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Simulación numérica: un enfoque distinto para las necesidades de tratamiento de aguas en minería

Minería y Metalurgia Tecnología de Simulación

Los retos y necesidades actuales principales que tiene la minería pueden listarse de la siguiente manera: Acceso, escasez de recursos y sostenibilidad; infraestructura en expansión y requerimiento de nuevos materiales; eficiencia energética; seguridad, reducción de emisiones y control de la contaminación y modernización, automatización y control de procesos. Dentro de estos, podemos ahondar particularmente en 2 de ellos tales como:

  • Acceso, escasez de recursos y sostenibilidad: se debe procurar el control y uso eficiente del agua, afrontar su escasez y propiciar la sostenibilidad del recurso mediante medidas de control de impacto ambiental.
  • Seguridad, reducción de emisiones y control de la contaminación: se busca reducir impactos ambientales de la minería: tener los medios necesarios para el control de vertidos (carga de químicos y metales pesados), prevención del cuidado del agua durante el proceso extractivo, mitigar contaminación en aguas subterráneas, asegurar un abastecimiento energético con menores emisiones y dejar la menor huella tras el cierre de minas.

Nuevas tecnologías en minería

Como podemos ver el uso cauteloso del recurso hídrico y su cuidado en cuanto a impacto ambiental son aspectos críticos con los que una operación minera debe lidiar. La mejora en todos estos aspectos está relacionada con la innovación para la producción impulsada por las nuevas tecnologías. Las empresas mineras constantemente apuntan a esto para potenciar su éxito ya que, dentro de todo, estas nuevas tecnologías proporcionan ganancias en productividad. Dentro del conjunto de nuevas tecnologías, tenemos la implementación de la simulación numérica para realizar análisis de equipos y procesos en minería que nos permitan mejorar el performance de los mismos.

Yendo más adelante, estas nuevas tecnologías sientan las bases y el flujo de trabajo para la digitalización de las empresas, la cual es imperativa en el contexto actual.

Implementación de la simulación numérica en análisis de equipos y procesos

La simulación permite a las empresas gestionar los proyectos dirigidos por innovación, con mayor complejidad, con menores tiempos de desarrollo, reduciendo costos lo que las hace más competitivas, incrementando la calidad de los productos o procesos y eliminando el riesgo de fallas en sus proyectos.

De manera general, la simulación computacional nos permite:

  • Comprender mejor los procesos que se llevan a cabo en cada equipo
  • Acceder a información en lugares de difícil acceso
  • Acceder a datos cuantificados en todo el sistema
  • Reducir el número de prototipos físicos necesarios para validar una propuesta de mejora
  • Permite gran cantidad de ensayos virtuales
  • Mejorar la calidad del proyecto o equipo e incluso llegar a la optimización
  • Lograr equipos o proyectos con mejor performance y más robustos en cuanto a la conservación de su buen desempeño en un rango mayor de condiciones de operación
  • Eliminar riesgos
  • Lograr innovaciones disruptivas
  • Reducir tiempos de desarrollo, incrementar ahorros y ganancias

Es importante también destacar que históricamente la simulación ha sido usada en los “extremos” de la vida del activo:

  • Es usado como un análisis previo a la operación del equipo (durante su desarrollo)
  • Como método de análisis cuando el activo falla/deja de operar, y los ingenieros necesitan descubrir que pasó con él

Sin embargo, en línea con la tendencia a la digitalización, los gemelos digitales basados en simulación permiten usar los prototipos virtuales, para entender toda la parte “intermediaria” de la vida del activo, para tener más información de su funcionamiento, su vida, y con eso obtener informaciones importantes para mejorarlos.

Aplicación de la simulación numérica para tratamiento de aguas

El número de aplicaciones que se pueden citar son numerosas, sin embargo, son descritas aquí sólo alguna de ellas. Usando simulación computacional, podemos:

  • Diseñar sistemas de manejo de agua/lodos y redes de tuberías; predecir la distribución de los flujos de fluidos dentro de los mismos
Análisis de comportamiento de lodo en estructura hidráulica mediante Dinámica de Fluidos Computacional.

Análisis de comportamiento de lodo en estructura hidráulica mediante Dinámica de Fluidos Computacional. Los colores corresponden con la magnitud de la velocidad. Además, es posible evaluar niveles de rebose, salpicaduras y distribución de tirantes.

 

  • Estudiar procesos de floculación, coagulación, clarificadores, tanques de sedimentación. Identificar mala floculación/coagulación y detectar posibles cortocircuitos hidráulicos
simulación numérica Análisis de sedimentación en un clarificador. CFD

Análisis de sedimentación en un clarificador. Se muestra la mitad de una sección en el plano alzado del equipo. Se aprecia la distribución de la fase sólida mediante contornos (izquierda) y gráfica (derecha) de la variable concentración. Se muestran los resultados del equipo cuando alcanza su régimen de cuasi-estabilidad.

  • Tanques de contacto para cloro, oxígeno, ozono o peróxido de hidrógeno, incluidos aireadores de superficie
Análisis de Dinámica de Fluidos Computacional de tanque de contacto para tratamiento con ozono.

Análisis de Dinámica de Fluidos Computacional de tanque de contacto para tratamiento con ozono. La escala de colores muestra la velocidad superficial. Es posible también analizar el tiempo de residencia.

 

  • Digestores anaerobios y aerobios
  • Transporte de sólidos suspendidos sobre filtros

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Posé estudios de Ingeniería Mecánica de Fluidos por la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM). Trabaja desde el año 2012 con simulación numérica en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés).


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