Acuña Pérez, Claudio Abraham
Se evalúa el potencial de la tecnología de burbujas ultrafinas (UFB) de oxígeno como alternativa a los sistemas convencionales de aireación en plantas de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados, con el objetivo de mejorar la eficiencia de transferencia de oxígeno y reducir el alto consumo energético del proceso. Se modela una planta municipal utilizando el software SuperPro Designer. El afluente presenta un caudal de 2.000 m³/h y una carga orgánica de 428 kgDBO₅/h. Se comparan tres escenarios de aireación: aire atmosférico, oxígeno puro y oxígeno inyectado mediante boquillas de burbujas ultrafinas (UFB O₂). La tecnología UFB se representa mediante un incremento del coeficiente volumétrico de transferencia de masa desde 4 h⁻¹ hasta 7,65 h⁻¹. Los resultados indican que la sustitución de aire por oxígeno reduce el consumo energético de aireación en un 50 %, mientras que el uso de UFB O₂ alcanza una reducción del 40 %, con una huella de carbono de 0,25 kgCO₂eq/m³ frente a 0,28 kgCO₂eq/m³ del caso base. La tecnología de UFB surge como una alternativa viable para optimizar energética y ambientalmente los procesos biológicos en el tratamiento de aguas. Proporciona una oxigenación más sostenida y contribuye a la reducción de emisiones. No obstante, su implementación requiere sistemas combinados de aireación y mezcla, así como validación a escala piloto, con un impacto moderado en la inversión de capital.
Implementación de medidor de distribución de tamaño de burbujas, basado en patrones de imagen y variaciones de presión
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026-03) Zamora Valdebenito, Ignacio Francisco; Vinnett Peralta, Luis Eduardo; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Acuña Pérez, Claudio Abraham
Se implementó un sistema de captura sincrónica de imágenes y sonido en una celda de visualización de burbujas de 10 L para correlacionar la señal acústica generada durante la ruptura superficial de burbujas con el diámetro de Sauter medido por análisis de imágenes. A partir de la densidad espectral de potencia de la señal de audio se definieron doce métricas espectrales, incluyendo el Indicador de Frecuencia Zamora-Valdebenito, análogo espectral del diámetro de Sauter. Mediante selección exhaustiva de variables y validación cruzada se identificó un modelo lineal con coeficiente de determinación predictivo de 0,975, error absoluto medio de 0,12 mm y error absoluto medio relativo de 6,14 %. Los resultados demuestran que la señal acústica contiene información cuantificable sobre el tamaño característico de burbuja bajo las condiciones experimentales evaluadas.