Catálogo de publicaciones

Los motores de combustión interna ocupan un papel central en la matriz energética mundial significando más de la mitad del consumo total de recursos fósiles a nivel mundial. Dentro de este contexto, es primordial incrementar los esfuerzos en investigación para el desarrollo de nuevas tecnologías que busquen aumentar la eficiencia de los motores y así reducir las emisiones contaminantes. En este escenario, esta tesis presenta técnicas de simulación computacional de motores de combustión interna que tienen como objetivo posibilitar simulaciones de ciclo completo en tiempos de cálculo reducidos. Se proponen modelos diseñados para funcionar en arquitecturas de cómputo en paralelo y se conciben bajo la premisa de alta escalabilidad y eficiencia computacional. En detalle, se estudian diferentes técnicas de mallas dinámicas profundizando sobre el estudio de interfaces no conformes y cambios topológicos para abordar la interacción entre las partes móviles del motor y las grandes deformaciones volumétricas del cilindro respectivamente. Atendiendo a las características de estos modelos de malla dinámica se diseña un estrategia Lagrangiana de seguimiento de partículas para simular la fase líquida de combustible. Para representar la atomización de combustible se implementa un modelo híbrido de atomización estudiando la sensibilidad a sus parámetros y validando los resultados con datos experimentales. Los desarrollos de malla dinámica e inyección de combustible se aplican en la simulación de un motor de pistones opuestos de desarrollo regional evaluando la robustez y eficiencia computacional de los métodos desarrollados en un estudio paramétrico del proceso de inyección de combustible.

El trabajo de tesis puede subdividirse en dos incisos generales: el desarrollo de técnicas de simulación computacional orientadas al tratamiento de los efectos del entorno en sistemas moleculares de gran tamaño, y la aplicación de estas y otras metodologías de cálculo a diversos problemas atenientes a la reactividad de las hemoproteínas. En relación con el primer ítem, se halla la implementación de un método híbrido que combina el cálculo de estructura electrónica con un campo de fuerzas clásico, introduciendo de manera autoconsistente en el hamiltoniano mecanocuántico el potencial electrostático proveniente de una distribución de cargas parciales. Esta clase de técnicas, denotada habitualmente con las siglas QM-MM (Quantum Mechanics-Molecular Mechanics), resulta útil para el estudio de los efectos del entorno, por ejemplo un solvente o una proteína. La implementación del método híbrido fue realizada sobre el programa SIESTA, un algoritmo de cómputo basado en la teoría de los funcionales de la densidad (DFT) que utiliza funciones de base numéricas y pseudopotenciales. En lo que respecta al segundo inciso, se realiza en primer término un estudio metodológico tendiente a evaluar la aptitud de los diferentes tratamientos mecanocuánticos para describir la configuración electrónica de las metaloporfirinas. Seguidamente la investigación se focaliza sobre tres problemas específicos: (i) inhibición del citocromo P450 por el óxido nítrico; (ii) relación entre la afinidad por el oxígeno molecular y las uniones hidrógeno en la cavidad distal de la hemoglobina; (iii) modulación del efecto trans negativo del NO en el sitio activo de diferentes hemoenzimas, y sus implicancias en la activación de la guanilato ciclasa. A través de estos ejemplos se realiza una lectura microscópica de la actividad de las hemoproteínas, de sus propiedades reactivas, y de la modulación que sobre el sitio activo ejerce el entorno. Se estudian los efectos de los residuos proximales y distales, y se caracterizan distintos aspectos energéticos, estructurales y electrónicos que contribuyen a la interpretación de observaciones experimentales.

The Guaraní Aquifer System- GAS is a transboundary aquifer shared by Brasil, Paraguay, Uruguay and Argentina, extending for some 1100000 km2. The GAS is the third among the largest aquifers of the world, behind the Nubean sandstone aquifer in Africa (2500000 km2) and the Great Artesian Basin in Australia (1750000 km2). In Argentina it extends under Misiones and Corrientes Provinces, North of Entre Ríos Province, East of Chaco and Formosa provinces and Northeast of Santa Fe province. The current conceptual hydrogeologic model for the GAS has many uncertainties, particularly in the south. One of them is related to the definition of the aquifer border and the geologic model due to stratigraphic information scarcity. Doubts have been raised in relation to the existence of discharge/recharge zones in the Argentinean sector and their relationship with the surface water system. Besides, 14C measurements resulted in groundwater ages over 40000 years. The current numerical model is two-dimensional, under steady state flow regime without considering overlying/underlying formations. Taking into account the possible interaction between the GAS sandstones with confining units is keen to understand the effect of the hydraulic connections within the system and consequently the mixture of waters of different ages. In this manner, one could build a more reliable water balance in order to manage the aquifer under sustainable uses scenarios.

