2008 Universidad Técnica Federico Santa María · este libro son el resultado de la aplicación de políticas institucionales y nacionales, fomentando la ... [ Proyecto USM 29.08.03

2008Universidad TécnicaFederico Santa María

Vicerrectoría Académica Dirección General de Investigación y Postgrado

Actividades de Investigación

2008www.dgip.utfsm.cl

Act

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Prólogo

La Universidad Técnica Federico Santa María tiene como una de sus políticas principales el desarrollo y fortalecimiento de la Investigación y el Postgrado. Su desafío es alcanzar reconocimiento no sólo por la excelencia de los profesionales que forma, sino también por contribuir a la creación y difusión de nuevo conocimiento, a la innovación de los procesos productivos, y al desarrollo del país a través de la investigación, el postgrado y la innovación en áreas prioritarias.

En el mundo actual, la investigación de frontera está abocada al estudio y solución de problemas que exceden el marco de una sola disciplina. Esto constituye un nuevo desafío para los investigadores de la Universidad Santa María que desarrollan trabajo intelectual en estrecha relación con el sector productivo, organizándose a partir de 2008 en Centros interdisciplinarios. Así, la Universidad Santa María cuenta hoy con seis Centros de Innovación Tecnológica, abocados a proveer soluciones en las áreas de Minería, Energía, Biotecnología, Medio Ambiente, Computación de Alto Desempeño, y Nanotecnología.

Este libro describe las contribuciones realizadas al conocimiento científico y tecnológico durante el año 2008, materializadas en 151 publicaciones ISI. En él se incluyen los proyectos de investigación, tanto en el campo científico-tecnológico como proyectos destinados a la investigación en el área de la docencia, y al proceso enseñanza-aprendizaje en la Universidad Santa María. Durante 2008 se ejecutaron 145 proyectos de investigación, los cuales contaron con financiamiento propio de nuestra Casa de Estudios, o provenientes de fondos concursables tales como FONDECYT, FONDEF, INNOVA-CORFO.

En el año 2001, el financiamiento de nuestros proyectos de investigación provenía principalmente de dos fuentes: fondos internos de la Universidad, y CONICYT, a través de sus programas Fondecyt y Fondef. Desde la apertura de CORFO a las Universidades, hemos logrado consolidar la diversificación de fuentes de financiamiento, siendo aún Fondecyt una de las principales fuentes de recursos, pero contribuyendo sólo con un 36% al financiamiento de nuestros proyectos de investigación. En el futuro continuaremos con esta estrategia de diversificación, explorando nuevas fuentes de financiamiento. La siguiente Tabla muestra la composición del financiamiento 2008:

Para cada proyecto en ejecución durante 2008 se presenta un breve resumen en español e inglés; además se indican las presentaciones a congresos y seminarios, y las publicaciones en revistas especializadas, realizadas en el marco de cada proyecto. Los resultados y contribuciones incluidos en este libro son el resultado de la aplicación de políticas institucionales y nacionales, fomentando la estrecha cooperación entre los investigadores. La difusión de estos resultados responde al objetivo institucional de mantener a la comunidad permanentemente informada de nuestro trabajo.

Drs. Juan Donoso y Patricio VargasDirector General de Investigación y Postgrado

Fuente MM$ %

UTFSM 373 16

Fondecyt 850 36

Fondef 480 20

Corfo 670 28

total 2.373 100

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Foreword

One of the Universidad Técnica Federico Santa María’s main priorities is the development and strengthening of Research and Graduate Studies. We are challenged to be recognized for more than the professional excellence of the alumni. The university strives to earn recognition for its contributions to the creation and dissemination of new knowledge; to be recognized for innovation in production processes and for its contributions to the development of the country through research, innovation, and graduate studies in key areas.

In today’s world, frontier research is dedicated to studying and solving problems beyond the framework of a single discipline. This is a new challenge for researchers from Universidad Santa María who develop work in close collaboration with the production sector and who, since 2008, are organized into Interdisciplinary Centers. Thus, Universidad Santa María now has six Centers of Technological Innovation, dedicated to providing solutions in the areas of Mining, Energy, Biotechnology, Environment, High Performance Computing, and Nanotechnology.

This book describes the contributions made to scientific and technological knowledge during 2008, through 151 ISI publications. It includes research projects, both in the scientific - technological field and also projects for research in the area of teaching, and the teaching-learning process at Universidad Santa María. During 2008, 145 research projects were conducted, which were funded by our university with grants from organizations such as FONDECYT, FONDEF, and CORFO-INNOVA.

In 2001, funding for our research projects came mainly from two sources: internal university funds, and CONICYT, through its Fondecyt and Fondef programs. Since CORFO opened to universities, we have been able to significantly diversify the sources of funding. Fondecyt remains as one of the main sources, contributing 36% of the funding for our research projects. In the future we will continue with this diversification strategy, exploring new sources of financing.

The following table shows the composition of funding in 2008:

For each project underway in 2008, a brief summary is presented in English and in Spanish. Publications in journals, and presentations at conferences and seminars and are also listed within the context of each project. The results and contributions includes in this book are the result of the implementation of institutional and national policies, promoting close cooperation between researchers. The publication of these results serves to uphold the institutional objective of maintaining the Universidad Técnica Federico Santa María community informed about our work.

Dr. Juan Donoso anD Patricio Vargasgeneral Director of research and graduate studies

Fund MM$ %

UTFSM 373 16

Fondecyt 850 36

Fondef 480 20

Corfo 670 28

ToTal 2.373 100

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› contenidos[ Contents ]

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› página[ page ]

Departamento de arquitectura

Departamento de ciencia de Materiales

Departamento de Electricidad

Departamento de Electrónica

Departamento de Física

Departamento de industrias

Departamento de Informática

Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

Departamento de Matemática

Departamento de Mecánica

Departamento de Obras Civiles

Departamento de Química

Centro de Biotecnología “Dr. Daniel Alkalay Lowitt”

Índice de títulos

[ Department of architecture ]

[ Department of Material Science ]

[ Department of Electricity ]

[ Department of Electronics ]

[ Department of Physics ]

[ Department of Industries ]

[ Department of Information Sciences ]

[ Department of Chemical and Environmental Engineering ]

[ Department of Mathematics ]

[ Department of Mechanics ]

[ Department of Civil Engineering ]

[ Department of Chemistry ]

[ Center of Biotechnology “Dr. Daniel Alkalay Lowitt” ]

[ Index of Titles ]

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1 Departamento de Arquitectura

Act iv idades de Invest igac ión 2008Arq

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[ Proyecto USM 29.08.03 ]

Análisis Socio Espacial de los ocho Espacios Públicos principales del Campus Central de la UT FSMInvestigadorM.Sc. Rodrigo Mora V.

ÁreasArquitectura, Sociología de las Organizaciones Formales

› resumen

El presente proyecto tiene por objetivo estudiar las formas de ocupación espacial de los 8 prin-cipales espacios públicos del Campus mayor de la UTFSM, con el objetivo de caracterizar la interac-ción desarrollada en estos espacios por los distintos grupos que componen nuestra Casa de Estudios: estudiantes, profesores y funcionarios. Lo anterior permitirá avanzar en la comprensión del tipo de comunidad(es) que está(n) siendo generada(s) por esta Universidad, de forma de apoyar en la toma de decisiones respecto del diseño o modificación del espacio educativo, con miras a la implementación del nuevo modelo educativo institucional.

Esta investigación tiene implicancias de largo y corto alcance. Lo primero se relaciona con la iden-tificación de las variables espaciales que faciliten la generación y difusión del conocimiento (aspecto especialmente importante en el desarrollo de la investigación científica y la docencia), y la interacción social (aspecto espacialmente importante para el bienestar de una comunidad universitaria).

Al respecto, se ha sostenido (Hillier 1996) que la producción de nuevo conocimiento se produce en dos esferas: una entre pares, que se realiza gracias al especio (ejemplo: colegas que trabajan jun-tos) o a pesar de éste (asistencia a congresos, visitas a otros lugares, etc.). El producto de esta inte-racción suele ser de gran especificidad y profundidad. La segunda forma de generación de nuevo co-nocimiento es casi opuesta, y depende de la asociación entre expertos de distintas disciplinas. Dado que normalmente estos expertos trabajan en distintos lugares, la condición básica para que procesos de asociación transversales ocurran en una apropiada estructura espacial que facilite, no dificulte, el encuentro entre las personas. En este sentido podemos decir que el rol del espacio es de tipo proba-bilístico, toda vez que aumenta las posibilidades de encuentros no programados entre las personas.

El rol del espacio es también crucial para el desarrollo de una sana comunidad universitaria, espe-cialmente para el desarrollo de la solidaridad estamental entre estudiantes. La solidaridad estamen-tal, o sensación de pertenecer a una institución, es formada paulatinamente en los estudiantes a lo largo de sus carreras y facilita enormemente el establecimiento de redes débiles (Granovetter 1973), redes de “conocidos” (más que amigos), que serán esenciales en la vida profesional de egresados. Granovetter (1973) sostiene que las “redes débiles” son vitales al momento de encontrar nuevas oportunidades laborales o comerciales, toda vez que permiten a los individuos conocer nuevas reali-dades donde emprender nuevas actividades.

Esta investigación pretende también ayudar a la UTFSM en el mediano o corto plazo. La institu-ción se encuentra en estos momentos repensando su modelo educativo, con el objetivo de mejorar la formación entregada a sus estudiantes y así ser más competitiva tanto a nivel nacional como interna-cional. Dentro de este contexto, parece fundamental entender como el espacio físico está sustentan-do la transmisión de conocimiento, así como la interacción social entre todos quienes componen la comunidad universitaria.

Metodológicamente esta investigación plantea analizar 8 de los espacios públicos más importan-tes del Campus principal de la UTFSM, a saber: escalera Avenida España, Patio del Cañón, Patio Princi-pal (kiosko), Hall Edificio A, Hall de Montaje, Patio Piscina y Terraza Superior Edificio M. Estos espacios se analizarán desde tres perspectivas.

La primera estudiará las formas en que el espacio público del Campus es efectivamente usado tanto en forma estática (que hacen las personas en el espacio) como dinámica (como se mueven las

DEPARTAMENT O DE ARQUIT ECT URA

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personas en el espacio). La ocupación estática distinguirá entre las siguientes actividades: estudio personal, estudio grupal, conversación u otras actividades solitarias. La ocupación dinámica distinguirá entre intensidad de flujo y movilidad. La intensidad de flujo ocupará la metodología de “arcos”, la que se registra la cantidad de gente que transita durante 5 minutos por distintos sectores de cada uno de los espacios a ser analizados (principalmente sus accesos). La movilidad registrará por donde circula la gente, para lo cual se trazará en el papel las trayectorias de las personas en el espacio durante un espacio de 2 minutos.

Todo lo anterior se registrará gráfica y cuantitativamente y será traspasado a formato digital (dxf y xlsl respectivamente), con el fin de servir a las autoridades universitarias para futuras modificaciones al espacio físico de la Universidad. Se debe recalcar que estas observaciones tendrán lugar en 2 días hábiles del año (invierno y verano), entre las 09:00 y las 18:00 horas.

La segunda dimensión indagará, a través de modelos computacionales conocidos como sintaxis es-pacial (Hillier, 1984), las características de los espacios públicos interiores y exteriores del Campus Cen-tral de la Universidad, en lo que se refiere a su visibilidad y legibilidad interna. La tercera parte encues-tará a un grupo representativo de profesores, alumnos y funcionarios acerca del uso y frecuencia de uso de estos espacios, grados de satisfacción con ellos y posibles mejorías para su uso más intensivo.

Todas estas dimensiones serán luego analizadas en su conjunto, examinando las posibles rela-ciones entre cada una de ellas. Finalmente, se elaborará un diagnóstico de la situación actual de los espacios más importantes del Campus Central de la UTFSM.

› abstract

This research aimed to understand the use of the largest public spaces in the main campus of the Technical University Federico Santa María in Valparaíso, Chile. The research combined three dimensions. One consisted in observing how each of these spaces was used by people during an entire day of a typical week. The second analyzed the spatial configuration of the setting itself, by using a different software doe spatial analysis. Finally, a survey that asked individuals to rate these spaces in terms of their spatial characteristics was passed to 77 students and 55 lectures belonging to all Departments of the University.


Análisis de Tendencias en Movilidad en el Gran Valparaíso. El Caso de la Movilidad Estudiantil Universitaria

InvestigadoresMs. Marcela soto c.

Mg. Luis Alvarez A.Mg. Lisandro Silva A.

ÁreaUrbanismo

› resumen

La concentración de población y ciertas actividades de servicios en grandes zonas metropolitanas, está ocurriendo en todos los países industrializados y urbanizados. En este contexto la condición dominante para tener acceso al mercado de trabajo, comodidad, educación y ocio, es la movilidad. El objetivo central de la investigación es poder realizar un análisis de tendencia sobre la movilidad de los

Actividade s de Inve stigación 20 0 8 | UT F SM

1.2

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estudiantes universitarios, desde sus lugares de residencia hasta los centros de educación superior en el Gran Valparaíso. Siendo este tema de vital importancia, ya que concentra casi el 50% de los viajes de un total de 1.263.663 que se realizan diariamente en el Gran Valparaíso, según la última encuesta Origen Destino de la SECTRA V Región.

El contexto a estudiar son áreas metropolitanas como unidades nacidas a partir de una conurba-ción (Geddes, 1923), por tanto reúnen complejidad de gran ciudad, donde la movilidad es la principal manifestación. El Gran Valparaíso, como sistema de estudio es un área metropolitana conformada por 5 comunas con una población de alrededor 850.000 habitantes. En rigor en este sistema el recambio productivo, el desplazamiento de la hegemonía de los servicios, flexibilidad laboral, oportunidades educacionales y diversidad de la misma, obligan a tratar el tema como un problema de carácter to-pológico por tanto territorial, en rigor la población dentro del Gran Valparaíso se desplaza un 27% más de lo que lo hizo en los últimos 15 años, y un grupo sustantivo de población que se desplaza son los estudiantes. Según Marcial Echenique ( urbanista a cargo de todos los grandes proyectos de infraestructura de transporte de los 10 últimos años), la movilidad a aumentado en un 250% a partir de la puesta en marcha de las grandes concesiones en Chile, en particular el Gran Valparaíso cuenta con una de las concesiones nacionales más grande como lo es el “Troncal Sur”, además se agregan proyectos de gran envergadura públicos como la Cuarta Etapa de la Avenida España, el Acceso Sur al puerto de Valparaíso y la reposición del Camino Internacional, entre otras.

Planteamos que las nuevas accesibilidades construidas en los últimos años en el área Metropoli-tana de Valparaíso y la macro región central, han acelerado la movilidad de personas y proveedores hacia áreas periurbanas de la ciudad, como también han aumentado la demanda por movilidad diaria entre los cerros y las centralidades del plan (en Valparaíso y Viña del Mar), creando un problema cre-ciente de congestión vial, cuya solución se ve limitada por la baja posibilidad de ampliar la capacidad de la infraestructura vial existente, y la construcción de vías alternativas de periferia, producto de la topografía de los cerros que rodean los centros de servicios. Esta dinámica de congestión creciente, afecta a los habitantes del Gran Valparaíso en su conjunto, situación a la cual no está ausente el seg-mento de estudiantes universitarios, que conforman la segunda centralidad universitaria de Chile, con 17.569 matrículas en el sistema universitario. La movilidad urbana de las personas, afecta la producti-vidad y la calidad de vida de las personas, lo cual se transfiere al ámbito de los estudiantes universita-rios, bajo formas de crecientes tiempos de viajes a la universidad, contaminación atmosférica, menor tiempo de ocio (para actividades extracurriculares), menor tiempo dedicado al estudio en casa, y bajas de rendimiento por agotamiento en viajes más largos e incómodos, y crecientes niveles de contami-nación acústica y atmosférica. Según datos de la División de Educación Superior del MINEDUC, el por-centaje de la población joven entre los 18 y 24 años matriculados en pregrado de las universidades, ha aumentado de un 16,3 en 1992, a un 33,3 en 2005, con un crecimiento anual promedio de 1,3%. Este segmento de jóvenes que han ingresado al sistema universitario, prácticamente se ha duplicado en una década.

Los servicios universitarios constituyen uno de los clusters exportadores que pueden aumentar el porcentaje de concentración de alumnos universitarios en la región desde un 13,27% a un 16,13% para el año 2008, según el estudio de Prochile entregado a comienzos de año. El objetivo es claro, en dos décadas uno de cada tres habitantes de las comunas de Valparaíso y Viña del Mar será un es-tudiante de pre o postgrado, cifra que actualmente llega a una de cada cinco. La investigación busca proyectar la demanda de movilidad de los estudiantes universitarios, ver de dónde vienen y a través de qué medio de transporte y que sistema de infraestructura atraviesan, logrando así construir un modelo de datos georeferenciados para caracterizar la demanda, y con ello poder evaluar políticas y escenarios futuros de desarrollo para este grupo etario.

› abstract

The concentration of the population and activities directly related to particular services of specific kinds in large metropolitan areas are a reality in industrialised and urbanised countries. Within this


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scenario, mobility becomes an essential condition for all people to reach better job opportunities, comfort, education and leisure.

The main focus of this investigation is to carry out an analysis on the university students’ mobility tendency from their places of residence to their educational centres in the Great Valparaiso area. This is precisely the most relevant issue, since commuting concentrates almost 50% of an overall of 1,263,663 daily trips according to the last survey Origin and Destination done by SECTRA 5th Region.

The metropolitan areas as units conceived from a conurbation (Geddes, 1923) are the context within which this study will be framed since these meet the actual complexities of great cities in which mobility is certainly the main phenomenon. As an object of study, The Great Valparaiso is a metropolitan area formed by five communes with a population of approximately 850,000 inhabitants. Strictly speaking, productive change, hegemony of service displacement, job flexibility, educational opportunities and the like, have forced to typify this issue as of topological nature; therefore, territorial. The population in this area moves around 27% more compared to the last 15 years, being students one of the substantial groups causing this variation. According to Mr Marcial Echenique, city planner who has been in charge of all large-scale projects in the field of transport infrastructure for the last 10 years, mobility has increased 250% in response to the implementation of important motorway franchising in Chile. The Great Valparaiso Area was granted with one of the largest franchising of this kind as it is the “Troncal Sur”. Besides, large-scale public projects such as the Fourth Stage of España Avenue, The South Access to the port of Valparaiso and the replacement of the International Road have been added, among other projects.

We put forth that the new accesses that have been built in the metropolitan area of Valparaiso during the last years plus the macro central region have accelerated the mobility of the people and suppliers towards peripheral-urban areas of the city, as well as the increase of the daily mobility requirements between hills and downtown centres (in Valparaiso and Viña del Mar). This has created a rising problem of traffic congestion in which case the solution has been impeded by the possibility of widening the capacity of the existent traffic infrastructure and the construction of alternative peripheral lanes due to the topography of the hills that surround the main centres of services.

This growing congestion dynamics is seriously affecting the inhabitants of the Great Valparaiso Area as a whole, situation from which the segment of university students is not free. This is the second university centrality in Chile with 17,569 tuitions already in the undergraduate system. The urban mobility of the people directly affects productivity and quality of life situation that is transferred to university students in the form of longer commuting timing, air pollution, less leisure time for extracurricular activities, less time to devote to studying at home or place of residence and low academic performance, all this resulting in an increasing state of attrition; trips are longer and more uncomfortable and the levels of acoustic pollution are far from decreasing. According to the Division of Higher Education of the Chilean Ministry of Education (MINEDUC), the percentage of young adults between 18 and 24 years of age, registered in university undergraduate programmes has risen from a 16,3% in 1992 to 33,3% in 2005 with an annual average growth of 1,3%. In sum, this segment has practically doubled in a decade.

University services constitute one of the exporting clusters that may increase the percentage of concentration of university students in the region from a 13,27% to a 16,13% for the year 2008 according to the latest studies provided by PROCHILE at the beginning of the year.

The projection is clear. In two decades to come, one out of three inhabitants living in the communes of Valparaiso and Viña del Mar will be either an undergraduate or postgraduate student, figure that is currently one out five.

This research intends to project the mobility needs of university students, considering their places of residence, means of transport used as well as the system of infrastructure to be crossed on a daily basis. Once this information is gathered, a geographical-referential model of data could be put together in order to identify specific requirements together with the possibility of evaluating future development of policies and scenarios for this age group.


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PuBlicacionEs En rEVistas EsPEcialiZaDas

r. Mora, P. Barros, “Innovación en Gestión y Tecnología”, Revista CA (Colegio de Arquitectos de Chile); Nº 134, pp. 48-49; 2008

r. Mora, “Legibilidad sin Señalización: Wayfinding en la Arquitectura”, Revista CA (Colegio de Arquitectos de Chile); Nº 135, pp. 48-49; 2008

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Act iv idades de Invest igac ión 2008

2 Departamento de Ciencia de Materiales

Cmt

1 2 DEPARTAMENT O DE CIENCIA DE MAT ERIALES

2.1

› resumen

Se evaluarán en forma analítica, experimental y numérica, la curva J-R, y la curva P-v, la tasa de disipación de energía D, y el CTOA (crack tip opening angle), en probetas de geometría C(T) de un acero estructural, a partir de relaciones generadas sobre la base del Formato Común, y de la ley de crecimiento de grieta del modelo propuesto por Donoso, Zahr y Landes (DZL). Al existir expresiones explícitas para las diferentes formas de relación entre carga, P, desplazamiento, v, y longitud de grieta, a, derivadas del modelo DZL, se hará uso de aquellas para determinar las condiciones de iniciación del crecimiento estable de grieta, mediante la transferencia de información crítica desde la curva J-R — v.g., el valor JQ definido por la metodología de la Norma E1820 — a la curva P-v.

De otra parte, se evaluarán las condiciones bajo las cuales la curva J-R predice inestabilidad plásti-ca, a través de la igualación de la fuerza impulsora de grietas, a carga constante, con la resistencia al desgarramiento estable del material, dada por la pendiente de la curva J-Δa. Así, con los datos expe-rimentales y numéricos, y haciendo uso de la descripción analítica de la curva J-R del modelo DZL, se evaluarán la tasa de disipación de energía y el CTOA para el material, siendo ambas cantidades pro-porcionales al cambio en el valor de J con el avance estable de grieta, o dJ/dΔa. Con estos parámetros se determinarán las condiciones para la existencia de inestabilidad plástica, así como la influencia que sobre ésta tienen la restricción por tamaño de grieta y espesor equivalente de la probeta.

Con el objeto de precisar mejor el exponente de la ley de crecimiento de grieta asociada al modelo DZL, se compararán las curvas J-R generadas con esta nueva metodología con aquellas generadas utilizando la Norma ASTM E1820. Alternativamente, la modelación analítica de las curvas P-v con crecimiento estable de grieta, y su comparación con resultados experimentales, permitirá seleccionar los valores óptimos de los parámetros de la ley de crecimiento.

› abstract

The J-R curve, the P-v curve, the energy dissipation rate D, and the crack tip opening angle CTOA for C(T) specimens of a structural steel will be evaluated in analytical, experimental and numerical ways. The bases of these evaluations are the Common Format Equation and the Donoso, Zahr and Landes (DZL) crack growth law. The explicit expressions for the various relations between force P, displacement v, and crack size a, obtained from the DZL model, will be used to evaluate the conditions for initiation of stable crack growth, by transferring critical data values from the J-R curve — i.e., the JQ value defined by the methodology of Standard E1820 — to the P-v curve.

On the other hand, the conditions under which the J-R curve predicts instability will be evaluated by setting the crack driving force at constant load equal to the material tearing resistance given by the J-Δa curve slope. With the experimental and numerical data, and the analytical description of the DZL

[ Proyecto FONDECYT 1060415Proyecto FONDECYT incentivo a la Cooperación Internacional 7080146 ]

Un Nuevo Enfoque para el Análisis de la Curva J-R y la Condición de Inestabilidad en Mecánica de Fractura Elasto-PlásticaInvestigadoresPh.D. Juan Donoso V.Ph.D. Fernando Labbé Z.Ph.D. John D. Landes (University of Tennessee, U.S.A.)

ÁreasIngeniería de MaterialesIngeniería Mecánica

1 3Actividade s de Inve stigación 20 0 8 | UT F SM

model J-R curve, the energy dissipation rate and the CTOA for the material, both proportional to dJ/da, will be evaluated. Thus the conditions for plastic instability will be determined with inclusion of the crack size and equivalent thickness constraint affects.

In order to better define the DZL model associated crack growth law exponent, the J-R curves generated with this new methodology will be compared to those obtained with ASTM E1820 Standard. Alternatively, the analytical modeling of the P-v curves with stable crack growth and their comparison with experimental results will allow for the optimal selection of the crack growth law parameters.

PuBlicacionEs En congrEsos

J.r. Donoso, K. Vásquez, J.D. landes, “The Significance of a Crack Growth Law for a C(T) Fracture Specimen Undergoing Stable Crack Extension”, 7th International ASTM/ESIS Symposium on Fatigue and Fracture Mechanics

r. leiva, J. Donoso, F. Labbé, “Evaluación Numérica de CTOA en probetas C(T) y SE(B)”, CONAMET/SAM-2008, 8° Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales, Santiago; Octubre 2008

M. Edwards, J. Donoso, S. Estay, “Estudio de Vida Residual de Rodetes Pelton”, CONAMET/SAM-2008, 8° Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales, Santiago; Octubre 2008

J. Donoso, J.D. landes, “Instability Analysis for a C(T) Specimen Undergoing Stable Crack Extension and the Crack Growth Law Concept”, 17th European Conference on Fracture, Brno, Czech Republic; 2-5 September 2008


J.r. Donoso, r. leiva, F. Labbé, “El efecto de la heterogeneidad de las propiedades mecánicas de una unión soldada sobre la carga de plastificación de probetas de fractura tipo C(T) Y SE(B)”, Rev.Metal.Madrid; Vol. 44, Nº 5; 2008

J.r. Donoso, K. Vásquez, J.D. landes, “The Significance of a Crack Growth Law for a C(T) Fracture Specimen Undergoing Stable Crack Extension”, Journal of ASTM International; Vol. 5, Nº 10, Paper ID JAI101546; 2008

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3Departamento de Electricidad

Act iv idades de Invest igac ión 2008Eli

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› resumen

El presente proyecto se enmarca como un complemento al proyecto FONDECYT 1085111, adjudicado por el Investigador Principal de esta propuesta, para el período 2008-2009, tomando en cuenta los comentarios de los revisores que sugerían ampliar los temas de investigación a operación y detección de fallas en la topología Flying Capacitor (FC) y sus derivadas. En forma adicional, permitirá abordar temáticas relacionadas con el Control Predictivo basado en Modelo Interno (MPC), las cuales se están tratando de manera conjunta con el Centre of Excellence for Complex Dynamic Systems and Control, University of Newcastle, Australia.

La electrónica de potencia es la encargada, entre otras funciones, de controlar el funcionamiento de los motores eléctricos en múltiples aplicaciones industriales. Para esto se requiere de convertidores de potencia y de algoritmos de control apropiados. Los convertidores de potencia son arreglos de semiconductores y elementos pasivos, tales como diodos, transistores de potencia (p.e. IGBTs), condensadores e inductancias, los que pueden combinarse de múltiples maneras con el fin de alcanzar diversos objetivos específicos. En los últimos 20 años se ha empezado a desarrollar con fuerza un nuevo tipo de convertidores, denominados Multinivel, los cuales permiten operar a mayores voltajes con una mejor calidad en las señales eléctricas. Los convertidores Multinivel pueden dividirse en tres grandes ramas: Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitors (FC) y Cascade Multicell (CM), ordenados por año de aparición.

El interés por la topología FC ha aumentado fuertemente en los últimos años, enfocándose en varios aspectos: operación en condiciones de falla, técnicas de modulación y balanceo de los condensadores flotantes y aplicaciones. El proyecto FONDECYT propuesto, utilizará una técnica derivada del MPC para aumentar el rango de operación y la calidad de las variables eléctricas de un convertidor FC, sin embargo las técnicas presentadas hasta el momento para la detección de fallas no son compatibles con el uso de esta técnica de control. Éste es uno de los puntos a desarrollar con el apoyo del presente proyecto, siendo un aspecto muy importante, debido a los altos niveles de confiabilidad y disponibilidad que los convertidores de potencia deben ser capaces de proveer en las aplicaciones industriales.

Un segundo aspecto importante a abordar en este proyecto, dice relación con la implementación real de los algoritmos de control MPC en convertidores de potencia, un tema tan actual que para este año se espera un número especial de la revista ISI IEEE Transactions on Industrial Electronics, en este tema. El MPC se basa en la búsqueda de los estados de conducción óptimos de los semiconductores con el fin de minimizar un funcional de costo dado, de acuerdo a un criterio predefinido. El problema con esta filosofía es que es necesario probar todas las combinaciones de interruptores que el convertidor puede generar, y que en el caso de un convertidor FC trifásico de tres celdas por fase, llegan a ser 512. Este alto número dificulta la implementación real del método, aún en los dispositivos digitales más modernos. Una solución al problema es la de reducir el espacio de búsqueda, lo que disminuye el desempeño del control, pero aumenta su implementabilidad. La pregunta a responder en este caso es con que criterio se seleccionarán los subconjuntos de búsqueda de manera de hacer que la disminución del desempeño sea la menor posible, pregunta que espera ser respondida a partir de los resultados obtenidos.


Detección y Operación en Condiciones de Falla de un Convertidor Flying Capacitor operando con Control Predictivo

InvestigadorDr. Pablo Lezana I.

ÁreasIngeniería Eléctrica

Ingeniería Electrónica

3.1


1 6

› abstract

This project reinforces the FONDECYT Project 1085111, leaded by the main researcher of this proposal for the period 2008-2009. In the opinion of the reviewers of that project, the operation under internal fault condition of a Flying Capacitor Multilevel Converter (FC), should be included among the research topics, being this point the central topic of this proposal. Moreover, this project will explore aspects of the implementation of Model Predictive Control (MPC) in FC converters, in collaboration with the Centre of Excellence for Complex Dynamic Systems and Control, University of Newcastle, Australia.

The interest in the FC topology FC has significantly increased in recent years, focusing in several aspects: operation under fault, modulation techniques and dc-link voltage balance. The FONDECYT project uses a MPC to increase the operation range and the quality of the electrical variables of a FC, however the fault detection techniques presented until now, are not well suited for this kind of controller. This will be one of the aspects covered by this research, being an important topic due to these converters are used to feed large motor and critical loads, so reliability and availability are key aspects.

A second topic to be covered will deal with implementation aspects of MPC controllers. MPC searches among all the possible switching combinations looking for the one who minimizes a predefined quality function. In applications with multilevel converter the number of calculation required increases exponentially. In fact for a three-cell three-phase FC converter the number of combinations that must be evaluated is 512. This high number is difficult to reach, even with modern digital signal processors. A solution to this problem is to evaluate just a sub-space of combinations, eventually reducing the controller behavior. The question to be answered is which criteria should be used to define these sub-spaces in order to minimize the possible detrimental effects.


Mejoramiento de la Respuesta a Perturbaciones en el Control de Corriente de Rectificadores conectados en ParaleloInvestigadorDr.-Ing. Jorge Juliet A.

ÁreasIngeniería EléctricaIngeniería Electrónica

› resumen

En la industria minera de cobre se realiza en las etapas finales un proceso electrometalúrgico, la electroobtención, el que consiste en recuperar el cobre de una solución electrolítica, mediante la apli-cación de una corriente eléctrica a esta solución. El cobre queda finalmente adherido a placas metáli-cas, los llamados cátodos, los que tienen un 99,99% de pureza. Para este fin se utiliza generalmente rectificadores tiristorizados de gran capacidad, con control de corriente, los que inyectan la corriente en la llamada nave electrolítica. Una configuración muy utilizada para estos rectificadores es la de tipo doble estrella con transformador de interfase, en sus versiones ANSI 45 o ANSI 46 (dependiendo del tipo de conexión del transformador alimentador). Estos equipos son críticos en el sistema, ya que de su buen funcionamiento y disponibilidad depende el nivel de producción de cátodos.

En el último tiempo, debido a los precios alcanzados por el cobre en el mercado mundial, se ha observado que diversas compañías han decidido aumentar levemente la producción de cátodos, instalando para ello, en paralelo con los equipos existentes, rectificadores cuya capacidad es una

3.2

DEPARTAMENT O DE ELECT RICIDAD

1 7

fracción de la de los primeros, en lugar de cambiar toda la instalación por un solo equipo más grande. Con ello logran aumentar la inyección de corriente en un 10, 20% o más, según el caso. Debido a que todos los equipos son operados con control de corriente, el funcionamiento de ellos en paralelo no presenta problemas en condiciones de operación normales. Sin embargo, se ha observado, ya un número importante de veces, que la respuesta ante perturbaciones del sistema completo (equipos en paralelo de capacidad distinta) no es del todo satisfactoria. El caso más crítico de perturbación en el sistema es el siguiente: Operan dos equipos en paralelo y, repentinamente, sale de servicio (se desconecta) el rectificador mayor. El rectificador de más baja capacidad tiende en un primer momento a suministrar la corriente total original a la nave electrolítica, sin embargo, el control compensa rápidamente esta desviación. La velocidad con la que se realiza esta compensación y la amplitud de la desviación dependerán del correcto ajuste del control y, suponiendo que ello es cierto, de los parámetros de la planta. Esto no debiera representar mayores inconvenientes, sin embargo, hay un factor crítico en el problema: la diferencia grande de capacidad de ambos equipos. Esto implica que, si bien el control compensa el efecto de la perturbación, la amplitud de ella puede llegar a ser bastante más grande que la capacidad del equipo pequeño. Esto ha llevado, en la práctica, a la destrucción de tiristores del rectificador, en algunos casos y, en otro, a la operación de protecciones, sacando de servicio al rectificador sano, aparte del que salió originalmente. Esto influye lógicamente en los niveles de producción. Para clarificar esto con cifras, supóngase que la planta cuenta originalmente con un equipo de 100 kA. Para aumentar levemente la producción, se instala en paralelo, con control independiente de corriente, un nuevo equipo de 10 kA. Suponiendo ahora que, durante la operación, sale de servicio el equipo grande. El de 10 kA intentará en un comienzo inyectar 110 kA a la nave, pero esto será compensado por el control, dando como referencia, automáticamente, una tensión de alimentación más baja, y con ello volverá a inyectar los 10 kA originales de la unidad. Sin embargo, en el proceso transitorio de compensación, si bien la corriente no llega a 110 kA, podría haber llegado a 30, 40, 50 kA o más, lo que es varias veces su valor nominal. Ello puede conducir a destrucción de semiconductores o, en el mejor caso, a operación de las protecciones de sobrecorriente y salida de servicio del segundo equipo. Ambas situaciones han sido observadas en la práctica y en distintas plantas.

Este problema ha sido abordado por un equipo de trabajo del Departamento de Electricidad, para estudiar distintas alternativas de solución. Una memoria de titulación finalizada ya obtuvo importan-tes conclusiones con la proposición de un esquema de control que realiza un mejor modelamiento matemático de la planta, lo que resulta finalmente en un esquema prealimentado (feedforward), lo que se traduce en modelar y compensar el acoplamiento entre ambos sistemas rectificadores. Los resultados, a nivel de simulación, son excelentes, pues se ha demostrado que el rectificador más pequeño apenas ve alterada su corriente tras la salida del equipo mayor. Lo mismo se ha observado ante otras perturbaciones introducidas al sistema. Sin embargo, el esquema presenta dependencia de los parámetros de la planta, en particular en forma importante de la resistencia de eléctrica de la nave electrolítica. Este parámetro, por otro lado, puede variar, aunque lentamente, durante la opera-ción. Una mala estimación o una variación posterior de la resistencia, puede causar que el esquema propuesto no funcione como se proyectó. Para ello, en una segunda memoria de titulación, que fina-lizará en marzo de 2008, se abordó el estudio y desarrollo de métodos de estimación de parámetros en línea (en funcionamiento), mediante la adquisición y procesamiento digital de señales medidas, en particular corrientes y tensiones en la planta. Los resultados también han sido satisfactorios, pues se logra estimar con gran precisión y en todo momento no sólo la resistencia de la nave, sino también la tensión en ella (la solución se comporta como una batería eléctrica) y la inductancia del transforma-dor de interfase, todos ellos parámetros y variables que influyen en el buen desempeño del control automático.

El objetivo de este proyecto es realizar los experimentos que permitan avalar los resultados teóricos obtenidos. En forma paralela se continuará investigando el tema detallado arriba, perfeccionando los modelos desarrollados. En este sentido se ha determinado la conveniencia de analizar el efecto de un término derivativo en el esquema prealimentado que se desarrolló, pues el esquema planteado no realiza una compensación perfecta, si bien mejora la respuesta enormemente. Este es aún un


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tema abierto en la teoría y en la práctica y los primeros análisis están comenzando en la actualidad informalmente.

Para llevar a cabo el proyecto con éxito, se requiere montar en laboratorio rectificadores del tipo doble estrella conectados en paralelo. Tarjetas electrónicas ya han sido desarrolladas, por lo que falta aún adquirir las componentes para armarlas y probarlas. Se trabajará físicamente en el (nuevo) Laboratorio de Investigación en Accionamientos Eléctricos (LIAcE) del Departamento de Electricidad, el cual cuenta con las infraestructura adecuada para llevar a cabo los experimentos. El sistema requerirá también de una plataforma digital de control como las otras existentes en el laboratorio, pero que permita un uso exclusivo en este proyecto. Tal sistema digital está ya por completo desarrollado, por lo que se requiere sólo comprar las componentes electrónicas necesarias para armarlo. La posibilidad de trabajar en forma analógica se descarta por completo, debido a la complejidad de los cálculos matemáticos de la estrategia de control y cálculo de parámetros en tiempo real. El proyecto debería financiar a ayudantes con tareas de armado de sistemas electrónicos, puesta en marcha y realización de experimentos para contraste con resultados de simulaciones. Se espera desarrollar y postular a un proyecto Fondecyt de Iniciación para conseguir fondos de mayor envergadura a futuro, para continuar esta línea de trabajo.

› abstract

In the final stages of copper mining industry there is an electro-metallurgical process, the electro-winning, which means to recover copper from an electrolytic solution by applying an electric current to this solution. Copper is finally fixed to metal plates, called cathodes, which have a purity of 99,99%. For this purpose are generally used high current controlled thyristor rectifiers, which feed the current in the so-called electrolytic cells. A widely used configuration for these rectifiers is the so called double star connection with interface transformer in their versions ANSI 45 or ANSI 46 (depending on the type of transformer’s connection). These equipments are critical in the system because the level of production of cathodes depends on its correct operation and availability.

In recent times has been observed that several companies have decided to slightly increase the production of cathodes. To achieve that, in parallel connection with existing equipment are installed rectifiers whose capacity is a fraction of the first, rather than replace the entire installation with a single larger unit. The current injection is so increased in 10, 20% or more, depending on the case. Because all converters are operated with current control, the operation of them in parallel connection does not have problems in normal operating conditions. However a significant number of times has been observed that the response to disturbances of the whole system (equipment with different capacity in parallel) is not entirely satisfactory. The most critical situation in the system is the following: two converters operate in parallel and, suddenly, the bigger rectifier leaves service (disconnects for any reason). The rectifier with the lower capacity tends at first to supply the total original current to the electrolytic cells; however, this deviation is normally quickly compensated by the control. The speed of this compensation and the amount of the deviation depends on the proper control adjustment and on the parameters of the plant. This should not represent major drawbacks, however, there is a critical factor in the problem: the large capacity difference between both converters. This implies that while the control really compensates the effect of the perturbation, the amount of it may be quite larger than the capacity of the small converter. This has led in practice to the destruction of the rectifier’s thyristors, in some cases, or, to the operation of fuses, and so is the small rectifier turned off too, though it was healthy. Of course, this affects production levels. To overcome that, a feedforward control scheme is proposed. It is based on a better modeling of the plant and so compensates the coupling between both rectifiers. A bad estimate or a variation of the resistance may cause the proposed scheme does not work as planned. To do so, methods for on line estimation of parameters are proposed. It is needed the acquisition and digital signal processing of variables, current, voltages of the plant.


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The objective of this project is to improve the already developed methods and models and to conduct experiments to demonstrate the theoretical results.


Contribuciones al Diseño de Megatransformadores-Rectificadores controlados para Procesos de Electroobtención

InvestigadoresM.sc. ricardo Fuentes F.

Ph.D. Fernando carvajal g.Ing. Alejandro Angulo C.


Ingeniería Mecánica

› resumen

En los procesos hidrometalúrgicos y de electroobtención de cobre en Chile, la tecnología moderna empleada para alimentar con corriente continua las naves, donde se deposita el cobre en los cátodos, consiste en enormes rectificadores de potencia controlados electrónicamente, mediante tiristores de alta corriente y circuitos de disparo y control digitales. La corriente continua total en la carga, típicamente 40, 60, 80 kA o más, se obtiene empleando varios rectificadores de 6 pulsos en paralelo cuyos transformadores de alimentación se conectan en configuraciones multipulso simétricas (unidades de 6 pulsos tipo de 20-30 kA c/u con secundarios desfasados para mitigar armónicas). Este es el escenario actual.

El rectificador controlado de una planta de electroobtención es el equipo eléctrico más importante, pues consume aproximadamente el 90% de la energía de ésta. El logro de las metas de producción depende directamente de su disponibilidad o confiabilidad.

El desafío y oportunidad histórica para Chile en la tecnología de electroobtención de cobre, donde a la fecha nuestro país es líder mundial, es, además de algunos temas hidrometalúrgicos, el desarrollo de mega transformadores-rectificadores de alta corriente para mega plantas, pues dadas las demandas internacionales de los nuevos mercados, la producción deberá aumentarse enormemente en los próximos años. Para ello se deberá contar con equipos de mayor capacidad que la actual y con un sólido soporte técnico local (la asistencia técnica extranjera, en la práctica y económicamente hablando, tiene tiempos de espera muy altos). Estos mega equipos deberán ser unidades rectificadoras de 6 pulsos del orden de 50 kA (celdas de 60-70 cátodos con densidades de corriente de 350 A/m2 o más) y 400 V (200 celdas en serie o más), alimentadas por transformadores de 25 MVA aproximadamente en una sola unidad. Estas megapotencias apuntan a tener plantas con mejores rendimientos respecto de la situación actual.

La experiencia del diseño y fabricación en Chile de rectificadores de alta corriente de 6 pulsos ha sido exitosa. Hasta el momento se han construido rectificadores controlados de 25 kA. El paso siguiente, sin embargo, requiere resolver varios temas: control de corriente, balance de corrientes en los tiristores en paralelo, minimización de pérdidas, ruido acústico y vibraciones, desarrollo de metodologías de pruebas en fábrica, supervisón remota para mantenimiento predictivo de los equipos, comportamiento para grandes ángulos de disparo, etc. La investigación aquí planteada apunta al diseño de estos mega equipos en tres aspectos fundamentales (no en orden de importancia):

› 1. Estudio de diferentes alternativas para el reactor de interfase del transformador. Aquí deberán resolverse los problemas de saturación magnética, calentamiento y generación de vibraciones.

3.3


2 0

› 2. Investigación sobre la conducción de muy altas corrientes. Diseño óptimo de barras con refrigeración interna por agua. Acá deberá buscarse la configuración que desde el punto de vista eléctrico, térmico, mecánico, de compatibilidad electromagnética y económico, entregue los mejores resultados.

› 3. Análisis del ruido acústico generado por el mega equipo. Esto será considerado desde el punto de vista de la norma, que establece los valores máximos permisibles en áreas industriales para el ruido generado. Su inclusión en el estudio incidirá directamente en los diseños óptimos que se logren como resultado del mismo. Además, este tipo de análisis servirá como punto de partida para el estudio de una técnica de mantenimiento predictivo, no invasivo, que permita diagnosticar eventuales fallas o situaciones de riesgo en estos mega equipos antes de que éstas sucedan.

Todos los puntos anteriores, consideran el uso de técnicas numéricas de última generación para la realización de los estudios requeridos. Éstos incluyen la combinación adecuada de técnicas de ele-mentos finitos, elementos de frontera, puntos finitos, etc.; junto con procesos implícitos de optimi-zación que permitan determinar los diseños óptimos a la luz de objetivos y restricciones definidos a priori. Dado que a nivel comercial no existen herramientas de este tipo, será necesario implementar durante el desarrollo del proyecto códigos propios donde se plasmen las metodologías anteriormente establecidas.

› abstract

In copper production by electrowinning process it is necessary to have enormous DC controlled current in order to deposit the copper on cathodes. This technology use DC transformer-rectifiers controlled by high current thyristors. The load DC current is typically 40, 60, 80 DC kA or higher, which is obtained by connecting several 6 pulses rectifier in parallel, where the transformers are phase shifted in order to obtain multipulse configurations (harmonics mitigation on AC primary lines). Each 6 pulses rectifier is normally not higher than 25 kA DC. At present this is the scenario.

The power controlled rectifier is the most important electric equipment of the electrowinning plant. Its power consumption is around 90% of the total electric power consumption of the plant.

The international demands of copper will be increasing in the short future. This way, the next step of the copper technology from electric point of view will be to operate with very high current DC current on each 6 pulses rectifier, such as 50 kA DC current, 25 MVA approximately. This is an historical challenge for this country, which consist in the development of mega transformer-rectifiers.

The Chilean experience on high current controlled rectifier has been successful. By now the highest DC current level is 25 kA. For even higher current level it is mandatory to analyze and solve several topics, such as, current control, current balance in thyristors in parallel, acoustic noise mitigation, testing methods on factory, long distance supervision, magnetic saturation, losses mitigation, cooling and others. In this research project it is consider to study 3 subjects, as follows:

› 1. To analyze different alternatives of interphase reactor design in order to mitigate heating, magnetic saturation and vibrations (noise).

› 2. Investigation on very high DC current on DC bars (copper or aluminum). It will be analyzed what happens on those DC bars concerning heating, current distribution and EMC.

› 3. Investigation on acoustic noise generated by this mega transformer rectifiers. The principal aim of this part is to know more details of noise origin, noise propagation and noise mitigation. This topic it is much more important if we pretend to develop a non invasive method of predictive maintenance, through acoustic noise measurements.


2 1

Finally, all previous topics consider very recent numerical technics, such as, finite elements, finite points, border elements, etc., in combination with optimization methods.

[ Proyecto FONDECYT 1085111 ]

Técnicas de Control y Nuevas Topologías basadas en Convertidores Multinivel de la Familia Flying Capacitors

InvestigadoresDr. Pablo Lezana I.Ph.D. César Silva J.



3.4

› resumen

Este proyecto se centra en la topología multinivel Flying Capacitor (FC). El trabajo puede dividirse en tres líneas principales:

a) El investigador principal ya cuenta con un trabajo basado en simulaciones presentado en la confe-rencia ISIE 2007, donde se muestra una nueva topología multinivel llamada Mixed Multicell Cascade Invertir. Esta topología es basada en el concepto de voltajes de dc-link variables, los cuales son gene-rados por arreglos del tipo FC, los cuales son utilizados para alimentar puentes H. Los beneficios más importantes de esta topología son:

› Un menor número de semiconductores que las topologías existentes.

› Menores pérdidas de conmutación, debido a que el puente H conmuta a frecuencia fundamental.

› Un transformador de entrada más simple que el utilizado por la topología Multicelda en Cascada.

› Condensadores dimensionados a la mitad del voltaje que los necesarios para un FC equivalente.

Con este proyecto se construirá un prototipo que permita conformar los resultados de simulación, modulaciones alternativas serán probadas, el uso de un Stacked Multicell Converter (SMC) en lugar de un FC será explorado y la operación ante condiciones de falla interna será analizada.

b) Métodos de control:

Una de las ventajas de los convertidores multinivel es la buena calidad de las formas de onda de salida que se obtienen a medida que el número de niveles aumenta. Sin embargo, aumentar el nú-mero de niveles usualmente implica aumentar el número de componentes que se necesita controlar. Una manera alternativa de aumentar el número de niveles es usar valores asimétricos de voltaje en los condensadores del dc-link, reduciendo la cantidad de estados redundantes del convertidor, por lo que los esquemas de control y modulación deben modificarse. La solución propuesta es la de utilizar un algoritmo de control predictivo para manejar los voltajes en los condensadores flotantes y al mismo tiempo, mantener la corriente de salida controlada. El control predictivo, evalúa el comportamiento del convertidor ante todas las posibles combinaciones de switches, eligiendo aquella que minimiza un funcional de error dado. De esta manera un controlador de este tipo debería ser capaz de manejar adecuadamente los voltajes y corrientes de un convertidor de este tipo. Se espera obtener resultados de simulación y experimentales que permitan la redacción de al menos un artículo para revista.


2 2

c) Modelado de un FC:

Publicaciones recientes han demostrado que en estado estacionario, el voltaje de un convertidor FC de n-niveles mantiene los voltajes de los condensadores balancelados en la razón 1:2:…:n. Sin embargo estos trabajos utilizan una matemática bastante compleja y no dan una luz sobre el comportamiento durante los transientes. El objetivo en este punto es desarrollar un sistema simple a gran señal para el voltaje de los condensadores flotantes. Esto permitiría entender de mejor manera los efectos de la carga y la frecuencia de conmutación en estos voltajes, además de posibilitar un diseño más preciso de los controladores de balanceo, en el caso de ser necesarios.

Al igual que en los puntos anteriores, se espera que la validación experimental del modelo sea conducente a la generación de al menos una publicación.

› abstract

This project will be focused in the Multilevel Flying Capacitor (FC) topology. The work can be divided in three main investigation lines.

a) Related topologies:

The authors have already presented a work on ISIE 2007, based on simulation results with a new Multilevel topology called Mixed Multicell Cascade converter. This topology is based in a variable dc-link voltage which is generated by a FC topology (namely a traditional FC), which is used to fed an H-bridge inverter. The most important benefits reached with this topology are:

› A lower number of semiconductors than previously presented topologies.

› Lower commutation loses, due to the H-bridge commutates at fundamental output frequency.

› Simpler input transformer than a classical Cascaded Multicell converter (CM).

› Capacitors are rated at a half voltage than classical FC converter.

With this project a prototype to confirm simulation results will be constructed, alternative modulation methods will be investigated, the use of a Stacked Multicell Converter (SMC) instead of the FC converter will be explored and operation under internal fault condition will be analyzed.

At least two papers to journal and one paper to conference will be generated with this work.

As the simulation results of the first part of this point have been already obtained, the experimental set-up will be used for this point first, while the simulation results of the following point are generated.

b) Control Methods:

One of the advantages of multilevel converters is their output signal quality, which increase while the number of levels do. However, increase the number of levels usually implies to increase the amount of components required. An alternative way to increase the number of levels is to use asymmetric values in the dc-link voltages, this reduce the number of redundant voltages, which in a FC converters allow to control the dc-link voltage levels, so modification in the modulation algorithm and other kind of redundancies, must be used. The proposed solution is to apply a predictive control to deal with the dc-link voltage values. As predictive control search among all the possible switching states, it should be able to select a switching combination that leads to a good reference tracking of the dc-link voltage levels without producing an important distortion in the output current.

The simulation results obtained will be contrasted with experimental results obtained with the power converter constructed in point II.a), for this purpose the hardware will be properly designed.

At least one paper in conference, which would lead to a journal paper will be generated.


2 3

c) Modelling of the FC:

Recent works have demonstrated that in steady-state, the voltage of a n-level FC topology will keep balanced in a ratio 1:2:…:n. However those demonstrations used a hard mathematics and do not give any light about transients. The objective in this point will be to develop a simple large signal model for the capacitors voltage. This would allow understanding in a better way the effects of the load, powering rate and capacitor size in the transients of the voltages. This will also allow to design more accurate controllers if an active balancing control is desired.

As in the previous point, the simulation and analytical results will be contrasted experimentally and the results will be send to a conference which would lead to a journal paper.

[ Proyecto FONDEF D05I10098 ]

Mejoramiento de Operaciones de Biolixiviación de Minerales de Cobre y Electro-Obtención en Plantas a gran altura mediante Calentamiento de

Soluciones por Inducción MagnéticaInvestigadores

Dr. Manuel Duarte M. (Universidad de Chile)M.sc. ricardo Fuentes F.

Dr.-Ing. Jorge Juliet A.

ÁreaMinería

› resumen

El problema abordado por este proyecto consiste en calentar grandes volúmenes de fluido de manera eficiente y económica, con aplicaciones en electro-obtención y biolixiviación. En el primer caso se desea calentar soluciones en las plantas de electro-obtención, de modo de optimizar la velocidad de electro-cristalización del cobre y hacer más eficiente el proceso de fabricación de cátodos. En el segundo caso, se trata de calentar la solución con la que se riegan las pilas (reactores) en cuyo lecho actúan microorganismos, en plantas de procesamiento de minerales de cobre cuya temperatura ambiental es muy baja por efecto de la altura. El proyecto presenta una solución técnico-económica para el problema planteado anteriormente, basada en el diseño y construcción de un equipo para el calentamiento inductivo, cuyas principales características son su alta eficiencia, alta densidad de potencia, calentamiento distribuido, no requiere estanques, no requiere intercambiadores de calor, es instantáneo, controla del gradiente de temperatura en forma precisa, sin puntos calientes, no es dañino para la salud humana ni para los microorganismos y posee bajos costos de inversión y operación. El equipo emplea un novedoso sistema de calentamiento de soluciones por inducción magnética, el cual utiliza una fuente de frecuencia media que genera un campo magnético, un susceptor magnético celular y un sistema de control adaptable robusto de temperatura. En el proyecto se contempla diseñar y construir un equipo prototipo de calentamiento inductivo de 30 kW de potencia, compacto, con un alto grado de control y automatización, lo que permitirá evaluar a nivel de laboratorio la solución propuesta. Luego se diseñará y construirá un equipo semi-industrial de calentamiento inductivo de 500 kW de potencia, para evaluar sus capacidades en un ambiente semi-industrial, paso previo al diseño y construcción de un equipo industrial.

› abstract

The focus of this proposal is on the efficient and economic heating of large volume of fluids with applications in electro-winning and bioleaching. In the first case the purpose is to heat the electrolyte

3.5


2 4

in electro -winning plants such that the rate of copper electro-crystallization is increased improving the efficiency of the cathode making process. In the second case the problem is to heat solutions for leaching the piles (reactors) on which microorganisms act, in minerals processing copper plants where the environmental temperature is low because of the height. The project presents a technical and economical solution for the problem above stated based on the design and manufacturing of an inductive heating equipment whose main characteristics are; high efficiency, high power density, distributed heating, without tanks, without heat exchangers, instantaneous, accurate gradient temperature control, without hot spots, harmless for human and microorganisms and having low investment and low cost operation.The equipment uses a novel heating system based on electromagnetic induction which consists of a medium frequency source generating a magnetic field, a magnetic susceptor and a robust adaptive temperature controller. The proposal considers to design and build a compact 30 kW prototype highly automated to evaluate under laboratory conditions the proposed solution. Next, a semi-industrial equipment of 500 kW will be designed and built to evaluate the technology in a more realistic scenario, as a previous step to the industrial version.


c. silva, P. Lezana, S. Kouro, J. Soto, “Control of an hybrid multilevel inverter for current waveform improvement”, Industrial Electronics, 2008. ISIE 2008. IEEE International Symposium; pp. 2329-2335; 30 June-2 July 2008

P. Lezana, G. Ortiz, J. Rodríguez, “Operation of regenerative Cascade Multicell Converter under fault condition”, Control and Modeling for Power Electronics, 2008. COMPEL 2008. 11th Workshop; pp. 1-6; 17-20 Aug. 2008

J. Rodríguez, M. Pérez, P. Lezana, P. Hammond, J. Pontt, “High Power Synchronous Machine fed by a Cascaded Regenerative Inverter”, Industry Applications Society Annual Meeting, 2008. IAS ‘08. IEEE; pp. 1-7; 5-9 Oct. 2008

R. Aguilera, P. Lezana, D. Quevedo, T. J. Summers, “Predictive control Algorithm Robustness for Achieving Fault Tolerance in Multicell Converters”, IEEE Industrial Electronics, IECON 2008 - 34nd Annual Conference; 10-13 Nov. 2008


s. Kouro, P. Lezana, M. Angulo, J. Rodríguez, “Multicarrier PWM With DC-Link Ripple Feedforward Compensation for Multilevel Inverters”, IEEE Transactions on Power Electronics, Volume 23, Nº 1, pp. 52-59; Enero 2008

P. Lezana, J. Rodríguez, D. Oyarzún, “Cascaded Multilevel Inverter With Regeneration Capability and Reduced Number of Switches”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, Nº 3, pp.1059-1066; Marzo 2008

1

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4

1

2


2 5


4 Departamento de Electrónica

Elo

2 6 DEPARTAMENT O DE ELECT RÓNICA


Investigación Robótica Móvil Autónoma (IRMA)InvestigadoresPh.D. tomás arredondo V.Ing. Wolfgang Freund G.

ÁreasIngeniería en ComputaciónIngeniería Electrónica

› resumen

En este proyecto se propone el estudio y desarrollo de algoritmos evolutivos multi-objetivos, utilizando métodos de Softcomputing (Fuzzy Logia, Neural Networks, Genetic Algorithms), para robots móviles de bajo costo en aplicaciones de tiempo real. Es decir, el estudio y desarrollo de algoritmos basados en sistemas naturales como la evolución natural, las redes neuronales y la lógica difusa para mejorar las capacidades de los robots móviles de bajo costo en el desempeño de diferentes tareas en el mundo físico.

Los principales métodos para el desarrollo de algoritmos evolutivos conocidos actualmente incluyen los algoritmos y la programación genética. Ambos métodos están basados en modelos artificiales de la evolución para poder hacer una búsqueda global de posibles soluciones a problemas complejos como la navegación y modelamiento ambiental robótico. Está ampliamente demostrado que este tipo de métodos son capaces de encontrar soluciones muchas veces de menor costo y complejidad a problemas que escapan a soluciones basados en métodos de búsqueda local. El problema de poder desarrollar estas capacidades en robots de bajo costo no ha sido abordado con profundidad.

Un beneficio de utilizar métodos basados en sistemas naturales como la lógica difusa en robótica es que pueden proveer una interfaz hombre-máquina más simple e intuitiva.

Este proyecto es la continuación del proyecto de iniciación de la DGIP del 2005 (Nº 23.06.01) y la continuación segundo año del proyecto IRMA (23.07.26), sobre la misma temática que condujo a dos publicaciones ISI aceptadas y en la presentación de los resultados en congresos nacionales e internacionales. El objetivo del proyecto actual es profundizar y mejorar los algoritmos y métodos de-sarrollados y también construir un robot móvil autónomo robusto que integre estos nuevos métodos en una plataforma de bajo costo que tenga un buen desempeño en tareas como navegación y reco-nocimiento de entornos.

Las soluciones que aquí se deriven tienen gran aplicabilidad en la industria y pueden dar origen a patentes y proyectos asociados con la industria nacional. También se espera que este proyecto derive en la presentación de un proyecto FONDECYT hacia el final del segundo año de su ejecución.

› abstract

In this project we propose the study and development of multi-objetive evolutionary algorithms using methods from Softcomputing (Fuzzy Logic, Neural Networks, Genetic Algorithms) for low cost mobile robots in real time applications. That is the study and development of algorithms based on natural systems like evolution, neural networks and fuzzy logic to improve the capabilities of current mobile robots in completing various tasks in the real world.

The principal methods for the development of evolutionary algorithms known currently include genetic algorithms and genetic programming. Both methods are based in an artificial models of evolution in order to enable a global search of possible solutions to complex problems such as robotic navigation and environmental mapping. It is well known that these types of methods are capable of

4.1

2 7Actividade s de Inve stigación 20 0 8 | UT F SM

finding solutions that many times have lower cost and complexity to problems that escape solutions based on local search techniques. The problem of developing these capabilities in low cost robots has not been completely resolved to date.

One benefit of utilizing methods based in natural systems like fuzzy logic in robotics is that they could provide a simpler and more intuitive interface between robots and people.

This project is a continuation of the Project of initiation of the same title that was awarded by the DGIP in 2005 Nº 23.06.01 and 2007 Nº 23.07.26. Said project resulted in two ISI publications and in the presentation of the results in national and international conferences. The objective of the present project is to deepen and improve the algorithms and methods developed and also to construct a robust mobile autonomous robot that integrates these technologies in a low cost platform that can have a good performance in duties such as navigation and environment recognition.

The solutions that will be derived have great applicability in industry and could give origin to patents and related projects in conjunction in national companies. It is also expected that this project will derive in the presentation of a FONDECYT project towards the end of the second year of execution.


Desarrollo de Nuevos Métodos Matemáticos y Software para analizar y mejorar la Disponibilidad de Sistemas Reparables

InvestigadorDr. reinaldo Vallejos c.

ÁreasIngeniería en Computación

Probabilidades, Matemáticas Aplicadas y Estadística

› resumen

La disponibilidad de un sistema se define como la fracción de tiempo que dicho sistema cumple correctamente las funciones para las cuales fue diseñado, dividido por el tiempo que el sistema es usado.

La disponibilidad influye significativamente en el éxito de todas las empresas. La no-disponibilidad de sistemas genera costos tangibles e intangibles para una empresa. Los costos tangibles pueden ser evaluados a través de estimar la pérdida de productividad; pérdida de ingresos económicos; pagos de horas extra a los empleados; e inversión adicional en materiales o equipos. Los costos intangibles corresponden a la pérdida de clientes y usuarios, entre otros. En última instancia, los factores anteriores se traducen en rentabilidad para las empresas, motivo por el cual la disponibilidad es una medida de rendimiento que tiene gran importancia económica.

Conscientes de la situación recién descrita, las empresas hacen esfuerzos por mejorar/controlar la disponibilidad de sistemas (de hecho, dedican parte importante de su presupuesto, del 10% al 45%), entre ellos están: definir la calidad/cantidad de los componentes utilizados, documentar la infraestructura/procesos; invertir en stock de repuestos, invertir en redundancia de equipos (así, si un equipo falla, éste será reemplazado, automática o manualmente, por uno equivalente): definir políticas de mantención; monitorear en línea la operación de la empresa o algunos de sus procesos. Actualmente las empresas utilizan sólo algunas de éstas técnicas y, como es natural de esperar, las grandes empresas son las más avanzadas en este sentido.

Existen software (basados en métodos matemáticos) diseñados para evaluar la disponibilidad. Sin embargo, estos software o son muy simples (diseñados para hacer docencia principalmente) ó son

4.2

2 8

muy caros y demandan personal altamente calificado para su operación. Por estas razones su uso no está difundido en las empresas. La mayoría de ellas (en Chile y el extranjero) enfrenta el problema de la disponibilidad principalmente con políticas de reacción. Lamentablemente, este tipo de política no consigue alcanzar el mismo nivel de disponibilidad que se alcanzaría si se usaran métodos predictivos y técnicas especializadas. Esta situación abre una oportunidad; ya que, si se vencen las barreras iniciales, las empresas podrían incorporar técnicas de control/mejora de la disponibilidad, como el modelado de la infraestructura/procesos/operación y el uso de software especializado. Estas técnicas tendrán mayor impacto en las grandes empresas, ya que en ellas son muchas las variables que influyen en la disponibilidad y a su vez ésta tiene un mayor impacto económico.

El objetivo general de este proyecto consiste en desarrollar herramientas que ayuden a mejorar la disponibilidad de sistemas y proceso. Para lograr esto se desea proveer herramientas, de modelado, de matemática y de software, que permitan controlar/mejorar la disponibilidad de sistemas, y transferir conocimiento a las empresas en el empleo de éstas técnicas.

El desarrollo de este proyecto tiene dos componentes: uno matemático y otro de software. Debido a que la disponibilidad está sujeta al azar, uno de los objetivos del proyecto es desarrollar nuevos métodos matemáticos que evalúen el impacto del azar en la disponibilidad de sistemas complejos (de empresa o secciones de empresas de gran tamaño) de forma más eficiente a como lo hacen los métodos actuales. Para esto se evaluarán al menos las siguientes métricas de disponibilidad: disponibilidad puntual; función de distribución de la disponibilidad; confiabilidad; duración de fallas y reparaciones. Cada una de estas medidas será evaluado tanto para régimen transiente como para régimen estacionario, según corresponda en cada caso.

Para evaluar cada una de las medidas recién enumeradas se usará la técnica matemática cono-cida con el nombre de randomización, que consiste en transformar una cadena de Markov de pará-metro continuo en una de parámetro discreto supeditada a un proceso de Poisson. De esta forma el algoritmo final de solución consistirá en una secuencia de operaciones matriciales. En consecuencia la investigación se focalizará en adecuar las operaciones matriciales de forma que el algoritmo ma-temático resultante sea más eficiente (tanto en el uso de memoria como de CPU) que los métodos existentes. Además se deberá lograr que los algoritmos generen resultados precisos y sean numéri-camente estables. Cabe destacar que cumplir todos estos objetivos requiere de un desarrollo mate-mático complejo.

En términos prácticos, que los algoritmos matemáticos que se desarrollen tengan las característicos descritas arriba, significa que el software que implemente dichos métodos pueda resolver problemas de alta complejidad en un computador personal en periodos de tiempo razonables (menos de una hora). Adicionalmente, el programa deberá ofrecer un ambiente amistoso para el usuario. Esto se conseguirá programando una interfaz que permita la visualización interactiva de grafos (ya sea en forma 2D ó 3D), debido a que los grafos constituyen una forma simple de visualización de los modelos matemáticos que se usarán.

› abstract

The availability of a system is defined as the accumulated time such a system works properly (performing the functions it was designed for) divided by the period of time the system is in use.

Availability has a significant impact in the success of companies. The unavailability of systems generates tangible and intangible costs for a company. Tangible costs can be evaluated estimating the production level decrease of a company, lost of revenues, payment of additional workforce and additional investment on equipment and supplies. Intangible costs correspond to the lost of:

DEPARTAMENT O DE ELECT RÓNICA

2 9

customers, company prestige, business opportunities and trust or satisfaction from customers. The just mentioned aspects affect the revenues of companies and therefore, the availability is a key performance metric for business.

Companies are aware of this situation and thus, they carry out many activities aiming to improve/control the availability of systems (in fact, companies devote significant part of their budgets 10% - 45% for such activities): definition of quality/quantity of utilized components, documentation of infrastructure/processes, investment on spare components and equipment redundancy (in this way, if a equipment fails, it can be quickly replaced), definition of maintenance policies, on-line monitoring of company operation or processes. Currently, companies perform only some of these activities and as expected, large-scale companies apply the most technically advanced techniques.

There are software systems (based on mathematical methods) designed for analysis of system availability. However, they are extremely simple (designed mainly for teaching purposes) or are verify expensive and require highly trained people to be used. For this reason, they are not widely used by companies. Instead, most of companies (in Chile and abroad) deal with the availability problem mainly by applying a posteriori techniques (that is, they act after a failure has been detected). However, a posteriori techniques cannot achieve the same high levels of availability obtained if predictive methods and specialized techniques were used. This situation offers a research opportunity because, if the discussed problems are solved (i.e. techniques for availability improvement could be easily adopted), companies could introduce techniques for improvement /control of availability (as the modeling of infrastructure/processes/operation) and use specialized software. These techniques will have a higher impact on large-scale companies (than small or medium size companies) because the have many factors affecting availability which, in turn, has a high impact on the revenues of the company.

The main objective of this project is the development of techniques and software which improve the availability of systems and processes. To do so, modeling techniques as well as mathematical methods and software for improvement/controlling of system availability will be generated. Additionally, the project aims to transfer the knowledge about the utilization of such techniques to the industry.

The development of this project has two main components: mathematical methods and software. Since availability might have random causes, one objective of this Project will be the development of new mathematical methods which evaluate the impact of randomness in the availability of complex systems (companies of departments of large-scale companies) in a more efficient way than current proposals. To do so, the following availability metric will be evaluated: instant availability, availability distribution function, reliability, length of repair and failure times. Each of these metrics will be evaluated in transient and steady state.

To evaluate each of the mentioned metrics, the randomization technique will be used. This technique consists on transforming a continuous Markov chain to a discrete Markov chain whose transitions are given by an independent Poisson process. In this way the solution corresponds to an algorithm which performs a sequence of matrix operations Thus, the research will focus on making this algorithm more efficient (in terms of CPU and memory usage) than current proposals. Moreover, the algorithm must produce accurate and numerically stable results. This task requires a complex mathematical analysis.

In practice, the just described features for the mathematical algorithm developed in this project mean that the software implementing these mathematical methods in capable of solving highly complex problems in a personal computer in a reasonable period (less than 1 hour). Additionally, the program must offer a friendly interface to the user. This will be achieved by an interface allowing an interactive visualization of graphs (in 2D or 3D form), because graphs provide an easy visualization of the mathematical models.


3 0


Identificación de Modelos de Estado mediante Máxima Verosimilitud en FrecuenciaInvestigadorPh.D. Juan Yuz E.

ÁreasIngeniería de Instrumentación y ControlIngeniería Electrónica

› resumen

El obtener una descripción adecuada de un sistema o proceso a partir de datos de entrada y salida, es un problema central para cualquier diseño de control basado en modelos. Este proyecto de investigación considera la identificación de sistemas descritos, mediante modelos en el espacio de estado, mediante el estimador de máxima verosimilitud en el dominio de la frecuencia.

Existe una amplia literatura referida a la estimación, mediante máxima verosimilitud en las áreas de estadística y econometría, y ha sido aplicada exitosamente en el área de Ingeniería de Control para la identificación de sistemas dinámicos. En esta área la mayor parte de los resultados existentes, consideran la aplicación del estimador en el dominio del tiempo, sin embargo, existen algunas ventajas cuando se considera el problema de estimación en el dominio de la frecuencia.

El proyecto se centrará en los siguientes puntos:

› 1. Propiedades estadísticas de los datos cuando se transforman al dominio de la frecuencia

› 2. La aplicación del algoritmo de maximización de la esperanza para modelos descritos en variables de estado

› 3. El uso de ancho de banda restringido para obtener una estimación robusta de los parámetros

› 4. Identificación de sistemas que operan en lazo cerrado

› 5. Identificación de sistemas de tiempo continuo.

› abstract

The problem of obtaining an accurate description of a given process or system from input/output data is central to any model based control design. In this research proposal we consider the identification of systems described in state-space form by using maximum likelihood estimation. Maximum likelihood estimation has a long history in statistics and econometrics literature, and has also been successfully applied to the identification of dynamical systems in control engineering. Most of the known results in the area consider only its application in the time domain, however, some important advantages arise when considering the problem in the frequency domain.

In this research project we consider issues such as:

› 1. The statistical properties of the transformed data to the frequency domain.

› 2. The Expectation Maximisation algorithm to estimate state-space models.

› 3. The use of restricted bandwidth to obtain robust estimates.

› 4. Identification of systems in closed loop.

› 5. Identification of continuous-time models.


4.3

3 1

`[ Proyecto USM 23.08.30 ]

Modelado de Canales de Propagación, Protocolos y Aplicaciones en Comunicaciones Inalámbricas

InvestigadoresPh.D. Rodolfo Feick L.Ph.D. Walter Grote H.

Ph.D. Hristo Hristov D.Dr. Héctor Carrasco E.

Dr. Mign-Sze TongSr. Andrés Cerón

ÁreasIngeniería en Telecomunicaciones


› resumen

Los sistemas inalámbricos del futuro ofrecerán un amplio rango de servicios, que requieren ca-pacidades de transmisión que superan ampliamente aquellas asociadas hoy con las comunicaciones de voz. En el presente proyecto se abordarán tres grandes temas, estrechamente relacionados entre sí en el área de las telecomunicaciones inalámbricas. Específicamente, los tópicos abordados son los siguientes:

Modelado del canal MIMO: Se estudiarán las características temporales y espaciales de canales inalámbricos MIMO en ambientes exteriores e interiores, con el fin de precisar la naturaleza y origen de sus características aleatorias. Se estudiarán canales múltiples MIMO en banda angosta así como en banda ancha. Los objetivos de este estudio son la predicción del desempeño de sistemas de telecomunicaciones que utilizan este tipo de canales para lograr eficiencia en el uso del ancho de banda. Se estudiará el efecto de antenas directivas en la capacidad del canal. Se compararán distintos esquemas de transmisión posibles de implementar en un canal múltiple y se analizará su desempeño en términos de capacidad. También en el contexto de su utilización para sistemas MIMO, se estudiarán y modelarán antenas compactas tipo IFA y CA (Antena-Chip), enfatizando los aspectos relacionados con acoplamiento y correlación espacial entre múltiples elementos. Uno de los objetivos importantes de este trabajo es la investigación sobre la interacción entre los parámetros que caracterizan a un arreglo de antenas y la capacidad de un sistema MIMO que utiliza tal arreglo. Al igual que para los trabajos ya completados en este tema, se combinará el análisis teórico con el estudio mediante programas de modelado de sistemas electromagnéticos y la evaluación empírica.

