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Departamento de Ingeniería Matemática

Felipe Salas: la nueva investigación matemática en torno al convertidor tipo Teniente

El alumno del DIM Felipe Salas lleva a cabo una avanzada investigación que busca mejorar el trabajo de depuración del cobre en la mina El Teniente. Su memoria de título Implementación de un Control robusto para reducir el oleaje del convertidor tipo Teniente espera contribuir para que, en un futuro, pueda evitarse el desgaste excesivo de los ladrillos refractarios implicados en el proceso.

Felipe Salas

Antes de pisar por primera Beauchef como alumno de primer año de Plan Común, Felipe Salas ya tenía clara su convicción de estudiar Ingeniería Matemática. Dice que un amigo con el que jugaba Go - el juego de tablero chino- lo convenció y ahora está demostrando que su elección fue la más acertada: hoy, a sus 24 años Felipe es un alumno tesista con un destacado trabajo de investigación. Su memoria Implementación de un Control robusto en el oleaje del convertidor tipo Teniente recoge el testimonio de otros Ingenieros Matemáticos que fueron alumnos del DIM, como Eduardo Godoy, y busca mejorar los procesos de Convertidor tipo Teniente, un reactor pirometalúrgico cuya función es la purificación del concentrado de cobre.

El Convertidor Teniente es un horno amplio formado por un cilindro metálico de 5 m de diámetro por 22 m de largo, dispuesto en posición horizontal y revestido por ladrillos refractarios en su interior, montado sobre un sistema de cremalleras que le permiten oscilar. En su interior es posible separar la escoria y obtener un cobre de mayor pureza. Sin embargo, en este convertidor se genera un efecto no deseado: el oleaje originado por la inyección de aire en la mezcla de los materiales durante el proceso produce desgaste excesivo de los ladrillos refractarios, con lo cual los tiempos de producción del convertidor se ven limitados y se tiene que reponer la capa refractaria una vez desgastada.

Este problema ha sido abordado por diferentes disciplinas (Ingeniería Hidráulica, por ejemplo). Desde la Matemática, el trabajo realizado por Felipe siguiendo el camino generado por Eduardo Godoy, entrega resultados prometedores.

- ¿Cómo llegaste a trabajar en esta investigación? A priori se ve que tiene bastante proyección...

Acá en el DIM se da harto que hay dos partes bien fuertes de la matemática. Por un lado, están los que trabajan la matemática aplicada y, por otro, los que trabajan en matemática pura. Yo quería más bien desarrollarme en temas de matemática aplicada. Dentro de ese deseo yo conocí a Axel Osses -que es mi actual profesor guía- y me gustó el trabajo que realizaba. Cuando ya era el momento de elegir mi tema de memoria, fui a hablar con él. Le dije que quería hacer mi investigación en el tema más aplicado que tuviera. No me interesaba tanto el trasfondo, sino que fuera aplicado. Me ofreció unos cuantos temas, y entre ellos estaba el trabajar con el convertidor de cobre, que es un proyecto que se ha abordado a lo largo de varios años. El propio Axel trabajó en él con Eduardo Godoy. A mí me entusiasmó y empezamos a trabajar.

-¿Cuál crees que es el potencial que tiene este tema?

De partida, mi memoria sólo la partí como una tesis, pero en un momento postulé a una beca que dio Codelco que se llama PiensaCobre, que estaba dirigida a tesis disruptivas en cobre. Entonces, por esa parte yo sé que a Codelco le interesa que haga investigación en torno al tema. El problema es que las técnicas que estoy usando para modelar el problema matemático y para encontrar los controles suponen la existencia de ciertos artefactos del convertidor que en la realidad no están. En el problema se modela un baño que está agitado y yo asumo que conozco la altura del fluido en un punto, pero como la mezcla está a 1.500 grados, cualquier sensor que pongas se derrite. Entonces, si bien yo encontré un control efectivo, este está basado en un artefacto que en la realidad aún no existe, cuya función sería la posibilidad de medir la altura. En Codelco actualmente miden la altura del baño en un punto para poder controlarlo, pero con un sistema arcaico que es como cuando uno le mide el aceite al auto: se mete un fierro a este contenedor y dependiendo de donde está marcado se ve la altura, pero yo estoy suponiendo en mi modelo que puedo conocer la altura en cada instante. Si bien mi trabajo es investigación que se está haciendo en torno al convertidor, no va a ser una investigación que se pueda aplicar en el corto plazo. Está más bien destinada para generar un background, porque ese convertidor pirometalúrgico con el que trabaja Codelco se diseñó acá en Chile. En otras partes del mundo se usan otro tipo de convertidores y hay harta investigación en torno al tema. El deseo de Codelco siempre ha sido desarrollar investigación aunque no necesariamente pueda ser aplicada. Hay que pensar que es una máquina tan grande que intervenirla por una posible investigación de un  tesista no es factible. Pero yo creo que abro la puerta para seguir con este trabajo y en el futuro poder aplicarlo. Pero no creo que sea implementable en el corto plazo.

