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Los Modelos Lineales Generalizados Mixtos (MLGM) son una extensión del modelo lineal generalizado (MLG) adicionando los efectos aleatorios. En particular en estudios longitudinales un camino de modelación es considerar al individuo como efecto aleatorio. En este trabajo se analiza la aplicabilidad de dichos modelos para el caso de una variable de respuesta ordinal cuando los datos son de naturaleza longitudinal. Para ilustrar las técnicas abordadas en esta investigación se modela la variable ordinal clase diamétrica de distintos grupos funcionales de plantas expuestos a diferentes intensidades de perturbación a lo largo del tiempo, en dos bosques tropicales Mesoamericanos de Costa Rica: Tirimbina y Corinto. En una primera instancia, se aplican técnicas de análisis multivariado para la caracterización de la variable de respuesta ordinal, tanto para definir una recategorización de la misma como para realizar un análisis descriptivo de los efectos que intervienen en el diseño del problema. Se probaron cuatro modelos Log - Acumulados considerando el cumplimiento o no del supuesto de proporcionalidad e incorporando el efecto aleatorio del individuo. Del análisis de estos modelos se destacan ventajas y desventajas de cada uno. Para el caso concreto de estudio se propone un Modelo Log – Acumulado Mixto no proporcional que tiene en cuenta la ordinalidad de la variable, el carácter longitudinal de los datos y presenta la flexibilidad suficiente como para permitir la modelación sujeto específico.

Droughts are extreme events that produce greater economic losses when they occur in a region. Mainly because there are no warning systems that certainly anticipate the beginning of these events, and when they finally happen they are in an advanced state. Faced with this situation, this work focuses on generating a tool that can detect the occurrence of extreme events in advance and monitor their situation. In this way, provide quality information to those responsible for making decisions to reduce the impacts of these phenomena on society. The fulfilllment of the objectives includes a first part that involves the construction of monitoring indices through a non-parametric methodology, based on an empirical probability function to adjust the variable behavior; this methodology is applied to precipitation as well as to the rest of the evaluated variables. These hydroclimatic fields were generated through the implementation of a Land Surface Model in the La Plata Basin, and with this simulated fields a climatology of dry events was developed during the 1980-2010 period. Finally, a system for monitoring and predicting extreme dry events was determined in this region of South America. The forecast were made by forcing the Land Surface Model with 9-months predicted variables. The ability of the proposed methodology was evaluated by comparing predicted situations with near-real time simulated conditions on a particular date.

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.

Este trabajo tuvo como objetivo analizar el comportamiento del contenido de Oxígeno Disuelto (OD) y de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) en el Brazo Aña Cuá (BAC), mediante la utilización del modelo matemático HEC-RAS. Se realizó la recopilación y análisis de relevamientos topobatimétricos del cauce del BAC, de mediciones de calidad de agua en el río Paraná y de registros de las variables climáticas de esa zona. Los procesos de transporte por advección y dispersión, y la modelación del oxígeno disuelto fueron caracterizados mediante coeficientes que describen la forma y/o velocidad en que esos procesos ocurren, DL (Dispersión Longitudinal), K1 (Desoxigenación por DBO Carbonácea) y K2 (Reaireación). Se han recopilado y analizado las fórmulas para el cálculo de estos coeficientes y las mediciones de campo de un importante número de autores. A partir de dichos análisis se adoptaron valores mínimos, medios y máximos de cada coeficiente. Se han simulado 27 escenarios con todas las combinaciones posibles de los coeficientes mencionados para caudales de 100, 300 y 500m3/s. Los resultados de las simulaciones indican que el contenido de OD a lo largo del BAC se ubicó en valores cercanos o superiores a la saturación y que el Caudal y el Coeficiente de Dispersión Longitudinal, DL no presentan una vinculación directa con el contenido de OD. Además el contenido de OD se encuentra fuertemente vinculado al Coeficiente de Reaireación, K2, y el Coeficiente de Desoxigenación, K1, es muy buen descriptor del abatimiento de la DBOC.

