Optimización de un código para modelar el desgaste abrasivo utilizando programación paralela

Abstract

La industria minera en Chile cada año reporta ingresos que superan los 40 mil millones de dólares, sin embargo, estas ganancias se ven mermadas por las pérdidas millonarias en mantenciones y fallas de equipos producto de diversos factores, uno de ellos el desgaste abrasivo. La abrasión del mineral limita fuertemente la vida útil de los equipos, afectando su productividad y costos de operación. A lo largo de los años se han logrado desarrollar herramientas numéricas que permiten simular el desgaste abrasivo, la pérdida de mineral y el flujo de los sólidos a granel sobre los equipos. El Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María, ha desarrollado a través de investigaciones realizadas por Frederick Knop y Patricio Mascaró un programa que permite predecir el desgaste abrasivo de mineral, basado en el experimento normado de la rueda de desgaste. En este trabajo, se implementó una solución a uno de los mayores problemas presentados por el código del DIMEC: los tiempos de ejecución. Para ello, se implementó programación paralela y algoritmos de búsqueda espacial, para reducir los tiempos de ejecución, especialmente, en las subrutinas asociadas a la búsqueda de contactos cara-partícula, borde partícula y la búsqueda de vecinos. Se realizaron simulaciones con distintos números de núcleos y partículas, en específico 2.020 y 14.000 partículas en el volumen, con el objetivo de comprobar la escalabilidad del programa. Los resultados obtenidos muestran una reducción de los tiempos de ejecución cercana al 83% con un Speedup de 6 para el caso de 2.020 partículas y una reducción cercana al 65% con un Speedup de 3 para el caso de 14.000 partículas . En conclusión, la implementación de los algoritmos permitió disminuir considerablemente los tiempos de cálculo del programa de desgaste, no obstante, la optimización realizada está lejos de ser la mejor, debido a que no fue posible optimizar las subrutinas de cálculo de fuerza, dada las fuertes dependencias existentes entre las iteraciones y la forma en la que estaban diseñadas las subrutinas.