Diseño de lentes/antenas incorporadas en edificaciones: Se propone lograr nuevos avances en la teoría, análisis numérico y aplicaciones de lentes y antenas basados en zonas de Fresnel (FZP). Esto incluye el estudio de diversas configuraciones tales como los lentes FZP planos montados en muros, arreglos de elementos FZP integrados en paneles de edificación y el estudio de estructuras FZP curvilíneas tipo domo. La orientación general está dirigida a mejorar la eficiencia de radiación, el ancho de banda, el enfoque de estos lentes y las antenas.

Análisis de protocolos de comunicaciones en canales inalámbricos: Se estudiará a través de métodos analíticos, así como a través de simulación, el efecto de “sintonizar” diferentes tipos de parámetros sobre la eficiencia (“throughput”) del protocolo 802.11, en sus versiones a/b/g/e/n. El modelado analítico se basará en la metodología propuesta originalmente por Bianchi para casos en que la red opera en modo saturación. El objetivo es analizar el desempeño de estos protocolos en presencia de tráfico mixto (tiempo real y datos).


4.4

›

›

›

3 2

El plan de trabajo propuesto para este proyecto representa la continuación de la labor que en la actualidad se ha estado realizando exitosamente, el que se ha traducido en una creciente cantidad de trabajos aceptados en revistas ISI.

La metodología a utilizar en este proyecto puede ser descrita globalmente como la combinación de análisis teórico, simulación numérica y resultados de estudios empíricos (mediciones a efectuar en base a la construcción y adquisición de equipos). Como consecuencia directa de la realización de este proyecto, se espera lograr la publicación de al menos tres artículos en revista ISI por cada año de ejecución. Se espera también brindar soporte a la creciente actividad de postgrado, particularmente al plan de doctorado, próximo a ser presentado para su re-acreditación.

La viabilidad del proyecto se sustenta en la productividad del grupo proponente, que en colabora-ción con investigadores de centros de reconocimiento internacional ha generado una gran cantidad de publicaciones en revistas y congresos del primer nivel.

› abstract

Wireless systems of the future will offer an ample range of services that require transmission capacities which vastly exceed those associated today with voice communications. In this project three subjects, closely related to each other, in the area of the wireless telecommunications will be approached. Furthermore an important objective of the project will be applying the scientific expertise of the proponents to industrial applications, taking advantage of the expertise acquired in the design and construction of microwave systems. Specifically, the topics to be dealt with are the following:

Modeling of the MIMO Wireless Channel: The temporal and spatial characteristics of indoor and outdoor MIMO channels will be studied, with the purpose of characterizing the nature and origin of their random behavior. Narrowband and Wideband Multiple Input Multiple Output (MIMO) channels will be the objectives of the investigation. The purpose of this study is the prediction of the performance of telecommunication systems that use these types of channels. The effect in capacity of directive antennas will be analyzed. Several transmission schemes that can be deployed in such channels will be compared in terms of achievable capacity. Also in the context of MIMO systems the effect of using compact antennas such as IFA (Inverted-F- Antenna), XA (X-Antenna) and CA (Chip-Antenna) will be studied, emphasizing aspects related to mutual coupling and spatial correlation between multiple elements. One of the important objectives of this work is the investigation on the interaction between the parameters that characterize an antenna array and the MIMO capacity of a system that uses such an array. As in previously completed work on this subject, the investigation will be based on theoretical analysis combined with software simulation of electromagnetic systems and empirical study of prototypes. line of sight fixed links, at typical frequencies of 2.4 GHz or higher. The experimental evaluation, which also will include antennas design, will be performed preferably at 3.5 GHz.

Design of Lenses/antennas embedded in Constructions: The objective is to obtain new advances in the theory, numerical analysis and applications of lenses and antennas based on Fresnel zone plates (FZP). This includes the study of diverse configurations such as the planar FZP lenses mounted on building walls and arrays of FZP elements conformal to building panels and the study of dome type curvilinear FZP structures. The aim is to improve the radiation efficiency, the bandwidth, and the focusing characteristics of these novel FZP lenses and antennas.

Analysis of Communication Protocols in Wireless Channels: Analytical methods, validated by means of simulation and experiments will be used to study the effect of different parameters on the throughput and delay of the IEEE 802.11, 802.15 and 802.16 wireless protocols. The analysis will focus on the performance of these protocols when mixed traffic (real time and data) is present and


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›

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3 3

the interaction of the MAC with the physical (PHY) and TCP/IOP or UDP/IP layers, depending on the application.

The methodology to be used in this project can be described in general as the combination of theoretical analysis, numerical simulation and empirical results. As a direct consequence of this project, the acceptance of at least 4 journal papers per year is expected. The project is also aimed at the support of the increasing activity at the post-graduate level, particularly the doctoral plan soon to be submitted to the re-accreditation process. The work plan proposed for this project represents the continuation of the current successful efforts in these areas by the proponents. These efforts have resulted in an increasing number of papers accepted in ISI indexed Journals.


Técnicas de Control Moderno de Convertidores EstáticosInvestigadores

Dr.-Ing. José Rodríguez P.Ph.D. Juan Hernández S.

Ing. Leopoldo Silva B.Dr. samir Kouro r.

Dr. Pablo CorreaDr. Patricio Cortés

Ing. Hernán MirandaSr. Hernán Robles



› resumen

Los constantes avances tecnológicos en microprocesadores, han hecho posible la aplicación de estrategias de control más inteligentes en convertidores estáticos de potencia. Esto ha permitido la implementación de esquemas de control del tipo predictivo que, a partir de un modelo, permiten la operación del convertidor de manera muy simple.

Este proyecto tiene como objetivo, estudiar las posibilidades que ofrece el control predictivo para optimizar la operación de distintas topologías de convertidores estáticos, y compararlas con estrategias clásicas de control. Se pretende implementar este tipo de control en topologías más conocidas, tales como el convertidor back-to-back, convertidor matricial directo e indirecto, convertidor fuente de corriente y el convertidor multinivel.

Otro tópico de investigación será el estudio de nuevas topologías de convertidores para aplicacio-nes en energía renovable. En estos convertidores es crítica la eficiencia del equipo, ya que una mejora incremental se puede traducir en una ganancia considerable, si se toma en cuenta el total de vida útil del equipo.

En relación a la metodología aplicada, se desarrollarán modelos de los convertidores con el software PCIM y Matlab, para estudiar en forma previa el correcto diseño de los controladores. Los resultados de los estudios teóricos, serán evaluados utilizando prototipos experimentales desarrollados en los Laboratorios de la Universidad. Al respecto, se cuenta con convertidores multinivel de topologías NPC y del tipo multicelda, que han sido o están siendo construidos en el marco de otros proyectos Fondecyt.


4.5

3 4

Como resultados del proyecto, se espera optimizar la operación de los convertidores desde el punto de pérdidas y calidad de las corrientes de entrada/salida.

Finalmente, se espera contribuir a la comunidad científica con publicaciones en revistas internacio-nales, y aportar a la formación de ingenieros a través de trabajos de tesis y memorias.

› abstract

Powerful microcontrollers available today have made possible the implementation of new predictive control schemes that allow the operation of power converters in a very simple manner. This project aims to study the possibilities that offer predictive control to optimize the operation of different of static converters topologies and compare the performance of these methods with standard control schemes.

Other topic of investigation will be the study of new converter topologies for applications in renewable energies. In this kind of application the cost of the converter and the efficiency are key aspect to determine the best suitable solution.

The ideas proposed in this project will be validated by simulation and experimental work and presented in international conferences and journals.


Control y Modulación de Convertidores Multinivel para su aplicación en Accionamientos EléctricosInvestigadoresPh.D. César Silva J.Sr. Leopoldo Córdova

ÁreasIngeniería ElectrónicaIngeniería Eléctrica

› resumen

Los convertidores multinivel se han transformado en una tecnología con cada vez mayor penetra-ción en los sectores productivos, proveyendo de convertidores estáticos en rangos de media tensión y alta potencia. En la actualidad todavía se proponen nuevas configuraciones capaces de mejorar aspectos tanto constructivos (simplificar las topologías), como obtener mayores ventajas. En particular los llamados convertidores multiceldas asimétricos, ofrecen muy buenas formas de onda, entregando una muy buena calidad de energía, pero tienen problemas graves en el manejo de energías regenera-tivas. Otra tecnología interesante la constituyen los llamados inversores de condensadores flotantes, en los cuales se utilizan subconvertidores o celdas para mejorar la forma de onda sin manejar poten-cia activa.

En este trabajo se propone estudiar una topología híbrida propuesta en el proyecto FONDECYT recientemente adjudicado, donde se mezcla un convertidor de tres niveles NPC (convencional) con celdas en serie. El objetivo del trabajo es obtener un método de modulación que permita utilizar este convertidor en accionamientos eléctricos, logrando un adecuado control de una máquina eléctrica (de inducción) y un correcto balance de los condensadores de las celdas serie.


4.6

3 5


Diseño Óptimo para Controladores Multivariables con Estructura Restringida

InvestigadoresPh.D. Mario Salgado B.

Sr. Diego Carrascosr. Mauricio cea

ÁreasIngeniería de Instrumentación y Control


› resumen

El proyecto se relaciona con el diseño de sistemas control de sistemas y procesos de varias entradas y varias salidas. En particular, se centra en el caso de controladores de estructura restringida, es decir, cuando no todas las mediciones influyen en cada uno de los comandos de actuación. Las estructuras utilizadas serán las diagonales, triangulares y ralas de clases 1 y 2.

Para el diseño se usarán técnicas de optimización, las que se aplicarán principalmente a funciones de costo definidas en norma-2. Esta preferencia se basa en la facilidad para interpretar esas funciones de costo en ambos dominios: tiempo y frecuencia. Sin perjuicio de lo anterior, también se explorarán técnicas de diseño basadas en optimización en la norma de Hilbert-Schmidt-Hankel y en norma infinita.

› abstract

This project deals with the design of controllers for multiple-input multiple-output plants. In particular, it will focus on restricted complexity controllers, that is, where not every measurement affects every controller output. The structures to be studied will include diagonal, triangular, sparse-1 and sparse-2 structures.

The design will optimize mainly 2-norm cost functions. This choice is mainly justified by the property of the 2-norm of having interpetation in both, the time domain and the frequency domain. Nevertheless, the usage of other norms will be also explored; these other norms will include the Hilbert-Schmidt-Hankel and the infinity norm.


Asignación Dinámica de Recursos en Redes Ópticas por Conmutación de Ráfagas Fin-a-Fin

InvestigadoraPh.D. alejandra Zapata B.


Ingeniería en Computación

› resumen

Al permitir la transmisión simultánea de datos utilizando varias longitudes de onda (canales) sobre una fibra, las redes ópticas se han transformado en la mejor alternativa para satisfacer los altos requerimientos de ancho de banda del siempre creciente tráfico de datos. Sin embargo, este tipo


4.7

4.8

3 6

de red no utiliza completamente el potencial de los canales ópticos (longitudes de onda) porque actualmente el procesamiento electrónico es mucho más lento que la velocidad de transmisión óptica y el almacenamiento/procesamiento óptico no es aún factible. Por ello, el uso técnicas de conmutación exitosas, como la conmutación de paquetes, es difícil.

Por consiguiente, se ha propuesto un nuevo paradigma de conmutación para redes WDM dinámi-cas: redes ópticas por conmutación de ráfagas (OBS). Las redes OBS apuntan a disminuir los requeri-mientos de velocidad impuestos por la operación paquete-a-paquete agregando paquetes electrónica-mente al borde de la red. Los paquetes se agregan en un contenedor, llamado ráfaga, y los recursos de la red se asignan ráfaga a ráfaga. Al operar en base a ráfagas, las exigencias de conmutación y los requerimientos de velocidad de procesamiento (que se realizan electrónicamente) se relajan.

La asignación de recursos en redes OBS puede implementarse enlace-a-enlace o fin-a-fin. En el pri-mer caso, la ráfaga se transmite ópticamente por la red justo después de que un paquete de control ha ido configurando los conmutadores en la medida que viaja por los enlaces. Este esquema corresponde al concepto clásico de una red OBS. Sin embargo, las ráfagas pueden ser descartadas de la red en cual-quier punto a lo largo del camino de destino debido a la falta de longitudes de onda disponibles en algún enlace. En el segundo caso, la ráfaga se transmite sólo después que todos los recursos desde la fuente al destino han sido reservados.

Investigaciones anteriores han demostrado que las redes OBS fin-a-fin (EE-OBS) reducen significa-tivamente la pérdida de ráfagas respecto a las redes OBS enlace-a-enlace de complejidad equivalente, lo que conduce a menores requerimientos de longitudes de onda. Dado que las longitudes de onda son recursos de alto costo, las redes EE-OBS serían muy atractivas de implementar comparadas con las redes OBS enlace-a-enlace.

Un aspecto clave que determina el dimensionamiento (requerimientos de longitudes de onda) y el rendimiento de una red EE-OBS es el algoritmo de asignación de recursos. A la fecha, el mejor algoritmo de asignación de recursos en redes EE-OBS sin capacidad de conversión de longitud de onda resulta en un pobre desempeño respecto a las mucho más simples redes estáticas (la operación dinámica alcanza ahorros de longitud de onda sólo para cargas de tráfico bajas, <0.3) mientras que el mejor algoritmo en redes EE-OBS con conversión de longitud de onda alcanza ahorros significativos comparados a redes estáticas en un amplio rango de cargas de tráfico.

Estos resultados incentivan la investigación de algoritmos de asignación de recursos cercanos al óptimo en redes EE-OBS equipadas con conversión de longitud de onda (de modo de que la operación dinámica efectivamente presente ahorros en el número de longitudes de onda requeridas respecto de las redes estáticas). Sin embargo, la conversión de longitud de onda no es una funcionalidad madura aún. Por ello, todavía es necesaria la investigación en EE-OBS sin tal capacidad.

El objetivo de este proyecto es diseñar nuevos algoritmos de asignación de recursos que minimicen las exigencias de longitud de onda en redes EE-OBS (con y sin conversión de longitud de onda) bajo condiciones de operación normal y bajo fallas simples. Para hacer esto, el proyecto se enfocará en la especificación del conjunto óptimo de rutas que permitan la minimización de los requerimientos de longitud de onda. Este conjunto de rutas se encontrará mediante técnicas de optimización (como programación entera no lineal) y la utilización de la multiplexación estadística de conexiones. Se espera que los resultados de este proyecto ayuden a los operadores de red de telecomunicación a mejorar el diseño y la operación de redes ópticas dinámicas en el corto plazo.

› abstract

By simultaneously transmitting data at multiple carrier wavelengths (channels) over a fibre, optical networks are a promising alternative to meet the high-bandwidth demands of the ever increasing Internet traffic. However, this type of network could not fully utilize the potential of optical channels (wavelengths) because currently electronic processing is much slower than optical transmission and optical buffering/processing is not a reality yet. Hence, the application of already successful networking approaches, such as packet-switching, is problematic.


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As a result, a new switching paradigm has been proposed for dynamic WDM networks: optical burst switching (OBS). OBS networks aim to decrease the speed requirements imposed by the packet-by-packet operation by electronically aggregating packets at the edge of the network. The aggregation of packets is into a container, so called burst, and intermediate network resources are allocated burst-by-burst. By operating on a burst-by-burst basis, the demanding switching and processing speed requirements (which are served electronically) are relaxed.

Network resource allocation in OBS networks can be implemented in a hop-by-hop or in an end-to-end basis. In the first case, the burst is optically transmitted through the network just after a control packet has configured switches on a hop-by-hop basis. This scheme corresponds to the classic concept of an OBS network. However, bursts can be dropped at any point along the path to destination due to wavelength contention. In the second case, the burst is transmitted only after all the resources from source to destination have been reserved.

Previous research has shown that end-to-end OBS (EE-OBS) networks significantly reduce the burst loss rate with respect to a hop-by-hop OBS network of equivalent complexity, leading to lower wavelength requirements. Given that wavelengths are costly resources, EE-OBS networks would be very attractive for implementation compared to hop-by-hop OBS.

A key aspect which determines the dimensioning (wavelength requirements) and performance of an EE-OBS network is the resource allocation algorithm. To date, the best resource allocation algorithm in EE-OBS networks without wavelength conversion capability performs poorly with respect to the much simpler statically operated networks (dynamic operation achieves wavelength savings only at low loads, <0.3) whilst the best resource allocation algorithm in wavelength convertible EE-OBS networks achieves significant savings compared to static networks in a wide range of traffic loads.

These results encourage the research of near-optimal resource allocation algorithms in wavelength convertible EE-OBS networks (so higher wavelength requirements could be achieved compared to the static operation). However, wavelength conversion is not a mature functionality yet. Hence, nowadays research is still necessary in EE-OBS without such capability.

The objective of this project is the design of new resource allocation algorithms which minimise the wavelength requirements in EE-OBS (with and without wavelength conversion) under normal operation conditions and under single-link failures. To do so, the project will focus on the specification of the optimal set of routes which allow for the minimisation of the wavelength requirements. This set of routes will be found by means of optimisation techniques (as non-linear integer programming) and the utilisation of the statistical multiplexing of connections. It is expected that results from this project assist telecommunication network operators to better design and operate dynamic optical networks in the short term.


Mezcla de Cuatro Ondas en Amplificadores Ópticos Raman DistribuidosInvestigador

Dr. ricardo olivares V.


sistemas no lineales

› resumen

Los sistemas de comunicaciones por fibra óptica multiplexados por división de longitud de onda (WDM: Wavelength División Multiplexing), son hoy el medio más eficiente para las comunicaciones de larga distancia donde se requiere de gran ancho de banda. Una tecnología reciente que permi-te explotar el potencial de los sistemas WDM es el amplificador a fibra Raman distribuido (DFRA:


4.9

3 8

Distributed Fiber Raman Amplifier), capaz de amplificar en un ancho de banda considerablemente mayor que el que permiten los amplificadores concentrados (EDFAs: Erbium Doped Fiber Amplifiers), tradicionalmente empleados por estos sistemas. El DFRA opera bajo el efecto no lineal que lleva su nombre, esparcimiento Raman estimulado (SRS: Stimulaled Raman Scattering), y puede proveer un ancho de banda tan amplio como 12 THz, una ganancia distribuida a lo largo de la fibra óptica, bajo ruido, etc. Sin embargo, dado que su espectro de ganancia no es uniforme, se requiere de complejos procedimientos y estrategias de diseño para conseguir un desempeño deseado. Esto último ha dado origen a una gran cantidad de estudios, cuyos resultados permiten diseñar cada vez más adecuada-mente un DFRA, encontrando la ubicación espectral y las potencias de cada fuente de bombeo, las cuales determinan las características de ganancia y ancho de banda del amplificador.

Sin embargo, en todos estos análisis se han utilizado modelos matemáticos que describen razona-blemente bien el comportamiento del DFRA, pero sin considerar otros efectos no-lineales que pueden estar presentes en la fibra y, por ende, afectar considerablemente el desempeño del DFRA. Algunos de estos fenómenos son el esparcimiento Brillouin estimulado (SBS: Stimulaled Brillouin Scattering), la mezcla de cuatro ondas (FWM: Four Wave Mixing), la automodulación de fase (SPM: Self-Phase Modulation) y la modulación cruzada de fase (CPM: Cross-Phase Modulaction). De estos cuatro fenó-menos, el más relevante, dada la alta potencia de las fuentes de bombeo utilizadas, la baja dispersión cromática de la fibra utilizada en la región de bombeo (que puede coincidir con la ubicación de la lon-gitud de onda de dispersión nula: ZDW), y la cantidad de canales WDM transportados, es el fenómeno de FWM, que genera productos espurios, el que puede bombear adicionalmente los canales WDM amplificados, o bien interferir con ellos.

Por otra parte, la generación de productos FWM se produce a costo del agotamiento de las fuen-tes de bombeo y de la amplificación paramétrica; todo ello puede alterar drásticamente la característi-ca espectral proyectada del DFRA, lo que alterará el desempeño total del sistema. En consecuencia, la investigación aquí propuesta, tiene como propósito el estudio de los efectos de FWM en el comporta-miento espectral de un amplificador Raman distribuido, para lo cual se propone un modelo matemá-tico nuevo y completo, que permita caracterizar correctamente la interacción entre ambos fenómenos no-lineales, posibilitando con ello un diseño más realista de DFRAs. Con el propósito de contrastar los resultados obtenidos a través de simulación en computador se propone, también, el diseño, construc-ción y caracterización de un DFRA multibombeo. De esta forma, el modelo teórico podrá ser validado experimentalmente. Los resultados de esta investigación serán enviados a conferencias internacionales y publicados en revistas ISI.

› abstract

The use of Wavelength Division Multiplexing (WDM) in fiber optic systems is today’s most efficient way of implementing long-haul communication links, when large bandwidth is required. An innovative technology that has been introduced to exploit the potential of WDM system is the distributed fiber Raman amplifier (DFRA), which provides distributed gain along the optic fiber, adding little noise to the signal. These systems can amplify large bandwidth optical signals, something impossible to obtain using traditional lumped fiber amplifiers. The DFRA works using the non-linear effect named Stimulated Raman Scattering (SRS). It may provide bandwidths as large as 12 THz. However, as the spectrum gain of the DFRA is not uniform, sophisticated design procedures and strategies have been developed in order to get a desired performance. This has given origin to a great amount of research, making it possible to carefully design these devices, selecting wavelength and power of the pump signals which define the gain and bandwidth characteristics of the distributed amplifier.

However, although the mathematical models used to describe the behavior of the DFRA are reasonably accurate, they do not consider other non-linear effects that actually are present in the optic fiber and considerably affect the performance of the DFRA. For example, Stimulated Brillouin Scattering (SBS), Four-Wave Mixing (FWM), Self-Phase Modulation (SPM) and Cross-Phase Modulation


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(CPM) can be present in the fiber optic link due to the high power available in DWDM systems. From these four, the more relevant is the FWM, because of the inherent high power of the pump signals, so that optical fibers with low chromatic dispersion in the pumped spectral region, and depending on the amount of DWDM channels that are being transported, spurious products are generated. These spurious signals in turn may extra pump the WDM channels that are being amplified, or may produce crosstalk among them.

Furthermore, the generation of FWM products produces depletion in the pump signals and parametric amplification; all this can change dramatically the projected spectral characteristics of the DFRA, and thus degrade the overall performance of the system. As a consequence, the research here proposed, has as primary objective the rigorous study of the FWM`s effects over the spectral behavior of the DFRA. In order to achieve these goals, an integrated mathematical model is proposed to properly characterize the interaction between these two non-linear phenomena. As a result, design of more realistic optical fiber system that includes DFRAs will be possible. In addition, with the purpose to contrast the simulated results obtained in computer with experimental results, it is propose to built and characterize a multi-pump DFRA. In this way, the theoretical models could be validate and adjusted experimentally. Results of this work will be published in ISI journals.


Medición y Monitoreo de Señales Dinámicas y Emisiones Conducidas EMC/EMI en Sistemas Industriales

InvestgadoresMg. Jorge Pontt O.

Ing. Fernando Rojas G.Dr. Manuel olivares s.

sr. ian illanesSr. José Simpson



› resumen

Se estudiarán los fenómenos dinámicos en equipos y las perturbaciones causadas por emisiones conducidas EMI en sistemas industriales, sobretodo en aplicaciones con equipos de electrónica de po-tencia, transformadores y máquinas. Se determinarán los procedimientos de medida y de instrumen-tación para establecer mediciones válidas con buena relación señal/ruido. Se diseñarán los algoritmos de compensación de errores sistemáticos y predecibles, para reducir las limitaciones de los sensores. La metodología teórico-experimental, se focalizará en la medición de variables conductivas.

› abstract

The project will study the dynamic phenomena in equipment and disruptions caused by EMI conducted emissions on industrial systems, especially in industrial electronic equipment, transformers and machines. Determinate the measure procedures and instrumentation to establish valid measurements with good relation signal/noise and design algorithms to compensate systematic and predictable errors to reduce sensors limitations will be the objectives. The technical-experimental methodology will be focuses in the measure of conductive variables.

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Diagnóstico y Detección de Condiciones Anómales y Fallas en Accionamientos con Cicloconversores de Alta Potencia empleados en MoliendaInvestigadorMg. Jorge Pontt O.


› resumen

Los fenómenos complejos en un cicloconversor (CCV) que alimenta a un motor sincrónico será estudiado, tratamiento a las diversas interacciones electromagnéticas y armónicas en la cadena: Red-Trafos-CCV-Motor-Carga. Este proyecto de investigación propone la construcción de un prototipo con un CCV de 12 pulsos para el accionamiento de un motor sincrónico, para una profunda exploración e investigación que la posible con los modelos de simulación actuales. Con este prototipo un primer trabajo de PhD será realizado para el desarrollo de métodos de detección y diagnóstico de condiciones anormales y de falla usando nuevos métodos de reconocimiento de patrones basados en el procesamiento de señales de tiempo real de mediciones actuales, modelos de tiempo real basados en ecuaciones dinámicas, matriz de conexión y eventos pre-calculados. Al menos una tesis de Ingeniero/master esta previsto para el apoyo del trabajo experimental.

Se propone un trabajo de 3 años incluyendo Dos Tesis de PhD y una de Ingeniero/master en In-geniería Electrónica, que incluye el desarrollo completo del set-up experimental, análisis, modelado y pruebas experimentales.

La importancia del área de trabajo es reconocida por el IEEE, que a través de la Revista IEEE Transactions on Industrial Electronics, ha formulado una edición especial sobre High-Power Drives donde el Investigador Principal ha sido invitado como uno de sus Editores Asociados, quien además co-organiza las sesiones del comité de Minería de la conferencia IEEE- IAS’06 sobre Productividad y Seguridad junto a la de Rectificadores y accionamientos de alta potencia.

Chile produce cerca del 40% del cobre mundial significando cerca de un 50% de sus exportaciones. El uso de grandes molinos con diámetros entre 36 y 40 pies de diámetro, potencias entre 8 y 21 MW, es motivado por la búsqueda de economía de escala. La ubicación d plantas en alturas sobre 2500 a 4350 metros sobre el nivel del mar, plantea exigencias adicionales y conforma un ambiente severo para las personas y equipos.

La parte más débil de los CCV es su falla de conmutación frente a perturbaciones de voltaje de la red, lo que puede ocurrir por los eventos que afectan a las líneas largas de transmisión en su camino en la montaña, con fuertes vientos, hielo, tormentas, descargas eléctricas, maniobras tran-sitorias, etc.

Recientes fallas y accidentes inesperados en modernas instalaciones indican la necesidad de realizar investigación básica en estos complejos accionamientos. Ya que su productividad es muy alta, las paradas no programadas provocan enormes pérdidas económicas y exigencias que ponen en riesgo la seguridad de las personas, además de los perjuicios económicos.

Un segundo trabajo de PhD será el estudio, aplicación y evaluación de un convertidor multilevel para la alimentación de un accionamiento de un motor sincrónico con control vectorial. Se espera que el prototipo permita establecer técnicas de baja frecuencia de conmutación y de baja distorsión armónica para constituirse en una alternativa válida frente al accionamiento tradicional con CCV. Además que se

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le sacaría provecho a su independencia de conmutación frente a perturbaciones en la red, lo que sería una gran contribución a la seguridad, confiabilidad y eficiencia productiva y energética.

El nuevo conocimiento básico ganado en este proyecto permitirá un trabajo de investigación y desarrollo con la industria, contribuyendo a la seguridad, confiabilidad y economía de los procesos mineros, así también como seminarios y cursos como lo han sido los exitosos Workshops de molienda semiautògena organizados en Viña del Mar los años, 1997,1999, 2001 y 2003.

› abstract

The complex phenomena in a cycloconverter (CCV)-fed synchronous motor drive will be studied, dealing with the different electromagnetic and harmonic interactions in the chain Network-transformers-CCV-Motor-Load. This research project proposes the construction of a prototype with a 12-pulse CCV-fed synchronous motor drive for a more comprehensive and deeper experimental study than actual simulation models. With this set-up, a first PhD thesis will develop a system for detection and diagnostics of abnormal conditions and failures of cycloconverter (CCV) -fed high-power drives for grinding mills will be developed using new methods of pattern recognition based on the real-time processing of actual measurements as well as real time models based on dynamical equations, connection matrix of CCV and pre-calculated events. At least one Engineer/master thesis is foreseen for developing the experimental set-up.

A 3-year research work is proposed including the work of two doctoral Theses in Electronics Engineering, and one engineer/master thesis, including the development of the experimental set-up, analysis, modelling and testing of the system.

The importance of the area of High-Power Drives is recognized by the one of the most important Journal of IEEE, namely, IEEE Transactions on Industrial Electronics, with the preparation of a Special Section of High-Power Drives for year 2007, where the principal investigator of this project has been appointed as one of the Associated Editors and in addition, he co-chairs the mining committee of IEEE-Industry Applications Society, which organizes two sessions in IAS’06 dedicated to the topics: “High-Power rectifiers and drives” and “Productivity and Safety”.

Chile produces ca. 40% copper worldwide, with about the 50% of the exports. Nowadays, for mineral processing, cycloconverter-fed synchronous motors are employed extensively in Chile and other countries for driving high-power SAG and Ball grinding mills with diameters between 36 and 40 feet and powers in the range of 8 to 21 MW, looking for economy of scale. Because concentrator plants are located in the mountains, 2500-4350 meters above sea level, long overhead lines are needed for electrical energy distribution and harsh environments have to be faced. Because of high throughput of SAG and Ball mills, downtimes are very expensive. Grinding mills use ca. 60% of electrical energy of mining plants. Process stability and control of equipment are essential for production and energy efficiency. That is why power quality and harmonics issue is very important. In addition, unexpected downtimes affect the safety of personnel, due to efforts for recovering the normal production levels as soon as possible. Therefore safety and reliability emerge as two issues to be developed.

The weakest side of cycloconverters is the issue of commutation failures under network voltage disturbances, events that can happen because long overhead lines, mountain conditions, high winds, storms, lightnings, switching transients and faults in other feeders of the electrical system. Recent failures and accidents in modern grinding mills show it is needed a better understanding of phenomena involved, but mining companies have not the capability to do basic research. Therefore, new methods for detection and diagnosis will have important impact in better knowledge about the complex interactions, design, operation and maintenance of such drives. Further development for more intelligent algorithms are also enabled, like ride-through and fault tolerance. New knowledge gained with this project can support better actions for avoiding downtimes, accidents, failures and production losses.


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A second PhD Thesis will study the application and evaluation of a self-commutated multilevel converter for driving the synchronous motor. A prototype is also proposed in this project for supporting the methodology based on simulation, experimental testing and real-time signal processing for the control, monitoring and protection functions. Low switching frequency and low harmonic distortion are the issues for getting a competitive configuration versus CCV –fed drive, free from network voltage disturbances.

The candidates will work with digital devices like microprocessors, DSP’s and FPGA`s for having compact electronic cards and reduced EMC/EMI interference for power and energy control. With this project the international collaboration is empowered, giving the PhD candidates the chance to carry out investigations with experimental prototypes - not only simulations- producing important contributions to the state of the art, to the basic knowledge needed in the country and insertion in the international community.

The new basic knowledge gained with this project will fuel applied R&D wok with industry contributing to safety, reliability and economics, as well as seminars and courses given to the operators as well as Workshops on SAG grinding like those held successfully in Viña del Mar, the years 1997,1999, 2001 and 2003.

[ Proyecto FONDECYT Iniciación en Investigación 11070158 ]

Identificación de Modelos de Estado Mediante Máxima Verosimilitud en FrecuenciaInvestigadorPh.D. Juan Ignacio Yuz E.ÁreasIngeniería de Instrumentación y ControlIngeniería Eléctrica

› resumen

El obtener una descripción adecuada de un sistema o proceso a partir de datos de entrada y salida es un problema central para cualquier diseño de control basado en modelos. Este proyecto de investi-gación considera la identificación de sistemas descritos mediante modelos en el espacio de estado me-diante el estimador de máxima verosimilitud en el dominio de la frecuencia. Existe una amplia litera-tura referida a la estimación mediante máxima verosimilitud en las áreas de estadística y econometría, y ha sido aplicada exitosamente en el área de Ingeniería de Control para la identificación de sistemas dinámicos. En esta área la mayor parte de los resultados existentes consideran la aplicación del estima-dor en el dominio del tiempo, sin embargo, existen algunas ventajas cuando se considera el problema de estimación en el dominio de la frecuencia. El proyecto se centrará en los siguientes puntos:

› 1. Propiedades estadísticas de los datos cuando se transforman al dominio de la frecuencia

› 2. La aplicación del algoritmo de maximización de la esperanza para modelos descritos en variables de estado

› 3. El uso de ancho de banda restringido para obtener una estimación robusta de los parámetros

› 4. Identificación de sistemas que operan en lazo cerrado

› 5. Identificación de sistemas de tiempo continuo.

4.12


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› abstract

The problem of obtaining an accurate description of a given process or system from input/output data is central to any model based control design. This research project considers the identification of systems described in state-space form by using maximum likelihood estimation in the frequency domain. Maximum likelihood estimation has a long history in statistics and econometrics literature, and has also been successfully applied to the identification of dynamical systems in control engineering. Most of the known results in the area consider only its application in the time domain, however, some important advantages arise when considering the problem in the frequency domain. This project will consider issues such as:

› 1. The statistical properties of the data when transformed to the frequency domain.

› 2. The application of the Expectation Maximization algorithm for state-space models.

› 3. The use of restricted bandwidth to obtain robust estimates.

› 4. The identification of systems operating in closed loop.

› 5. Identification of continuous-time state-space models.


Estrategias de Control para Convertidores con Fuentes de CorrienteInvestigador

Dr.-Ing. Pablo Correa V.



› resumen

En este proyecto se pretende estudiar nuevos esquemas de control para topologías de convertidor fuente de corriente. Una de las características de esta topología es el uso de inductancia como elemento de almacenamiento de energía y de un filtro LC en la entrada y la salida del convertidor.

Este filtro constituye un elemento resonante de segundo orden que puede ser excitado por la red, la carga y por el control del convertidor, causando armónicos no deseados en las corrientes. Este problema es especialmente relevante para estrategias de control que trabajan a baja frecuencia de conmutación. Debido a las razones anteriormente mencionadas, este proyecto apunta a:

› 1. El desarrollo de un esquema de control capaz de operar el convertidor a baja frecuencia.

› 2. El desarrollo de nuevas técnicas para mitigar la aparicion de resonancias en los filtros.

› 3. Al control integral del convertidor, tanto de la parte de rectificacion como la etapa inversora.

Para validar el método de control se construirá un prototipo de 5 kW en el laboratorio de electró-nica de potencia de la Universidad Técnica Federico Santa María.

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› abstract

This proposal deals with the study of new control techniques for current sources converters. The main features of this topology are the use of an inductance as a main energy storage element and a LC filter in the input and the output of the inverter. This filter constitutes a resonant second order system which can be excited by the mains, the control of the rectifier and the load, causing undesirable harmonics in the currents. This problem can be especially significant for control schemes working at very low switching frequency, as it is case in high power applications. Because the aforementioned reasons, this project aims specifically to:

› 1. The development of a control scheme which to operate the current source converter at low frequency.

› 2. The development of new techniques that mitigate the excitation of resonance modes.

› 3. The scheme must be able to control the rectifier as well as the inverter part including the machine.

The contribution of this work is to investigate alternative control techniques for the current source converter that permits to improve its efficiency and the quality of the currents. In order to validate the method, an experimental 5kW converter will be built in the laboratory of power electronics of the University Federico Santa Maria.

We believe that the topic of research is relevant for the country since current source converters are widely used in high power applications in the copper mining industry. Additionally, current source converters are intrinsically regenerative, which permit to save energy in processes that need to be braked.


Estrategias de Control para Convertidores Matriciales IndirectosInvestigadoresDr.-Ing. José Rodríguez P.Dr.-Ing. Pablo Correa V.Ph.D. José Espinoza C.ÁreasIngeniería EléctricaIngeniería de Instrumentación y Control

› resumen

Este proyecto apunta al estudio de nuevas estrategias de control para convertidores de topología matricial indirecto. Este tipo de convertidor tiene ventajas similares al convertidor matricial convencio-nal, tales como un diseño compacto, capacidad de regeneración, factor de potencia controlable en la entrada y componentes reactivas de pequeño tamaño. Adicionalmente, esta topología requiere de un menor esfuerzo de implementación, por lo que puede ser muy atractiva en una aplicación industrial.

En este trabajo se pretenden abordar los siguientes aspectos:

› 1. Desarrollo de un esquema de control simple para esta topología. El esquema de control debe incluir las siguientes características: generación inteligente de los pulsos de disparo


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para evitar cortocircuitos, control de las corrientes de salida y control del factor de potencia en la entrada.

› 2. Los convertidores matriciales convencionales operan a una alta frecuencia de conmutación, lo que afecta su viabilidad para aplicaciones de mayor potencia. En este trabajo se pretende estudiar estrategias de control que operen a baja frecuencia de conmutación para de esa forma mejorar la eficiencia del convertidor.

› 3. Se estudiará la operación del método de control bajo condiciones de operación anormal de la red y el algoritmo será mejorado para reducir el impacto en las corrientes de salida.

La principal contribución de este trabajo es aportar a la madures de esta topología por medio de la implementación de una estrategia de control simple y efectiva. La capacidad de regeneración y la reducción de pérdidas por medio de una estrategia de control inteligente permite ahorrar energía, lo que especialmente relevante para aplicaciones en accionamientos eléctricos tales como correas y ascensores, los que están presentes en la industria minera de Chile.

El esquema de control será evaluado en una primera etapa mediante simulaciones. Posteriormente, se construirá un prototipo experimental con un controlador basado en el estado en el estado del arte de la tecnología.

› abstract

The project aims to the study of new control techniques for the indirect matrix converter. This converter features similar advantages to the matrix converter, that means, a compact design with reduced need of reactive components, intrinsic bi-directional energy flow and controllable power factor in the input. Additionally, this topology is characterized by a lower realization effort than a conventional matrix converter. All these advantages make this converter technology very attractive for the industry.

This project deals with three different aspects:

› 1. The development of a simple and effective control scheme for this topology. Main goals of the proposed control scheme are: an intelligent commutation strategy that avoids semiconductor short-circuits, the control of the input currents and its displacement factor, and the control of the output currents.

› 2. Matrix converters operate with high switching frequency, a characteristic that could be a detrimental factor in the efficiency of the converter, specially in high power applications. In this project the operation at low frequency will be studied in order to reduce the losses in the power semiconductors.

› 3. The control scheme will be also analyzed under abnormal conditions in the mains and the algorithm will be improved to reduce its effect in the output currents.

The main contribution of this project is to put forward the maturity of this topology by implementing a simple and effective control technique. The regeneration capability and the reduction of the losses permit to save energy, an aspect especially relevant for applications of electrical drives such as conveyor belts, lifters, etc, which are usually present in the mining industry in Chile.

The proposed control scheme will be evaluated in a first stage by simulations. After that, the experimental work considers the design and construction of a power converter prototype controlled by the state of the art FPGAs and processors in order to demonstrate the proposed ideas.


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Impacto en el Desempeño del Uso de Modelos de Complejidad Restringida en el Diseño del Control Lineal para Plantas MultivariablesInvestigadoresPh.D. Mario Salgado B.Ph.D. Juan Yuz E.

ÁreasIngeniería de Instrumentación y ControlIngeniería Electrónica

› resumen

El principal objetivo de este proyecto es investigar el impacto, en el desempeño del sistema de control, de la decisión de usar moldeos de la planta que tienen estructura restringida. Para estos efectos, se define la complejidad del modelo multivariable como la trama de dependencias entre las distintas entradas y las salidas de interés en la planta a controlar. Esta restricción estructural puede generar modelos muy diferentes, incluyendo los descentralizados (diagonal o desacoplados), diagonal por bloques, triangulares y ralos (en varios grados).

› abstract

The main goal of this project is to investigate impact on the control performance when restricted complexity models are used in the linear control design for multivariable plants. We here define the multivariable model complexity as the web of dependencies between the various inputs and the various outputs in the plant to be controlled. This gives raise to different structures, such as decentralized (diagonal or decoupled), block diagonal, triangular and sparse (in various degrees).


Redes Ópticas WDM Dinámicas v/s Estáticas bajo Condiciones de fallaInvestigadoraPh.D. alejandra Zapata B.

ÁreasIngeniería en TelecomunicacionesIngeniería en ComputaciónIngeniería Electrónica

› resumen

Mediante la transmisión simultánea de datos utilizando varias longitudes de onda sobre una fibra, las redes ópticas WDM se han transformado en la mejor alternativa para satisfacer los altos requerimientos de ancho de banda del siempre creciente tráfico de Internet. Sin embargo, este tipo de red no utiliza completamente el potencial de los canales ópticos (longitudes de onda) porque actualmente el procesamiento electrónico es mucho más lento que la velocidad de transmisión óptica y el almacenamiento/procesamiento óptico no es aún factible. Por ello, el uso técnicas exitosas de conmutación, como la conmutación de paquetes, es difícil.

Por consiguiente, se ha propuesto un nuevo paradigma de conmutación para redes WDM dinámi-cas: redes ópticas por conmutación de ráfagas (OBS). Las redes OBS agregan electrónicamente paque-tes a un contenedor, llamado ráfaga, al borde de la red. De esta forma, los recursos intermedios de


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red se asignan ráfaga a ráfaga. La asignación de recursos en redes OBS puede implementarse enlace-a-enlace o fin-a-fin. El primer caso corresponde al concepto clásico de una red OBS. En el segundo caso, denotado como EE-OBS (OBS fin-a-fin), la ráfaga se transmite solo después de que todos los recursos desde la fuente al destino se han sido reservados.

Los resultados de investigaciones previas han demostrado que las redes EE-OBS reducen significa-tivamente la pérdida de ráfagas respecto de las redes OBS enlace-a-enlace de complejidad equivalen-te, lo que resulta en menores requerimientos de longitud de onda. Dado que las longitudes de onda son recursos de alto costo, las redes EE-OBS serían muy atractivas de implementar comparadas con las redes OBS enlace-a-enlace.

Debido a que la migración de redes ópticas estáticas a las operadas dinámicamente es ampliamente esperada por el potencial ahorro de longitud de onda que ofrecen las redes dinámicas, la cuantificación de los requerimientos de longitud de onda de las redes EE-OBS dinámicas y su comparación con las redes estáticas es de gran importancia. Un aspecto clave que determina los requerimientos de longitud de onda de una red EE-OBS es el algoritmo de asignación de recursos. A la fecha, el mejor algoritmo de asignación de recursos en redes EE-OBS sin capacidad de conversión de longitud de onda alcanza ahorros sólo para cargas de tráfico bajas, (< 0.3), bajo condiciones de demanda de tráfico uniforme y asumiendo que no hay fallas en la red. Bajo las mismas condiciones, el mejor algoritmo de asignación de recursos en redes EE-OBS alcanza ahorros significativos comparados a redes estáticas en un amplio rango de cargas de tráfico (hasta 0.9).

Sin embargo, hasta la fecha no se han investigado los requerimientos de redes EE-OBS dinámicas respecto a las redes estáticas enfocados bajo condiciones de falla, un aspecto clave de investigación dado que las redes de interés práctico deben ser dimensionadas de modo que puedan tolerar fallas. Por esta razón, el objetivo de este proyecto es el dimensionamiento eficiente de redes EE-OBS bajo condiciones de falla y su comparación con su contraparte estática.

Para lograr tal objetivo, se evaluarán los requerimientos de longitud de onda en redes EE-OBS operando con la mayoría de los algoritmos de asignación de recursos dinámicos y serán comparados con el dimensionamiento requerido en el caso estático cuando las fallas pueden ocurrir a través de la red. Se estudiarán las redes con y sin conversión de longitud de onda.

Además, en el caso de ruteamiento fijo de redes con conversión de longitud de onda (donde la operación dinámica ha demostrado que logra los mayores ahorros de longitud de onda respecto al caso estático), el proyecto se enfocará a la especificación del conjunto óptimo de rutas que permitan minimizar los requerimientos de longitud de onda bajo condiciones de falla. Este conjunto de rutas se encontrará a través de técnicas de optimización (como programación entera no lineal) y la utilización de la multiplexación estadística de conexiones.

Se espera que los resultados de este proyecto ayuden a los operadores de red de telecomunicación a mejorar el diseño y la operación de redes ópticas dinámicas en el corto plazo.

› abstract

By simultaneously transmitting data at multiple carrier wavelengths over a fiber, optical WDM networks are a promising alternative to meet the high-bandwidth demands of the ever increasing Internet traffic. However, this type of network could not fully utilise the potential of optical channels (wavelengths) because currently electronic processing is much slower than optical transmission and optical buffering/processing is not a reality yet. Hence, the application of already successful networking approaches, such as packet-switching, is problematic.

As a result, a new switching paradigm has been proposed for dynamic WDM networks: optical burst switching (OBS). OBS networks electronically aggregate packets into a container, so called burst, at the edge of the network. Intermediate network resources are then allocated burst-by-burst. Network resource allocation in OBS networks can be implemented in a hop-by-hop or in an end-to-end basis. The first case corresponds to the classic concept of an OBS network. In the second case,


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denoted as EE-OBS (end-to-end OBS), the burst is transmitted only after all the resources from source to destination have been reserved.

Previous research has shown that EE-OBS networks significantly reduce the burst loss rate with respect to a hop-by-hop OBS network of equivalent complexity, leading to lower wavelength requirements. Given that wavelengths are costly resources, EE-OBS networks would be very attractive for implementation compared to hop-by-hop OBS.

As the migration from static optical networks to dynamically operated ones is widely expected due to the potential wavelength savings offered by dynamic networks, the quantification of the wavelength requirements of dynamic EE-OBS networks and its comparison to those of static networks is of fundamental importance. A key aspect which determines the wavelength requirements of an EEOBS network is the resource allocation algorithm. To date, the best resource allocation algorithm in EE-OBS networks without wavelength conversion capability achieves wavelength savings only at low loads, (< 0.3), under uniform traffic demand conditions and assuming no network failures. Under the same conditions, the best resource allocation algorithm in wavelength convertible EEOBS networks achieves significant savings compared to static networks in a wide range of traffic loads (up to 0.9).

However, the wavelength requirements of dynamic EE-OBS networks with respect to the static approach under failure conditions have not been investigated to date, a key aspect to research given that networks of practical interest must be dimensioned so they can tolerate failures. Therefore, the objective of this project is the efficient dimensioning of EE-OBS networks under failure conditions and its comparison to its static counterpart.

To achieve such a goal, the wavelength requirements of EE-OBS networks operating with the most common dynamic resource allocation algorithms will be evaluated and compared to the dimensioning required in the static case when failures can occur across the network. Networks with and without wavelength conversion will be studied.

In addition, in the case of fixed routing in wavelength-convertible networks (the case where dynamic operation has shown to achieve the greatest wavelength savings with respect to the static case), the project will focus on the specification of the optimal set of routes which allow for the minimization of the wavelength requirements under failure conditions. This set of routes will be found by means of optimisation techniques (as non-linear integer programming) and the utilization of the statistical multiplexing of connections.

It is expected that results from this project assist telecommunication network operators to better design and operate dynamic optical networks in the short term.


Control Predictivo de Convertidores Multifase y MultinivelInvestigadoresDr. Patricio Cortés E.Dr.-Ing. José Rodríguez P.


› resumen

Para poder aumentar la potencia de los convertidores estáticos, sin aumentar las exigencias sobre los elementos de conmutación, son posibles dos soluciones: el uso de convertidores multifase alimen-tando máquinas multifase, y el uso de convertidores multinivel alimentando cargas trifásicas.

El control predictivo basado en modelos presenta una serie de ventajas que son útiles al aplicarse al control de convertidores de potencia: buena respuesta dinámica, y el fácil tratamiento de las no


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linealidades y restricciones sistema en el algoritmo de control. Por otro lado, la naturaleza discreta de los convertidores de potencia facilita la solución del problema de optimización al ser posible evaluar todos los estados posibles.

Este proyecto propone el uso de control predictivo basado en modelos, considerando los conver-tidores de potencia como sistemas con estados finitos, aplicado a convertidores multifase y converti-dores multinivel. Este esquema de control ya ha sido probado con buenos resultados en el control de inversores y rectificadores trifásicos. Sin embargo, la extensión de este esquema de control a sistemas multifase y multinivel no es trivial, dado el incremento exponencial del número de estados posibles al aumentar el número de fases o el número de niveles. Este incremento en el número de estados posi-bles implica un incremento en el número de cálculos requeridos para predecir el comportamiento del sistema para cada estado posible y seleccionar el estado óptimo.

El objetivo principal de este proyecto es desarrollar estrategias de control predictivo basado en modelos para convertidores multifase y multinivel, e implementar experimentalmente estas estrategias usando algoritmos que utilicen un número reducido de cálculos.

En cuanto a la metodología aplicada, el proyecto se divide en tres etapas: análisis teórico de los convertidores y proposición de diferentes esquemas de control, verificación de los esquemas de control mediante simulaciones, y finalmente implementación experimental de los controladores propuestos en un inversor pentafásico y un inversor multinivel.

Este proyecto tendrá como resultado estrategias de control predictivo basado en modelos para convertidores multifase y multinivel, que aprovechan la naturaleza discreta de los convertidores de potencia, y que están optimizadas para que su implementación sea posible utilizando microprocesa-dores disponibles actualmente.

› abstract

In order to increase the power of the power converters without increasing the stress of the switching devices, two approaches are possible: the use of multi-phase converters supplying multi-phase machines or the use of multi-level three-phase converters supplying three-phase loads.

Model Predictive Control has several advantages that are useful when applied to the control of power converters: good dynamic response, easy inclusion of non-linearities and restrictions in the model and in the control law. In the other hand the discrete nature of power converters makes easy to solve the optimization problem by directly evaluating all possible states.

This project proposes the use of model predictive control, considering the power converters as a finite- states system, to do the control of multi-phase and multi-level converters. This control scheme has been proved with good results for the control of three-phase inverters and rectifiers. However, the extension of this control scheme to multi-phase and multi-level inverters is not trivial due to the exponential increase of the number of states when the number of phases or the number of levels is increased. This increase in the number of states implies an increase in the number of calculations required to predict the behavior of the system for each state and then select the optimal state.

The main objectives of this project are to develop model predictive control strategies for multi-phase and multi-level converters, and implement these strategies in laboratory prototypes using algorithms that reduce the number of calculations.

With respect to the methodology, the project will be divided in three stages: theoretical analysis of the converters and proposal of different control schemes, verification of the control schemes by means of simulations, and finally experimental implementation of the proposed controllers in a five-phase inverter and in a multi-level three-phase inverter.

This project will have as results model predictive control schemes for multi-phase and multi-level con-verters that take advantage of the discrete nature of the power converters, and that are optimized in order to be feasible with today’s digital signal processors.


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Interfaces de Convertidores Multinivel para Sistemas de Conversión de Energía Eólica y FotovoltaicaInvestigadorDr. samir Kouro r.

ÁreasIngeniería EléctricaIngeniería ElectrónicaIngeniería de Instrumentación y Control

› resumen

Actualmente existe un gran interés en el área de la electrónica industrial en desarrollar y perfec-cionar la tecnología de convertidores de potencia con el objetivo de mejorar la integración de las energías renovables y su conexión a red. Este tema adquiere cada vez más importancia por el aumento progresivo en la dependencia de los combustibles fósiles y sus costos, además de los efectos de este tipo de combustibles sobre el medio ambiente. Actualmente se enfrentan diversos desafíos en varias líneas de investigación relacionadas con semiconductores de potencia, topologías y control de conver-tidores, con el fin aumentar los niveles de potencia, calidad de la energía, confiabilidad y eficiencia del sistema de conversión de potencia.

Por otra parte los convertidores multinivel se consideran actualmente como una de las soluciones más idóneas para aplicaciones de alta potencia y de alta calidad de energía. Existen diversas topologías y métodos de control en el mercado y se usan en diferentes aplicaciones industriales así como también en investigación. Esta tecnología ha alcanzado cierto grado de madurez, especialmente en aplicación con accionamientos motorizados (bombas, ventiladores, propulsión de barcos, correas transportadoras, tracción en trenes, etc.). Sin embargo, su uso como interfaz de conexión a red para conversión de energías renovables ha sido explorado a nivel de investigación en pocos trabajos y está comenzando su desarrollo. Por ello, el objetivo principal de este proyecto es analizar, diseñar, desarrollar y comparar diversas interfaces de convertidores multinivel (y sus métodos de control) para aplicaciones de energía eólica y fotovoltaica, para contribuir a la integración a la red de fuentes renovables de energía.

Particularmente se desea analizar topologías multinivel derivadas del convertidor puente-H en cascada y el convertidor de condensadores flotantes. Se desarrollarán métodos de control de conexión a red y de sincronismo basados en control directo de potencia DPC y control predictivo.

› abstract

There is currently a great interest of the research community in developing the power converter technology in order to improve the integration of renewable energy sources and distributed generation, where this technology plays a key role. This subject is gaining more and more attention due to the progressive increase of dependency and costs of fossil fuels and the effects of this energy source over worldwide pollution. There are several challenges that are being addressed related to semiconductor technology, converter topologies and control strategies, in order to increase the power rating, power quality, efficiency and reliability of the power interface system.

Multilevel power converters are considered today as one of the most suitable solutions for high power and power quality demanding applications. Several converter topologies and control methods are being used in different applications in industry and academia. This technology has reached a


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mature level, especially for motor drive applications (pumps, fans, conveyors, ship propulsion, train traction, etc.). However, the grid interface application for renewable energy integration has been only valuated in few works in research and is starting its development. Therefore the main objective of this project is to analyze, design, develop and compare other multilevel converter interfaces (and control schemes) for Photovoltaic and Wind Power Conversion Systems, in order to contribute with the grid integration of renewable energy sources.

Particularly multilevel converter interfaces based on the cascaded H-bridge and the flying capacitor converter will be analyzed. Grid connection and synchronization control methods based on direct power control DPC and predictive control will be developed.


Modulation and Control for Novel Hybrid Multilevel Converters with Harmonic Voltage Compensation for Drives Application

InvestigadorPh.D. César Silva J.Dr. Pablo Lezana I.

ÁreasIngeniería Electrónica

Ingeniería Eléctrica

› abstract

Since more than a decade now multilevel voltage source converters have become increasingly accepted as a way of achieving inverters (dc/ac) and active rectifiers (ac/dc) for medium voltage, large power applications, using existing lower voltage devices [1-3]. Multilevel converters operate by connecting to the load multiple dc-link, originally all of the same value, hence also improving the waveform quality. The multilevel converters correspond to one of three main converter topologies: Neutral Point Clamped (NPC), flying capacitor and Cascade Multicell (CM) converters, each topology with its particular advantages and shortcoming. More recently a number of new multilevel converters, generically classified as hybrid, have been proposed. The term hybrid is interpreted as the connection of different topologies to form one converter. In this proposal, a novel hybrid topology is considerer and its advantages analyzed. Further more, a parallelism between part of the multilevel converter and series active filter can be established and is proposed as a way to derive control strategy for the considered topology. The proposed topology consist of the series connection of a three level NPC and a cascade multilevel converter. To simplify power circuitry, the multilevel converter has not connection to the mains and hence can only manage reactive power. The NPC converter handle all the active power, while a smaller voltage rated CM only generate harmonic voltage to compensate the distortion of the main converter.

The focus of the proposed project is to develop this hybrid converter concept, including developed criteria for selecting the cascade multilevel H-bridges minimum DC-link voltages and to study the most adequate modulation and control techniques for it. In the following sections some relevant background on the classic multilevel converter topologies is given, some of the existing hybrid topologies are described and finally the proposed hybrid topology and its anticipated advantages are discuses.

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Confiabilidad de Sistemas Industriales con el Control y Mitigación delNivel de Interferencias Conducidas EMI/EMCInvestigadoresMg. Jorge Pontt O.Dr. ricardo olivares V.Dr. Héctor Carrasco E.Ing. Sergio Fuentes B.Dr.-Ing. José Rodríguez P.Mg. Waldo Valderrama R.Ing. Daniel Rodríguez S.Ing. Leopoldo Silva B.

ÁreaTecnología de la Información y Comunicaciones

› resumen

Los sistemas productivos emplean equipos de tamaño creciente, integrando funciones operacio-nales con sistemas electrónicos y tecnologías de información con dispositivos/software para sensores y computadores embedded. En Chile, la minería representa 50% de las exportaciones, con liderazgo mundial en problemas tecnológicos y ambientes difíciles dados por la combinación de gran altura, profundidad subterránea, faenas riesgosas, movimiento de grandes equipos, haciendo que la confia-bilidad y seguridad de personas y equipos se agreguen a los requerimientos de eficiencia productiva. Los equipos para el procesamiento de minerales emplean dispositivos electrónicos de potencia y accio-namientos eléctricos de gran tamaño como molinos, correas, bombas, camiones, etc. Sin embargo, la eficiencia y controlabilidad de los equipos electrónicos generan emisiones electromagnéticas. El tama-ño y la multiplicidad de equipos hace que esas emisiones sean crecientes, poniendo en grave riesgo las operaciones mineras, actualmente con síntomas emergentes, demandando nuevas soluciones. Las interferencias electromagnéticas EMI/EMC causan mal funcionamiento y detención imprevista de sis-temas, reduciendo seguridad y disponibilidad de sistemas. La complejidad de instalaciones implica un aumento en los costos de falla. Las mantenciones no-planeadas causan costos y stress adicionales al personal, reduciendo seguridad y aumentando riesgos laborales. Este proyecto desarrollará una pla-taforma tecnológica con especialistas, equipos, procedimientos y software para crear nuevos servicios tecnológicos inicialmente focalizados en el sector minero. Aspecto crítico es el logro de soluciones adaptadas a problemas reales de ingeniería de diseño e ingeniería operacional. La introducción de nuevos productos/servicios podrían aplicarse a partir del segundo año de proyecto. El proyecto tiene sinergia con la colaboración internacional, la formación de recursos humanos de alto nivel y alto im-pacto económico/social.

› abstract

Productive systems employ large size equipment integrating their functions with electronics and information technologies with devices/software for sensors and embedded computers. In Chile, the mining sector represents 50% of exports, having a worldwide leadership in technological problems, within harsh environment given by combination of altitude, underground tunnels, risks, moving equipments. Therefore, requirements of reliability and safety of personnel and equipment are added to the required productive performance. Mineral processing equipment use power electronics and drives like grinding mills, conveyors, pumps, haul trucks, etc. Despite the efficiency and controllability, equipment generate electromagnetic emissions. The size and multiplicity of equipment make increasing electromagnetic emissions, raising the risks of mining operations. This fact shows symptoms, creating a demand for new solutions. Electromagnetic conducted interferences EMI/EMC cause malfunction and shutdown of industrial systems, reducing the safety and availability of critical systems. Complexity of

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industrial and commercial installations is increasing their failure costs. Non-planned maintenance and repair cause additional and excessive stress to the personnel reducing safety and raising the labor risks. This project proposes R&D activities for contributing with the development of a technological platform comprising specialists in electronics and information technologies, equipment, models, procedures and software for creating a new range of technological services for the productive sector, initially the mining sector. Critical aspect of the project is the achievement of solutions well adapted to real problems of Engineering design and Operational Engineering. Introduction of new products and services may be applied during the second year of the project. The project has synergy with international collaboration and training of high-level human resources with high economic/social impact.

[ Proyecto Programa Bicentenario de Ciencia y Tecnología Nº ACT-11 ]

Análisis, Modelado y Optimización de la Aplicación de Tecnologías Inalámbricas

InvestigadoresPh.D. Rodolfo Feick L.Ph.D. Walter Grote H.

Ph.D. Hristo Hristov D.Dr. Héctor Carrasco E.

Ph.D. Ismael Soto (Universidad de Santiago de Chile)Dr. Miguel Alfaro (Universidad de Santiago de Chile)

Dr. Pedro Palominos (Universidad de Santiago de Chile)

ÁreasTelecomunicaciones, Electrónica

› resumen

Las telecomunicaciones inalámbricas se han incorporado como una tecnología que ya forma parte de cualquier sociedad moderna. Las aplicaciones de banda ancha, también conocidos como de tercera y cuarta generación, ofrecen el potencial de combinar movilidad con los servicios multimediales, con los cuales los usuarios esperan ahora poder contar en cualquier lugar. La escasez del recurso común requerido para estos fines, el espectro radioeléctrico, y el comportamiento aleatorio del medio de propagación, son dos problemas fundamentales que deben enfrentarse para aplicar eficientemente esta tecnología. En este proyecto se propone investigar varios temas estrechamente ligados, relacionados con la caracterización y el uso óptimo de tecnologías inalámbricas. El trabajo propuesto abarca desde el estudio de la influencia del medio físico en la propagación, hasta la búsqueda de codificadores, ecualizadores y algoritmos de modulación capaces de contrarrestar las alteraciones que introduce el canal. Nuevas y prometedoras tecnologías tales como la codificación espacio temporal y los sistemas de antenas compactas compatibles con tales sistemas serán tratadas en esta investigación. A nivel de los protocolos, la optimización para el uso de la tecnología inalámbrica en diversos escenarios de aplicación es también parte del proyecto. El objetivo general del proyecto es desarrollar un centro de investigación de nivel científico internacional, capaz de proporcionar soporte experto en el despliegue eficiente de soluciones inalámbricas de banda ancha. Esto consolidará el trabajo ya realizado en forma independiente por el grupo proponente en la Universidad de Santiago de Chile (USACH) y la Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM) durante los últimos siete años, el que ha conducido a la publicación de numerosos artículos sobre estos temas.

› abstract

Wireless telecommunications have become a part of any modern society. Broadband applications, also known as Third and Fourth Generation Wireless, offer the potential of combining mobility with

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the wideband services that users have come to expect. The scarcity of the common resource used for these applications, the radioelectric spectrum, and the random behavior of the propagation medium are two fundamental problems that this technology has to deal with. In this project several closely linked topics, related to the characterization and optimum use of wireless technologies are to be studied. They range from the study of the effect of physical environment on propagation, to the search of the encoder, equalization and modulation algorithms to overcome the deleterious effect introduced by the channel. Promising new technologies such as space-time coding and compact antenna systems compatible with them will also be dealt with. At the protocol level, optimization for the application of wireless technology in different type scenarios is also part of this project. The general objective of the project is to develop a research center of international scientific level, capable of providing expertise in the efficient deployment of broadband wireless solutions. This will consolidate the work already done by the group independently at Universidad de Santiago de Chile (USACH) and Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM) over the last seven years, which has led to the publication of numerous papers on these subjects.

[ Proyecto Programa Bicentenario de Ciencia y Tecnología Nº PSD-30 ]

Mejoramiento de Procesos Productivos en Convertidores MultinivelInvestigadoresMg. Jorge Pontt O.Ph.D. Salvador AlepuzPh.D. Marcelo PérezDr.-Ing. José Rodríguez P.Dr. César Silva J.

ÁreasIngeniería ElectrónicaIngeniería Eléctrica

› resumen

Los objetivos centrales de la UTFSM son el desarrollo de la docencia, investigación, extensión y transferencia tecnológica, procurando el mejoramiento continuo de la excelencia académica. En base a un análisis de fortalezas y debilidades efectuado se identificaron las principales acciones estratégicas, siendo una de ellas la inserción laboral de investigadores postdoctorados. En este marco, la formación de recursos humanos de alto nivel (postgrado) y la creación de nuevos conocimientos (investigación y desarrollo) plantean el desafío de incorporar investigadores jóvenes para acceder a una productividad científico-tecnológica que asegure la continuidad y excelencia de los programas de investigación y postgrado.

En este sentido, la inserción de postdoctorados contribuye a la creación de masa críticas y ambiente de trabajo, para la creación e innovación. Específicamente el proyecto inserta 2 postdoctorados en el Núcleo Milenio de Electrónica Industrial y Mecatrónica para apoyar una de las líneas de mayor producti-vidad científico-tecnológicas y demanda para el desarrollo nacional.

El objetivo general del proyecto es el fortalecimiento de una plataforma científico-tecnológica que sustente programas de formación de capital humano, impulse el desarrollo del conocimiento, la innova-ción y transferencia tecnológica, con impacto pertinente y oportuno en la gestión de creación de valor y emprendimientos tecnológicos, vinculando la Universidad y la Empresa, con trabajo interdisciplinario, integrando el conocimiento del estado del arte y la colaboración con partners internacionales.

Dentro de los trabajos desarrollados en el proyecto, es el estudio de la mejora de conexión a la red de sistemas eólicos cuando la red presenta alguna falla, siendo esto clave al momento de la conexión a un sistema central como el nuestro, posibilitando su conexión sin entorpecer o interferir con las actuales estaciones generadoras. Otro trabajo en proceso, es el estudio de aplicaciones industriales de convertido-res multi-celda híbridos, dado que se han estado utilizando recientemente no sólo para accionamientos

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de alta potencia, sino que también en amplificadores de audio, filtros activos, conexión de convertidores a la red, generación de energías alternativas y fuentes de poder programables.

› abstract

The central objectives of UTFSM are development in academic, research, extension and technological transfer, seeking the continuous improvement in the academic excellence. Based on a strengths and weaknesses analysis was identified key strategic actions, one of them the employment of researchers postdoctoral. In this context, human resource training of high-level (graduate) and the creation of new knowledge (research and development) pose the challenge of incorporating young researchers to access scientific and technological productivity that would ensure the continuity and excellence of research and postgraduate programs.

In this regard, the insertion of post graduated helps to create critical mass and work environment for the creation and innovation. Specifically, the project inserted 2 postdoctoral on Millennium Nucleus Industrial Electronics and Mechatronics to support one of the lines of higher scientific-technological productivity and demand for national development.

The project’s general objective is to strengthen scientific and technological platform that supports training of human capital, encourage the development of knowledge, innovation and technology transfer, with relevant and timely impact in the management of value creation and technological enterprises, linking the University and Enterprise, with interdisciplinary work, integrating knowledge of the state of the art and collaboration with international partners.

Among the works performed in the project, a review of the enhanced network connectivity systems of wind generators when the network has some flaw, which is key when connecting to a central system like ours, without allowing their connection obstruct or interfere with existing generating stations. Another work in process, is the study of industrial applications converters multi-cell hybrids, because they have recently been using not only for high-power drives, but also in audio amplifiers, active filters, to connect converters to the network, alternative energy generation and power source programmable.


Eficiencia Energética en Procesos IndustrialesInvestigadores

Mg. Jorge Pontt O.Dr.-Ing. José Rodríguez P.

Dr. César Silva J.Dr. Pablo Correa

ÁreaIngeniería Electrónica

› resumen

En el marco del mejoramiento continuo de la excelencia académica, los objetivos centrales de la UTFSM son el desarrollo de la docencia, investigación, extensión y transferencia tecnológica. Para una mejor contribución al país, una de las debilidades que se desea enfrentar con este proyecto, es la for-mación de masa crítica que permita fortaleces grupos de trabajo activos para la generación del conoci-miento, el networking, la inserción internacional y la formación de capital humano, en que la inserción de postdoctorados es uno de los pasos estratégicos.

Es así que mediante éste se logra sinergia con mejorar las condiciones para una mayor productividad científico-tecnológica, la continuidad y excelencia de los programas de investigación y postgrado.

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El proyecto inserta 2 postdoctorados en el Núcleo Milenio de Electrónica Industrial y Mecatrónica para desarrollas el área de la Eficiencia Energética en Procesos Industriales mediante el procesamiento eficiente y controlado de la energía, que corresponde a una de las áreas de mayor impacto en la pro-ductividad científico-tecnológica y demanda de innovaciones para el desarrollo nacional.

El objetivo principal es el desarrollar la eficiencia energética de procesos con impacto en el mejo-ramiento de la calidad y competitividad de procesos productivos del país, basado en el desarrollo del conocimiento y la tecnología, a través del fortalecimiento de una plataforma científico-tecnológica que sustente programas de formación de capital humano, impulse la creación de valor vía investigación, innovación y transferencia tecnológica y emprendimientos, vinculando la Universidad y la Empresa, con trabajo interdisciplinario, integrando el conocimiento del estado del arte y la colaboración con partners internacionales.

› abstract

Under the continuous improvement of academic excellence, the central objectives of the UTFSM are the development in academic, research, extension and technology transfer. For a better contribution to the country, one of the weaknesses to be faced with this project is the formation of critical mass that allows strengthen active working groups for the generation of knowledge, networking, integration and international human capital formation, where the insertion of post graduated is one of the strategic steps.

Thus, it is achieved through synergy with improving conditions for greater scientific and technological productivity, continuity and excellence of the research and postgraduate programs.

The project inserted 2 postdoctoral on Millennium Nucleus Industrial Electronics and Mechatronics to development the area of Energy Efficiency in Industrial Processes through efficient processing and controlled energy, which corresponds to one of the areas of greatest impact on scientific-technologic productivity and innovation demand for national development.

The main objective is to develop the energy efficiency in processes with impact on improving the quality and competitiveness of productive processes in the country, based on the development of knowledge and technology, through the strengthening of a scientific-technological platform that supports programs of human capital formation, promote value creation via research, innovation and technology transfer and entrepreneurship, linking the University and Enterprise, with interdisciplinary work, integrating knowledge of the state of the art and collaboration with international partners.

[ Proyecto CONICYT CNRS ]

Tópicos de Calidad de Servicio en Redes de Acceso InalámbricasInvestigadoresPh.D. Walter Grote H.Ph.D. Agustín González V.Ph.D. tomás arredondo V.Ph.D. Khaldoun Al Agha, LRI (Laboratoire de Recherche en Informatique), (CNRS-UMR8623)Ph.D. Lila Boukhatem, LRI (Laboratoire de Recherche en Informatique), (CNRS-UMR8623)Ph.D. Steven Martin, LRI (Laboratoire de Recherche en Informatique), (CNRS-UMR8623)

ÁreasTelecomunicaciones, Redes Inalámbricas, Protocolos, Ruteamiento

› resumen

El objetivo global de este proyecto es consolidar un grupo de investigación que permitirá a ambas partes beneficiarse de la experiencia adquirida en una amplia medida para producir publicaciones con-


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juntas. Para cumplir este objetivo, los profesores y estudiantes de posgrado llevarán a cabo una serie de intercambio de visitas programadas. Las áreas de investigación son QoS (Calidad de servicio) en los protocolos de red inalámbrica y las interacciones entre niveles de red. Casos específicos de estudio son los protocolos IEEE 802.11, 802,15 y 802,16.

La hipótesis que sustenta este proyecto es que el estudio de QoS (Calidad de servicio) en los pro-tocolos de red inalámbrica y sus interacciones entre los niveles de red son un campo de investigación activo. Por otra parte, que ambas partes han contribuido activamente a ampliar los conocimientos en estas áreas a través de sus contribuciones individuales, pero que un trabajo conjunto beneficia y enri-quece sus áreas de investigación. Concretamente, la IEEE 802.11, 802,15 y 802,16 protocolos son áreas de investigación donde puede hacerse importantes contribuciones.

› abstract

The global objective of this project is to consolidate a research group that will allow both parties to benefit from the acquired expertise of the other party to a wider extent than has been the case so far, to produce joint publications. To fulfill this objective faculty and graduate students will perform a set of programmed exchange visits. The research areas will be QoS (Quality of Service) in wireless network protocols and its crosslayer interactions. Specific cases of study will be the IEEE 802.11, 802.15 and 802.16 protocols.

The hypothesis that sustains this project is that the study of QoS (Quality of Service) in wireless network protocols and its crosslayer interactions is a field of active research. Also, that both parties have actively contributed to extend the knowledge in these areas through their individual contributions, but that a joint work will benefit and enrich their areas of research. Specifically the IEEE 802.11, 802.15 and 802.16 protocols are areas of research where significant contributions can be made.


Análisis y Optimización de Esquemas de Diversidad con Múltiples Antenas para Sistemas Inalámbricos Fijos

InvestigadoresDr. Luciano Ahumada F. (Universidad Diego Portales)

Dr. Héctor Carrasco E.



› resumen

La aparición de diversos sistemas de comunicaciones inalámbricos de propagación en ambientes interiores y exteriores se ha traducido en nuevos desafíos en el diseño de los mismos, con mayores re-querimientos de calidad de servicio (QoS). Claros ejemplos de ello son las redes de área local inalámbrica WiFi, WiMax, los avances hacia la tercera generación de sistemas celulares, entre otros. Es por ello que la disponibilidad de modelos de canal realistas que permitan modelar el medio de propagación es de gran relevancia al momento de optimizar parámetros clave de estas redes como aquellos relacionados con los protocolos de acceso, algoritmos de QoS o para optimizar el uso del ancho de banda disponible.