El cambio en el uso del suelo es un fenómeno que ocurre en todo el mundo y que se ha intensificado drásticamente en los últimos años generando una serie de impactos ambientales. Esta tesis se enfoca específicamente en las consecuencias del reemplazo de ecosistemas naturalmente herbáceos por plantaciones forestales en ambientes de la llanura pampeana. Para evaluar este fenómeno se recabó información de campo de distintos ambientes a lo largo de toda la región. Con esto, sumado a los trabajos previos, se observó que existen una gran cantidad de factores ambientales que afectan el proceso, y por lo tanto que es de una gran complejidad. Se determinó que los principales elementos que desencadenan la salinización están relacionados con la posibilidad de la forestación de acceder a fuentes hídricas subterráneas. Para profundizar en estos aspectos, por un lado, se realizó un monitoreo intensivo de las variables hidrológicas en una parcela para evaluar los flujos hídricos a través del horizonte petrocálcico, característica común en la región. Con esta información se elaboró un modelo de flujo y transporte. Así, se determinó que la presencia de estos horizontes constituye una barrera al crecimiento de las raíces de la forestación y a los flujos hídricos, alterando la disponibilidad de agua para la vegetación. Los horizontes petrocálcicos son una característica del ambiente que disminuye el riesgo de salinización causado por la forestación, ya que reduce la posibilidad de que esta acceda al acuífero freático. Por otro lado, para identificar y caracterizar cuáles son los procesos hidroquímicos-biológicos que se desencadenan por la forestación de pastizales, se estudió un sitio con evidencias de salinización, característico de la Pampa Deprimida. En este caso, además de mediciones hidrológicas se contó con información hidroquímica del sitio. Se utilizó la herramienta de modelación de transporte reactivo para evaluar los mecanismos de intrusión, toma selectiva, exudación, reciclaje (cycling) y mayor tasa de respiración; que produjeron salinización, sodificación, acidificación, alcalinización en los distintos sectores de una forestación de eucaliptos. El modelo nos permitió desentrañar los mecanismos, las interacciones y la magnitud de todos estos procesos de la rizósfera. A partir de esto se determinó la gran importancia de considerar las características hidrogeoquímicas del sitio, a tal punto que pueden llevar a resultados muy diferentes partiendo de una situación aparentemente igual. Además, el impacto en el ambiente puede ser irreversible, inutilizando áreas de cultivo o ambientes naturales. La salinización de pastizales forestados es un fenómeno complejo que difícilmente pueda ser abordado sin la herramienta de la modelación. En la región Pampeana esta es una problemática que sólo afecta a algunos ambientes y con prácticas de manejo adecuadas, que tengan en cuenta las características hidrogeoquímicas del sitio, se puede llevar a cabo un plan de manejo que permita la producción forestal evitando la salinización.

El objetivo del presente trabajo fue evaluar indicadores productivos, económicos y de gases de efecto invernadero (GEI) en sistemas típicos de cría vacuna de la Pampa Deprimida (integrada por dos zonas, Cuenca del Salado y Depresión de Laprida) y evaluar diferentes propuestas de mejora tecnológica recomendadas regionalmente por el INTA. La tesis comprende a) el desarrollo e incorporación de un submodelo de simulación de gases de efecto invernado (GEI) a un modelo bioeconómico preexistente a nivel de establecimiento, b) la identificación de tipos de establecimientos de cría bovina predominantes en la Pampa Deprimida, c) la simulación dinámica de indicadores productivos, económicos y de intensidad de emisión de GEI (huella de carbono de la cuna a la tranquera mediante análisis de ciclo de vida, ACV) de dos tipos de establecimientos contrastantes (Productor tradicional de escala media, Tr y Empresa local tecnificada de escala grande, Te) de la Pampa Deprimida, d) la evaluación integral de cambios en los indicadores productivos, económicos y de intensidad de emisión de GEI de los establecimientos contrastantes descriptos previamente con la incorporación de propuestas tecnológicas (inclusión del 5 y el 10% de la superficie del establecimiento con festuca BPM (Buenas Prácticas de Manejo) y anticipación de la época de primer servicio de vaquillonas (pasando de 27 meses a 15 meses) en aquellos escenarios con 10% de festuca BMP. El submodelo de GEI incluyó ecuaciones aceptadas internacionalmente con fuentes de emisión basadas en el enfoque de ciclo de vida del producto (hasta la tranquera). El submodelo permite estimar dos categorías de emisión: primero, las emisiones directas e indirectas de metano, óxido nitroso y dióxido de carbono de las actividades de producción ganadera en los establecimientos, y segundo, las emisiones indirectas de GEI asociadas con insumos usados en los establecimientos. El submodelo fue incorporado a un simulador bioeconómico dinámico de paso diario (SIMUGAN) a partir del cual fue posible contar con indicadores productivos, económicos y de emisión de GEI. Para el análisis de tipologías de sistemas de cría de la Pampa Deprimida se procesó la información regional (indicadores productivos, recursos forrajeros y prácticas de alimentación animal, reproducción, prácticas sanitarias e información social) de 115 establecimientos de una encuesta disponible. No se encontraron diferencias significativas entre zonas (Cuenca del Salado y Depresión de Laprida), y posterior a una selección de variables, se utilizó un análisis de conglomerados para establecer las cuatro tipos de establecimientos: sistema tradicional (Grupo 2: Productor tradicional de escala media) y tres sistemas tecnificados (Grupo 1: Empresa tecnificada de escala media; Grupo 3: Empresa local tecnificada de escala grande; Grupo 4: Empresa tecnificada de escala grande). La carga animal media fue de 0,72 vaca equivalente ha-1 , donde los sistemas tecnificados presentaron mejores indicadores productivos que el tradicional. Los tecnificados se diferencian por cercanía del lugar de residencia del productor y familia, el reclutamiento del personal contratado, forma jurídica, consumo de consultoría profesional y prácticas aplicadas de salud animal. Los sistemas productivos tradicionales están basados centralmente en pastizales naturales y los productores y sus familias generalmente viven en el campo o en una ciudad cercana. Los sistemas tecnificados incluyen además de la base de pastizal natural, pasturas, cultivos de invierno y de verano. La comparación entre los sistemas Tr y Te y las propuestas de intensificación determinaron intensidades de emisión de GEI por unidad de producto (IE) que variaron según el nivel de intensificación de forma similar (entre 16,4 y 19,9 kg CO2eq kg PV-1). El efecto aditivo de la incorporación de festuca a un 10% de la superficie con el adelanto de la edad al primer servicio de las vaquillonas permitió reducir la IE hasta un 17%. Los resultados sugieren que es factible reducir la IE mediante la adopción de tecnologías disponibles. Esta tesis responde a la contribución metodológica de la aplicación potencial a otras bases de datos agropecuarias u otras producciones y, en particular, la descripción de la tipología regional de establecimientos ganaderos puede contribuir a planes específicos de transferencia de tecnología por parte de las instituciones agropecuarias. Aunque se puede requerir información experimental complementaria, este estudio proporciona información útil sobre las oportunidades de mitigación de GEI para los responsables de la formulación de políticas y los productores.

