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La modelación del flujo en medios geológicos naturalmente fracturados depende principalmente de la composición estructural de la relación matriz-fractura y de la forma en que se aproxime el intercambio de fluido entre ambas fases. Las dos características mencionadas (composición estructural de la doble porosidad y la función de transferencia de flujo) incorporan el mayor grado de incertidumbre en la modelación de los estados transitorios generados por bombeo. Para poder mejorar la interpretación del ensayo de bombeo y con el objetivo último de obtener parámetros característicos confiables del acuífero (tales como la conductividad y el coeficiente de almacenamiento para ambas fases), la metodología propuesta en esta tesis aprovecha las herramientas que brinda la geoestadística para simular realizaciones de campos de fisuras cuyo ensamble permite a su vez estimar los parámetros de forma de la función de transferencia matriz-fisura (FTMF). En efecto, los métodos clásicos disponibles para interpretar resultados de ensayos de bombeo en acuíferos heterogéneos, en especial aquellos que se presentan naturalmente fracturados y con una compleja relación entre las dos componentes porosas, no contienen una vinculación directa entre la estructura interna de un acuífero con doble porosidad y los parámetros hidrogeológicos que definen el flujo a través de ella. Esto sólo se ha logrado con geometrías muy simples de la estructura matriz-fisura o con realizaciones estocásticas de la red de fisuras que luego requieren un gran esfuerzo computacional al simularlos con modelos hidrodinámicos. Lo que se presenta en este trabajo de tesis es una metodología sencilla y práctica para lograr mejorar la estimación de los parámetros de un ensayo de bombeo en este tipo de acuíferos confinados naturalmente fracturados, incorporando por primera vez la estructura y la proporción de las familias de fisuras en las ecuaciones de pozo a través de la estimación directa del factor de forma de la función de transferencia, incidiendo principalmente en las etapas tempranas del régimen transitorio del bombeo. Para verificar su funcionamiento, la metodología desarrollada fue puesta a prueba en algunos casos sintéticos orientados a la interpretación de ensayos de bombeo en régimen variable. Además, se aplicó dicha metodología a la interpretación de las características hidrodinámicas de un acuífero cretácico confinado del Distrito uranífero Cerro Solo, en la provincia de Chubut, Argentina. A partir de las aplicaciones mencionadas, se discuten los resultados obtenidos por comparación con los ejemplos tomados de la literatura presentando el contraste con soluciones analíticas desarrolladas para casos particulares de acuíferos con doble porosidad y con la re-interpretación de la evolución temporal de las depresiones observadas en el acuífero ensayado. En las conclusiones se destaca la importancia de la consideración de la doble porosidad en las ecuaciones de flujo, alentando a su aplicación concreta en la práctica de interpretación de los ensayos de bombeo con la metodología presentada en esta tesis y a proseguir su evolución en etapas de desarrollo vinculadas al transporte de solutos en este tipo de acuíferos complejos.

La evolución del paisaje es el resultado de las interacciones entre las fuerzas que participan en la construcción de los relieves (tectónicas) y los procesos que contribuyen a su destrucción (erosión). Durante esta tesis, se analizaron estas interacciones en ambientes pedemontanos, que son regiones muy activas tanto desde el punto de vista tectónico como del de los procesos de erosión-transporte- sedimentación. Esta actividad genera distintos tipos de marcadores (morfológicos, estructurales y estratigráficos), que pueden preservarse en el registro geológico y estudiarse in situ. Su análisis es primordial ya que proporciona información importante acerca de la evolución dinámica del paisaje y en particular de su historia tectónica y climática. Dado que resulta imposible estudiar directamente la evolución dinámica del paisaje (debido a constantes de tiempo que sobrepasan varias veces la escala humana), se desarrolló una plataforma de modelado numérico original para simular las interacciones entre los procesos involucrados. Esta metodología permite modelar simultáneamente los procesos de deformación tectónica (formación de fallas y pliegues) y los procesos de erosión-transporte-sedimentación (formación de ríos, cuencas de drenaje, abanicos aluviales, pedimentos). Los resultados obtenidos muestran que la herramienta desarrollada es útil para mejorar el entendimiento acerca de las interacciones que ocurren en los ambientes pedemontanos. Por otra parte, se considera que la plataforma de modelado puede ser el punto de partida de nuevas líneas de investigación en el ámbito de la geomorfología tectónica.