Las imágenes por resonancia magnética (MRI por sus siglas en inglés) se han constituido como una tecnología que permite estudiar múltiples características de los tejidos in-vivo. En el estudio del cerebro, permiten describir la anatomía, la bioquímica y los cambios metabólicos a lo largo del tiempo. Sin embargo, actualmente no es posible integrar esta información multi-dominio de una forma sistemática, y lo que es más importante, con herramientas que permitan usar esa integración de una forma cuantitativa. Es por ello, que esta tesis presenta el desarrollo y estudio de numerosas técnicas de procesamiento de neuroimágenes para lograr tecnologías robustas que puedan asistir en el diagnóstico y seguimiento de enfermedades neurodegenerativas. Primeramente, se presentan la bases conceptuales para la comprensión de los estudios realizados. Posteriormente, se presentan los desarrollos metodológicos en el procesamiento avanzado de neuroimágenes, a través de los cuales es posible extraer información cuantitativa de las imágenes sin la intervención de un operador. Se presenta un trabajo realizado como introducción a la temática en el cual se logró la eliminación de los tejidos extra-cerebrales en las neuroimágenes y se comparó con otros algoritmos disponibles para resolver ese proceso. Luego, se exponen desarrollos en las tres principales modalidades con las que se ha trabajado, específicamente la imagen estructural (3D T1), imágenes ponderadas por difusión (DWI) e imágenes funcionales (fMRI). Estos desarrollos incluyen la segmentación automatizada de estructuras anátomo-funcionales a través de operaciones basadas en vóxeles y superficies deformables; la extracción de información de la disposición de tractos a partir de las DWI con un especial énfasis en el preprocesamiento para obtener resultados confiables; y dos pipelines para fMRI (uno para el paradigma por bloques y otro para fMRI en reposo) para estudiar la organización funcional del cerebro. Los métodos desarrollados permiten la integración multimodal en el espacio nativo, es decir, utilizando como base de referencia el cerebro del propio sujeto en estudio y no un atlas promedio como la mayoría de las técnicas existentes. En este contexto, se utiliza la segmentación estructural para referenciar los resultados obtenidos a estructuras anatómicas y funcionales comunes entre sujetos, permitiéndose así el estudio tanto individual como de grupos. Posteriormente se presentan diferentes investigaciones, en las cuales este marco metodológico ha sido utilizado para resolver problemas y/o responder preguntas actuales en las neurociencias. A partir de ello se presentan: i) un trabajo sobre el uso de Análisis de Componentes Independientes en fMRI en reposo y la detección automática de redes de conectividad funcional; ii) un estudio de reproducibilidad en conectividad funcional y de cómo, mediante la aplicación de un modelo biofísico, se pueden generar métricas altamente consistentes; iii) se presentan dos trabajos sobre el estudio de la neuroanatomía mediante métodos automatizados en sujetos sanos, estudiando los patrones XI XII de normalidad a lo largo de la vida y también utilizando estos descriptores neuroanatómicos para la detección de la Enfermedad de Alzheimer en el marco de una competencia internacional; y iv) se muestra, en un trabajo realizado en colaboración internacional con tres clínicas especializadas en la detección de demencias, cómo las métricas neuroanatómicas y funcionales pueden ser utilizadas de forma combinada en el diagnóstico de demencia frontotemporal. Finalmente, se presentan conclusiones y proyecciones, haciéndose un balance del recorrido realizado durante el desarrollo de la tesis. Luego se describen proyectos en marcha, que profundizan los estudios presentados, los cuales incluyen (1) mejorar el diagnóstico y detectar el estadío funcional en enfermedades neurodegenerativas, (2) ampliar su uso para la obtención de medidas en múltiples escalas espaciales y (3) aplicar las técnicas en el diagnóstico diferencial, es decir, para diferenciar entre distintas patologías con presentaciones clínicas similares.

Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2018

Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2005

En esta tesis se analizan e implementan algoritmos numéricos para resolver el problema directo en magnetotelúrica en dos y tres dimensiones, utilizando métodos de elementos finitos y técnicas interactivas de descomposición de dominio. La estructura de la tesis es la siguiente: En el capítulo 1 se decribe el marco teórico del método magnetotelúrico, mostrando ejemplos de modelos característicos uni y bidimencionales con solucion analítica; algunos de estos modelos se utilizan usualmente como tests de algoritmos numéricos. Finaliza el capítulo una breve reseña de los métodos numéricos utilizados para resolver distintos modelos. El capítulo 2 introduce brevemente la teoría de elementos finitos y detalla los algoritmos empleados en los problemas específicos planteados. También se describen aquí los conceptos más relevantes del cálculo distribuído. En los capítulos 3 y 4 los algoritmos descriptos se aplican a problemas bi y tridimencionales, respectivamente. En la conclusión de esta tesis se discuten los resultados y se evalúan perspectivas futuras.

Maestría en Ciencias De La Ingeniería - Mención Aeroespacial

En este trabajo se ha desarrollado un modelo numérico bidimensional, con el objeto de estudiar el efecto de los factores dinámicos y termodinámicos en la evolución de un elemento convectivo. El modelo es no divergente, con simetría rectilínea y representa la evolución de una burbuja más caliente , cuando es introducida en un fluído con estabilidad neutral y en reposo. El sistema modela la convección chata en la atmósfera, en el sentido que la escala vertical del movimiento, es pequeña comparada con la altura de la atmósfera de referencia. Por otro lado, el modelo no considera la presencia del agua en ninguna de sus fases, lo que implica que la convección es seca. Es válida la aproximación de Boussinesq. Se tomaron como base las ecuaciones que para la convección chata, aproximaron Ogura y Phillips y se adoptó un sistema de ecuaciones derivado que incluye, en otras, a las ecuaciones de vorticidad y divergencia. Esta última ecuación se retiene con el objeto de expresar expícitamente el campo de perturbación de la presión y evaluarlo cuantitativamente. Se realizaron en total cinco experimentos numéricos, considerando en cada uno de ellos la presencia o no de la mezcla con el entorno, además de la inclusión de una fuente de calor variable con el tiempo. Se estudió la energética del modelo y se verificó la consistencia del mismo. Se analizó la evolución del campo de movimiento como así también, la evolución de las perturbaciones en los campos térmico y bárico. Se estudió el efecto del campo térmico y del campo de movimiento sobre el campo de perturbación de la presión. Los resultados señalaron que el campo de movimiento, pasa a ser dominante a medida que transcurre el tiempo. Se evaluó, además, el orden de magnitud de las fuerzas debidas al gradiente de presión y al empuje ascensional ("buoyancy"), en la ecuación vertical de movimiento. Se comprobó que ambos términos tienen igual orden de magnitud y por lo tanto, el término del gradiente de presión debe ser retenido en la formulación de los modelos de convección.