Los fenómenos relacionados con la propagación de ondas son altamente dependientes del ambien-te donde se ha instalado el sistema inalámbrico. Chile presenta características geográficas y normas de construcción de edificaciones que difieren en muchos aspectos de aquellos entornos donde se han realizado la mayor parte de los estudios publicados en la literatura. Así, el desempeño de tecnologías


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inalámbricas en nuestro territorio podría diferir de manera significativa respecto de los resultados publi-cados en la literatura científica. Por ejemplo, Chile presenta una gran variedad climática y topográfica. La actividad sísmica es común, por lo que típicamente se emplean refuerzos metálicos en la construc-ción de edificios. Es por ello que los estudios realizados en ambientes donde estas características no están presentes pueden no ser del todo, justificando el realizar nuevos estudios que permitan extender aquellos publicados.

Dentro de estas temáticas, los siguientes puntos corresponden a los objetivos del proyecto. Ellos son la extensión de resultados previos que se han traducido en artículos publicados en revistas y confe-rencias internacionales.

› 1. Analizar los beneficios relacionados con la utilización de diferentes tipos de esquemas de di-versidad en sistemas inalámbricos fijos o nómades desde un punto de vista teórico y empírico: los resultados publicados en la literatura científica para el caso inalámbrico fijo son escasos. La mayoría de ellos no incluye una componente empírica. Aquellos basados en simulación generalmente emplean suposiciones validadas para sistemas móviles, no pudiendo representar en su totalidad al caso inalám-brico fijo. Los temas a tratar corresponden a la estimación de parámetros de caracterización de enlaces inalámbricos fijos en entornos urbanos y el estudio de esquemas de diversidad en espacio, frecuencia y mixtos.

› 2. Comparar esquemas de diversidad MIMO y SIMO/MISO: Se estudiará de manera empírica la rela-ción existente entre ganancia por diversidad en sistemas MISO/SIMO y capacidad MIMO en diferentes entornos de propagación. El trabajo empírico se complementará con el desarrollo de modelos teóricos y de simulación.

› abstract

The appearance of several outdoor and indoor wireless communication services has created new design challenges, with bigger Quality of Service (QoS) requirements. Clear examples are the WiFi local area networks, WiMAX, the advances towards the fourth generation of cellular systems, among others. Hence, the availability of realistic propagation models to characterize the wireless channel is a key requirement for designers who need to perform optimization of network parameters such as those of MAC layer protocols, QoS algorithms or to optimize the use of the available channel bandwidth.

Propagation characteristics of the wireless channel are environmental dependent. Chile presents geographical characteristics and specific urban structures that in many aspects differ from those where propagation studies have mainly been performed. Therefore, the performance of wireless technologies may differ significantly from results known through the scientific literature. Specifically, Chile presents a rich climatic and topographic variety. Earthquakes are common, so the use of extensive metal reinforcements in buildings is common to withstand seismic activity. The effect of this on urban electromagnetic propagation requires additional studies, as the models by authors where these characteristics are not present may not be applicable.

Within the broad areas described above, certain subjects will be the specific objectives of our work. They are the extension of previous investigations by the proponents on the subject and have led to journal and conference papers.

› 1. To analyze the benefits of using different types of diversity schemes in fixed or nomadic wireless links from a theoretical and empirical point of view: Published articles about diversity schemes for fixed wireless links are scarce. Most published results do not include an experimental support. Those based on simulation techniques often employ assumptions validated for mobile scenarios, which may not hold for fixed or nomadic wireless channels. Specific topics to be covered are the estimation of typical parameters to characterize the urban fixed wireless channel and the study of diversity gain for space, frequency and mixed diversity schemes.


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› 2. To compare MIMO and SIMO/MISO diversity schemes: A recently built MIMO channel sounder that is currently being used by the proponents will be perfected and used for empirical studies, specifically the subject of the interaction between diversity gain of MISO/SIMO and MIMO capacity in fixed wireless type applications. Empirical work will be complemented with computer simulation and theoretical models, particularly for the environments that will be the objective of this study.


a. Zapata, S. Ahumada, “Static vs. Dynamic Wavelength-Routed Optical Networks under Tme-Varying Traffic”, Optical Fiber Conference 2008, San Diego, U.S.A., 24-28 Feb. 2008

B. L. Ooi, M. S. Leong, H. D. Hristov, R. Feick, I. Ang, “An efficient algorithm Macro-basis-function and Progressive Method for analyzing microwave filter”, (invited paper), Progress in Electromagnetics Research Symposium PIERS 2008, Hangzhou, China; 24-28 Mazo 2008

W. Grote, a. arenas, a. Zapata, “NetFailPAC: A Single Failure Protection Algorithm with QoS Provision for Optical WDM Networks”, Proc. Third International Conference on Systems ICONS’08, Editors Ekaterina Prasolova-Forland, Manuela Popescu, Cancún México; pp. 226-229; 13-18 April 2008

A. Alviña, A. J. González, “Pressure and Temperature Monitoring Systems for Off-Highway Truck Tires”, I International Congress on Automation in the Mining Industry, Hotel Sheraton, Santiago, Chile; 23-25 April 2008

L. Szczecinski, A. Alvarado, R. Feick, “Closed-form approximation of Coded BER in QAM-based BICM Faded Transmission”, IEEE Sarnoff Symposium 2008 NJ, U.S.A.; pp. 1-5; 28-30 April 2008

c. Hermosilla, R. Feick, R.A. Valenzuela, L. Ahumada, “Improving MIMO capacity with directive antennas for Outdoor-Indoor Scenarios”, 2008 IEEE 64th Vehicular Technology Conference: VTC2008-Spring, Marina Bay, Singapore; pp. 414-418; 11-14 May 2008

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P. Cortés, J. Rodríguez, S. Alepuz, S. Busquets, J. Bordonau, “Finite-States Model Predictive Control of a Tour-Level Diode-Clamped Invertid”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

R. Vargas, U. Ammann, J. Rodríguez, J. Pontt, “Reduction of Switching Losses and Increase in Efficiency of Power Converters using Predictive Control”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

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u. ammann, R. Vargas, S. Rees, J. Serra, J. Roth-S, “An Analytical Approach to Steady-State Current Control Propierties of Power Converters Featuring Discrete-Time Switching”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

S. Alepuz, S. Busquets, J. Bordonau, P. Cortés, J. Rodríguez, R. Vargas, “Predictive Current Control of Grid-Connected Neutral-Point-Clamped Converters to meet Low Voltage Ride-Through Requirements”, 39th iEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

M. E. Rivera, R. Vargas, J. Espinoza, J. Rodríguez, c. silva, “Current Control in Matriz Converters Connected to Polluted AC Voltage Supplies”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

R. Vargas, U. Ammann, J. Rodríguez, J. Pontt, “Predictive Strategy to Reduce Common-Mode Voltages on Power Convertes”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

R. Vargas, M. E. Rivera, J. Rodríguez, J. Espinoza, “Predictive Torque Control with Input PF Correction Applied toa n Induction Machina fed by a Matrix Converter”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

C. Ramírez, J. Espinoza, J. Gumán, J. Rodríguez, G. Joós, “Hybrid Control of Three Phase Current Source Rectifiers”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

M. Dong, B. Wu, N. Zargari, J. Rodríguez, “A Novel Digital Modulation Scheme for a Multilevel Cascade h-bridge Inverters”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

P. Lezana, s. Kouro, c. silva, J. Soto, “Control o fan Irbid Multilevel Inverter for Current Waveform Improvement”, 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference on Industrial (PESC 08), Rhodes, Greece; 15-19 June 2008

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PuBlicacionEs En liBros y rEVistas EsPEcialiZaDas

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J. Pontt, “Potential contribution of Renewable Non Conventional Energies and Energy Efficiency to the Electrical Grid in the Years 2008-2025 (Aporte Potencial de Energías Renovables No Convencionales y Eficiencia Energética a la Matriz Eléctrica, 2008-2025)”, PRIEN-U. de Chile, Núcleo Milenio Electrónica Industrial y Mecatrónica, UTFSM, Agosto 2008, 84 páginas, ISBNnº978-9567889-40-2, Reg. Prop. Intelectual Nº174775, 1ª Edición, Editores: Jorge Pontt, Pedro Maldonado, M. Paz Aedo, Sara Larraín

B. L. Ooi, I. Ang, X. C. Shan, A. Lu, R. Feick, H. D. Hristov, “Wide-Slot Waveguide Antenna on LTCC Technology”, Microwave and Optical Technology Letters; Vol. 5 N° 8, pp. 2181-2184; August 2008

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R. Kennel, M. Kazmierkowski, J. Rodríguez, “Guest Editorial”, IEEE Transactions on Industrial Electronics; Vol. 55(12), pp. 4309-4311; December 2008

P. Cortés, M. Kazmierkowski, R.M. Kennel, D. Quevedo, J. Rodríguez, “Predictive Control in Power Electronics and Drives”, IEEE Transactions on Industrial Electronics; Vol. 55(12), pp. 4312-4324; Dec. 2008

M. Pérez, P. Cortés, J. Rodríguez, “Predictive Control Algorithm Technique for Multilevel Asymmetric Cascaded H-Bridge Inverters”, IEEE Transactions on Industrial Electronics; Vol. 55(12), pp. 4354-4361; Dec. 2008

R. Vargas, J. Rodríguez, U. Ammann, P. Wheeler, “Predictive Current Control of an Induction Machine Fed by a Matrix Converter with Reactive Power Control”, IEEE Transactions on Industrial Electronics; Vol. 55(12), pp. 4362-4371; December 2008

R. Vargas, U. Ammann, J. Rodríguez, J. Pontt, “Predictive Strategy to Control-Mode Voltage in Loads Fed by Matrix Converters”, IEEE Transactions on Industrial Electronics; Vol. 55(12), pp. 4372-4380; December 2008

PatEntEs

W. Valderrama, J. Pontt, L. Magne, G. Sepúlveda, F. Salgado, “System and method of measuring and classifying the impacts inside a revolving mill used in mineral grinding”, Application Nr. 1902003, Canadá - concedida (#2456566, diciembre2, 2008)

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5Departamento de Física

Act iv idades de Invest igac ión 2008Fís

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Física de Aceleradores de PartículasInvestigadores

Ph.D. iván schmidt a.Ph.D. Claudio Dib V.

Ph.D. olivier Espinosa a.Dr. carlos contreras H.

Ph.D. Gorazd CveticDr. Sergey Kovalenko

Dr. William BrooksDr. Boris Kopeliovich

Dr. Patricio gaeteDr. Choong S. Kim

Dra. Irina PotashnikovaDr. yuri ivanov

Ph.D. Amir RezaeianDr. Zhun lu

Dr. Maxim Dvornikov

ÁreasFísica de Partículas Elementales

Física nuclear

› resumen

El Modelo Standard de las interacciones fuertes y electrodébiles (SM) es la teoría aceptada para explicar la estructura de la materia al nivel más fundamental conocido hasta la fecha. De hecho, reproduce exitosamente casi todos los datos experimentales en el tema. Por otro lado, existen fuertes argumentos teóricos que indican que esta teoría no puede ser la teoría fundamental de las partículas elementales válida a todas las escalas de energía. La primera indicación experimental convincente de física más allá del SM ha aparecido recientemente en observaciones de neutrinos solares, atmosféricos y de reactores. El efecto observado, conocido como oscilaciones de neutrinos, implica masas pequeñas pero no nulas para los neutrinos y mezcla máxima entre sus diferentes sabores. Adicionalmente, explicaciones de varios fenómenos aparecen en física más allá del SM, con impacto dramático en áreas como la cosmología del Big Bang, proporcionando elementos faltantes para nuestro entendimiento de la creación, evolución y estructura actual del universo. Los experimentos a realizarse en el acelerador más grande del mundo LHC (Large Hadron Collider) en CERN, que empezará a operar en el año 2007, buscarán el único elemento que falta para completar el SM, es decir la partícula Higgs, y también Física más allá del SM.

Por otro lado, por muchos años el progreso de nuestro entendimiento de la fuerza nuclear y de la estructura de los hadrones ha sido bastante lenta. Tan sólo recientemente, con el surgimiento de la Cromodinámica Cuántica (QCD) como su teoría básica, se ha podido realizar un progreso considerable. Actualmente ésta es un área de investigación muy activa, tanto en teoría como en experimentos. QCD es la teoría aceptada para las interacciones fuertes. Sin embargo, su aplicación a la física de materia hadrónica involucra fenómenos no perturbativos, que son muy difíciles de estudiar con las herramientas teóricas existentes. La solución de este problema representa uno de los desafíos de la física de partículas moderna. Construir un puente entre la física a nivel de quarks y aquella física observable de hadrones y núcleos también es necesario para estudios del SM y de fenómenos de física nueva que pueden ocurrir en experimentos de colisiones a altas energías. Los problemas científicos a ser estudiados en este proyecto corresponden, en general, a los temas más actuales en fenomenología de física de partículas relevantes a los experimentos mencionados anteriormente.

Por otra parte, uno de los propósitos claves de esta propuesta es iniciar la actividad experimental. Esto incluye análisis de datos, simulación de eventos y participación en colaboraciones experimentales, como también actividades de transferencia tecnológica.

5.1


6 6


Diseño y Desarrollo de Sensor de Humedad de Bajo Costo Basado en Capacitancia Eléctrica como Elemento Base para Reducción de Asfixia Radicular en Culivos Agrícolas altamente sensibles a las Actividades de RiegoInvestigadoresDr. Ing. Gastón Agüero S.Ph.D. Elías tuma a.M.Sc. Viktor Slüsarenko S.

ÁreasIngeniería Electrónicasistemas Dinámicos

› resumen

[ Problema a resolver: ]

Según estudios de ODEPA y CIREN, la industria de la palta en Chile es uno de los rubros frutícolas que mayor desarrollo ha presentado en la última década. Hoy en día, la superficie plantada con esta especie es la segunda en importancia después de la vid de mesa, ha llegado a 39.303 hectáreas (CENSO, 2007), lo que representa un crecimiento de 150% en 11 años.

En Chile hay huertos que mantienen producciones estables de alrededor de 25 ton/ha, sin embargo, el rendimiento promedio nacional de los huertos adultos está alrededor de las 9 ton/ha. Según estudios previamente realizados por el Instituto de Investigaciones Agropecuarias, esta baja producción se debe principalmente a problemas de asfixia radicular, ya que el palto es muy sensible a la falta de aire en el suelo, variable que depende fuertemente de la cantidad de humedad en el medio; y justamente la mayoría de las plantaciones en el país se han realizado en terrenos con baja capacidad de aire, entre 15 y 20%, y alta densidad aparente, entre 1,1 y 1,4 gr/cm3 (Nagera et al., 2006). Esto se ve agravado por prácticas de riego poco precisas donde no se controla el efecto de la cantidad de agua sobre la aireación del suelo.

Desde este punto, se hace necesario desarrollar un sistema que permita entregar la información necesaria para que administradores agrícolas puedan controlar con certeza las actividades de riego, en términos de oportunidad y cantidad de riego y con la exactitud necesaria para evitar la compactación de terrenos excesivos y por ende la asfixia radicular del cultivo.

Adicionalmente al cultivo del palto, existen más de 1.000.000 de hectáreas bajo riego las cuales se han ido tecnificando en su aplicación.

[ Objetivos del Proyecto: ]

Investigar y determinar el mejor método para determinar con mayor exactitud las propiedades dieléctricas del suelo bajo un modelo de capacitancia eléctrica.

Desarrollar un sensor capacitivo que permita leer de manera continua y a distintas profundidades la cantidad volumétrica de agua en el suelo, mediante la determinación de las propiedades dieléctricas del mismo.

Integrar al sensor conectividad inalámbrica mediante la utilización de nodos inalámbricos (motes) de bajo costo y consumo de energía.

Diseñar y desarrollar software de interpretación del sensor de tal forma de facilitar las lecturas por parte de terceros.

Desarrollar un sistema que permita al sensor comunicarse con un servidor central y entregar sus datos de manera gráfica al administrador agrícola.

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5.2

DEPARTAMENT O DE F ÍSICA

6 7

Desarrollar pruebas de campos para determinar variabilidad y sensibilidad en comparación con otros sensores de mercado.

Finalmente desarrollar un sistema que de manera directa, permita controlar y racionalizar el uso de recursos escasos como el agua y la energía utilizada para cada riego.

[ Metodología: ]

Para la investigación y el desarrollo se llevarán a cabo las siguientes etapas de desarrollo en dos años:Método de Wheatstone para medir impedancia de un circuito al que el suelo es incorporado como un medio dieléctrico. Se considerará estudio de Métodos de respaldo como el Método del circuito resonante y Método de oscilador Astable: circuito que oscila a una frecuencia determinada que cambia al incluirse un condensador que utiliza al suelo como medio dieléctrico, cambiando su frecuencia de oscilación. Esta frecuencia de oscilación es la que sirve para medir la capacitancia del condensador.

Estudio de diseño y costos de requerimientos hardware para metodología seleccionada.

Diseño y construcción del Circuito Prototipo.

Construcción de software para Calibración Predeterminada y Calibración por Tipo de Suelo.

Pruebas empíricas de laboratorio para validar sensibilidad en comparación con productos del mercado.

Generación de documentación de respaldo.

Pruebas empíricas de campo para validar sensibilidad en comparación con productos del mercado.

Reproducción.

[ Resultados esperados: ]

› 1. Sensor Capacitivo para la medición de humedad en el suelo basado en las propiedades dieléc- tricas del suelo.

› 2. Software Interpretativo de lecturas de sensor.

› 3. Conectividad Inalámbrica entre servidor.

› abstract

According to studies ODEPA and CIREN, the avocado industry in Chile is one of the fruit species that increased development has presented over the last decade. Today, the area planted with this species is the second largest after the vine-table, has reached 39,303 hectares (CENSUS, 2007), representing a growth of 150% in 11 years.

In Chile there are orchards that maintain stable production of about 25 tons/ha, however, the national average yield of orchards adult is around 9 tons/ha. According to studies previously conducted by the Institute of Agricultural Research, this low production is mainly due to root problems of choking, because the avocado is very sensitive to the lack of air into the soil, which is a heavily dependent variable on the amount of moisture in the soil, and most of the plantations in the country has been made in areas with low capacity of air, between 15 and 20%, and high bulk density, between 1.1 and 1.4 gr/cm3 (Niger et al., 2006). This is compounded by unclear irrigations practices in which the amount of water is not controlled jointly with the aeration of the soil.

From this point, it becomes necessary to develop a system allowing delivery of the necessary information so that administrators can monitor certain agricultural activities irrigation, in terms of timing and amount of irrigation and with the accuracy needed to avoid excessive compaction of land and thus stifling the root crop.

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Estudio Multidisciplinario de Nanoestructuras HíbridasInvestigadoresPh.D. Patricio Häberle T.Dra. Zdenka Barticevic A.Dra. Mónica Pacheco D.Dr. Roberto Rojas V.Dr. Rodrigo Segura del R.

ÁreaFísica de Sólidos

› resumen

Hay grandes expectativas en el desarrollo de nuevos productos y dispositivos basados en el conocimiento de procesos a escalas nanométricas. Es así que la Nanociencia es reconocida como una disciplina emergente, que ha sido reconocida como uno de los importantes sustentos para las nuevas tecnologías del Siglo 21. Se espera que ella tenga un gran impacto en la síntesis de nuevos materiales, en las aplicaciones a procesos como la fabricación de aceros, en la continua miniaturización de componentes electrónicos, entre otros.

En el centro de estos desarrollos está la síntesis de objetos a nanoescala, tales como nanopartí-culas, puntos cuánticos, alambres cuánticos y nanotubos de diferentes materiales. Lo más notable de estos objetos es la fuerte correlación entre sus propiedades electrónicas, su tamaño y forma. Esta interdependencia puede ser usada para modificar la estructura electrónica y diseñar: detectores, ma-teriales biocompatibles, compositos de mayor resistencia, dispositivos de almacenamiento y procesa-miento de la información.

La química de coloides está probablemente en la infancia del desarrollo de esta disciplina, que ha logrado un desarrollo explosivo desde el descubrimiento de la molécula de C60, por el grupo del pro-fesor Smalley en la Universidad de Rice. Probablemente, esto fue el comienzo de una nueva manera de pensar en materiales a nanoescala, que ha impulsado la investigación en la síntesis de un zoológico de nuevos objetos con dimensiones cuánticas. Tanto las propiedades mecánicas, ópticas y de transpor-te han sido estudiadas por diferentes métodos analíticos y numéricos. Debido a su tamaño, la descrip-ción del comportamiento de estas estructuras está sustentada en la mecánica cuántica.

Ciertamente, aún hay muchas incógnitas en aspectos de ciencia básica de las diversas nanoestruc-turas y se requerirá el aporte de físicos, químicos, y científicos de materiales, para develar los verdade-ros mecanismos del comportamiento microscópico y sus posibles aplicaciones.

En el marco de esta propuesta intentaremos sintetizar y describir el comportamiento electrónico de diferentes objetos nanométricos combinados entre sí, desde compositos, como aquellos formados por agregación de nanopartículas y nanotubos, hasta la simple combinación de dos tipos de nanotubos en una heterojuntura. Hay dos muy buenas razones para considerar estos sistemas acoplados como tema de investigación. Una de ellas está relacionada con sus aplicaciones como dispositivos. Para que ellos operen como tal, hay la necesidad de conectarlos con objetos de tamaños comparables, capaces de transferir o recibir información. Un segundo aspecto relevante es el efecto de interferencia, que debido a la proximidad entre objetos de tamaños semejantes, podría resultar determinante en las propiedades electrónicas del conjunto. Si pudiera hacerse una analogía a los tempranos días de la física atómica, la síntesis de nanoestructuras se puede asociar a la formación de átomos artificiales. Del mismo modo, nuestra propuesta podría compararse al estudio de moléculas artificiales basadas en estas nanoestructuras.

5.3


6 9


Interacción de Iones con Estructuras de CarbonoInvestigadores

Dr. Jorge Valdés L.Dr. Patricio Vargas C.Dr. Pedro landeros s.

ÁreasFísica Atómica y Molecular

Física de Sólidos

› resumen

Estudiaremos la interacción de iones con estructuras de carbono; nanotubos distribuidos aleato-riamente, scattering de iones superficiales altamente orientados y desordenados, y en otras formas de carbono, HOPG (grafito altamente orientados) y carbono amorfo. Los nanotubos orientados y desor-denados serán preparados usando la técnica de Chemical Vapour Deposition y las películas de carbo-no amorfo serán preparadas a través de descargas de arco eléctrico. Ambas técnicas están disponibles en nuestro laboratorio. Las muestras de HOPG y los nanotubos de una pared serán obtenidas a través de fuentes comerciales. Para el estudio de canalización de iones a través de nanotubos alineados será necesario obtener muestras libres de sustrato y de un espesor menor a 2 micrones.

La importancia de estos estudios está en la relación no lineal existente entre el frenamiento de de iones y la velocidad del ión en la región de bajas energías. Proyectiles livianos a bajas energías se utilizan para análisis y modificación de estructuras nanométricas, de manera que es crucial entender los mecanismos de transferencia de energía de estos proyectiles al medio con el cual interactúan.

Desde el punto de vista teórico, hemos desarrollado modelos que describen el fenómeno de la interacción de partículas con la materia. Estos modelos han sido exitosamente a metales de transición y pueden ser extendidos a las formas alotrópicas del carbón. Una descripción detallada de esos procesos es posible a través de simulaciones numéricas, donde los parámetros principales son la estructura cristalina, la densidad electrónica obtenida a través de cálculos ab-initio y la dinámica semiclásica de las partículas interactuando con la materia.

También, desde el punto de vista teórico, nos avocaremos al estudio de las propiedades físicas fundamentales de nanotubos ferromagnéticos. En este aspecto estudiamos los tipos de ordenamiento magnético presentes en diversas geometrías a nano-escala, como por ejemplo nanotubos. Actualmen-te se han obtenido interesantes resultados en estos estudios. También estudiaremos la influencia del material en las propiedades magnéticas de nanotubos. Esto se puede conseguir a través de un análisis detallado de la influencia de varios tipos de anisotropías magnéticas, las que dependen esencialmente del tipo de estructura atómica que presenta un material, por lo que a su vez dependen de las con-diciones experimentales de crecimiento y síntesis de estos materiales. De esta forma, basándonos en nuestros modelos teóricos, estamos en posición de estudiar la influencia de las anisotropías en el comportamiento magnético de nanotubos. Otro aspecto importante se relaciona con la reversión de la magnetización. Dada la topología de los tubos en cuestión, sabemos que estos prefieren orientar su magnetización a lo largo de su eje, en cualquiera de los dos sentidos. Esta característica puede ser ex-plotada para almacenar información binaria, de manera que en un arreglo de nanotubos es posible co-dificar mucha información magnética y en poco espacio. Por lo tanto, conocer y caracterizar el proceso de reversión de la magnetización es importante tanto desde un punto de vista teórico como aplicado.

› abstract

We want to carry out an experiment where as specific objectives we have: ion transmission through films of nanotubes randomly distributed on TEM grids; ion transmission through aligned nanotubes; ion

5.4


7 0

surface scattering onto highly oriented nanotubes and randomly distributed. Also, we will work with other allotropic form of carbon such graphite (HOPG) and amorphous carbon, where the energy loss processes has been already studied in a broad range of energies. This secondary objective is suggested in order to establish a comparison parameter with the nanostructures data and we think is necessary include experimental results of these systems with the same experimental setup. Random and oriented MWCNTs will be prepared using CVD technique and amorphous carbon films will be prepared using arc discharge. Both techniques are available in our laboratory. HOPG graphite and SWCNTs will be obtained from commercial sources. In the case of ion channeling through nanotubes we need special samples of highly oriented nanotubes. At present we are working on that direction and already we obtained samples of aligned nanotubes free substrate for this purpose, but one of the experimental difficulty is obtain nanotubes with appropriates length for this experiment (less than 2 microns).

From the theoretical point of view, we have developed models that can describe the phenomenon of particle interaction with solid matter. These approaches have been successfully applied to transition metal, and can be extended to some allotropic forms of carbon and allowing reach the proposed objectives. In order to obtain a detailed description of these processes, we use numerical simulations, where the main parameters are the crystal structure, the electron density obtained from ab-initio calculations and the semi-classical dynamics of interacting particles with solid matter.

The importance of these studies arises from not fully understood non-linear relation behavior of stopping power with the ion velocity in the low energy region for different solids. These light projectiles at very low velocities are used as an important tool for technical analysis in nanometric structures. So, is crucial to understand the basis of energy transfer to these systems through this type of projectiles.

[ Proyecto FONDECYT 1050512 ][ Proyecto FONDECYT Incentivo a la Cooperación Internacional 7080145 ]

Cromodinámica Cuántica Perturbativa y Renormalones en Física de Hadrones PesadosInvestigadoresPh.D. Gorazd CveticPh.D. Reinhart Kogerler (Universidad de Bielefeld, Alemania)ÁreasFísica de Partículas ElementalesFísica nuclear

› resumen

Un foco del proyecto sería la investigación de hadrones pesados - quarkonia pesados y B-mesones por métodos de resumación, los cuales toman en cuenta la estructura de renormalones de las con-tribuciones duras y suaves en cantidades físicas de tales hadrones. Se puede considerar que estos sistemas son aproximadamente tan pesados que la Cromodinámica Cuántica Perturbativa (pQCD) se pueda aplicar para el cálculo de ambas cantidades antes mencionadas. Además, las singularidades principales de los renormalones infrarojos en las transformaciones de Borel, de las contribuciones du-ras y suaves a las masas de los quarkonia pesados se anulan mutualmente.

Así, el cálculo de estas cantidades no tiene ninguna ambigüedad de renormalon y este aspecto es atractivo. Por otro lado, las singularidades del renormalon, a pesar de su anulación, influyen de mane-ra significante en el cálculo de la suma de las dos contribuciones antes mencionadas.

En los decaimientos de B-mesones ocurren anulaciones análogas de las singularidades de renor-malones.

5.5


7 1

Otro foco del proyecto serían evaluaciones de cantidades físicas del plasma QCD de quarks y gluones en temperaturas finitas, tales como la presión. Tales evaluaciones se pueden hacer a base de expansiones perturbativas, las cuales, desafortunadamente, son muy divergentes en las temperaturas de interés.

Investigaremos varios remedios al respecto, incluyendo la aplicación de resumaciones relacionadas con aproximaciones de Pade, por ejemplo, aproximaciones de Baker-Gammel, como también métodos basados en transformaciones de Borel. Para estos métodos se investigará la estructura de la presión del plasma en el plano de Borel.

› abstract

One focus of the Project would be the investigation of heavy hadrons - heavy quarkonia and B mesons – via methods of resummation which account for the renormalon structure of the hard and soft contributions in physical quantities of such hadrons. These systems can be regarded, to a certain degree, to be so heavy that the perturbative Quantum Chromodynamics (pQCD) can be applied to both aforementioned contributions. Further, the leading infrared renormalon singularities in the Borel transforms of the hard and soft contributions to the masses of heavy quarkonia cancel each other.

The calculation of these quantities thus shows no renormalon ambiguity, and this is an attractive feature. The renormalon singularities, despite their cancellation in the sum, affect very significantly the calculation of each of the two contributions and, to a somewath lesser but significant degree, also the sum of them. In the decays of the B mesons, somewhat analogous cancellations of renormalon singularities occurs.

Another focus of the project would be evaluations of physical quantities of the QCD quark-gluon plasma at finite temperatures, such as pressure. Such evaluations can be performed on the basis of the perturbation expansions which, however, are very divergent at the temperatures of interest.

Several remedies will be investigated in this respect, including application of Pade-related resummations such as modified Baker-Gammel approximations, as well as Borel-transform based methods. For the latter methods, the singularity structure of the plasma pressure in the Borel plane will be investigated.


Dinámica de Producción de Partículas en Colisiones-Hadrónicas de Alta Energía

InvestigadoresPh.D. Irina K. Potashnikova

Dr. Jan Nemchik (Institute of Experimental Physics SAS, Checoslovaquia)Áreas

Física de Partículas ElementalesFísica nuclear

› resumen

El proyecto de investigación propuesto de cuatro años, planea estudiar los mecanismos y aspectos fenomenológicos de la producción de multi-partículas en colisiones de alta energía hadrónicas y ha-drón-núcleo. Este tema ha sido siempre un problema central en la teoría de interacciones fuertes, pero ha sido uno de los más difíciles retos. En este proyecto planeamos emplear la fenomenología ya desa-

5.6


7 2

rrollada basada en el cono de luz QCD, con el pequeño radio de correlación del gluon para predecir sección transversal hadrónica y nuclear, como también características de producción de multipartículas a super altas energías del LHC y en rayos cósmicos. Es especialmente importante para la interpretación de lluvias atmosféricas extensas (EAS), las cuales son la principal fuente de nuestro conocimiento del espectro de energía y la composición de los rayos cósmicos. Producción de partículas cercanas a los bordes de los intervalos reducidos requiere especial atención. Planeamos estudiar las restricciones que impone la cinemática, en particular la conservación de la energía sobre las producciones dinámicas. Planeamos introducir una supresión de tipo Sudakov que analiza la factorización QCD y que proba-blemente explicará comportamientos anormales observados de la sección transversal para el proceso Drell-Yan en la región quarks de valencia en la variable x de Bjorken. La supresión de tipo Sudakov también podría ser la responsable para los efectos nucleares en este proceso, los cuales han sido previamente malinterpretados como el resultado de la pérdida de energía de los partones propagán-dose a través del núcleo. Planeamos reestudiar el problema y llevar a cabo uno nuevo, mejor basado, análisis de la información disponible. También planeamos medir la sección transversal inclusiva para , partículas extrañas acompañadas por compañeros con un quarks extraño, K+/- Phi(1020) pro-ducido por haces de sum-y pi-con momento 345 GeV/c y por neutrones de 260 GeV/c de momento medio sobre blancos de cobre y de carbón. Estas mediciones usarán la gran cantidad de información disponible, obtenida por el experimento WA89 del CERN. Información experimental sobre tales corre-laciones de V0 es extremadamente escasa, pero se tiene información muy importante sobre produccio-nes dinámicas. En particular, se permitirá un test sensitivo para el modelo secuencial.

Entre las partículas extrañas producidas, una merece especial atención. Esta es la recientemente descubierta “pentaquark state” Theta(1530). Planeamos realizar estimaciones para la sección trans-versal de producción del Theta(1530) a altas energías, donde algunos experimentos fallan al observar este exótico hyperon. Sólo entonces se puede decidir si la no observación desafía la existencia de la nueva partícula. También planeamos realizar una búsqueda para el Theta(1530) en el volumen de eventos producidos por el WA89. Se tendrá certeza de la viabilidad de esta parte del proyecto sólo después de que la parte previa de la búsqueda, el estudio de eventos V0, sea realizada.

› abstract

The proponed 4-year-research project is intended to study the mechanisms and phenomenological aspects of multi-particle production in hadronic and hadron-nucleus collisions at high energies. This topic has always been a central problem of the theory of strong interaction, but was also a most difficult challenge. In the project we plan to employ the already developed phenomenology based on the light-cone QCD with a small gluon correlation radius in order to predict hadronic and nuclear cross sections, as well as characteristics of multi-particle production, at super-high energies of LHC and cosmic rays. It is especially important for the interpretation of extensive atmospheric showers (EAS) which are the main source of our knowledge of the energy spectrum and composition of cosmic rays. Particle production close to the edges of the rapidity interval is subject to a special care. We plan to study the restrictions which imposes kinematics, in particular energy conservation, on the production dynamics. We plan to introduce a Sudakov’s type suppression which breaks down QCD factorization and will probably explain the observed abnormal behaviors of the cross section for the Drell-Yan process in the valence quark region of Bjorken x. The Sudakov type suppression is also expected to be responsible for the nuclear effects in this process which has been previously misinterpreted as a result of energy loss of partons propagating through the nucleus. We plan to revisit the problem and perform a new, better grounded analysis of available data. In this project we also propose measurements of the inclusive cross sections for strange particles accompanied by the partners with a strange quarks, K+/- Φ(1020) produced by beams of ∑-

and π- with momentum 345 GeV/c and by

neutrons of 260 GeV/c mean momentum on copper and carbon targets. These measurements will use the available high-statistics data collected by the WA89 experiment at CERN. Experimental information about such correlations of s is extremely scarce, but it contains very important information about the

, ,

, ,


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production dynamics. In particular, it will allow a sensitive test for the string model. Among produced strange particles one deserves a special attention. This is the recently discovered pentaquark state Φ (1530). We plan to perform estimates for the production cross section of the Φ (1530) at high energies where some experiments failed to observe this exotic hyperon. Only then one may decide whether the non-observation indeed challenges the existence of the new particle. We also plan to perform a search for the Φ (1530) in the available bulk of events measured by the WA89 experiment at CERN. The feasibility of this part of the project will become certain only after the previous part of the research, the study of V0 events, will be fulfilled.


Procesos Duros QCD en Colisiones Relativísticas de Iones Pesados del LHCInvestigadores

Dr. Boris Z. KopeliovichDr. Eugene Levin (Tel-Aviv University, Israel)

ÁreasFísica de Partículas Elementales

Física nuclear

› resumen

Este proyecto tiene por objetivo mejorar la descripción teórica de procesos duros de QCD, los cuales son una parte importante del programa experimental de colisión de iones pesados del CERN SPS, RHIC del Brookhaven Lab., y del próximo colisionador nuclear, LHC del CERN. La física de colisión de iones pesados es una parte esencial del estudio previsto en los grandes experimentos del LHC: ALICE, CMS y ATLAS. Reacciones duras son empleadas como una prueba para la materia producida colisionando iones pesados, porque los procesos fuertes tienen una menor escala de tiempo. Esta tarea demanda una comprensión confiable de las dinámicas subyacentes. En particular, es crucial diferenciar los efectos del estado inicial y el estado final. Lo anterior se presenta como el resultado de múltiples interacciones de los núcleos en colisión mientras van pasando junto a cada otro. Esto se supone que no está influenciado por partículas que se mueven conjuntamente creadas a mayores escalas de tiempo. Esos efectos son similares y pueden ser comparados con los que causan efectos nucleares en colisiones núcleo-protón. Correspondientemente, interacciones de estado final están relacionadas a interacciones con materia que se mueve conjuntamente, como también a auto-interacciones. El resultado de estas interacciones sirve como una prueba de las propiedades de la materia producida y es nuestro objetivo principal.

Basado en nuestra experiencia previa trabajaremos en:

› 1. Efecto de estado inicial en producción de hadrón con gran PT. A la energía del LHC estas pruebas son fuertemente afectadas por efectos coherentes, los cuales son de moderada importancia en el RHIC y altamente visibles en el SPS. Estos efectos conducen a un fenómeno llamado saturación actual, o color glass condensate. Una fenomenología capaz de describir información disponible para hadrones de gran P-1 PT, incluyendo variaciones con sabor y rapidez, va a ser desarrollada.

› 2. Interacciones de estado final en producción de hadrones de alto-PT. Un modelo realístico para hadronización dentro del medio, incluyendo efectos finitos del largo de la producción, será desarro-llado y probado con información sobre “deep-inelastic scattering” del núcleo. Este modelo espera describir la dependencia PT de supresión nuclear para hadrones aislados y pares, la supresión obser-vada de hadrones correlacionados “back-to-back”, flujo elíptico de gran PT, y otros observables.

5.7


7 4

› 3. Los resultados recientes del RHIC para la producción de sabores pesados en colisiones deuteron-oro, han demostrado falta de entendimiento de las dinámicas de las interacciones de estado inicial en estos procesos. Un modelo capaz de describir la dependencia J/Ψ, rapidez D, en un amplio rango de energías desde el SPS al RHIC será desarrollado. Se espera explicar la supresión fuerte observada de “charmonia” en grandes Feynman x y bajas energías por la proximidad del límite cinemático, el cual no es el caso de las energías del RHIC y el LHC.

› abstract

This Project is aimed at improvement of theoretical description of hard QCD processes which are an important part of the experimental program on heavy ion collisions at CERN SPS, RHIC at Brookhaven Lab, and at the forthcoming nuclear collider LHC at CERN. Physics of heavy ion collision is an essential part of the study planned at the large experiments at LHC: ALICE, CMS and ATLAS. Hard reactions are employed as a probe for the matter produced by colliding heavy ions because hard processes have a shortest time scale. This task demands a reliable understanding of the underlying dynamics. In particular, it is crucial to disentangle the initial and final state effects. The former arise as a results of multiple interactions of the colliding nuclei while they are passing through each other. This is not supposed to be influenced by produced commoving particles which are created at a longer time scale. These effects are similar to and can be compared with what causes nuclear effects in proton-nucleus collisions. Correspondingly, finals state interaction is related to interactions with the produced commoving matter, as well as its self-interaction. The results of this interaction serve as a probe of the properties of the produced matter and is our main goal. Based on our previous experience we are going to work on:

› 1. Initial state effects in hadron production with large PT. At the energy of LHC these probes are strongly affected by coherence effects which are of moderate importance at RHIC and hardly visible at SPS. These effect lead to a phenomenon called nowadays saturation or color glass condensate. A phenomelogy able to describe available data for high-P-1 PT hadrons including variations with flavor and rapidity is to be developed

› 2. Final state interaction in high-PT hadron production. A realistic model for in-medium hadronization including the finite production length effects is to be developed and tested with data on deep-inelastic scattering off nuclei. This model is expected to describe the PT dependence of nuclear suppression for single hadrons and pairs, the observed suppression of back-to-back correlated hadrons, elliptic flow at high PT, and other observables

› 3. The recent results from RHIC for heavy flavor production in deuteron-gold collisions have demonstrated lack of understanding of the dynamics of initial state interaction in these processes. A model able to describe J/Ψ, D rapidity dependence in a wide energy range from SPS to RHIC will be developed. It is expected to explain the observed strong suppression of charmonia at large Feynman x and low energy by the closeness of the kinematic boundary which is not the case at the energies of RHIC and LHC.


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Estados Excitónicos y de Impurezas en Sistemas de Baja DimensionalidadInvestigadores

Dra. Zdenka Barticevic A.Dra. Mónica Pacheco D.

Ph.D. Luiz Oliveira (UNICAMP, San Pablo, Brasil)Dr. Jorge Simonin (CAB, Bariloche, Argentina)

ÁreaFísica de Sólidos

› resumen

El tema general de este proyecto de investigación es el estudio teórico de las propiedades ópticas y electrónicas de sistemas de baja dimensionalidad. Estamos interesados en la investigación de las propiedades de diferentes sistemas compuestas de nanoestructuras tales como puntos cuánticos, anillos cuánticos y alambres cuánticos.

Estudios experimentales del espectro de emisión magneto excitónico de dos puntos cuánticos crecidos en capas de GaAs/AlGaAs evidencian acoplamiento coherente entre ambos puntos cuánticos a través del anticruce de algunas líneas espectrales. En este proyecto nos proponemos investigar el espectro electrónico de una estructura de puntos cuánticos lateralmente acoplados dopados con impurezas donoras.

Otro tema que será investigado es el espectro excitónico de diferentes estructuras de anillos cuán-ticos. Recientemente se ha logrado crecer estructuras formadas por dos anillos cuánticos concéntricos que presentan alta uniformidad y excelente simetría rotacional. Esta clase de estructuras permite la formación de excitones en que el electrón está correlacionado con el hueco en el mismo anillo o en el anillo concéntrico. Nos proponemos estudiar el espectro magneto excitónico de este sistema. También, investigaremos una estructura similar, en geometría, al número ocho. Esta estructura puede considerarse como anillos cuánticos lateralmente acoplados. En todos estos sistemas estudiaremos las modificaciones que sufre el confinamiento cuántico electrónico debido a la presencia de campos eléctrico y magnético. Analizaremos en el espectro electrónico efectos de coherencia como las oscila-ciones de Bohn-Aharonov.

› abstract

The realization of new low-dimensional structures with desired and controlled optical and transport properties is a subject being extensively investigated for use in electronic devices and circuits. The general subject of this proposal research is the theoretical study of the electronic and optical properties of low-dimensional systems. We are interested on the investigation of different systems composed by nanostructures such as quantum dots, quantum rings and quantum wires.

The fine structure of the magneto-exciton emission of two quantum dots growth in a vertical GaAs/AlGaAs resonant tunneling device has been studied by spectroscopic techniques. It was found anticrossings in some spectral lines evidencing coherent coupling between both quantum dots. In this project we propose to investigate the electronic spectrum of a double quantum-dot structure doped with shallow-donor impurities. We will analyze the effect of a uniform magnetic field on the infrared absorption of donor impurities in GaAs / Ga1-xAlxAs structures by studying the evolution of the eigenstates, oscillator strengths and the binding energies as a function of the field.

Another subject to be investigated is the electronic spectrum of different quantum-ring structures. One of these is a system formed by two concentric rings which has been recently growth by self-

5.8


7 6

assembly and which presents high uniformity and excellent rotational symmetry. This kind of structure allows the formation of spatially direct and indirect excitons and we are planning to study the magneto-excitonic spectrum of this system. Also, we will investigate other ring structure with geometry similar to a number eight. In those structures we will study the modification of the electronic quantum confinement by external electric and magnetic fields applied. We will analyze coherence effects like Bohn-Aharonov oscillations in the electronic spectrum.

In this project we will continue our previous work on excitonic effects in isolated quantum dots. We will focus our attention on the internal excitonic transitions studying the effect of external fields, the geometric confinement and of a breaking in the axial symmetry of the dot.


Fenomenología de Interacciones Electrodébiles del Modelo Estándar y sus ExtensionesInvestigadoresPh.D. Claudio Dib V.Ph.D. Rogério Rosenfeld, (IFT, UNESP, Sao Paulo, Brasil)

ÁreaFísica de Partículas Elementales

› resumen

Esta es una propuesta de fenomenología en física de partículas elementales, cuyo objetivo es continuar los trabajos anteriores, extender sus resultados, y explorar nuevos temas relacionados. Nuestro interés específico es el estudio de procesos que puedan develar física más allá de los descrito por el Modelo Estándar de interacciones electrodébiles en su forma actual. A la fecha, el Modelo Estándar ha resultado muy exitoso para explicar el mundo de las partículas subatómicas, hasta escalas de unos cientos de GeV. La explicación se formula en términos de una teoría cuántica de campos basada en una simetría de “gauge” SU(3)xSU(2)xU(1), donde el sector SU(2)xU(1) está roto espontáneamente en electromagnetismo a energías bajas. EL Modelo Estándar ha sido confirmado experimentalmente incluso al nivel de predecir familias completas de fermiones, calzando las mediciones de alta precisión con las correcciones cuánticas de la teoría, describiendo exitosamente la violación de CP en el sector de los mesones K y B. El único punto clave pendiente es la confirmación experimental de la existencia del bosón de Higgs. Sin embargo, el hecho de que la teoría sea consistente no significa que no haya una realidad subyacente ni que la teoría en su forma actual sea capaz de responder todas las preguntas.

En efecto, el origen de las masas de los fermiones, la jerarquía entre la escala de ruptura de la si-metría electrodébil y la escala de unificación, la llamada “trivialidad” del sector escalar, etc., son todos temas aguardando explicación, y que han motivado la formulación de diversos modelos de extensión, que contienen al Modelo Estándar como la reducción efectiva de la teoría a bajas energías. En esta propuesta queremos continuar nuestros estudios referentes a la observación de señales en experi-mentos futuros, que develarían algunos aspectos de la realidad física subyacente a lo que describe el Modelo Estándar.

Nos enfocaremos en tres temas:

› 1. estudio de la producción de partículas pesadas en colisionadores de alta energía. En especial, buscamos partículas que develen el patrón de ruptura de la simetría electrodébil, lo cual se puede lograr estudiando la existencia de partículas o resonancias escalares. Ya hemos hecho algunos de

5.9


7 7

estos estudios de producción de partículas escalares y pseudoescalares que predicen teorías de composición (tecnipiones) y modelos de Little Higgs. Planeamos estudiar otras señales.

› 2. Estudio de procesos que violan sabor leptónico. El hecho de que los neutrinos tengan masa no nula abre toda un área de fenomenología en el sector de leptones. Hemos hecho algunos estudios concernientes al leptón tau y conversiones muonio-antimuonio. Planeamos continuar este estudio pues hay todavía temas pendientes en el modelo estudiado, como también temas afines en otros procesos como colisiones muon-electron y conversión de muones en hadrones.

› 3. Estudio de física hadrónica de baja energía, que pueda develar nueva física. Este tema tiene dos aspectos: uno es probar la validez del llamado modelo quiral de quarks, como herramienta para tratar los procesos de baja energía; lo otro es usar esta técnica para explorar física subyacente que puede tener efectos en la física de hadrones. Recientemente hemos usado estas formulaciones para estudiar el momento bipolar eléctrico del neutrón. Proyectamos extender el trabajo estudiando otros procesos.

› abstract

This is a proposal in particle physics phenomenology, aimed at continuing the advances we reached in previous works and explore further related issues. Our particular interest is to study processes that can unveil extra physics beyond what is described by the standard model of electroweak interactions in its present form. So far, the standard model has proven to be a very successful explanation of the particle world up to the level of a few hundred GeV, in terms of a rather simple quantum field theory based on a gauge symmetry SU(3)xSU(2)xU(1), where the SU(2)xU(1) sector is spontaneously broken at low energies to the gauge theory of electromagnetism. The standard model has been confirmed even to the level of predicting full families of fermions, matching the high precision tests of quantum corrections and successfully describing the phenomenon of CP violation in the Kaon and B meson sectors. The only key pending issue is the yet to be discovered Higgs boson. However, the fact that the theory is consistent does not mean that there is no physics underlying it, nor by being consistent is able to answer all the questions.

Indeed, the origin of fermion masses, the hierarchy among the scales of symmetry breaking and unification, the triviality of the scalar sector, etc. are all pending issues that motivate people to build underlying models that contain the standard model as the low energy end of them. In this proposal we want to continue our studies concerning the observation in future experiments of effects that could unveil some of the physics that lies under and beyond the standard model description.

We aim at three issues:

› 1. Study the production of heavy particles in high energy colliders. The objective is to determine signals that distinguish the nature of symmetry breaking in the standard model, since there are other possible candidates in addition to the Higgs particle. We have already studied the production of scalars and pseudoscalars arising in theories of compositeness (i.e. technipions), and use the production of two scalars to test the hypothesis of the so-called Little Higgs models. We plan to look for other signals, including the fermion sector.

› 2. Study of lepton flavor violating processes. The fact that neutrinos have mass opens a whole area of new phenomenology in the lepton sector. We have done some studies in the case of some tau decays and muonium-antimuonium conversion. We plan to continue this line of work as there are still some pending issues within the model studied as well as the consideration of other processes like muon-electron collisions and muon conversion in hadrons.


7 8

› 3. Study of low energy hadronic phenomena that can unveil extra physics. Here there are two purposes: one is to test the validity of the chiral quark model as a tool to treat low energy hadronic proceses, and the other is to use this technique to explore signals of underlying extra physics that can show effects at those low energy processes. We have recently applied this technique to calculate the neutron electric dipole moment, for which there exists plenty of previous results to compare with, and then explore the effect of extra general operators that appear from supersymmetry or other underlying physics. We plan to continue the phenomenology of these issues and explore other related signals.


Tópicos en Teoría de Campos Térmica desde la Perspectiva de la Representación del Operador TérmicoInvestigadorPh.D. olivier Espinosa a.ÁreaFísica de Partículas Elementales

› resumen

Este proyecto de investigación se aboca al estudio de varios problemas teóricos que aparecen en el análisis perturbativo, en términos de diagramas de Feynman, de la Teoría Cuántica de Campos a temperatura y densidad finitas (Teoría de Campos Térmica).

El estudio se realizará desde la perspectiva de la Representación del Operador Térmico, descu-bierta recientemente. En este enfoque, que es válido en los formalismos de tiempo imaginario y de tiempo real para la Teoría de Campos Térmica, aún en presencia de potenciales químicos no nulos para los campos cargados, la estructura térmica completa de un diagrama de Feynman es expresada a través de un operador lineal real que actúa sobre un objeto correspondiente a la teoría a tempera-tura cero.

Usaremos esta propiedad de factorización de los diagramas de Feynman para re-estudiar algunas de las cuestiones teóricas en Teoría de Campos Térmica. Entre otras cosas, nos enfocaremos en los problemas relacionados con las reglas de corte y la estructura analítica general de las funciones de Green, en particular en presencia de potenciales químicos.

› abstract

This research proposal addresses several theoretical issues that appear in the perturbative analysis in terms of Feynman diagrams of the Quantum Theory of Fields at finite temperature and density (Thermal Field Theory).

The study is to be carried out from the perspective of the recently discovered Thermal Operator Representation. In this approach, valid both in the imaginary-time and real-time formalisms of Thermal Field Theory, and in the presence of non-vanishing chemical potentials for the charged fields, the full thermal structure of a Feynman diagram is expressed through a linear real operator acting on a zero-temperature object.

We will use this sort of factorization property for Feynman graphs to revisit some of the main theoretical issues in Thermal Field Theory. Among other things, we will focus on the problems of cutting rules and the general analytic structure of Green functions, particularly in the presence of chemical potentials.

5.10


7 9


QCD a Densidad Finita y Colisiones de Iones PesadosInvestigadores

Ph.D. Amir RezaeianDr. Eugene Levin (Tel-Aviv University, Israel)


› resumen

Mi plan de investigación consta de tres partes, en la primera parte: Tengo la intención de investi-gar la producción y detención de barión en pA y en colisiones AA. La detención de barión observado en RHIC no ha recibido aún una adecuada descripción cuantitativa. Es de gran interés para compren-der el mecanismo subyacente del flujo del número barión en grandes intervalos de velocidad. Aunque, el número de barión no tiene una naturaleza perturbativa, se argumenta que el mecanismo gluónico de la detención de barión y de la producción de vacío sea dominado en colisiones de alta energía. Esto puede dar lugar a la saturación de los cruces bariónicos similares al efecto de vidrio de color conden-sado. Planeo desarrollar un modelo universal para la descripción de los diversos datos de número de detención de barión en ISR, SPS, HERA y RHIC, y también para proporcionar predicciones LHC.

En la segunda parte de mi plan tengo la intención de investigar el flujo elíptico en un alto impulso transversal de las condiciones iniciales. El flujo elíptico azimutal observado en una pesada colisión de ion está generalmente asociado con las propiedades de un medio creado en la etapa final. En general, las interacciones coherentes son capaces de generar un flujo elíptico.

En la tercera parte de mi investigación planeo investigar el diagrama de la fase de Cromodinámica Cuántica (QCD) a una densidad intermedia. Aquí la Cromodinámica Cuántica está fuertemente unida y el cuadro estándar de acoplamiento débil de superconductividad está cualitativamente errado.

Los cálculos no perturbativos sin perturbaciones del entramado a una densidad barión finita son aún un desafío, debido al problema asociado con la complejidad del determinante fermiónico a un potencial químico de no zero. Un enfoque efectivo de las teorías de campo basado en la renormali-zación de grupo le permite a uno dar una prescripción cualitativa para tales problemas. En particular intento investigar la fase de cruces de condensación de BCS y Bose-Einstein de QCD.

› abstract

My research plan contains three parts, in first part: I intend to investigate baryon stopping and production in pA and AA collisions. Baryon stopping observed at RHIC has not received yet a proper quantitative description. It is of great interest to understand the underlying mechanism for baryon number flow over large rapidity intervals. Although, baryon number has non-perturbative nature, it is argued that gluonic mechanism of baryon stopping and production from vacuum to be dominated at high-energy collision. This may lead to saturation of baryon junctions similar to the effect of color glass condensate. I plan to develop a universal model describing various data for baryon number stopping at ISR, SPS, HERA and RHIC and also provide predictions for LHC.

In the second part of my plan, I intend to investigate the elliptic flow at high transverse momentum from the initial conditions. The azimuthal elliptic flow observed in heavy ion collision is usually associated with the properties of the medium created in final stage. In general, coherent interactions are able to generate an elliptic flow. I consider the effect of multiple interaction of partons in nuclei at the initial stage of nuclear collisions and its implication for elliptic flow. This may result that a steep variation of the nuclear density at the edge of nuclei cause the elliptic flow.

5.11


8 0

In the third part of my research, I plan to investigate Quantum Chromodynamic (QCD) phase diagram at intermediate density. Here QCD is strongly coupled and the standard weak-coupling superconductivity picture is qualitatively wrong. Non-perturbative lattice computations at finite baryon density are still a challenge, due to issue associated with complexity of fermionic determinant at non-zero chemical potential. An effective field theories approach based on the renormalization group allows one to give a qualitatively prescription for such problems. In particular, I intend to investigate the BCS and Bose-Einstein condensation (BEC) crossover phase of QCD.


Interacción de Iones Hidrógeno con Nanotubos de Carbono a Bajas EnergíasInvestigadoresDr. Jorge Valdés L.Dr. Néstor R. Arista (División Colisiones Atómicas, Centro Atómico de Bariloche, Argentina)Ph.D. Vladimir A. Esaulov (Lab. des Collisions Atomiques et Moléculaires, Université Paris Sud, Orsay, France)

ÁreasFísica Atómica y MolecularFísica de Sólidos

› resumen

En este proyecto estudiaremos la interacción de iones hidrógeno con estructuras de carbono des-de el punto de vista experimental y teórico. Los efectos de irradiación de iones en estructuras de nanotubos han revelado interesantes fenómenos que potencialmente pueden ser usados en aplica-ciones prácticas en nanoelectrónica. La irradiación con iones de este tipo de estructuras permite su modificación y también ser usada como una herramienta analítica. Uno de los parámetros importantes de estudiar es la transferencia de energía y sus efectos sobre estos materiales, y que nos permite conocer y entender algunos aspectos de la física básica de las nanoestructuras de carbono. Como objetivo principal estudiaremos el comportamiento de la pérdida de energía de iones como función de la energía incidente del ión y encontrar que rol juega la estructura electrónica de esas estructuras en el comportamiento de dicha perdida de energía.

› abstract

Experiments on the irradiation of carbon nanotubes with energetic and heavy particles have revealed many interesting phenomena, as examples are irradiation-induced carbon nanotube coalescence, welding and cross-linking, just to mention a few. These effects may potentially be used in various practical applications, such as nanotube based reinforcement materials or nanoelectronics. The knowledge of how particles loss energy (stopping power) and its effect on matter are fundamental parameters to understand the basic physics of nanostructures. Also those parameter are useful as analytic tool and material modification. The general objective of this research is to explore, experimentally as well theoretically, the energy loss processes of protons beams interacting with single an multi walled carbon nanotubes (SWCNTs and MWCNTs) in the low energy regime (0.5 – 15 keV/u). One of the main objectives is to study the behaviour of the ion energy loss as a function of the ion incident energy and find which role plays the electronic structure of these nanostructured systems in this relationship.

5.12


8 1

On the other hand, as well known particle channeling effects are particularly important for materials with high crystallinity and anisotropic atomic structure. From the theoretical point of view, the motion of high-energy light ions (protons) through single-walled nanotubes (SWCNTs) has received considerable attention and demonstrates that ion channeling in nanotubes is possible, but from the experimental side there is no published evidence at present. One of the challenges of this proposal is to perform ion channeling through oriented nanotubes at low energies.

With this in mind we want to carry out an experiment where as specific objectives we have: ion transmission through films of nanotubes randomly distributed on TEM grids; ion transmission through aligned nanotubes; ion surface scattering onto highly oriented nanotubes and randomly distributed. Also, we will work with other allotropic form of carbon such graphite (HOPG) and amorphous carbon, where the energy loss processes has been already studied in a broad range of energies. This secondary objective is suggested in order to establish a comparison parameter with the nanostructures data and we think is necessary include experimental results of these systems with the same experimental setup. Random and oriented MWCNTs will be prepared using CVD technique and amorphous carbon films will be prepared using arc discharge. Both techniques are available in our laboratory. HOPG graphite and SWCNTs will be obtained from commercial sources. In the case of ion channeling through nanotubes we need special samples of highly oriented nanotubes. At present we are working on that direction and already we obtained samples of aligned nanotubes free substrate for this purpose, but one of the experimental difficulty is obtain nanotubes with appropriates length for this experiment (less than 2 microns).

From the theoretical point of view, we have developed models that can describe the phenomenon of particle interaction with solid matter. These approaches have been successfully applied to transition metal, and can be extended to some allotropic forms of carbon and allowing reach the proposed objectives. In order to obtain a detailed description of these processes, we use numerical simulations, where the main parameters are the crystal structure, the electron density obtained from ab-initio calculations and the semi-classical dynamics of interacting particles with solid matter.

The importance of these studies arises from not fully understood non-linear relation behavior of stopping power with the ion velocity in the low energy region for different solids. These light projectiles at very low velocities are used as an important tool for technical analysis in nanometric structures. So, is crucial to understand the basis of energy transfer to these systems through this type of projectiles. Apart from quantities of immediate practical relevance such as the energy loss distributions, interaction processes of ions with solids has been the focus of recent investigations for an improved microscopic understanding of the complex molecular systems at nanometric scale. In addition to our own main interest, these studies have impact on many different fields in physics.


Magnetismo a Escala Nanoscópica y MolecularInvestigadores

Dr. Patricio Vargas C.Dr. Marcelo Knobel (Universidade Estadual de Campinas, Brasil)

ÁreasFísica de Sólidos

Mecánica Cuántica

› resumen

La densidad superficial de bits en los discos duros ha estado creciendo a tasas del 60% por año durante los años 90. Demostraciones en laboratorio de 16Gb/cm2 fueron conocidas en 1999. Extra-

5.13


8 2

polando esta tendencia nos permite predecir una densidad del orden de 300Gb/cm2 en el año 2008. Sin embargo muchos investigadores creen que crecimientos por sobre esta densidad estarán limita-dos por inestabilidades térmicas, o superparamagnetismo, de los granos que conforman la película magnética. Esto ocurre en los discos duros convencionales debido a que los datos se guardan como patrones de magnetización en la película que consiste en pequeños granos magneticos débilmente acoplados, cada uno de los cuales se comporta como un monodominio magnético. Para obtener una razón señal a ruido aceptable, cada bit se escribe sobre un área de decenas o centenas de granos magnéticos. Para aumentar la densidad de datos, los granos necesitan ser hechos más pequeños pero esto conduce al comportamiento superparamagnético, en el cual la energía termica (kT) puede revertir la dirección de magnetización del grano. La energía magnética de un grano esta dada por KV, donde K es la energía de anisotropia magnética por unidad de volumen y V es el volumen del grano. Estima-ciones para estabilidad térmica aceptables en discos duros requieren que KV/kT sea mayor que 60. Los diámetros actuales de grano y anchos de película están actualmente en el rango de 10-20 nm, lo cual deja pocas oportunidades para decrecer el volumen del grano manteniendo la estabilidad termica. Re-cientemente se han fabricado pequeños granos cuasi esféricos de Co de 3nm de diámetro (alrededor de 1000 átomos). Un decrecimiento del volumen del grano podría, por una parte, ser compensado por un aumento de K, pero por otro lado, grandes valores de K hacen más difícil escribir los datos en el medio magnético.

En este proyecto estudiaremos las propiedades magnéticas arreglos de nanopartículas (esferas, alambres o tubos) que pueden ser fabricados en forma de patrones sobre algún medio de soporte.

Especial atención prestaremos al estudio de la reversión magnetica de nanoparticulas lo que es importante en los procesos de lectura/escritura. Además en este proyecto estudiaremos el fenómeno del tunelamiento magnético macroscópico observado el campo del magnetismo molecular. Aparte del aspecto fundamental, el tunelamiento cuántico de la magnetización puede ser muy importante en las aplicaciones. La tendencia de la tecnología computacional moderna es que en el futuro, las bases de datos magnéticas super densas sean operadas a baja temperatura, esto suprimiría el problema de las fluctuaciones térmicas, pero no las transiciones cuánticas. Por tanto el tuneleo cuántico del momento magnético es importante para entender el último extremo de la miniaturizacion de los elementos de una memoria magnética. Además el tuneleo magnético puede usarse para concebir los elementos de computadores cuánticos.

› abstract

The areal density of hard disks has been increasing at 60% per year during the 1990s, and laboratory demonstrations of 16 GB/cm2 (GigaBytes per square centimeter) were presented in 1999. Extrapolating this trend leads to predicted 300 GB/cm2 by about 2008. However, many researchers believe that increases beyond this density will be limited by thermal instability, or superparamagnetism, of the grains comprising the magnetic film. This occurs in conventional hard disk media because data are stored as magnetization patterns in a film consisting of small, weakly coupled magnetic grains, each of which behaves as a single-domain magnetic particle. To obtain an acceptable signal-to-noise ratio, each bit is written over an area of tens or hundreds of magnetic grains. To increase the data density, the grains need to be made smaller, but this leads to superparamagnetic behavior in which thermal energy (kT) can reverse the magnetization direction of a grain. The magnetic energy of a grain is given by KV, where K is the magnetic anisotropy energy of the grain and V the grain volume. Estimates for acceptable thermal stability in hard disk media1 are that KV/kT must exceed 60. Grain diameters and film thicknesses are currently in the range of 10–20 nm, which leaves little opportunity for decreasing grain volume while retaining thermal stability. Recently2 people succeeded to fabricated very small Co-grains of about 3 nm diameter (about 1000 atoms) having nearly a spherical shape.

Decreases in grain volume could be compensated by increases in K, but for high values of K it becomes more difficult to write the data on the medium.


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The concept of lithographically patterning a hard disk was originally introduced to improve head tracking and signal-to-noise ratio, but it is now clear that patterning offers the possibility of much higher areal densities than conventional hard disk media. A patterned medium consists of an array of discrete elements or ‘‘nanomagnets’’. Each element is a single magnetic domain, with uniaxial magnetic anisotropy so that the magnetization points in one of only two directions at remanence, representing 1 bit of data. The magnetic anisotropy axis can be parallel to the plane, as in longitudinal thin-film media, or perpendicular to the plane. To achieve densities of 200 GB/cm2, the period of the array must be on the order of 50 nm. This places severe demands on the fabrication methods used to make the arrays and poses the big technological challenge of the stability. One way to increase thermal stability is to use magnetic nanowires with larger aspect ratios (H/D>10) which ensure uniaxial anisotropy and bigger K values.

In this project we will study magnetic properties for arrays of magnetic elements (particles and wires) suitable for patterned media. In particular we will deal with three main topics. The time relaxation of magnetic nanoparticles, important to understand the reversal processes involved in the read/write process. The role of the anisotropy in determining the magnetization and thermal stability of the particle, and the interplay between anisotropy, size distribution and dipolar interaction in an ensemble of magnetic nanoparticles and nanowires under external field, as a function of time and the phenomenon of macroscopic quantum tunneling in the field of Molecular Magnetism. With the chemists’ bottom-up approach to build molecular nanostructures, provides this field with some beautiful model systems, well ordered crystals of single molecule magnets, single molecule chains, molecular magnetic multilayers and others. Most of these systems present slow relaxation and the study of these well characterized nanomaterials may elucidate many features that are difficult to grasp in the non molecular materials.

Besides being of fundamental interest, quantum tunneling of magnetization may be important in applications. The trend of modern computer technology is toward devising smaller memory elements. The smaller the element the more sensitive it is to thermal fluctuations. The super dense databases of the future are likely to be operated at low temperature. This would suppress thermal fluctuations but not quantum transitions. The study of magnetic tunneling is therefore, important for understanding the ultimate limitations of the miniaturization of magnetic memory elements. On the other hand, magnetic tunneling can be used for conceive elements of quantum computers.


Observables Físicos en Teorías de GaugeInvestigadores

Dr. Patricio gaete D.Dr. iván schmidt a.


› resumen

El objetivo del presente proyecto es estudiar algunos aspectos relevantes para física hadrónica. Este estudio se llevará a cabo usando una metodología previamente desarrollada para estudiar observables físicos (energía de interacción) en teorías de gauge, la cuál está basada en el formalismo de variables invariantes de gauge, pero dependientes del camino. Una de las características más importantes de la presente metodología es proveer un cuadro físico alternativo al usual esquema del loop de Wilson. En este programa de trabajo nuestro énfasis será estudiar descripciones invariantes de gauge de hadrones y sus subestructuras, para conectarlos con la fenomenología de QCD. Será de gran relevancia extender

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el presente análisis al caso de temperatura finita, como también para teorías de gauge supersimétricas. Específicamente, los siguientes tópicos serán considerados:

› 1. Desarrollo de una teoría perturbativa para campos invariantes de gauge con cálculos a un loop y superiores para los modelos de gauge estudiados.

› 2. Incorporar spin y dependencia de la velocidad en el formalismo de variables invariantes de gau-ge. Estudiar sus consecuencias, particularmente sobre el potencial interquark.

› 3. Comparar e investigar la construcción de campos invariantes de gauge con deseables propie-dades fenomenológicas.

› 4. Extender el formalismo de variables invariantes de gauge para temperatura finita, como también para teorías de gauge supersimétricas.

› 5. Proveer un esquema sistemático de estudio para teorías de gauge que violan la simetría de Lorentz.

› 6. Extender el formalismo de variables invariantes de gauge al caso no Abeliano. Estudiar sus pro-piedades, con especial énfasis en la región infrarroja.

› 7. Estudiar el comportamiento del propagador de quark para los modelos estudiados en la región infrarroja.

› abstract

This research proposal addresses issues that are relevant in hadronic physics. The study is to be carried out from the perspective of the previously proposed framework for studying physical observables (interaction energy) in gauge theories in terms of the gauge-invariant but path-dependent field variables. An important feature of this methodology is that it provides a physically-based alternative to the usual Wilson loop approximation.

In this programme of work our purpose will be to study gauge-invariant descriptions of hadrons and their substructures to link phenomenology to QCD. It would also be of great relevance to extend this analysis at finite temperature, as well as to consider supersymmetric gauge theories. More precisely, the following topics will be considered:

› 1. To develop a complete perturbation theory for gauge-invariant fields with calculations at one-loop and higher loops of the gauge models.

› 2. To incorporate spin and velocity dependence in the gauge-invariant variables formalism and to study their properties, particularly in the heavy interquark potential.

› 3. To investigate and compare the construction of gauge-invariant fields with phenomenologically desirable properties.

› 4. To extend the gauge-invariant variables formalism at finite temperature, as well as to consider supersymmetric gauge theories.

› 5. To provide a systematic approach to study Lorentz invariant violating gauge theories.

› 6. To extend the gauge-invariant variables formalism to non-Abelian theories and to study their properties, as well as to study the infrared region of gauge fields.

› 7. To study the behavior of the quark propagator in the infrared region of the gauge models.


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Desde los Hadrones hacia los Quarks y los Higgs: Dos Experimentos en el Laboratorio Jefferson y en el Gran Colisionador de Hadrones

InvestigadorDr. William K. Brooks


› resumen

Mientras que el de protones factores de forma electromagnéticos son ahora bien medido, la forma de neutrones son más los factores poco conocidos. Se han logrado progresos significativos en la determinación de la forma de neutrones eléctrica factor en valores más bajos de los cuatro impulso transferencia, Q2. Desde el experimento de E-94-017, nuevo Laboratorio Jefferson datos del detector de CLAS se han convertido en disponibles. Este experimento está a punto de concluir el análisis final, y esos datos se limitan significativamente la Generalizado Parton Distribuciones crucial en la región superior de la Q2. Además de restringir el GPDs, la forma de neutrones magnética factor puede ser ahora desconvolúa incluso superior en rendimiento a la Q2 una medición directa de la magnetización de la densidad de neutrones. Un análisis final de la CLAS datos proporcionarán una nueva comprensión de los neutrones de la estructura magnética mediante la ampliación de la base de datos del mundo para mediciones de precisión exclusiva a cabo por un factor de 5 de la cobertura en Q2.

Un segundo tema es de todo, la propagación y la formación de hadron medidos en semi-inclusive dispersión inelástica profunda de los núcleos. En estas mediciones de la cinemática son seleccionados para aislar a la condición en la cual golpeó quark uno se propaga a través de las armas nucleares medio, se somete a partonic nivel de dispersión múltiple, y, finalmente, constituye una hadron. Las dos observaciones transversal de impulso y ampliación de hadron atenuación puede ser interpretado a través de modelos para producir las estimaciones para la propagación de quark ‘vida’ o tiempo de producción, y el tiempo necesario para Hadron forma, el tiempo hadronic formación. Transversales impulso ampliación también está relacionada con la pérdida de energía de quarks a través de la pro-pagación de radiación gluon emisión y dispersión elástica partonic. Estas variables, que se han medido en el Laboratorio Jefferson en el experimento E02-104, pueden resultar útiles en la cuantificación de la comprensión de chorro de enfriamiento, que es la preeminente firma para la formación de un nue-vo estado de la materia, tanto en RHIC y en la próximas mediciones de las colisiones de iones pesados en el Large Hadron Collider en el CERN en Ginebra, Suiza.

› abstract

While the proton electromagnetic form factors are now well-measured, the neutron form factors are more poorly known. Significant progress has been achieved in determining the neutron electric form factor at lower values of the four momentum transfer, Q2. From experiment E-94-017, new Jefferson Lab data from the CLAS detector have become available. This experiment is now nearing completion of the final analysis, and these data will significantly constrain the Generalized Parton Distributions in the crucial region of higher Q2. In addition to constraining the GPDs, the neutron magnetic form factor can now be deconvoluted even at higher Q2 to yield a direct measurement of the magnetization density for the neutron. A final analysis of the CLAS data will provide a new understanding of the neutron’s magnetic structure by extending the world’s dataset for precision exclusive measurements out by a factor of 5 in Q2 coverage.

A second topic is parton propagation and hadron formation as measured in semi-inclusive deep inelastic scattering on nuclei. In these measurements the kinematics are selected to isolate the

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condition in which a struck quark propagates through the nuclear medium, undergoes partonic-level multiple scattering, and eventually forms a hadron. The two observables of transverse momentum broadening and hadron attenuation can be interpreted through models to yield estimates for the propagating quark ‘lifetime’ or production time, and the time required to form hadron, the hadronic formation time. Transverse momentum broadening is also connected with the energy loss of propagating quarks through radiative gluon emission and partonic elastic scattering. These variables, which have been measured at Jefferson Lab in experiment E02-104, may prove valuable in quantifying the understanding of jet quenching, which is the pre-eminent signature for the formation of a new state of matter, both at RHIC and at the upcoming measurements of heavy ion collisions at the Large Hadron Collider at CERN in Geneva, Switzerland.

