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Análisis del impacto de la selección de los intervalos de flotación para caracterización cinética batch por clase de tamaño
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025) Levy Toledo, Jaim; Yianatos Bernardino, Juan; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Vinnett Peralta, Luis Eduardo
En el presente trabajo, se evaluó el impacto de la selección de los intervalos de flotación en la caracterización cinética de un proceso de flotación batch, específicamente por clase de tamaño. Se analizó una condición de flotación la cual utilizó un P80 = 300 μm. A partir de las curvas obtenidas de tiempo-recuperación, se estudiaron las respuestas cinéticas de las clases de tamaño -20 μm, +20/-75 μm, +75/-150 μm, +150/-212 μm, +212/-300 μm y +300 μm. Se identificaron patrones y diferencias notables en las respuestas cinéticas, observando que tanto en la clase -20 μm como en la clase +300 μm no se alcanzaron recuperaciones constantes a los 32 minutos de operación. En las “curvas de elefante” se evidenció el impacto del tamaño de partícula sobre las recuperaciones, destacándose la clase +20/-75 μm que presentó la recuperación más alta (R = 89.34%). En el análisis, se llevó a cabo un submuestreo, considerando los 7 datos experimentales tiempo-recuperación de un total de 14 puntos que llevaron a estimaciones robustas de los parámetros cinéticos globales (no tamizados). Dichos parámetros corresponden a la distribución de constantes cinéticas, f(k), y a la recuperación máxima, R_∞. Para determinar la mejor combinación de 7 puntos, se minimizó el error (absoluto) en la estimación de la distribución de constantes cinéticas no-normalizada, g(k) = R_∞ f(k), la que incorpora todos los parámetros cinéticos. Con los mejores tiempos de flotación seleccionados a partir de la respuesta global no tamizada, se estimaron parámetros cinéticos de las seis clases de tamaño analizadas. Posteriormente, se compararon las curvas de g(k) generadas con los 14 datos tiempo-recuperación por clase de tamaño, y las estimadas utilizando el patrón de muestreo seleccionado con solo 7 puntos(...).
Control experto-difuso de atributos en espumas de flotación medidas por procesamiento de imágenes en un circuito rougher piloto de
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024-12) Zambrano Ríos, Benjamín Ariel; Vinnett Peralta, Luis Eduardo; Departamento de Química y Medio Ambiente; Bergh Olivares, Luis Guillermo
La flotación es un proceso de alta complejidad caracterizado por relaciones no-lineales entre sus variables independientes y dependientes. La falta de modelos dinámicos fenomenológicos adecuados ha limitado su uso en el control eficiente de estos procesos. Por otro lado, el uso adecuado del control predictivo depende muy fuertemente de la calidad de la representación del proceso por un modelo dinámico simple. Los sistemas expertos, basados en lógica binaria, han sido la herramienta más empleada en el control de flotación en las últimas décadas. Sin embargo, su eficiencia se ve limitada por la falta de precisión en la descripción del estado de las variables. El uso de lógica difusa ha permitido abordar el problema de control con mayor precisión, mejorando significativamente el desempeño de los sistemas expertos. En este trabajo se llevó a cabo la implementación de un control experto basado en lógica difusa en un circuito rougher de flotación piloto. La planta opera de forma híbrida, adquiriendo variables operacionales en tiempo real a través de los sensores desplegados en el circuito y del procesamiento de imágenes de espuma de flotación en Matlab. El sistema está conformado por tres celdas rougher de 36 [L], en el cual se recircula una alimentación de 4,5 [L/min] de una solución acuosa de 25 [ppm] de 2-etilhexanol y sin presencia de sólidos. El objetivo es evaluar el sistema de control difuso de los atributos de espuma de flotación, empleando como recursos las referencias de los controladores PID disponibles para la velocidad superficial de gas y los niveles de pulpa en cada celda. Inicialmente, se realizó la calibración de la instrumentación (sensores, válvulas, bomba peristáltica y cámaras) del circuito; el desarrollo de la interfaz de monitoreo y control, y su conexión con el PLC y el hardware disponible en la sala de control; así como también el acondicionamiento de los códigos de procesamiento de imágenes disponibles para su aplicación en el circuito. Posteriormente, se llevó a cabo la fase de experimentación, la cual consistió en dos etapas. La primera etapa se enfocó en la recopilación de la información concerniente al comportamiento de los atributos de espuma de flotación, tales como área transversal, excentricidad y densidad de burbujas, bajo condiciones de velocidad superficial de gas de 0,5 a 1,5 [cm/s] y profundidades de espuma entre 1 y 4 [cm]. ARQUITECTURA
Desarrollo de herramienta para la definición del carguío de bolas en la molienda semi-autógena de Codelco Chuquicamata