Los reactores de lecho fijo son el tipo de reactor más utilizado en la industria de procesos, principalmente como reactores catalíticos, con catalizadores sólidos granulares convencionales. Cuando el reactor requiere transferencia de calor simultánea al proceso de reacción, es frecuente utilizar reactores multitubulares con baja relación de aspecto (N=Dt /Dp), siendo 5 ≤ N ≤ 10 un rango típico de valores de N en unidades industriales. Los reactores multitubulares permiten cumplir, simultáneamente, con condiciones operativas de baja pérdida de carga y apropiadas velocidades de transferencia de calor al fluido de intercambio térmico. En esta tesis doctoral, se estudia el modelado y simulación de este tipo de unidades, mediante la formulación de un modelo heterogéneo de dos zonas (2R2D) que enfatiza el rol de la capa de partículas adyacente a la pared de tubo y su interacción con el resto del lecho, a nivel de la componente convectiva del fluido. El modelo formulado involucra diferentes parámetros térmicos y fluidodinámicos que se determinan mediante la utilización de la fluidodinámica computacional (CFD) como herramienta de experimentación virtual. En el desarrollo de la tesis se proponen correlaciones, obtenidas a partir del análisis de los campos de variables generados por CFD, para la predicción de los parámetros: h_wf, h_f, λ_(ef,c) y G_1⁄G_c. Se discute la conveniencia de utilización del modelo 2R2D frente al modelo clásico bidimensional pseudohomogéneo (S2D), en función de la relación de aspecto. Asimismo, se estudia la influencia de la geometría (recinto de paredes planas o tubo cilíndrico) y del arreglo de partículas (regular o aleatorio), mediante los correspondientes esquemas estructurales que conforman el lecho y la celda de cálculo. Se utiliza el caso de la síntesis de amoníaco para la construcción de un estudio comparativo del comportamiento del modelo 2R2D frente al modelo S2D y finalmente se formulan recomendaciones y perspectivas para la consideración del comportamiento del sólido.

La mayoría de las transformaciones impulsadas por el hombre, a pesar de generar bienestar económico, son acompañadas por el deterioro de los recursos naturales y la pérdida de la biodiversidad. La necesidad de explorar nuevos horizontes productivos, frente a un crecimiento demográfico sostenido, y el aumento en la demanda de alimentos genera una presión creciente sobre los recursos naturales a nivel mundial. Por estos motivos, los desafíos de la agricultura y el desarrollo argentino se relacionan con satisfacer las futuras demandas y reducir el impacto ambiental. Por el contrario, los beneficios obtenidos con la intensificación y expansión de la agricultura en las últimas décadas, estuvieron asociados con importante impacto sobre el ambiente. En este contexto, el agua se reconoce como el elemento esencial que vincula la mayoría de los procesos biológicos, físicos y químicos que ocurren en la biósfera y que impactan directamente en el desarrollo socioeconómico. Una variable que constituye uno de los flujos mas importantes dentro del ciclo hidrológico es la evapotranspiración. Se conoce con este nombre a la combinación de dos procesos separados por los que el agua se pierde de la superficie del suelo. Uno de esos procesos es el de evaporación directa y el otro es la transpiración a través del cultivo. Existen distintos tipos de metodologías utilizadas para estimar la evapotranspiración utilizando imágenes de diferentes satélites. Distintas versiones de algoritmos basados en la ecuación de balance de energía han sido ampliamente utilizado para estimar la evapotranspiración real a distintas escalas espaciales y temporales. Estimaciones precisas de los cambios espaciales y temporales en la evapotranspiración son fundamentales para mejorar la comprensión de las interacciones entre los sistemas atmósfera, hidrosfera y biosfera siendo un importante tema emergente en la investigación sobre el cambio climático. Por otra parte, conocer la distribución temporal de la precipitación es importante para la gestión del agua en actividades de agricultura, generación de energía eléctrica, control de inundaciones y sequía. El sensoramiento remoto, provee información sólida y constante para relacionar con los datos de precipitación medidos por hidrómetros e hidrógrafos. El sensoramiento remoto es, cada vez más, una fuente de datos viable para aplicar a los modelos de hidrología convencional, en especial para zonas poco accesibles. En esta tesis doctoral se propone un modelo que permite obtener datos de balance hídrico a partir de datos satelitales y meteorológicos. El modelo