Lograr procesos más eficientes en la industria minera, inteligencia artificial aplicada en el sistema de salud y un modelo de integración del pensamiento computacional y la programación en la formación inicial docente, están entre los proyectos liderados por investigadoras e investigadores de la FCFM que fueron seleccionados por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) para ser financiados con un Fondef IDeA I+D.
El fondo –creado para apoyar financieramente a proyectos de investigación científica y tecnológica con potencial impacto económico y/o social– beneficia a iniciativas que ya cuenten con antecedentes que lo sustenten y cuyos resultados puedan obtenerse en un plazo breve. La Universidad de Chile logró adjudicarse 23 proyectos, 9 de los cuales tienen participación de investigadores/as de la FCFM, como institución principal o asociada.
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Humberto Estay, investigador y subdirector del Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC), trabajará en un proceso de producción directa de hidróxido de litio (LiOH) desde salmueras con cloruro de litio, removiendo el magnesio en forma de hidróxido de magnesio mediante un proceso integrado de membranas, al punto de dejarlo en condiciones de venta. “Actualmente la producción de LiOH en Chile se debe realizar posterior a la producción de carbonato de litio, aumentando sus costos de producción. Por otra parte, el magnesio usualmente es un desecho de la industria del litio y complica los procesos convencionales y alternativos de extracción de litio, por lo que este proceso se enfoca en su separación y recuperación como producto comercial”, explica el investigador.
El sistema podría servir para recuperar litio y magnesio desde desechos actuales de la industria (carnalitas de Li), operando después de las etapas de generación de silvinita en el proceso convencional o como complemento de producción de LiOH en los procesos de extracción directa de litio (EDL), actualmente en desarrollo. Además, está enfocado en minimizar el consumo de reactivos, regenerándose en el propio sistema para reducir costos de operación que permitan hacer competitiva la propuesta. Un trabajo que también podría complementarse con el actual proyecto desarrollado por el equipo, enfocado en la recuperación de agua (proceso LiSa).
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También enfocado en procesos mineros, el académico Christian Ihle, del Departamento de Ingeniería de Minas, desarrollará un prototipo de sedimentador lamelar asistido por calor (SLAC), tecnología que es una extensión a ciencia aplicada de su investigación centrada en el manejo y disposición eficiente de relaves. “Contribuirá a reducir la huella hídrica y a aumentar la eficiencia en procesos vinculados a la industria minera (concentración e hidrometalurgia) y también podría tener una aplicación en plantas de agua potable, donde en la actualidad se emplean clarificadores de elementos inclinados convencionales”, sostiene el académico.
El diseño experimental permitirá evaluar el desempeño del sistema SLAC en paralelo con el desarrollo de simulaciones numéricas adicionales. “El equipo técnico del proyecto incluye la participación de investigadores e investigadoras de las áreas de fluidodinámica, ingeniería mecánica, ingeniería química e ingeniería de minas, representando un esfuerzo multidisciplinario significativo”, indica.
En el Departamento de Ingeniería Civil, la académica Katherine Lizama se centrará en el desarrollo de una herramienta para la evaluación de la calidad del agua superficial en cuencas prioritarias en escenarios futuros de cambio climático. “El cambio climático afecta tanto la disponibilidad de agua como su calidad. Si bien sus efectos sobre la disponibilidad hídrica han sido ampliamente estudiados, los efectos sobre la calidad del agua requieren ser investigados cuidadosamente”, señala la investigadora.
La Ley Marco de Cambio Climático establece que los planes estratégicos de recursos hídricos en cuencas deben incluir la modelación de la calidad del agua superficial y subterránea, sin embargo, los órganos competentes, como la Dirección General de Aguas o los ministerios, no cuentan con una herramienta para hacerlo. “Este proyecto apunta a desarrollar una herramienta computacional, que permita generar proyecciones de calidad del agua superficial para distintos escenarios futuros de cambio climático, para apoyar la elaboración de dichos instrumentos”, agrega Lizama.
En el mismo departamento, el académico Marcelo Olivares, trabajará en herramientas computacionales para la planificación de proyectos de desalación de agua de mar financiados a través de asociaciones público-privadas con perspectiva del nexo agua-energía-alimentos. “La propuesta aborda el problema de escasez hídrica, como parte de la seguridad hídrica, y cuenta con la participación de la Dirección General de Concesiones del Ministerio de Obras Públicas como entidad asociada. Se enfoca en la planificación de la expansión de la desalación por concesiones como una nueva fuente de agua, a fin de aprovechar ventajas que surjan de una expansión planificada con perspectiva del nexo agua-energía-alimentos, incluyendo ahorros de costos, co-beneficios para el sector energía, y reducción de impactos ambientales”, señala.
La solución propuesta consiste en un paquete de herramientas computacionales que apoyen el proceso de planificación de proyectos de desalación financiados a través de asociaciones público-privadas. Estas herramientas incorporarán la perspectiva del nexo agua-energía-alimentos para fomentar la sinergia entre los proyectos de desalación, los proyectos de energías renovables y el desarrollo de la actividad agrícola de alto valor.
“El desafío principal de la investigación es la integración de impactos económicos, sociales y ambientales de la desalación en distintos sectores de la economía y la sociedad. Esta integración será abordada desde una perspectiva del nexo agua-energía-alimentos, a través de un equipo multidisciplinario, que incluye a los profesores Rodrigo Moreno (DIE), Ronald Fischer y Eduardo Contreras (DII), y María Julia Wiener (U. de Valparaíso). Asimismo, este proyecto contribuirá a la formación de capacidades través de la participación de alumnos de pregrado y postgrado”, asegura.