[ Proyecto FONDECYT para Postdoctorado 3080058 ]

Estudio de las Condiciones Experimentales de Síntesis de Arreglos de Nanotubos de Carbono (CNTs) por Medio de Deposición por Vapor Químico (CVD) asistido por Moldes de Alúmina (AAO)InvestigadoresDra. Andrea Cortés R.Ph.D. Patricio Häberle T.

ÁreaFísica

› resumen

Los nanotubos de carbón (CNTs) fueron descubiertos por S. Iijima en 1991, están formados por hojas de grafito enrolladas sobre si mismas formando un tubo pequeño. Estos materiales han atraído mucho la atención debido a sus excelentes propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas, siendo sujeto de extenso estudio en años recientes, principalmente por sus aplicaciones en nanodispositivos. Uno de los desafíos, desde este punto de vista, continúa siendo la capacidad para localizar selectivamente los CNTs en el espacio con una orientación y quiralidad bien definida. Por esta razón grandes esfuerzos se han centrado en la optimización de los parámetros de síntesis para obtener CNTs con tamaños y estructuras bien definidos, junto con la formación de arreglos ordenados sobre diferentes sustratos.

El objetivo de esta propuesta es estudiar las condiciones experimentales de la síntesis de CNTs por medio de CVD asistido por moldes de AAO y su posterior caracterización. Esto involucra la preparación y caracterización de moldes de AAO con diferentes características y su posterior aplicación en la síntesis de CNTs. Además, se pretende preparar un sustrato que consiste en un wafer de silicio sobre el cual se depositará aluminio y posteriormente seré anodizado para obtener moldes sobre silicio y finalmente sintetizar los CNTs para luego eliminar el molde. El objetivo de esto último es lograr obtener CNTs alineados sobre sustratos de silicio, libres del molde.

Por medio de la oxidación electroquímica de películas de aluminio se obtiene una capa porosa (AAO), con poros distribuidos en un arreglo hexagonal, cuyo diámetro, largo y separación entre los poros es controlada por los parámetros experimentales de síntesis: voltaje, temperatura, tiempo y tipo de electrolito y concentración. La ventaja que este tipo de molde ofrece es el control del ordenamiento espacial (posición) y además el control de la razón de aspecto de los poros. Por otro lado, el método de deposición por vapor químico (CVD) por si mismo no es suficiente para la preparación de CNTs siendo necesaria la presencia de partículas metálicas que actúan como catalizador. Al utilizar los moldes de AAO no es necesaria la presencia de catalizadores ya que las propias paredes del molde catalizan la formación de los CNTs en su interior.

El principal enfoque de este proyecto es lograr el control de los parámetros físicos del crecimiento de los CNTs por medio de deposición por vapor químico (CVD) utilizando moldes de oxido de aluminio

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anódico (AAO). Un segundo objetivo es verificar el efecto de los materiales catalíticos y superficie soportes en las propiedades intrínsecas de los CNTs.

› abstract

Study of the experimental conditions synthesis of carbon nanotubes (CNTs) by means of chemical vapour deposition (CVD) assisted by alumina template (AAO)

Carbon nanotubes (CNTs) were discovered by Iijima in 1991, they are formed by coiled graphite sheets in a form of a small tube. These materials have attracted a lot of attention due to their excellent electric, mechanical and thermal properties and they have been the subject extensive studies en recent years mainly due to their applications in nanodevices. One of the important challenges, from this point of view, continues to be the ability to locate selectively the CNTs in space with a well defined orientation and tube chirality. For this reason a great deal of effort has been centered in the optimization of the synthesis parameters to obtain CNTs with well defined sizes and structure, together with the idea of forming ordered arrays on different substrates.

The main objective of this proposal is the study of experimental conditions of synthesis of the CNTs by means CVD template assisted (AAO) and its latter characterization. This proposal involves the preparation and characterization of AAO templates with different characteristics tuned for their application to CNTs synthesis. Part of the program consists in developing the technical aspects to grow AAO templates directly on silicon wafers and use them to prepare CNTs on this substrates. The goal is to obtain self aligned CNTs on silicon substrates.

The diameter, length and separation between the pores in the AAO templates is controlled by means of synthesis parameters such as: voltages, temperatures, time of reaction together with concentration of the electrolyte. The advantage of this type of templates is the possibility to pattern large areas and at the same time act upon the pores aspect ratio. CVD methods by themselves are not enough to prepare directly high purity CNTs, since the synthesis method requires the presence of metallic catalyst particles. On the other hand when using AAO templates there is no need for the presence of catalyst since the pore walls assume that role.

One focus of this proposal is to attain control of the physical parameters of CNTs grown by chemical vapour deposition (CVD) using AAO templates. A second goal is to verify the effect of the catalytic materials and supporting surface in the intrinsic CNTs properties.


Estudio de Señales de Nueva Física en el LHC y en un Futuro Colisionador Lineal

InvestigadoresDr. Alfonso Zerwekh A. (Universidad Austral de Chile)

Ph.D. Marco Díaz G. (Pontificia Universidad Católica de Chile)Ph.D. Claudio Dib V.


› resumen

Nuestra propuesta es estudiar la fenomenología de extensiones al Modelo Estándar de las Partí-culas Elementales, a fin de predecir señales realistas que puedan ser eventualmente observadas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y en el futuro Colisionador Lineal. Ejemplos de los modelos

5.17


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estudiados son: Technicolor (incluyendo nuevos modelos que predicen la existencia de bosones de Higgs compuestos livianos), Little Higgs y modelos supersimétricos con términos bilineales que violan la paridad R.

› abstract

Our proposal is to study the phenomenology of extensions of the Standard Model in order to predict realistic signals that can be observed at the LHC and the future Linear Collider. Examples of models to be studied are: Technicolor (including new models that predicts a light composite Higgs boson), Little Higgs models and supersymmetric models with R-parity violating bilinear terms.


Nuevo Equipo para el Estudio de la Dinámica de Patologías del Cerebro Mediante Técnicas de SPECTInvestigadoresMsc. Viktor Slüsarenko S.Dr. Patricio Vargas C.Dr. Gastón Agüero S.sr. Francisco cáceres l.Dr. Juan Carlos Quintana (Hospital Clínico, Pont. Universidad Católica de Chile)Área Física Médica

› resumen

El objetivo de este proyecto es desarrollar un equipo portátil que permita obtener imágenes to-mográficas SPECT en forma dinámica. La ventaja es que permite realizar estudios funcionales (perfu-sión cerebral o eventualmente unión de radioligandos) en forma más eficiente (obtención de múltiples imágenes en una misma sesión), y en pacientes críticamente enfermos o que por su condición no es posible movilizarlos.

El SPECT-dinámico se producirá en ECM Ingeniería S.A., quienes distribuirán el producto en los mercados médicos chilenos, del Cono Sur (Argentina y Brasil principalmente), Europa y EE.UU. La par-ticipación en los mercados internacionales se pretende realizar a través de los canales de distribución que actualmente maneja ECM asociados con Philips Medical, proyectándose una venta de 179 equi-pos durante el desarrollo del proyecto, alcanzando una cobertura internacional anual de 0,29%.

Los resultados esperados en la evaluación privada del proyecto arrojan un VAN de MM$ 258 y una TIR de 75%. Análogamente la evaluación social del proyecto arrojan un VAN de MM$ 11.031 y una TIR de 78,47%.

Las aplicaciones clínicas inmediatas del SPECT dinámico son las siguientes: evaluación de perfusión cerebral con fines pronósticos en pacientes críticos comprometidos de conciencia (accidentes vasculares cerebrales, eventos anestésicos o intraoperatorios, traumatismo encéfalocraneano, etc.), medición de perfusión cerebral en pacientes sometidos a monitoreo video-EEG continuo por epilepsia, evaluación del tratamiento de revascularización de los accidentes vasculares cerebrales en etapa aguda, etc.

› abstract

The goal of this project is to develop a portable brain SPECT prototype capable to obtain truly dynamic tomographic images. The advantage of this system would be the ability to obtain functional

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brain images (rCBF or even neuro ligand imaging) more efficiently (many images in the same session) in critically ill patients or in persons unable to be moved to the imaging table. The immediate clinical applications of such system would be: rCBF evaluation for prognostic purposes in critically ill and/or unconscious patients (e.g.: stroke, post anesthesia or surgery events, head trauma, neurosurgery, etc.), rCBF evaluation in patient under continuous video EEG monitoring for epilepsy, to monitor acute stroke revascularization, etc.

The Dynamic-SPECT will be produce by ECM Ingeniería S.A, who will distribute the product in the Chilean market, also Argentina, Brasil, Europe and the USA. The international market participation will be done by using the actual merchandising structure that ECM manages in association with Philips Medical. The selling, during the development of the project, will be 179 equipment, reaching an international total annual covering of 0,29%.

The expected results for the private economical evaluation are ANV (actual net value): MM$ 258 amd TOR: 75%. Simultaneously, for the social evaluation the results are: ANV (actual net value): MM$ 11.031 and TIR: 78,47%.

Currently neuroimaging plays a key role in the clinical evaluation of many central nervous system diseases. These methods can be divided in two broad groups: anatomic structure oriented methods (like MRI or CT scan) and functional brain imaging (like PET or SPECT imaging). Functional brain imaging have been proven useful in many clinical grounds like: dementia, epilepsy, stroke, drug addiction, head trauma, brain death, depression and other psychiatric disorders.

[ Proyecto FONDEF D04T2037 ]

Experimentos Remotos para la Enseñanza Media en Física, Química y Matemática

InvestigadorDr. Gastón Agüero S.

ÁreasEjecución Transferencia Tecnológica

Reconocimiento de Patrones utilizando Procesamiento Digital de ImágenesComercialización de Tecnologías

› resumen

[Tecnología a Transferir]:

El Negocio Tecnológico a materializar se basa en la transferencia de la tecnología denominada “Uso del Reconocimiento Digital de Patrones (algoritmos entrenados) en base al procesamiento de imágenes como un sistema para la toma de información en la automatización de equipos”, tecnología que fue desarrollada bajo diversas aplicaciones en el laboratorio resultante del Proyecto I+D FONDEF D01I1082.

[Entregables Negocio Tecnológico]:

Son entregables del producto asociado al Negocio Tecnológico, todos los ítems necesarios para el empaquetamiento de la tecnología, destacando tres principales:

› 1. Documentación Técnica-Teórica: Involucra todo lo relacionado a la tecnología en términos teó-ricos y prácticos para el desarrollo de diversas aplicaciones de la tecnología en tareas de automati-zación e integración de sistemas. Esta Documentación es la base para actividades de Capacitación a los empleados de la empresa que adquiere el uso de la tecnología.

5.19


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› 2. Actividades de Capacitación: Considera actividades de entrenamiento del personal de la em-presa interesada con respecto a la tecnología, sus bases matemáticas y por supuesto actividades prácticas para que obtengan el dominio sobre el uso de la tecnología.

› 3. Asistencia Técnica: Esta actividad es uno de los entregables de mayor importancia y consiste en entregar soporte técnico desde la unidad de I+D de la universidad al socio tecnológico durante la fase empaquetamiento y apoyo posterior a la introducción de los primeros productos al mercado.

[Ámbitos de aplicación]:

Esta tecnología encuentra cabida en una serie de industrias que requieren dispositivos y sistemas que operen con control automatizado “inteligente”.

Es posible identificar variadas aplicaciones, destacando a priori, el reconocimiento automático de códigos de barras, el cálculo automatizado de volúmenes, la identificación de formas geométricas y caracteres, el estudio de muestras biológicas, entro otras posibles.

[Primeras aplicaciones]:

Las primeras aplicaciones (que tomarán la forma de producto tecnológico), han sido definidas en función de las necesidades planteadas por el socio de la Transferencia Tecnológica, Ceskat Ingeniería-empresa especialista en la automatización de procesos industriales- para su unidad de Parking, deno-minada Mi Parking.

Las aplicaciones definidas a partir de estos requerimientos, son dos a saber:

› 1. Sistema de identificación de patentes y verificación del estado físico de vehículos, para el con-trol y apoyo de dispositivos electromecánicos (barras de acceso, portones automáticos, dispensado-res de ticket).Este producto busca ser comercializado formalmente en el mercado del Negocio productivo bajo dos módulos:

› a. Modulo 1, Sistema de control de acceso automático en base al reconocimiento de patentes. Este sistema mediante el reconocimiento de la patente permite el paso o salida mediante la apertura de algún sistema de acceso (barrera de acceso, portones automá- ticos).

› b. Modulo 2, Sistema para el acceso y seguridad de estacionamientos mediante el estudio físico de vehículos y la interrelación de la tecnología y otros equipos periféricos (dispensador de Ticket). Este sistema identifica cambios estructurales en un vehículo y permite relacionar automá- ticamente el código generado en un ticket con la patente identificada convirtiéndose en una importante herramienta para evitar daños parciales o totales sufridos normalmente en grandes estacionamientos.

› 2. Sistema de identificación de espacios vacíos y monitoreo inteligente.Este sistema identifica automáticamente los espacios vacíos dentro de un estacionamiento, a través de la instalación de cámaras previamente instaladas y mediante la acción de señaléticas de flujo ve-hicular y facilita a los usuarios de grandes estacionamientos encontrar un cupo con mayor rapidez y eficiencia, al mismo tiempo, este sistema, dada la tecnología implementada en él, permite aplicacio-nes de monitoreo inteligente, ya que puede ser entrenado para captar, grabar y monitorear aquellos espacios donde existe movimiento.


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› abstract

This is a technology transfer Project, and it is a continuation of the project D01I1082 Remote experiments for mathematical, physics and chemical education. This project use one of the technologies developed in the previous project, the image processing technology, to develop two applications which will be used on a parking environment. This applications that are called drivers, will be used in a greater system, which will be developed for the partner of this project CESKAT INGENIERIA.

The most important objectives of this project are:

Develop two applications with the image processing technology.One must be capable of recognized the characters of an automobile plate and give the result as a string of characters which will be used for other system to get a history of the vehicles that get in to the parking.The second one must be capable of recognized the empty spaces in a parking place. This driver analyze each space using wireless cameras which are continually monitoring all the spaces of the parking.This driver deliver binary signs depending of the state of the parking space, 1 to used space and 0 for empty space.Every driver must be campaigned with all the technical documentary and the technical assist for a successful integration of the driver in a bigger and complete system.

Technology transfer agreement between the University and the partner of the project, CESKAT INGENIERIA

CESKAT INGENIERIA, with the assist of the University must integrated the two drivers in baggers and complete systems and then commercialize each product with a parking company.

Systems Industrial Patent application in Chile.

[ Proyecto Programa Bicentenario de Ciencia y Tecnología Nº ADI-027 ]

Centro de Nanociencia de Valparaíso. Estudio Multidisciplinario de Nanoestructuras Híbridas

InvestigadoresDra. Mónica Pacheco D.Ph.D. Patricio Häberle T.

Dr. Pedro Orellana D. (Universidad Católica del Norte)Dra. Zdenka Barticevic A.

Dr. Jorge Valdés L.Dr. Humberto Gómez M. (Pontificia Universidad Católica de Valparaíso)

Dr. Galo Cárdena T. (Universidad de Concepción)

ÁreaFísica de Materia condensada

› resumen

Hay grandes expectativas en el desarrollo de nuevos productos y dispositivos basados en el cono-cimiento de procesos a escala nanométrica. Esta disciplina emergente, definida como la base para la tecnología del siglo 21, se espera tenga un gran impacto en la síntesis de nuevos materiales, con un ancho rango de aplicaciones desde simple fabricación de acero, hasta posibles soluciones técnicas, por requerimientos impuestos por el mercado, a la continua miniaturización de componentes electrónicos.

›

›

›

›

5.20


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En el centro de este desarrollo está la síntesis de objetos a nanoescala tales como nanopartículas, puntos cuánticos, alambres cuánticos, nanotubos de diferentes materiales. Lo más notable es la fuerte correlación entre las propiedades electrónicas y el tamaño y forma de estas estructuras. Esta interde-pendencia puede ser usada para diseñar dispositivos a nanoescala: detectores, materiales biocompa-tibles para distribuir medicamentos y/o exploración de cuerpos inertes o aún puede llegar a encontrar su aplicación en lograr raquetas de tenis mas fuertes y livianas.

La química de coloide está probablemente en la infancia del desarrollo de esta disciplina, obtenien-do un enorme respaldo por el descubrimiento de la molécula de carbono 60, con su forma altamente simétrica, por el grupo del profesor Smalley en la Universidad de Rice. Probablemente, esto fue el comienzo de una nueva manera de pensar en materiales a nano escala e impulsó la investigación en la síntesis de nuevos objetos con dimensiones cuánticas. Lo últimos 20 años han presenciado una explo-sión de nuevas nanoestructuras, junto con singulares aplicaciones de estos materiales. La descripción de su comportamiento está sustentada por la mecánica cuántica. Sus propiedades mecánica, ópticas y de transporte han sido estudiadas por diferentes métodos analíticos y numéricos. El conocimiento de estas propiedades es fundamental para una posible aplicación práctica de estos sistemas.

Ciertamente aún permanecen muchas incógnitas en el entendimiento de las propiedades electró-nicas de sistemas individuales y que se requerirá un gran esfuerzo de físicos químicos y científicos de materiales, para develar los verdaderos mecanismos del comportamiento microscópico y posibles apli-caciones. Dentro del marco de este proyecto intentamos sintetizar y describir el comportamiento elec-trónico de diferentes objetos nanométricos combinados, desde compositos, como aquellos formados por agregación de nanopartículas y nanotubos, hasta simplemente considerar la combinación de dos tipos de nanotubos en una heterojuntura. Hay dos muy buenas razones para considerar estos sistemas acoplados como tema de estudio. Una de ellas está relacionada con sus aplicaciones como dispositivos ya que hay una clara necesidad de tener objetos del mismo tamaño muy próximos, capaces de trans-ferir o recibir información, como sería el caso en computación cuántica o simplemente porque debido a la proximidad entre objetos a nanoescala los efectos de interferencia podrían terminar dominando las propiedades del conjunto y finalmente producir una nueva estructura. Si pudiera hacerse una ana-logía a los tempranos días de la física atómica, la descripción de nanoestructuras ha estado asociada a átomos artificiales. Nuestro proyecto está enfocado a la formación de moléculas artificiales basadas en estas nanoestructuras.

Claramente este es aún un campo abierto, porque hay mucho que aprender de las estructuras simples, pero también hay unos pocos sistemas compuestos que exhiben propiedades especiales pre-cisamente debido a los efectos de proximidad. Entre ellas planeamos investigar propiedades electróni-cas y de estructura de manojos de nanotubos, agregación de nanotubos y nanopartículas, junturas de nanoalambres y tubos. ¿Qué esperamos encontrar? En parte el equivalente a los efectos de “orbitales moleculares” basado en la combinación de “orbitales atómicos” de estos objetos artificiales, pero dado que estos sistemas están compuestos de un gran número de átomos su espectro de excitaciones colectivas, como se ha mostrado recientemente, es muy rico y singular.

Una colección de nanotubos agrupados en manojos podría ser visto como un sólido en el cual la interacción que los mantiene unidos, aún pensando que es débil, puede ser modulada por la interca-lación de impurezas dopantes. Así como las propiedades del bulto pueden ser relacionadas con la co-rrespondiente estructura atómica en sólidos, el comportamiento de estos átomos artificiales reflejará las características de los nanotubos individuales.

Para abordar la descripción de estos sistemas compuestos hemos reunido un grupo multidiscipli-nario de investigadores. Trabajaremos en obtener una descripción teórica de estas nanoestructuras y también en sintetizar, caracterizar y realizar espectroscopia de sus diferentes propiedades electrónicas estructurales. El equipo experimental y los recursos humanos requeridos para desarrollar la investi-gación propuesta no puede ser encontrado en Chile una sola institución, así es en este proyecto nos reunimos para trabajar en conjunto científicos de distintas universidades regionales (Universidad Cató-lica de Antofagasta, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Universidad Técnica Federico Santa María y Universidad de Concepción). Juntos, formamos un grupo de investigación en torno al Centro


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de Nanociencia de Valparaíso, pero con recursos en todas las instituciones participantes. Entre estas universidades compartimos distintos tipos de laboratorios de síntesis para preparar objetos a nanoes-cala: CVD, electroquímica, evaporación en fase vapor. También se comparten las facilidades disponi-bles para la caracterización: SEM, TEM, SPM, óptica y espectroscopias electrónicas (Auger and IPE).

Aunque contribuir a la generación de nuevo conocimiento en esta área es central en este proyec-to, uno de los productos esperados es además la contribución a la formación de científicos calificados, capaces de efectuar su trabajo exitosamente en un ambiente multidisciplinario. El grupo de investi-gación actual esta formado por 7 académicos, 4 postdoctorados, 14 estudiantes de postgrado y 7 estudiantes de pregrado de ciencia e ingeniería.

› abstract

There are great expectations in the development of new products and devices based on knowledge of processes at the nanometer scale. This emerging discipline, defined as the basis for the technology of the 21st century, is expected to have a large impact in the synthesis of advanced materials, with a wide range of applications from simple stainless fabrics, to possible technical solutions for the market imposed requirement of continuous miniaturization of electronic components.

At the center of these developments is the synthesis of nanoscale objects such as nanoparticles, quantum dots, quantum wires, nanotubes of different materials. Most notably is the strong correlation between electronic properties and the size and shape of these structures. This interdependence can be used to custom design nanoscale devices: detectors, biocompatible materials for drug delivery and/or inner body exploration, or even find their ways into a stronger and lighter tennis racket.

The chemistry of colloids is probably at the infancy of the development of this discipline, which obtained an enormous thrust by the discovery of the Carbon 60 molecule, with its highly symmetric shape, by the Smalley group at Rice. This was probably the beginning of a new way of thinking on nano-scale materials and fueled research into the synthesis of new objects with quantum dimensions. The last 20 years have seen an explosion of new nanostructures, together with singular applications of these materials. The theory at the heart of the description of their behavior is quantum mechanics. Different analytical approaches and numerical methods have been applied to describe optical, mechanical and transport properties. All of them are central to the possible practical applications of these systems.

It is most certainly true, that the description of the electronic properties of individual systems still holds many unknown which will require efforts from physicists, chemists and material scientists, for unveiling the true mechanisms of microscopic behavior and possible applications. Within the frame of this proposal we intend to synthesize and describe the electronic behavior of different combined nanoscale objects, from composite materials, as those formed by the aggregation of nanoparticles and nanotubes, to simply considering the combination of two types of carbon nanotubes (CNTs) in a hetero-junction. There are two very good reasons to consider these hybrid systems as subjects of study, one of them is related to their applications as devices, since there is a clear need to have objects of similar size, in close proximity, to be able to transfer or retrieve information, as would be the case in solid state quantum computation or simply because due to the close proximity between nanoscale objects, the interference effects could end up dominating the quantum properties of the ensemble, thus producing a new quantum structure. If one could make an analogy to the early days of atomic physics, the description of nanostructures has been associated to artificial atoms our proposal will then focus in the formation of artificial molecules based on these nanostructures.

This is clearly still a wide open field, because much has to be learned from the single structures, but there are a few composite systems exhibiting special properties precisely due to the close proximity effects. Among them we plan to examine electronic properties and structure of nanotube-bundles, aggregation of nanotubes and nanoparticles, junctions of nanowires and tubes.


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What do we expect to find? Well, in part the equivalent to the effects of “molecular orbitals” based on the combination of “atomic orbitals” of this artificial objects, but also since these systems are composed of a very large number of physical atoms their spectra of collective excitations is very rich and singular as recent results have shown.

A collection of nanotubes in bundles could be viewed as a solid in which the interaction that keep them together, even though is weak, can be modulated by the intercalation of doping impurities. In a similar way as bulk properties can be related to the corresponding atomic structure in solids, the behavior of these artificial solids will reflect the characteristic of the individual NTs.

To tackle the description of these hybrid systems we have assembled a multidisciplinary team of researchers. We work both in providing a theoretical description of these nanostructures and also synthesizing, characterizing and performing spectroscopy of their different structural and electronic properties.

The nature of the required experimental equipment and human resources for developing the proposed research can not be found in a single institution in Chile so within this proposal we bring together in close collaboration scientists from different regional universities (Universidad Católica de Antofagasta, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, UTFSM, and Universidad de Concepción). Together we form a research group nucleated around the Center for Nanoscience in Valparaíso, but with resources in all the participating institutions. Among the participating universities, we share different type of synthesis labs to prepare nanoscale objects: CVD, electrochemistry, vapor phase evaporation: The same is true for the characterization tools available: SEM, TEM, SPM, optical and electron spectroscopies (Auger and IPE) to be applied in this proposal.

Even though contributing to generate new knowledge in this area is central to the proposal, one of the expected products of this grant is the contribution to the formation of qualified scientists able to perform their work successfully in a multidisciplinary environment. The actual research team is formed by 7 faculty members, 4 postdocs or research fellows; most importantly, it comprises 14 graduate students in chemistry and physics and 7 undergraduates in science and engineering.

[ Proyecto Programa Bicentenario de Ciencia y Tecnología Nº ADI -028 ]

Centro de Estudios SubatómicosInvestigadoresPh.D. iván schmidt a.Ph.D. Sergey KovalenkoDr. Marco Aurelio Díaz (Pontificia Universidad Católica de Chile)Ph.D. Gorazd CveticPh. D. Boris KopeliovichPh. D. Irina PotashnikovaPh. D. Claudio Dib V.Ph.D. Marcelo Loewe L. (Pontificia Universidad Católica de Chile)Dr. Alfonso Zerwekh (Universidad Austral de Chile)

ÁreasFísica de Partículas ElementalesFenomenología de Partículas

› resumen

En el año 2007 el LHC (Large Hadron Collider), el acelerador de partículas más grande hasta ahora construido, empezará a operar en el CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire ); además, re-cientemente Chile y CERN han renovado un acuerdo de colaboración. Esto abre una oportunidad sin

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precedentes para la ciencia chilena. Por lo tanto proponemos crear un Anillo con el propósito especí-fico de participar en la física del LHC. Nuestro Anillo se dedicará a extender el impacto de le física de altas energías en Chile, fortaleciendo nuestra área de fenomenología y comenzando el desarrollo de la física experimental y la transferencia tecnológica. Nuestro grupo ya ha empezado la colaboración con el CERN. Esperamos fortalecer esta colaboración a través de las actividades descritas más abajo.

Las principales actividades de este Anillo serán:

Investigación en fenomenología de Física de Partículas: trabajaremos directamente en los problemas físicos que se presentan en los experimentos del LHC. Específicamente:

› 1. Física del Modelo Estándar de interacciones fuertes y electrodébiles, relacionada con el LHC (Búsquedas del Higgs, Cromodinámica Cuántica).

› 2. Física más allá del Modelo Estándar en el LHC (supersimetría y gran unificación, dimensiones extras, procesos raros, física de neutrinos, violación de número leptónico).

Comienzo de Física Experimental de Partículas: Pretendemos colaborar y empezar a participar en los experimentos del colisionador LHC. Esta actividad incluirá análisis de datos, simulaciones de eventos y detectores, y análisis del funcionamiento de los detectores (beam tests). Para el análisis de datos y para las simulaciones usaremos el acceso al sistema Grid (proyecto EELA) e instalaremos en Chile el equipamiento necesario con el objetivo de conectarse y de adquirir la experiencia necesaria.

› abstract

In 2007 the LHC (Large Hadron Collider), the largest particle accelerator ever, will start operation at CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire); in addition, recently Chile and CERN have renewed a collaboration agreement. This opens an unprecedented window of opportunity for Chilean science. Therefore we propose to create a Ring with the specific purpose of participating in the physics at LHC. Our Ring will be dedicated to extend the impact of high-energy physics in Chile, by strengthening our area of phenomenology and triggering the development of experimental physics and technology transfer. Our group has already started collaboration with CERN. We plan to strengthen this collaboration by means of the activities described below.

The main activities of this Ring will be:

Research in Particle Physics phenomenology: we will focus our research on the physics issues related to LHC experiments. Specifically:

› 1. Physics of the Standard Model of strong and electroweak interactions, related to the LHC (Higgs searches, perturbative and non-perturbative aspects of Quantum Chromodynamics).

› 2. Physics beyond the Standard Model at the LHC (supersymmetry and grand unification, extra dimensions, rare processes, neutrino related physics, lepton flavor violation, dark matter).

Start of Experimental High Energy Physics: We plan to collaborate and start participation in the experiments at the LHC collider. This activity will include data analysis, event and detector simulations, and detector performance analysis (beam tests). For data analysis and for physics simulations we will use the access to the Grid system (EELA project) and install the necessary hardware in Chile in order to connect and build up the necessary experience.

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Centro de Nanociencia de ValparaísoInvestigadoraDra. Mónica Pacheco D.

ÁreaFísica de Materia condensada

› resumen

Uno de los objetivos del Plan Estratégico Departamental consiste en fortalecer la actividad de investigación experimental en tópicos relacionados con la ciencia y tecnología de sistemas a escala nanométrica.

El interés mundial por el desarrollo de las llamadas Nanotecnologías, se ha manifestado tanto en el creciente número de publicaciones en esta área, como por las fuertes inversiones realizadas en América del Norte y la Unión Europea. Esta tendencia ha sido seguida en un menor grado por eco-nomías emergentes como Brasil y Argentina. En Chile sin embargo no hemos realizado un esfuerzo específico en esta área.

La Física de la Materia Condensada es una de las áreas de investigación que el Departamento de Física desarrolla en la UTFSM, y que en los últimos años ha centrado su quehacer en sistemas de baja dimensionalidad, materiales y estructuras de tamaño nanoscópico. El interés en este tipo de materia-les, (nanomateriales) se debe a que tanto sus propiedades físicas como químicas están fuertemente influenciadas por el efecto de confinamiento electrónico. Entender los fenómenos físicos en estos sistemas y tener la habilidad para manipular la materia a esta escala permiten diseñar y construir ma-teriales con funcionalidades definidas por su tamaño. Trabajando en estos sistemas desde el punto de vista teórico y experimental pensamos crear un centro de esta especialidad en la Región de Valparaí-so, involucrando a un número importante de académicos, profesores, postdoctorantes y alumnos de postgrado tanto de Magíster como de Doctorado. Nuestro interés en estos nuevos materiales reside en la amplia gama de aplicaciones que van desde dispositivos electrónicos, cada vez más pequeños y ligeros que los existentes, a bio-interfases que permiten monitorear funciones biológicas en la materia viva. Nuestra propuesta incluye estrechar lazos, ya existentes, con los programas de doctorado en Biotecnología (PUCV-UTFSM) y Química (PUCV) de nuestra región, quienes han manifestado especial interés de colaborar en temas relacionados a la síntesis de Nanotubos de Carbono (CNTs), que se rea-liza en la UTFSM.

En referencia a lo anterior, la actividad científica del grupo ha abordado tanto estudios teóricos como experimentales. Dentro de los estudios teóricos se destacan tópicos como magnetismo, óptica y transporte electrónico en nanoalambres, nanopartículas, nanotubos, anillos, pozos y puntos cuánticos (Z. Barticevic, M. Pacheco, P. Vargas). Por otro lado, el trabajo experimental (P. Häberle, J. Valdés) se ha concentrado en el estudio de superficies y nanoestructuras mediante espectroscopías electrónicas, colisiones de iones y microscopías de barrido con puntas de prueba. Uno de los últimos avances ex-perimentales ha consistido en la implementación de un reactor para deposición química en fase vapor (CDV) para la síntesis de CNTs. En gran medida el mantener esta actividad dependerá de la contrata-ción de científicos jóvenes que puedan continuar estos desarrollos. Dada nuestra reciente experiencia en el estudio experimental de estos sistemas vemos la necesidad de dar un impulso adicional a esta área desarrollando en el país las facilidades para sintetizar, estudiar y explorar aplicaciones industriales de sistemas nanoestructurados. En principio, la idea es abordar dos líneas principales una de ellas re-ferente al diseño avanzado de nanoestructuras y la otra, al estudio de sus propiedades por técnicas de microscopía y espectroscopía electrónicas.

Mediante este proyecto se incorporarán al trabajo del grupo investigadores jóvenes especialistas en nanociencia y con experiencia probada en el área.

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Inserción de Postdoctorado en el Programa de Física Subatómica de la UT FSM

InvestigadorPh.D. iván schmidt a.

ÁreaFísica de Campos y Partículas

› resumen

El propósito de este proyecto es fortalecer la Física de Partículas Elementales, consolidando nuestra actividad en fenomenología, formando la semilla para la actividad experimental y permitiendo la trans-ferencia tecnológica que esta actividad sustenta. Por iniciativa de nuestro grupo, se ha revivido recien-temente un convenio que existía entre Chile y el laboratorio CERN (Consejo Europeo de Investigación Nuclear) y que había caducado prácticamente sin uso. Como resultado de esto, hemos sido incluidos para participar en el programa HELEN de cooperación entre la Unión Europea y América Latina en física de alta energía, liderado por CERN. Mediante este programa, a la fecha hemos logrado enviar a pasan-tías de investigación en el CERN a un estudiante de doctorado en Física, dos en Ingeniería Eléctrica y uno en Ingeniería Informática. También como resultado de este convenio, Chile será el anfitrión de la 4ª Escuela CERN-Latinoamericana de Física de Alta Energía, en febrero 2007 y organizada en parte por miembros de nuestro grupo.

Por otro lado, en el año 2007 en el CERN entrará en funcionamiento el LHC, el acelerador más gran-de de nuestros tiempos, con la consiguiente efervescencia en actividad científica. Debemos aprovechar esta oportunidad inédita para fortalecer nuestra actividad científica, formando nuevos investigadores tanto en fenomenología, como en física experimental. Esta última es inexistente en Chile, pero es muy importante por ser el principal vínculo entre la ciencia pura, el desarrollo tecnológico y la industria. De hecho, CERN es el centro mundial de la tecnología de computación “Grid” (distribución del proce-samiento en una red). Otro objetivo general del proyecto es entonces posibilitar la integración de los Departamentos de Informática y Física a los principales proyectos de computación en Grid, comenzando por la Grid de CERN.

Intentamos con este proyecto traer investigadores jóvenes en estas áreas, para fortalecer redes de colaboración y extender el impacto de nuestra investigación hacia otras áreas de ciencia y de tecnología.

[ Proyecto COLCIENCIA 2005-207 ]

Propiedades Ópticas y Electrónicas de Puntos Cuánticos Elípticos de GaAs-(Ga, AI)As e InAs/GaAs bajo Efectos de

Campos Eléctricos y MagnéticosInvestigadores

Dra. Zdenka Barticevic A.Sr. Carlos Duque (Universidad de Antioquía, Medellín, Colombia)

ÁreaFísica de la Materia condensada

› resumen

El objetivo general del proyecto es fortalecer los vínculos existentes entre académicos de ambos países, realizando investigación conjunta en el área de sistemas de baja dimensionalidad. El objetivo

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específico de los intercambios, es realizar estudios de propiedades electrónicas y ópticas de hete-roestructuras semiconductoras. El confinamiento geométrico juega un rol importante en el espectro excitónico y una herramienta importante para estudiar las propiedades de estos sistemas, es analizar la respuesta a campos externos. En particular, se estudiará en forma teórica, el espectro de absorción intra-excitónico de puntos cuánticos elípticos, incluyendo el efecto de campos magnético y eléctrico uniformes.

› abstract

The main objective of this project is to strengthen up the collaboration which already exists among researchers of both countries, in the area of the physics of low dimensional systems. The specific purpose of this collaboration is to study the electronic and optical properties of semiconducting heterostructures. The geometric confinement in this kind of systems plays a crucial role on its excitonic spectrum; this can be revealed studying the system under the influence of external fields. In this project we propose doing a theoretical study of the intraexcitonic spectrum of elliptical quantum dots, including the effect of external uniform magnetic and electric fields.


L. Rosales, A. León, Z. Barticevic, A. Latgé, P.A. Orellana, M. Pacheco, “Effects of periodic perturbations on the transport properties of graphene nanoribbons”, (poster) XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

O.J. Suárez, A. Cuchillo, P. Vargas, P. landeros, “Estados fundamentales y nucleación de una pared de vórtice en nanotubos ferromagnéticos”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

P. Vargas, E. cisternas, J.E. Valdés, M. Flores, “Imágenes STM Simuladas de Capas de Grafero”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

P. ulloa, M. Pacheco, Z. Barticevic, “Donor impurities in double quantum-dot structures: magnetic-field effects”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

S. Hevia, R. Segura, P. Häberle, “Fotoemisión Inversa en Nanotubos de Carbono”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

A. León, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Arquitectura de autómata celular cuántico en un arreglo de nanoclusters de carbono”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

A. León, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Determinación del acoplamiento J y del desplazamiento químico NMR en nanoestructuras de carbono para computación cuántica”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

C. Celedón, R. Segura, P. Häberle, J.E.Valdés, “Proton energy loss in amorphous carbon and carbon nanotubes”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

a. cuchillo, P. Vargas, “Escalamiento y simulación en nanotubos de manganita de valencia mezclada”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008


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R. Soto, G. Martínez, M.N. Baibich, J.M. Florez, P. Vargas, “Influencia de los estados metaestables en el comportamiento magnético de una red triangular: Aplicación al compuesto Ca3co2o6”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

P. Vargas, J.E. Valdés, C. Celedón, V.A. Esaulov, “Proton interaction with graphene and graphite at very low velocities: theoretical approach”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

C. Celedón, P. Vargas, n.r. arista, J.E.Valdés, “Threshold effect in the energy loss of hydrogen and helium ions transmitted in channeling conditions in gold single crystal”, XVI Simposio Chileno de Física, Valparaíso, Chile; 12-14 noviembre 2008

P. Häberle, “Photoemission and inverse photoemission from Carbon Nanotubes and related materials”, Escola de Nanotubos de Carbono: Ciência e Aplicaçoes, Universidad Federal de Minas Gerais, Brasil; 27-29 octubre 2008 (charla invitada)

R. Segura del Río, R. Espinoza, R. Oliva, P. Häberle, “Síntesis de nanoestructuras híbridas: Nanopartículas de oro y paladio soportadas en nanotubos de carbono”, Congreso Iberoamericano de Química, XXIV Congreso Peruano de Química, Cuzco, Perú; 13-17 Octubre 2008

J. Valdés, “Pérdida de energía de iones en sólidos a bajas energías: experimentos y simulaciones.IV Encontro Sul-Americano De Colisões Inelásticas Na Matéria”, Rio de Janeiro, Brasil; 29-31 de outubro de 2008 (charla invitada)

S. Hevia, R. Segura del Río, A. Tello, E. Svånsand, A. Cortés, R. Espinoza, G. Cárdenas, H. Gómez, I. K. Schuller, P. Häberle, “Synthesis, characterization and spectroscopy of Carbon nanostructures”, 19th Latin American Symposium on Solid State Physics SLAFES XIX, Puerto Iguazú, Argentina; 5-10 octubre 2008 (charla invitada)

P. landeros, O.J. Suárez, A. Cuchillo, P. Vargas, “Ground states and vortex domain wall nucleation in ferromagnetic nanotubes”, 19th Latin American Symposium on Solid State Physics SLAFES XIX, Puerto Iguazú, Argentina, 5-10 octubre 2008 (poster presentation)

L. Rosales, P. Orellana, A. Latgé, A. Leon, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Effects of periodic potentials on the transport properties of graphene nanoribbons”, 19th Latin American Symposium on Solid State Physics SLAFES XIX, Puerto Iguazú, Argentina; 5-10 octubre 2008 (poster presentation)

a.leon, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Architecture cellular automaton in an array of quantum dots on a graphene nanoribbon”, 19th Latin American Symposium on Solid State Physics SLAFES XIX, Puerto Iguazú, Argentina; 5-10 octubre 2008 (poster presentation)

P. Lazcano, P. Häberle, R. bartynski, S. Ragan, “Growth and structure of ultrathin Fe and Ni film son ZnO(0001)-Zn”, 19th Latin American Symposium on Solid State Physics SLAFES XIX, Puerto Iguazú, Argentina; 5-10 octubre 2008 (poster presentation)

c. Parra, P. Häberle, “Growth and Morphology of ultrathin Ni films on Pd(100)”, 19th Latin American Symposium on Solid State Physics SLAFES XIX, Puerto Iguazú, Argentina, 5-10 octubre 2008 (poster presentation)

l. rosales, M. Pacheco, Z. Barticevic, A. Latgé, P. Orellana, “Conductance gaps in graphene ribbons designed by molecular aggregations”, III Workshop da Rede Nacional de Pesquisa em Nanotubos de Carbono, Curitiba – PR, Brasil; 17-19 Setembro 2008 (presentación poster)

S. Hevia, R. Segura del Río, A. Tello, A. Cortés, R. Espinoza, G. Cárdenas, H. Gómez, I. K. Schuller, P. Häberle, “Synthesis and spectroscopy of Carbon nanostructures”, III Workshop da Rede Nacional de Pesquisa em Nanotubos de Carbono, Curitiba – PR, Brasil; 17-19 Setembro 2008 (charla oral)


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S. Hevia, R. Segura, G. Eda, M. Chhowalla, P. Häberle, “Modification of the unoccupied electronic structure of CNTS by acid functionalization”, 15th International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices ICSNN 2008, Natal, Brasil; 3-8 agosto 2008 (oral presentation)

P. orellana, M. Pacheco, J. Ojeda, “An Array of Quantum Dots as a Spin Filter Device”, 15th International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices ICSNN 2008, Natal, Brasil; 3-8 agosto 2008 (poster presentation)

M. Pacheco, L. Rosales, A. Latgé, Z. Barticevic, P. Orellana, “Quantum transport in grapheme nanoribbons with attached molecules, 15th International Conference on Superlattices”, Nanostructures and Nanodevices ICSNN 2008, Natal, Brasil; 3-8 agosto 2008 (poster presentation)

S. Hevia, R. Segura, M. Chhowalla, P. Häberle, W. Ibáñez, “Unoccupied electronic resonances in carbon nanotubes arrays”, 29th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS-29, RJ-Brasil; 27 julio–1 agosto 2008 (oral presentation, ID: 830-1)

P. Lazcano, P. Häberle, R. Bartynski, S. Ragan, “Growth and structure of ultrathin Fe and Ni films on ZnO(0001)-Zn”, 29th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS-29, RJ-Brasil; 27 julio–1 agosto 2008 (poster presentation)

J. correa, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Infrared spectrum of shallow impurities in quantum wires in a magnetic field”, 29th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS-29, RJ-Brasil; 27 julio–1 agosto 2008 (poster presentation)

A. León, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Nuclear magnetic resonance quantum computing using carbon nanostructures”, 29th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS-29, RJ-Brasil; 27 julio–1 agosto 2008 (poster presentation)

M. Pacheco, L. Rosales, A. Latgé, Z. Barticevic, P. Orellana, “Quantum transport in grapheme ribbons with side-attached molecules”, 29th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS-29, RJ-Brasil; 27 julio–1 agosto 2008 (poster presentation)

P. ulloa, M. Pacheco, Z. Barticevic, “Donor impurities in double quantum-dot structures: magnetic-field effects”, 15th International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices ICSNN-15, Natal, Brasil; 3-8 agosto 2008 (poster: ID1212)

M. Siddikov, “Deeply Virtual Compton Scattering in small-x kinematics”, Diffraction 2008, La Londe Les Maures, France; 9-14 Julio 2008

S. Hevia, R. Segura, M. Chhowalla, P. Häberle, “Modification of the unoccupied electronic structure of CNTs by acid functionalization”, Ninth International Conference on the Science and Application of Nanotubes, Le Corum, Montpellier, France; June 29-July 4, 2008 (poster presentation)

S. Hevia, R. Segura, P. Häberle, G. Eda, M. Chhowalla, “Unoccupied electronic structure of Carbon Nanotubes Arrays”, Ninth International Conference on the Science and Application of Nanotubes, Le Corum, Montpellier, France; June 29 - July 4, 2008 (poster presentation)

L. Rosales, P. Orellana, A. Latgé, A. León, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Effects of periodic perturbations on the transport properties of graphene nanoribbons”, Ninth International Conference on the Science and Application of Nanotubes, Le Corum, Montpellier, France; June 29 - July 4, 2008 (poster presentation)

R. Segura, A. Tello, P. Häberle, “Synthesis of Carbon Nanorods from Carbon Nanotubes”, NANO-2008, 9th

International Conference on Nanostructured Materials, Barra da Tijuca - Rio de Janeiro, Brazil; 1-6 June 2008

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B.Z. Kopeliovich, “Odd features of hard diffraction”, 6th International Conference on Perspective in Hadronic Physics (Hadron 08), Trieste, Italia; 12-18 Mayo 2008

A. Rezaeian, “Perturbative origin of azimuthal anisotropy in nuclear collisions”, 6th International Conference on Perspective in Hadronic Physics (Hadron 08), Trieste, Italia; 12-18 Mayo 2008

W.K. Brooks, “Studies of parton propagation and hadron formation in the space-time domain”, 6th International Conference on Perspective in Hadronic Physics (Hadron 08), Trieste, Italia; 12-18 Mayo 2008

Z. Barticevic, M. Pacheco, C.A. Duque, L.E. Oliveira,“Magneto-exciton transitions in laterally coupled quantum dots”, APS March Meeting, New Orleans, Louisiana, U.S.A.; March 10–14, 2008 (Poster: K1.00191)

P. Haberle, S. Hevia, R. Segura, M. Chhowalla, “IPS verification of the integrity of CNTs walls after purification”, APS March Meeting, New Orleans, Louisiana, U.S.A.; March 10–14, 2008 (Poster: B30.00003)

P. Häberle, M. Batzill, U. Diebold, P. Lazcano, “Oxygen adsorption on Cu/ZnO (0001) –Zn”, APS March Meeting, New Orleans, Louisiana, U.S.A.; March 10–14, 2008 (Abstract: C1.00321)

E.E. Vogel, O. Suárez, P. Vargas, “Magnetostatic interaction between two thin nanotubes”, APS March Meeting, New Orleans, Louisiana, U.S.A.; March 10–14, 2008 (Abstract: U32.00012)

R. Segura del Río, A. Tello, G. Cárdenas, A. Cortés, H. Gómez, R. Espinozad, P. Häberle, “CVD Synthesis of Carbon Nanostructures”, Escuela de Nanoestructuras, Valparaíso, Chile; 14-18 enero 2008 (presentación oral, pág. 15)

A. Núñez,” Spin Dynamics and Gilbert damping of a nanomagnet connected to leads”, Escuela de Nanoestructuras, Valparaíso, Chile; 14-18 enero 2008 (presentación oral, pág. 16)

P. landeros, “Magnetic Nanotubes: ground states, domain walls and magnetization reversal”, Escuela de Nanoestructuras, Valparaíso, Chile; 14-18 enero 2008 (presentación oral, pág. 20)

c. Parra, P. Häberle, M. D. Martins, W.A.A.Macedo, “Growth of Ni on Pd (100): Morphology and structure of thin films”, Escuela de Nanoestructuras, 14-18 enero 2008 Valparaíso, Chile (poster, pág. 41)

l. rosales, M. Pacheco, Z. Barticevic, P. Orellana, A. Latgé, “Transport properties of armchair GNRs with side-attached organic molecules”, Escuela de Nanoestructuras, Valparaíso, Chile; 14-18 enero 2008 (poster, pág. 45)

S. Hevia, W. Ibáñez, R. Segura, X. Zheng, M. Chhowalla, P. Häberle, “Inverse Photoemission Spectroscopy from Carbon Nanotubes”, Escuela de Nanoestructuras, Valparaíso, Chile; 14-18 enero 2008 (poster, pág. 48)

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E. E. Vogel, J. Escrig, P. Landeros, S. Allende, E. Salcedo, D. Altbir, O. Suárez, P. Vargas, “Magnetic nanowires and magnetic nanotubes”, Charla invitada, Escuela de NanoEstructuras, Valparaíso, Chile; 14-18 enero 2008

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Z. lu, i. schmidt, “Azimuthal angle dependence of di-jet production in unpolarized hadron scattering”, Phys.Rev.D; Vol. 78, pp. 034041; 2008

B.Z. Kopeliovich, H. J. Pirner, A. H. Rezaeian, i. schmidt, “Azimuthal anisotropy of direct photons”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 034011; 2008

B.Z. Kopeliovich, A.H. Rezaeian, i. schmidt, “Azimuthal Asymmetry of pions in pp and pA collisions”, Phys.Rev. D; Vol. 78, pp. 114009; 2008

B.Z. Kopeliovich, A.H. Rezaeian, i. schmidt, “Azimuthal asymmetry of prompt photons in nuclear collisions”, Nuclear Physics A ; Vol. 807, pp. 61–70; 2008

l. rosales, M. Pacheco, Z. Barticevic, P. Orellana, “Conductance of Armchair GNRs with side-attached organic molecules”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 1233-1235; 2008

P. gaete, E. Spallucci, “Confinement from gluodynamics in curved space-time”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 027702; 2008

B. Zhang, Z. lu, B-Q. Ma, i. schmidt, “Cos(2phi) asymmetries in unpolarized semi-inclusive DIS”, Phys.Rev.D; Vol. 78, pp. 034035; 2008

B. Z. Kopeliovich, I. K. Potashnikova, i. schmidt, J. Soffer, “Damping of forward neutrons in pp collisions”, Physical Review D; Vol. 78, pp. 014031; 2008

c. cortes, P. Vargas, G. Gutierrez, D. Laroze, “Dynamical Behaviour of two Interacting Dipoles”, Journal of Physics: Conference Series; Vol. 134, pp. 012016(4); 2008

D. Laroze, P. Vargas, C. Cortes, G. Gutierrez, “Dynamics of two interacting dipoles”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials; Vol. 320, pp. 1440–1448; 2008

W. Brooks, I.G. Aznauryan et al., “Electro excitation of the Roper resonance for 1.7 < Q**2 < 4.5 -GeV2 in vec- ep ---> en pi+”, By CLAS Collaboration, Phys. Rev. C; Vol. 78, pp. 045209; 2008

J. E. Valdés, P. Vargas, C. Celedón, E. Sánchez, L. Guillemot, V. A. Esaulov, “Electronic density corrugation and crystal azimuthal orientation effects on energy losses of hydrogen ions in grazing scattering on a Ag(110) surface”, Physical Review A; Vol. 78, pp. 032902; 2008

A. León, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Electronic properties of nanoribbon junctions”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 1239-1241; 2008

W. Brooks, J.P. Santoro et al., “Electroproduction of phi(1020) mesons at 1.4 < Q**2 < 3.8 GeV**2 measured with the CLAS spectrometer”, By CLAS Collaboration, Phys.Rev.C; Vol. 78, pp. 025210; 2008

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G. Cvetic, C. Valenzuela, “Exponentially modified QCD coupling”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 074021; 2008

B. Zhang, Z. lu, B-Q. Ma, i. schmidt, “Extracting Boer-Mulders functions from p + D Drell-Yan Processes”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 054011; 2008

P. a. orellana, M. Pacheco, “Fano and Dicke effects in a double Rashba-ring system”, VMApel, Nanotechnology; Vol. 19, pp. 355202(6); 2008

W. K. Brooks, A.S. Biselli et al., “First measurement of target and double spin asymmetries for e --> p --> --> eppi0 in the nucleon resonance region above the Delta (1232)”, JLAB-PHY-08-818, Oct 2008. 11pp., Phys.Rev.C; Vol. 78, pp. 045204; 2008

P. Robles, F. Claro, r. rojas, “Fluorescence power of an atom near polarizable particles”, Journal of Physics: Conference Series; Vol. 134, pp. 012027(4); 2008

J. Nemchik, I.K. Potashnikova, “Forward Physics in Proton-Nucleus and Nucleus-Nucleus Collisions”, AIP Conf. Proc.; Vol. 1056, pp. 207-214; 2008

G. Cvetic, I. Kondrashuk, “Further Results for the Two-loop Lcc Vertex in the Landau Gauge”, Journal of High Energy Physics; Vol. 23, pp. 1-28; 2008

G. Cvetic, I. Kondrashuk, “Gluon self-interaction in the position space in Landau gauge”, Int.J.Mod.Phys.A; Vol. 23, pp. 4145-4204; 2008

B.Z. Kopeliovich, J. Nemchick, I.K. Potashnikova, i. schmidt, “Gluon shadowing in DIS off nuclei”, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. ; Vol. 35, pp. 115010(25); 2008

c. Parra, P. Häberle, M.D. Martins, W.A.A. Macedo, “Growth and morphology of ultra-thin Ni films on Pd(100)”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 1229-1230; 2008

B.Z. Kopeliovich, A.H. Rezaeian, i. schmidt, “Handedness of direct photons, Braz.J.Phys. ; Vol. 38, pp. 443-448; 2008

B. Kopeliovich, I. Potashnikova, i. schmidt, A. H. Rezaeian, et al. “Heavy-ion collisions at the LHC—Last call for predictions”, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys.; Vol. 35, pp. 054001; 2008

B.Z. Kopeliovich, H.-J. Pirner, I.K. Potashnikova, i. schmidt, “Jet lag effect and leading hadron production”, Phys.Lett.B; Vol. 662, pp. 117-122; 2008

D. Aristizabal, M. Hirsch, S. Kovalenko, “Leptoquarks: Neutrino masses and related accelerator signals”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 055011; 2008

O. Suárez, P. Vargas, J. Escrig, P. landeros, D. Altbir, D. Laroze, “Magnetic phase diagram of a nanocone”, Journal of Physics: Conference Series; Vol. 134, pp. 012020; 2008

J.D. correa, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Magneto-absorption of donor impurities in quantum-well wires”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 1254-1256; 2008

Z. Barticevic, M. Pacheco, C.A. Duque, L.E. Oliveira, “Magnetoexciton states and diamagnetic shifts in GaAs-Ga1-xAlxAs quantum dots/ultrathin quantum wells under growth-direction magnetic fields”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 348-350; 2008

i. schmidt, I. González, “Modular application of an integration by fractional expansion method to multiloop Feynman diagrams”, Physical Review D; Vol. 78, pp. 086003; 2008

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E. cisternas, M. Calvo, D. Laroze, “New features in a time dependent magnetic field lens”, Journal of Physics: Conference Series; Vol. 134, pp. 012015; 2008

C. O. Dib, R. Rosenfeld, A. R. Zerwekh, “New signature for color octet pseudoscalars at the LHC”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 097703; 2008

J. Nemchik, V. Petracek, I.K. Potashnikova, M. Sumbera, “Nuclear suppression at large forward rapidities in d-Au collisions at relativistic and ultrarelativistic energies”, Phys.Rev.C; Vol. 78, pp. 025213; 2008

P. gaete, J.A. Helayel-Neto, “On scale symmetry breaking and confinement in D=3 models”, J.Phys.A; Vol. 41, pp. 425401; 2008

P. Lazcano, M. Batzill, U. Diebold, P. Häberle, “Oxygen absortion on Cu/ZnO(0001)-Zn”, Physical Review B; Vol. 77, pp. 035435; 2008

J.M. Florez, P. Vargas, “Path integral study of phase transitions for thermons in macroscopic quantum tunneling”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 1341–1343; 2008

B.Z. Kopeliovich, H.-J. Pirner, I.K. Potashnikova, i. schmidt, A.V. Tarasov, “Perturbative fragmentation”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 054004; 2008

a. Faessler, t. gutsche, S. Kovalenko, F. Simkovic, “Pion dominance in R-parity violating supersymmetry induced neutrinoless double beta decay”, Physical Review D; Vol. 77, pp. 113012; 2008

B.Z. Kopeliovich, H.-J. Pirner, I.K. Potashnikova, i. schmidt, A.V.Tarasov, O.O. Voskresenskaya, “Quantum-mechanical description of in-medium fragmentation, Phys.Rev.C; Vol. 78, pp. 055204; 2008

P. gaete, E. Spallucci, “Remarks on confinement driven by axion-like particles in Yang-Mills theories”, J.Phys.A; Vol. 41, pp. 185401; 2008

A. Vega, i. schmidt, “Scalar hadrons in AdS5 X S5”, Physical Review D; Vol. 78, pp. 017703; 2008

R. Segura, G. Cárdenas, “Size evolution of palladium nanoparticles from low-temperature solvated atoms”, Journal of Crystal Growth; Vol. 310, pp. 495–500; 2008

W.K. Brooks, H. Hakobyan, “Studies of Parton Propagation and Hadron Formation in the Space-Time Domain”, Published in AIP Conf. Proc.; Vol. 1056, pp. 215-222; 2008

a. cuchillo, P. Vargas, P. Levy, R.D. Sánchez, J. Curiale, A.G. Leyva, H.E. Troiani, “Study of magnetic properties of La2/3Sr1/3MnO3 nanotubes by Monte Carlo simulation”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials; Vol. 320, pp. e331–e334; 2008

E. cisternas, M. Flores, P. Vargas, “Superstructures in arrays of rotated graphene layers: Electronic structure calculations”, Physical Review B; Vol. 78, pp. 125406; 2008

R. Segura, M. Flores, s. Hevia, P. Häberle, “Synthesis, characterization and spectroscopy of carbon based nanoscale materials”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 529-533; 2008

V. Slüsarenko, r. rojas, g. Fuster, “The centre of mass of a triangular plate”, Eur. J. Phys.; Vol. 29, pp. 1177–1182; 2008

T. Amdeberhan, o. Espinosa, V. H. Moll, “The Laplace Transform of The Digamma Function: An Integral Due to Glasser, Manna and Oloa”, Proceedings of The American Mathematical Society; Vol. 136, pp. 3211–3221; September 2008

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a. tello, g. cárdenas, P. Häberle, R.A. Segura, “The synthesis of hybrid nanostructures of gold nanoparticles and carbon nanotubes and their transformation to solid carbon nanorods”, Carbon; Vol. 46, pp. 884-889; 2008

C. Celedón, N.R. Arista, J.E. Valdés, P. Vargas, “Threshold effect in the energy loss of hydrogen and helium ions transmitted in channeling conditions in gold single crystal”, Microelectronics Journal; Vol. 39, pp. 1358-1359; 2008

l. rosales, P. orellana, Z. Barticevic, M. Pacheco, “Transport properties of grapheme nanoribbon heterostructures”, Mocroelectronics Journal; Vol. 39, pp. 537-540; 2008

l. rosales, M. Pacheco, Z. Barticevic, A. Latgé, P. A. Orellana, “Transport properties of grapheme nanoribbons with side-attached organic molecules”, Nanotechnology; Vol. 19, pp. 065402(5); 2008

P. landeros, R.E. Arias, D. L. Mills, “Two magnon scattering in ultrathin ferromagnets: The case where the magnetization is out of plane”, Physical Review B; Vol. 77, pp. 214405; 2008

P. gaete, E. Spallucci, “Un-particle Effective Action”, Phys.Lett.B; Vol. 661, pp. 319-324; 2008


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6Departamento de Industrias

IndAct iv idades de Invest igac ión 2008

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Ind


Un Estudio Experimental en un Juego Dinámico de Formación de RedesInvestigador

Ph.D. Roberto Muñoz L.

ÁreasEstructura de Mercado

Economía industrial

› resumen

[Descripción]:

Este proyecto constituye la extensión lógica de una línea de investigación que cuenta ya con dos trabajos:

› 1. Harrison, R. and R. Muñoz, “Stability and Equilibrium Selection in a Link Formation Game”, Forthcoming, Economic Theory, January 2008 (currently available online).

› 2. Elbittar, A., Harrison, R. and R. Muñoz, “Network Structure in a Link Formation Game: an Experimental Study”, mimeo CIDE, PUC and UTFSM, Submitted to Econometrica, November 2007.

En el primero de ellos se plantea que en la literatura se ha hecho un uso indiscriminado de refi-namientos cooperativos para predecir las estructuras que surgen en un juego de formación de redes bajo información completa. En particular, en juegos estáticos se propone un refinamiento teórico alternativo basado en la teoría de Global Games (ver Carlson and van Damme (1993) y Morris and Shin (2002)). Dicha estrategia no sólo genera predicciones únicas (a diferencia de las aproximaciones cooperativas), sino que también testeables. Así pues, en el segundo estudio se desarrolló un análisis experimental para comparar, en laboratorio, las predicciones del nuevo refinamiento de Harrison y Muñoz frente a los tradicionales modelos cooperativos. Los resultados muestran que en el juego está-tico existe abrumadora evidencia a favor del nuevo refinamiento. En los experimentos, sin embargo, se observó cierta regularidad empírica que hace suponer que la interacción repetida entre agentes puede rescatar las predicciones cooperativas. Sin embargo, el análisis formal, tanto a nivel experimen-tal como teórico, no ha sido realizado.

[Objetivo]:

El objetivo principal de este proyecto es la evaluación experimental de la hipótesis esbozada pre-viamente, esto es, que la interacción repetida entre agentes puede dar origen a la formación de las redes predichas por los tradicionales refinamientos cooperativos.

Si la hipótesis resultara correcta, esto tiene gran importancia para los procesos de formación y destrucción de clusters de mercado, puesto que los procesos que aplican para predecir la formación de una red (Harrison y Muñoz (2008)), no serían los mismos que aplican para sus destrucción.

[Metodología]:

La metodología a utilizar será un análisis experimental tradicional en economía. Un grupo de individuos será sometido a un juego dinámico de formación de redes. Para ello se programará un software de manera que el juego se realice en un laboratorio de computación, donde típicamente unos 15 jugadores participan simultáneamente, pero se generan grupos más pequeños, digamos de tres personas, cuyos pagos se ven directamente afectados por las decisiones de los otros. Las asignaciones de estos subgrupos las realiza el software al azar, de manera que nadie sabe cuales son los otros dos individuos en el laboratorio con los que está jugando. Con esto se previene la coordinación de estrategias por factores ajenos al juego, de tal forma que toda coordinación será

6.1


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estrictamente motivada por los pagos esperados. Los grupos formados interactuarán repetidas veces y se espera que a medida que el tiempo transcurra logren coordinar sus acciones de manera de lograr pagos mayores.

Se espera realizar del orden de 15 sesiones con al menos tres tratamientos distintos, esto es, con-juntos distintos de parámetros que afectan los pagos del juego. Una vez levantada la información, el análisis que sigue es estadístico, a través de técnicas como el multinomial logit en donde se estudia el impacto de las distintas variables involucradas sobre las estrategias seleccionadas por los agentes (o directamente sobre los pagos de éstos). Así será posible saber si variables tales como la interacción repetida (ronda del juego), tipo de tratamiento, parámetros de la función de beneficios, etc., afectan el comportamiento de los jugadores y en qué dirección.

[Resultados]:

Se espera generar un nuevo artículo de características similares a Elbittar, Harrison y Muñoz (2007). Adicionalmente, el conocimiento adquirido en este nuevo experimento permitirá mejorar el artículo experi-mental original, de manera de responder de mejor forma a los requerimientos de los referees en el proceso de publicación.

› abstract

In the static link formation game of Harrison and Muñoz (2008) it is proved, theoretically and empirically, that a global games approach is superior to coalitional approaches in predicting the networks arising in the presence of supermodular payoff functions and coordination problems. In contrast, a dynamic environment could favor cooperative outcomes, because agents have access to a coordination tool. Accordingly, the goal of this study is the experimental testing of the hypothesis that repeated interaction can lead to the formation of the networks predicted by cooperative refinements in a link formation game.


Ensayos Financieros sobre Mercados Emergentes LatinoamericanosInvestigadorDr. Darcy Fuenzalida O.

ÁreasFinanzasEconometría

› resumen

El proyecto tiene como objetivo principal analizar distintos aspectos financieros en los mercados emergentes Latinoamericanos, específicamente, se buscan analizar tres aspectos:

› 1. El impacto de la concentración de propiedad, las particiones accionarias, el mayor compromiso medioambiental y las clasificaciones de riesgo sobre los rendimientos accionarios y la creación de valor de las empresas que cotizan en los mercados de capitales Latinoamericanos.

6.2

DEPARTAMENT O DE INDUST RIAS

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› 2. Las tasas de descuento ofrecidas por los distintos sectores económicos en los mercados emergentes Latinoamericanos, y buscar evidencia sobre una mayor o menor integración de estos mercados.

› 3. Sugerir un instrumento para analizar y anticipar de alguna forma, la inestabilidad financiera que se produce en los mercados financieros Latinoamericanos.

El proyecto estudiará la estructura propietaria y rendimientos bursátiles en los mercados latinoa-mericanos. Se buscarán relaciones entre la rentabilidad y liquidez con la estructura accionaria. Se estudiará el impacto económico en el mercado bursátil del compromiso medioambiental en la región latinoamericana. Se propone estimar de forma consistente tasas de descuento en mercados emergen-tes. Actualmente sorprende la escasez de propuestas para estimar la tasa de descuento, dado el gran número de inversionistas que se encuentran imperfectamente diversificados o no diversificados en países emergentes. Se busca concluir que en promedio existe un efecto positivo de la concentración de propiedad sobre los rendimientos bursátiles de las empresas que analizaremos, lo cual es particular-mente beneficioso para los accionistas mayoritarios, aunque no necesariamente para los minoritarios. Finalmente, en el marco del estudio, se explorará las bases de un modelo que anticipe períodos de inestabilidad en el valor bursátil de las economías emergentes.

› abstract

The project’s main objective is to analyze various financial aspects in Latin American emerging markets, specifically, three aspects:

› 1. The impact of the concentration of ownership, the partitions equity, the greatest environmental commitment and risk ratings on the stock returns and value creation of companies listed on the Latin American capital markets.

› 2. The discount rates offered by different economic sectors in Latin American emerging markets, and seek evidence of a greater or lesser integration of these markets.

› 3. Suggest a tool to analyze and anticipate in any way, the financial instability that occurs in Latin American financial markets.

The project will study the structure and yields own stock in Latin American markets. Will be sought relationships between profitability and liquidity in the equity structure. Consider the economic impact on the stock market’s environmental commitment in the Latin American region. It is proposed to estimate consistently discount rates in emerging markets. Currently surprised by the dearth of proposals to estimate the discount rate, given the large number of investors are imperfectly diversified or not diversified in emerging countries. Wanted to conclude that on average there is a positive effect of the concentration of ownership in the stock returns of companies that look, which is particularly beneficial to shareholders, though not necessarily for the minority. Finally, as part of the study will explore the foundations of a model, that anticipates periods of volatility in the market capitalization of emerging economies.


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Propuesta de un Algoritmo para Proyectar DMUs a las Regiones Mejor Definidas de la Frontera DEA a través de Medidas de Eficiencia No RadialesInvestigadorDr. luis acosta E.

ÁreaIngeniería Industrial y de Sistemas

› resumen

Con el presente proyecto de investigación propongo continuar la investigación ya iniciada, en conjunto con la profesora Marcela González de la Universidad de Talca, en el área de Análisis y En-capsulamiento de Datos (Data Envelopment Analysis, DEA), relacionada con el estudio de la frontera generada por este método.

DEA es una metodología que usa programación lineal para estimar una frontera eficiente, con el fin de medir la eficiencia relativa de unidades de toma de decisión similares. Estas unidades de deci-sión (Decision Making Units, DMUs) consumen múltiples recursos (inputs) para producir múltiples pro-ductos (outputs), y sólo varía entre ellas la cantidad de inputs que consumen y la cantidad de outputs que producen.

En la administración existe interés por estimar la eficiencia de las DMUs, y obtener las tasas mar-ginales de substitución entre todos los pares de inputs y outputs involucrados en el análisis. Las pen-dientes de los segmentos de la frontera eficiente de DEA, corresponden a las tasas marginales de substitución entre los inputs y los outputs, y pueden ser calculadas como la razón entre los valores de los multiplicadores (o pesos) de los inputs y los outputs, obtenidos al resolver el modelo DEA clásico de los multiplicadores. Sin embargo, en DEA, muchas veces es difícil obtener tasas marginales de substitución entre todos los pares de inputs y outputs, pues el modelo DEA clásico de los multiplica-dores puede presentar múltiples soluciones óptimas y/o algunos multiplicadores pueden tener valores iguales a cero.

Este tipo de problema no se presenta cuando las DMUs son proyectadas a regiones fuertemente eficientes de la frontera DEA. Esto se debe a que, al interior de una región fuertemente eficiente existe un único conjunto de multiplicadores con valores diferentes de cero, es decir, las tasas marginales de substitución entre todos los pares de inputs y outputs están bien definidas. En la literatura DEA, es-tas regiones también son denominadas como “facetas eficientes de dimensión completa” o regiones Pareto-Koopmans eficientes.

Uno de los objetivos principales del presente proyecto de investigación consiste en proponer una alternativa sobre cómo proyectar las DMUs en las regiones fuertemente eficientes de la frontera DEA. Esta propuesta involucra desarrollar e interrelacionar modelos matemáticos que permitan detectar si existen o no regiones fuertemente eficientes en la frontera. La interrelación de los modelos obliga a la definición de un algoritmo que entregue como resultado una proyección de las DMUs ineficientes a la región fuertemente eficiente o, en el caso de que tal región no exista, una proyección a la región de mayor dimensión. Se conjetura que, en este último caso, el peor escenario sería obtener tasas margi-nales de substitución semejantes a las obtenidas con el modelo DEA clásico de los multiplicadores.

Otro de los objetivos es definir la dirección en que debe ser realizada la proyección, estableciendo una medida de eficiencia no radial para las DMUs ineficientes. Con esta finalidad, se deberá evaluar el desempeño de diferentes medidas de eficiencia no radiales ya existentes en la literatura o ver la factibilidad de proponer, en este proyecto, nuevas medidas. Es deseable que la medida de eficiencia

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no radial que se defina incluya todas las fuentes de ineficiencia, esto es, la ineficiencia técnica y la ineficiencia del mix.

Se espera que los resultados de este trabajo permita, a los administradores y tomadores de deci-siones, tener una mejor estimación del índice de eficiencia de las unidades evaluadas y de los valores de las tasas marginales de substitución entre todos los pares de inputs y outputs.

Propongo seguir la siguiente metodología para el desarrollo de proyecto:

› 1. Comenzar realizando una revisión bibliográfica de las publicaciones recientes en el área de DEA. Los modelos matemáticos a ser formulados y las medidas de eficiencia no radiales a ser con-sideradas, dependerán del diagnóstico realizado en esta etapa.

› 2. Para el desarrollo del algoritmo que genere la proyección de las DMUs, se requiere establecer una etapa de desarrollo de un software. Una estrategia utilizada frecuentemente en el modelado y resolución de modelos de optimización combinatoria es evaluar dos posibles cursos de acción. Por un lado, utilizar lenguajes de optimización matemática (“software disponibles” o “paquetes” computacionales específicos), para la formulación y resolución de los modelos matemáticos. Por otro lado, cuando los modelos no son posibles de resolver utilizando estos softwares disponibles, se desarrollan métodos de solución heurísticos o meta-heurísticas, utilizando lenguajes de progra-mación adecuado. En este último caso, el lenguaje de programación puede ser el mismo que el utilizado en el algoritmo de proyección.

› 3. Análisis y validación de los resultados. Con los resultados preliminares obtenidos pretendo preparar un artículo para la difusión en un congreso especializado. Esta me parece una estrategia válida que puede ser utilizada para difundir el trabajo de investigación y recibir críticas y sugeren-cias de mis pares.

› 4. Finalmente, preparar un artículo para ser sometido a publicación en una revista científica especia-lizada.

› abstract

In this work we continue the research started together with Professor Marcela González of Talca University in the area of Data Envelopment Analysis (DEA), related with the study of the efficient frontier generated by this method.

In DEA, often it is difficult to obtain marginal rates of substitution between each pair of inputs and outputs, because of the classical multipliers DEA model could present multiple optimal solutions and/or some multipliers could be equal to zero.

This type of problem does not appear when the DMUs are projected onto strongly efficient regions of DEA efficient frontier, because of inside these regions there is a unique set of multipliers with all values different to zero, that is the marginal rates of substitution between each pair of inputs and outputs are well defined. In DEA literature, these regions are also known as “full dimensional efficient facets” or Pareto-Koopmans efficient regions.

One of the main objectives of this research is to propose an alternative projection of inefficient DMUs onto strongly efficient regions of DEA efficient frontier. This proposal involves developing and interrelating mathematical models for detecting if exist or not strongly efficient regions in DEA frontier. The models interrelationships force to develop an algorithm to project inefficient DMUs onto the strongly efficient region or, in case such regions does not exist, to project onto biggest dimensional efficient


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regions. We maintain the hypothesis, in the latter case, which the worst scenario would be to obtain marginal rates of substitution similar to those ones obtained with classic multipliers DEA models.

Defining the direction in which the projection must be done is another objective of this work; that means to establish non-radial efficiency measures for inefficient DMUs. With this aim, the performance of different non-radial efficiency measures will be evaluated. It is desirable that each proposed efficiency measure includes all inefficiency sources, this is, technical inefficiency and mix inefficiency.