Las técnicas de análisis cualitativas y cuantitativas utilizadas para la evaluación de las redes de telecomunicaciones, y específicamente las de los protocolos de red, tienen constantes progresos. Un resultado concreto es la producción continua de trabajos diversos para modelar y analizar la corrección y la performance del funcionamiento de diversos protocolos. Sin embargo, las Redes de Petri han demostrado ser la herramienta base para la introducción de descripciones exactas de aplicaciones complejas, y que proveen la posibilidad de explotar la estructura de sus modelos para desarrollar un mejor entendimiento de la conducta dinámica de los sistemas y para deducir técnicas de análisis efectivas. El trabajo se propone establecer de una manera uniforme, y con el uso de las Redes de Petri, las características, similitudes y diferencias cualitativas y cuantitativas, entre algunos de los protocolos de red de canal compartido utilizados en el ámbito de las redes LAN y WAN. Es decir, se utilizarán las Redes de Petri como modelo matemático, compilando las novedades teórico-prácticas de esta materia, y se seleccionarán herramientas apropiadas de modelación, simulación y de evaluación de performance, para investigar propiedades o características de los protocolos, que otras del tipo analíticas no ponen totalmente de relieve, o que permitan demostrar que ambos enfoques son complementarios. Además, se realizarán experiencias prácticas para validar alguno de los modelos de Red de Petri. Finalmente, a partir de ello, se buscará establecer una secuencia alternativa de enseñanza-aprendizaje de los protocolos de red de canal compartido, usando este instrumento matemático.

En la presente tesis se desarrolla un modelado avanzado de la desodorización y refinación física de aceites vegetales con columnas de relleno estructurado, mediante el uso del modelo en no equilibrio (NEQ) desarrollado por (Taylor & Krishna, 1990) y las siguientes revisiones (Taylor & Kooijman, 1994), (Kooijman, 1995), y el uso conjunto de la correlación de transferencia de masa de (Rocha, Bravo, & Fair, 1996) y la correlación de cálculo de caída de presión de (Ma'ckowiak, 2010). El modelo desarrollado es implementado, mediante la construcción de la columna y la incorporación de los compuestos requeridos, en una plataforma de simulación de procesos adecuada (ChemCAD), para la simulación y validación del modelo a través de dos estudios de caso (1. desodorización de aceite de palma y 2. desodorización de aceite de soja); para luego realizar distintos estudios de sensibilidad con el objeto de analizar el impacto de las variables criticas del proceso sobre la concentración másica del total de ácidos grasos libres en el aceite desodorizado (para el caso de estudio 1) y para maximizar los ingresos por venta de destilados en función de la concentración másica de tocoferoles y el destilado obtenido (para el caso de estudio 2).

