Determinación de tiempos de coalescencia de burbujas en un sistema dinámico de burbujeo mediante técnicas computacionales de procesamiento de imágenes

Abstract

Los sistemas de burbujeo han sido estudiados durante los últimos cien años por investigadores de todo el mundo. En la flotación de minerales de cobre en Chile, se están utilizando recursos hídricos provenientes del mar o fuentes con mucha presencia de iones o elementos que perturban la pureza del agua, dichos elementos muestran efectos que alteran la estabilidad en el número de burbujas, entre otras características, en los sistemas de flotación. Estos efectos aún no se comprenden en su totalidad, como ocurre con la coalescencia de las burbujas, que afecta directamente el rendimiento de la extracción de cobre y otras especies valiosas mediante el proceso de flotación. Por esta razón es necesario comprender fenómenos asociados a las burbujas en medios líquidos con la presencia de sales y aditivos como los espumantes, que ayudan a evitar el proceso de coalescencia. Gracias a los avances computacionales, fenómenos como el comportamiento de poblaciones de burbujas pueden ser estudiados detalladamente mediante análisis de videos, a fin de determinar diferentes características, como sus formas, interacciones, velocidades, entre otras, que ayudan a comprender mejor su comportamiento en los sistemas de burbujeo. En el presente trabajo se desarrolla una novedosa metodología, capaz de detectar eventos de coalescencia y determinar tiempos de coalescencia, además de distintas características de una población de burbujas en movimiento, a partir de una serie de imágenes obtenidas desde videos filmados en cámara lenta desde una columna de burbujeo de aire, utilizando el espumante metil isobutil carbinol (MIBC). Para tal efecto se desarrollan algoritmos creados en el lenguaje y entorno de desarrollo MATLAB, capaces de identificar eventos de coalescencia, como también determinar los tiempos de coalescencia y de manera análoga, posiciones, velocidades, tamaños y número de burbujas. Los resultados muestran una notable disminución en los eventos de coalescencia en función del aumento en la concentración de MIBC. Observando para agua pura un total de 900 eventos de coalescencia y mostrando una disminución del 85% en los eventos para 100 ppm de MIBC. Se observa además un leve aumento en los tiempos de coalescencia, determinándose para agua pura un promedio de 10 ms e incrementando a 14 ms con 100 ppm de MIBC. Esta metodología aplicada a un experimento de laboratorio permite evaluar el comportamiento de un sistema dinámico de burbujeo en condiciones controladas de operación. Se espera que los métodos y resultados de este trabajo sean un aporte a la sostenibilidad hídrica de la industria minera.