It is expected that the results of this work allows to managers and decision makers have better estimations of units’ efficiency scores and marginal rates of substitution between each pair of inputs and outputs.


Identificación de Segmentos o Perfiles de Emprendedores según sus Características Personales y Nivel de Actividad Emprendedora en ChileInvestigadorDr. Cristóbal Fernández R.

ÁreasEstructura de MercadoAdministración

› resumen

Este proyecto consiste en la continuación de la línea de investigación iniciada durante el año 2007, al conformarse el equipo GEM de la V Región. Este equipo está constituido por los profesores del Departamento de Industrias Dr. Cristóbal Fernández, Mg. Juan Tapia y ©Mg. Jorge Cea.

El Global Entrepreneurship Monitor (GEM) es el más extenso y exitoso proyecto de medición de emprendimiento en el mundo, y es liderado por Babson College y London Business School. El GEM es un proyecto multinacional en el que participan 78 universidades de 42 países. En Chile este proyecto es liderado por las Universidades del Desarrollo y Adolfo Ibáñez, quienes coordinan las actividades del capítulo chileno del informe.

Este proyecto tiene por objeto medir la actividad emprendedora y sus condicionantes, buscando identificar áreas de oportunidad para la aplicación de políticas públicas eficientes en promover el emprendimiento. Esto se justifica plenamente al considerar que el emprendimiento es el fenómeno que hace el vínculo para que la innovación llegue a los mercados. Por lo que juega un rol fundamental como fuente de crecimiento y desarrollo para los países.

Chile se unió al proyecto GEM en 2002, por lo que desde esa fecha –con excepción del año 2005- hay mediciones consistentes sobre el desarrollo del emprendimiento en el país, lo que permite hacer estudios y comparar los resultados de las políticas públicas orientadas a promoverlo.

[Objetivo General]:

Dada la experiencia acumulada a través de la aplicación del GEM por parte del equipo USM y a la documentación y calidad de datos obtenidos, se pretende profundizar en el uso y análisis de dichos datos mediante la aplicación de métodos y modelos de estadística avanzada y de investigación de mercados, que permitan generar perfiles o segmentos de emprendedores en Chile, a través de la com-prensión profunda de las características personales de los emprendedores chilenos y su actividad em-prendedora. Esta profundización en el análisis de los datos permitirá tener mayor información sobre la

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dinámica de cada segmento de emprendedores, comprendiendo así los factores que han permitido a cada segmento perdurar en el tiempo. Identificar y conocer estos segmentos permitirá la creación de políticas públicas y recomendaciones para mejorar el nivel de la actividad emprendedora en Chile.

[Resultados]:

A través de esta investigación se pretende generar una nueva publicación que permita compren-der de manera más profunda los segmentos de emprendedores chilenos y sus características, lo que permitirá la creación de políticas públicas y recomendaciones específicas para cada uno de estos.

[Metodología]:

La metodología a utilizar se basa en la aplicación de métodos estadísticos avanzados, principal-mente modelos multivariables, con el fin de lograr obtener los segmentos de emprendedores en Chile y un adecuado perfil de cada uno de ellos. La principal fuente de datos corresponderá a la Encuesta General de Población (APS, Adult Population Survey), aplicada por el equipo GEM a una muestra representativa de la población chilena de al menos 2.000 adultos entre 18 y 64 años, a través de un cuestionario estructurado con preguntas precisas sobre su participación y actitud hacia el emprendi-miento. Estos datos serán normalizados y se construirán una serie de índices que permitirán aplicar los correspondientes modelos multivariables.

Paralelamente al trabajo con los datos, se realizará un estudio de los métodos estadísticos más apropiados para la aplicación de modelos de segmentación. Entre los modelos a estudiar se encuentra el análisis de conglomerados o Cluster Analysis, análisis discriminante, árboles de decisión y redes neuronales. Para la revisión y estudio de los modelos se utilizará apoyo bibliográfico y software de estadística avanzada (principalmente el software SPSS 16.0).

Luego del estudio de los modelos de segmentación, métodos estadísticos y la normalización y estandarización de los datos, se procederá a seleccionar los métodos estadísticos multivariables más adecuados para ser aplicados sobre la base de datos. El siguiente paso será la aplicación de los mo-delos multivariables sobre la base de datos para obtener los diferentes segmentos de acuerdo a las características de los individuos y sus opciones de emprendimiento. Posteriormente se procederá a perfilar y describir cada segmento con el fin de realizar recomendaciones que permitan enfocar polí-ticas públicas específicas, para incentivar y fortalecer la actividad emprendedora de cada uno de ellos.

Los resultados y recomendaciones obtenidos serán estructurados con el fin de obtener un artículo, que será enviado a diversas publicaciones y a congresos nacionales e internacionales.

› abstract

This project consists of the continuation of the line of investigation initiated during the year 2007, on having conformed the team GEM of the V Región. This team is constituted by the academics of the Department of Industries Dr. Cristóbal Fernández, Mg. Juan Tapia and Mg. Jorge Cea. The Global Entrepreneurship Monitor (GEM) is the most extensive and successful project of measurement of entrepreneurship in the world and is led by Babson College and London Business School. The GEM is a multinational project in which there take part 78 universities of 42 countries. In Chile this project is led by the Universities del Desarrollo and Adolfo Ibáñez, who coordinate the activities of the Chilean chapter of the report.

This project has for object measure the entrepreneurship activity and his determining ones, seeking to identify areas of opportunity for the application of political public efficient in to promote the entrepreneurship. This justifies itself fullly on having thought that the entrepreneurship is the phenomenon that does the link in order that the innovation comes to the markets. For what it plays a fundamental role as source of growth and development for the countries. Chile joined the


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project GEM in 2002, for what from this date - with exception of the year 2005-there are consistent measurements on the development of the entrepreneurship in the country, which allows to make studies and compare the results of the political public orientated ones to promote it.

Given the experience accumulated across the application of the GEM on the part of the team USM and to the documentation and quality of obtained information, one objective is tried to penetrate into the use and analysis of the above mentioned information by means of the application of methods and models of advanced statistics and of investigation of markets that allow to generate profiles or entrepreneurs’ segments in Chile, across the deep comprehension of the personal characteristics of the Chilean entrepreneurs and his entrepreneurship activity. This deepening in the analysis of the information will allow to have bigger information about the dynamics of every entrepreneurs’ segment, understanding this way the factors that have allowed to every segment to last in the time. To identify and to know these segments will allow the creation of political public and recommendations to improve the level of the enterprising activity in Chile.


Planificación Táctica e IncertidumbreInvestigadoresDr. Víctor Albornoz S.M.Sc. Edward Johns N.


› resumen

El presente proyecto de investigación tiene por propósito abordar el estudio, formulación y resolu-ción de dos problemas específicos en el ámbito de la planificación táctica, asumiendo la existencia de condiciones bajo incertidumbre en alguno de los antecedentes que forma parte de cada uno de ellos. Un primer problema comprende la determinación de lotes óptimos de producción en forma desagre-gada, a partir de un plan maestro que considera múltiples familias de productos, varios períodos de planificación (meses) y la incorporación explícita de un número finito de escenarios de demanda. Para llevar a cabo la desagregación de cada familia de productos, se formulará uno o más modelos no-lineales de programación estocástica, que procure soluciones óptimas estables y robustas para cada producto, considerando como valor exógeno las decisiones arrojadas por el plan maestro. Un segun-do problema comprende la búsqueda de políticas óptimas en el reemplazo y crianza de animales. El problema considera igualmente múltiples períodos de planificación y también la presencia de incerti-dumbre, asociada al carácter aleatorio del comportamiento y crecimiento de la población de la especie estudiada. Para abordar adecuadamente el problema de planificación, en este caso se formulará uno o más modelos lineales de programación estocástica, que permita proveer decisiones óptimas en los niveles de compra de nuevos animales y en la cantidad de ciclos reproductivos a que será sometida la especie, con el propósito de alcanzar los mejores resultados económicos.

A partir del aumento en la complejidad y grado de especialización de las operaciones, en la ac-tualidad la mayor parte de las empresas con procesos productivos, muestran un interés creciente por abordar diferentes problemas de logística de la producción, mediante el uso de metodologías propias de la investigación de operaciones. A lo anterior se suman por cierto las granjas de crianza de animales que procuran hacer una correcta toma de decisiones, en aspectos como los anteriormente señalados. Ahora bien, en el caso particular de la planificación de lotes de producción ya es usual el uso de mo-

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delos deterministas de optimización. Sin embargo, en numerosas situaciones el uso de un modelo de esta naturaleza puede conducir a decisiones muy poco apropiadas, cuando simplemente se hace uso del valor esperado o del peor escenario en el caso de las demandas. Una situación similar ocurrirá al adoptar esta misma estrategia que simplifica el comportamiento de la dinámica poblacional en el caso de la crianza de animales. Esto último motiva el empleo de una metodología que, basada en el uso de modelos de optimización, permita incluir explícitamente dicha variabilidad e incertidumbre a través de los modelos de programación estocástica, como los que se espera proponer en este proyecto. En efecto, un modelo de Programación Estocástica no sólo permitirá incorporar escenarios de demanda en la desagregación de los lotes de producción, o escenarios asociados al número de crías que nazcan en cada ciclo reproductivo de un animal para el manejo de un criadero, sino también tomar en cuenta tanto consideraciones de factibilidad como de optimalidad de la solución propuesta, frente a estos diferentes escenarios posibles y los antecedentes económicos del problema.

Por otra parte, la naturaleza de los modelos propuestos conduce usualmente a modelos de opti-mización de gran tamaño los cuales naturalmente resultan más complejos de resolver que un modelo determinista. Dado lo anterior, en una primera etapa de este proyecto se contempla abordar deter-minadas instancias de ambos problemas con un número pequeño de escenarios que permita apreciar las bondades del modelo y que admitan la resolución directa de los mismos a través de un software de modelado algebraico, en combinación con algún solver de optimización lineal o no-lineal según corresponda. Enseguida, se espera generar y resolver instancias de mayor tamaño para ambos proble-mas utilizando alguna estrategia algorítmica ad-hoc, que basada en métodos numéricos de optimiza-ción permitan la descomposición por escenarios del modelo de programación estocástica resultante, apoyándose en estrategias y trabajos previamente desarrollados por los autores.

Finalmente cabe señalar que se espera que los resultados confirmen, por una parte, la validez de la metodología adoptada para enfrentar la incertidumbre presente tanto en las demandas futuras del problema de producción y desagregación de lotes como en la incertidumbre asociada a determi-nados aspecto de la dinámica poblacional en la producción de animales y, por otra, que los modelos propuestos y sus estrategias de resolución constituyan una valiosa herramienta para el tomador de decisiones a través de la entrega de soluciones estables y fundamentales para identificar políticas óp-timas de producción que en un desarrollo futuro puedan incluso ser parte de un sistema integrado de planificación y administración.

› abstract

The present project includes the study, formulation and resolution of two specific problems in connection with tactical planning decisions, assuming the existence of conditions under uncertainty in some of the parameters that are part of both problems. A first problem deals with a hierarchical production planning framework for a multi-product multi-period problem consisting of an aggregate plan followed by a detailed one through a two-level disaggregation process, in the case of uncertain demand scenarios. In order to carry out the disaggregation of each product family we formulate two nonlinear stochastic programming models with recourse that provides stable and robust optimal solutions for each product, considering like exogenous parameters the decisions proposed by the master production plan. A second problem deals with the search of an optimal policy in the replacement and schedule of purchase of animals. The problem also considers multiple periods of planning and the presence of uncertainty associated to the population dynamic behavior of the studied specie. In order to solve the problem we formulate a linear optimization model and its extension corresponding to a two-stage stochastic programming model that allows to provide optimal decisions in the levels of purchase of new animals and in the number of reproductive cycles needed in order to reach the best economic results.


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6.6 [ Proyecto USM 28.08.55 ]

Modelo para la Localización de una Bodega/Planta Industrial enSantiago de Chile, considerando Costos de Transporte y Valor de la TierraInvestigadoresMg. Raúl Stegmaier B.M.Sc. Pablo Escalona R.Sr. Luis Yáñez S.

ÁreasIngeniería Industrial y de SistemasEconomía industrial

› resumen

El factor determinante en la localización de bodegas y plantas industriales es de carácter económi-co. Esto implica, que todos los modelos de localización de este tipo de instalación, tienen por objetivo minimizar los costos totales de la localización, incluidos costos de transporte, costos de inventarios y costos fijos entre otros.

Los modelos de localización de plantas/bodegas industriales no consideran o no modelan adecua-damente el valor de la tierra, el cual puede superar o contrapesar la importancia del costo de transpor-te. En 1886, el economista agrario Thunen propuso la primera teoría sobre el valor de la tierra. Según Thunen, el valor de la tierra es inversamente proporcional a la distancia desde el mercado, es decir, a mayor distancia del mercado (centro económico) menor es el valor de la tierra. Lamentablemente, para cada zona geográfica el modelamiento matemático del valor de la tierra es particular, pero debe-ría seguir los lineamientos generales expuestos por Thunen.

En particular, para la localización de una bodega/planta industrial en la Región Metropolitana (Chi-le), no se cuenta con un modelo de localización que incluya el valor de la tierra. Esto podría implicar que la localización de una planta/bodega en la Región Metropolitana no fuese óptima, pues el alto costo del terreno podría compensar o superar al resto de los costos de la localización. Por lo tanto, la obtención de una función de costo total más completa ofrecería una herramienta de gestión y toma de decisiones más efectiva, pudiendo optimizarse acorde a cada zona geográfica.

La presente investigación tiene por objetivo modelar y optimizar una función de costos totales para la localización de una planta/bodega, considerando costos de transporte y valor de la tierra, para la Provincia de Santiago de Chile. Este objetivo se ejecutará a través de la siguiente metodología:

› 1. Se realizará una revisión exhaustiva del tratamiento del valor de la tierra en los modelos de localización.

› 2. A través de un proceso de muestreo, se levantará el valor de la tierra para diferentes sectores geográficos de Santiago de Chile. Luego, por medio de regresión tridimensional se generará una función derivable que permita ser introducida en el modelo de centro de gravedad (método de malla o centroide). Como la función asociada al valor de la tierra será derivable, se asegura la ob-tención de una solución en el proceso de optimación.

› 3. Una vez generada tal función de costos totales, se procede a aplicar herramientas de opti-mización matemática, obteniendo el procedimiento para la localización óptima. Así, el problema de localización de una planta/bodega industrial, contará con un modelo matemático estándar en términos de su confección, aplicable a distintas zonas geográficas en cuanto a la metodología encontrada para el tratamiento del valor de la tierra.

› 4. Finalmente el modelo será validado para un caso real de localización de una bodega en la Re-gión Metropolitana. Esta validación tiene por objetivo determinar las condiciones que hacen que el valor de la tierra sea un factor determinante en la localización de una bodega/planta industrial.


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Investigación de Interacciones en Ambientes Tecnologizados para la Gestión de la Calidad de Actividades Organizacionales Críticas

InvestigadorDr. Pablo Isla M.

ÁreasIngeniería Industrial y de Sistemas

Ciencias de la Comunicación e Información

› resumen

Para gran parte de las empresas que participan en el mercado global, la capacidad de soste-ner o incrementar su capacidad competitiva resta, en gran medida, supeditada a la pertinencia de la planificación y ejecución de las actividades organizacionales, llevadas adelante por sus trabajadores, haciendo uso, la mayoría de las veces, de herramientas TICs. En este sentido, la experiencia interna-cional muestra la utilidad de investigar prácticas organizacionales en contextos naturales, para desde ahí poder desarrollar herramientas que permitan gestionar las actividades organizacionales donde se inscriben estas prácticas. Esto, a su vez, permitirá ir avanzando hacia mejores niveles de desempeño general de la organización en su entorno.

Lograr esto implica la investigación de prácticas in-situ para el posterior desarrollo de prototipos tecnológicos que permitan el entrenamiento en mejores prácticas basadas en actividades organizacio-nales optimizadas. El presente proyecto se inscribe dentro de una iniciativa de investigación de tres años. Específicamente, este proyecto está referido a la primera etapa de esta iniciativa y consiste en implementar un laboratorio de análisis de interacciones en ambientes tecnológicos para la gestión de la calidad en las actividades organizacionales.


Estudio de Variables Ambientales y de Manejo que determinan la Esterilidad Floral en Arroz (Oryza Sativa L) en Chile

InvestigadoresPh.D. Rodrigo Ortega B.

Ph.D. Edmundo Acevedo H. (Universidad de Chile)

ÁreasAgronomíaFitotecnia

› resumen

La esterilidad floral es una de las principales limitantes del rendimiento en arroz en Chile, causan-do pérdidas estimadas de entre 1000 y 2000 kg/ha, lo que significa entre 5 y 10 millones de dólares anuales para la industria arrocera nacional. La principal causa de la esterilidad floral es la baja tem-peratura del agua y el aire (< 20 °C), particularmente durante la etapa de formación del polen, que ocurre aproximadamente entre 10 y 15 días antes de floración. Bajas temperaturas durante la etapa de antésis (floración) del cultivo, también causan un aumento en la esterilidad de las espiguillas, sin embargo el efecto es menor al observado cuando el frío ocurre en la etapa de microesporogénesis. La esterilidad floral en arroz normalmente se produce por una drástica disminución del número de gra-nos de polen viable a baja temperatura, sin embargo, los mecanismos por los cuales este fenómeno ocurre no se conocen claramente.

6.7

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Existen varios factores que, en presencia de frío, exacerban las pérdidas de rendimiento por va-nazón. Entre ellos el más notable es el nitrógeno, que cuando se aplica en altas dosis aumenta la esterilidad floral, aparentemente, producto de una mayor competencia por carbohidratos entre los distintos sumideros de la planta y las espiguillas diferenciadas. Otros factores que podrían afectar la esterilidad son la densidad de plantas y su arreglo espacial. Una de las formas de combatir el problema de vanazón es mantener la panícula en formación sumergida en agua, de manera de no exponerla a los cambios bruscos de temperatura entre el día y la noche. Esto se consigue elevando la lámina de agua a más de 20 cms., a partir de la iniciación de panícula, sin embargo, este sistema no es efectivo cuando la temperatura del agua es muy baja. La variabilidad espacial de la esterilidad floral en el cam-po es muy elevada, observándose en un mismo potrero diferencias significativas en el efecto de las bajas temperaturas.

Existen muy pocos antecedentes en Chile en relación al efecto de algunos factores ambientales y de manejo sobre la esterilidad floral en arroz. En el presente proyecto, se pretende estudiar el fenóme-no de esterilidad floral en las condiciones nacionales de manera de lograr una base de datos que per-mita su posterior modelamiento para la toma de decisiones de manejo en el campo. Específicamente, se pretende estudiar las interacciones manejo de agua x fertilización nitrogenada; manejo de agua x dosis de semilla; manejo de agua x arreglo espacial; fertilización nitrogenada x dosis de semillas y fer-tilización nitrogenada x arreglo espacial sobre la esterilidad floral, en condiciones de bajas temperatu-ras, tanto a nivel de campo, como bajo un sistema controlado. Además, se plantea estudiar el efecto de la baja temperatura del agua en varias etapas del cultivo sobre el nivel de esterilidad.

Con los datos recolectados en los experimentos, más los datos climáticos (temperatura y radiación) se pretende construir un modelo mixto (determinístico-mecanístico) que permita estimar la esterilidad floral en función del manejo y el clima, de manera de ajustar el primero para disminuir los efectos climáticos sobre los rendimientos de arroz.


Efectos de la Inclusión de Restricciones de Capacidad en Problemas de Localización JerárquicosInvestigadorDr. luis acosta E.


› resumen

Con el presente proyecto de investigación busco capitalizar la experiencia adquirida en el desarrollo de sistemas logísticos, con énfasis en problemas de localización que presentan estructuras jerárquicas. Los problemas de localización jerárquicos son bastante comunes en la práctica, sus aplicaciones son variadas y pueden encontrarse, por ejemplo, en sistemas de salud (localización simultánea de de hospitales y centros de salud), sistemas de producción y distribución (localización de fábricas y centros de distribución), redes de comunicación (localización de ruteadores).

En la literatura especializada es común modelar estos problemas asumiendo que las facilidades tienen capacidades ilimitadas, esto es, se asume que cada una de las facilidades en cada uno de los niveles de la jerarquía posee capacidad suficiente para atender toda posible demanda por servicio que llegue hasta ella. Existen situaciones donde éste nivel de simplificación debe ser reconsiderada. Por ejemplo, en el caso de la localización simultánea de servicios de salud. En estos sistemas, una facilidad puede ofrecer más de un servicio de salud y es necesario reconocer la necesidad de incluir restricciones de capacidad para la cantidad

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máxima de pacientes que pueden ser atendidos en cada servicio. Esta necesidad es más evidente cuando los servicios son más críticos.

En este proyecto de investigación propongo incluir restricciones sobre el tamaño máximo de un servicio para todos los niveles de servicio considerados en la jerarquía. La inclusión de restricciones de capacidad para los servicios puede originar el surgimiento de dos tipos de problemas diferentes que necesiten ser estu-diados: uno de ellos es el problema de la distribución balanceada de la demanda entre los servicios (cuando la capacidad sea suficiente para atender toda la demanda) y el otro es un problema de distribución equita-tiva de la capacidad existente (cuando la capacidad no sea suficiente para atender toda la demanda). Estos problemas abren la posibilidad de tratar con modelos con objetivos múltiples. Esto es, se debe estudiar la necesidad de incluir un nuevo objetivo en los modelos desarrollados, ya sea que busque la asignación balan-ceada de la demanda entre los servicios o que busque el uso equitativo de la capacidad instalada.

Para resolver los modelos que surjan de esta investigación propongo utilizar lenguajes de programación matemática, disponibles comercialmente. Caso esto no lleve a buenos resultados, propongo el desarrollo de métodos de solución donde puedo aprovechar mi experiencia adquirida con el uso de relajaciones, sean estas la relajación lagrangiana, surrogate o combinada lagrangiana-surrogate. Esto no excluye la posibilidad de evaluar el uso de otros métodos de solución, metaheurísticas por ejemplo.

La metodología que propongo utilizar es la siguiente: trabajar en el modelado del problema evaluando las diferentes matices que puedan surgir, esto incluye la formulación de los modelos de localización jerár-quicos capacitados y el estudio de modelos con objetivos múltiples; y estudiar las diferentes alternativas de solución para los modelos desarrollados, básicamente, para cada modelo se debe evaluar la posibilidad de usar lenguajes de optimización matemática de carácter general o caso esto no sea viable se debe proponer e implementar un método de solución.

Con este proyecto espero contribuir con el desarrollo de formulaciones y métodos de solución para dos tipos de problemas de localización jerárquica capacitados: problemas del tipo Mini-suma (minimizar la distancia total ponderada viajada a partir de todos los puntos de demanda hasta la facilidad más próxima) y problemas del tipo Máxima Cobertura (maximizar la población cubierta sujeta a restricciones de cobertura del servicio). Dejando abierta la posibilidad de que la inclusión de restricciones de capacidad genere un apor-te adicional en relación al estudio de modelos combinatorios con objetivos múltiples.

› abstract

In the present research project, I look for to capitalize the acquired experience in the development of logistic systems, emphasizing on location problems that present hierarchical structures. Nowadays, hierarchical location problems are quite common; their applications are varied and can be found, for example, in health care systems (simultaneous location of clinics and hospitals), production-distribution systems (location of factories and distribution centers), and communications networks (location of routers).

In the specialized literature, it is common to model these problems assuming that the facilities are uncapacitated. In this sense, the lack of capacity constraints means that the capacity of each facility in each hierarchy level is enough to attend all the foreseen demand at the corresponding level. However, there are situations where this assumption must be reconsidered, as, for example, when are located simultaneously different health care services. In these systems, a facility can offer more than a health service and, usually, it is necessary to include capacity restrictions for the maximum amount of patients that can be attended in each service. This kind of constraints is more evident when the services are critical.

In this research project, I propose to include constraints considering the maximum size of a service for all the levels of the hierarchy. The inclusion of capacity restrictions in the services can originate two kinds of problems: one kind of problems is referred to balance the demand distribution among the services (when the capacity is enough to cover the demand) and the other kind of problems involves an equitable distribution of the existing capacity (when the capacity is not enough to take care of all the demand). These problems could allow dealing with models with multiple objectives. Therefore, it must be studied if it is necessary to include a new objective function in the developed models, whether the balanced allocation of the demand among the services or the equitable use of the installed capacity is required.


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In order to solve the models that arise from this research, I propose to use mathematical programming languages commercially available. Case these languages do not yield to good results, I propose to develop solution methods where I can take advantage of my experience acquired with the use of relaxations, like lagrangean relaxation, surrogate or a combined lagrangean-surrogate relaxation. This does not exclude the possibility of asses the use of other solution methods, as metaheuristics, for example.

The methodology that I propose to applied is the following one: working on the model of the problem evaluating the different situations that can arise, this includes the formulation of the capacitated hierarchical location models and the study of models with multiple objectives; and studying the different solution alternatives for the developed models, basically, for each model must be evaluated the possibility to use mathematical optimization languages of general purpose or, when this is not feasible, it will be necessary to propose and to implement a solution method.

With this project, I hope to contribute with the development of formulations and solution methods for two kinds of capacitated hierarchical location problems: problems of the type minisum (in which the total weighted travel distance to the facilities is minimized) and problems of the type of maximal covering (in which the population covered is maximized, subject to service distance constraints), allowing the possibility that the inclusion of capacity constraints generates an additional contribution in relation to the study of combinatorial models with multiple objectives.


El Rol de la Discriminación de Precios, Esquemas Tarifarios No Lineales y Firmas Multiproducto sobre los Cargos de Interconexión y el Bienestar, cuando los Suscriptores están conectados a través de una Red SocialInvestigadorPh.D. Roberto Muñoz L.

ÁreaEstructura de Mercado

› resumen

En este proyecto estudiaremos el comportamiento de equilibrio en un mercado caracterizado por la competencia entre dos redes interconectadas, bajo el supuesto que los consumidores pertenecen a una red social. El modelo más simple corresponde al caso en que ambas firmas proveen un sólo servicio y deben usar esquemas tarifarios lineales y no discriminatorios. Este caso de referencia ha sido estudiado por Harrison, Hernández y Muñoz (2006) y constituye la principal referencia para explorar nuevas variantes del problema. En particular nos concentraremos en los siguientes casos:

› 1. Cuando una o ambas redes son capaces de realizar discriminación de precios dependiendo de si el servicio prestado finaliza en su propia red o la red del rival (Modelo I).› 2. Cuando una o ambas redes pueden utilizar esquemas tarifarios no lineales (Modelo II).› 3. Cuando una o ambas redes son capaces de proveer múltiples servicios (Modelo III).

El análisis de cómo se afecta el comportamiento de firmas y consumidores en equilibrio, bajo cada uno de estos escenarios alternativos, es el objetivo principal de este proyecto de investigación. Un segundo objetivo es estudiar cómo diferentes ambientes regulatorios afectan el equilibrio seleccionado en cada caso. Con esta información se puede identificar políticas públicas orientadas a incrementar el beneficio social.

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› abstract

In this project we will study the equilibrium behavior in a market characterized by the competition between two interconnected networks under the assumption that customers belong to a social network. The simplest model corresponds to the case when both firms are single service’s providers and they are constrained to offer linear prices in a nondiscriminatory way. This case was studied by Harrison, Hernández and Muñoz (2006) and constitutes the main reference to explore some important departures from their assumptions. In particular we will study the following cases:

› 1. When one or both of the networks are able to incur in price discrimination depending on whether the service is terminated in the own or in the rival’s network (Model I).

› 2. When one or both of the networks are allowed to use nonlinear pricing schemes (Model II).

› 3. When one or both of the networks are able to provide multiple services (Model III).

The analysis of how the equilibrium behavior, of firms and customers, is affected under each one of these departures is the main goal of this research project. A second goal is to study how different regulatory environments affect the equilibrium selected under each specific model. With this information we can identify public policies oriented to increase social welfare.

[ Proyecto FONDEF TE06I1007 ]

Redes Sociales Colaborativas para el Apoyo a la Enseñanza y Búsqueda de Conocimiento, enfocadas a Instituciones de Educación, APRENDARIS

InvestigadoresMg. Werner Kristjanpoller R.

Dr. ricardo acevedo a.Dr. luis salinas c.

Sr. Alejandro Sepúlveda A.Sra. Eveling Contreras H.

Sr. Gonzalo Núñez F.Sra. Catalina Rodríguez E.

Sr. Alejandro Cañete B. (Innovating Finnace S.A.)Sr. Javier Silva A. (Innovating Finnace S.A.)

ÁreaTecnología de Información de la Educación

› resumen

El aprendizaje colaborativo (Ausubel, Novak & Hanesian, 1978) es una actividad en la cual los estudiantes, y sus maestros, construyen cooperativamente un modelo explícito de conocimiento. En general durante los procesos de aprendizaje y estudio asociados a los modelos de enseñanza prepon-derantes actualmente, al estudiante le surgen preguntas, muy especificas, técnicas y de tenor muy pragmático, las cuales, por razones educacionales y de falta de recursos estas preguntas surgen en un contexto de auto estudio, realización de tareas o de actividades de investigación en las cuales el educador no está presente. El problema es que en este contexto el educando no tiene acceso a algu-na fuente de respuestas a sus consultas, de manera tal que estas sean respondidas de manera opor-tuna, completa y correcta. A partir de lo anterior, se torna sumamente importante que las tecnolo-gías de educación deben ser capaces de capturar parte del conocimiento que transmiten académicos

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en torno a una asignatura en particular, para efectos de poder almacenarla y entregarla cuando sea solicitado por parte del alumno. Por otro lado, es importante destacar también que estas tecnologías deben tener la capacidad de ser evolutiva en el tiempo, es decir, mediante el mayor nivel de informa-ción (datos) almacenado, mayor grado de precisión deberán tener las respuestas.

En nuestro país, el desarrollo de tecnología asociada en la educación, posee una lenta velocidad de desarrollo. Uno de los principales factores está relacionado con el elevado costo que representa la investigación y desarrollo en torno a generar nuevas capacidades tecnologías y los riesgos asociados en el rápido nivel de ingresos que debe generar los productos para cubrir dichos costos. Es por esto que el proyecto pretende fortalecer la industria tic de educación en la medida de desarrollar dos prin-cipales productos. “Tecnología de redes sociales distribuidas, remotas e inteligentes de enrutamiento, búsqueda y distribución de conocimiento y un Sistema semántico de búsqueda”. Fortaleciendo las in-versiones en computación y redes que está realizando Chile para mejorar la calidad de la educación.

El principal resultado tecnológico logrado en el presente proyecto fue el desarrollar una tecnología que tiene la capacidad de:

En términos de Redes sociales colaborativas de enseñanza.

Agrupar académicos de una disciplina en común (instituciones de educación que disponen de varias sedes), para la creación de redes sociales colaborativas.

Apoyar a alumnos, en la medida de aumentar un canal de comunicación para agrupar docentes de mismas asignaturas dentro de la institución para efectos de hacer consultas y/o enseñanza.

Responder de forma inteligente y evolutiva (capaz de aprender de las preguntas anteriores y entregar la mejor) cada pregunta desarrollada en el tiempo, dentro de cada red colaborativa.

En términos de búsqueda de conocimiento

Buscar información de manera semántica (hacer preguntas por parte de los alumnos).

En términos de contribución en la industria TIC para la educación, ésta tiene tres principales compo-nentes:

Fortalecer las actuales soluciones de educación, mediante la introducción de una tecnología que sea capaz de agregar “inteligencia” en el proceso de enseñanza (Pasar de soluciones de educación basadas en manejo de información, a soluciones basadas en inteligencia de información).Fortalecer el desarrollo de tecnologías colaborativas para el desarrollo de docencia.

Todos resultados que en términos tecnológicos marcan un hito en nuestro país y se encuentran a la par con los desarrollos internacionales de los cuales el proyecto fue testigo.

En términos de impacto social el proyecto logró llegar en su primer mes de funcionamiento a una población de alrededor de 1000 usuarios activos en el sistema motivando a la comunidad docente y estudiantil de nuestro país desde sus comienzos. Se espera que durante su primer año de funciona-miento sea el principal agente de búsqueda de información educacional en el país y lograr una conso-lidación comercial de autosustentación.

› abstract

Collaborative learning (Ausubel, Novak & Hanesian, 1978) is an activity in which students, and their teachers, jointly cooperate to build and explicit knowledge model. In general and in the most used current learning and study processes associated with this teaching model the student generates questions, about the specific domain of study. By educational reasons and lack of financial resources

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the students are inspired to answer these questions in a self-study context, in which the teacher is not present. The problem is that in this self-study context the student does not have access to a reliable and opportune source of answers. Based on the above educational technologies has a leading role in capturing part of the knowledge that teachers has to communicate on a given class, in order to be able to store and deliver it when it is needed by the student. By the other hand, it worth to say, that these technologies must have the capability of evolve through time, that is, if the amount of information stored grow, then the level of precision of any answer given to the student must too.

In Chile the development process of educational technology has a slow rate of growth. One of the mayor factors related with the elevated cost that represents the Research & Development necessary to generate new technological competences are the commercial risks associated with the necessary cash flow that could palliate these costs. This projects aims to strengthen the educational ICT’s developing two main products: “A technology of distributed, remote and intelligent social networks for searching, routing and distributing knowledge and a semantic search system”. This empowers the investments in networks and computing that Chile is currently making to improve the quality of the education.

The main technological achievement of the present project was the development of a technology that has the following capability:

In terms of collaborative social teaching networks:

Gather teachers of similar subjects (educational institutions with several units) for the creation of collaborative social networks.

Support students, giving them a reliable answer source, allowing them to make questions or share their knowledge.

Giving, in an intelligent and evaluative way, answers to each question that the student may have.

In terms of knowledge search:

Searching information in a semantic manner (this allows the students to make questions)

In terms of contribution to the educational ICT industry, it has three main components:

Strengthen the actual educational solutions, through the introduction of a technology that is capable of putting “intelligence” in the process of teaching, so this is a step forward from information management based solutions to information intelligence based solutions.

Strengthen the development of collaborative technologies for the development of teaching.

Every technological result is a milestone for Chile and they are at the same level of current international trends and developments.

In terms of social impact the project made 1000 registered active users in it first month of functioning being a motivating force for teachers and students since its beginning. It expected that after a year of functioning Aprendaris would become one of the leading search agents of educational information in Chile, and that this would allow it achieve its commercial consolidation.

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[ Proyecto Interlink (Union Europea) MIUC C 24032006 ]

Testing Models of Cooperative Working with Chile Enterprises, in particular in the area of New Product Development and Industrial MaintenanceInvestigadoresDr-Ing. Adolfo Arata A.Mg. Fredy Kristjanpoller R.Prof. Marco Garetti (Politécnico de Milán)Prof. Marco Macchi (Politécnico de Milán)Prof. Sergio Cavalieri (Universidad de Bérgamo)

ÁreasGestión de ActivosIngeniería en Confiabilidad

› abstract

The project’s goal is to experiment and test cooperative models in two main contexts: (i) New Product Development (NPD) and (ii) Industrial Maintenance. The definition of these research areas derives from the main expertise acquired by the interested parties in previous cooperation activities.

In particular, in the area of NPD the project aims to establish connections between the involved parties and Small Medium Enterprises in both Countries. From these connections, it will be possible to test collaborative business models, in order to improve innovation in Italian and Chilean products.

In the area of Industrial Maintenance, the project aims to allow a collaboration between Chilean and Italian researchers interested in maintenance management. In particular, a software tool developed by Chilean researchers for designing a company maintenance system will be applied in Italian test cases, in order to be tested and improved eventually.

[ Proyecto Marie Curie Actions International Research Staff Exchange Scheme(Unión Europea) FP7-People-Irses-2008 ]

Integrated Maintenance Planning - iMaPlaInvestigadoresDr-Ing. Adolfo Arata A.Mg. Fredy Kristjanpoller R.Prof. Marco Garetti (Politécnico de Milán)Prof. Marco Macchi (Politécnico de Milán)Prof. Adolfo Crespo (Universidad de Sevilla)Prof. Benoît Iung (Universidad de Nancy)Prof. Eric Levrat (Universidad de Nancy)

ÁreasGestión de ActivosIngeniería en Confiabilidad

› abstract

It is commonly recognized that maintenance management of industrial plants is an interdisciplinary topic. Design and improvement of maintenance management systems can be achieved only by considering all together different interconnected methodologies and technologies. When building a maintenance management system, one should deserve attention to multiple and heterogeneous

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issues, such as, e.g.: the ICT tools and platforms for maintenance and plant automation; machine diagnostics and prognostics; maintenance economics and planning, maintenance human resources, spare parts, etc.

Due to the above mentioned situation, an international interdisciplinary working group, endorsed by well recognized scientific institutions, can be considered very important to overcome the “divide” situation among maintenance related disciplines and, in particular, to bring together, in the context of a collaborative scheme of research exchanges, the reciprocal knowledge.

This project proposal is endorsed by four institutions, 3 EU partners and a Chilean partner, agreeing for a common exchange program built around the theme of Integrated Maintenance Planning (iMaPla). The exchange program aims to facilitate deployment of a collaborative scheme focused on the exchange of the knowledge required to develop methods, models, ICT tools for Integrated Maintenance Planning. The knowledge is provided complementarily by the members of the project consortium. The complementarities have been drawn out in accordance to a joint research vision, commonly shared by the partners at the moment of writing the proposal.

The project will concern the exchange activities of PhD students, researchers and professors. The exchanges will enable the reciprocal transfer of knowledge between the members of the consortium and will be deployed by a set of various activities (integrated exchange programs, training in laboratories, lectures exchange program, workshops/seminars open also to external stakeholders).

[ Presentado a Observatorio Chileno de Ciencia, Tecnología e Innovación (KAWAX), dependiente del Programa Bicentenario en Ciencia y Tecnología de CONICYT ]

Modelos Universitarios de Investigación Aplicada basados en el Desarrollo de Procesos Estandarizados de Innovación Tecnológica para Potenciar las

Incubadoras Tecnológicas Universitarias (Spin-Off)Investigadores

Dr. adolfo arataMg. Fredy Kristjanpoller

Mg. Aldo AranedaSr. Rene Villegas

sr. Francisco sotoSr. Ismael Abel VallésSra. Catherine Jelinek

ÁreasInnovación Tecnológica

Emprendimiento

› resumen

El estudio desarrollado hizo un analisis sobre patrones de innovación dentro de Instituciones académica Internacionales que tienen experiencia en el desarrollo de innovación tecnológica para determinar mecanismo que aceleren el proceso de innovación tanto para identificar oportunidades de investigación aplicada (focalizado en académicos) y emprendimiento tecnológico a nivel de pre-pos-doctorado, y como estas, convergen dentro de cada Incubadora tecnológica perteneciente a la Institución.

Este enfoque ayudará a proporcionar mecanismos para qué autoridades académicas, investigadores, alumnos e incubadoras tecnológicas, pueden alinear iniciativas que tengan como resultado, aumentar el número de emprendimiento tecnológico basado en investigación aplicada.

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Un importante rol juegan las unidades, tanto como departamentos académicos, centros de in-vestigación e incubadoras dentro de las Universidades. Para ello, la UTFSM ha logrado crear dichas unidades que proporcionan un ambiente de innovación.

Otro factor importante, radica en poder transmitir procedimientos eficaces para identificar inno-vaciones que provienen del resultado del desarrollo de investigación aplicada, para ello, se analizarán normas europeas , las cuales ayudarán a investigadores, alumnos de todos los niveles de conocimien-to, empresas incubadas a poder ser eficaces en la medida de poder desarrollar innovaciones con valor de mercado.

Es por esto, que los principales Instituciones beneficiarias serán:

Universidades focalizadas en investigación aplicada. Es importante que dichas instituciones puedan disponer tanto de mecanismos para identificar innovación por parte de académicos y alumnos, y que estas, logren converger dentro de una incubadora para traducirse en emprendimientos tecno-lógicos.

Incubadoras de empresas tecnológicas. Las incubadoras deben de ser capaces de atraer eficazmen-te la investigación aplicada que se está desarrollando dentro de sus aulas y, por otro lado, también deben ser capaces de apoyar las nuevas iniciativas mediante el desarrollo de planes de comerciali-zación, valorización de tecnologías.

[ Proyecto FIA – Fundación para la Innovación Agraria ]

Diagnóstico de la Cadena Agrogastronómica ChilenaInvestigadoresDr. Cristóbal FernándezPh. D. Rodrigo OrtegaM.Sc. Jorge Cea ValenciaIng. Jorge MartínezIng. Gonzalo AmésticaIng. Cristina Jiménez

ÁreasEstudio de mercadoProspección de mercado

› resumen

El presente estudio tuvo por objetivo principal la búsqueda, identificación y priorización de opor-tunidades de negocios en los mercados de arroces especiales, considerando las características de mercado y técnicas a nivel nacional. A partir de esto se determinaron las principales ventajas compa-rativas y competitivas, frente a otros competidores involucrados en los segmentos de interés.

El estudio se llevó a cabo mediante una metodología sistemática, determinando y analizando inicialmente la oferta y demanda nacional e internacional de arroces especiales. La principal barrera para llevar a cabo esta investigación se presentó en el escaso número de fuentes de información, lo que trasciende directamente en la cultura asociada al arroz en Chile. De acuerdo a esto se llevaron a cabo dos metodologías de acción claras: entrevistas en profundidad con actores claves del mercado nacional productivo y comercial, y un trabajo intensivo con fuentes de información secundaria de carácter nacional e internacional, considerando metodologías de desktop research, análisis estadísti-co, econométrico, agrícola productivo y técnico de interés.

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Considerando estas herramientas se definió una metodología de acción válida, identificando los grupos consumidores de interés de acuerdo a los productos posibles de comercializar, determinando los principales actores involucrados, analizando las características técnicas y comerciales de interés.

A partir de los análisis anteriores se llevó a cabo un análisis de las competencias comerciales y productivas de la industria arrocera nacional, identificando las zonas en las cuales se deben llevar a cabo inversiones y acciones con miras al aumento de la competitividad comercial en los mercados internacionales. Se utilizaron metodologías cualitativas para validar estos elementos, determinando las principales fuentes del mercado nacional, y los resultados obtenidos por estudios anteriores.

Finalmente se llevó a cabo una selección y priorización de los principales mercados a los cuales la industria nacional del arroz tiene un potencial de exportación. Desde estos resultados se determinaron cuatro mercados de interés, identificando un índice relativo a la utilidad potencial de cada mercado, logrando una priorización válida de acuerdo a los objetivos propuestos.

Desde estos resultados las entidades asociadas a la realización del proyecto lograrán llevar a cabo inversiones y actividades adecuadas, para iniciar en el mediano plazo el posicionamiento en merca-dos internacionales de arroces especiales. De esta manera se espera que los resultados obtenidos hayan definido un aporte significativo a la industria agrícola y comercial nacional, conformando una herramienta clave en la toma de decisiones futuras de la industria arrocera nacional.

› abstract

The present study took the as a principal objective, identification and priorización of business opportunities on the markets of special rices, considering the characteristics of market and technologies to national level. From this there decided the principal comparative and competitive advantages, opposite to other competitors involved in the segments of interest.

The study removed to end by means of a systematical methodology, determining and analyzing initially the offer and national and international demand of special rices. The principal barrier to lead to end this investigation appeared in the scanty number of sources of information, which comes out directly in the culture associated with the rice in Chile. In agreement they led to this to end two clear methodologies of action: interview in depth with key actors of the national productive and commercial market, and an intensive work with sources of secondary information of national and international character, considering methodologies of desktop research, statistical analysis, econometric, productive agriculturalist and technician of interest.

Considering these tools there was defined a methodology of valid action, identifying the groups of consumers interest of agreement to the possible products to commercialize, determining the principal involved actors, analyzing the technical and commercial characteristics. From the previous analyses it led to itself to end an analysis of the commercial and productive competences of the rice national industry, identifying the zones in which they must remove to end investments and actions with a view to the increase of the commercial competitiveness on the international markets. Qualitative methodologies were in use for validate these elements, determining the principal sources of the national market, and the results obtained by previous studies.

Finally it led to end a selection and priorización of the principal markets to which the national industry of the rice has a potential of exportation. From these results four markets of interest decided, identifying an index relative to the potential usefulness of every market, achieving a valid priorización of agreement to the proposed objectives. From these results the entities associated with the accomplishment of the project will manage to lead to end investments and suitable activities, to initiate in the medium term the positioning in international markets of special rices. Hereby it is expected that the obtained results have defined a significant contribution to the agricultural and commercial national industry, shaping a key tool in the capture of future decisions of the rice national industry.


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[ Proyecto INNOVA Bío Bío 07 – PC S4 – 239 ]

Cuantificación y Evaluación de la Implementación de un Programa de Fomento para la Utilización Integral del Recurso Jibia (Dosidicus Gigas) en la Región del Bío BíoInvestigadoresDr © aldo araneda Z.Dr. Cristóbal Fernández R.Mg. Francisco de la Fuente M.Mg. Walter Rosenthal N.Mg. Juan Ortiz A.ÁreasInnovación TecnológicaEstudio de MercadoDiversificación Productivaacuícola

› resumen

El Calamar Rojo o Jibia (dosidicus gigas) es un molusco habitual en las costas de nuestro país. Su comportamiento está sujeto a factores ambientales, que regulan su presencia dentro de las 40 millas de la costa, situación que hace favorable su captura especialmente por los artesanales. Los desembar-ques de jibia en los últimos 5 años se han situado sobre 250 mil toneladas anuales, de las cuales sólo 10 % fue desembarcada por el sector artesanal.

El Calamar Rojo o Jibia como se denomina comúnmente no es un recurso de consumo humano habitual en nuestro país, no obstante la calidad biológica de su composición proteínica y aminoací-dica como fuente alimenticia. Este recurso es consumido bajo diversas formas en los países asiáticos (China, Japón, Corea, Tailandia, Vietnam y otros), como también en Europa (España, Italia, Francia) y Norteamérica (EEUU, Canadá y México). Entre las especies más cotizadas de calamares están los de tamaño mediano, como la Pota de Boston (Ilex Atlanticus) y el de tamaño pequeño (Loligo gahi). Sin embargo, el Calamar Gigante conocido Jibia o Calamar Rojo ha incrementado su participación en el mercado a medida que decrece la oferta de calamares medianos y pequeños, comercializándose productos derivados valorados por sobre los 10 mil millones de dólares, de acuerdo a lo señalado por “Global Fish International”, una de la principal fuente de información sobre transacciones de produc-tos del mar.

Considerando estos antecedentes y además, en atención de la difícil situación por la que atravie-san el sub. sector de pesca artesanal como las pequeñas y medianas empresas pesqueras entre la V y VIII Regiones, por la disminución de las capturas y falta de suministros de materia prima para plantas congeladoras y conserveras, resulta de extraordinario interés para ambos sectores como alternativa el desarrollar y mejorar la utilización del Calamar Rojo como fuente de materia prima, para diversificar la oferta de productos, a través del desarrollo de nuevos productos derivados de mayor valor, para con-sumo humano, de uso industrial y/o animal, destinados tanto para mercado interno como externo.

De acuerdo a esto, se desarrolló el presente proyecto que tuvo como objetivo general el “Cuanti-ficar y evaluar el impacto que generará en la Región del Bío Bío, la implementación de un programa de fomento para el uso integral del recursos calamar rojo (Dosidicus gigas) o jibia”. Para lograr este objetivo se siguió una metodología que contempló: Proceso de articulación, selección de mercado ob-jetivos, evaluación económica del programa a implementar, ajuste de la metodología de trabajo y plan de trabajo para el programa y articulación de trabajo en Red y obtención de compromisos de actores.

Los resultados de la ejecución del proyecto indican que los posibles impactos de desarrollar un programa de manejo integral del recurso Jibia se ven alentadores, entre los que destacan:

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Alcanzar nuevos mercados en el extranjero, por medio del entendimiento de los requerimientos que este tipo de consumidores plantea y el apoyo al posicionamiento de los productos chilenos elabo-rados a partir de jibia, por medio del envío de muestras, participación en ferias y el desarrollo de innovación de productos.

Mejorar los precios de venta del recurso, por medio de la comercialización de nuevos productos que agreguen más valor. Esto se logra luego de la transferencia tecnológica que el proyecto pre-tende desarrollar a los distintos eslabones de la cadena, facilitando el manejo de materias primas, aumentando el rendimiento de los procesos de transformación, obteniendo productos de alto valor (harinas de consumo humano, EPA, entre otros), generando productos de alta demanda, generando productos sustitutos para el consumo nacional (nugget, hamburguesas, salchichas, entre otros).

Distribuir el mejor precio del recurso a toda la cadena, generando incentivos de mercado para la ex-tracción del recurso, y el destino de uso de la maquila y la transformación a este tipo de productos.

Completar una cadena productiva que se involucra en procesos de innovación y transferencia tec-nológica.

› abstract

The Red Squid or Jibia (Dosidicus Gigas) is an usual mollusk in the shores of our country. Its behavior is subject to ambient factors, regulating its presence inside 40 nautical miles from the coast, situation which eases its capture specially for traditional fishers. Jibia disembarks in the last five years have been accounted for over 250 thousand tons a year, out of which only 10% was disembarked by the traditional fishers sector.

The Red Squid or Jibia, as it is commonly nominated, is not an habitual human consumption resource in our country, despite the biological quality of its proteine and aminoacid composition as part of a diet. This resource is consumed in several ways in asian countries (China, Japan, Korea, Thailand, Vietnam, and more), as in Europe (Spain, Italy, France) and North America (USA, Canada and Mexico). Mid-sized and Small-sized squids are among the most demanded of such species, as Pota de Boston (Ilex Atlanticus) and Loligo Gahi. Nevertheless, the Giant Squid known as Jibia or Red Squid has increased its market share as the supply of small and medium squids decreases, commercializing its derived products valued over 10 thousand MMUSD, according to stats from “Global Fish International” - an important information source regarding sea product transactions. Considering this background, and attending the difficult situation which traditional fishers are facing - sector represented in small and medium sized fishing companies between the Fifth and Eighth region of our country - regarding the diminishing capture opportunities and lack of raw material for freezing and canning plants, it becomes extraordinarily interesting for both sectors to develop and improve the use of the Red Squid as raw material source. This in order to diversify their supply of products through developing new, higher value kinds of goods, for human, animal and/or industrial use, headed for both domestic and international markets.

Concordantly, the present project had as main objective to “Quantify and Evaluate the impact in the Bío Bío Region, generated by implementing a Promotion Program for the integral use of the Red Squid or Jibia (Dosidicus Gigas) resource”. In order to achieve this objective, the followed methodology consisted in: Articulation process, Target Market selection, Economical evaluation for the designed program, Working methodology adjustment and Work planning for the program, network articulation and actors’ commitment.

The execution results for the project indicate that possible impacts related to developing an Integral managing program for the Jibia resource are encouraging, such as:

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Reaching new, foreign markets through understanding the requirements that such costumers state, and aiding the positioning of Jibia-based chilean products through sending samples, fair participation and developing product innovation.

Improving the resource selling prices, by means of commercializing new products which give more added value. This can be achieved by the technological transfer scenarios that this project intends to develop into different stages of the production chain. Such improvements would ease raw material manipulation, increasing transformation processes performance and attaining high value products (human-consumption flour, EPA, among others), generating highly demanded products and domestic consumption substitutes (nuggets, hamburgers, sausages, and more).

Distribute the best resource pricing along the production chain, generating market incentives for extraction, plus assigning machine and transformation uses for these products.

Completing a productive chain, involved in innovation processes and technological transfer.

[ Proyecto FONDEF CTICV002 ]

Centro T IC V RegiónInvestigadorSr. Víctor Aguilera

Áreacentro tic

› resumen

El presente proyecto plantea la creación de un Centro de Investigación y Desarrollo en el área de las TIC, ubicado en la V Región, y cuyo objetivo fundamental es fortalecer la industria chilena de tecnologías de información y comunicaciones (Grupo Meta Directo), especialmente en lo que se refiera al desarrollo de Pymes altamente innovadoras y competitivas. El Centro dará un fuerte impuso al polo (cluster) tecnológico de Valparaíso, potenciando las actividades de investigación y desarrollo en el mismo, y constituyéndose en un Centro referencia nacional, con proyección internacional, en el ámbito de las tecnologías aplicadas.

En los primeros meses de implementación del Centro, se establecerá la personalidad jurídica sin fines de Lucro mediante una Corporación, la cual estará dirigida por un directorio en donde estarán representados todos los socios del centro, es decir universidades y empresas.

Se ha focalizado la acción del Centro durante sus primeros años, en la investigación y desarro-llo de tecnologías orientadas a satisfacer las necesidades y problemáticas comunes de la industria exportadora de base biológica (acuicultura, industria vitivinícola, agroindustria), las que se definen como el Grupo Meta Final del Centro. En particular se ha detectado que una problemática común en esta industria, que es la falta de tecnologías que permitan automatizar y soportar los procesos de trazabilidad de sus productos, a partir de la fase de producción primaria y en las etapas posteriores. Si bien es cierto, existen soluciones y productos disponibles en el mercado a nivel de sistemas de tra-zabilidad (software y plataformas informáticas), se constata una deficiencia en la implementación de equipos electrónicos de captura, proceso y transmisión automática de variables del proceso. Estos equipos son una pieza fundamental a la hora de automatizar el manejo de los grandes volúmenes de información que los sistemas de trazabilidad requieren. La tecnología que permite diseñar equi-pos autónomos de captura, proceso y transmisión automática de información, de bajo costo y de

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producción masiva, se denomina Sistemas “Embebidos” (Embedded Systems). La investigación y de-sarrollo en torno a la tecnología de Sistemas Embebidos, se constituye entonces en el foco principal de las competencias y conocimientos que generará el Centro (Core Technology). Esta investigación y desarrollo en Sistemas Embebidos contempla la integración de nuevas tecnologías en dispositivos y prototipos diseñados a medida para satisfacer tanto los aspectos de captura de datos, digitalización, procesamiento, y transmisión de la información a las plataformas o sistemas de trazabilidad. Sin em-bargo, el desarrollo de sistemas embebidos como tecnología núcleo del Centro, constituye una capa-cidad técnica que podrá acompañar al Centro más allá de los primeros 3 o 5 años. En este sentido la investigación y aplicación de Sistemas Embebidos en la automatización de procesos de trazabilidad, podrá dar paso a la aplicación de estos Sistemas en otras problemáticas que, en años posteriores, sean tan relevantes para la industria del país y de la región, como lo es hoy la trazabilidad.

Las principales labores que desarrollará el Centro son; Realizar investigación para la industria exportadora (Grupo Meta Final); Desarrollar prototipos e investigación pre-competitiva para la industria TIC nacional (Grupo Meta Directo); Transferir las Nuevas Tecnologías a la industria TIC nacional; Desarrollar conocimiento con potencial económico (patentes de invención). Además el Centro aspira a constituirse como la unidad principal de I+D del polo (cluster) tecnológico de la V región, y generar una instancia de colaboración en I+D entre Empresas TIC e Universidades, y muy especialmente en una fuente de innovaciones con alto potencial de generación de nuevas empresas. El desarrollo de estas actividades y la constante focalización en las necesidades de la industria nacional, permitirán al Centro auto sustentarse en el tiempo. En este sentido el Centro posee un fuerte orientación hacia la empresa, y se formula como un “negocio” atractivo para las empresas socias en orden a incentivar la inversión en I+D a través del Centro TIC. También es un negocio atractivo para las PYMES y miembros del Club, ya que, además de ser fuente de tecnologías, es fuente de negocios y una vitrina para llegar a otros mercados. Así mismo, el Centro será capaz de catalizar el establecimiento de un gateway entre la Región (Latinoamérica) y Asia, y aprovechando los TLC para integrar a la Región con el resto de las naciones industrializadas.

La cooperación del Gobierno de Japón, mediante el envió de expertos asesores de primer nivel, constituye un factor relevante que permitirá focalizar la investigación y desarrollo en torno a las tecnologías emergentes, para lograr I+D de categoría mundial. De este modo, el Centro espera cons-tituir un equipo de investigadores de primer nivel, los cuales trabajarán exclusivamente en el Centro. Para ello se plantea llamar a una licitación internacional para cubrir los cargos principales del Centro (Director e Investigadores Senior). Los investigadores de apoyo serán aportados por las universidades y empresas y casi en su totalidad trabajarán bajo dedicación exclusiva para el Centro.

En resumen, se postula la creación de un Centro TIC en la V región, cuyos socios son empresas y universidades, que fortalecerá el desarrollo de un polo (cluster) tecnológico en el país, potenciando la investigación y desarrollo de la industria TIC en Chile, mediante la satisfacción de las necesidades y problemáticas comunes de la industria exportadora de base biológica, desarrollando en conjunto con la industria TIC nacional, soluciones basadas en tecnologías de Sistemas Embebidos.

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7Departamento de Informática

Act iv idades de Invest igac ión 2008Inf

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Inf


Metaheurísticas con Herencia CulturalInvestigadores

Dra. María Cristina Riff R.Msc. Ing. Elizabeth Montero U.

ÁreasMétodos Numéricos y Computación


› resumen

Las Meta-heurísticas han jugado un rol clave en el área de investigación común entre la Inteligencia Artificial y la Investigación de Operaciones en los últimos 15 años. La investigación en meta-heurísticas ha influido en el desarrollo de las tecnologías modernas de búsqueda en un amplio rango de aplica-ciones. Se pueden encontrar aplicaciones de metaheurísticas en diversas áreas como planificación, minería de datos, bio-informática, entre otras. La gran mayoría de esas aplicaciones se formulan como problemas de optimización combinatoria, que han sido ampliamente estudiados por las metaheurísti-cas y en forma particular dentro del área de computación evolutiva, debido a las cualidades que ésta ha presentado para resolver dichos problemas.

Recientemente han surgido nuevas heurísticas que toman entre sus inspiraciones y motivaciones a la computación evolutiva, en grados más o menos importantes. Todas ellas presentan nuevas cua-lidades que se pueden explotar al identificarlas. Entre las heurísticas recientes que de alguna manera utilizan los conceptos de la computación evolutiva están los algoritmos culturales. En este tipo de algoritmos se define como cultura la información más relevante del problema que se haya extraído durante el proceso evolutivo y se maneja de forma tal, que dicha cultura sea accesible y usada por toda la población.

Los algoritmos culturales, tal vez por lo reciente de su propuesta, han sido poco estudiados y de-sarrollados. El único estudio teórico de sus características lo presenta el propio autor de los algoritmos culturales, Robert Reynolds, al tratar de modificar el teorema de los esquemas de los algoritmos gené-ticos, para que se adapte a los algoritmos culturales.

Este proyecto está relacionado con los algoritmos culturales en una primera etapa en sus aspectos de aplicación y en la última etapa del proyecto en sus aspectos teóricos.

El principal objetivo de esta propuesta es evaluar la factibilidad y la potencialidad que aportan los algoritmos culturales en la resolución de problemas de optimización combinatorial. Se requiere para ello definir lo que se entenderá por cultura y sus mecanismos de herencia a usar. Hasta aho-ra se pueden encontrar en la literatura dos artículos relacionados con aplicaciones en optimización combinatoria con algoritmos culturales. Uno de ellos fue propuesto por C.Coello y R. Landa, el cual trabaja con el problema del Job Shop Scheduling modelado con programación lineal binaria y utiliza un nivel de cultura básico como mecanismo de herencia. El segundo artículo que sustenta la presenta propuesta fue propuesto por C. Soza y M.C.Riff, y tiene relación con el problema de Timetabling y la incorporación de cultura en la elección de los movimientos. Ambas aplicaciones muestran resultados prometedores, lo que hace interesante seguir investigando en esta línea, dado que existen aún varios problemas abiertos.

En el caso de este proyecto se pretende refinar, proponer y evaluar nuevas estrategias de manejo de la cultura en algoritmos evolutivos, lo que se logrará de la aplicación de éstos a una amplia gama de problemas combinatorios con diversas características. Esto permitirá definir líneas de acción para incorporar aspectos culturales en algoritmos que resuelven problemas complejos.

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› abstract

In the last 15 years Metaheuristics have been an important research subject between Artificial Intelligence and Operational Research Community. Research in metaheuristics has influenced the development of new modern search technologies in a wide range of applications. We can find applications of metaheuristics in scheduling, data mining, bioinformatics and so on. Most of these applications can be formulated as combinatorial optimization problems and they have been specifically tackled by algorithms from the evolutionary computation community.

Recently, Reynolds has introduced a new kind of algorithm called “cultural algorithms”. The key idea is to use the concept of “culture” to guide an algorithm to quickly find better solutions taking into account the experience during the search.

This project concerns the study of incorporating cultural concepts in metaheuristics. In the first research step we will concentrate our attention on applications, i.e., combinatorial optimization problems which could be successfully tackled by culturally based algorithms. We are interested in complex problems as motion planning for robots, timetabling for universities problems, cryptography and also in bioinformatics in the study of bacterias. We have some previous experience in designing algorithms for these problems, however there are many open research problems which we will study in the context of this project.

The goal is to evaluate the feasibility and the potentiality which brings the cultural based algorithms to solve combinatorial optimization problems.

We plan to study, also in an analytical way, the cultural influence in the search of quality solutions. We would like to identify the advantages and the drawbacks of this technique. Finally, we would like to evaluate the way to include some cultural concepts in other metaheuristics.

This project includes the participation of postgraduate students.


Desarrollo de Algoritmos Distribuidos de Scheduling para Grid (Grid Scheduling)InvestigadoresDr. Mauricio solar F.Dr.-Ing. Raúl Monge A.Mg. Javier Cañas R.

ÁreaInformática

› resumen

En este proyecto se propone estudiar, modelar, desarrollar y probar algoritmos de scheduling dis-tribuidos en computación Grid (Grid Scheduling). Para realizar los estudios se analizarán los métodos tradicionales de algoritmos de scheduling propuestos para máquinas paralelas y distribuidas, pero considerando la naturaleza dinámica de los recursos y las limitaciones de un medioambiente Grid.

En base a las consideraciones anteriores, se pretende demostrar que se puede utilizar técnicas y algoritmos de scheduling distribuido en una Grid heterogénea, minimizando la latencia en la toma de decisión a través del análisis de la información local obtenida por modelos de evaluación, que consideren todos los parámetros involucrados para obtener una solución de buena calidad.

El propósito de este proyecto es explorar técnicas de scheduling distribuido, desarrollando modelos de evaluación de desempeño, que permita que los algoritmos distribuidos usen la información local de

7.2

DEPARTAMENT O DE INFORMÁT ICA

1 3 7

desempeño, y de acuerdo a la instancia del problema asigne y/o reasigne los procesos para minimizar el tiempo de término del proceso.

Existen diversas propuestas al problema planteado en scheduling de Grid, pero en general no existe un consenso en la literatura que identifique una de esas propuestas como la más adecuada para resolver las típicas instancias del problema en computación Grid. La propuesta de este proyecto considera formular un modelo para introducir conceptos, que describan situaciones no idealizadas en los algoritmos de scheduling, que se deben usar en la práctica para optimizar la carga de trabajo en una Grid heterogénea.

Los aspectos esenciales que tienen incidencia sobre la temática propuesta en este proyecto, son relativos a características de los modelos de evaluación de desempeño. La principal justificación para desarrollar técnicas de algoritmos distribuidos de scheduling con información local, es que una optimi-zación a nivel de Grid requiere un control centralizado y global, que no existe en un medioambiente descentralizado como una Grid heterogénea.

Los algoritmos, las políticas y los modelos de evaluación (performance) usados por un scheduler, afectan la calidad de la solución, por lo que es fundamental disponer de información de desempeño real y en tiempo real de las Grids en forma local, para que un algoritmo distribuido pueda asignar su carga de trabajo en forma rápida y segura, reduciendo la latencia en la toma de decisión.

El trabajo incluye el estudio y desarrollo de un bróker, para asignar cargas de trabajos complejas sobre recursos computacionales que tienen sus propios schedulers. El objetivo del broker es optimizar la carga de trabajo (workload) en la Grid.


Un Algoritmo Eficiente de Membership para construir Confianza en Redes Peer to Peer

InvestigadorDr. Xavier Bonnaire F.


Ingeniería en Telecomunicaciones

› resumen

Las redes Peer to Peer tuvieron un crecimiento muy rápido durante los 4 ó 5 últimos años. A parte de las aplicaciones muy conocidas para compartir archivos, las redes Peer to Peer ofrecen una pla-taforma muy interesante para aplicaciones de computación científica, bases de datos, diseminación de informaciones, etc. Sin embargo, las redes Peer to Peer sufren de un problema muy conocido de confianza entre los nodos que forman la red. Este problemas de confianza viene del hecho que los nodos que forman una red Peer to Peer, son nodos completamente desconocidos y entonces sin nin-gún control sobre sus configuraciones y sus comportamientos. Las redes Peer to Peer deben entonces enfrentar un problema de gestión de nodos maliciosos y no confiables.

Varias soluciones existen para intentar construir confianza en los sistemas Peer to Peer, y hay mucha competencia en la investigación internacional para mejorar las soluciones existentes. Dentro del estado del arte, podemos destacar a los sistemas de reputación que permiten construir de forma completamente distribuida y auto-organizada un nivel suficiente de confianza, sin usar servidores centralizados. Estos sistemas son completamente escalables, lo que es una propiedad indispensable en cualquier red Peer to Peer. Tener un nivel suficiente de confianza en los nodos de la red, permite implementar aplicaciones a gran escala que aseguran una calidad de servicio de mucho más alto nivel.

7.3


1 3 8

Se entiende por calidad de servicio, el hecho de ser capaz de asegurar que un servicio se va a ejecutar de forma correcta y en un tiempo finito. Aplicaciones como las de computación científica que se usan, por ejemplo, en el ámbito del análisis de resultados de observaciones en astrofísica o en física cuántica, necesitan un grado importante de confianza para ejecutarse en una red Peer to Peer, y sabemos que los clusters y los grids están llegando al limite de la potencia que pueden entregar. Podemos citar también las aplicaciones de análisis del genoma o de difusión de informaciones confidenciales.

Sin embargo, los sistemas de reputación proveen solamente un servicio básico de gestión de confianza.

El objetivo principal de este proyecto es proponer una extensión de los sistemas de reputación para redes Peer to Peer, usando un algoritmo de Membership para construir un conjunto de los nodos lo más confiables en el sistema. Implementar un algoritmo de Membership es una tarea muy difícil en redes Peer to Peer, ya que el sistema contiene millones de nodos, y cada nodo conoce solamente una parte muy limitada del sistema global. Además, la presencia de nodos maliciosos y la dinamicidad del sistema aumenta aún más la dificultad.

Ser capaz de construir un grupo de los nodos más confiables de la red, permitirá implementar aplicaciones confiables usando solamente los nodos más confiables, para entregar el servicio de la aplicación.

La metodología que se usará para este proyecto consiste en:

Un estudio del estado del arte sobre los algoritmos de Membership en redes Peer to Peer.

El Diseño de un algoritmo de Membership integrado a un sistema de reputación, usando los resul-tados obtenidos durante la tesis de Magíster presentada por Erika Rosas.

Una evaluación del desempeño del algoritmo para construir el grupo de los nodos más confiables, y su resistencia a las fallas tradicionales en redes Peer to Peer.

Una comunicación de los resultados de investigación obtenidos en revistas o conferencias interna-cionales reconocidas en el tema.


Resúmenes Lingüísticos en Bases de Datos XMLInvestigadoresMg. Cecilia Reyes C.Mg. José Luis Martí L.

ÁreasIngeniería en ComputaciónIngeniería Industrial y de Sistemas

› resumen

Las organizaciones modernas requieren manejar grandes volúmenes de datos con diferentes for-matos y propósitos. Es así como las bases de datos (BD) relacionales han respondido en gran medida a esta necesidad, acumulando a lo largo del tiempo grandes cantidades de datos, organizados en tablas con filas de un mismo largo y columnas de un mismo tipo (numérico, alfabético, etc.). Pero surgen nuevos requerimientos, que buscan flexibilizar el almacenamiento para así poder manejar datos me-nos estructurados (documentos, imágenes, etc.), que permitan un intercambio de información entre distintos puntos, tan propio de aplicaciones Web como el comercio electrónico; para enfrentar esto, una alternativa son las BD XML que manejan documentos escritos en XML (eXtensible Markup Lan-guage), convertido en el estándar de hecho para estructurar e intercambiar datos sobre la Web.

› ›

›

›

7.4


1 3 9

El problema surge al querer recuperar lo almacenado, esté en una BD relacional o en una BD XML, y entregarlo como información a un usuario que tiene disponible un gran volumen de datos, y no tiene mayor claridad para expresar lo que desea recuperar, ni para interpretar adecuadamente los re-sultados de una búsqueda. Los lenguajes de consultas en el mundo relacional, generalmente basados en lógica de primer orden, se basan en un lenguaje como SQL que entrega como respuesta a una con-sulta un conjunto de datos estructurados. Pero si el usuario requiere una respuesta no estructurada, a partir de grandes cantidades de datos almacenados, por ejemplo en una BD del tipo Data Warehouse, muy útil para apoyar una toma de decisiones estratégica, existen alternativas como la teoría de la lógica difusa, expresada a través del manejo de resúmenes lingüísticos, que permiten obtener como respuestas descripciones concisas y consistente, con el contexto planteado por el usuario, sintetizadas en pequeños resúmenes textuales que reducen posibles confusiones de interpretación, muy presentes cuando se muestran como resultados grandes cantidades de información. Es así como en un sistema de ventas de una tienda virtual, la expresión “la mayoría de las ventas por Internet se realizan en días festivos”, constituye un resumen lingüístico que en forma concisa y con un cierto grado de impreci-sión, pero cercano a la realidad, expresa un resultado que puede permitir a un tomador de decisiones, ampliar las estrategias de ofertas en días festivos.

Según lo propuesto por investigadores del INRIA, liderados por Patrick Valduriez, en los resúmenes en BD relacionales pueden ser expresados en dos pasos:

› 1. reescribir los datos de la BD original en un vocabulario orientado al usuario (lenguaje natural),

› 2. usar un algoritmo que genere resúmenes lingüísticos como respuestas. Siendo la lógica difusa quien provee los fundamentos matemáticos para manejar estos dos pasos en una forma más efi-ciente y robusta, que lo que se puede lograr con la lógica de primer orden.

Tanto la lógica difusa como los resúmenes lingüísticos, han sido investigados y aplicados mayorita-riamente en BD relacionales. Nuestra propuesta busca evaluar su aplicación al ámbito de las BD XML, de tal manera de facilitar a un usuario Web analizar en forma más sencilla o más cercana al lenguaje natural, los resultados de su consulta. Aplicaciones de comercio electrónico por ejemplo, se verán fa-vorecidas ya que podrán sintetizar mejor los requerimientos del usuario, aumentar la capacidad de los motores de búsqueda para descubrir conocimiento desde documentos XML, y proveer una comunica-ción con el usuario en un lenguaje más cercano al humano.

El objetivo general del proyecto es adaptar algoritmos de búsqueda de documentos XML para que generen resúmenes lingüísticos, ampliando el uso actual de los resúmenes desde las BD relacionales a las BD XML.

La metodología a seguir consiste en las siguientes etapas:

› 1. Revisión del Estado del Arte.

› 2. Selección de los Algoritmos de Búsqueda.

› 3. Adaptación de los Algoritmos Seleccionados.

› 4. Validación de las Adaptaciones.

› 5. Cierre del Proyecto y Proyección.

Los resultados esperados serán las adaptaciones a los algoritmos y su validación en el ámbito del comercio electrónico, además de consolidar contacto con grupo de investigación francés experto en el tema.

En síntesis, las hipótesis a evaluar en este proyecto son:

› 1. La técnica de la lógica difusa aplicada a las BD XML permitirá generar resúmenes lingüísticos como actualmente lo permite en BD relacionales.


1 4 0

› 2. El comercio electrónico se verá favorecido con este tipo de técnicas, ya que gracias a ellas será posible una mejor interpretación de los requerimientos del usuario.

› 3. Los resúmenes lingüísticos usados para responder consultas en lenguaje natural desde BD relacional, serán también de gran utilidad en las consultas realizadas a BD XML.

› abstract

Nowadays, a great amount of data on the Internet is stored in XML format, which has become the standard for representing and exchanging data via the Web. On the other hand, Data Warehouses are consolidated as an essential repository for storing large volumes of data to support organizational decision making processes and summaries language as a tool to answer queries in natural language from relational databases.

The integration of these worlds is one of the objectives of this project. This is intended to achieve doing extensions to search algorithms for XML documents that generate linguistic summaries, in such a way to expand the current use of summaries from the relational database to XML database.