-¿Que significa el concepto de “robustez” en tu trabajo y cuál es el avance con las investigaciones hechas por gente del DIM anteriormente en el tema?

La robustez aparece porque muchas veces, cuando uno hace modelos matemáticos de un proceso físico como el trabajo de una máquina, uno supone los parámetros del problema conocido. Por ejemplo, yo ahora estoy suponiendo que mi  contenedor tiene una forma cilíndrica con unas medidas determinadas. Pero quizás en la realidad si analizo el convertidor, esos parámetros no van a ser exactamente los mismos. Entonces, si diseño una rutina de inyección de aire que haga que no haya oleaje dentro del convertidor, tengo claro que esa rutina funciona para el convertidor que está en mi computador. El problema es que el convertidor en la realidad puede ser distinto. Todos sus parámetros físicos pueden ser distintos. Entonces, la robustez significa que el diseño que hice debe funcionar no sólo en el modelo matemático que está en mi computador (que es perfecto y donde yo conozco todos los parámetros físicos) sino que tiene que adaptarse a una planta que no es idéntica a la planta nominal, que es la con que yo trabajo. Entonces, el problema que tenían las propuestas de control de otras memorias como la Eduardo Godoy es que, si bien servían, si yo perturbaba la planta la rutina de inyección ya no funcionaba. Esto te producía más oleaje y ese oleaje constante es justamente el problema que uno quiere evitar. Entonces, la robustez viene a eso, a la aplicabilidad de mi control en una planta que no sea exactamente la misma que modelé.

-¿Qué porcentaje de avance tiene tu memoria?

Yo ya encontré un control robusto que tiene para la planta nominal el mismo comportamiento y el mismo desempeño que el control que había encontrado Eduardo. Pero para plantas que son distintas al modelo, el mío también funciona bien y cumple todas las propiedades que yo he estado buscando del controlador. En lo que tenemos que trabajar es en que el modelo matemático que estoy utilizando no es realista. En el sentido de que uno tiene este convertidor que es un gran cilindro, está lleno de fluidos y uno le inyecta aire, entonces matemáticamente es muy difícil modelar esa interacción de fluidos, que en este caso sería cobre fundido con impurezas al que se le introduce aire. Entonces, la simplificación que hizo Eduardo fue suponer que ambos fluidos son agua. Esa suposición si bien te conduce a un modelo que se parece mucho al de la realidad, la inyección de agua añade momentum. Y eso altera la dinámica del problema. Yo ahora tengo un modelo matemático distinto, en el que ya no supongo que estoy inyectando agua sino que estoy inyectando aire. Para eso tengo que plantearlo de otra forma. Actualmente estoy trabajando en esa parte, que es mejorar modelo matemático, pero ya tengo toda la parte del diseño del control robusto lista para el modelo antiguo del convertidor.

-Por último, ya eres un alumno en la etapa final de la carrera que está haciendo una investigación destacada, ¿qué opinión tienes de tu paso por el DIM?

Por un lado, creo que se podrían mejorar algunas cosas, como que exista más relación entre alumnos y profesores -de hecho estamos en pisos separados- y también me gustaría que existiera una mayor énfasis en transmitirnos el rol social del ingeniero matemático, nuestra ética y transmitirnos por qué le sirve a Chile que nosotros estemos estudiando matemáticas. Pero hay cosas que también me gustan mucho. La formación matemática es excelente, y siento que en estos momentos estoy disfrutando de los frutos del esfuerzo que hicieron las otras generaciones de la carrera. El DIM a lo largo de los 50 años que lleva en Chile logró posicionar la matemática como algo importante, logró hacer un trabajo que es súper reconocido internacionalmente. Nosotros estamos en una fase muy fácil de la matemática, por así decirlo, porque todo el trabajo duro de formar y de hacerse un espacio reconocido dentro de Chile y en las universidades del mundo ya fue hecho, y me siento afortunado por estar estudiando acá en este momento.

Miércoles 31 de agosto de 2016

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