Los sistemas fluidizados gas-sólido revisten gran importancia en la industria de procesos, siendo empleados frecuentemente en instalaciones vinculadas a las industrias química, metalúrgica, biotecnológica, de alimentos, del petróleo y de producción energética. La fluidodinámica de estos sistemas, en extremo compleja, incide en gran medida en la eficiencia de contacto entre fases y, consecuentemente, en el rendimiento de los procesos que constituyen la finalidad de la operación (Kunii y Levenspiel, 1991; Alagha & Szentannai, 2020; Shabanian & Chaouki, 2017). En particular, los lechos burbujeantes son de gran interés en procesos tanto químicos como físicos. El modelado y control de las propiedades de estos lechos requiere un conocimiento profundo de sus características fluidodinámicas y la mayoría de sus propiedades se encuentran fuertemente ligadas a la fase burbuja. El régimen de slug se caracteriza por la deformación de dichas burbujas, con geometría y tamaños particulares, y se produce cuando el sistema presenta características geométricas y propiedades del par gas-sólido singulares. La presencia de slugs genera un contacto ineficiente entre las fases y por lo tanto puede causar severas limitaciones en las velocidades de transferencia de calor y materia. Su análisis y caracterización resulta imprescindible a efectos de diseñar un sistema evitando perjuicios generados por este comportamiento (Baeyens y Geldart, 1974; Ramirez y colab., 2017; Singh y colab., 2020). La aplicación de sistemas fluidizados en la valorización de residuos biomásicos (agroindustriales) y urbanos es un aspecto de gran importancia en el contexto de la sustitución de la matriz energética regional del Alto Valle de Neuquén y Río Negro y nacional en base a energías renovables (Energías renovables 2008 - Energía biomasa, Secretaría de Energía Argentina, 2008). Diferentes tratamientos térmicos, tales como pirólisis, torrefacción, gasificación y combustión pueden llevarse a cabo en lechos fluidizados burbujeantes, permitiendo la generación de químicos de alto valor y/o energía en forma eficiente y con múltiples ventajas frente a operaciones convencionales. Debe destacarse que la biomasa presenta dificultades en la fluidización debido a su forma, tamaño y densidad. Por este motivo, se incorpora un material inerte para mejorar el proceso, pero la fluidización de mezclas binarias aun presenta desafíos. La provincia de Neuquén, a través de su ministerio de Producción y del Consejo de Planificación y Acción para el Desarrollo (COPADE) han formulado políticas de intensificación de la sustitución de la matriz energética, abriendo el campo de desarrollo a las energías renovables, particularmente a los recursos energéticos biomásicos (https://www.copade.gob.ar/archivos/50A-COPADE-FINAL.pdf). El modelado de lechos fluidizados en régimen de burbujeo (en operación batch o continua) posee un potencial de optimización considerable, tanto desde el punto de vista del conocimiento de los fenómenos ocurrentes como desde los esquemas de construcción de simuladores eficientes. Las herramientas actualmente desarrolladas presentan aun campos vacantes de mejoras y su tendencia es de ineludible aplicabilidad en las diferentes industrias. En ese contexto, la elaboración de simuladores que abarquen la mayor diversidad de regímenes y aplicaciones, es un objetivo significativo para la industria de procesos. Aplicando la técnica de fluidodinámica computacional (CFD por su sigla en inglés Computational Fluid Dynamics) se puede construir un modelo computacional que represente el sistema o equipo que se desea estudiar. En el prototipo virtual se incorporan las características físicas y químicas del flujo de fluido en estudio y el software genera como respuesta una predicción de la fluidodinámica y de los procesos físicos (y químicos) involucrados, representados por los campos de variables fundamentales en el dominio simulado. Por lo tanto, puede considerarse a la CFD como una sofisticada técnica de diseño y análisis que utiliza el equipamiento computacional para desarrollar los millones de cálculos requeridos para simular la interacción de fluidos con superficies complejas como las utilizadas en ingeniería.

In this thesis, we theoretically study first the microscopic properties of the ferroelectric material PbTiO3 in free and ultrathin films. Using an atomistic core-shell model through classical Molecular Dynamics simulations, we find that the generated structures of ferroelectric domains depend on the film thickness. For thicknesses smaller than 80 Å, the local electrical polarizations are arranged in closed flows forming vortices. For greater thicknesses, we observe structures of the Landau-Lifshitz type. We then analyze the polarization response to a local and compressive strain gradient on the PbTiO3 film. By gradually increasing the gradient value, we describe the evolution of the local polarization perpendicular to the surface until the switching is reached. In the second part, using first-principles calculations we study how the electrical and magnetic properties of graphene nanoribbons change when they are supported on PbTiO3 films. First, a nanoribbon adsorbed on a PbTiO3 film in a monodomain configuration, where a charge redistribution takes place at the interface and an electronic doping is present in the graphene nanoribbon depending on the polarization direction of the ferroelectric material, which also induces the close of the electronic gap but without breaking the spin degeneration. Finally, we analyze the effect on a graphene nanoribbon adsorbed on different regions at the surface of a PbTiO3 ultrathin film with polydomains. Our results suggest that if a graphene nanoribbon were spatially displaced above ferroelectric domains it would be possible to tune not only the nanoribbon electronic doping but also the degeneration of its electronic states.