Algoritmos de Aprendizajes Flexibles y Robustos en Ambientes DinámicosInvestigadoresDr. Héctor Allende O.Dr.-Ing. Raúl Monge A.sr. carlos Valle

ÁreasIngeniería en ComputaciónMétodos Numéricos y Computación

› resumen

El importante desarrollo que ha experimentado las Tecnologías de la Información ha facilitado la tarea de digitalización y el almacenamiento de la información. En la última década ha nacido la ne-cesidad de extraer los patrones de las bases de datos ya sea para apoyar la toma de decisiones como también para extraer conocimiento acerca del fenómeno bajo estudio.

La naturaleza dinámica del ambiente de donde la información es extraída provoca que los patrones estén constantemente evolucionando y cambiando con el tiempo, esto puede generar desplazamiento o incluso nuevos conceptos.

Una manera conocida en la literatura de enfrentar el problema es a través de una arquitectura conocida como ensamblados de máquinas, la cuál puede implementarse ya sea en un solo procesador, o de manera distribuida. Para enfrentar este problema se propone incorporar flexibilidad a la arquitec-tura de los modelos para que así se pueda adaptar a nuevos escenarios, pero, a la vez, se adiciona al proceso de aprendizaje la capacidad de robustez frente a señales ruidosas.

En este proyecto se propone entregar los fundamentos teóricos que permitan construir algoritmos de aprendizajes que logren una buena aproximación y generalización mediante la incorporación de las capacidades de Robustez y Flexibilidad al algoritmo. Finalmente se propone un modelo alternativo al de Mapas Auto-Organizativos para mostrar empíricamente las capacidades de Robustez y Flexibilidad incorporadas frente a cambios topológicos en los datos.

7.5


1 4 1

Los modelos desarrollados serán validados mediante estudios experimentales con datos sintéticos y reales obtenidos de sitios que contienen datos benchmarks.

› abstract

The significant development shown by Information Technology (IT) in the last decade, has facilitated the task of scanning and storing information. The need to extract the patterns of databases has increased enormously this last years, either to support decision-making as well as to extract knowledge about the phenomenon under study.

The dynamic nature of the environment where information is extracted causes the patterns to constantly evolve and change in time; this can generate displacement or even new concepts. One way known in the literature to confront the problem is through an architecture known as the assembled machines, which can be implemented either in a single processor, or distributed. To address this problem, flexibility must be incorporated to the architecture of the models so that.


Generación Semi-Automática de Cursos para Transferencia Metodológica de Ingeniería de Software

InvestigadoresPh.D. Hernán astudillo r.Ph.D. Marcello Visconti Z.

M.sc. carlos Becerra c.M.Sc. Claudia López M.

ÁreaIngeniería en Computación

› resumen

El proceso de transferir conocimiento y mejores prácticas desde la comunidad de expertos a la industria de desarrollo de software, tiene un cuello de botella: los numerosos textos y material didác-tico existente no son usables como fuentes directas sino sólo como referencia, lo que redunda en una vasta biblioteca que no se deja leer sin ayuda especializada, y se ha constatado que no basta con me-ramente automatizar texto y relaciones. Para implantar y adoptar buenas prácticas, empresas grandes contratan consultores que identifiquen las rutas más adecuadas a cada lector, pero este enfoque es infactible para PyMEs, ya que los consultores son escasos y caros.

Este grupo de investigación elaboró (junto al 3IE) el Proyecto Tutelkan (financiado por Innova Chile en 2007 y 2008), apostando que el cuello de botella se puede superar con aplicaciones especí-ficamente diseñadas sobre tecnologías socio-textuales (Web Social y Web Semántica), para permitir a usuarios la manipulación directa (identificación, recopilación, evaluación y adaptación, todo ello colaborativo), de los conceptos clave a ser transmitidos (“elementos de proceso”). Aunque exitoso en general, se ha constatado que ciertas audiencias serían mejor servidas con enfoques tradicionales de lectura (a saber, manuales y tutoriales); se hipotetiza razones cognitivas que van desde hábito (leer texto vs. explorar redes de conceptos) a nivel de abstracción. Desafortunadamente, caracterizar estas audiencias y desarrollar herramientas para ellas escapa al ámbito original del proyecto Tutelkan.

El proyecto que aqui se propone caracterizará las audiencias que elaboran y consumen textos, y los textos que normalmente usan, y desarrollará una técnica para la generación semi-automática de

7.6


1 4 2

esqueletos y versiones de textos. Se tomará como punto de partida una técnica originalmente desa-rrollada por el grupo de investigación para sintetizar descripciones de sistemas (ver publicaciones del grupo), y será adaptada a la descripción y síntesis de procesos (en vez de componentes de código). Es decir, en vez de un enfoque orientado a la manipulación directa de elementos de proceso, se apoyará la manipulación de textos acerca de procesos.

[Objetivos Globales]:

Elaborar un enfoque para transferencia metodológica (expecíficamente, de procesos de desarro-llo de software), basado en la construcción semi-automática de textos a partir de micro-elementos textuales multi-mediales (textos convencionales, transparencias, videos, audio, etc.).

[Metodología]:

Como todo proyecto informático complejo moderno, el problema será abordado en forma ite-rativo-incremental. Para cada resultado a obtener (ver resultados), se identificará dependencias con otros resultados, se propondrá resultados intermedios que permitan evaluar ajuste al plan y obtener feedback sobre la correctitud general de los supuestos, y se asignará miembros del equipo (actuales y/o adicionales) a resultados específicos. Se pondrá particular énfasis en resultados intermedios publi-cables y en resultados finales empíricamente verificables (y por ende publicables).

Desarrollar la plataforma, elaborar contenidos usando la ontología definida, aplicar esos conteni-dos en realidades prácticas, experimentar y evaluar la aplicación.

[Resultados]:

Modelo multidimensional para caracterizar textos de transferencia metodológica de procesos de desarrollo de software (TM-PDS).

Modelo multidimensional para caracterizar artefactos componibles en textos.

Una colección de artefactos multi-mediales sobre PDS, relativamente simples y componibles.

Técnica cuantitativa para generar (esqueletos de) textos candidatos a partir de artefactos componibles.

Ejemplo concreto (escenario de uso) para validar factibilidad del enfoque.

Propuesta para validación empírica del enfoque (el plazo de un año de este proyecto no permite diseñar y realizar experimentos sobre una técnica aún no formulada).

› abstract

This Project will characterize the audiences that elaborate and consume texts, and the texts that they normally use, and will develop a technique for semi-automatic generation of text skeletons and versions. The starting point is a technique originally developed by this research group to synthesize systems descriptions, and will be adapted to processes description and synthesis (instead of software components). Hence, instead of an approach for direct manipulation of process elements, we will support the manipulation of texts about processes.

[Goals]:

Elaborate an approach for methodological transference (specifically, of software development processes), based on the semi-automatic construction of text starting from text- and multi-media micro-elements (conventional texts, slides, videos, audio, etc.).

›

› › › › ›


1 4 3


Ambiente Gráfico para el Análisis de la Resolución en Técnicas de Ramificación y Acotamiento en Programación Entera

InvestigadoresDr. carlos castro V.

Dr.-Ing. Hubert Hoffmann N.Dr. Eric Monfroy

Sr. Broderick Crawford


Ingeniería Industrial y de Sistemas

› resumen

La programación entera consiste en la determinación de la mejor solución (asignación de valores para un conjunto de variables que solamente pueden tomar valores enteros), con respecto a un cri-terio de optimización satisfaciendo un conjunto de restricciones. Estos problemas han sido utilizados para resolver problemas industriales, que involucran la asignación de recursos entre diversas tareas y han sido ampliamente estudiados por la comunidad de Investigación de Operaciones, usando méto-dos basados en la estructura matemática de los problemas. Las técnicas más eficientes disponibles actualmente se basan en un esquema de ramificación y acotamiento, donde diversas decisiones a priori determinan estáticamente las estrategias que son cruciales para el rendimiento de la resolución. Sin embargo, el efecto de las estrategias es generalmente impredecible. En este proyecto, se propone analizar el rendimiento de los diversos criterios, con el fin de cambiar dinámicamente las estrategias que muestran malos rendimientos y mantener aquellas que muestran buenos rendimientos. Conside-rando toda la información generada durante la ejecución, se propone desarrollar una interfaz gráfica para, por un lado, ver el comportamiento de las métricas y los valores definidos con el fin de evaluar el desempeño de las estrategias, y por otro lado, disponer de una manera fácil de especificar las estra-tegias usadas para resolver un problema dado. Este ambiente permitirá llevar a cabo una resolución semi-automática de los problemas: el usuario podría escoger dónde continuar la búsqueda y qué estrategias aplicar, todo esto durante el proceso de resolución.

› abstract

Integer Programming aims to obtain the best solution (assignment of values for a set of variables that can only take integer values), with respect to an objective function satisfying a set of constraints. These problems have been used to solve industrial problems involving the assignment of resources to different tasks and they have been widely studied by the Operations Research community using methods based on the mathematical structure of the problems. The most efficient techniques currently available are based on the Branch and Bound approach, where several decisions are taken a priori determining staticaly the strategies that are crucial for the performance of the resolution. However, the performance of the strategies is generally unpredictable. In this project, we propose to analyse the performance of several criteria in order to change dynamically strategies showing bad performance and to continue applying strategies showing good performance. Considering the information generated during the resolution process, we propose to develop a graphical interface in order to, on one hand, visualise the values of the metrics and the values defined to evaluate the performance of the strategies used to solve a given problem, and, on the other hand, to specify strategies in an easy way to solve the problems. This environment will allow to carry out a semi-

7.7


1 4 4

automatic resolution of the problems: the user will be able to chose where to continue the search and which strategy to apply, all of that during the resolution process.


Computación de Alto Desempeño en Ciencias e IngenieríaInvestigadoresDr. luis salinas c.Ph.D. oscar orellana E.Dr. Gonzalo Hernández O. (Universidad de Chile)Mg. Javier Cañas R.Ph.D. Fernando carvajal g.Mg. Werner Kristjanpoller R.Dr. yuri ivanovSr. Guillermo OyarzúnSr. Luis Arévalo

ÁreasMétodos Numéricos y ComputaciónIngeniería en Computación

› resumen

Este proyecto pertenece a la amplia área de investigación de la Computación Científica, considerada como el campo de estudio que se ocupa de de la construcción de modelos matemáticos y técnicas de solución numéricas, de la simulación de procesos y fenómenos físicos (i.e., fenómenos reales), y del uso de los computadores para analizar y resolver problemas en las ciencias y la ingeniería.

Este proyecto también pertenece al campo denominado Computación de Alto Desempeño en “clusters”. La noción de computación de alto desempeño, por lo general, se asocia a la computación aplicada la investigación científica. Los “clusters” de alto desempeño se implementan principalmente para obtener una mayor eficiencia por la vía de distribuir las tareas computacionales entre los dife-rentes nodos del “cluster”, y se utilizan más comúnmente en la Computación Científica.

En este proyecto se investigará un cierto número de problemas que aparecen en áreas específicas de las Ciencias y de la Ingeniería. El equipo de investigación de este proyecto incluye un cierto número de estudiantes de postgrado (M.Sc. y Ph.D.). Los problemas específicos a estudiar en este proyecto son:

› 1. Física de altas energías y computación de alto desempeño.

› 2. Dinámica de fluidos computacional y computación de alto desempeño.

› 3. Modelo de fragmentación n-ario con interacción del entorno.

› 4. Computación de alto desempeño y teoría de funciones.

› 5. Computación de alto desempeño y odontología.

› 6. Computación de alto desempeño y finanzas computacionales.

› abstract

This is an interdisciplinary research project built around a new computational facility (a cluster) installed recently at the UTFSM. The project belongs to the wide research area of Scientific Computing, considered as the field of study concerned with the construction mathematical models and numerical solution techniques, simulation of processes and physical (i.e., real world) phenomena, and the use of computers to analyze and solve scientific and engineering problems.

7.8


1 4 5

This project also belongs to the field called High Performance Cluster Computing. The term high performance computing (HPC) refers mainly to the use of (parallel) supercomputers and computer clusters. The term is most commonly associated with computing used for scientific research. High-performance clusters are implemented primarily to provide increased performance by splitting a computational task across many different nodes in the cluster, and are most commonly used in Scientific Computing.

A number of problems appearing in specific areas of Sciences and Engineering will be under research within the frame of this proposal. The research team supporting the present Project also includes a number of graduate students (M. Sc. and Ph. D. students) The specific problem areas under research in this project are:

› 1. High Energy Physics and High Performance Cluster Computing.

› 2. Computational Fluid Dynamics and High Performance Computing.

› 3. n-ary Fragmentation Model with Neighborhood Interaction.

› 4. High Performance Computing and Function Theory.

› 5. High Performance Computing and Odontology.

› 6. High Performance Computing and Computational Finance.


Ensemble Learning Strategies for High-Dimensional and Non-Stationary Data

InvestigadoresDr. Héctor Allende O.

Mg. Carolina Saavedra R.Mg. José Salas F. (Universidad de Valparaíso)


Métodos Numéricos y Computación

› resumen

Los métodos de máquinas de aprendizaje han adquirido una gran importancia en las últimas dé-cadas, no obstante los grandes avances logrados en este campo, las nuevas tecnologías de adquisi-ción y procesamiento de datos han producido nuevos desafíos en esta disciplina. El presente proyecto se centra principalmente en resolver dos de estos desafíos: La alta dimensionalidad de un espacio y datos no estacionarios. Los datos altamente dimensionales son comunes en diversos problemas del mundo real, tales como: bioinformática, minería de textos y procesamiento de imágenes. Actualmen-te, los métodos máquinas de aprendizaje han presentado algunas dificultades para manejar este tipo de datos, debido a la presencia de un gran número de características o variables de entrada. Por otro lado, también existen escenarios donde los datos llegan de forma continua en lotes de observaciones. Cuando la distribución subyacente de las observaciones difiere entre los lotes de observaciones (con-cept drift), los algoritmos deben ser capaces de reaccionar continuamente a los nuevos conocimientos y a los cambios sin perder los conocimientos adquiridos anteriormente. Este problema se conoce como el dilema de la plasticidad-estabilidad.

Nuestra propuesta para enfrentar estos problemas consiste en diseños de modelos simples los que combinados pueden aumentar la exactitud y desempeño. Nuestro objetivo es demostrar que un pro-blema fundamental en el diseño de este tipo de modelos es definir el nivel de cooperación entre las diferentes máquinas de aprendizaje. Lo cual podría ser evaluado definiendo alguna medida adecuada de diversidad.

7.9


1 4 6

El objetivo es diseñar estrategias de ensamblados de máquinas de aprendizaje que proporcionen una buena generalización para espacios altamente dimensionales y además puedan ser adaptados dinámicamente para ser utilizados en concept drift.

Nuestra hipótesis fundamental es que es posible el diseño de estas estrategias mediante la explotación de medidas de diversidad o generando métodos para obtener diversidad entre los elementos que com-ponen el ensamblado. En nuestra búsqueda hemos identificado los siguientes temas de investigación:

› 1. Estudio de la diversidad de datos que dependen de las medidas que podrían explícitamente ser optimizadas para obtener una buena generalización. Creemos que este podría basarse en la correlación negativa, principio que hemos propuesto en trabajos anteriores (Ñanculef y el Valle de 2006; Allende y Ñanculef 2006).

› 2. Estudio de métodos de generación de diversidad para implícitamente generar cooperación entre el conjunto de las máquinas de aprendizaje. La habilidad de algunas técnicas de re-muestreo o partición de datos puede ser crítica para estabilizar el proceso de aprendizaje del algoritmo en espacios altamente dimensionales.

› 3. Caracterización de las propiedades teóricas (en relación con la capacidad de generalización) de los ensamblados de algoritmos para enfrentar el problema de alta dimensionalidad.

› 4. Generar modelos estadísticos del aprendizaje incremental para el diseño y evaluación de al-goritmos que resuelvan los problemas presentados anteriormente. Específicamente es necesario detectar y representar cuantitativamente la información existente dentro los datos entrada, me-diante la cooperación de cada máquina de aprendizaje.

Los métodos generados bajo el marco de este proyecto serán evaluados utilizando problemas de datos conocidos, también llamados benchmarks. Así como bases de datos reales de interés regional, como por ejemplo El Niño (Hettich and Bay 2006). En el futuro también se pretende incorporar aplica-ciones de microarrays de análisis de datos. Este tipo de problemas son claramente de gran dimensio-nalidad y se puede aprovechar la capacidad para manejar datos de forma incremental.

› abstract

Machine learning methods have gained considerable importance in the last decades, but in spite of the significant advances achieved by the field, new technologies of data processing and acquisition puts new challenges to the discipline. In this project we are mainly focused in two of such problems: high-dimensional spaces and non-stationary data. High-dimensional spaces are common in various real-world problems, such as: bioinformatics, text analysis and image processing. Current machine learning techniques however, often have difficulties to handle this type of data due to the well-known curse of dimensionality. On the other hand, scenarios where data continuously arrive in batches of observations are also common in practice. When the distribution underlying the observations differ between batches (concept drift) algorithms must be capable to react continuously to new knowledge and changes in the current concepts without losing previously acquired knowledge, problem known as the plasticity-stability dilemma.

Our proposal to overcome these problems consists in designing methods to select and combine multiple simple models in order to increase the accuracy of a single global one. We are aimed to demonstrate that a fundamental issue when designing this type of models is the level of cooperation reached between the different learners, which could be assessed defining appropriate diversity measures. The goal is to design ensemble learning strategies that provide good generalization in high-dimensional spaces and could be dynamically adapted to concept drift.


1 4 7

Our fundamental hypothesis is that it is possible to design such strategies by exploiting explicit diversity measures or implicit diversity generation methods. In our quest we identify the following (non-independent) research issues:

› 1. Study of data dependent diversity measures that could be explicitly optimized to obtain good generalization. We believe that this could be based in the local negative correlation principle we have proposed in previous works (Ñanculef and Valle 2006; Allende and Ñanculef 2006).

› 2. Study of diversity generation methods to implicitly generate cooperation on the set of learners. We think that the ability of some data sampling schemes as well as data partition to implicitly regularize could be critical to stabilize the learning process in high-dimensional spaces.

› 3. Characterization of the theoretical properties (concerning the generalization ability) of ensemble algorithms to deal with high-dimensional spaces.

› 4. Statistical modelling of the incremental learning setting and the concept drift problem to design and evaluate ensemble algorithms in this framework. Specifically it is necessary to detect and quantitatively represent the novel knowledge that new data contain and that each learner must contribute to handle.

We propose to test our methods with well-known benchmarks problems as well as real data sets of regional interest such as El Niño Data (Hettich and Bay 2006). In the future we also plan to incorporate applications to microarray data analysis. These type of problems are clearly high-dimensional and may benefit from the ability to handle data incrementally.


Diseño de Estrategias Dinámicas integrando Programación con Restricciones y Metaheurísticas para

resolver Problemas de Optimización CombinatorialInvestigador

Dr. carlos castro V.


Ingeniería Industrial y de Sistemas

› resumen

Los problemas de satisfacción de restricciones consisten en la asignación de valores a un conjunto de variables de manera de satisfacer un conjunto de restricciones. La resolución de estos problemas incluye la búsqueda de una solución, todas las soluciones o la demostración de la no existencia de so-luciones. Cuando existen varias soluciones factibles, otro problema consiste en encontrar aquella solu-ción que optimiza un criterio, generalmente llamado función objetivo. En este caso, se habla de pro-blemas de optimización con satisfacción de restricciones. En particular, cuando se trabaja con variables que pueden tomar valores dentro de un conjunto finito de posibilidades, se habla de problemas de op-timización con satisfacción de restricciones en dominios finitos. Estos problemas son ampliamente uti-lizados para resolver problemas industriales que tratan la asignación de recursos entre diversas tareas. Por un lado, estos problemas han sido ampliamente estudiados por la comunidad de investigación de operaciones usando métodos basados en la estructura matemática de los problemas. Por otro lado, desde los años 1970, estos problemas han sido estudiados por la comunidad de inteligencia artificial,

7.10


1 4 8

usando técnicas basadas en el análisis de la consistencia de las restricciones, lo que permite eliminar valores que las variables no pueden tomar en las soluciones que satisfacen el conjunto de restriccio-nes. Este análisis local de las restricciones, combinado con una enumeración exhaustiva de los valores para las variables, produce técnicas completas que aseguran la optimalidad global de las soluciones cuando éstas pueden ser obtenidas en tiempos razonables. Las herramientas de software desarrolla-das utilizando este enfoque para resolver las restricciones, los solvers, fueron integradas en los años 1980 en los lenguajes de programación lógica, dando origen al paradigma de la programación lógica con restricciones. En los últimos años, un enfoque opuesto, que aplica métodos incompletos, ha sido aplicado para obtener buenas soluciones rápidamente. Usando este enfoque, una solución inicial es mejorada hasta que no se encuentran mejores soluciones o bien se alcanza una cantidad máxima de iteraciones. Las técnicas de hill climbing, tabu search, simulated annealing, y los algoritmos genéticos son ejemplos de este tipo de técnicas, llamadas meteheurísticas, donde la optimalidad es obtenida sólo de manera local. En este proyecto, nosotros estudiamos diversos esquemas para combinar estos dos enfoques con el fin de integrar las ventajas de cada uno, para resolver problemas difíciles de opti-mización combinatorial. El objetivo principal de este proyecto es comprender mejor cómo pueden ser aprovechadas las ventajas de cada técnica. Nosotros estudiamos la integración de estas técnicas desde el punto de vista de la colaboración de solvers en orden a producir algoritmos híbridos eficientes. Las técnicas de programación con restricciones y las metaheurístiucas, son aplicadas independientemente para resolver benchmarks estándares y problemas reales, y basados en el análisis de cada una, se pro-ponen nuevos algoritmos híbridos implementando estrategias dinámicas que intentan aprovechar las ventajas de ambas técnicas en la resolución de problemas difíciles de optimización combinatorial.

› abstract

Constraint Satisfaction Problems involve the assignment of values to a set of variables in such a way that a set of constraints is satisfied. Solving these problems involves to find one solution, all solutions or prove that the set of constraints is unsatisfiable. When are several feasible solutions, another problem is to find the solution that optimizes some criterion, generally called the objective function. In this case, we talk about Constraint Satisfaction Optimisation Problems. In particular, when we are dealing with variables that can only take values from a finite set we talk about Constraint Satisfaction Optimisation Problems over Finite Domain or Combinatorial Optimisation Problems. These problems are widely used for solving industrial problems that deal with the assignment of resources among several tasks. On one hand, they have been deeply studied by the operational Research community using methods based on the mathematical structure of the problems. On the other hand, since the seventies, these problems have been studied by the Artificial Intelligence community using techniques based on the analysis of consistency of the constraints that allows to eliminate values that the variables cannot take in any solution satisfying the set of constraints. This local analysis of the constraints combined with the exhaustive enumeration of the values for the variables produce complete techniques that ensure global optimality of the solutions when they can be obtained in reasonable times. The software tools developed using this approach for solving constraints, the solvers, were integrated in the eighties in Logic Programming Languages originating the Constraint Logic Programming paradigm. In the last years, an opposite approach, that applies incomplete methods, has been applied in order to obtain good solutions quickly. Using this approach, an initial solution is improved until it cannot be improved anymore or a number of iterations is reached. Hill Climbing, Tabu Search, Simulated Annealing, and Genetic Algorithms are examples of this kind of techniques, called Metaheuristics, where optimality is only obtained locally. In this project, we study several schemes for combining these two approaches in order to integrate the advantages of each one when solving hard Combinatorial Optimisation Problems. The main objective of this project is to better understand how we can profit of the advantages of each technique. We study their integration from the point of view of the collaboration of solvers in order to produce efficient hybrid algorithms. Constraint Programming and Metaheuristics techniques are applied independently for solving standard benchmarks and real-life problems and, based on the


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analysis of each one, new hybrid algorithms implementing dynamic strategies are proposed in order to profit of the advantages of both techniques when solving hard Combinatorial Optimisation Problems.


Teoría de Funciones Computacional y GeométricaInvestigadores

Dr. luis salinas c.Dr. Gonzalo Hernández O. (U.T.F.S.M., U. Chile, U. de Valparaíso)

Dr. Stephan Ruscheweyh (University of Wurzburg, Alemania)

Áreaanálisis

Métodos Numéricos y Computación

› resumen

El objetivo de la investigación cubierta por la presente propuesta es estudiar varios problemas específicos de la Teoría de Funciones donde ciertos aspectos computacionales constituyen el núcleo de los principales esfuerzos. Los aspectos computacionales aparecen en al menos tres sectores esen-cialmente diferentes pero relacionados: el uso del álgebra computacional para estudiar y manipular expresiones complicadas, la experimentación numérica de conjeturas no resueltas, y la evaluación de la calidad y eficiencia de los algoritmos numéricos y computacionales propuestos. En el presente proyecto se plantean problemas en cada uno de los tres sectores. Estos problemas constituyen, por sí mismos, importantes cuestiones teóricas y, en muchos casos, grandes generalizaciones de resultados y teorías conocidas. El programa de trabajo de este proyecto, además de introducir nuevas preguntas, constituye una continuación de las investigaciones en la misma área, desarrolladas intensamente por varios autores, a nivel mundial, y también por St. Ruscheweyh y L. Salinas en el marco de otros proyec-tos de investigación FONDECYT. Los principales problemas en discusión en el presente proyecto son:

› 1. Multiplicadores convexos universales.

› 2. La conjetura de Brannan.

› 3. El problema del rango maximal.

› 4. Funciones de tipo “close-to-convex” por secciones y criterios de univalencia.

› 5. Conjeturas de Robinson.

› 6. Ceros de polinomios hipergeométricos.

Otros objetivos importantes del presente proyecto son:

a) la transferencia de métodos y resultados de la teoría de las transformaciones conformes al campo de la Gráfica Computacional; y

b) la aplicación de los métodos y resultados del Análisis Complejo a la Computación Científica, especialmente a problemas de la Ingeniería y de la Física. Este proyecto incluye la educación formal de investigadores jóvenes, al nivel de Magister, en el campo de los Métodos Computacionales y la Teoría de Funciones, con sus aplicaciones a la Ingeniería y la Física.

› abstract

The aim of the research covered by this proposal is to study several specific problems in Geometric Function Theory, with certain computational aspects as a point of main efforts. This latter aspect

7.11


1 5 0

can appear in at least three essentially different (although overlapping) forms: the use of computer algebra to study and manipulate complicated expressions, the numerical test of unsolved conjectures, and the work on numerical algorithms in the sense of testing their quality and efficiency. We propose problems in each of these three branches, which are in themselves important theoretical questions and, in most cases, far-reaching generalizations of known results and theories. This program, besides introducing new questions, also implies the continuation of our research in some areas which have been under intense consideration in the last couple of years, for instance under previous FONDECYT Projects by L. Salinas and St. Ruscheweyh, and by a number of other authors as well. The main problems to be discussed in the present project are:

› 1. Universal convex multipliers.

› 2. The Brannan conjecture.

› 3. The maximal range problem.

› 4. Piecewise close-to-convex functions: a new criterion for univalence.

› 5. Robinson’s conjectures.

› 6. Zeros of hypergeometric polynomials.

Additional important goals of the present project are:

a) the transference of methods and results of the theory of conformal mappings to the field of Computer Graphics; and

b) the application of Complex Analysis methods and results to Scientific Computing, specially to problems in Engineering and Physics. This project includes the formal education (M.Sc. degree) of young research assistants in the field of Computational Methods and Function Theory and their applications to Engineering and Physics.


Self-Adaptive Bio-Inspired Hybrid Techniques for Hard Combinatorial OptimizationInvestigadoresDra. María Cristina Riff R.Dr. Xavier Bonnaire F.

ÁreaIngeniería en Computación

› resumen

El objetivo de este proyecto es modelar y resolver problemas combinatoriales de gran tamaño usan-do técnicas híbridas auto-adaptivas inspiradas en la biología como los algoritmos evolucionistas, siste-mas inmunes artificiales y los algoritmos de enjambres de partículas. Se centra la atención en problemas donde las técncias completas no son capaces de encontrar una solución en un tiempo razonable.

Las técnicas bio-inspiradas han mostrado ser individualmente eficientes en encontrar soluciones cer-canas al óptimo para muchos problemas combinatoriales. Sin embargo, se ha detectado en investiga-ciones previas que no es posible concluir la supremacía de una técnica con respecto a otra, ya que su eficiencia es dependiente del problema a resolver, sus parámetros y también de las consideraciones de diseño. Este proyecto se centra en versiones híbridas de los algoritmos potenciando los beneficios indivi-duales que han mostrado las técnicas bio-inspiradas.

7.12


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› abstract

The goal of this project is modelling and solving large combinatorial problems by using self-adaptive hybrid bio-inspired techniques as evolutionary algorithms, immune artificial systems and swarm algorithms. We are especially interested in problems where complete techniques (i.e. linear programming, constraint programming, branch and bound) are not able to find a solution in a reasonable amount of computational time.

Bio-inspired techniques (BIT) have individually shown to be efficient to find a near-optimal solution for many combinatorial problems. However, we have remarked, in our previous research, that we cannot conclude that any bio-inspired technique is better than another one, because their performance is inherent to the problem to be solved, their parameters and also to design considerations.

The hybridization of optimization bio-inspired methods is an open research area as it is claiming in the IEEE International Conference on Evolutionary Computation (Singapur, 2007). It allows the cooperation of complementary different methods. For instance, the cooperation between a genetic algorithm and an immune artificial system allows to take advantage of the inheritance process of a genetic method to find the near-solution(s) in a sub-space, and the diversification process of the immune system in reducing the search space to explore. In this context, different types of cooperation may be proposed.


Elucidation of the First Regulatory Oligopeptides in GrapeInvestigador

Dr. Alexander Zamyatnin

ÁreasBioquímica

Biotecnología

› abstract

Natural oligopeptides consisting of from 2 to 50 amino acid residues may regulate nearly all vital processes. To date, the chemical structures of more than 7000 oligopeptides have been identified from more than 1300 organisms representing all the biological kingdoms. Among them approx. 500 plant oligopeptide structures have been described in scientific literature. These peptides regulate genes for cell division, development, reproduction, nodulation, defense, etc. Although it is well known that a lot of plants contain different regulatory oligopeptides in their different tissues (seeds, leaves, roots, etc.) the currently information is available still very limited. For instance, no information is available on the presence of regulatory oligopeptides in fruit trees or other important cultivars for the national private sector like grape, peach, apple, avocado or others. We intend to cover this field and to find the first potential oligopeptides in different grape species. So, the general goal of this Project is for the first time to establish amino acid sequences of grape regulatory oligopeptides and to elucidate their potential functional properties.

The main method of this Project is to perform the computer analysis of the information of the DEGECHIVID (Development of plant Genomic in Chile in grape (Vid)) and public databases on grape genes and proteins, to use service modules of our EROP-Moscow (Endogenous Regulatory OligoPeptides) database, and several specialized computer programs for getting and analyze information on grapevine.

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Scientific research will be consisted of two stages. The first one will be devoted to the creation of a specialized database for potential grape oligopeptide candidates. It will be performed by means of the computer analysis of nucleotide sequences and translated amino acid sequences of different grape species contained in DEGECHIVYD database and other public databases in order to establish amino acid sequences of potential regulatory oligopeptides. The extraction oligopeptide primary sequences from databases will be performed by computer search for natural sequences containing not more than 50 amino acid residues. They can be obtained using two methods which will be used. One of them is to find these short sequences in long amino acid sequences (precursors) between flanked groups (arg-arg, arg-lys, lys-arg or lys-lys), which are common sites of enzymatic cleavage of precursors. The other one is to find known plant oligopeptide sequences (from EROP-Moscow database) or their fragments in grape databases.

On the next stage it will be performed the computer comparison of primary structures of all found grape oligopeptides with each other by means of specific alignment procedure and as a result structural families of potential grape oligopeptides will be formed. The same procedure will be carried out for grape oligopeptides and oligopeptide structures containing in EROP-Moscow database. This way permits to determine to which structural-functional family grape oligopeptides belong. So, the functional classes of grape oligopeptides will be elucidated. Except for this we shall analyze physicochemical features of potential grape oligopeptides such as presence of charge (positive and negative), cyclic, and other specific chemical radicals. Our previous researches demonstrate that different functional classes of regulatory oligopeptides are characterized by different sets of chemical radicals and physical characteristics. This way will also permit to classify grape oligopeptides by their functions.

It is possible that as a result many thousands potential oligopeptide candidates may be found. But the complete analysis of their structural and functional properties will diminish this number many times per one grape species. There is very high probability that several antimicrobial (against bacteria, fungi, viruses, or insects) oligopeptides will be found among them.

The most perspective oligopeptide structures will be recommended for synthesis, biological testing and use in grape cultivars.

It is clear and very important that such theoretical way is more cheap than experimental one.


Autómatas Celulares Conservativos y su Representación por PartículasInvestigadoresDr. Andrés Moreira W.Dr. Eric goles ch.

ÁreasInformática Teórica (o matemática discreta)Autómatas Celulares

› resumen

Los autómatas celulares (AC) son un tipo de sistema dinámico discreto homogéneo y distribuido, con variadas aplicaciones de modelamiento, además de ser interesantes como objeto matemático. Un grupo de AC que ha recibido interés los últimos años es la de aquellos que conservan alguna propie-dad aditiva (por lo general, la suma de los estados de las celdas) a través de su dinámica; una gene-ralización natural son los AC monótonos, donde la cantidad aditiva puede variar monótonamente. Muchas preguntas relativas a los AC conservativos y monótonos están aún abiertas, incluyendo varias relacionadas con su representación a través de sistemas de partículas (agentes simples). Este proyecto ataca varios de los frentes abiertos, a través de estudio teórico y exploración computacional de estos AC; se pueden desglosar sus objetivos en tres ejes. El primero ataca las preguntas de caracterización

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de propiedades y representación por partículas, para los casos y dimensiones en que siguen abiertas. El segundo es el estudio experimental (fenomenológico) de las propiedades de los AC conservativos y monótonos, y de la relación con otras propiedades de AC. Finalmente el tercero busca generalizar las definiciones y teoremas hacia nociones más generales de “partículas”, y entender la relación entre la dinámica de partículas y el flujo y/o procesamiento de información en el sistema.

› abstract

Cellular automata (CA) are a kind of homogeneous and distributed discrete dynamical system, with a variety of application in modeling, besides being interesting as mathematical objects. A group of CA which have been researched in the last years are those which preserve some additive property (usually, the sum of the cells’ states) throughout their dynamics; a natural generalization are monotone CA, where the additive property can vary monotonically. Many questions about conservative and monotone CA remain open, including several related to their representation in terms of particle systems (simple agents). This project deals with several of the open fronts, through theoretical study as well as computational exploration; the objectives can be grouped along three axes. The first attacks the questions of property characterization and particle representation for the cases and dimensions where they remain open. The second is the experimental (phenomenological) study of the properties of conservative and monotone CA, and the relation with other CA properties. Finally, the third is the attempt to generalize defintions and theorems towards more general notions of “particles”, and to understand the relation between particle dynamics and the flow and/or processing of information in the system.


Contexta: Plataforma de Integración Semántica y Manejo Contextual de Colecciones Heterogéneas Distribuidas

InvestigadorPh.D. Hernán astudillo r.

Dr.-Ing. Raúl Monge A.Dr. Javier Pereira (Universidad Diego Portales)

Dr. Kurt Engelmeier (U. Schmalkalden, Alemania)

ÁreaTecnología de la Información y Comunicación

› resumen

Datos, Información, Conocimiento y Sabiduría son los escalones de la conocida Jerarquía del Cono-cimiento: Datos son meras observaciones, Información son las relaciones entre datos, y Conocimiento es el uso de información para la acción. Conocimiento conlleva contexto personal (circunstancia e intención). En años recientes han surgido muchas técnicas y herramientas para adquirir y gestionar conocimiento, especialmente en ambientes corporativos; estas soluciones típicamente requieren uni-formizar definiciones y centralizar contenidos, y muchas veces demandan control total para indexación y manipulación o bien se limitan a tratamiento estadístico más que de ítems individuales. En algunos dominios, la extracción de conocimiento a partir de información es doblemente compleja porque la información y su contexto (los 2 elementos para generar conocimiento) están dispersos física e institu-cionalmente, y fuentes y documentos son heterogéneos a múltiples niveles, desde formatos hasta polí-ticas de uso. Ejemplos destacados son museos y archivos de una misma localidad (buscando presenta-ción integrada de acervos para fines educacionales o turísticos); instituciones financieras (tratando de detectar lavado de dinero); aseguradoras (tratando de prevenir y detectar fraude); e instituciones de prensa (investigando y contextualizando artículos). Este proyecto se orienta a integrar y contextualizar

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información en dominios con gran dispersión, autonomía y heterogeneidad. Su producto principal es una plataforma (middleware) para integrar fuentes de datos distribuidas con políticas de uso heterogé-neas, proveer acceso uniforme pese a sus múltiples medios y formatos, permitir manejo relacional (se-mántico) de estos datos, y habilitar contextualización personalizada de uso (incl. dispositivos móviles). Sobre esta plataforma habrá un conjunto inicial de aplicaciones de alto impacto, que serán comerciali-zadas. Futuras extensiones podrán ser hechas por terceros en un ecosistema informático.

› abstract

Data, Information, Knowledge and Wisdom are the steps of the wellknown Knowledge Hierarchy: Data are mere observations, Information is the relations between data, and Knowledge is the use of information for action. Knowledge entails personal context (circumstance and intention). In recent years many techniques and tools have arisen to acquire and to manage knowledge, specially in corporate environments; these solutions typically require uniformizing definitions and centralizing contents, and often demand total control for indexing and manipulation or are limited to statistical treatment rather than of individual ítems. In some dominions, the extraction of knowledge from information is doubly complex because information and its context (the 2 elements to generate knowledge) are dispersed physically and institutionally, and sources and documents are heterogenous at multiple levels, from formats to use policies. Outstanding examples are museums and archives of a same locale (looking for integrated presentation of collections for educational or touristic aims); financial institutions (trying to detect money laundering); insurance (trying to prevent and detect fraud); and press institutions (investigating and contextualizing articles).

This project is oriented to integrate and contextualize information in domains with great distribution, autonomy and heterogeneity. Its main product is a platform (middleware) for integrating distributed data sources with heterogenous use policies, providing uniform access in spite of multiple media and formats, allowing relational (semantic) handling of these data, and enabling customized use contextualization (including mobile devices). On this platform there will be an initial set of applications of high impact, which will be commercialized. Future extensions can be built by third parties in an informatic ecosystem.

[ Proyecto ALMA-CONICYT 3106008 ]

Software Development for Alma: Building Up Expertise to meet Alma Software Requirements within a Chilean UniversityInvestigadoresPh.D. Horst von Brand s.Ph.D. Hernán astudillo r.Dr.-Ing. Raúl Monge A.

Áreaastronomía

› abstract

The Atacama Large Millimeter Array (ALMA) is an international collaboration between Europe, North America and Japan, to build a synthesis radio telescope that will operate at millimetre and submillimeter wavelengths in the North of Chile. To cope with ALMA software requirements the ALMA Common Software (ACS) infrastructure has been under development in the last 6 years by the ALMA computing group at ESO Germany.

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In the last two years, a group at the Departamento de Informática of the Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM), directed by Prof. Dr. Host H. von Brand and Prof. Javier Cañas, has been contributing to the ACS framework development through the open collaborations offered by the ACS team working at ESO-Garaching, in close coordination with its project leader, Mr. Gianluca Chiozzi.

The present project’s goal is to deepen this collaboration, establishing a solid ground for technology transfer between the ACS team and the UTFSM while, at the same time, to prepare Chilean software engineers for ALMA software development, as they will be required once the deployment phase of that project starts in Chile.

This proposal has two complementary objectives: To increase technological transfer with ALMA, and to open new possibilities for research in software engineering in areas closely related to ACS, like control systems and framework development.

To accomplish the objective of technological transfer with ALMA, our proposal includes organizing a workshop with participation of some of the ACS main developers, integrating ACS into existing courses at UTFSM, namely MII-414 “Arquitectura de Software” (a graduate course in software engineering, where students learn to define and criticize software architectures, and in particular learn to use tools and techniques to extract the architecture from large code bases), and ILI-258 “Taller de Sistemas de Computación” (an undergraduate course aiming at tying together technologies for software deployment, in this case the students will be developing simple control systems on the hardware end-to-end example to be developed). As part of these, or other courses, some of the open projects of the ACS collaborations will be addressed.

We plan to fulfil the second objective through undergraduate and master’s thesis work in the following software engineering research areas: Design of a generic telescope control system framework and a prototype implementation, design and implementation of a software telescope simulator, feasibility study of the use of ACS in embedded systems, and an analysis of alternate real-time platforms for use with ACS through case studies.

[ Proyecto CONICYT-INRIA ]

COREWEB: Razonamiento con Restricciones para la Composición de Servicios Web

InvestigadoresDr. Eric Monfroy

Dr. Hernán astudillo r.Dr. carlos castro V.

Sr. Broderick CrawfordDr. Raúl Monge A.

Dr. Michael Rusinowitch (INRIA-Lorraine, France)Dr. Olivier Perrin (Universidad de Nancy 2, France)

Dr. Frédéric Saubion (Universidad de Angers, France)Dr. Christophe Ringeissen (INRIA-Lorraine, France)

Dr. Laurent Vigneron (Universidad de Nancy 2, France)Áreas

Ingeniería en ComputaciónIngeniería Industrial y de Sistemas

› resumen

Las arquitecturas orientadas a los servicios, sufren de una crítica recurrente que se refiere al as-pecto únicamente sintáctico de los conceptos. Así, la composición, la coordinación y la vigilancia, es

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decir, las capas altas de la arquitectura, se vuelven complejas de implementar cuando éstas son vistas únicamente desde un punto de vista esencialmente sintáctico.

Para intentar paliar estas dificultades, los servicios de la Web semántica no se limitan a definiciones sintácticas, si no que aportan mayor información con el fin de permitir la composición, la coordinación y la vigilancia de varios servicios Web.

Este proyecto estudia la aplicación del razonamiento con restricciones y las técnicas de prueba para los servicios Web. Nuestros objetivos son múltiples. Un primer objetivo se refiere al tratamiento de la composición de servicios Web. Un segundo objetivo se refiere a la coordinación de un conjunto de servicios para garantizar que la ejecución esté conforme a lo esperado por todas las partes. Por último, un tercer objetivo se refiere a los mecanismos que permiten vigilar la manera en que una composición especificada, previamente es ejecutada y de saber reaccionar cuando ocurre una excepción. Está claro que estos objetivos están estrechamente ligados y que nos interesa la definición de un modelo que permita componer, coordinar y vigilar.

› abstract

Service oriented architectures constantly suffer the criticism that they are only concerned with the syntactic aspects of concepts. Hence, composition, coordination, and monitoring –i.e., highest levels of the architectures– become complicated to be implemented when they are only seen from a syntactic point of view.

In order to overcome these difficulties, semantic Web services are not only defined syntactically, but also supply more information to allow composition, coordination, and monitoring of several Web services.

This project studies the use of constraint programming and proof techniques for Web services. We have several objectives. The first goal is to treat web service composition. The second goal considers the coordination of a set of services in order to guarantee that the execution corresponds to the requirements of each party. Finally, the third goal is concerned with the mechanisms for monitoring the way a composition executes and for reacting when an exception happens. Clearly, the goals are closely related and thus, we are interested in the design of a model for composing, coordinating, and monitoring services.

[ Proyecto CONICYT-STIC-AMSUD ]

Soporte Semántico para Actividad de Diseño ColaborativoInvestigadorDr. Amedeo Napoli, LORIA (INRIA), Francia (coordinador)Dr.a Alicia Díaz, U.N. La Plata, ArgentinaDra. María da Graça PIMELTEL, Instituto de Ciências Matemáticas e de ComputaçãoUniversidade de São Paulo, BrasilDr. Hernán astudillo, utFsM, chile

ÁreasComputer-Supported Collaborative Work (CSCW)Diseño, Arquitectura de Software

› resumen

El objetivo principal de este proyecto de cooperación es integrar la experiencia, resultados y es-fuerzos de investigación de los grupos involucrados en este proyecto en un trabajo conjunto para

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definir soportes metodológicos y de software (modelos, métodos y herramientas) que permitan la integración de características semánticas en sistemas de software que soporten una actividad colabo-rativa (distribuida) e intensiva en conocimiento, como la actividad de diseño.

En particular, este proyecto busca demostrar que las tecnologías de la Web semántica son una adecuada opción para mejorar el proceso de diseño. Para ello se dedicará a la identificación de situa-ciones del diseño que requieran la aplicación de soluciones semánticas y desarrollará soportes meto-dológicos y de software (modelos, métodos y herramientas) que para su manejo.

Este proyecto aplicará tecnologías de la Semantic Web para mejorar la calidad de los sistemas de software para aplicaciones colaborativas de diseño. Se tratará el problema de la construcción de soft-ware que soporte una actividad colaborativa de diseño guiada por conocimiento del dominio. Estas aplicaciones usan ontologías de dominio para ayudar a los diseñadores a ensamblar componentes, ayu-dándoles a encontrar componentes adecuadas, detectar conflictos, buscar documentos relacionados, encontrando otros usuarios con las habilidades adecuadas, etc. Se entiende que la actividad de diseño se lleva adelante por un grupo de diseñadores distribuidos en el tiempo, el espacio y las organizaciones.

Las principales líneas de investigación involucradas son:

Representación de conocimiento para actividades y procesos de diseño.

Soporte de actividades colaborativas de diseño, con un particular enfoque en coherencia/divergencia, coordinación y awareness.

Gestión del conocimiento del proceso de diseño.

Estas líneas serán conducidas con el objeto de integrarlas en un portal semántico de avanzada. Este portal deberá proveer el soporte y la asistencia de un proceso colaborativo de diseño a través de uso del conocimiento del dominio.

› abstract

The main goal of this cooperation project is to integrate and share the experiences, results and research effort that have been already done by the groups of the participating institutions into a join work to define methodological and software support (models, methods and tools) which allow incorporate semantic features in a computer-supported design activity. Specifically, this project aims to show that Semantic Web technologies are a suitable option to improve computer-assisted design process. In order to achieve this goal, we will identify semantic requirement for design situation and we develop methodological support and software solution for it management.

This project is to apply Semantic Web technologies to better support computer-based collaborative design systems. It will deal with the problem of building software support for collaborative design activities guided by domain knowledge. This infrastructure uses domain ontologies to help designers in assembling design components by helping them in searching adequate components, detecting conflicts, searching related documents, finding people with the adequate skills, etc. This design work can be done by several people distributed about time, space and organizations.

The main research lines are:

Knowledge representation for design activities and processes.

Support for collaborative design activities, with a particular focus on coherence/divergence support, coordination and awareness.

Knowledge management for design processes.

These lines will be addressed in order to integrate them into an advanced semantic portal for design. This portal will provide support and assistance to collaborative design processes by using domain knowledge.

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[ Proyecto CNPq 490173/2006-3 Proyecto Prosul ]

Técnicas Innovadoras en Procesamiento de Señales, Imágenes y Video DigitalInvestigadoresDr. Héctor Allende O. (Coordinador UTFSM)Sr. Alejandro C. Frery (Coordinador Universidade Federal de Alagoas, Brasil)

ÁreaProcesamiento de Señales e Imágenes

› resumen

El proyecto PROSUL está formado por varios subproyectos que tienen como denominador común los modelos estadísticos para el análisis y la previsión, utilizando grandes volúmenes de datos de alta dimensionalidad y con fuerte estructura. Algunos ejemplos de los problemas tratados dentro de este proyecto son: las imágenes polarimétricas, el video digital y las series de tiempo no estacionarias.

El subproyecto, bajo la responsabilidad del Prof. Héctor Allende, tiene por objetivo estudiar, pro-poner y validar algoritmos de aprendizaje robusto, para redes neuronales modulares, que serán apli-cadas en el análisis de series temporales no estacionarias. Como objetivos específicos, desarrollaremos algoritmos eficientes y robustos para su uso en técnicas de estimación de modelos semiparamétricos. Los resultados obtenidos serán comparados con los que devengan de otras metodologías, en particu-lar de SVN (Support Vector Machines).

Este proyecto PROSUL recibe financiamiento del CNPq (Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico del Brasil), y Nuclea Investigadores de ese país, de Argentina, Uruguay y Chile.


H. allende, J. Galbiati, H. Allende-Cid, “Algoritmos de Aprendizaje Incremental en Ensambles de Máquinas”, Proc. VIII Congreso Latino-americano de Estadística (CLATSE-2008); Vol. 1, pp. 42-43; Montevideo, Uruguay; Octubre 7-10, 2008

J. Galbiati, H. allende, “Segmentación de Imágenes basado en Fragmentación y en el Algoritmo EM”, Proc. VIII Congreso latino-americano de Estadística (CLATSE-2008); Montevideo, Uruguay; Vol. 1, p. 235, Octubre7-10, 2008

H. astudillo, “NDR Ontology: Sharing and Reusing NFR and Design Rationale Knowledge”, MARK’08 (IEEE DL), España; Septiembre 2008

H. astudillo, “No Mining, No Meaning: Relating Documents across Repositories with Ontology-Driven Information Extraction”, ACM DocEng 2008 (ACM DL), Brasil; Septiembre 2008

C. López, H. astudillo, L.M. Cysneiros, “Semantic-aided Interactive Identification of Reusable NFR Knowledge Fragments”, 7th International Workshop on System/Software Architectures, IWSSA’08, Monterrey, México; Noviembre 2008

H. astudillo, “Weak Constraint Programming to Identify Alternative Composite COTS-based Software Systems from Imperfect Information”, SCCC 2008, Chile; Noviembre 2008

H. astudillo, “ESB-QM: Modelo de calidad para productos ESBs”, IEG 2008, Chile; Noviembre 2008

G. Valdés, M. Iribarren, G. Concha, M. solar, H. astudillo, M. Visconti, M. Villarroel, P. Gutiérrez, A. Vásquez, “Identifying Relevant National e-Government Implementations for an Emerging Country: A Selective Survey”, In E. Ferro, H.J. Scholl & M. Wimmer (Eds.), Electronic Government, 7th International Conference EGOV 2008, Proceedings of ongoing research, project contributions and workshops, Turin, Italy, 1-4 September 2008.

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Trauner, Linz, Schriftenreihe Informatik (computer science series of publications), Vol. 27, pp. 141-149. (ISBN 978-3-85499-431-2), Septiembre 2008

R. Noël, G. Valdés, M. Visconti, H. astudillo, “Adding Planned Design to XP Might Help Novices’ Productivity (or Might Not): Two Controlled Experiments”, ESEM’08 Proceedings of the 2008 ACM-IEEE International Symposium on Empirical Software Engineering and Measurement. Kaiserlautern, Germany, October 9-10, 2008. The Association for Computing Machinery, New York, pp. 285-287. (ISBN: 978-1-59593-971-5); Octubre 2008

R. Noël, G. Valdés, M. Visconti, H. astudillo, “Deconstructing Agile Processes: Would Planned Design Be Helpful in XP Projects?”, In Proceedings of the XXVII Conferencia Internacional de la Sociedad Chilena de Ciencia de la Computación SCCC’ 08. Punta Arenas, Chile; Noviembre 2008

E. Monfroy, F. Saubion, B. Crawford, c. castro, “Towards a Formalization of Combinatorial Local Search”, International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2008, IMECS 2008, Hong Kong; Marzo 2008

B. Crawford, c. castro, E. Monfroy, “Local Search as a Fixed Point of Functions”, 10th International Conference on Enterprise Information Systems, ICEIS 2008, Barcelona, España; Junio 2008

E. Monfroy, F. Saubion, B. Crawford, c. castro, “A Theoretical Framework for Local Search Techniques”, 11th iEEE International Conference on Computational Science and Engineering, CSE-08, Sao Paulo, Brasil; Julio 2008

B. Crawford, c. castro, E. Monfroy, “Constraint Programming Can Help Ants Solving Highly Constrainted Combinatorial Problems”, 3rd International Conference on Software and Data Technologies, ICSOFT 2008, Porto, Portugal; Julio 2008

c. castro, L. Hernández, H. Hoffmann, “Visualización en la Resolución de Grandes Problemas en Programación Entera”, Encuentro Chileno de Computación, ECC 2008, Punta Arenas, Chile; Noviembre 2008

B. Crawford, c. castro, E. Monfroy, “Social and Human Aspects in the Development of Optimization Algorithms”, XIV Congreso Latino Ibero Americano de Investigación de Operaciones, CLAIO 2008, Cartagena de Indias, Colombia; Septiembre 2008

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8Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

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Uso de Zeolitas Naturales en el Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales Industriales para la Remoción Integrada de Materia

Orgánica, Compuestos de Azufre y Nutrientes

Investigadores Dra. lorna guerrero s.

Ing. Dafne Crutchik P.

Área Ingeniería Sanitaria

› resumen

Los procesos de digestión anaerobia representan una de las alternativas más convenientes para la remoción de materia orgánica produciéndose además biogás, el que puede utilizarse con fines ener-géticos. Generalmente, la eficiencia de eliminación de materia orgánica en los reactores anaerobios está alrededor del 75 a 80%; sin embargo, en la digestión anaerobia de aguas residuales que poseen un alto contenido de sulfato, se producen altas concentraciones de H2S en el biogás, lo que genera problemas de olores y corrosión, además de inhibir a las bacterias metanogénicas y a las mismas sulfa-torreductoras, disminuyendo por ende la remoción de materia orgánica.

El alto contenido de Nitrógeno en aguas residuales también presenta dificultades en la digestión anaerobia, debido a la formación de nitrógeno amoniacal, el cual es tóxico para las bacterias respon-sables de llevar a cabo la degradación de la materia orgánica en los reactores.

Por otro lado, el fósforo presente en los RILES pasa por distintas transformaciones, fundamen-talmente fosfatos y fósforo orgánico, pero se mantiene dentro del RIL tratado, por lo que cuando la concentración de éste es elevada no es permisible su vertimiento al ecosistema por los problemas am-bientales que puede causar, ya que en conjunto con el nitrógeno amoniacal, se produce el fenómeno de eutrofización.

Existen algunos estudios preliminares con relación a la aplicación de materiales naturales, como las zeolitas, a los reactores anaerobios con vistas a elevar la eficiencia de eliminación de materia orgánica en estos reactores, obteniéndose resultados satisfactorios en cuanto a remoción de este contaminan-te. También se ha observado que las zeolitas naturales pueden remover nitrógeno y fósforo. Estos efectos positivos dependerán de las características específicas de las zeolitas utilizadas.

Por otro lado, la zeolita después de utilizada en un tratamiento secundario o terciario, debe rege-nerarse o debe ser dispuesta al medio ambiente. Se conoce que las zeolitas naturales tienen la propie-dad de eliminar metales mediante adsorción e intercambio iónico, por lo que ésta pudiera ser un buen remediador de suelos contaminados con metales.

Teniendo en cuenta los antecedentes anteriores, el presente proyecto tiene como objetivo princi-pal, desarrollar una tecnología de elevada eficiencia para la remoción integrada de materia orgánica, compuestos de azufre y nutrientes de aguas residuales industriales, mediante la aplicación de zeolitas naturales chilenas.

Para alcanzar este objetivo general, los estudios e investigaciones a realizar el presente año, se desarrollarán de acuerdo a los siguientes aspectos metodológicos:

› 1. Las determinaciones físicas y químicas se harán de acuerdo a los procedimientos estándar esta-blecidos internacionalmente.


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› 2. Se realizarán ensayos de actividad metanogénica específica, tanto para evaluar la calidad de los lodos que se utilizan como inóculo en los diferentes reactores anaerobios, como para determinar la influencia de la zeolita sobre la anaerobiosis en dependencia de la concentración de nitrógeno y de la relación materia orgánica/sulfato del agua residual.

› 3. Se realizarán ensayos de adherencia microbiana en las zeolitas, utilizada como soporte en reac-tores anaerobios de Lechos Fluidizados (RALF), analizando la influencia del sulfato en la adherencia (se trabajará a distintas razones Sulfato/DQO) y la influencia de la concentración de amonio (distin-tas relaciones C/N).

› 4. Se realizarán estudios de aplicación de zeolitas en RALF.

› 5. Se realizarán estudios de biología molecular para determinar las especies microbianas predomi-nantes en los reactores, operando con zeolita y sin zeolita.

Con estas investigaciones se pretenden alcanzar los resultados siguientes:

› 1. Conocer la capacidad de formación de biopelículas de cultivos anaerobios sobre las zeolitas naturales y la influencia del sulfato sobre la adherencia microbiana.

› 2. Conocer la capacidad de formación de biopelículas de cultivos anaerobios sobre las zeolitas naturales y la influencia del nitrógeno sobre la adherencia microbiana.

› 3. Conocer el comportamiento de RALF, con y sin zeolitas, operando con elevadas cargas orgáni-cas y alto contenido de sulfatos y de nitrógeno.

› 4. Conocer la población microbiana existente en los reactores anaerobios, al trabajar con y sin zeolita, según distintas concentraciones de materia orgánica, nitrógeno y sulfato.

› abstract

The anaerobic digestion processes represent one of the most advisable alternatives for the removal of organic matter with biogas production. This biogas can be used for power generations. Generally, the efficiency of organic matter removal in the anaerobic reactors is around the 75 to 80%; nevertheless, in the anaerobic digestion of wastewaters that have high sulphate content, high H2S concentrations in the biogas it is obtained. This generates problems of scents and corrosion, besides to inhibit the methanogenic and sulphate reducing bacteria, being diminished therefore the removal of organic matter.

The high nitrogen content in wastewater also causes difficulties in the anaerobic digestion, due to the ammonium nitrogen formation, which is toxic for the bacteria that are responsible to carry out the degradation of the organic matter in the reactors. On the other hand, the phosphorus that is present in industrial wastewaters has different transformations, fundamentally phosphates and organic phosphorus, but it stays within wastewaters reason why when the concentration of phosphorus compound is high it is not allow his discharge to the ecosystem by the environmental problems that can cause, since altogether with nitrogen compounds the eutrofización phenomenon takes place.

Some preliminary studies in relation to the application of natural materials (like the zeolites) to the anaerobic reactors exist, with views to elevate the organic matter removal in these reactors. Also it has been observed that the natural zeolites can remove nitrogen and phosphorus. These positive effects will depend on the specific characteristics of the used zeolites. The used zeolite after tertiary treatment must regenerate or must be disposed to environment. It is known that the natural zeolites have the property to eliminate metals by means of adsorption and ion exchange, reason why this zeolite could be use by remediation of soil contaminated with metals.

DEPARTAMENT O DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL

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Considering the previous antecedents, the present project have like primary target to develop a technology of high efficiency for the integrated removal of organic matter, sulphur compounds, nitrogen and phosphorus from industrial wastewaters by means of the application of Chilean natural zeolites to those wastewaters. In order to reach this general mission, the studies and investigations to carry out will be developed according to the following methodologic aspects:

Tests of specific methanogenic activity will be made, as much to evaluate the quality of sludge that will be used as inoculum in the different anaerobic reactors, as to determine the influence of the zeolite on the anaerobiosis in dependency of the nitrogen concentration and the relation organic matter/sulphate of the wastewater.

› 1. The physical and chemical determinations will be carried out according to the standard procedures established internationally.

› 2. Tests of specific methanogenic activity will be made to evaluate the quality of sludge that will be used as inoculum in the different anaerobic reactors, and to determine the influence of the zeolite on the anaerobiosis in dependency of the nitrogen concentration and the relation organic matter/sulphate of the wastewater.

› 3. Tests of microbial adhesion will be made in the zeolites, used like support in Fluidised Beds (RALF), analyzing the influence of sulphate on the microbial adhesion (it will work to different Sulphate/COD ratios).

› 4. Studies of zeolites application will be made in reactors UASB.

› 5. Reactors UASB and RALF will be designed and operated, with both synthetic and industrial wastewaters, to see their behavior when working with high concentrations of sulphate and nitrogen.

› 6. Studies of molecular biology will be made to determine the microbial species that predominate in the reactors, operating with zeolite and without zeolite.

› 7. In order to remove ammonium nitrogen and phosphorus compounds present in the anaerobic reactors effluents, those ones will be put under a physical-chemistry process using of natural zeolites.

› 8. To study the metal removal from synthetic wastewaters by means of the application of the zeolites used in the wastewater tertiary treatment.

With these investigations it is intended to reach the following results:

› 1. To know the formation capacity of anaerobic culture biofilms on natural zeolites and the influence of sulphate on the zeolite microbial adhesion.

› 2. To know the zeolite influence on granulation process in reactors UASB.

› 3. To know the behavior reactors of second and third generation (UASB and RALF, with and without zeolites) operating with elevated organic loads and high content of nitrogen and sulphate.

› 4. To know the existing microbial population in the anaerobic reactors, working with and without zeolite, according to different concentrations of both organic matter and sulphate.

› 5. To know the behavior and the efficiency of tertiary physical - chemical systems of nitrogen and phosphorus removal.

› 6. To know the potential of the application of used zeolites in wastewater tertiary treatment for the remediation of soil contaminated with metals.


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Tratamiento Electroquímico de Riles. Una Alternativa para el Tratamiento QuímicoInvestigadoresPh.D. Henrik HansenM.Sc. Patricio Núñez M.

ÁreaIngeniería Química

› resumen

El tratamiento convencional de Residuos Industriales Líquidos (RILes), típicamente usa una meto-dología basada en el uso de unidades de operación estandares y adición de compuestos químicos. Esto significa una precipitación del contaminante con una separación posteriormente utilizando clari-ficadores, centrífugas, filtros o equipos similares. Métodos nuevos están ganando interés porque los métodos convencionales están llegando al límite de su capacidad. Especialmente los procesos electro-químicos y reacciones de redox, han mostrado su potencial para resolver problemas de RILes en una forma sustentable.

Este proyecto enfoca la determinación experimental de parámetros de proceso para 3 tratamien-tos que están relacionados con dos de las más importantes industrias del país: fundiciones de cobre y refinerías de petróleo:

a) Remoción de arsénico de RILes de fundiciones usando electrocoagulación.

b) Producción electroquímica de oxidantes para tratar RILes de cáustica gastada en refinerías de petróleo.

c) Remoción asistida eléctricamente de cobre y arsénico con reducción química con fierro metálico en lixiviados de depósitos de escoria de fundiciones de cobre.

En general para los 3 casos se utiliza una gradiente electroquímica para controlar las reacciones de los procesos.

El RIL de la fundición y el lixiviado de escoria, están tratados en escala de laboratorio para caracte-rizar la remoción de los contaminantes principales: cobre, molybdeno, plomo y arsénico. Un proceso esta diseñado para tratar estos contaminantes con electrocoagulación en el RIL y con un proceso de cementación en el lixiviado, donde el proceso esta mejorado con el uso de electricidad. Solamente un voltaje pequeño es necesario – energía solar puede generar dicho voltaje.

El RIL de la refinería de petróleo va a ser tratado con un oxidante - el reactivo Fenton, generado in-situ con electricidad como una alternativa al proceso convencional que utiliza aire a temperaturas y presiones elevadas.

Basado en estos experimentos un set de parámetros se determinan para diferentes condiciones de operación. Los parámetros van a ser analizado por un modelo de ajuste para poder generar una base para el escalamiento de los procesos a escala real. En adición, el proceso de la refinería de pe-tróleo, el manejo del RIL y el lixiviado de la fundición se analiza desde la vista del proceso utilizando la tecnología Pinch para la transferencia de materia. Esto se realiza para identificar oportunidades para reducir los flujos de RILes y tratar los RILes con las tecnologías propuestas. El RIL podría ser reciclado posteriormente.


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Los resultados de esta investigación generará una metodología para analizar posibilidades de re-ducción de residuos en fundiciones de cobre y refinerías de petróleo. Además, un proceso ambien-talmente sustentable para tratar el lixiviado de escoria esta considerado. También la recuperación de metales valorables puede ser posible.

› abstract

Conventional wastewater treatment uses a typical approach based on the use of standard unit operations and the addition of chemical compounds. The general purpose is to precipitate the contaminant and to separate of the solid afterwards using clarifiers, centrifuges, filters or similar equipment. New methods are getting interesting since conventional methods have reached their limits. Specially, electrochemical processes and redox-reactions have shown their potential for solving wastewater problems in a sustainable way.

This proposal focuses on the experimental determination of process parameters for three treatment processes that deals with two of the most important industries of the country - copper smelters and petroleum refineries:

a) Arsenic removal from smelter wastewater by electrocoagulation.

b) Electrochemical production of oxidant to treat spent caustic wastewater in petroleum refinery.

c) Electrochemical assisted removal of copper and arsenic by chemical reduction with zero valent iron in leachates from slag deposits from copper smelters.

En general for all three cases is that the electrochemical gradient should control the reaction rate of the processes.

The wastewater of a smelter and the slag leaching solution are treated at laboratory scale with the aim of making a characterization of the principal contaminants: Copper, molybdenum, lead and arsenic. A process is designed to treat these contaminants using electrocoagulation for the wastewater and a cementation process is used for the leaching solution, where the process is improved by the application of electricity. This low voltage electricity could be generated by solar cells.

The wastewater of a petroleum refinery is treated with Fenton´s Reagent, generated in situ using electricity as an alternative to the high pressure and temperature process that is required in conventional treatment with air.

Based on these experiments a set of process parameters are determined for different conditions, these parameters are analyzed using a model that is developed by the investigators to fit the experimental data, in order to set up a basis for the scale up of these processes. On the other hand the refinery process, the smelter wastewater and the leaching solution are analyzed from a process point of view, using the pinch technology for mass transfer. This is done to identify opportunities to reduce the wastewater and treat the wastewater using the proposed methodology. The wastewater could afterwards be recycled.

The results of this research will generate a methodology to analyze opportunities for waste reduction in refineries and copper smelters. Furthermore, an environmental friendly process to treat the leaching solution is considred. Recovery of valuable metals, such as copper, is another possible profit of the project.


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Hidrolizado Enzimático de Sub-Productos del Procesamiento de Salmón como Fertilizante Orgánico: Efecto en el Crecimiento de Plantas de Arabidopsis ThalianaInvestigadoresPh.D. Sergio Almonacid M.Ph.D. ricardo simpson r.Dr. Hugo Peña C.

ÁreasIngeniería Biomédica y BioingenieríaProcesamiento y Tecnología de Alimentos

› resumen

Chile, hoy en día, se presenta como el segundo productor mundial de salmón, las principales exportaciones consideran solo el filete de salmón, lo que resulta en un volumen creciente de sub-productos como vísceras, colas y cabezas (app. 300.000 ton/año). Actualmente, el principal destino de estos desechos es la industria de harina de pescado. Una de las prioridades de la industria de procesos, en general, es agregar valor a los sub-productos y/o desechos. En el caso específico de la industria salmonera y como proceso alternativo a la harina de pescado, estos productos secundarios pueden utilizarse en la producción de hidrolizados proteicos, obteniendo así un producto con mayor valor. Por otro lado, Chile como exportador de productos de la agricultura, entre ellos el creciente mercado de productos orgánicos, debe usar eficazmente todas sus ventajas comparativas en este respecto. Las exportaciones de productos orgánicos alcanzaron retornos por sobre los US$ 6 millones en 2004 y continúan en alza. Estos cultivos requieren de fertilizantes naturales, eficientes y sustenta-bles, cualidades que son satisfechas por los hidrolizados proteicos de origen marino.

El hidrolizado proteico es el resultado de la modificación de las proteínas del sistema biológico por medio de enzimas selectivas que actúan sobre eslabones de éstas, dando como resultado una mezcla de aminoácidos, péptidos y proteínas. El uso eficiente de este producto como fertilizante orgánico, implica conocer el grado de hidrólisis requerido, a las condiciones optimas de de proceso. Distintos grados de hidrólisis resultan en distintas mezclas relativas de aminoácidos, péptidos y pro-teínas. Es sabido que cada uno de estos componentes juega roles importantes en el crecimiento y el sistema defensivo de las plantas, y por lo tanto es de interés conocer el efecto de la distribución de tamaño molecular del hidrolizado en la germinación y crecimiento de plantas. Esto se puede realizar en primera instancia con plantas modelo como Arabidopsis thaliana.

Chile, a través de la producción eficiente de hidrolizados proteicos, puede combinar el uso de los residuos generados en la pujante industria salmonera con el creciente mercado de los cultivos orgánicos, y así hacer uso de sus ventajas comparativas con un sentido positivo respecto del medio ambiente y la salud humana.

[Objetivo General]:

Investigar en torno al uso de productos secundarios de la industria salmonera para la producción de alta eficiencia de hidrolizados proteicos, que puedan ser usados en la agricultura orgánica.

› abstract

At this time the Chilean salmon industry is the second largest in the world. The exported volume considers the salmon fillet alone, resulting in an increasing volume of byproducts such as head, tail, viscera (about 300,000 metric Ton/year). Today, almost all these byproducts are processed to fish


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meal. In general, one of the main priorities of the processing industry is to add value to byproducts, specifically, the salmon industry byproducts can be utilized to obtain fish protein hydrolysate (FPH) which are of higher value in comparison with fish meal. On the other hand, Chile as an agricultural product exporter, with the explosive organic product market among them, must use efficiently all its complementary advantages in order to compete in the world market. Organic product exportations from the agriculture have achieved US$ 6 million in 2004 and continue to grow. Organic agriculture requires natural fertilizer, efficient and sustainable, all characteristics fulfilled by protein hydrolysates from marine origin.

Protein hydrolisate is the product of the protein modification, carried out by specific proteases, resulting in aminoacid, peptides and proteins. To efficiently use these hydrolysates as organic fertilizer, the required degree of hydrolysis must be known at optimal process conditions. Different degree of hydrolysis will result in different relative mixtures of aminoacids, peptides and proteins. It is known that each of these components plays an important roll on the plant growth and defensive system; consequently, it is of interest to know the effect of the protein hydrolysate molecular size distribution on the germination and plant growth. This can be done, as a first approximation, by using model plants like Arabidopsis thaliana.

By the efficient production of protein hydrolysates, Chile can combine the use of byproducts from the salmon industry with the growing market of the organic agriculture to enhance and secure environmental aspects and human health.

[General objective]:

To research about the use of secondary byproducts from the salmon industry, for the high efficient production of protein hydrolysates that can be used on the organic agriculture.


Remediación Electrodialítica de Residuo Sólido Contaminado con Metales Pesados en Suspensión.

InvestigadoresMg. Adrián Rojo O.

Ph.D. Henrik Hansen

ÁreaIngeniería de Minas

› resumen

En los últimos 20 años, la remediación electro-cinética (EKR) o electro-dialítica (EDR), ha probado ser una vía efectiva en la remoción de metales pesados en sólidos finos y porosos como suelo, arci-lla, cenizas y lodo. Los metales se disponen en soluciones electrolíticas o en pequeñas fracciones de material de desecho en forma concentrada. Este método ha demostrado además, ser un potencial remediador de relaves provenientes de la industria minera.

Hasta ahora, ningún tratamiento real de desechos sólidos provenientes de actividades mineras ha sido realizado, y la única alternativa ha sido depositarlos en lugares “seguros”, denominados tranques de relave. Desafortunadamente, esto ha causado que los metales pesados lixivien hacia aguas sub-terráneas y ríos en el Norte y Centro de Chile. Una vez presentes en las aguas subterráneas y cauces superficiales, la distribución de estos metales en el medio ambiente se vuelve rápida e incontrolable.

Se ha observado que el proceso de remediación electro-dialítica hace posible la remoción de meta-les pesados como cobre y zinc, presentes en relaves mineros. El uso de celdas estáticas en remediación


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ha mostrado sus limitaciones respecto a las eficiencias de remoción de metales pesados y tiempo de remediación. Debido al éxito parcial de la remediación electro-dialítica en celdas estáticas, los relaves mineros de cobre serán tratados en un nuevo tipo de celda, donde el material sólido será suspendido en una solución acuosa. Además, en una celda suspendida, el proceso de disolución de los metales pesados se favorecerá debido a la elevada razón líquido/sólido.

Las cuatro mayores ventajas de las celdas de remediación electro-dialítica suspendida en compara-ción con las celdas de remediación estáticas son las siguientes:

a) No existe formación de un gradiente de concentración en el interior de las celdas de remediación. El campo eléctrico será casi homogéneo, y la difusión en la celda agitada será más rápida. Esto implica una baja resistencia eléctrica y por lo tanto la posibilidad de incrementar significativamente la corriente eléctrica.

b) Las reacciones de disolución de cobre se verán favorecidas gracias a la elevada razón líquido/sólido. Una rápida disolución implica que el cobre será liberado de manera fácil hacia la fase líqui-da en la celda, y rápidamente transportado hacia los cátodos.

c) El sistema (sólido suspendido en una fase líquida continua) tendrá una conductividad eléctrica mayor que el material sólido estático y húmedo. Consecuentemente, una mayor conductividad produce una mayor corriente eléctrica (a una caída de voltaje constante), y en una rápida remo-ción hacia fuera de la celda de los metales pesados.

d) El uso de aire como agitador y para producir la suspensión, también promueve una condición de oxidación para ciertas especies de metales pesados como sulfuros presentes en el relave.

