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    A general water consumption predictive methodology for a mining operation in central Chile : seepage, evaporation and mill plant water demand
    (2015) Pastén Almendares, Felipe Andrés; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    A medida que pasa el tiempo, el consumo de agua se ha vuelto más agresivo. Las operaciones mineras y las plantas de procesamiento esperan aumentar sus demandas de agua a lo largo de los años. Con esa idea, se diseñó un modelo general predictivo de consumo de agua combinando factores de recuperación y pérdidas del inventario de agua de los relaves. Los requerimentos y recuperaciones de la planta concentradora se modelan a través de la reconciliación de datos. Las pérdidas de agua se componen principalmente de evaporación e infiltración. La percolación se modela usando columnas de drenaje. La evaporación dentro y fuera de la zona del estanque se modela usando la ecuación de deBruin-Keijman y columnas experimentales. El modelo se valida prediciendo importantes condiciones operacionales.
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    A Study on Copper Mine Tailings to Be Used as Precursor of Alkali-Activated Materials for Construction Applications
    (2025) Morales Castro, Luis Felipe; Loyola Fernández, Estefanía Francisca; Castro Quijada, Matías Daniel; Vargas, Felipe; Navarrete Leschot, Iván Ignacio; Eugenin Soto, Claudia Andrea; Marquardt Román, Carlos Jorge; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo
    This research presents a novel methodology to classify copper tailings according to their potential as alkali-activated materials (AAMs) for construction applications. The methodology includes geochemical and mineralogical characterization via QEMSCAN and X-ray fluorescence, with mechanical performance evaluation through compressive strength test (UCS). A three-phase diagram based on Al2O3, Fe2O3, and CaO-MgO-K2O is proposed for a fast screening of copper tailing potential to be used as a construction material. In this paper, three copper tailings were chosen to test the methodology, and a set of five samples for each tailing have been geopolymerized for testing. Copper tailing samples were mixed with 0, 2.5, 5, 7.5 and 10% by mass of Ordinary Portland Cement (OPC) to evaluate the effect on performance when a chemical co-activator is used to improve material reactivity. Compressive strength testing was applied on 2 cm3 cubes after 28 days of curing at 60 °C, yielding values from 6 to 26.1 MPa. The best performing sample featured a Si/Al ≅ 3 ratio and a mineralogy with significant presence of reactive species such as plagioclase and K-feldspar (≅42%). In contrast, high levels of Fe2O3 (≥12%), clay (≥7%), and pyrite (≥4%) were associated with reduced mechanical performance.
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    A transitional proposal for working fluids in csp from GEN2 to GEN3: Evaluating their thermophysical properties, corrosion behavior, and economic impact
    (2024) Castro Quijada, Matias Daniel; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    In the pursuit of reducing the levelized cost of electricity (LCOE) in concentrated solar power (CSP) plants, the search for working fluids (WF) capable of withstanding higher temperatures than current nitrate-based solar salt has emerged. This endeavor aims to enhance generation efficiency without increasing system costs. Despite consensus favoring chlorides for the new system, challenges such as high melting points and extreme corrosiveness of low-melting-point chlorides (e.g., NaCl-KCl-MgCl₂) have hindered the evolution of this technology. This research proposes a systematic transition from the current solar salt to an equimolar salt mixture of NaNO₃, KNO₃, NaCl, and KCl. The thermophysical properties of these salts were assessed using standard methods and methodology such as DSC for melting point and heat capacity, TGA for degradation temperature, Archimedean method for mass density, and rotational viscometry for viscosity. Results revealed improved properties with increased chloride content up to 50 mol% Cl, showcasing lower melting temperatures with less than 30 mol% Cl, and degradation temperatures reaching 642 °C with 50 mol% Cl, compared to 592 °C for the base case. The addition of chloride also enhances energy density, though concerns arise regarding viscosity at low temperatures and high chloride content.The corrosion rate (CR) and mechanisms associated with chloride-containing salts in 304L stainless steel