divide el balance hídrico en sus dos componentes más importantes, la evapotranspiración y la precipitación. La evapotranspiración se modela a partir de información de satélites ópticos (Landsat 5 y Landsat 8) e información meteorológica. Para ello, se parte de procedimientos incluidos en los algorítmos SEBAL y METRIC, programados en código MATLAB, con el agregado de ecuaciones actualizadas y metodologías para automatizar los cálculos. Como modelo generador de datos de precipitación satelital se propone utilizar el propuesto por la Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) a través de la plataforma Google Earth Engine. Se probó la performance del modelo de evapotranspiración a partir de 4 aplicaciones a distintos recortes de escenas tomadas por los satélites Landsat. En cada una de las aplicaiones se fue aumentando el área de estudio para abarcar mayor cantidad de coberturas. La primera aplicación corresponde a un pivote de riego y a un suelo desnudo en el sur de la provincia de Buenos Aires y las restantes a distintas coberturas dentro de la cuenca del Arroyo Las Conchas. Además, para este último sitio se generaron datos de precipitación satelital y se validaron los mismos con datos pluviométricos obtenidos en estación metoeorológica. Los resultados de las experiencias generadas han sido satisfactorios tanto para las estimaciones de evapotranspiración como para las de precipitación. A modo de síntesis de esta tesis doctoral, se realizan balances hídricos diarios y mensuales. La validación preliminar de estos balances fueron hechas, como se mencionó anteriormente, a partir de la validación individual de sus componentes. Se espera que con esta metodología se puedan obtener datos de balance hídrico complementarios a otras fuentes de datos. Por ejemplo, se podrá analizar la evolución del balance hídrico superficial y su efecto sobre la humedad del suelo estimada por el nuevo satélite argentino radar en banda L SAOCOM. A su vez, este modelado constituye la base sobre la cual se irán mejorando parámetros utilizando imágenes de drone como ayuda al conocimiento agronómico. Por lo antes mencionado, se espera que esta tesis tenga un amplio impacto en la generación de nuevas líneas de investigación, en las existentes y en la generación de aplicaciones de base científica y tecnológica.

En esta tesis se modelan numéricamente procesos asociados a la tectónica de placas por medio del diseño y la implementación de dos modelos completamente originales basados en el método de los elementos finitos. Además, es la primera vez que se aplican este tipo de modelos numéricos a las regiones tratadas en esta tesis. El primer modelo está basado en las ecuaciones de Stokes (dinámica de fluidos) y simula la evolución de largo plazo y en gran escala de la corteza en un orógeno de tipo Andino. Este modelo ha sido acoplado con un modelo de compensación isostática y otro de erosión. Se simuló la evolución de la corteza superior de los Andes Australes a los 47ºS durante el Mioceno. Se determinó en la simulación el rol clave de la erosión superficial y de la cortical, así como también la aparición de un fenómeno de rain-shadow. El otro es un modelo termo-mecánico y basado en la deformación de sólidos. Es capaz de simular el comportamiento elasto-visco-plástico de los materiales y reproducir procesos geodinámicos hasta una profundidad de 410 km bajo diversas condiciones cinemáticas. Se pueden incluir una cantidad arbitraria de materiales con diferentes propiedades por medio de sus parámetros. No se conocen implementaciones de modelos con este tipo de características que se apliquen al estudio de este tipo de procesos. El modelo fue utilizado para estudiar las particularidades de un proceso denominado delaminación. Se simuló la evolución durante casi 9 millones de años (My) de un dominio de 150 km de profundidad y 300 km de ancho que incluye el manto litosférico y astenosférico. En este experimento, las raíces del orógeno se desprenden de la corteza inferior debido a su transformación en eclogita. Además, se presenta en detalle un framework de propósito general. Este fue diseñado para resolver distintos tipos de ecuaciones en derivadas parciales por el método de los elementos finitos. Su diseño modular y el uso adecuado de las abstracciones brindan una gran flexibilidad para utilizar diferentes tipos de elementos para resolver los problemas. También puede ser extendido a otro tipo de ecuaciones y elementos. Esta tesis es un ejemplo de los avances y mejoras que pueden ser alcanzados en distintas ramas de la ciencia por medio de la investigación y colaboración interdisciplinaria.