El objetivo general es construir, probar y evaluar el proceso de remediación electro-dialítica, donde el material sólido de desecho es tratado en suspensión. El desecho primario corresponde al relave de cobre, y materiales de desechos sólidos secundarios se esperan durante la ejecución del proyecto. Este puede ser: sedimentos portuarios, suelos contaminados por el proceso productivo de la minería, y diferentes desechos sólidos provenientes de actividades mineras, como residuos del refino electrolítico o material particulado proveniente del tratamiento de gases de convertidores.

› abstract

In the last 20 years, electrokinetic or electrodialytic remediation has proved to be a possible way to remove heavy metals from fine grained porous solids such as soil, clay, fly ash and sludge. The metals end in the electrolyte solutions or in a small fraction of the waste material in a concentrated form. This method has shown its potential to remediate copper mine tailings too.

Until now no real treatment of solid waste from mining activities has been carried out, and the only alternative has been depositing of the waste in “safe” places called tailings impoundments. Unfortunately this has caused severe leaching of metals to groundwater and rivers in the north and central of Chile. When present in the groundwater or rivers the distribution of the metals in the environment becomes fast.

It has been observed that the electrodialytic remediation process was feasible for removal of heavy metals such as copper and zinc present in the mine tailings. The normally used static cell for remediation has shown its limitations regarding heavy metal removal efficiencies and remediation time. Since electrodialytic remediation in a static cell was not totally successful, copper mine tailings will be treated in a new type of cell, where the solid material will be suspended in an aqueous solution. Furthermore, in a suspended cell the heavy metal dissolution processes will be favoured by the high liquid-to-solid ratio.

At least four major advantages of the suspended electrodialytic remediation cell in comparison to the static remediation cell can be listed:


1 7 1

a) No concentration gradients within the remediation cell will be formed. The electric field will be almost homogenous, since diffusion in the stirred cell will be fast. This means low electric resistance and therefore possibility to increase the electrical current significantly.

b) The copper dissolution reactions will be favoured by the high liquid-to-solid ratio. Faster dissolution means that copper would be released easily to the liquid phase in the cell, and then rapidly transported towards the cathode.

c) The system (solid suspended in a continuous liquid phase) will have a significant higher electrical conductivity than the static humidified solid material. Consequently, higher conductivity results in a higher electrical current (at constant voltage drop) and a faster heavy metal removal out of the cell.

d) The use of air as a stirrer to produce the suspension also provides an oxidizing condition for certain heavy metal species such as sulphides present in tailings.

The general objective is to construct, test and evaluate the electrodialytic remediation process, where the solid waste material is treated as suspension. The primary waste material is copper mine tailings, and some secondary waste materials are expected to be found during this project. These could be: harbor sediments, contaminated soil from mining sites, and different solid wastes from mining activities such as electro refinery sludge or particulate matter from smelter gas treatment.


Evaluación de la Calidad y Diseño de Procesos en la Industria de AlimentosInvestigadores

Ph.D. ricardo simpson r.Ph.D. Alik Abakarov

ÁreaProcesamiento y Tecnología de Alimentos

› resumen

Tratamiento térmico es un importante método de conservación de alimentos en la fabricación de alimentos, y ha sido la piedra angular de la industria de procesamiento de alimentos por más de un siglo. Durante los últimos tres decenios, se ha producido una mayor preocupación por la calidad de los alimentos.

Tradicionalmente, el principal énfasis en la transformación industrial de los alimentos ha sido de tratamiento térmico para su conservación y seguridad microbiana, con una limitada preocupación con respecto de la calidad del producto. Por lo general, las tasas de degradación de los factores de calidad siguen una cinética de primer orden. Normalmente, se dice que un proceso térmico no sólo inactiva microorganismos, sino también afecta la calidad de los productos alimenticios. Aunque la declaración no es incorrecta, por lo menos puede estar sesgada. En general, proceso térmico tendrá varios efectos negativos sobre los productos alimenticios, tales como, el deterioro de la calidad, sino también, los efectos beneficiosos como la inactivación de microorganismos.

La mayoría de los procesos de alimentos se han adaptado de los procesos de ingeniería química y procesos relacionados sin tener ninguna consideración especial de la calidad como una parte in-trínseca e integral del proceso de diseño y optimización. La lógica y la estrategia detrás de un diseño óptimo de un proceso para producir los materiales orgánicos o inorgánicos, no está necesariamente de acuerdo con un proceso óptimo para un producto alimenticio. En los productos alimenticios, por lo general, un mayor esfuerzo debe estar dirigido a maximizar la calidad del producto final. Esto no es necesariamente el caso en la industria química.


8.5

1 7 2

[Objetivos]:

El principal objetivo de este proyecto es formular un enfoque más general para evaluar la calidad y seguridad de los alimentos y, a continuación, desarrollar un procedimiento general para una adecuado diseño y optimización de los procesos de alimentos.

› abstract

Thermal processing is an important method of food preservation in the manufacture of shelf stable foods, and has been the cornerstone of the food processing industry for more than a century. Over the past three decades, there has been an increased preoccupation for food quality accompanied with a large amount of work in the area of kinetics for different target attributes.

Traditionally, the main emphasis in industrial processing of foods has been thermal processing for preservation and microbial safety, with a limited regard for overall quality. Over the past three decades, there has been an increased preoccupation for food quality accompanied with a large amount of work in the area of kinetics for different target attributes. Usually, the rates of degradation follow first-order kinetics. Several authors have shown that reaction orders may be fractional or not whole integers for some types of degradation reaction, for example the color and texture of peas and the texture and appearance of beans.

Normally, it is said that a thermal process not only inactivates micro-organisms but also cooks the food product. Although the statement is not incorrect, at least it can be biased. In general, thermal process will have several detrimental effects on the food product, such as, cooking, quality deterioration, but also, beneficial effects like micro-organisms inactivation.

Most food processes have been adapted from chemical engineering and related processes, in addition, to not having any special consideration of quality as an intrinsic and integral part of the process design and optimization. The logic and strategy behind an optimum design of a process to produce organic or inorganic materials, is not necessarily in accordance with an optimum process for a food product. In food products, normally, a major effort should be directed to maximize end product quality. This is not necessarily the case in the chemical industry.

[Objectives]:

The main objective of this report is to understand the meaning of cooking value, formulate a more general approach to assess quality and safety, and then, develop a general procedure for an appropriate food processing selection, design and optimization.


Análisis Fundamental del Arrastre de Orgánico en Sistemas deExtracción por Solventes del Tipo Mixer-SettlerInvestigadorPh.D. gerardo riquelme D.

ÁreasIngeniería QuímicaIngeniería Metalúrgica

› resumen

El objetivo de este proyecto es el análisis del proceso de coalescencia orgánico-acuoso en sistemas de extracción líquido-líquido, de manera de determinar la influencia de los parámetros de operación y diseño que determinan la cinética de coalescencia en la banda de dispersión, como consecuencia el


8.6

1 7 3

arrastre de orgánico y/o acuoso, en las fases continuas de un sistema de extracción por solventes del tipo mixer-settler.

La extracción por solvente de metales es un proceso hidrometalúrgico de gran importancia nacio-nal, ya que la mayor parte de los proyectos de producción de cobre, están basados en la producción de soluciones ácidas de cobre soluble, que se obtiene por lixiviación de minerales oxidados, o por biolixiviación de mezclas de minerales oxidado, que se extraen en sistemas de extracción tipo mixer-settler, siendo un problema permanente la pérdida de fase orgánica por arrastre en la fase acuosa, problema que es responsable de pérdidas que pueden llegar a millones de dólares en cada instalación. La importancia del proyecto radica en determinar las modificaciones necesarias al settler para reducir la pérdida de orgánico sustancialmente. Los estudios realizados (y disponibles) acerca del arrastre de orgánico, se han centrado más en la parte remedial de la operación, instalación de filtros, coalesce-dores y/o columnas de flotación, que en el análisis fundamental de los fenómenos involucrados, y la consecuente modificación del diseño de la instalación.

Los resultados obtenidos hasta el momento, permiten concluir que existe una metodología de diseño que permitiría reducir los arrastres sustancialmente, se ha probado con éxito a escala piloto y se ha presentado una solicitud de patente, que se encuentra en trámite. Asegurada la prioridad, se hace necesario realizar un esfuerzo más centrado en el análisis teórico, que en la experimentación del problema. Sin embargo, es necesario realizar un trabajo experimental adicional al ya realizado para dilucidar algunos aspectos teóricos.

El proyecto contempla un análisis teórico-experimental de los fenómenos involucrados en el proceso, incluyendo:

› 1. Caracterización de la dispersión de orgánico en acuoso (o viceversa) generada en el mixer.

› 2. Caracterización de la distribución de tamaños de gotas con especial énfasis en los parámetros de diseño y de operación que las afectan.

› 3. Caracterización de los campos de flujo de acuoso en los settler.

› 4. Análisis teórico experimental de la velocidad de coalescencia de la fase orgánica en la banda de dispersión. Determinación de cinéticas de coalescencia gota-interfase y gota-gota, bajo diferen-tes condiciones de la interfase y del cuerpo de la banda de dispersión, producto de la velocidad de alimentación de la dispersión, de su distribución de tamaño de gotas, de la velocidad de las fases continuas, etc.; que definen el perfil de velocidad de la banda de dispersión a lo largo del settler.

Se plantea un modelo fenomenológico que integra la representación matemática de los fenóme-nos fundamentales del sistema de extracción, de manera que permite no sólo predecir el arrastre de orgánico, para una condición dada de variables de operación y de diseño, sino también visualizar la importancia relativa de los diferentes fenómenos. Esto sirve como herramienta para focalizar el esfuer-zo del proyecto en el análisis de aquellos fenómenos que resultan los pasos controlantes del proceso.

Parte importante del esfuerzo experimental se realiza en ensayos de extracción por solvente a escala banco y piloto, y en el desarrollo de experiencias tendientes a determinar velocidades de coales-cencia de la fase orgánica, con y sin presencia de partículas sólidas.

Resultados esperados del proyecto es lograr un mejor conocimiento del fenómeno de coalescencia de orgánico en mixer-settler, recolectar información experimental adicional, dar soporte a las respues-tas a las oposiciones que se presentarán a la solicitud de patente ya presentada, y publicación de los resultados en congresos nacionales, internacionales y en revistas internacionales indexadas.

› abstract

Copper and iodine are recovered by solvent extraction of pregnant solutions obtained by leaching of copper minerals and Chilean nitrate ore, respectively. In both cases due to high volumetric flow of


1 7 4

the aqueous pregnant solution, the preferred technology is the use of mixer-settler units. In this type of processes the entrainment of the organic and/or aqueous phases produces heavy economics losses and/or operational problems in downstream operations, which compromise the economic results of the process or the quality of the product, or both. The main restriction in the design of process is to minimize entrainment, rather than to maximize mass transfer, since the new development in organic extractant had increased mass transfer rate in such amount that usually one or two mixer settler unit are enough to achieve the design recovery.

Little has been published on the analysis of the phenomena that control the behavior of the settler coalescence in the dispersion band. Drop to drop and drop to interface coalescences are the phenomena which mainly determine the entrainment of the dispersed phase in the settler. The height of the dispersion band in the settler is the result of the dynamic equilibrium between the dispersion income flow, coming from the mixer, and the exit of the dispersed and continuous phase, as continuous phases from the dispersion band, as result of the drop to drop and drop to interface coalescences.

The main objective of this project is to analyze the behavior of the dispersion band in the settler of a pilot scale mixer-settler unit, in order to determine the phenomena that generate the entrainment of the aqueous/organic phase. Drop to drop and drop to interface coalescence are studied by image analysis of digital video taken under different specific velocity of the liquid phases. Dispersion band thickness, hold-up and drop size distribution were determined along the length of the settler, and drop to drop and drop to interface coalescence kinetic were estimated. The analysis is focused in the difference of behavior of the dispersion band, when the settler is operating at a specific flow such that the dispersion band disappear before the end of the settler, compared with the case when the dispersion band is in contact with the end of the settler, and drops are subject to compression with the wall (flooded settler). It was found that drop size distribution increases along the length and with the height of the dispersion band. Drop to interface coalescence time and average diameters of the drops in contact with the interface, decrease significantly when the settler operates at flooded condition. Analysis of the results is used to propose design changes in settler operating at flooding conditions.


Supervisión Inteligente de Unidades de Procesos InvestigadoresPh.D. Luis Bergh O.Ph.D. Juan yianatos B.Mg. Luis Vinnett P.

ÁreasIngeniería de Instrumentación y ControlIngeniería Metalúrgica

› resumen

En general, la industria nacional ha alcanzado estándares internacionales con la incorporación masiva de instrumentación, de sistemas computacionales para la adquisición de datos, monitoreo en línea de variables de operación y sistemas de control distribuido. El mayor impacto del uso de compu-tadores se produce, sin embargo, cuando se usan con el fin de optimizar las operaciones del proceso.

La incorporación de los avances en instrumentación, adquisición de datos, controladores basados en microcomputadores y computadores, rara vez ha motivado un desarrollo tecnológico propio para la implementación de sistemas de control en Chile. Más aún, común es la práctica en la industria na-cional de adquirir sistemas desarrollados y envasados por proveedores extranjeros. Un objetivo funda-mental de este proyecto es entonces el desarrollo, evaluación y adaptación de técnicas modernas de

8.7


1 7 5

modelación y diseño de sistemas de control de procesos por computador, como una forma de generar independencia tecnológica. Sin embargo, el uso apropiado de estas técnicas requiere de un grado de experiencia que es necesario desarrollar y confrontar experimentalmente.

El desarrollo de control supervisor se extiende a diferentes áreas de la industria de procesos cu-briendo esquemas complejos de control, recuperación de condiciones extremas de operación, proce-dimientos de detención por emergencias, procedimientos de optimización considerando restricciones operacionales y monitoreo del comportamiento de sistemas de control, entre otras.

En este proyecto se propone trabajar en el desarrollo de sistemas supervisores de la operación de procesos complejos en tres frentes: por simulación, por evaluación experimental a escala piloto y por evaluación experimental a escala industrial, cuando sea posible. Se evaluarán a escala piloto y a escala industrial los avances logrados en el desarrollo de métodos alternativos de supervisión en la medición de variables operacionales, en la coordinación de lazos de control distribuidos y en sistemas de detec-ción de fallas.

Se incorporará el uso de técnicas de inteligencia artificial, tales como redes neuronales, lógica binaria y lógica difusa tanto para la validación de la información, como para su procesamiento en el control del proceso. Se incorporará el uso de técnicas de estadística multivariable, tales como Análisis por componentes Principales y Mínimos Cuadrados Parciales, para el monitoreo y detección y reme-diación de fallas. Se integrará el uso de estas herramientas en forma jerarquizada.

Este proyecto cubre tres grandes áreas dentro de unidades de procesos, específicamente del procesamiento de minerales:

a) El desarrollo y evaluación de supervisión inteligente del proceso de extracción por solvente (SX), a realizar en una planta piloto, considerando los aspectos hidrodinámicos y metalúrgicos.

b) El desarrollo y evaluación de supervisión inteligente del proceso de flotación en columnas y celdas, a realizar en una planta piloto, considerando aspectos fundamentales, hidrodinámicos y metalúrgicos.

c) El desarrollo y evaluación de supervisión inteligente en otros procesos, tales como reactores CSTR.

› abstract

In general, local industry has reached international standards in terms of installed instrumentation, computer platforms, data communication, on-line monitoring of process operation and control systems. However, most benefits will come if these platforms are used for optimizing the operation of such processes. A main objective of this proposal is the development, evaluation and adaptation of modern techniques for process modeling and computer control and supervision, as a way to generate technological independence. However, the proper use of these new techniques requires a degree of expertise, which it is necessary to develop and evaluate experimentally.

The development of supervisory control integrates different areas in the process industry, such as complex control strategies, recovery of normal operation from extreme conditions, emergency shutdown procedures, optimization of operation under constraints, and process monitoring and fault diagnosis and remediation. In this project, three scenarios are considered for the development of process supervisors: process and control simulations, experimental evaluation in pilot plants and implementation and evaluation in industrial plants. The benefits of alternative forms of coordination of distributed control systems and operating and instrumentation fault detection and remediation will be evaluated. Artificial intelligence techniques, such as neural networks, binary and fuzzy logic, will be used in data validation and data processing for control purposes. Multivariate statistical techniques, such as PCA and PLS, will be used to aid fault detection and monitoring. These tools will be hierarchically organized to form process supervisors. This project covers the mineral processing areas of solvent extraction, flotation and pyrometallurgy.


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Estudio de la Agregación de Surfactantes No-Iónicos en Solventes Orgánicos: Determinación del Tamaño y Morfología de los AgregadosInvestigadoraDra. María Pilar gárate ch.

ÁreasIngeniería QuímicaFísico-Química

› resumen

Por muchos años se ha reconocido la posibilidad de que tanto surfactantes con carga como sin carga, puedan formar agregados en solventes no-polares. Sin embargo, a pesar de la importancia in-dustrial que este tipo de fenómeno tiene en procesos tales como lavado en seco de telas y superficies duras, el número de estudios enfocados a determinar las propiedades físicoquímicas de soluciones de surfactantes en solventes orgánicos es bastante escaso.

Para aquellos surfactantes del tipo CiEj con i = 6,8 y 10 y j = 3-6, no existen estudios que entreguen información acerca de solubilidades, tensiones interfaciales y mucho menos agregación en solventes orgánicos. Esta investigación fue abordada en el proyecto de investigación previamente presentado. Los resultados obtenidos durante el transcurso del proyecto han permitido establecer la presencia de agregados, determinar la concentración a partir de la cual se forman en solución y realizar un primera aproximación acerca de su tamaño y posible estructura. El presente trabajo corresponde a una con-tinuación de esta investigación y tiene como objetivo general estudiar la agregación de surfactantes no-iónicos en solventes orgánicos. Más específicamente, se desea determinar el tamaño y morfología de los agregados formados en soluciones de surfactantes CiEj (i = 6,8 y 10; J = 3-6) en heptano, combinando mediciones experimentales con modelos teóricos y simulaciones computacionales. Para lograr este objetivo se desarrollará el proyecto en dos etapas:

› 1. Determinación experimental de los coeficientes de Difusión de los agregados empleando RMN. Ajuste de ecuaciones teóricas de auto-difusión para distintas formas, de modo de obtener mor- fologías compatibles con los datos experimentales. Estudio del efecto que el cambio de estructura del surfactante pueda tener sobre la configuración ajustada.

› 2. Simulaciones de Dinámica Molecular que comprenden: a) Establecer que campo de fuerza, ensamble termodinámico y motor de cálculo será utilizado.

b) Implementar un protocolo que permita generar las configuraciones iniciales para las simulaciones de dinámica molecular.

c) Basados en los datos empíricos, simular estas distintas configuraciones del sistema de modo de determinar estabilidad termodinámica.

d) Analizar las simulaciones y correlacionar estos resultados con la evidencia experimental disponible.

Al finalizar el proyecto, se espera poder describir los agregados formados por los surfactantes bajo estudio en términos de su morfología, tamaño, número de agregación y estabilidad termodinámica. Esta información permitirá en un futuro estudiar nuevas aplicaciones para la utilización de estos surfactantes en distintas industrias tales como lavado en seco, industria del petróleo entre otras.

› abstract

For many years it has been ecognized the posibility that both charged and uncharged surfactants may form aggregates in apolar solvents. Despite of their importance in industrial processes, such as

8.8


1 7 7

dry-cleaning of textiles and hard surfaces, the number of studies on physicochemical properties of surfactant solutions in organic solvents is rather scarce.

There are no studies available for surfactants of the type CiEj con i = 6,8 y 10 y j = 3-6 that could provide information about solubilities, surface activity and aggregation of their solutions in organic solvents. This was precisely the focus of the prevoius research project. Our results have shown the presence of relatively large aggregates capable of dissolve polar molecules in their core. From the general phase diagram obtained for all the surfactants under study, it was possible to determine the concentration at which surfactants begin to aggregate or critical micellar concentration (cmc). This concentration depends on the structure and relative size of each part of the molecule. Finally it was posiible to give a first indication of the size and structure of those aggregates.

The present work intent to pursue this line of reserach focusing on the sudy of size and morphology of the aggregates. In order to do that, experimental techniques will be combined with calculations and computer simulations. The project will be carried on in two steps:

› 1. Calculation of the difusion coeficients from NMR experiments. Fitting of self-difusion equations for different configurations to experimental data. Consequently, possibles structures for the aggregates woul be define.

› 2. Dynamic Molecular simulations whose starting point would be the strustures defined in the repvious step. From the simulatons we expect to determine the thermodynamic stability of the configurations and the correlation between experimental data and data obtained form the simulations. This results could not only reinforce the fact that aggregates are formed but would also provide valuable information about the energy involved in the process.

At the end of the project, we expect to fully describe the aggregates formed in solutions of CiEj

surfactants in heptane in terms of their structure, size, aggregation number and thermodynamic stability. This information would open new perspectives for the study of industrial applications of these surfactants in dry-ceaning, hard´surfaces dry-cleaning and oil industry among others.


Proceso de Esterilización Comercial de Alimentos en Envases Flexibles y Semi-Rígidos: Modelación y Validación de

la Presión Interna durante el Proceso.Investigadores

Ph.D. Sergio Almonacid M.Ph.D. ricardo simpson r.

Ph.D. Arthur Teixeira (Florida State University, U.S.A.)

ÁreaProcesamiento y tecnología de alimentos

› resumen

Hoy, Chile aparece en el lugar 17 en valor exportado de alimentos. De un universo de más de 200 países, Chile se encuentra en una excelente base para dar un gran salto. Gobierno y empresarios están trabajando mancomunadamente para convertir a Chile, en el mediano plazo, en una “Poten-cia Alimentaria”. Para fines del año 2004 las exportaciones de alimentos sumaron US$ 7.111, lo que equivale casi a las exportaciones de cobre del año 2003. Sin duda, la exportación de conservas re-presenta una parte importante dentro de la industria exportadora de alimentos con valor agregado,

8.9


1 7 8

alcanzando un valor de US$ 500 en 2005. Productos alimenticios de valor agregado son materias primas procesadas o pre-procesadas cuyo valor ha sido incrementado a través de cambios en su con-tenido, procesamiento o empaque, que hacen el producto más atractivo y/o de uso más simple para el consumidor. En los últimos años el mercado a favorecido notoriamente las conservas empacadas en las llamadas “Bolsas Esterilizables” básicamente por varias ventajas como, el transporte por ser más livianas que el tarro metálico, facilitan el uso por parte del consumidor, además de reducir signi-ficativamente los tiempos de procesos a nivel de producción. Una desventaja del procesamiento de conservas en bolsas en comparación con su producción en tarros es la necesidad de un control más fino durante el proceso térmico. El aumento de temperatura en el envase herméticamente cerrado resulta en un incremento de la presión interna que debe ser controlada con contrapresión para evitar el daño al los sellos y eventual colapso del envase.

La presión interna depende de la naturaleza del alimento envasado (actividad de agua y gases entrapados), y de la combinación aire/humedad en éste. La modelación de este proceso es de vital importancia para mejorar la eficiencia y calidad de los productos envasados en estos empaques. Los modelos encontrados en literatura no consideran variables como la actividad de agua del alimento y la naturaleza transciente del proceso, siendo los últimos trabajos del año 1991.

El objetivo de este estudio es desarrollar y validar un modelo matemático que describa los cambios de presión interna en envases flexibles y semi-flexibles durante el proceso de esterilización comercial.

› abstract

Food trade is a major component of Chile’s exports. From a universe of more than 200 countries, Chile ranks 17 as annual contribution of food exportations, in U$ value. Chile is now in an excellent situation to significantly improve its position as food provider country. Government and entrepreneurs are making combined efforts for Chile to become a “World Food power” in the years to come. Introducing, technology to increase exportations and to add value to raw materials is of high interest for Chilean government and food producers. Canned food exportations are key, since they are value-added products, not raw lower value material. Canned food exportations were U$ 500 millions in 2005, which represents 30% increase as compared with canned food exported in 1995. Retortable pouches are increasingly replacing the traditional cans because of number of advantages and represent an attractive opportunity to add value to Chilean food products. The world market has reaches about 20 billion units of retortable pouches and continue to grow. However, an important processing disadvantage, in comparison with traditional cans, is the need of closer and more accurate control during the thermal processing, specifically internal package pressure built up. Internal pressure may cause serious deformation of containers if not properly counterbalanced with external pressure. Modeling internal pressure profile is critical for food product/processing development and processing control. Very little published information is available describing the nature of pressure build up in retortable pouches containing food products. The most recent model can be used to estimate internal pressure in steady state conditions, when the food inside the package has reached processing temperature, but no model to estimate unsteady state pressure profile (come up time and cooling phase) has been developed. The General objective of this research is to develop and implement technologies to encourage food product development in retortable pouches, while specific objectives are:

› 1. To develop a predictive model, which allows to estimate internal pressure in the head space of flexible packages subjected to thermal processes. Energy balance based on the first law of thermodynamic will be used.

› 2. To calibrate the model through experiments carried out in a controlled system with a model food.


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› 3. To validate the model by using model foods with known aw, packaged in retortable pouches and processed in a retort with overpressure.

› 4. To experimentally validate Patel´s model (Patel et al. 1991) to be useful in a wider range of foods (different aw).

A cylinder-piston system with a Bentonite food model will be used to carry out experiments. Changes of head space (Volume, RH, Temperature and Pressure) and food temperature will be accurately monitored and recorded to calibrate the model (parameter determination).

It is expected that this model will contribute to food product development in retortable pouches as well as to on line control of thermal processing with overpressure.


Aceleración del Proceso de Deshidratación Osmótica a través de Calentamiento Óhmico

InvestigadoresPh.D. ricardo simpson r.

Ph.D. Sergio Almonacid M.Sr. Jorge Moreno C. (Universidad del Bío-Bío)

Sr. Micha Peleg (U.S.A.)

ÁreaProcesamiento y tecnología de alimentos

› resumen

Deshidratación de frutas es un proceso milenario utilizado para la preservación de alimentos. Aunque el proceso de deshidratación de los alimentos extiende la vida útil, además, tiene un efecto perjudicial sobre la calidad organoléptica y nutricional. Un proceso alternativo y, en algunas ocasiones, un proceso complementario es la deshidratación osmótica.

Deshidratación osmótica es el proceso de eliminación de agua por inmersión de un alimento que contiene sólidos en una solución acuosa concentrada durante el cual el alimento gana en sólidos y simultáneamente pierde agua.

Calentamiento óhmico es un proceso térmico en el que el calor es generado internamente por el paso de corriente eléctrica alterna (AC) a través de un sistema alimentario, que sirve como una resistencia eléctrica.

El fenómeno de la electropermeabilization de las membranas celulares se conoce desde hace varias décadas, y recientemente ha recibido una atención cada vez mayor para la manipulación de células y tejidos. Observaciones preliminares sugieren que algún tipo de “distribución eléctrica” po-dría ocurrir en las membranas. De hecho, el conocimiento es fenomenológico, en que se basa en las mediciones de corrientes eléctricas a través de una membrana plana bilayer (BLM), bajo la influencia de fuertes campos eléctricos, y sobre las bases moleculares de las moléculas en el transporte (o de) las células sometidas a campo eléctrico de pulsos. Gran parte de lo que se observa se puede llamar “electropermeabilization” de la membrana, es decir, un aumento espectacular de la permeabilidad (o conductividad) y (en algunos casos) la rotura mecánica.

El objetivo general es estudiar y analizar el efecto combinado producido por deshidratación osmó-tica junto con calentamiento óhmico.

8.10


1 8 0

› abstract

Fruit dehydration is a millenary process used for food preservation. Although the dehydration process extends foods shelf life, in addition, it has a detrimental effect on the organoleptic quality. An alternative process, and, in some occasions, a complementary process is osmotic dehydration.

Osmotic dehydration is the process of water removal by immersion of water containing cellular solids in a concentrated aqueous solution during which a simultaneous solid gain also takes place.

Ohmic heating is a thermal process in which heat is internally generated by the passage of alternating electrical current (AC) through a body, such as a food system, that serves as an electrical resistance. Ohmic heating is alternatively called: resistance heating, or direct resistance heating, Joule heating, or Electroheating ™.

The phenomenon of electropermeabilization of cell membranes has been known for several decades, and has recently received increasing attention for the manipulation of cells and tissues. Early observations suggested that some type of “electrical breakdown” might occur in electrically stimulated membranes. Actually the knowledge is phenomenological, as it is based on measurements of electrical currents through a planar bilayer membranes (BLM), under the influence of strong electric fields, and on the molecular transport of molecules into (or out of) the cells subjected to electric field pulses. Much of what is observed can be called “electropermeabilization” of the membrane, i.e. a dramatic increase of permeability (or conductivity) and (in some cases) mechanical rupture.

The general objective is to study and analyze the combined effect produced by osmotic dehydration coupled with ohmic heating.


Modelación y Supervisión de Circuitos de Flotación IndustrialInvestigadoresPh.D. Juan yianatos B.Ph.D. Luis Bergh O.Ing. Francisco Díaz V. (Comisión Chilena de Energía Nuclear)

ÁreasIngeniería MetalúrgicaIngeniería de Instrumentación y Control

› resumen

La aplicación industrial del proceso de flotación se inició hace más de un siglo en Australia. En la actualidad se utiliza ampliamente en el procesamiento de minerales metálicos y no-metálicos, y también en otras aplicaciones como el tratamiento de agua, la separación de tinta en la industria del papel reciclado y la separación de material orgánico del electrolito en la extracción por solvente. Actualmente, el procesamiento a nivel mundial de la flotación supera los 2000 millones de toneladas por año, donde el 50% corresponde a minerales de cobre. En el negocio del cobre, Chile es el primer productor con una participación cercana al 35% de la producción mundial. Esta condición junto al notable aumento en el valor del cobre, motivan la aplicación práctica de los avances del conocimien-to fundamental de la flotación para mejorar la eficiencia de la operación industrial.

La flotación es un proceso complejo de separación de sólidos, en un sistema multifase (sólido líqui-do, gas), donde la materia prima es heterogénea en composición, diseminación, forma y tamaño. En la práctica industrial el adecuado manejo del acondicionamiento químico de la pulpa y la regulación de las principales variables operacionales de los equipos (aire, nivel y agua de lavado en equipos neu-máticos) permiten mejorar la recuperación y selectividad de la separación.

8.11


1 8 1

Por otra parte, las celdas mecánicas actualmente han alcanzado tamaños unitarios de 160-250 m3. El gigantismo de los equipos ha generado limitaciones en el flujo específico de aire (m3/h/m3celda) en las celdas mecánicas, reduciendo la capacidad de transporte (ton/m2celda). Este parámetro está fuertemente relacionado al tamaño de burbujas y la velocidad superficial del gas en la interfase pulpa-espuma. Para mejorar la capacidad de transporte, especialmente en la espuma, se han introducido aceleradores de espuma (froth crowder) de tipo cónico y rebalses internos además de los perimetrales. También, la mayor altura de las celdas mecánicas ha aumentado el tiempo de residencia del gas, au-mentando la probabilidad de ruptura del agregado partícula-burbuja, en un medio de alta disipación de energía. Estudios recientes han mostrado que a pesar del gran tamaño de los equipos, la agitación en las celdas mecánicas y la dispersión neumática del aire en las columnas, generan un grado de dis-persión cercano al de un mezclador perfecto. Esta situación obliga a utilizar arreglos de celdas en serie (bancos) para alcanzar una alta recuperación, particularmente en la flotación primaria. De esta forma la operación corresponde a un sistema secuencial multietapa de parámetros distribuidos.

Por otra parte, los estudios recientes han comprobado que la respuesta metalúrgica del proceso está determinada por el comportamiento de dos zonas de características muy diferentes, la pulpa y la espuma. Sin embargo, para la modelación, diseño y control del proceso, tradicionalmente se ha con-siderado la respuesta global de la flotación como un sistema tipo caja negra, sin considerar el tamaño de los equipos ni la condición distribuida del proceso.

Al respecto, en el presente proyecto se plantea la idea de mejorar la operación industrial a partir del conocimiento actual del proceso, reconociendo:

› 1. la existencia de una zona independiente de espuma, con parámetros propios de control,

› 2. la operación del banco de flotación como sistema distribuido.

Para lograr el objetivo se usará información complementaria a las mediciones tradicionales, por ejemplo: carga de burbuja (ton/m3), ley de superficie de espuma, propiedades superficiales de la es-puma (análisis de imágenes), tamaño de burbuja en la pulpa (mm), flujo local de aire en la interfase (m3/h), permitiendo mejorar la información para monitoreo, toma de decisiones, modelación, control y optimización del proceso.

Como resultado se espera:

a) Desarrollar y evaluar herramientas para mejorar la modelación de la operación, tales como: carga de burbuja, arrastre y recuperación de espuma, DTR de espuma, propiedades superficiales de la espuma, tamaño de burbuja en la pulpa, cinética rápida de flotación.

b) Desarrollar y evaluar estrategias de control distribuido, para mejorar la supervisión de la opera-ción (ley-recuperación) en la etapa de flotación primaria.

c) Estudiar la variabilidad de los parámetros de flotación como herramienta estadística de control.

› abstract

The industrial application of flotation processes started more than one century ago in Australia. At present it is widely used for mineral processing of metallic and non-metallic minerals, and also in other applications such as water treatment, ink separation in the recycled paper industry and separation of organic material from electrolyte in solvent extraction.

In recent years the mineral processing by flotation in the world has became over 2000 million tons per year, while 50% corresponds to the copper minerals. In the copper business, Chile is the first producer with 35% of the world production. This condition, together with the significant increase in the copper price, motivates the practical application of the advances on flotation fundamental knowledge to improve the efficiency of the industrial operation.


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Flotation is a complex solids separation process, in a multiphase system (solid, liquid, gas), where the raw material is heterogeneous in composition, dissemination, shape and size. In industrial practice the proper management of the pulp chemical conditioning and the regulation of the main operating variables (air, pulp level and wash water in pneumatic columns) allow the improvement in separation recovery and selectivity. On the other hand, mechanical cells actually reached unitary sizes of 160-250m3. The big size of equipments has limited the specific air flow rate (m3/h/m3 cell) in mechanical cells, thus decreasing the transport capacity (ton/m2 cell). This parameter is strongly related with the bubble size and superficial air velocity at the pulp/froth interface. In order to increase the transport capacity, particularly in the froth zone, conical “froth crowders” and “internal launders”, in addition to the launder along the cell perimeter, have been introduced. Also, the greater height of mechanical cells increased the gas residence time, thus increasing the probability of particle-bubble aggregate rupture, in a medium with high energy dissipation. Recent studies have shown that despite the large size of equipments, the mixing in mechanical cells as well as the dispersion of air in pneumatic columns, generate a level of dispersion which is closer to a perfect mixer. This condition requires the use of arrangements of cells in series (banks) in order to achieve high recoveries, particularly in rougher flotation. In this way the operation corresponds to a serial multistage system with distributed parameters.

Also, recent studies have shown that the process metallurgical response is determined by the behavior of two zones of quite different characteristics, the pulp and froth. However, for process modeling, design and control, typically the overall flotation response has been considered like a black box, without consideration of the equipment size nor the distributed process condition.

In this respect, the present Project proposes the idea of improving the industrial operation using the actual process knowledge and recognizing:

› 1. The existence of an independent froth zone, with particular control parameters.

› 2. The flotation bank operation as a distributed system.

For process characterization additional measurements will be developed, such as: bubble load (ton/m3), top of froth grade, superficial froth properties (image analysis), pulp bubble size (mm), local gas flow rate at the interface level (m3/h), thus allowing to improve the information for monitoring, decision making, modeling, control and process optimization.


Extracción Supercrítica de Carotenoides a partir de Material Vegetal Empleando CO2 Supercrítico: Empleo de Lípidos como ModificadoresInvestigadoresDr. Juan de la Fuente B.Dr. José del Valle Ll. (Pont. Universidad Católica de Chile)Dra. Paz Robert C. (Universidad de Chile)

ÁreasIngeniería QuímicaProcesamiento y Tecnología de Alimentos

› resumen

Esta contribución aportará datos relevantes para el desarrollo de procesos de extracción con CO2 supercrítico (SC-CO2) como solvente de pigmentos carotenoides, a partir de materia vegetal utilizando lípidos como potenciales modificadores. Oleorresinas de pimentón rojo y tomate son mezclas comple-

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jas que contienen triglicéridos y pigmentos carotenoides de interés para la industria de alimentos por su poder colorante (rojo y amarillo), propiedades funcionales (poder antioxidante) y valor nutricional (pro-vitamina A). Se ha sugerido el empleo de SC-CO2 para la extracción de estas oleorresinas, sin embargo, el rendimiento de las extracciones es limitado por el bajo poder solvente del CO2. En la lite-ratura se ha sugerido que el empleo de lípidos de cadena corta podría tener un positivo efecto sobre la extracción de carotenoides con SC-CO2.

De acuerdo a los antecedentes de la literatura, el efecto de lípidos sobre el rendimiento de la ex-tracción podría ser explicado por un incremento en el poder solvente del CO2 (efecto de co-solvencia), o, por un efecto de competencia con los carotenoides por sitios disponibles en la matriz sólida (efecto de desorción). Con el propósito de aportar con nuevos antecedentes que ayuden a un mejor enten-dimiento del comportamiento de mezclas CO2 + lípidos, en este estudio se medirá y modelará el equilibrio entre fases de sistemas binarios (carotenoide + CO2) y ternarios (carotenoide + modificador + CO2), para las condiciones: concentración de modificador (≤10% w/w), temperatura (303-343 K), y presión (20-50 MPa). Adicionalmente. El efecto de la matriz sólida y presencia de lípidos sobre la so-lubilidad será cuantificado midiendo el equilibrio de partición (isoterma de absorción) de oleorresinas entre la matriz sólida y la fase supercrítica cargada. En procesos que emplean SC-CO2 la velocidad y rendimiento de extracción se ven afectadas además de la solubilidad del soluto y su distribución entre la matriz sólida y el solvente supercríticos, por otros factores como la velocidad superficial del solvente y pretratamiento de la mezcla. En este estudio se obtendrá información sobre rendimiento acumulati-vo de extracción para pimentón rojo y/o tomate empleando SC-CO2 puro y mezclado con modificador. Los resultados serán representados con modelos disponibles de transferencia de materia.

En resumen, esta propuesta pretende contribuir con información experimental y modelos para el equilibrio entre fases, equilibrio de absorción, y cinética de extracción de pigmentos carotenoides usando SC-CO2 y CO2 modificado con lípidos. Trabajos de preliminares de exploración permitirán evaluar el efecto co-solvente de lípidos, sobre la base de esta información se optará por continuar o seleccionar algún otro co-solvente alternativo, como etanol.

› abstract

This contribution will provide relevant data required for the development of extraction processes of carotenoid pigments from plant material using lipids as potential modifiers of carbon dioxide (CO2) under supercritical fluid (SCF) conditions or supercritical CO2 (SC-CO2) as the solvent. Red pepper and tomato oleoresins are mixtures of triglycerides and carotenoid pigments that can contribute to the color (mainly yellow and red), functional properties (high antioxidant activity), and nutritional value (pro-vitamin A activity) of foods. The use of SC-CO2 has been proposed to extract these oleoresins, but the yield of carotenoid pigments has been limited by its low solubility in CO2, that depends on the process temperature and pressure, and the molecular weight and polar group substituents (-OH, =O, -COOH) of the solute. However, there has been some reports on the positively effect of minor lipids components on the solubility of carotenoids in SC-CO2.

The positive effect of the lipids on process solubility has been claimed by some to be due to its modifying of the solvent power of CO2 (co-solvency effect) and by other to a its competing with the carotenoids for binding sites in the solid matrix (desorption effect). To help clarify this controversy, high-pressure phase equilibria of binary (carotenoid + CO2) and ternary (carotenoid + modifier + CO2) systems will be measured and modeled as a function of the carotenoid compound, modifier concentration (≤10% w/w), temperature (303-343 K), and pressure (20-50 MPa). Furthermore, the effects of the solid matrix and minor lipids in the actual solubility will be accounted by measuring an equilibrium partition relationship (sorption isotherm) for the oleoresin between the solid matrix and the loaded SCF phase. Extraction with SCFs or supercritical extraction (SCFE) demands specific information on extraction rate and yield which are affected by many other factors besides solute solubility and partition between the SCF phase a the solid matrix, including the superficial solvent velocity and sample pretreatment. Because of that, cumulative extraction plots for red peppers and/


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or tomato, will be measured using pure and modified SC-CO2, and simulated using available mass transfer models. In summary, the information gathered in this project will contribute with valuable experimental data and models for high-pressure phase equilibria, sorption equilibria, and cumulative extraction kinetics of carotenoid pigments using pure SC-CO2 and CO2 modified with lipids. In anticipation of our determining that lipids do not act as co-solvents for carotenoid pigments, we will also make a preliminary exploration of low concentration of ethanol as an alternative modifier.

In addition the valuable scientific and technological merits, this proposal will contribute to the formation of students at the under- and postgraduate level; the start-up of collaborative work between an specialist on carotenoid pigments analysis and isolation, and the headers of two consolidated groups exhibiting a suitable scientific productivity specializing on SC-CO2 extraction and allied technologies.


Electrochemical Treatment of Industrial Wastewaters. An Alternative to Chemical TreatmentInvestigadoresPh.D. Henrik HansenM.Sc. Patricio Núñez M.Mg. Adrián Rojo O.


› abstract

Conventional wastewater treatment uses a typical approach based on the use of standard unit operations and the addition of chemical compounds. The general purpose is to precipitate the contaminant and to separate of the solid afterwards using clarifiers, centrifuges, filters or similar equipment. New methods are getting interesting since conventional methods have reached their limits. Specially, electrochemical processes and redox-reactions have shown their potential for solving wastewater problems in a sustainable way.

This proposal focuses on the experimental determination of process parameters for two electrochemical treatment processes that deals with two of the most important industries of the country - copper smelters and petroleum refineries:

a) Arsenic removal from smelter wastewater by electrocoagulation.

b) Electrochemical production of oxidant to treat spent caustic wastewater in petroleum refineries.

En general for both cases is that the electrochemical gradient should control the reaction rate of the processes.

The wastewater of a copper smelter is treated at laboratory scale with the aim of making a characterization of the principal contaminants: Copper, molybdenum, lead and arsenic. An electrocoagulation process is designed to treat these contaminants.

The wastewater of a petroleum refinery is treated with Fenton´s Reagent, generated in situ using electricity as an alternative to the high pressure and temperature process that is required in conventional treatment with air.

Based on these experiments a set of process parameters are determined for different conditions, these parameters are analyzed using a model that is developed by the investigators to fit the

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experimental data, in order to set up a basis for the scale up of these processes. On the other hand the refinery process, the smelter wastewater and the leaching solution are analyzed from a process point of view, using the pinch technology for mass transfer. This is done to identify opportunities to reduce the wastewater and treat the wastewater using the proposed methodology. The wastewater could afterwards be recycled.

The results of this research will generate a methodology to analyze opportunities for waste reduction in refineries and copper smelters. Furthermore, the use of electrochemical treatment on different metal containing wastewaters should provide a guideline for, where electrochemical gradients could solve environmental problems. Recovery of valuable metals, such as copper, is another possible profit of the project.

[ Proyecto EU FP6-043658 ]

Multilateral Network to promote Research on Sustainable Solid Waste Management for INCO Target Countries: Latin America

InvestigadoresDr. Klaus Fischer (University of Stuttgart, Alemania)

Ms. Brigitte Holz (Ing. Holz & Partner, Landcover Research and Project Management)Dr. Raghida Lepistö (University of Tampere)

Dr. Aysel Atimtay (Middle East University Ankara)Dr. Ronald Arrieta (Universidad de Costa Rica San Pedro de Montes de Oca)

Ms. Rosangela Mitiyo H. (Centro Integrado de Tecnología e Educação Profissional da Cidade Industrial de Curitiba)

Dr. Edgar Salas (Universidad Católica Boliviana San Pablo)Ph.D. Henrik Hansen

Dr. Sergio Barrera T. (Universidad de Los Andes)Prof. Pinjing He (Tongji University)

Dr. Somrat Kerdsuwan (King Mongkut’s Institute of Technology North Bakok)Dr. Hakimi I. Mahamad (University Sains Malaysia)

ÁreaMedioambiente

› abstract

The main objective of the WasteNet SSA is to support international research and co-operation in the area of sustainable solid waste management with a particular focus on appropriate technologies, policy constraints of dissemination and implementation and success-oriented concepts for low and middle income countries. Restricted access in developing countries to information sources concerning solid and hazardous waste management has led to a generalised lack of knowledge about the problem, resulting in nonexistent, inappropriate or incomplete technical, political and operational measures. On the other hand, countries with advanced know-how about waste management and treatment technologies are unaware of the research and policy needs in developing countries, unable to access these potential markets. Through the establishment of an international knowledge network for the advancement of sustainable and appropriate waste management both issues can be addressed. The WasteNet strengthens the international research in sustainable and appropriate waste management strategies and technologies. The research network will be founded and organized by scientist or scientific institutions from Latin America, Asia and Europe.

The overall objective will be achieved by:

› 1. Establishment of a speaking tube for the international research community to communicate regarding the demand of research in INCO target countries.

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› 2. Identification of implementation and dissemination barriers for Know-how on sustainable Waste management concepts.

› 3. Establishing an Internet based exchange platform with information on “best practice” in science and project co-operation (e.g. “waste-to-energy” technologies).

› 4. Dissimination of the outcome of the WASTE.Net (e.g. internet platform): compilation of material for capacity building, joint education units with co-operation universities, workshops with stakeholders for awareness building, etc.

Establishing regional networks linked to research strategies of the European Union.


Extracción de Matrices Vegetales con CO2 Supercrítico: Estudio Experimental e Implicancias de el Fenómeno de SorciónInvestigadoresDr. José del Valle Ll. (Pont. Universidad Católica de Chile)Dr. Juan de la Fuente B.Mag. Edgar Uquiche C. (Pont. Universidad Católica de Chile)

ÁreasProcesamiento y tecnología de alimentosIngeniería Química

› resumen

El presente proyecto contribuirá al desarrollo de los procesos de extracción de sustratos vege-tales, empleando dióxido de carbono (CO2) en condiciones supercríticas (SC-CO2) como solvente. La extracción con fluidos supercríticos (EFS) es una tecnología relativamente nueva, que demanda un esfuerzo mayor de investigación y desarrollo para ser aplicado comercialmente. Una necesidad específica corresponde al efecto del pretratamiento de la muestra, sobre la velocidad de extracción y el rendimiento (aspecto de especial interés de nuestro grupo de investigación). En este proyecto se estudiará el efecto de la matriz sólida y condiciones de extracción, sobre el fenómeno de sorción para solutos relevantes en presencia de SC-CO2, y aspectos que frecuentemente son despreciados a causa de las dificultades experimentales involucradas. Al final del trabajo la información obtenida será sis-temáticamente aplicada como parámetros en un modelo matemático de simulación completamente predictivo, que empleará relaciones microestructura-extractabilidad para la determinación de la difu-sividad efectiva de los solutos en la matriz sólida. Los parámetros de modelos de isotermas de sorción serán ajustados de acuerdo a la información generada en este proyecto, y correlaciones actuales de DL y kf especialmente adaptados para lechos empacados de sustratos sólidos tratados con fluidos supercríticos. Además de los méritos científicos y tecnológicos, este proyecto pretende contribuir a la formación de estudiantes chilenos de pregrado y postgrado.

› abstract

This project will contribute to the development of extraction processes for vegetable substrates using carbon dioxide (CO2) under supercritical conditions (or supercritical CO2, SC-CO2) as the solvent. Extraction with supercritical fluids (SCFs) or supercritical extraction (SCFE) is relatively new technology that demands extensive research and development (R&D) efforts to be applied commercially. An specific need is a better understanding of the effect of sample pretreatment in extraction rate and

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yield, which is a subject that is of special interest for our team. Thus, this project will clarify the effect of the solid matrix and extraction conditions on sorption phenomena for (a) relevant solute(s) in the presence of SC-CO2, and aspect which, despite its importance (as it will be demonstrated in the Literature Review, section III.1), is often neglected because of the experimental difficulties involved. At the end of the project, the gathered information will be systematically applied as input parameters in fully predictive mathematical simulation models that will employ microstructure-extractability relationships for the effective diffusivity of (the) solute(s) in the solid matrix from this and a previous Fondecyt project (103-0735), sorption isotherm models fitted to experimental data gathered as part of the project, and actualized literature correlations for DL and kf that are specially adapted for packed bed of solid substrates operating with SCFs. Besides its intrinsic scientific and technological merits, this project will contribute to the formation of chilean students at the undergraduate and post-graduate level.

PUBLICACIONES EN CONGRESOS

D. Crutchik, F. Molina, C. García, E. Roca, J.M. Lema, l. guerrero, “Evolución de una biomasa granular al operar un reactor USBF con sustrato tipo proteína”. IX Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile; Octubre 2008

l. guerrero, D. Crutchik, S. Montalvo, E. Coronado, R. Chamy, P. Porrier, “The evaluation of an anaerobic filter for domestic waste water at ambient temperatures: kinetics parameters”, IX Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile; Octubre 2008

l. guerrero, D. Crutchik, S. Montalvo, E. Coronado, R. Chamy, P. Porrier, “The development and evaluation of a two-phase anaerobic digestion process of domestic waste water at ambient temperature”, IX Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile; Octubre 2008

l. guerrero, D. Crutchik, S. Montalvo, E. Coronado, R. Chamy, P. Porrier, “Estrategia de tratamiento de residuos porcinos: ¿Énfasis en la eliminación de materia orgánica o nitrógeno?”, IX Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile; Octubre 2008

s. Montalvo, l. guerrero, I. Pereda, “Effect of mining residues on-anaerobic process of piggery wastes”, IX Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile; Octubre 2008

F. Sanhueza, S. Montalvo, l. guerrero, “Efecto de la aplicación de zeolitas naturales sobre la evolución de sulfato en procesos anaerobios”. IX Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile; Octubre 2008

l. guerrero, S. Montalvo, E. Coronado, R. Chamy, “Anaerobic Treatment, in one and two stages, of a sewage at ambient temperature”. XXXI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, AIDIS, Santiago, Chile; Octubre 2008

l. guerrero, S. Montalvo, M. Soler, “Treatment of industrial waste water from pretroleum refineries”. XXXI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, AIDIS, Santiago, Chile; Octubre 2008

s. Montalvo, l. guerrero, P. Olivares, “Eliminación de nitrógeno y fósforo mediante un sistema integrado de zeolitas naturales y cal”, XXXI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, AIDIS, Santiago, Chile; Octubre 2008

H. Hansen, “Removal of Arsenic from Wastewaters by Batch Airlift Electrocoagulation”, 10th World Filtration Congress, Leipsig, Alemania; Abril 2008

H. Hansen, “Comparison of oxidation efficiencies for electrochemically and chemically generated Fenton`s reagent for COD reduction in spent caustic”, EREM2008, Seoul, Corea; Agosto 2008

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H. Hansen, “In-situ electrogeneration of Fenton’s reagent in an airlift reactor to treat spent caustic from a petroleum refinery”, EREM2008, Seoul, Corea; Agosto 2008

H. Hansen, “Electrodialytic remediation of soil slurry-removal of Cu, Cr and As”, EREM2008, Seoul, Corea; Agosto 2008

H. Hansen, “Waste water treatment for a sulfuric acid plant at copper smelter. Electro processing alternatives”, EREM2008, Seoul, Corea; Agosto 2008

H. Hansen, “Electrokinetic Remediation of Copper Mine Tailings”, 3IMEBE, Palma de Mallorca, España; Septiembre 2008

H. Hansen, “Electrochemical Generation of Fenton’s Reagent to Treat Spent Caustic Wastewater”, 3IMEBE, Palma de Mallorca, España; Septiembre 2008

r. simpson, s. almonacid, A. Abakarov, “Optimal scheduling of canned food plants including simultaneus sterilization”, IFT Meeting, 2008, New Orleans, LO, USA; 2008

r. simpson, D. López, s. almonacid, “Optimum design and operating conditions in multiple effect evaporators for food concentrates”, IFT Meeting, 2008, New Orleans, LO, USA; 2008

s.F. almonacid, C. Henriquez, I. Campos, M. Sepúlveda, r. simpson, H. Speisky, “Drum Drying of apple peel: Effect on phenolic compounds”, IFT Meeting, 2008, New Orleans, LO, USA; 2008

s.F. almonacid, C. Castillo, M. Pinto, A. Abakarov, r. simpson, “Enzymatic hydrolysis of fish protein: substrate inhibition and enzyme deactivation”, IFT Meeting, 2008, New Orleans, LO, USA; 2008

r. simpson, s. almonacid, A. Abakarov, “A mixed integer linear programming model to optimize canned food plants operation”, IUFOST, Shangai, China; 19-23 Octubre 2008

r. simpson, E. Carevic, M. Jimenez, s.F. almonacid, “Utilization of hurdle technology in the design of frozen products with delicate texture”, IUFOST, Shangai, China; 19-23 Octubre 2008

r. simpson, D. López, s. almonacid, “Optimum design and operating conditions in multiple effect evaporators for food concentrates”, IUFOST, Shangai, China; 19-23 Octubre 2008

s. almonacid, M. Jiménez, r. simpson, “Head-space pressure generation in thermal processing of packaged foods: Effect of food Water Activity (aw)”, IUFOST, Shangai, China; 19-23 Octubre 2008

J. Pontt, J. san Martin, J. Rodríguez, F. Bello, R. Aguilera, J. yianatos, F. rojas, W. Valderrama, M. olivares, “Reliability and uprating of gearless mill drive depending on Interharmonics Power Losses of Cycloconverter Transformer”, Comminution’08, Falmouth, UK; June 16-20, 2008.

PUBLICACIONES EN REVISTAS ESPECIALIZADAS Y LIBROS

A. Abakarov, Y.A. Sushkov, “On a way to compute Pareto-optimal solutions”, Russian Journal of Science and Education (http://technomag.stack.net/doc/93468.html); 2008

A. Abakarov, Y.A. Sushkov, “Two-stage decision making approach based on Tabular Method and Analytic Hierarchy Process implementation”, Russian Journal of Science and Education (http://www.technomag.edu.ru/doc/97924.html); 2008

s. almonacid, r. simpson, S. Sastry, M. Morrisey, “Technology Transfer and SMEs”, Food Technology; Vol. 62 Nº 8, p. 132; 2008

s. almonacid, C. Castillo, M. Pinto, A. Abakarov, r. simpson, “Enzymatic Hydrolysis of Fish Protein by-products: Kinetic Analysis”, Journal of Biotechnology/Abstracts; Vol. 136S, pp. S378-S379; 2008

s. almonacid, a. najera, r. simpson, M. Young, C. Acevedo, “Production of Stout-beer using Immobilied Yeast”, Journal of Biotechnology/Abstracts; Vol. 136S, p. S747; 2008

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r. simpson, s. almonacid, D. López, A. Abakarov, “Optimum Design and Operating Conditions of Multiple Effect Evaporators: Tomato Paste”, Journal of Food Engineering; Vol. 89(4), pp. 488-497; December 2008

r. simpson, A. Abakarov, s. almonacid, A. Teixeira, “Impact of Overall and Particle Surface Heat Transfer Coefficients on Thermal Process Optimization in Rotary Retorts”, Journal of Food Science; Vol. Vol. 73(8), pp. E383-E388; October 2008

s. Montalvo, l. guerrero, R. Borja, I. Cortés, E. Sánchez, M.F. Colmenarejo, “Treatment of Wastewater from Red and Tropical Fruit Wine Production by Zeolite Anaerobic Fluidized Bed Reactor”, Journal of Environmental Science and Health Part B; Vol. 43, pp. 437-442; 2008

N. Fernández, S. Montalvo, R. Borja, l. guerrero, E. Sánchez, I. Cortés, M.F. Colmenarejo, L. Travieso, F. Raposo, “Performance Evaluation of an Anaerobic Fluidized Bed Reactor with Natural Zeolite as Support Material when Treating High-strength Distillery Wastewater”, Renewable Energy; Vol. 33, pp. 2458-2466; 2008

H.K. Hansen, P. Núñez, C. Jil, “Removal of Arsenic from Wastewaters by Airlift Electrocoagulation. Part 1: Batch Reactor Experiments“, Separation Science and Technology; Vol. 43, pp. 212-224; 2008

H.K. Hansen, a. rojo, D. Pino, L. Ottosen, A. Ribeiro, “Electrodialytic Remediation of Suspended Mine Tailings”, Journal of Environmental Science and Health Part A; Vol. 43, pp. 832-836; 2008

N. Rodríguez, H.K. Hansen, P. Núñez, J. Guzmán, “Spent Caustic Oxidation using Electro-generated Fenton’s Reagent in a Batch Reactor”, Journal of Environmental Science and Health Part A; Vol. 43, pp. 952-960; 2008

A. Lima, L. Ottosen, A. Ribeiro, H.K. Hansen, “Electrodialytic Removal of Cd from Straw Ash in a Pilot Plant”, Journal of Environmental Science and Health Part A; Vol. 43, pp. 844-851; 2008

L. Ottosen, I. Christensen, I. Rörig-Dalgard, P. Jensen, H.K. Hansen, “Utilization of Electromigration in Civil and Environmental Engineering – Processes, Transport Rates and Matrix Changes”, Journal of Environmental Science and Health Part A; Vol. 43, pp. 795-809; 2008

H.K. Hansen, P. Núñez, C. Jil, “Removal of Arsenic from Wastewaters by Airlift Electrocoagulation. Part 2: Continuous Reactor Experiments“, Separation Science and Technology; Vol. 43, pp. 3663-3675; 2008

r. simpson, A. Abakarov, A. Teixeira, “Variable Retort Temperature Optimization using Adaptive Random Search Techniques”, Food Control; Vol. 19(11), pp. 1023-1032; 2008

r. simpson, E. carevic, M. Pinto, C. Cortés, “Development of Frozen Suchi: Optimization and Shelf Life Simulation”, Journal of Food Processing and Preservation; Vol. 32, pp. 681-696; 2008

r.simpson, A. Abakarov, D. López, “Applications of optimization in thermal processing: concentration by multiple effect evaporators”, Chapter 14, In Engineering aspects of thermal processing,CRC; 2008

r. simpson, A. Abakarov, “Optimising plant production in thermal processing: study case”, Chapter 16, In Engineering aspects of thermal processing, CRC; 2008

J. yianatos, J. Larenas, M. Moys, F. Díaz, “Short Time Mixing Response in a Big Flotation Cell”, International Journal of Mineral Processing; Vol. 89; pp. 1-8; 2008

J. yianatos, L. Bergh, K. Tello, F. Díaz, A. Villanueva, “Froth Mean Residence Time Measurement in Industrial Flotation Cells”, Minerals Engineering; Vol. 21; pp. 982-988; 2008

J. yianatos, F. Henríquez, L. Tapia, “Evaluation of the Largest Flotation Cells at Minera Los Pelambres”, Minerals Engineering; Vol. 21; pp. 841-845; 2008

J. yianatos, M.H. Moys, F. Contreras, A. Villanueva, “Froth Recovery of Industrial Flotation Cells”, Minerals Engineering; Vol. 21; pp. 817-825; 2008

J. yianatos, L. Bergh, K. Tello, “Residence Time Distribution in Single Big Industrial Flotation Cells”, Minerals & Metallurgical Processing; Vol. 25 Nº 1; pp. 46-52; February 2008

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9Departamento de Matemática

MatAct iv idades de Invest igac ión 2008

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Grupos de Schottky ExtendidosInvestigador

Ph.D. Rubén Hidalgo O.Áreas

geometríaÁlgebra

› resumen

Un grupo Kleiniano es un grupo discreto de transformaciones de Moebius, es decir, un grupo de automorfismos conformes de la esfera de Riemann. Un grupo Kleiniano extendido es un grupo discreto de automorfismos conformes y anticonformes de la esfera de Riemann, que admite necesariamente transformaciones que revierten la orientación.

Un grupo de Schottky es un grupo Kleiniano geometricamente finiteo el cual contiene, salvo la identidad, solo elementos loxodrómicos (incluyendo elementos hiperbólicos) y es isomorfo a un grupo libre de rango finito. Un grupo de Schottky extendido es un grupo Kleiniano (o Kleiniano extendido), que contiene como subgrupo de índice finito y normal a un grupo de Schottky.

En el lenguaje de variedades 3-dimensionales los grupos de Schottky corresponden exactamente las estructura hiperbolicas completas en el interior de handlebodies, de manera que la frontera conformal es una superficie cerrada, de manera equivalente, estructuras hiperbólicas completas geométricamente finitas con radio de inyectividad acotadas por sobre cero (es decir, no existe una sucesión de puntos cuyos radios de inyectividad se acumule en 0); en este caso diremos que el handlebody tiene una estructura de Schottky. Sea M un handlebody cuyo interior tiene una estructura de Schottky. Cada grupo finito de isometrías hiperbólicas del interior de un tal handlebody se levanta al cubriente universal como un grupo de Schottky extendido. De manera recíproca, todo grupo de Schottky extendido se obtiene de tal manera. Si el género g del handlebody (el cual coincide con el rango del grupo de Schottky cubriente) es al menos 2, entonces la condición de normalidad como subgrupo del grupo de Schottky asegura la finitud de su índice (el cual es a lo más 24(g-1)).

Nuestro interés principal es poder entender este tipo de grupos de Schottky extendidos y sus estructuras. En este período de un año, pretendemos estudiar la clasificación topológica de los grupos de Schottky extendidos, cuyo subgrupo de índice dos que preserva la orientación es un grupo de Schottky.

› abstract

A Kleinia group is a discrete group of Moebius transformations. An extended Kleinian group is a discrete group of Moebius and extended Moebius transformations, necessarilly containing extended ones.

A Schottky group is a geometrically finite Kleinian group which is purely loxodromic and isomorphic to a free group of finite rank. An extended Schottky group is an extended Kleinian group whose orientation-preserving half is a Schottky group.

We study those extended Kleinian groups containing as a finite index subgroup a Schottky group. In this year we propose to obtain a topological structural description of Schottky extended groups, that is, extended Kleinian groups whose orientation-preserving half is a Schottky group.

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Modelos con Atractores ExtrañosInvestigadoresMg. Eduardo Sáez S.Dr. Iván Szántó N.Áreasistemas Dinámicos

› resumen

Utilizando las técnicas de los sistemas dinámicos, se intentará estudiar problemas de bifurcaciones y existencia de atractores extraños en modelos de interacción de Depredador-Presa con al menos dos depredadores en dimensiones mayores que dos.

En dimensión tres, si en cada instante t, x = x(t) representa las densidades de las presas e y = y(t), z = z(t) representa la densidad del primer y segundo depredador respectivamente, entonces los modelos que se van a considerar son de la forma:

donde la función g es la función logística usual, la función p corresponde a una función del tipo Holling, II, III, IV y es como una función de respuesta del depredador y respecto de la presa x.

La función qi, i = 1,2 es una función modificada del tipo Holling y corresponde a la función de respuesta del depredador z con respecto a la presa x (respectivamente depredador y).

Las funciones qi, satisfacen las propiedades

Las funciones del tipo Holling son dadas por

› abstract

Using the dynamical systems tools, we intend to study problems of bifurcations and the existence of Strange Attractors in models of interaction of prey’s species with at least two predators in dimensions greater than two.

x = xg(x) - yp(x) - zq1(x,y)

y = y[- r + cp(x) - zq2(x,y)]

z = z[- s + d1q1(x,y) + d2q2(x,y)]

q1(0,y) = 0, q2(x,0) = 0,

dq1 > 0, ∀x ≥ 0, y dq2

> 0, ∀x ≥ 0.dx dx

mx ; type II

mx2

; type III

mx ; type IV

Caso más general xn

, n ∈ ℵa + xn

a + x

a + x2

a + bx + x2

p(x)=

9.2

DEPARTAMENT O DE MAT EMÁT ICA

1 9 3

In dimension three, if in each instant of time x = x(t) represent the densities of the prey and y = y(t), z = z(t) represent the densities of the first and second predator respectively, then the models that we will consider are of the form

where the function g is the usual logistical function, the function p it corresponds to a function of the Holling, II, III, IV type as a functional of the response of the predator y with respect to the prey x.

The function qi, i = 1,2 is a modified function of Holling type and that is the functional response of the predator z with respect to the prey x (respectively the predator y).

The functions qi, satisfies the properties

The functions of the Holling type are given by


Coexistencia de Curvas Algebraicas Invariantes con Ciclos Límites Algebraicos, No Algebraicos y Centros en

Campos de Vectores Polinomiales en el PlanoInvestigadores

Dr. Iván Szántó N.Mg. Eduardo Sáez S.

Áreasistemas Dinámicos

› resumen

En este proyecto se consideran sistemas polinomiales en el plano de la forma

donde las variables dependientes x, y se asumen reales, la variable independiente (el tiempo) t como variable real, P, Q polinomios en las variables x e y con coeficientes reales y n = max{grad P, grad Q}.

x = xg(x) - yp(x) - zq1(x,y)

y = y[- r + cp(x) - zq2(x,y)]

z = z[- s + d1q1(x,y) + d2q2(x,y)]

q1(0,y) = 0, q2(x,0) = 0,

dq1 > 0, ∀x ≥ 0, y dq2

> 0, ∀x ≥ 0.dx dx

mx ; type II

mx2

; type III

mx ; type IV

Caso más general xn

, n ∈ ℵa + xn

a + x

a + x2

a + bx + x2

p(x)=

x = P(x,y), y = Q(x,y)

9.3


1 9 4

Como hipótesis adicional se asumirá que al menos el origen sea un punto crítico centro-foco del sistema y que a su vez el sistema posee al menos una curva algebraica invariante f, es decir

donde k es un polinomio de a lo más de grado n – 1 llamado cofactor.

En este proyecto, para los campos polinomiales en el plano de grado n, nos concentraremos en dos problemas que están relacionados con el problema 16º del Hilbert. El primero de ellos es obtener una cota inferior para el número de ciclos límites de pequeña amplitud que coexistan con curvas algebraicas invariantes, el segundo problema es la obtención de las condiciones necesarias y suficientes para la coexistencia de ciclos límites algebraicos, no algebraicos, centros y centros isócronos y curvas algebraicas invariantes.

› abstract

Let us consider a class of polynomial systems of the form

where the dependent variables x, y are real, the independent one (the time) t is real, and P and Q are polynomials in the variables x and y with real coefficients, and n = max{deg P, deg Q}.

We assume that at least the origin of the systems is a critical point of center-focus type and the existence of at least one invariant algebraic curve f, that is

where k must be a polynomial in x and y of degree at most n – 1, called the cofactor.

In this work, we concerned with two closely related questions, both of which are significant elements in work on Hilbert’s sixteenth problem. The first is the lower bound of small amplitude limit cycles that coexist with an invariant algebraic curve for planar polynomial differential systems, and the second one is the derivation of necessary and sufficient conditions for the coexistence of algebraic limit cycles, non algebraic limit cycles, center, isochronous center and invariant algebraic curves.


Frente de Ondas Viajeras para Sistemas Mixtos de Convección y ReacciónInvestigadorPh.D. Elías tuma a.Áreasistemas Dinámicos

› resumen

Estudiaremos algunos procesos microscópicos de dispersión, que cuando se reescala aparece un tipo de dispersión macroscópica de tipo Ficksiano, este efecto es una generalización del fenómeno de dispersión de Taylor. Introducimos un modelo general y el proceso de dispersión definido sobre un espacio de Hilbert y daremos condiciones suficientes para asegurar que para tiempos y escalas

∂ƒ P + ∂ƒ

Q = kƒ,∂x ∂y

x = P(x,y), y = Q(x,y)

∂ƒ P + ∂ƒ

Q = kƒ,∂x ∂y

9.4


1 9 5

grandes, la dispersión resultante se puede aproximar por un proceso Ficksiano. Estos sistemas aparecen cuando existe un efecto dispersivo macroscópico, a través de una combinación de un intercambio macroscópico de masa entre “fases” y la fase dependiente del proceso de convectivo.

El proceso se puede modelar en una clase de ecuaciones semi-lineales de evolución de la forma:

Donde A y B es un operador acotado, lineal definido en algún espacio de Hilbert X. Usando teoría espectral estudiaremos el comportamiento asintótico de las soluciones.

Si se considera un término no lineal de reacción multi-estable, como los presentes en modelos de dispersión de especies en Ecología, Química, Fisiología o Geoquímica (por ejemplo de tipo Nagumo), y estudiaremos el comportamiento de las soluciones de onda de este sistema.

› abstract

We consider some microscopic dispersal processes that, when upscaled, give rise to a macroscopic Fickian type of dispersion: this effect is a generalisation of Taylor dispersion phenomena. We introduce a general setting for advection and mixing defined over a Hilbert space and give sufficient conditions to ensure that at large times and large scales the resulting dispersal can be approximated by Fickian process. We will also discuss some processes that will not scale like this.


La Hipersuperficie Cúbica de P^4 y los Códigos de GoppaInvestigador

Dr. Víctor González A.Áreas

Algebrageometría

› resumen

Sea X una variedad algebraica, G y D dos divisores cuyos soportes tienen intersección no vacía, actualmente al triple (X,G,D) se le puede asociar un código geométrico-algebraico llamado el código de Goppa G_l(X,G,D). Si V es una hípersuperficie cúbica lisa de P^4 y Q una cuádrica lisa, la intersección V ∩ Q=S es una superficie K3.

En este proyecto pretendemos estudiar los automorfismos no triviales de V y S (sobre C y sobre F_q) y sus relaciones con los códigos de Goppa asociados.

[ Metodología ]

Se utilizarán los métodos habituales de investigación en Matemática; trabajo personal, discusión con otros especialistas, presentación en congresos del área, confección de los artículos.

[ Resultados esperados ]

Al cabo de 3 años (duración del proyecto), se espera tener una clasificación de los códigos G_l(X,G,D) y G(S,G,D), en términos de los automorfismos de X y S respectivamente.

∂u P + ∂(Bu)

= D ∂2u

+ Au∂t ∂x ∂x2

9.5


1 9 6


Modelamiento Matemático para la Gestión de Recursos NaturalesInvestigadoresDr. Pedro gajardo a.Dr. Jinggang TangIng. Enrique OtárolaÁreasanálisisMatemáticas del Uso de los Recursos

› resumen

El presente proyecto tiene por objetivo apoyar dos líneas de investigación relacionadas con el modelamiento matemático para la gestión de recursos naturales (gestión de recursos pesqueros y manejo de biorreactores para el tratamiento de aguas) y, complementariamente, el área fundamental de análisis variacional.

1. Modelamiento Matemático para la Gestión de Recursos Naturales

› 1.1 Gestión de Recursos PesquerosUno de los objetivos es desarrollar nuevas herramientas de la teoría de la viabilidad para evaluar la sustentabilidad de los actuales niveles de captura en algunas pesquerías chilenas (bacalao, orange roughy, merluza austral, merluza de cola). Los modelos preliminares a abordar, son en clases de edades monoespecie. Posteriormente se pretende obtener nuevos resultados para modelos más complejos (interacción multiespecie), y eventualmente analizar los datos de interacciones relevantes que ocurren en Chile (merluza-jibia, alfonsino-orange roughy, merluza austral – merluza de cola).En modelos matemáticos más simples (en biomasa y no en clases de edades), se estudiarán políticas óptimas de pesca (aplicación de esfuerzo pesquero), cuando son consideradas no linealidades (de tipo Cobb-Douglas) en el término de extracción.Durante el presente año, esperamos someter dos publicaciones en revistas internacionales especiali-zadas. Como actividad complementaria, se realizará un taller en Paris durante el mes de junio, don-de participaremos los integrantes del proyecto SticAmsud y ECOS-Conicyt, actualmente vigentes.