were investigated at 500 °C for up to 21 days. CR was determined using gravimetry, while the morphology, chemical composition, and microstructure of the corrosion products were characterized using XRD, FESEM-EDS, and GD-OES. Exposure to molten salt with 0 mol% Cl (solar salt) resulted in negligible corrosion. The salt with 14 mol% Cl produced a stable corrosion product with a rate 30 times higher than the chloride free salt. All quaternary salts exhibited a multilayer structure with selective chromium (Cr) removal. Salts with more than 29 mol% Cl showed similar structures with Cr and iron (Fe) removal, leading to more brittle layers and higher corrosion rates (90 to 250 times). Cl diffusion into the oxide layer was confirmed, highlighting the roles of Cl₂(g) and O₂(g) in driving corrosivity. Using salts with 29 mol% Cl at 500 °C is discouraged, while using 304L with 14 mol% Cl in a cold tank may be viable. The salt with 14 mol% Cl content exhibited homogeneous corrosion at 100 µm/year. In contrast, salts with 29 and 50 mol% Cl content displayed localized corrosion, with rates of 280 and 755 µm/year, respectively, after 21 days at 500 °C in an open atmosphere.Potentiodynamic polarization sweep studies on 304L and 316L stainless steels, as well as on Haynes 230 and Hastelloy C-22, in the presence of three selected salts, revealed that superalloys Haynes 230 and Hastelloy C-22 demonstrated remarkable insensitivity to escalating chloride content. Furthermore, Hastelloy C-22 exhibited greater resilience, attributed to its higher molybdenum (Mo) content compared to the tungsten (W) content in Haynes 230, making it a promising material for CSP Gen3.Performance evaluations of the proposed CSP salts, utilizing a tailored TRNSYS library with SAM and DELSOL3 in a MATLAB framework, revealed increased generation efficiencywhen using these proposed quaternary salts. However, considering cost factors, incorporating chlorides and new materials reduced the LCOE to values similar to less thermally stable or more expensive nitrates. While the higher risk may not justify the limited benefits of quaternary salts, this transition path aligns with the stepwise methodology devised by NREL to encourage a gradual Gen3 transition and control investment risk. Therefore, further corrosion and material compatibility studies are necessary to determine the appropriate cost of replacing components and assess its impact on the LCOE through long trial assays
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    An Overview of Applications, Toxicology and Separation Methods of Lithium
    (2025) Moreno-Virgen, María del Rosario; Escalera-Velasco, Blanca Paloma; Reynel-Ávila, Hilda Elizabeth; González-Ponce, Herson Antonio; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Morandé Thompson, Arturo Ignacio; Ludovico-Marques, Marco; Sogari, Noemi; Bonilla-Petriciolet, Adrián
    Lithium has emerged as a critical element in contemporary society. It has been classified as an indispensable feedstock in the manufacture of lithium-ion batteries for electric mobility, portable electronics, and stationary energy storage systems, which are essential for the integration of intermittent renewable energy sources. This metal also has other industrial applications and is projected to support future developments in semiconductor and aerospace technology. However, the exponential growth in global Li demand driven by energy transition and technological innovation requires a resilient and sustainable supply chain where both technological and environmental challenges should be addressed. This review discusses and analyzes some of current challenges associated with the Li supply chain given a particular emphasis on its separation methods. First, statistics of the Li market and its applications are provided, including the main sources from which to recover Li and the environmental impact associated with conventional Li extraction techniques from mineral ores and salar brines. Different separation methods (e.g., solvent extraction, adsorption, ion exchange, membrane technology) to recover Li from different sources are reviewed. Recent advances and developments in these separation strategies are described, including a brief analysis of their main limitations and capabilities. The importance and potential of recycling strategies for end-of-life batteries and industrial residues are also highlighted. A perspective on the gaps to be resolved with the aim of consolidating the Li supply chain to support the energy transition agenda is provided in this review.