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024-08) Marín García, Camila Francisca; Seguel Herrera, Jaime; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Vinnett Peralta, Luis Eduardo
Codelco División Chuquicamata se dedica al procesamiento de mineral de cobre para obtener concentrados de cobre, utilizando técnicas de conminución como la molienda SAG para la liberación de minerales. Para asegurar un adecuado compromiso entre liberación de minerales, eficiencia operacional y optimización de recursos, se utiliza una carga específica de bolas de acero dentro de los molinos SAG. En este trabajo de memoria se desarrolla una herramienta para definir el carguío de bolas en la molienda SAG, con el fin de contribuir en la eficiencia del proceso y controlar la operación. Se realizó un análisis de datos históricos y operacionales para caracterizar el comportamiento de un circuito de molienda SAG. Se analizaron variables que afectan el desgaste de las bolas junto con modelos de “Machine Learning”, específicamente “Support Vector Regression” (SVR) y “Extreme Gradient Boosting” (XGBoost). Estos modelos permitieron definir una tasa de desgaste dinámica que se ajustara a las condiciones operacionales del molino, respondiendo a las limitaciones respecto el nivel de llenado de bolas. Los resultados demostraron que un carguío adecuado de bolas y el ajuste dinámico de la tasa de desgaste contribuyen a tener un mayor control del desgaste de los medios de molienda y su reposición, lo que afectan directamente en el proceso de molienda. El modelo XGBoost mostró un mejor rendimiento que el modelo SVR, por lo que fue seleccionado para su implementación. Se recomienda utilizar la herramienta desarrollada para ajustar el carguío de bolas en tiempo real, además de continuar alimentando el modelo con nuevos datos para mejorar su precisión y adaptabilidad. Además, es importante capacitar al personal en el uso de la herramienta y la interpretación de los resultados. Este trabajo contribuye a la mejora continua de los procesos de molienda en la División Chuquicamata, alineándose con los objetivos de innovación y productividad de Codelco.
Desarrollo de un modelo de recuperación de molibdeno para la planta de flotación de caserones
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-01-20) Ramírez Mora, Juan Pablo; Acuña, Claudio; Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Química y Medio Ambiente; Vinnett Peralta, Luis Eduardo
La mejora continua es importante en la industria minera para maximizar la eficiencia y rentabilidad de los procesos productivos. Uno de los procesos claves en la producción de concentrados es la flotación, método utilizado para separar minerales valiosos de la ganga. El molibdeno es un subproducto en muchas operaciones de la minería del cobre, y su recuperación eficiente logra brindar un valor agregado a las compañías mineras. La predicción de la recuperación de este metal presenta desafíos debido a la variabilidad operacional, las características del mineral procesado y los errores de medición típicamente observados en Planta. Esta memoria busca mejorar las estimaciones de recuperación de molibdeno en la Planta de Flotación Colectiva y Selectiva de Caserones. Se analizaron datos históricos de la Planta de Flotación Colectiva y Selectiva, provenientes del sistema PI y de información de laboratorio. Inicialmente, se identificaron relaciones lineales entre los descriptores y la recuperación de molibdeno mediante el coeficiente de correlación de Pearson (R), resultando en 0.419 respecto de la ley de alimentación de Mo Selectiva, en -0.203 respecto de la ley de Cu soluble, y en 0.189 respecto del potencial óxido-reducción de la Tercera Limpieza de la Planta Selectiva. Para la recuperación Colectiva, no se pudo identificar ninguna relación lineal, obteniéndose una correlación máxima de 0.093. Como estrategia de modelación, se aplicó para ambas Plantas de Flotación, regresión lineal multivariable y regresión lineal multivariable en 3 tramos. Esta última en base a la ley de alimentación de Mo a la Planta Colectiva. Para la evaluación de cada modelo se utilizaron las métricas R, Error Cuadrático Medio (MSE), Raíz del Error Cuadrático Medio (RMSE) y Error de Sesgo Medio (MBE). La estrategia que presentó mejores resultados en el conjunto de prueba de la Planta de Flotación Colectiva fue la regresión lineal multivariable a tramos, con métricas de 0.32, 36.85, 6.07 y 0.36, respectivamente. La estrategia que entregó mejores resultados en el conjunto de prueba del modelo de la Planta Selectiva nuevamente fue regresión lineal a tramos, con métricas de 0.46, 31.67, 5.62 y -0.69, respectivamente. Se evaluaron mejoras respecto a la metodología actual utilizada por Caserones, la que consiste en calcular un proporcional al modelo actual de recuperación de cobre para la recuperación de Mo Colectiva, y considerar un valor fijo de 80% para la recuperación de Mo Selectiva. De los resultados, se logró concluir que los modelos a tramos disminuyen en un 67% el RMSE para la recuperación Colectiva y en un 23% el RMSE para la recuperación Selectiva.