El trabajo de Héctor Ramírez, del Departamento de Ingeniería Matemática y el Centro de Modelamiento Matemático (CMM), desarrollará un sistema informático en base a inteligencia artificial para predecir el peak de hospitalizaciones pediátricas por causas respiratorias, con el fin de entregar al sistema de salud hospitalario una herramienta informática que facilite la toma de decisiones para la gestión de camas, anticipándose a la necesidad de hospitalizaciones pediátricas a causa de enfermedades respiratorias, de una forma cuantitativa y con una fuerte base científico-tecnológica.
La solución propuesta se configura en el diseño, desarrollo e implementación de una plataforma informática de predicción de hospitalizaciones pediátricas por causa respiratoria, la cual se constituirá por un sistema de predicción de demanda de hospitalizaciones, encargado de predecir la fecha y magnitud del peak de hospitalizaciones, con un mes de anticipación aproximado; y un sistema de reportería de indicadores de interés, que entregará la visualización de información útil para la gestión de las hospitalizaciones y la disponibilidad de camas para enfermedades respiratorias. “Dentro de las características más relevantes, esta plataforma utilizará inteligencia artificial para los procesos predictivos y conceptos epidemiológicos para la reportería. Se alimentará de información local del hospital pediátrico (institución asociada), además de información proveniente de bases de datos públicas de salud y de potenciales predictores, tales como factores climáticos u otros”, explica el investigador.
En el Departamento de Ciencias de la Computación, la académica Jocelyn Simmonds, lidera un proyecto que permitirá integrar el pensamiento computacional y la programación en la formación inicial docente. “Esto corresponde a un modelo formativo flexible que pueda ser adoptado por distintas instituciones de educación superior que deseen actualizar sus mallas curriculares y programas incorporando el pensamiento computacional y la programación en sus carreras de pedagogía. Se busca que este modelo sea un desarrollo innovador que pueda ser aplicado en el entorno real de la educación superior, dirigido específicamente a las carreras de pedagogía, de modo de generar el capital humano que Chile necesita para poder desarrollar y aplicar estrategias de enseñanza-aprendizaje de estas áreas en las aulas del país”, indica.
El diseño y validación de este modelo como solución tecnológica permitiría reducir las barreras de acceso a las instituciones de educación superior que buscan incluir estas temáticas en sus programas de formación inicial docente, el modelo permitirá, además, hacer traspaso del conocimiento y la experiencia de los investigadores que participan, que tienen una amplia trayectoria en el desarrollo del pensamiento computacional en escolares y docentes en Chile.
En el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Marcos Díaz, trabajará en el desarrollo de una plataforma ágil para la operación espacial del internet de las cosas. “El objetivo es estudiar la factibilidad de tener un sistema de comunicación LoRa (tecnología inalámbrica por radiofrecuencia) usando vehículos miniaturizados estilo cubesat. Queremos, en otras palabras, estudiar el enlace de comunicación entre tierra y el espacio y las posibles aplicaciones, como sacar datos de sensores en lugares remotos y alejados para el monitoreo ambiental, el estado de salud de infraestructura crítica o seguridad de personas que trabajan en lugares aislados. Esto puede ser una plataforma de comunicación de poco volumen de datos, pero que están en zonas sin conexión”, explica el académico. Para ello se ha aliado con la Subsecretaría de Telecomunicaciones, la Universidad Católica y las empresas BlueShadow y Ark Edge Space.
En el mismo departamento, el académico Rodrigo Palma, desarrollará una herramienta de apoyo a la planificación de la transmisión resiliente y flexible basada en técnicas avanzadas de descomposición e inteligencia artificial. Su propuesta se enmarca en la transición energética hacia la carbononeutralidad y la manera de lograr una transformación segura, resiliente y costo-eficiente del Sistema Eléctrico Nacional (SEN). “Uno de los principales sectores llamados a liderar esta transformación es el sector eléctrico, a través de la incorporación masiva de energías renovables y el retiro de centrales a carbón”, indica.
La integración de grandes volúmenes de energías renovables aumenta los requerimientos de flexibilidad operacional, la alta dependencia de combustibles fósiles importados de Chile, además de la incertidumbre producto del cambio climático, agregan factores que afectan directamente al sistema en el mediano y largo plazo. “El objetivo de este proyecto es aportar a la transición energética del país, a través del desarrollo de una herramienta de apoyo a la toma de decisiones de expansión resiliente del SEN, incorporando un nivel de detalle (granularidad) adecuado en la operación e incertidumbres críticas no contempladas en herramientas actuales”, explica. La herramienta permitirá planificar la inversión en infraestructura de transmisión y sistemas de almacenamiento en base a baterías, centrales de bombeo o hidrógeno verde. “Además, se considerarán fuentes de flexibilidad como gestión y respuesta de la demanda y el uso inteligente de recursos distribuidos. Para resolver el problema de planificación, se propondrá un algoritmo de optimización combinando técnicas avanzadas de descomposición e inteligencia artificial”, dice.
También en el DIE, el académico Roberto Cárdenas trabaja en el desarrollo de un prototipo de convertidor modular para la reutilización de baterías descartadas de electromovilidad.