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    Análisis del ciclo de vida del cobre en una operación minera de hidrometalurgia en la zona central de Chile
    (2024) Meza Chevecich, Carolina Alejandra; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La metodología de Análisis de Ciclo de Vida o Life Cycle Assessment (LCA, en inglés) ha sido aplicada en diferentes industrias. Sin embargo, en la ruta de procesamiento hidrometalúrgica de cobre, aún no ha sido ampliamente estudiada y existe escasez de datos e información al respecto, especialmente en Chile. Un LCA tiene la particularidad de ser una herramienta integral que permite estudiar los impactos generados al ambiente producto de las actividades desempeñadas en la elaboración de un producto y/o servicio. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es cuantificar, por medio de un análisis de ciclo de vida, los impactos ambientales generados por la vía hidrometalúrgica del cobre por etapa en una operación ubicada en la zona central de Chile. Las categorías de impacto e indicadores por evaluar son el potencial de calentamiento global (GWP), potencial de acidificación (AP), potencial de creación de ozono fotoquímico (POCP), formación de material particulado (PMF), demanda acumulada de energía (CED), y uso de agua (WU). Para llevar a cabo esto, se utilizará Microsoft Excel para realizar los balances y la cuantificación de las categorías, además de Tableau como herramienta de visualización de los resultados. Estos, mostraron que las categorías más estudiadas son las de potencial de calentamiento global, potencial de acidificación y demanda acumulada de energía. Además, los resultados obtenidos se encuentran dentro de los rangos registrados en la literatura. Específicamente en la categoría de potencial de calentamiento global, se pudo observar el aporte significativo de las emisiones indirectas en comparación a las directas, expresado en dióxido de carbono equivalente por cátodo de cobre producido (tCO2-e /tCu). Finalmente, aún existe el desafío de incluir otras categorías de impacto ambiental como la eutrofización, la toxicidad, y aquellos relacionados a la pérdida de la biodiversidad, además de incluir aspectos sostenibles que puedan dar una mirada holística al desempeño de las operaciones en la minería del cobre.
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    Análisis elemental cuantitativo de salmueras concentradas por espectroscopía de emisión atómica por llama mediante el desarrollo de un prototipo de bajo costo
    (2021) Deij Lagos, Nissim Khalil; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El avance mundial hacia la electromovilidad ha posicionado al litio como metal estratégico para la fabricación de baterías y Chile cumple un rol relevante como productor de carbonato de litio desde salmueras cloruradas del Salar de Atacama. La hidrometalurgia del litio, que consiste mayoritariamente en concentración por evaporación solar de agua en pozas y procesamiento en planta de carbonato de litio requiere el monitoreo a tiempo, preciso y en terreno de los constituyentes de la salmuera durante el proceso. La mayoría de los métodos de medición convencionales son dependientes de la preparación y medición de muestras en el laboratorio con el respectivo desfase de tiempo y costo, además de ser prohibitivo de realizar in situ mediante los métodos tradicionales de análisis químico. En esta investigación, mediante el desarrollo de un instrumento prototipo de bajo costo basado en espectroscopía de emisión atómica por llama, se realizó el análisis y medición de las líneas de emisión atómica características de las principales transiciones electrónicas de Li, Na y K (en ~670, ~590 y ~769 nm) en salmueras cloruradas y se pudo proporcionar una curva de calibración mediante un ajuste lineal para estimar la concentración elemental, con un tiempo de respuesta en segundos, en el rango entre 5 y 5 000 ppm para Li y entre 10 y 5 000 ppm para Na y K. Además, se estudiaron experimentalmente los efectos de interferencia del resto de los elementos presentes en la salmuera y la interacción entre ellos, mostrando que no tienen un efecto significativo en la medición de los 3 metales alcalinos. La extensión del rango lineal de la curva de calibración (3 órdenes de magnitud), los límites de detección y cuantificación obtenidos para los 3 elementos (en el rango de partículas por millón), y la baja complejidad y costo del instrumento prototipo validan la técnica como una propuesta de valor para el monitoreo de salmueras concentradas de litio.