Estudio sobre el impacto del escalamiento laboratorio-planta al emplear modelación o interpolación en la caracterización cinética de flotación
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-06) Flores Sepúlveda, Francisco Ignacio; Yianatos Bernardino, Juan; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Vinnett Peralta, Luis Eduardo
El presente trabajo evalúa el uso de modelos cinéticos e interpolación para la representación de las curvas tiempo-recuperación en procesos de flotación batch, con el objetivo de determinar la mejor metodología para el escalamiento industrial. Se realizaron pruebas experimentales utilizando una mena de cobre a dos tamaños de partícula con valores de P80 de 300 µm y 212 µm. Cada ensayo incluyó 14 puntos en las respuestas cinéticas. La recuperación de cada ensayo resultó de 77.5% y 82.1%, respectivamente, cuyas diferencias se atribuyen a un mayor grado de liberación a menor tamaño de partícula. En el análisis, se realizaron submuestreos, considerando conjuntos de 7 y 10 datos experimentales tiempo-recuperación. Se emplearon tres modelos cinéticos (Tasa Única, Rectangular y Gamma) y cuatro métodos de interpolación (Lineal, Spline cúbico, Polinomios de Hermite, y Stineman) para la representación de las respuestas cinéticas. La evaluación de la capacidad predictiva de cada metodología se llevó a cabo mediante dos enfoques. El primer enfoque consistió en analizar la capacidad de representar la curva cinética completa, utilizando como métrica la suma de cuadrados del error residual de predicción (PRESS), en una versión modificada. El segundo enfoque se centró en evaluar la capacidad predictiva a un tiempo específico de interés para fines de escalamiento, utilizando como indicadores la mediana de los errores y el rango inter-decil (IDR). Los resultados indicaron que, cuando se evalúa la capacidad predictiva en todo el rango de tiempo, el modelo cinético Gamma fue el más robusto en condiciones con un número limitado de datos, siendo sólo levemente superado por PCHIP en respuestas cinéticas con un número significativo de intervalos de flotación. En escenarios de predicción orientados al escalamiento industrial, el método de interpolación PCHIP mostró consistentemente un mejor desempeño que el modelo Gamma, logrando menores errores de predicción evaluados en términos de la mediana. En cuanto a la dispersión de los errores de predicción, evaluada mediante el rango inter-decil (IDR), PCHIP llevó a una mayor precisión en todos los casos. Sin embargo, se observó una tendencia a aumentar la variabilidad de la predicción al emplear 7 datos en las respuestas cinéticas. Como conclusión, el modelo cinético Gamma resultó ser más robusto en aplicaciones donde se busca predecir la curva tiempo-recuperación completa con una cantidad reducida de datos. El método de interpolación PCHIP por su parte, se presenta como una buena herramienta de predicción a tiempos largos, presentando un menor error para propósitos de escalamiento por tiempo. Este estudio fue financiado por el proyecto FONDECYT de Iniciación Nº 11240125, el que permitió llevar a cabo las pruebas cinéticas y los respectivos análisis de laboratorio.
METODOLOGÍA DE ANÁLISIS PARA EVALUACIÓN HIDRODINÁMICA Y METALÚRGICA DE CIRCUITOS DE FLOTACIÓN INDUSTRIAL
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2014) Vinnett Peralta, Luis Eduardo; Departamento de Química y Medio Ambiente; Yianatos Bernardino, Juan
Resumen extenso, ver multimedia o impreso
Uso de simulación Monte Carlo para mejoras del diseño experimental en las caracterizaciones cinéticas de la flotación
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-10) Molina Meneses, Gilda Tamara; Hansen Kirstein, Knud Henrik; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Vinnett Peralta, Luis Eduardo
La flotación es una técnica de concentración ampliamente utilizada en la industria minera para separar minerales valiosos de los no valiosos. En este contexto, las pruebas de flotación batch a escala de laboratorio son esenciales para el posterior diseño de circuitos industriales. En este trabajo se aplicaron simulaciones Monte Carlo para mejorar el diseño experimental en dichas pruebas, asegurando la confiabilidad de los parámetros utilizados en el escalamiento industrial. Para esto, se analizaron ensayos de flotación batch replicados bajo dos condiciones de tamaño de partícula: P80 = 300 µm (4 réplicas), y P80 = 212 µm (6 réplicas), con 14 intervalos de flotación, superior a lo usualmente empleado (< 8 intervalos). Los datos tiempo–recuperación se modelaron con representaciones cinéticas clásicas (Tasa Única, Rectangular y Gamma), y se submuestrearon para emular escenarios experimentales típicos. Los parámetros se estimaron mediante mínimos cuadrados ordinarios, ponderados y generalizados, tomando en cuenta la autocorrelación de los errores. Se obtuvo que el modelo Gamma, con parámetros estimados por mínimos cuadrados ordinarios, entregó la mejor generalización bajo condiciones de submuestreo y bajo número de réplicas. A partir de los parámetros cinéticos Gamma obtenidos con 14 datos experimentales se definió el caso base (ground-truth). Para este caso base, se realizaron 1000 simulaciones Monte Carlo con errores normales autocorrelacionados. Estas simulaciones se submuestrearon (5 datos tiempo-recuperación) para evaluar la sensibilidad de los parámetros cinéticos. Se utilizó el error cuadrático relativo de los parámetros para comparar todas las combinaciones de submuestreo posibles. Se identificó que un muestreo adecuado, en términos de estimación de parámetros, incluye el menor tiempo (e.g., 0.17 min), tiempos intermedios (transición al agotamiento) y el mayor tiempo (e.g., 32 min). El peor desempeño se obtuvo al utilizar solo tiempos largos (> 1.5 min)(...).

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