Este trabajo consiste, fundamentalmente, en la adaptación de un modelo regional (el LAHM/GFDL versión CIMA) para ser utilizado en la simulación y/o pronóstico de precipitaciones intensas en latitudes medias y subtropicales de América del Sur. Con tal fin, se eligieron cuatro sistemas productores de abundante lluvia sobre el territorio argentino. Tres de las situaciones se caracterizan por ser sistemas convectivos en mesoescala (una línea de inestabilidad y dos complejos convectivos de mesoescala que ocurrieron de manera sucesiva), y el principal interés de modelarlos radicó en la dificultad que presenta la identificación de patrones de escala menor a la sinóptica, que es la única que resuelven los modelos de circulación general disponibles en nuestros centros de pronóstico. El otro sistema elegido es un ciclón que se desarrolló sobre el litoral argentino, en donde se intensificó de manera abrupta, produciendo precipitaciones muy abundantes en esa región, conjuntamente con la ocurrencia de una violenta sudestada sobre el Río de la Plata. Si bien la escala de este fenómeno es mayor a la de los anteriores, su ocurrencia tampoco fue pronosticada por los modelos de circulación general, lo cual indicaría que algunos aspectos dinámicos y/o termodinámicos del sistema no pudieron ser capturados por los modelos de menor resolución. Si bien el modelo regional elegido había sido utilizado previamente en nuestra región (y también en Estados Unidos), el trabajo de adaptación se dirigió a posibilitar su correcto funcionamiento con mayores resoluciones (i.e. 40 km aproximadamente) que las que utilizaba anteriormente (i.e. 100 km). De hecho, las primeras experiencias indicaron que la simulación de la precipitación con el modelo en su forma original era completamente inexacta en términos de posicionamiento e intensidad de los centros de lluvia. Para lograr el fin propuesto, se incluyó una parametrización de la difusión vertical de primer orden, que funcionara en toda la troposfera, con un coeficiente de viscosidad turbulenta que dependiera de la inestabilidad en cada punto, a través del número de Richardson. Se realizaron gran cantidad de experiencias con el objeto de ajustar los distintos par metros intervinientes en esa formulación. Además se adoptó la técnica de anidado telescópico para minimizar el impacto por el cambio abrupto de resolución entre los datos iniciales y el intervalo de retículo del modelo. La ventaja de este modo de trabajo es, no sólo que es el recomendado por todos los especialistas en modelado numérico para la inicialización y la provisión de condiciones de contorno en modelos en alta resolución, sino que además el modelo queda preparado para ser anidado a modelos de circulación general, que se caracterizan por su baja resolución. La sensibilidad del modelo a la nueva parametrización de la difusión vertical fue muy grande. La simulación de la precipitación obtenida con el esquema de Arakawa y Schubert combinado con el tratamiento difusivo propuesto, mejoró considerablemente, tanto en intensidad como en ubicación de los sistemas. Este resultado indicó la necesidad de trabajar con las modificaciones propuestas en las escalas de interés de este trabajo, deshechándose el tratamiento original. Este nuevo modo de utilización del modelo (anidado telescópico, nueva parametrización de la difusión vertical y esquema de Arakawa y Schubert) se denominó "control". Todas las situaciones sinópticas fueron modeladas satisfactoriamente mediante la experiencia control con una antelación de 24 a 48 horas, si bien se detectaron algunos problemas en cuanto a la ubicación exacta de los sistemas y una cierta tendencia a subestimar su intensidad. Los campos de precipitación se capturaron razonablemente bien, aunque se detectó una leve sobreestimación en algunos centros. Con el propósito de evaluar la sensibilidad del modelo a un cambio de parametrización de la convección, se adaptó un tratamiento explícito de la convección, cuya mayor ventaja sobre Arakawa y Schubert reside en la simplicidad; en que, a medida que se aumenta la resolución no presenta restricciones a su uso y a que incluye una ecuación de pronóstico extra que es la de contenido de agua de nube. La sensibilidad al cambio en el tratamiento de la convección fue leve, y la precipitación acumulada (que fue el campo m s afectado) mostró una cierta mejora. Ese resultado, conjuntamente con la obtención del campo nuboso, que se comparó satisfactoriamente con las imágenes satelitales, permiten recomendar la utilización de este tratamiento para la simulación de sistemas precipitantes sobre nuestro territorio. También se evaluó la posibilidad de mejorar el tratamiento explícito, por medio de la inclusión de un factor, denominado fracción nubosa (CF), que modulara el término de la condensación mediante alguna función sencilla que representara la estructura vertical de la nubosidad esperable en las escalas modeladas. Su inclusión se testeó para todas las situaciones sinópticas, no encontrándose una respuesta significativa en ningún caso, aunque sí una pequeña tendencia a disminuir la tasa de precipitación. Para descartar que la escasa sensibilidad se debiera a la pobre resolución vertical utilizada en todos los experimentos, se aumentó la resolución de 9 a 18 niveles, lo cual permitió corroborar que el modelo no es sensible a este factor, aún trabajando con mayor resolución en la vertical. Se considera que el trabajo realizado contribuye, fundamentalmente a la disponibilidad de un modelo apto para la realización de simulaciones y/o pronósticos en alta resolución sobre una región complicada para el modelado numérico por su compleja topografía. Lo antedicho es particulamente importante a la hora de estudiar sistemas de mesoescala que virtualmente no son representados por los análisis y/o los datos disponibles. Los experimentos realizados, en tanto que someten al modelo a casos extremos en cuanto a la severidad de las condiciones de tiempo asociados a los mismos, permiten concluir que el rendimiento es satisfactorio, aún en la representación del campo de precipitación. También se ha trabajado de manera tal de mantener el costo computacional en valores razonables para que se pueda transferir a potenciales usuarios de pronósticos a corto plazo. En cuanto a otros fines, se destaca que el modelo se encuentra también preparado para ser anidado a un modelo de circulación general, con lo cual se abre la posibilidad al modelado climático regional, que es una alternativa particularmente interesante sobre nuestro territorio, que, como se mencionara anteriormente, presenta singularidades que no pueden capturarse con un modelo de baja resolución.