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    Applications of power ultrasound in mining
    (2023) Gaete-Garretón, L.F.; Vargas-Hernández, Y.P.; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo
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    Assessing the performance of novel molten salt mixtures on CSP applications
    (2024) Starke, Allan R.; Cardemil Iglesias, José Miguel; Bonini, Vinicius R.B.; Escobar Moragas, Rodrigo; Castro Quijada, Matías Daniel; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo
    The use of molten salt mixtures as a storage medium in Concentrating Solar Power (CSP) plants has been shown to have a significant impact on increasing the reliability of CSP plants and reducing the levelized cost of energy. In this context, the present work presents the implementation of a detailed simulation procedure that contemplates different design considerations for the Rankine cycle to maximize its efficiency according to the temperature constraints established by utilizing different molten salt mixtures. To achieve this, three commercial CSP plant configurations were considered: an indirect coupling using parabolic trough collectors (PTC) with thermal oil as field heat transfer fluid (HTF) and molten salts as the storage medium, a direct coupling of PTC using molten salt as HTF and storage medium, and a central receiver plant (solar tower). The analysis considers the integration strategy between the solar system and the thermal storage, where all of those configurations considered the integration of the two-tank (hot/cold) approach. The analysis enables the development of an accurate estimation of the economic performance of changing the HTF in CSP plants, as well as the assessment of the parasitic consumption due to freezing protection systems, the effect of increasing the current field temperature, and the effect on the plant’s capacity factor. The results show that the improvement in conversion efficiencies associated with salt mixtures operating at higher temperatures induces a higher electricity generation; however, such improvement is not compensated by the material change costs within the specified considerations.
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    Caracterización de la chancabilidad de rocas mineralizadas provenientes del proyecto Chuquicamata subterránea
    (2016) Merello Estay, Bruno; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El chancado primario es una de las etapas más importantes en la línea de producción minera y su correcto diseño condicionará los planes mineros a futuro. En Chuquicamata Subterránea, un proyecto en desarrollo ubicado bajo el rajo Chuquicamata, se vuelve crítico caracterizar la chancabilidad de sus minerales pues de eso dependerá la instalación de nuevos equipos para dar cumplimiento al plan de producción. Este estudio busca analizar el comportamiento y chancabilidad que tendrán 7 tipos de rocas en el chancador primario tipo mandíbula respecto a consumo de energía, distribución de tamaño de producto, mezclas en la alimentación y el uso de las propiedades mecánicas para la predicción de índices de chancabilidad. Se realizaron 103 ensayos de chancado a nivel de laboratorio donde se varió el tamaño de apertura de la descarga y distribución de tamaño de alimentación para 7 tipos de roca. Además se realizaron 12 ensayos con mezclas de mineral proporcionales al plan minero y a la combinación de los dos tipos de roca más abundantes. En todos los ensayos se midió la energía consumida, las distribuciones de tamaño de entrada, de producto y el tiempo necesario para el chancado. Se concluyó que la chancabilidad del material no se relaciona con la pertenencia a unidades geotécnicas, que el tamaño de producto no depende del tipo de roca sino que principalmente del ajuste de cierre de la descarga del chancador, que las propiedades mecánicas no son capaces de predecir el desempeño en el chancado pero si en el molino de bolas.
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    Catalytic hydrodeoxygenation of anisole over Re-MoOx/TiO2 and Re-VOx/TiO2 catalysts
    (2017) Ghampson, I. T.; Pecchi, G.; Fierro, J. L. G.; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Escalona, N.
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    Characterization and analysis of porous, brittle solid structures by micro CT
    (2007) Lin, C.L.; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Yu, Q.; Miller, J.D.
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    Desarrollo de modelo para determinación de ruta para piloto de bus de hidrógeno
    (2022) Belmar Añasco, Francisco Ignacio; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Lillo Gallardo, Patricio Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Una de las decisiones que se debe tomar al introducir una nueva tecnología de buses en el transporte público es el servicio en el cual realizar la implementación. Existen dos investigaciones previas relacionadas con el uso de nuevas tecnologías en el transporte público, Wenz, et al. (2021) realizaron un trabajo analizando un caso de estudio en Ecuador, mientras que Emami, et al. (2022) lo hicieron en Estados Unidos, ambos analizando la introducción de buses eléctricos a batería, generando una limitante para el caso de buses a hidrógeno. Es por esto que en esta investigación se generó un modelo que permite priorizar las rutas en las cuales se debiese implementar un bus de hidrógeno. Para esto, se utilizó un modelo multivariable considerando 5 factores que determinan la prioridad de cada una de las rutas; emisiones reducidas, pasajeros transportados, traslado por zona de interés, potencial de escalamiento de infraestructura y la factibilidad de implementación. Para conocer el peso de cada criterio es que se realizó una encuesta a expertos y expertas ya sea en hidrógeno y/o movilidad, obteniendo en total 27 respuestas. Para el caso del análisis de factibilidad, el cual es un criterio binario, se realizaron simulaciones en Python a partir del perfil de velocidad real de los buses que actualmente operan en los servicios a estudiar, las cuales permitieron simular el comportamiento del bus a lo largo del recorrido, determinando así los requerimientos de potencia del motor eléctrico, los consumos de hidrógeno y de la batería. El caso de aplicación de este modelo se realizó en 15 recorridos del Servicio de Transporte Metropolitano RED simulando la implementación del bus Xcelsior Charge H2 en su versión de 12 y 18 metros. En base al análisis realizado se pudo determinar que el recorrido en el cual se debiese implementar un proyecto piloto de buses de hidrógeno corresponde al 104.
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    Determinación estratégica de capacidades y cuotas de producción de derivados de litio y potasio en el Salar de Atacama
    (2018) Miño Guajardo, Ariel Ignacio; Guzmán Barros, Juan Ignacio; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La determinación de cuotas de explotación minera por parte de una entidad gubernamental debiese buscar la maximización del valor social percibido directa e indirectamente por la sociedad. Sin embargo, la ausencia de una metodología clara de evaluación que permita determinar las cuotas a asignar en un contexto de largo plazo ha reducido y delegado típicamente el análisis de la fijación de cuotas de explotación minera a técnicas sub óptimas, desde el punto de vista económico capturado por la sociedad. En esta línea, la definición de una nueva cuota de explotación de litio en el Salar de Atacama debida al término anticipado de la cuota que le asignó el Estado de Chile a SQM en 1995, supone una oportunidad interesante de análisis en relación a las cuotas de extracción y capacidades de producción que debiesen establecerse en el Salar de Atacama. Considerando una perspectiva de evaluación integrada de la explotación minera del Salar de Atacama, el presente estudio analiza las cuotas de litio y las capacidades de producción de derivados de litio y potasio que el Estado de Chile debiese otorgarles a privados a fin de obtener la mayor renta social posible. Asimismo, propone una metodología de evaluación social de las cuotas de explotación a partir de las utilidades que generen las compañías, la tributación que reciba el Estado, los pagos realizados a comunidades vecinas, y los efectos indirectos e inducidos que genere la explotación de los recursos del Salar. En base a la evaluación desarrollada se concluye que, en el caso específico de análisis, una nueva cuota de extracción en el rango de 420.000 y 600.000 toneladas de litio metálico debiese ser asignada entre 2023 y 2043. De este modo, por medio de las cuotas de extracción ya otorgadas en este período y la nueva cuota propuesta, podría obtenerse un VAN social en torno a los 10.000 MUS$2017.
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    Development of a co-precipitation process for the preparation of magnesium hydroxide containing lithium carbonate from Li-enriched brines
    (2020) Celso Quintero; J. Matthias Dahlkamp; Felipe Fierro; Troy Thennis; Yinzhi Zhang; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; René Rojas
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    Development of an improved mixture proposal of shotcrete for use in underground mining
    (2020) Ortiz García, Camila Fernanda; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; López Casanova, Mauricio Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La fortificación del túnel se realiza comúnmente mediante el uso de hormigón proyectado. Sin embargo, existe el riesgo de desprendimiento de hormigón de la superficie de la roca que causa accidentes y, en última instancia, la pérdida de vidas humanas. Con el fin de reducir el riesgo de exposición de los trabajadores al desprendimiento de hormigón proyectado, se estudiaron y mejoraron tres propiedades diferentes: densidad, resistencia residual y unión mediante agregado liviano, fibras y nano sílice, respectivamente. Se produjeron y testearon varias probetas prismáticas, cúbicas y cilíndricas. Se midieron y analizaron propiedades como la carga residual, la resistencia a la compresión, la resistencia a la rotura por tracción, la densidad, la resistencia temprana y la reología. Los resultados indican que: 6 kg/m3 de fibras de polipropileno mejoran la carga residual en 2,93 MPa; el reemplazo del 70% de la arena natural por agregados de vidrio expandido livianos (LEGA) permite alcanzar una densidad de 1,600 kg/m3 con resistencias a la compresión a 28 días por encima de 17 MPa, lo que permite clasificar esas mezclas como un hormigón estructural liviano.
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    Dynamic froth stability of copper flotation tailings
    (2018) Mackay, Isobel; Méndez, Esaú; Molina, I.; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Cilliers, J. J.; Brito Parada, P.R.
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    Effect of surface etching and electrodeposition of copper on nitinol
    (2017) Ramos-Moore, E.; Rosenkranz, A.; Matamala, L.F.; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Durán, A.; Ramos-Grez, J.
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    Enhancement of the sedimentation rate of copper tailings by application of acoustic fields
    (2020) Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Faundez, D; Meneses, J; Gaete, L; Vargas, Y
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    Estudio de desacoplamiento del consumo de energía eléctrica y la producción de cobre de plantas concentradoras en Chile
    (2024) Hernández Carrasco, Loreto; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La presente investigación se realizó con el objetivo de estudiar la disminución del consumo de energía eléctrica en la industria del cobre mediante la implementación de estrategias de eficiencia energética. Se identificaron los puntos de consumo eléctrico más importantes y se evaluaron alternativas de eficiencia. Dentro de las acciones evaluadas se consideraron la implementación de pre – chancado y la optimización de aspectos operacionales en la concentradora. Se estudiaron similitudes entre plantas concentradoras que operan actualmente en Chile para definir un caso utilizado como referencia. Se realizaron simulaciones de procesos para cuantificar la reducción del consumo especifico de energía respecto al caso base definido al aplicar las oportunidades de eficiencia identificadas, por separado y en conjunto. A través de las simulaciones se estimó que entre las tres oportunidades de eficiencia simuladas (pre chancado, optimización del diámetro de bolas y optimización del tamaño de transferencia) la mayor reducción se podría obtener al implementar el pre – chancado, con una reducción potencial del 11.7% de consumo especifico de energía. El mejor resultado en cuanto a reducción de CEE se obtiene al implementar el pre – chancado en conjunto con la optimización del tamaño de transferencia. Los resultados aquí obtenidos son favorables y permiten cuantificar el posible efecto de implementación de estas acciones de eficiencia en una planta concentradora de cobre en Chile. La incorporación de las estrategia estudiadas en todas las plantas concentradoras hoy activas podría reducir en conjunto el consumo energético de la industria en 14% por año equivalente a 2240 GWh anual en promedio en los próximos 9 años.