› 1.2. Manejo de BiorreactoresEl estudio de estrategias óptimas para el manejo de biorreactores destinados al tratamiento de aguas, es el principal eje dentro de esta línea de investigación.Continuando los trabajos ya realizados (una y dos especies de micro-organismo degradando un solo sustrato), la idea es abordar modelos más complicados de degradación, donde los criterios a optimizar pueden ser variados: tiempo, consumo de oxígeno, producción de biomasa, etc.Las herramientas matemáticas se enmarcan en la teoría de control y sistemas dinámicos. Para una versión simplificada del modelo ASM3 (activated sludge model N 3), se pretende plantear un problema de control óptimo en colaboración con investigadores de la Escuela de Bioquímica de la PUCV, dando origen a una memoria en Ingeniería Civil Matemática.El objetivo en esta línea, es tener al final de año una publicación aceptada y encaminado un trabajo de memoria.

2. Análisis Variacional

› 2.1. Caracterización de Propiedades Tipo Lipschitz en Funciones y ConjuntosEste tema, de carácter más fundamental, trata sobre el estudio de varias propiedades de tipo Lipschitz en funciones (a valores escalares presentes en optimización y control) y conjuntos, en términos de derivadas generalizadas, subdiferenciales, conos tangentes y normales.Las herramientas principales a utilizar son diversas desigualdades del valor medio (extensiones del teorema del valor medio para funciones no diferenciables), las cuales han resultado ser de


9.6

1 9 7

gran utilidad, en estudios anteriores, para caracterizar propiedades de funciones sin pasar por un enfoque geométrico (en término de los epígrafos). Se considerará el estudio de la propiedad K-direccionalmente Lipschitz para funciones y conjuntos (definida, entre otros, por el autor de esta propuesta), la cual recubre variados conceptos conocidos en análisis variacional (Lipschitz, direccional Lipschitz, compactamente epi Lipschitz).Nuestro objetivo es generalizar caracterizaciones conocidas en términos de algunos subdiferenciales específicos para otros tipos de subdiferenciales y derivadas generalizadas y someter, durante el 2008, una publicación con dichos resultados.

Está previsto la realización de un Workshop en Santiago, organizado junto a la Universidad de Chile durante el mes de noviembre, donde vendrían destacados investigadores del área.

› abstract

The objective of this project is support two lines of investigations: Mathematical modeling for the management of natural resources (management of fishing resources and control of bioreactors for the water treatment) and Variational analysis.

1. Mathematical modeling for the management of natural resources

› 1.1. Management of Fishing Resources One of the objectives is to develop new tools of the theory of mathematical viability in order to evaluate the sustainability of the present levels of capture in some Chilean fisheries (Chilean sea bass, orange roughy, merluza, merluza de cola). The preliminary models to be analyzed are for single species in classes of ages. Later, the idea is to obtain new results for more complex models (with biological interactions), and to analyze the data of some important interactions that happen in Chile (merluza-jibia, alfonsino-orange roughy, merluza austral - merluza de cola). In simpler mathematical models (in biomass and not in classes of ages), optimal policies of fishing will be studied (application of fishing effort), when nonlinearities (of Cobb-Douglas type) in the extraction term are considered.

› 1.2. Control of BioreactorsThe study of optimal strategies for the control of bioreactors, destined to the water treatment, is the main subject in this line of investigation. Continuing with the results already published (one and two species of microorganism degrading a single substrate), the idea is to approach more complicated models of degradation, where the criteria to optimize can be varied: time, oxygen consumption, production of biomass, etc.For a simplified version of model ASM3 (activated sludge model N 3), the goal is to improve the operation of the process using optimal control tools.

2. Variational analysis

› 2.1. Characterization of Lipschitz-like properties of functions and sets

This fundamental subject deals with the characterization of several Lipschitz-like properties for scalar-valued functions (present in optimization and control theories) and sets, in terms of generalized directional derivatives, subdifferentials, tangent and normal cones. The main tools used are diverse multidirectional mean value inequalities (extensions of main value inequalities for nonsmooth functions).The objective of this work is twofold. First, we aim to obtain equivalences for various Lipschitz-like properties in a unified way. Second, we intend to follow an approach allowing us to provide also several new characterizations as well as some new Lipschitz-like properties. The idea is to introduce a general notion that we call K directionally Lipschitzian property which covers, for functions, the concepts of locally Lipschitzian, directionally Lipschitzian and compactly epi-Lipschitzian behaviors and for sets the epi-Lipschitzian and compactly epi-Lipschitzian concepts.


1 9 8


Análisis Asintótico de Sistemas de Evolución y AplicacionesInvestigadorDr. Juan Peypouquet U.Áreasanálisissistemas Dinámicos

› resumen

Los sistemas de evolución describen de manera unificada sistemas dinámicos continuos (como por ejemplo, las soluciones de ecuaciones o inclusiones diferenciales) y discretos (algoritmos) en espacios de Banach. Son de gran utilidad para demostrar la existencia y para aproximar soluciones a problemas de optimización, equilibrio, ecuaciones en derivadas parciales y teoría de puntos fijos, entre otros. En el marco de este proyecto se estudia el comportamiento asintótico de diferentes sistemas de evolución. En cuanto a la metodología, se utiliza un “enfoque indirecto” que permite derivar propiedades cualitativas (como varios tipos de convergencia) de un sistema perturbado a partir de lo que se conoce sobre sistemas sin perturbación.

› abstract

Evolution systems provide a unified setting for continuous dynamical systems (as those arising from differential equations or inclusions) as well as discrete dynamical systems (algorithms) in Banach spaces. They are useful to prove existence and approximate solutions to problems in optimization, equilibrium, partial differential equations and fixed-point theory, among others. In this proyect we study the asymptotic behavior of several evolution systems. Concerning the methodology, we use an “indirect approach” that makes possible to derive qualitative properties (such as various types of convergence) of certain perturbed systems from what is known about unperturbed ones.


Ecuaciones Elípticas totalmente No-LinealesInvestigadoresDr. Alexander Quaas B.Dr. Salomón Alarcón A.Dr. Jinggang TangIng. Enrique OtárolaÁreasanálisisProbabilidades, Matemáticas Aplicadas y Estadística

› resumen

El objetivo del proyecto es estudiar de ecuaciones y sistemas de ecuaciones en derivadas parciales no-lineales de tipo elípticas. Estas son una generalización de ecuaciones y sistemas semilineales con el Laplaciano y aparecen en el modelamiento matemático de diferentes áreas tales como física, biología,


9.7

9.8

1 9 9

finanzas y otras áreas de la matemática como geometría diferencial, teoría de control y teoría de juegos. También pueden interpretarse como ecuaciones con difusión y reacción no-lineal.

Los modelos más importantes son las ecuaciones de Hamilton-Jacobi-Bellman, las ecuaciones de Isaac y los operadores sin forma de divergencia. En general, estas ecuaciones aparecen en optimización de ecuaciones semilineales y no tienen forma de divergencia. Los operadores diferenciales principales son del tipo extremal de Pucci, Lineales con coeficientes discontinuos e íntegro diferenciales.

La nueva situación en los tipos de problemas que queremos abordar, es que estos no tienen la monotonía adecuada en la solución. Existe especial interés en problemas resueltos para el Laplaciano que no se entienden con operadores más generales, pero también nos interesamos en algunos problemas abiertos con los operadores más clásicos como el Laplaciano.

Notamos que la mayor parte de las técnicas que se conocen para el Laplaciano no se aplican a operadores en el contexto antes mencionado. Muchas veces encontramos nuevas demostraciones para el Laplaciano que se adaptan a este contexto. Para el estudio de este tipo de problemas será de gran utilidad la teoría de soluciones viscosas, que es un área muy activa en ecuaciones diferenciales parciales.

› abstract

This proposal is devoted to the study of partial differential equations and systems of fully nonlinear elliptic type. These are a natural generalization of semi-linear elliptic equations and systems with the Laplace operator. They arise in mathematical modeling from different areas as Physics, Biology and Finance and in other context of mathematics like differential geometry, control theory and game theory. They also can be seen an equation with a nonlinear diffusion phenomena combine nonlinear reaction.

The main models are Hamilton-Jacobi-Bellman equation, Isaac’s equation and non-divergence form operator. In general, these equations appear in optimization of semi-linear elliptic problems and do not have a varational structure. One of the basic kind of operators we are interested in, are extremal operator of Pucci’s type and some linear second order elliptic operator with discontinuous coefficient.

The new situation for this kind of problems we want to deal with, is when the operators are not coercive, that is, we do not have the right monotonicity assumption on the solution. Special interest in problems that are known for the Laplacian an are completely understood in this context, but some open problems with the Laplace operator are of our interest too. We want to study existence and not existence results, uniqueness or multiplicity of solutions and other qualitative properties. More precisely, we search Liouville type theorem for equation and system of Emden Fowler type an the related existence results. Other basic properties like removability of singularities, fundamental solutions, regularity results and estimates. We also want to find qualitative properties of radially symmetric solutions for equations mixing super and sub-critical regimen. Study the spectrum and the associate bifurcation problem. Finally, our goal is to understand parabolic problems with and extremal operator, specially to find the critical exponents of Fujita type.

Notice that most of the techniques that are known for the Laplacian do not directly work, so we need to adapt them into this context or to look for new proofs even for the Laplacian case, that can be extended to this context. Nevertheless, a lot of progress and tools where developed in the last years for this kind and related problems. Specially the theory of viscosity solution that will be very useful to reach our propose in this project. This theory is a very active field in Partial Differential Equation (PDE).

As a result of this project, we wish to contribute to the fields of PDE through novel and original publications.


2 0 0


Fenómenos de Convergencia Abrupta y Análisis Estocástico de Estrategias de Auto-OrganizaciónInvestigadoresPh.D. Javiera Barrera M.Dr. Jinggang TangIng. Enrique OtárolaÁreasProbabilidades, Matemáticas Aplicadas y EstadísticaIngeniería en Computación

› resumen

Los objetivos de esta propuesta de investigación son principalmente dos. Profundizar en el estudio del fenómeno de convergencia abrupta de procesos estocásticos.

1. Fenómenos de Convergencia abrupta.

El primer objetivo es el estudio del fenómeno de convergencia abrupta en procesos estocásticos, este fenómeno es conocido como cut-off y corresponde a un tema de carácter fundamental del área. Decimos que un proceso estocástico tiene un cut-off si antes de cierto “instante de cut-off”, la distancia entre la ley de proceso está lejos del equilibrio y, después, del “instante de cut-off” el proceso converge exponencialmente al régimen estacionario. Trabajos recientes describen condiciones necesarias y suficientes para que una Cadena de Markov tenga un cut-off, pero en ellos no se precisar el instante. En trabajos anteriores de la investigadora principal (IP) y sus colaboradores, se determinó el instante de cut-off para tuplas de procesos independientes exponencialmente convergentes. Como una continuación del trabajo anterior, esta propuesta de investigación apunta estudiar cómo se puede determinar y aproximar el instante de cut-off.

› 1.1. Estudio de la ventana de convergencia en torno al tiempo de cut-off para proceso exponen-cialmente convergentes.

› 1.2. Estudio de la perturbación del tiempo de cut-off, cuando la independencia se debilita en la tupla de procesos estocástico.

› 1.3. Estudio de la relación entre la existencia del fenómeno de cut-off y la metaestabilidad.

2. Análisis en Media de Complejidad de Algoritmos.

El segundo objetivo es estimar la complejidad de un algoritmos en el caso promedio, utilizando herramientas probabilistas. A diferencia del análisis de complejidad en el peor caso, el análisis en media, es muy apropiado para algoritmos que se usan reiteradamente. Sin embargo, el análisis en media demanda la aplicación de técnicas sofisticadas de diferentes áreas de las matemáticas, como son la teoría de grafos, las probabilidades y las combinatorias. Por otro lado, los algoritmos estudiar provienen de diferentes áreas de la ingeniería como son: la informática, las telecomunicaciones y la gestión de operaciones, entre otras. En la investigación que ha llevado a cabo la IP y sus colaboradores, se han desarrollado métodos que nos han permitido estudiar un algoritmo de auto-organización que se utiliza para administrar los recursos de la red. En este trabajo pretendemos extender este estudio a otros algoritmos que han aparecido recientemente en la literatura, que también apuntan a gestionar la red.

También pretendemos abarcar otros algoritmos como los de ruteamiento en telecomunicaciones.

› 2.1. Estudio de las herramientas de modelación, particiones aleatorias.

› 2.2. Análisis de estrategias de gestión de recursos de memoria en redes.

› 2.3. Análisis de algoritmos ruteamiento estáticos en comunicaciones.

9.9


2 0 1


Estudio Numérico y Computacional del Control Óptimo de Estructuras Delgadas

InvestigadoresDr. Erwin Hernández H.

Dr. Jinggang TangIng. Enrique Otárola



› resumen

El objetivo de este trabajo es obtener estimaciones óptimas del error para la solución numérica de problemas de control activo de estructuras, gobernadas por ecuaciones diferenciales parciales. Usando el método de elementos finitos, para discretizar la ecuación de estado del sistema involucrado, resolvemos el respectivo problema de control óptimo en el marco de la teoría general de control óptimo de EDP. Experimentos numéricos muestran el buen comportamiento de los métodos considerados.

El estudio del control de vibraciones delgadas ha sido un tema profusamente discutido y analizado en las últimas décadas. Es sin duda un área muy amplia, cuyo desarrollo involucra la interacción de disciplinas tales como el análisis numérico y la teoría de control, además de poseer una fuerte componente experimental y aplicada que hace necesaria la elaboración de una teoría consistente.

Este trabajo, el cual se enmarca dentro del proyecto FONDECYT “Further Developments in Numerical Analysis and Vibration Control of Slender Structures”, busca obtener resultados en control activo de vigas mediante sensores y actuadores. Se trabajará con ecuaciones diferenciales parciales, las cuales permitirán establecer una ecuación de estado del sistema a resolver, mediante el método de elementos finitos. Es a partir de esta solución que se elabora una estrategia de control, la cual puede ser realizada a partir de métodos, los cuales no han sido estudiados matemáticamente.

[ Proyecto FONDECYT Iniciación en Investigación 11060485 ][ Proyecto FONDECYT Incentivo a la Cooperación Internacional 7080144 ]

Fenómeno de Convergencia y Análisis Probabilista de Estrategias de Auto-Organización

InvestigadoresPh.D. Javiera Barrera M.

Dr. Roberto Fernández (Université de Rouen, Francia)Dr. Raphael Rossignol (Université Paris SUD XI, Francia)

ÁreasProbabilidades


› resumen

Esta propuesta de investigación pretende comprender el fenómeno de convergencia en procesos estocásticos y estudiar desde un punto de vista probabilista algunos algoritmos interesantes.

El fenómeno de convergencia abrupta conocido como cut-off ha sido observado en muchas cadenas de Markov. Decimos que un proceso tiene un cut-off si antes de cierto “instante de cut-off” el proceso esta lejos del equilibrio en el sentido que su distancia en variación entre la distribución al tiempo t y la medida de equilibrio es cercana a 1; después de este instante la distancia en variación

9.10

9.11


2 0 2

total decae exponencialmente a 0. Uno de los primeros ejemplos de cut-off es un paseo aleatorio en el hipercubo. El cut-off para n-tuplas ha sido estudiando por diferentes autores para paseo aleatorios i.i.d., cadenas de Markov i.i.d. reversible con espacio de estados finitos y para cadenas de Markov binarias independientes pero no necesariamente idénticamente distribuidas. Recientemente el investigador principal probó el fenómeno de cut-off para las n-tuplas de procesos independientes y exponencialmente convergentes. Generalizaciones de este trabajo se proponen: Al parecer la hipótesis de la convergencia exponencial se puede relajar y se podrían probar resultados similares para n-tuplas de procesos que convergen sub-exponencialmente. Por otro lado, creemos que la hipótesis de independencia también se puede remplazar por una dependencia débil. En un contexto más general si un proceso tiene un cut-off, podría existir un tiempo de parada que sea asintóticamente equivalente al instante de cut-off. En este caso decimos que el tiempo de parada caracteriza el cut-off.

Generalmente este tipo de tiempos de parada se definen como la primera vez que el proceso visita un conjunto. Un tiempo de parada de este tipo, se puede interpretar como el tiempo que demoro el proceso en alcanzar el equilibrio. Si el tiempo invertido tiene sentido interpretamos esta cantidad aleatorio como el tiempo necesario para escapar del equilibrio, esperamos demostrar que esta cantidad se comporta asintóticamente como una variable aleatoria exponencial.

Hay algunos procesos estocásticos interesantes que provienen del área de la informática teórica. Una estrategia de auto-organización es una regla simple que permite reorganizar una estructura de datos, basados solamente en el último dato que se solicito. Explicamos tres estrategias de auto-organización:

El move-to-front (desplazar al frente), la regla de transposición y el move-to-root (desplazar a la raíz). Estas estrategias inducen interesantes cadenas de Markov cuando se considera que los datos son solicitados aleatoria e independientemente. El análisis del desempeño de estas heurísticas se hace estimando el costo de búsqueda, que es el tiempo requerido para encontrar el último objeto solicitado y es una variable aleatoria que depende de las probabilidades de requerir los objetos. Un extenso estudio se ha hecho para estas estrategias por diferentes autores, tanto para probabilidades de los objetos arbitrarias como para algunos casos especiales (ley de Zip, ley de la potencia, ley geométrica, etc.). El enfoque del autor es analizar el algoritmo modelando las probabilidades de requerir los objetos con una partición aleatoria. El autor ha analizado el costo de búsqueda estacionario para la estrategia de move-to-front y move-to-root. Pretendemos extender este análisis al régimen transiente. También proponemos extender el análisis a otras particiones aleatorias y otras heurísticas. Un objetivo más ambicioso es estudiar el modelo de particiones aleatorias para otros objetos como la granulometría de rocas.

› abstract

This research proposal intends to understand the convergence phenomena in stochastic processes and to study some interesting algorithm from a probabilistic point of view.

The cut-off phenomenon of steep convergence to equilibrium has been observed on many Markov chains. A process has a cut-off if before a certain “cut-off time” the process stays far from equilibrium in the sense that the total variation distance between the distribution at time t and the equilibrium measure is close to 1; after that instant, the total variation distance decays exponentially to 0. One of the first examples of cut-off is the random walk on the hypercube. The cut-off for a n-tuple has been study by different authors for i.i.d. random walks, i.i.d. reversible Markov chains with finite state space and for independent, but not identically distributed continuous time binary Markov chains. Recently the author prove the cut-off phenomenon for n-tuples of independent exponentially converging process. Generalizations of this work are proposes. It seem that the hypothesis of exponential convergence can be relax and a similar result can be prove for n-tuples of subexponentially converging processes. On the other hand, we believe that the hypothesis of independence can also be replace by the weakly dependence. In a general setting if a process has a cut-off phenomenon, there might exist a stopping time that is asymptotically equivalent to the cut-off instant. We say that this stopping time characterize the cut-off. Usually this stopping time is defines as the first time the process visit a set. A


2 0 3

stopping time of this kind can be interpreted as the time that the process takes to attain equilibrium. If the reversed time have sense we interpret this random quantity as the time need for the process to escape from equilibrium, we expect to prove that its behaves as an exponential random variable.

There are some interesting stochastic processes arising from theoretical informatics. A self-organized strategy is a simple rule that re-organized a data structure based only on the last requested item. We explain three self-organized strategies the move-to-front, the transposing rule and the move-to-root. Those heuristic induce interesting Markov Chain when the requests are consider to be random and independent. The analysis the performance of these heuristics is made estimating the search cost, which is the time needed to find the last request item and it is a random variable depending on the request probabilities. An extensive study has been made for these strategies by different authors for general and particular request probabilities (Zip’s law, power law, geometric law, etc.). The author’s approach is to analyze the algorithms modeling the request probability with random partitions. The author has analyzed stationary search cost for the move-to-front strategy and move-to-root. We pretend to extend this analysis to the transient regime. We also propose to extend the analysis to other random partitions and other heuristics. As a more ambitious objective we pretend to study the random partition to model for other object such as granulometry of rocks.


Algunos Desarrollos en Análisis Numérico y Control de Vibraciones de Estructuras Delgadas

InvestigadoresDr. Erwin Hernández H.

Dr. Pablo Gamallo P. (Universidad de Santiago de Compostela, España)Áreas

Métodos Numéricos y ComputaciónProbabilidades, Matemáticas Aplicadas y Estadística

› resumen

EL objetivo de este proyecto es el desarrollo y análisis de métodos numéricos para el tratamiento de estructuras delgadas (tales como vigas, arcos, placas y cáscaras) y obtener control de algunas propiedades de estabilización de ellas. Las estructuras son modeladas considerando las hipótesis de Naghdi. Nuestros objetivos pueden ser divididos en dos tópicos principales.

Primero, estamos interesados en analizar, teórica y computacionalmente, procedimientos numéri-cos para calcular las frecuencias bajas de vibración de cuerpos sólidos elásticos y delgados, en el cual una de sus dimensiones, el espesor, es pequeño compara con los otros. En particular, se plantea obte-ner estimaciones óptimas del error, en orden y regularidad, para los métodos considerados.

Como segundo propósito de esta investigación, estamos interesados en la controlabilidad (esta-bilización) de este tipo de estructuras, de tal forma de reducir las vibraciones de sistemas mecánicos envueltos, usando por ejemplo, dispositivos de control. Se quiere controlar las propiedades (tipo de dispositivo, tamaño, material) y la posición de los sensores y actuadotes involucrados.

› abstract

This research Project aims at the development and analysis of numerical methods to the treatment of slender structures (like beams, arches, plates, shells) and obtain control of some stability properties

9.12


2 0 4

of them. The thin structures are modeled considering Naghdi assumption. Our research purposes can be divided into two main topics.

Firstly, we are interested in to analyze, theoretically and computationally, numerical procedures to compute low-frequency natural vibration of solid thin elastic bodies; in which one of its dimensions, the thickness, is small with regard to the others. In particular, we plan to obtain optimal error estimates, in order and regularity, to considered methods.

As a second purposes of this research, we are interested in the controllability (stabilization) of this kind of structures, so that reduce the vibrations of involved mechanical systems, by using, for examples, a control device. We wants control the properties (type of control device, size, material formed) and the positions of the sensors and actuators.


Grupos Extendidos de SchottkyInvestigadorDr. Rubén Hidalgo O.ÁreasgeometríaAlgebra

› resumen

En este proyecto estaremos interesados en el estudio de estructuras reales sobre espacios de deformaciones de grupos Kleinianos. En particular, nos preocuparemos en el espacio de deformación de espacios de Schottky, es decir, estructuras reales sobre el espacio de Schottky.

› abstract

A Kleinian group is a discrete group of Moebius transformations, that is, a discrete group of conformal automorphisms of the Riemann sphere. An extended Kleinian group is a group containing Moebius transformations and necessarily extended Moebius transformations so that its orientation preserving half is a Kleinian group. A Schottky extension group is by definition an (extended) Kleinian group containing a Schottky group as a normal subgroup of finite index. Our main aim is to provide a description of Schottky extension groups. In a 3-dimensional setting the above can be stated as follows. The interior of a handlebody admits complete geometrically finite hyperbolicstructures whose injectivity radius is bounded away from 0. These structures are provided by Schottky groups as the universal covering groups. In this way, a finite group of isometries of the interior of a handlebody lifts to the universal covering as a Schottky extension group and, reciprocally, all Schottky extension groups are in this way obtained. If the genus $g$ of the handlebody (equal to the rank of the corresponding Schottky group) is at least 2, then the normality condition asserts the finite index condition, in fact, the index is bounded above by $24(g-1)$ (or $12(g-1)$ if there are no orientation reversing transformations). We also would like to study the same kind of problems by replacing the class of Schottky groups by another class of function groups, that is, finitely generated Kleinian groups for which there is a component of their region of discontinuity invariant under the action of the group.

We will also try to understand real structures on quasiconformal deformation spaces of function groups. Let (W,G) be a function group, that is G is a finitely generated Kleinian group and W is a Ginvariant component of its region of discontinuity, and consider its quasiconformal deformation space Q(W,G) with deformation supported on W (that is, the Beltrami coefficients of G are null outside

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W). Q(W,G) is a finite dimensional complex manifold. A real structure on Q(W,G) is provided by a complex analytic involution of Q(W,G) with fixed points; the fixed points being the real points of such a real structure. Real structures appear, for example, each time we have an extended Kleinian group K for which G is its index two orientation preserving half. We would like to understand real structures of Q(W,G) when G is a Schottky group (in this case W is the region of discontinuity of G). In particular, we are interested in those real structures which comes from extended Kleinian groups containing quasiconformal deformations of G as the orientation preserving half. In this case, intersection points will correspond to extended Kleinian groups which are generated by two different extended Kleinian groups, both of them with the same orientation preserving half.


Ecuaciones Elípticas totalmente No Lineales sin MonotoníaInvestigadores

Dr. Alexander Quaas B.Ph.D. Boyan S. Sirakov (Université Paris X-Nanterre, Francia)

Áreasanálisis


› resumen

El objetivo del proyecto es el estudio de ecuaciones y sistemas de ecuaciones en derivadas parciales no-lineales de tipo elípticas. Estas son una generalización de ecuaciones y sistemas semilineales con el Laplaciano y aparecen en modelamiento matemático de diferentes áreas tales como física, biología, finanzas y otras áreas de la matemática como geometría diferencial, teoría de control y teoría de juegos.

También pueden interpretarse como ecuaciones con difusión y reacción no-lineal.

Los modelos más importantes son las ecuaciones de Hamilton-Jacobi-Bellman, ecuaciones de Isaac y operadores sin forma de divergencia. En general, estas ecuaciones aparecen en optimización de ecuaciones semilineales y no tienen forma de divergencia.

Los operadores principales son de tipo extremal de Pucci y otro son operadores diferenciales lineales con coeficientes discontinuos.

La nueva situación en los tipos de problemas que se quieren abordar es que no tienen la monotonía adecuada en la solución. Existe especial interés en problemas resueltos para el Laplaciano que no se entienden con operadores mas generales, pero también nos interesamos en algunos problemas abiertos con el Laplaciano.

Notamos que la mayor parte de las técnicas que se saben para el Laplaciano no se aplican a operadores del contexto antes mencionado. Muchas veces encontramos nuevas demostraciones para el Laplaciano que se adaptan a este contexto. Para el tipo de problemas será de gran utilidad la teoría de soluciones viscosas que es muy flexible para este contexto y una área muy activa en ecuaciones diferenciales.

› abstract

This proposal is devoted to the study of partial differential equations and systems of fully nonlinear elliptic type. These are a natural generalization of semi-linear elliptic equations and systems with the

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Laplace operator. They arise in mathematical modeling from different areas as Physics, Biology and Finance and in other context of mathematics like differential geometry, control theory and game theory. They also can be seen an equation with a nonlinear diffusion phenomena combine nonlinear reaction.

The main models are Hamilton-Jacobi-Bellman equation, Isaac’s equation and non-divergence form operator. In general, these equations appear in optimization of semi-linear elliptic problems and do not have a varational structure. One of the basic kind of operators we are interested in, are extremal operator of Pucci’s type and some linear second order elliptic operator with discontinuous coefficient.

The new situation for this kind of problems we want to deal with, is when the operators are not coercive, that is, we do not have the right monotonicity assumption on the solution. Special interest in problems that are known for the Laplacian an are completely understood in this context, but some open problems with the Laplace operator are of our interest too. We want to study existence and not existence results, uniqueness or multiplicity of solutions and other qualitative properties. More precisely, we search Liouville type theorem for equation and system of Emden Fowler type an the related existence results. Other basic properties like removability of singularities, fundamental solutions, regularity results and estimates. We also want to find qualitative properties of radially symmetric solutions for equations mixing super and sub-critical regimen. Study the spectrum and the associate bifurcation problem. Finally, our goal is to understand parabolic problems with and extremal operator, specially to find the critical exponents of Fujita type.

Notice that most of the techniques that are known for the Laplacian do not directly work, so we need to adapt them into this context or to look for new proofs even for the Laplacian case, that can be extended to this context. Nevertheless, a lot of progress and tools where developed in the last years for this kind and related problems. Specially the theory of viscosity solution that will be very useful to reach our propose in this project. This theory is a very active field in Partial Differential Equation (PDE).

As a result of this project, we wish to contribute to the fields of PDE through novel and original publications.


Caracterización de Propiedades de Tipo Lipschitz para Funciones, Conjuntos y Operadores MultívocosInvestigadoresDr. Pedro gajardo a.Dr. Rafael Correa F. (Universidad de Chile)ÁreasanálisisProbabilidades, Matemáticas Aplicadas y Estadística

› resumen

El objetivo de este proyecto es estudiar diversas propiedades de tipo Lipschitz para funciones, conjuntos y operadores multívocos en términos de subdiferenciales, derivadas direccionales (para funciones), conos tangentes y normales (para conjuntos) y coderivadas (para operadores multívocos). Para lo anterior, se considerará una propiedad general que llamaremos K direccionalmente Lipschitz la que abarca varios conceptos conocidos en análisis variacional: localmente Lipschitz, direccionalmente Lipschitz, epi-Lipschitz, compactamente epi-Lipschitz.

La idea es extender condiciones necesarias y suficientes que han sido entregadas para tales propiedades en términos de subdiferenciales y conos normales a otros elementos que tendrán en común el satisfacer desigualdades multi-direccionales de valor medio.

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Para operadores multívocos se propone caracterizar la propiedad de parcialmente compactamente epi-Lipschitz la cual es equivalente a la compacidad co-direccional de la coderivada en el sentido de Ioffe. Para ello, nuestra idea es investigar nuevas versiones de principios variacionales que se puedan obtener para operadores multívocos.

Finalmente, esperamos aplicar las caracterizaciones obtenidas al estudio del operador normal el cual permite obtener condiciones necesarias y suficientes de optimalidad en un contexto más amplio al del caso convexo.

› abstract

The aim of this project is to study characterizations of various Lipschizian like properties of functions, sets, and set-valued mappings in terms of subdifferentials, directional derivatives, tangencial and normal cones, and coderivatives respectively.

We consider the study of K-directionally Lipschitzian property for functions and sets which recover some well known concepts in variational analysis as directionally Lipschitzian and compactly epi-Lipschitzian behaviors. We pretend to extend some necessary and sufficient conditions, given for the geometrical Ioffe subdifferential (resp. Fréchet and Mordukhovich subdifferential) and Geometrical Ioffe normal cone (resp. Fréchet and Mordukhovich normal cone), to other subdifferentials (and normal cones) that satisfy multidirectional mean value inequalities. Characterization in terms of generalized derivatives and tangent cones will be also studied.

For set-valued mappings, we propose to study characterizations of partly compactly epi-Lipschitzian property, which has been showed to be equivalent to the codirectional compactness of coderivative defined through the Geometrical Ioffe normal cone. In this context, we propose to explore some multidirectional mean value inequality like result for set-valued mappings based on Ekeland’s variational principle.

Finally, we expect to apply our results and methodologies on Lipschitzian properties of functions, sets, and set-valued mappings to the study of normal operators of functions whose level-sets have Lipschitzian properties obtaining applications to optimization problems and variational inequalities.


Análisis de Sensibilidad en Problemas de Optimización CónicaInvestigadores

Dr. Héctor Ramírez C. (Universidad de Chile)Dr. Pedro gajardo a.

Áreaanálisis

› resumen

El objetivo de este proyecto es el estudio de sensibilidad y propiedades de regularidad en problemas de optimización cónica.

Se considera el estudio de la regularidad fuerte (en el sentido de Robinson) y la propiedad de Aubin (pseudo Lipschitz). El propósito es obtener caracterizaciones de las propiedades mencionadas en términos de las condiciones de optimalidad de segundo orden.

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› abstract

The aim of this project is to study sensitivity and regularity properties of conic optimization problems.

We consider the study of regularity properties such as strong regularity (in the sense of Robinson), strong stability, and the Aubin Property. Indeed, this research proposal intends to give necessary and/or sufficient conditions for these properties. In particular, we intend to give a characterization of the strong regularity property in terms of second order optimality conditions.


El Problema del Tiempo en ZubiriInvestigadoresDr. Ricardo Espinoza L. (Pont. Universidad Católica de Valparaíso)Ph.D. oscar orellana E.ÁreasFilosofíaHistoria de la Filosofía

› resumen

X. Zubiri en su obra “ESPACIO.TIEMPO.MATERIA”, a través de los conceptos descriptivo, estructural y modal del tiempo, propone una forma innovadora de pensar “el tiempo”. El análisis conceptual que hace Zubiri del “tiempo”, recorre tanto las concepciones antiguas, clásicas y modernas del tiempo, como los puntos de vista que van de lo Filosófico a la Física Moderna, pasando por la Modelación y/o Descripción Matemática del mismo. A través de este proyecto se pretende por medio de un trabajo e investigación interdisciplinarios dilucidar la concepción Zubiriana del “tiempo”, para eventualmente a través de un análisis crítico llegar a determinar sus implicancias y consecuencias en problemas tales como: la reversibilidad del tiempo; el tiempo en la biología, la termodinámica y la flecha del tiempo, el tiempo en los sistemas complejos y la emergencia, etc. Complementariamente, los resultados de este trabajo e investigación han sido y serán publicados en revistas nacionales y extranjeras con comité editorial, como así mismo han sido y serán presentados y defendidos en seminarios y congresos especializados en el tema.

› abstract

X. Zubiri in his book so called “ESPACE.TIME.MATTER”, through the descriptive, structural and modal time concepts, advance an innovative way of thinking “the time”. Zubiri´s conceptual analysis of time, review the ancient, classical and modern notions of time, as well as the points of view that goes from Philosophy to the Modern Physics, going through its Mathematical Description and Modeling. Through this proposal we pretend by means of an interdisciplinary work and research to explain Zubiri´s conception of “time”, to eventually, through a critical analysis, determine the implications and consequences of it in problems such as: the reversibility of time, the time in biology, thermodynamic and the arrow of time, complex system- emergency and time, etc. Moreover, the results of this work and research had been and will be published in national and foreign publications with editorial committee, as well as had been and will be presented and defended in seminars and congresses specialized in the subject.

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[ Proyecto ECOS-CONICYT C07E03 ]

Viable de Sistemas Dinámicos a Tiempo Discreto y AplicacionesInvestigadores

Dr. Pedro Gajardo A. (Responsable Chile)Dr. Héctor Ramírez C. (Universidad de Chile)

Dr. Michel De Lara (Ecole Nationale des Ponts et Chausses, Francia. Responsable Francia)Dr. Luc Doyen (Musee d’Histoire Naturelle, Francia)

Dr. Vincent Martinet (INRA, Francia)Áreas

Matemática del uso de los recursosanálisis

› resumen

El objetivo de este proyecto es estudiar los aspectos matemáticos, referentes al control viable de sistemas a tiempo discreto, presentes en el proyecto MIFIMA (SticAmsud). Entenderemos por viabilidad la capacidad de que un sistema mantenga, durante el tiempo, ciertas condiciones “deseables” pre-establecidas (e.g. de existencia, buena salud, seguridad, eficacia).

Explotar un recurso sin agotarlo, preservar la biodiversidad, atenuar el cambio climático son ejemplos que pueden ser planteados en términos de controlar viablemente un sistema. De manera general, la principal pregunta que se puede plantear para un desarrollo sustentable es cómo reconciliar desarrollo económico con condiciones/restricciones ecológicas.

Por ejemplo, estudiar la compatibilidad entre una dinámica dada por la biología, física o economía, y considerar restricciones ecológicas, biológicas, demográficas y/o económicas, y, particularmente, tratar con horizontes a largo plazo.

Las características comunes al tipo de interrogantes planteadas son:

Primero, el tiempo desempeña un papel básico. El estado de un cierto sistema se desarrolla dinámicamente, bajo un control ejecutado por un “tomador de decisiones”.

En segundo lugar, la viabilidad o las condiciones a priori que se imponen para asegurar un comportamiento deseable del sistema. Éstos son las restricciones que el estado y los controles del sistema tienen que satisfacer durante tiempo.

Los puntos señalados hacen plantearse, de manera natural, la siguiente pregunta: ¿Qué compati-bilidad, si la hay, existe entre la dinámica del sistema y las restricciones?

El objetivo de este proyecto es proporcionar herramientas matemáticas para poder dar respuesta a la anterior pregunta y a la vez abordar nuevas aplicaciones principalmente provenientes de la economía y áreas ligadas al desarrollo sustentable.

› abstract

Our general intention is to study some mathematical issues, concerning the viable control of discrete time systems, presented in the current project Mathematics, Informatics and Fisheries Management (SticAmsud proposal).

Viability means the ability of survival, namely the capacity for a system to maintain, during time, condition of existence, good health, safety, or by extension, effectiveness (in the sense of cost-effectiveness in economics). Viability issues are fundamental in the economic field through environmental and ecological economics. Harvesting a resource without exhausting it, preserving

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biodiversity, avoiding or mitigating climate change are examples of sustainability concerns. More generally, the main question raised by sustainable development is how to reconcile economic growth and ecological conditions. The concepts of precaution, irreversibility, and intergenerational equity are closely related to viability issues. This implies to study the compatibility between biological, physical and economical dynamics, to mix considerations of ecologists, biologists, demographs and economists and, in particular, to handle long term horizons.

The main common features of these problems are:

First, time plays a basic role. The state of some system evolves dynamically, with a certain control by decision makers.

Second, viability or a priori conditions are imposed to ensure a perennial behavior of the system. These are constraints that the state and the controls of the system have to satisfy during time.

These two point being stated, an important question arises quite naturally: Which compatibility, if any, exists between the dynamics of the system and these constraints?

In other words, we have to study dynamical systems under constraints. In applied mathematics and system theory, this question has mostly been neglected to concentrate rather on steady state equilibria or optimization concepts.

The aim of this project is to provide mathematical tools to deal with dynamical systems under state and control constraints and to shed new lights on some applied viability problems especially in the economics and environmental fields.

[ Proyecto STICAMSUD MIFIMA ]

Matemática, Informática y Gestión PesqueraInvestigadoresDr. Julio Peña (Universidad Alberto Hurtado. Responsable equipo chileno)Dr. Pedro gajardo a.Dr. Héctor Ramírez C. (Universidad de Chile)Ms. Alejandro Zuleta (Centro de Estudios Pesqueros Chile)Sr. Patricio Barría (IFOP, Chile)Dr. Michel De Lara (Ecole Nationale des Ponts et Chausses, Francia. Responsable equipo francés)Dr. Luc Doyen (Musee d’Histoire Naturelle, Francia)Dr. Vincent Martinet (INRA, Francia)Dr. Eladio Ocaña (IMCA, Perú. Responsable equipo peruano)Dr. Wilfredo Sosa (IMCA, Perú)ÁreasMatemática del Uso de los Recursosanálisis

› resumen

Este proyecto SticAmsud pretende incrementar las nacientes actividades de cooperación entre matemáticos, economistas y biólogos de Francia y Chile junto con la incorporación de especialistas peruanos orientadas a la investigación aplicada y a la docencia.

La gestión de recursos naturales (pesqueros, forestales, minerales) tiene un gran impacto en las actividades económicas en los países sudamericanos por lo que nuestro objetivo es abocarse a esta área aprovechando diferentes herramientas matemáticas desarrolladas por los equipos chileno y francés relacionadas con la optimización, teoría de control, teoría de juego, viabilidad, etc.


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El estudio de casos y desarrollo de metodologías matemáticas son los dos ejes principales en torno a los cuales la red multidisciplinaría está abocada. Por ejemplo, podemos mencionar como casos chilenos, el estudio de interacciones biológicas entre diferentes especies (merluza-jibia, alfonsino-orange roughy) y el estudio de viabilidad (a largo plazo) en los actuales niveles de captura (merluza de cola, merluza austral, bacalao).

Las herramientas matemáticas desarrolladas van en paralelo con la simulación de los efectos de las estrategias propuestas (óptimas, viables). El programa científico Scilab es el utilizado para los propósitos de investigación así como de docencia (talleres, mini cursos) en los diversos equipos.

› abstract

This STIC-AmSud proposal aims at developing an emerging cooperation activity between biologists, economists and mathematicians both Chilean and French on the issue of natural resources management.

This support would help insuring both teaching and applied research in the field.

South America is endowed with various natural resources such as fishes, forests, water resources, ore, etc. Their management brings an important contribution to the economy. French and Chilean researchers have developed some methodologies to tackle different aspects of natural resources management. The idea is to share both case studies and mathematical methods among a scientific network which may be mobilized on practical problems.

The accent is put on fisheries management case studies, but the mathematical methods encompass other fields of application such as aquaculture, forest or ore management. The mathematical tools for management rely upon control theory of dynamical system and optimization (game theory, viability, optimal control), an area typically relevant of the STIC domains. Such tools go with the parallel development of computer programs for simulating the effect of strategies (optimal, viable, etc.). The scientific software program Scilab will be used, both for research and for the design of teaching practical works.

[ Proyecto INRIA-CONICYT 058-2008 ]

Modelamiento, Control y Optimización de Procesos Biológicos para la Descontaminación de Aguas

InvestigadoresDr. Héctor Ramírez (Universidad de Chile. Responsable Chile).

Dr. Pedro gajardo. Dr. Gonzalo Acuña (Universidad de Santiago)

Dr. Gonzalo Ruiz (P. Universidad Católica de Valparaíso)Dr. Alain Rapaport (INRA-INRIA, Francia. Responsable Francia).

Dr. Frederic Mazenc (INRIA, Francia)Dr. Jerome Harmand (INRA, Francia)

ÁreasMatemática del uso de los recursos

análisis

› resumen

Este proyecto trata con el modelamiento matemático de algunos bioprocesos provenientes de la descontaminación de aguas utilizando micro-organismos (bioprocesos de tipo secuencial o continuo). Principalmente, nuestra actividad se divide en dos grandes clases según los objetivos buscados:


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Modelos de “comprensión”: buscan simular y predecir variaciones espacio-temporal de concen-traciones de distintos organismos (existencias bacterianas, substratos) producidos en la desconta-minación biológica (anaerobia o aerobia).

Modelos de decisión: buscan proponer estrategias de operación para el buen funcionamiento de los bioprocesos, con el objetivo de mejorar su rendimiento (criterios de tiempo, costos).

Cada uno de los dos temas está basado en herramientas de sistemas dinámicos (EDO y EDP) y de control (observación, optimalidad).

› abstract

This project deals with the mathematical modeling of bioprocess in wastewater treatment using microorganisms (sequential or continuous type). Our activity can be separated in two principal objectives:

Models of “understanding”: to simulate and to predict space-temporary variations of concentrations of different organisms (bacteria, substrate) produced in the biological process (anaerobic or aerobic).

Models of decision: to propose strategies of operation for good operations of the bioprocess, with the objective to improve its yield (criteria of time, costs).

The study of above subjects is based on dynamical systems (EDO and EDP) and control theory (observation, optimal) tools.


o. Bertoncini, J. Barrera, R. Fernández, “Cut-off and Exit from Metastabaility: Two Sides of the same Coin”, Comptes Rendus Mathematique, C.R. Acad. Sci. Paris, Ser. I; Vol. 346, pp. 691-696; 2008

r. correa, P. gajardo, L. Thibault, “Links between Directional Derivatives through Multiderectional mean Value Inequalities”, Mathematical Programming Ser. B; Vol. 116(1-2), pp. 57-77; 2009

E. Hernández, E. Otárola, R. Rodríguez, F. Sanhueza, “Finite Element Approximation of the Vibration Problem for a Timoshenko Curved Rod”, Revista de la Unión Matemática Argentina; Vol. 49 Nº 1, pp. 15-28; 2008

a. caroca, V. González, R. Hidalgo, R. Rodríguez, “Generalized Humbert Curves”, Israel Journal of Mathematics; Vol. 164, pp. 165-192; 2008

R. Hidalgo, “On the Retrosection Theorem”, Proyecciones; Vol. 27 Nº 1, pp. 29-61; May 2008

R. Hidalgo, “Zeros of Semilinear Systems with Applications to Nonlinear Partial Difference Equations on Graphs”, Journal of Difference Equations and Applications; Vol. 14 Nº 9, pp. 953-969; September 2008

R. Hidalgo, M. Godoy,“Existence of Solutions of Semilinear Systems in ℓ2”, Revista Proyecciones; Vol. 27 Nº 2, pp. 171-183; August 2008

P. Felmer, A. Quaas, M. Tang, J. Yu, “Monotonicity Properties for Ground States of the Scalar Field Equation”, Annales de L’Institut Henri Poincaré: Analyse Non Linéaire; Vol. 25; pp. 105-119; 2008

A. Quaas, B. Sirakov, “Principal Eigenvalues and the Dirichlet Problem for Fully Nonlinear Elliptic Operators”, Advances in Mathematics; Vol. 218; pp. 105-135; 2008


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A. Quaas, B. Sirakov, “Solvability of Monotone Systems of Fully Nonlinear Elliptic PDE’s”, Comptes Rendus Mathematique; Vol. 346; pp. 641-644; 2008

E. Sáez, I. Szántó, “Coexistence of Algebraic and Nonalgebraic Limit Cycles in Kukles Systems”, Periodica Mathematica Hungarica; Vol. 56(1), pp. 137-142; 2008

l. Zhenhai, E. Sáez, I. Szántó, “Limit Cycles and Invariant Parabola in a Kukles System of Degree Three”, Acta Matematica Scientia; Vol. 28B(4), pp. 865-869; 2008

J. Peypouquet, R. Cominetti, S. Sorin, “Strong asymptotic convergence of evolution equations governed by maximal monotone operators with Tikhonov regularization”, Journal of Differential Equations; Vol. 245, pp. 3753-3763; 2008


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Mec10Departamento de Mecánica


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Generación de Condiciones de Flujo Entrante para Large-Eddy Simulation mediante Turbulencia Sintética MT LM

InvestigadorPh.D. carlos rosales H.


Física de Fluidos

› resumen

En las diversas especialidades de ingeniería (mecánica, química, aeronáutica, civil, ambiental, etc.) así como en la ciencias físicas (desde meteorología hasta astrofísica), la inmensa mayoría de los problemas que deben resolverse mediante dinámica de fluidos computacional (CFD), involucran flujos turbulentos a muy altos números de Reynolds. Como resultado del incremento sostenido en las capacidades de los recursos computa-cionales, las técnicas como simulación numérica directa (DNS) y large-eddy simulation (LES), han sido aplicadas a flujos cada vez más complejos. En particular, LES es considerado el método más promisorio para sustituir (o complementar) a las modelaciones de tipo RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), las cuales carecen de la exactitud, nivel de detalle en la información y la universalidad que la mayoría de las situaciones requiere.

Gran parte de la investigación en LES se ha realizado para flujos evolucionando en el tiempo, los cuales admiten condiciones de contorno periódicas para la frontera en donde el flujo entra al dominio de solución. La tendencia de aplicación hacia flujos más complejos ha derivado en la simulación de flujos que evolucionan en el espacio. Para este tipo de flujos, las condiciones en la entrada (inflow boundary conditions, IBC), se deben asignar de un modo consistente con los requerimientos y propiedades de LES. Mientras que las aproximaciones RANS requieren sólo la especificación de velocidades promedio y (e.g.) la energía cinética turbulenta media, LES necesita información mucho más detallada. Ya que LES resuelve los vórtices tridimensionales inestaciona-rios que transportan la energía, la IBC debe representar adecuadamente su contribución. Esto demanda que el vector de velocidad en la IBC sea función del tiempo y de dos coordenadas espaciales, con momentos estadís-ticos de primer y segundo orden definidos, un espectro asignado, y la información apropiada sobre correlación de fases entre los diferentes modos.

Lo anterior es una necesidad crucial para poder aplicar LES eficientemente a problemas donde sólo inte-resa turbulencia completamente desarrollada. De lo contrario, gran parte del dominio computacional se debe emplear como una región de transición para desarrollar estructura turbulenta correcta, y se desperdicia, por lo tanto, para el propósito de la simulación. Dado que LES demanda gran cantidad de recursos computacionales, esto constituye una severa limitación para su aplicación a problemas de flujos complejos. Un procedimiento para generar IBC es igualmente importante para utilizarlo en la implementación de condiciones de interfaz en simulaciones híbridas RANS/LES, en donde se requiere alguna forma de acoplar la reducida información dispo-nible de la simulación RANS con la estadística detallada que se debe proporcionar a la LES.

Por estas razones, el desarrollo de métodos para generar IBC turbulentas es un problema de alta relevan-cia en dinámica de fluidos computacional, y es actualmente un área de gran interés y activa investigación. Diferentes métodos han sido propuestos, pero aún no se ha encontrado un método que permita especificar turbulencia de entrada realista con un bajo costo computacional. Los métodos de reciclado incrementan sig-nificativamente el costo computacional, y no se pueden aplicar a flujos en donde no existen regiones de equi-librio para las cuales los argumentos de escala del método puedan invocarse. Las simulaciones con precursor imponen una sobrecarga mayor aún en la simulación de interés. Un tercer tipo de métodos se basan en la generación de turbulencia sintética. El principal problema con éstos últimos, es que no permiten especificar la información sobre las fases de los modos, lo cual produce una estructura no realista que se disipa rápidamen-te, de manera que aún se requiere emplear gran parte del dominio de solución como zona de regeneración y desarrollo de la turbulencia.

En el área de turbulencia sintética, un nuevo método, aplicable a turbulencia isotrópica, (el MMLM) fue introducido recientemente [Rosales & Meneveau, Phys. Fluids 18, 075104 (2006)]. Este método es capaz de producir turbulencia sintética mucho más realista y correlación de fases. Una versión modificada del mismo (el

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MTLM) es capaz de reproducir además, el escalamiento anómalo y la intermitencia de la turbulencia [Rosales & Meneveau, Phys. Rev. E (submitted, 2008)]. El objetivo general de este proyecto es explorar la aplicación del MTLM como un método para generar condiciones de flujo entrante en LES. Puesto que el MTLM logra generar estructura espacial (y por consiguiente, correlación de fases), se puede esperar que la inyección de turbulencia proveniente de un campo tridimensional MTLM en la entrada de una LES produzca una evolución espacial mu-cho más realista que los métodos actuales, esencialmente estocásticos, de turbulencia sintética para IBC. Esto permitiría reducir en gran medida la zona de desarrollo de turbulencia flujo abajo de la entrada, resolviendo el principal obstáculo que enfrentan los métodos basados en turbulencia sintética.

El atractivo de poder usar turbulencia sintética es su bajo costo computacional en comparación con los métodos de precursor, los cuales requieren ejecutar una segunda simulación separada, de la cual se extrae un plano del campo de velocidades, normal a la dirección del flujo, en cada incremento de tiempo. Estos planos se almacenan como una base de datos, y la secuencia es leída luego como condición de entrada en la simulación de interés. El método que se propone investigar en este proyecto consiste en utilizar también una base de datos, pero en lugar de obtenerla por una simulación precursora, se obtendrá generándola como turbulencia sintética mediante el procedimiento MTLM. Esto puede hacerse a una fracción despreciable del tiempo computacional requerido por una simulación precursora para los mismos parámetros. El campo de velocidades MTLM es tridimensional, y dotado de estructura espacial (correlaciones, geometría estadística, di-sipación multifractal, etc.), y la hipótesis fundamental de este proyecto es que es posible construir la condición de velocidades turbulentas de entrada para LES (y DNS), a partir de la secuencia de planos sucesivos del campo MTLM, produciendo la serie de tiempo para las velocidades en la entrada mediante la advección de esta se-cuencia de planos, a la velocidad media del flujo. La turbulencia transportada advectivamente de esta manera está congelada en el tiempo, y el nexo entre correlación espacial y fluctuación temporal en el plano de entrada se basa en la hipótesis de Taylor.

Un objetivo derivado de lo anterior es investigar la extensión del procedimiento MTLM a flujos anisotró-picos. Esto se realizará combinándolo con procedimientos existentes para modular los campos con varianzas dependientes de la posición y covarianzas anisotrópicas. Otro resultado de este proyecto será el desarrollo de un programa computacional ‘in-house’ para LES de flujos con condiciones de contorno complejas y de gran potencial para aplicación en futuras investigaciones, el cual complementará a los códigos para DNS y LES periódicas ya desarrollados anteriormente. Esto ayudará a consolidar una línea de investigación en CFD en el Departamento de Mecánica de la Universidad.


Estudio Numérico del Comportamiento de las Deformaciones de Probetas Metálicas sometidas a TracciónInvestigadoresPh.D. Fernando Labbé Z.Ph.D. Juan Donoso V.Dr. Raúl Cordero

Área Ingeniería Mecánica

› resumen

Una probeta metálica sometida a tensión presenta inicialmente una deformación elástica, seguida por una deformación plástica es analizada. Aún cuando durante esta etapa del ensayo la deformación es estable, las deformaciones comienzan a localizarse dentro de una zona conocida como cuello difuso, donde las velocidades de deformación presentan un rápido cambio. Después de esto, se produce una shear band, debido a la alta localización de deformación plástica cercana a la zona de fractura.

En este proyecto, se trata de realizar un estudio numérico del comportamiento de deformación de una probeta sometida a tracción. El objetivo es predecir la localización de deformación relacionada con el cuello

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DEPARTAMENT O DE MECÁNICA

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difuso, y caracterizar la aparición de shear band asociada con el cuello difuso. Esto es relevante para la deter-minación de los límites de conformados, que permita reducir fracturas durante un proceso de conformado.

Se efectuarán simulaciones numéricas con elementos finitos no-lineal para el proceso de deformación. Estos resultados serán validados con resultados experimentales disponibles en la literatura.

› abstract

A metallic specimen subjected to a mechanical test undergoes initially elastic deformation that is followed by a transition zone to plastic deformation. Although during this stage of the test the deformation is stable, the strains begin to localize within a relatively ample zone known as diffuse necking where the strains present the fastest rate of change. Afterwards, a local neck or shear band is produced due to strong localization of deformation close to fracture.

In this project we are planning to carry out a numerical study of the strain behaviour of metallic specimens subjected to mechanical tests. Our objectives are to assess the beginning of the strain localization related to the diffuse necking and to characterize the appearance of the shear band associated with the local necking. The necking and localization studios are relevant for the accurate determination of the Forming Limits (FL) that in turn may allow reducing failures during forming processes.

We will perform numerical simulations of the deformation process during the whole test by using a finite element large strain elastoplasticity-based formulation. The virtual measurements of the strains rendered by the simulation will be eventually validated by the comparison with the available experimental data. In addition, an uncertainty analysis of the virtual measurements will be carried out.


Estudio de la Combustión Híbrida en Medios Porosos Inertes y su Aplicación en la Generación de Hidrógeno

InvestigadorDr. Mario toledo t.

ÁreaIngeniería Mecánica

› resumen

Como una combinación de dos átomos de hidrógeno, la molécula de hidrógeno (H2) es un combustible único que ha impulsado la carrera espacial debido a su baja densidad, teniendo más energía por unidad de masa. Además, la baja emisión de contaminantes en el proceso de combustión lo ha llevado a considerarse el combustible del futuro existiendo, en los últimos 20 años, una gran cantidad de industrias que lo han utilizado como fuente de energía.

La investigación en este campo se ha concentrado en las estrategias de generación, purificación y almace-namiento. Si bien se han descubierto una serie de tecnologías, la oxidación parcial de combustibles pesados es la principal fuente industrial de la producción de hidrógeno, debido a sus factores económicos.

Por su parte, pellets de madera y otros bio-combustibles tienen importancia en todo el mundo. Se espera que el uso de pellets de madera aumente significativamente en los próximos años, con efectos positivos para el medio ambiente y la seguridad del abastecimiento energético, principalmente. Hoy en día existe una amplia gama de modelos de estufas y calderas para diferentes potencias.

La hipótesis del proyecto es generar una mayor cantidad de hidrógeno a partir de la combustión híbrida en medios porosos inertes, compuesta por la oxidación parcial de combustibles gaseosos pesados y la combus-tión de los pellets de madera.

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El objetivo general del proyecto es construir un quemador de medio poroso inerte, que sea capaz de ge-nerar hidrógeno a partir de la combustión híbrida de mezclas ricas de combustibles gaseosos pesados, y de la combustión de los pellets de madera.

La metodología consistirá en primer lugar en estudiar teórica y experimentalmente la generación de hi-drógeno a partir de la oxidación parcial de mezclas ricas de metano, etano y propano con aire. Se utilizará el software PREMIX para la simulación numérica y se implementará, en el Laboratorio de Termodinámica (LT), un quemador de medio poroso inerte (tubos de cuarzo, bolitas de alúmina, cerámicas, aislante), que contenga los sistemas de control y registro de flujos, temperaturas y gases de la combustión. Estos sistemas consisten de flujómetros, compresor, reguladores de presión, mangueras, termocuplas, módulo de adquisición de datos de temperatura (Omega DAQ-55), PC, analizador de gases, red de agua, etc. Se contrastarán los resultados y se definirán las condiciones para obtener la mayor conversión de hidrógeno, como son: relación de equivalencia, velocidad de filtración y flujo total de la premezcla aire-combustible. Se obtendrán dos publicaciones ISI con los resultados obtenidos.

Por su lado, el proceso de combustión de pellets se realiza en etapas: calentamiento inicial, secado, piro-lisis y combustión de los residuos carbonosos. Se estudiará teórica y experimentalmente el proceso completo de combustión de pellets. Para los experimentos se implementará un sistema consistente de una fuente de calentamiento eléctrico del aire de combustión, de un sistema de control de temperatura (Omega DAQ-55, termocuplas, PC), de una balanza digital y de un sistema de análisis de gases de la combustión. Los pellets se-rán posicionados en una canasta metálica conectada a la balanza digital de manera de conocer continuamente la pérdida de masa durante el proceso de combustión. El aire de combustión será precalentado hasta una determinada temperatura y posteriormente se quemarán los pellets. Los experimentos se llevarán a cabo en un amplio rango de temperatura de aire precalentado. En base a los resultados experimentales se desarrollará un modelo matemático y módulo computacional de la combustión de pellets de manera de simular el proceso y contrastar los resultados. Se obtendrá una publicación SciELO con los resultados obtenidos.

En la etapa final del proyecto, se diseñará e implementará un sistema de combustión híbrida en medios porosos inertes, que permita estudiar su aplicación a la generación de hidrógeno. Este sistema se construirá en base a los resultados obtenidos en las etapas anteriores del proyecto. Los principales elementos de control de este diseño serán flujómetros, compresor, termocuplas, módulo de adquisición de datos de temperatura, analizador de gases, etc. Los resultados obtenidos serán presentados a una revista ISI para su publicación.

Durante la ejecución del proyecto se presentará una iniciativa al Concurso FONDECYT de Iniciación en

Investigación, y se publicarán los resultados en proceedings de congresos nacional e internacional.


Simulación Numérica del Comportamiento Elasto-Plástico de Materiales utilizando el Método sin Malla de Puntos FinitosInvestigadorDr. Franco Perazzo M.

ÁreasIngeniería MecánicaMétodos Numéricos y Computación

› resumen

En la última década se ha producido un importante avance en el conocimiento y posibilidades de aplicación de un nuevo tipo de técnicas numéricas que, a diferencia de otros métodos tradicionales (FEM, BEM, etc.), no requieren de una subdivisión del dominio en una malla, razón por la cual han sido denominadas métodos sin malla, “meshless”, libres de malla o “meshfree”. Básicamente, estas comprenden un conjunto de métodos numéricos, utilizados para resolver ecuaciones diferenciales en derivadas parciales a partir de distribuciones espaciales de puntos regulares o irregulares.

Dentro de esta nueva generación de métodos numéricos se destaca el Método de Puntos Finitos (MPF), técnica totalmente libre de malla en la cual el dominio se discretiza mediante un número finito de puntos, la

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aproximación local se obtiene mediante la técnica de mínimos cuadrados ponderados, utilizándose colocación puntual para obtener el sistema de ecuaciones diferenciales.

De otro lado, el entendimiento del comportamiento del material es fundamental para el análisis y diseño de partes, por lo cual, el rápido desarrollo de la ingeniería y ciencias ha generado un importante foco de estu-dio en los problemas de no linealidad del material. Empero la relación no lineal tensión-deformación y la de-pendencia de la historia de carga presentes en este tipo de problemas hace que estos se tornen complicados, existiendo limitadas soluciones analíticas aplicables a problemas con geometrías y condiciones de carga muy sencillas, y poco interesantes desde el punto de vista de la ingeniería.

En este proyecto se pretende abordar las ecuaciones constitutivas que rigen el comportamiento elasto-plástico de un material utilizando la teoría de plasticidad clásica y el método sin malla de Puntos Finitos. El comportamiento del material será modelado mediante una relación tensión-deformación no lineal y el criterio de fluencia del tipo J2.

A continuación se presentan las etapas principales que considera este proyecto:

Recopilación bibliográfica y estado del arte en la implementación de métodos sin malla para modelar el comportamiento no lineal de materiales.

Analizar e implementar la relación constitutiva del material para la resolución con el MPF. Estudio de los diferentes tipos de información contenida en el planteamiento analítico del MPF para implementar la plasticidad clásica.

Analizar e implementar el criterio de fluencia J2 en el contexto del MPF y el método de obtención del sistema de ecuaciones discretas. Estudiar y analizar la obtención del equilibrio de fuerzas internas utilizada como criterio de convergencia. Estudiar los métodos de resolución del sistema final de ecuaciones.

Analizar la factibilidad del uso de algún esquema de estabilización de la solución en el contexto de la plasticidad clásica y el MPF.

Validar el código numérico desarrollado en el ámbito de la plasticidad clásica. Desarrollo de diferentes simulaciones computacionales utilizando el MPF. Se resolverán ejemplos numéricos extraídos de la literatura comparándose con los resultados publicados o con los obtenidos de la modelación de éstos, mediante un software comercial de elementos finitos.

Difundir a la comunidad científica los avances y resultados del trabajo de investigación, tanto en el ámbito nacional como internacional. Redacción y preparación de trabajos escritos para ser presentados en congresos de la especialidad y para su publicación en una revista ISI.


Almacenamiento de Gas Natural en Carbones Activados. Obtención de Materiales de Carbón a partir de Precursores Lignocelulósicos e Influencia

de sus Propiedades Físicas, Texturales y Químicas en el Proceso Tecnológico de Almacenamiento de Gas Natural

InvestigadoresDr. Rafael García L. (Universidad de Concepción)

Ph.D. Fernando carvajal g.Ph.D. Ljubisa Radovic N. (Universidad de Concepción)

Dr.-Ing. Alejandro Sáez C.Ph.D. Gabriela Soto G. (Universidad de Concepción)


› resumen

En este proyecto se plantea el estudio de la adsorción de metano en carbones activados comerciales (CAC) de diversos orígenes con el objeto de identificar las propiedades físicas, texturales y químicas que

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favorecen la adsorción de metano (CH4). Conocidas dichas propiedades y su grado de influencia en el proceso de almacenamiento de metano y Gas Natural (GN), se ensayarán vías de obtención de carbones activados (CAO), a partir de precursores lignocelulósicos renovables disponibles en el país.

La actual crisis de disponibilidad de los combustibles fósiles líquidos (derivados del petróleo) y la con-ciencia medio ambiental de la sociedad moderna, han incentivado los estudios fundamentales, tecnológicos y económicos, tendientes a obtener combustibles alternativos, que sean eficientes desde el punto de vista energético y ambiental. Ante esta situación el H2 y el GN se plantean como reales alternativas. La utilización masiva del H2, se encuentra más lejana, por los problemas de su disponibilidad y almacenamiento. El GN, es un combustible ya probado y plenamente aceptado como uno de los combustibles más amigables con el medio ambiente. Sin embargo su baja densidad energética y la inconveniencia de almacenarlo y transpor-tarlo a altas presiones (30MPa), han incentivado la presentación de este proyecto, tendiente a seleccionar y obtener carbones activados (CA) para el almacenamiento y distribución de GN adsorbido, y estudiar las características más influyentes de estos materiales en el proceso de adsorción de GN.

En una serie de alrededor de diez carbones activados comerciales que han sido adquiridos, para la apli-cación de almacenamiento de gas natural, se plantea obtener la densidad “bula”, aparente y real como parámetros de caracterización física. En lo que a texturado se refiere se determinarán la superficie específica “aparente” (Sg-BET), los volúmenes de micro y mesoporos, y la distribución de microporos. Considerando la casi nula información en la bibliografía, se propone además analizar el grado de influencia de los grupos funcionales superficiales de los carbones activados comerciales, en el proceso de adsorción de metano y gas natural. Para ello se plantea el uso de espectroscopia FTIR, Método de Boehm y Desorción Térmica Progra-mada (DTP), como técnicas de caracterización de la química superficial de los adsorbentes. Con toda esta completa caracterización se pretende encontrar las propiedades de los materiales que sean más influyentes en el almacenamiento de CH4 a temperatura y presión ambiente.

Con los materiales que resulten más promisorios en el estudio preliminar, en condiciones ambientales, se realizarán ensayos de almacenamiento de GN a una presión de 3.5 MPa, tanto a escala laboratorio, como en estanques representativos para futuros escalamientos (40 y 80 L). Determinando además en estos ma-teriales, el calor isostérico de adsorción a partir de las correspondientes isotermas de adsorción a diferentes temperaturas. En las mejores condiciones de adsorción se estudiará la desorción del GN, es decir, la cantidad del combustible que es posible recuperar desde el adsorbente. Tal como se reporta en la bibliografía el cono-cimiento del calor de adsorción y el grado de reversibilidad de la adsorción/desorción, es fundamental, por cuanto, dependiendo de su magnitud su efecto determina la aplicación de un determinado material en el proceso de almacenamiento de GN.

Finalmente con el conocimiento logrado de las características de los adsorbentes y su influencia en el proceso de almacenamiento de GN, se plantearán diferentes rutas de obtención de carbones activados a partir de materiales lignocelulósicos de gran abundancia en el país, tales como celulosa, aserrín de madera y cuescos de durazno de la industria conservera.

Los resultados sobre la adsorción y almacenamiento de GN, permitirá disponer en el país del conoci-miento básico y tecnológico para futuras aplicaciones y escalamientos en el proceso de almacenamiento y liberación de GN. Además se podría lograr un mayor desarrollo de la industria nacional del carbón activado, diversificando su producción a materiales con nuevas aplicaciones.

› abstract

In this project the study considers methane (CH4) adsorption in commercial activated carbon (AC) of diverse origins with the objective of identifying the physical, textural, and chemical properties that improve CH4 adsorption. Knowing these properties and their degree influence in CH4 and natural gas (NG) storage will be tested routes to obtain AC from renewable lignite-cellulose precursors available in Chile.

The present difficulty of liquid fossil fuels availability (petroleum derived) and environmental conscience of the modern society have stimulated fundamental, technological and economic studies to obtain efficient


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alternative fuels. Under this situation the hydrogen (H2) and NG are considered like real alternative. The massive use of H2 is more distant by its availability and storage problems. The NG is a fuel already proven and accepted like one of the friendly fuels with environmental. Nevertheless, their low energetic density and inconvenience to store and transport at high pressure (30 MPa) stimulated the presentation of this project to select and to obtain AC for adsorbed NG (ANG) storage and transportation, and to study the most influential characteristic of these materials in ANG process.

In ten commercial AC that have been acquired for NG storage application is considered to obtain bulk, apparent and real density like physical parameters, and determinate apparent surface area (BET), volumes of micro and meso-pores, and micro-pores distribution like textural parameters. In addition, considering the almost null information in the bibliography, propose analyse the degree of influence of surface functional group of the commercial AC in CH4 and ANG process. For it considers the use of FTIR spectroscopy, Boehm and program thermal desorption (PTD) methods, like chemical characterization. With all this characterization it is tried to find the more influential material properties in CH4 adsorption at temperature and ambient pressure.

With the promissory materials in the preliminary study will make tests of NG storage at 3.5 MPa as laboratory scale as representative tanks (40 L and 80 L). In addition, determinate adsorption isostheric heat from adsorption isotherm at different temperature in these materials. In the best adsorption conditions will study NG desorption. Bibliography report that adsorption heat and the degree of reversibility of adsorption/desorption is fundamental because it values determines the material applications in NG storage process.

Finally with the obtained knowledge of adsorbent characteristics and its influence in NG storage process, different routes considered to obtain AC from lignite-cellulose of great abundance in Chile, such as cellulous, wood sawdust and coconut shell.

The results on the ANG storage will allow arranging in Chile of the basic and technological knowledge to future applications in NG storage and liberation process. In addition, a greater development of the national industry of the AC could be obtained diversifying its production to materials with new applications.


r. cordero, A. Martínez, F. Labbe, J. Molimard, “Monitoring the Strain-rate Progression of Samples Undergoing Tensile Deformation”, SEM XI International Congress and Exposition on Experimental and Applied Mechanics Experimental Mechanics Applied to Damage: Detection, Analysis and Mitigation, Orlando, Florida, U.S.A.; 2-5 June 2008

r. cordero, “A signal to noise optimization algorithm for speckle interferometry applications”, 6th BssM International Conference on Advances in Experimental Mechanics, London, U.K.; 9-11 September 2008

L. Perez, F. Perazzo, “Simulación Numérica de Daño Isotropo mediante el Método sin Malla de Puntos Finitos”, VII Jornadas de Mecánica Computacional, Santiago, Chile; Septiembre 2008

c. rosales, “Escalamiento Anómalo en Turbulencia Sintética MMLM”, VII Jornada de Mecánica Computacional, Santiago, Chile; Septiembre 2008

c. rosales, “Turbulencia Sintética Tridimensional: Escalamiento Anómalo en el Rango Inercial y Propiedades Mutifractales de la Presión”, XIII Congreso Chileno de Ingeniería Mecánica, Arica, Chile; Noviembre 2008

M. toledo, “Adsorción y desorción de gas natural en carbón activado en un sistema de almacenamiento y transporte”, Jornada de Mecánica Computacional 2008, Santiago, Chile; Septiembre 2008

M. toledo, “Numerical study of the effects of alumina diameter balls on flame stabilization in a porous burner”, Jornada de Mecánica Computacional 2008, Santiago, Chile; Septiembre 2008

M. toledo, “Características de la Combustión de Pellets de Madera”, XIII Congreso Chileno de Ingeniería Mecánica, Arica, Chile; Noviembre 2008

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r. cordero, G. Seckmeyer, D. Pissulla, F. Labbé, “Uncertainty of Experimental Integrals: Application to the UV index Calculation”, Metrologia; Vol. 45, pp.1-10; 2008

F. Labbé, J. Donoso, “J-Q Characterization of Constraint Effects of a Three-Dimensional Cracked Specimen”, Journal of Material Engineering and Performance; Vol. 17(1), pp. 80-84; February 2008

r. cordero, G. Seckmeyer, D. Pissulla, L. Da Silva, F. Labbé, “Uncertainty Evaluation of Spectral UV Irradiance Measurements”, Measurement Science and Technology; Vol. 19, p. 045104; 2008

r. cordero, J. Molimard, F. Labbé, A. Martínez, “Strain Maps obtained by Phase-shifting Interferometry: An Uncertainty Analysis”, Optics Communications; Vol. 281, pp. 2195-2206; 2008

r. cordero, G. Seckmeyer, F. Labbé, “Cosine Error Influence on Ground-based Spectral UV Irradiance Measurements”, Metrologia; Vol. 45, pp. 406-414; 2008

J. Donoso, r. leiva, F. Labbé, “El Efecto de la Heterogeneidad de las Propiedades Mecánicas de una Unión Soldada sobre la Carga de Plastificación de Probetas de Fractura tipo C(T) y SE(B)”, Revista de Metalurgia; Vol. 44(5), pp. 389-397; Septiembre-Octubre 2008

F. Perazzo, R. Löhner, L. Pérez, “Adaptive Methodology for Meshless Finite Point Method”, Advances in Engineering Software; Vol. 39, pp. 156-166; 2008

c. rosales, C. Meneveau, “Anomalous Scaling and Intermittency in Three-dimensional Synthetic Turbulence”, Physical Review E; Vol. 78, p. 016313(17); 2008

P. Sariego, R. Bulnes, “El Coeficiente de Fricción como una Reacción Exergética (La Fricción Mecanoquímica)”, Revista Iberoamericana de Física; Vol. 4 Nº 1, pp. 35-42; Julio 2008

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11Departamento de Obras Civiles

Ociv

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Metodologías Eficientes para el Análisis y Diseño de Sistemas Estocásticos de Interés Práctico en Mecánica EstructuralInvestigadoresPh.D. Héctor Jensen V.Dipl.Inf. Martin R. Oswald

ÁreasIngeniería EstructuralIngeniería Mecánica

› resumen

Existe un alto grado de consenso en la práctica de la ingeniería actual en el sentido que todo pro-blema complejo lleva asociado incertidumbres. Es decir, una gran cantidad de información utilizada en los análisis y diseños no es conocida en forma precisa. Una de las áreas de la ingeniería en que la cuantificación de incertidumbres es especialmente importante, debido a las potenciales consecuencias de no considerarlas es la mecánica estructural. Por lo tanto la práctica de la ingeniería estructural actual, requiere de procedimientos de análisis y diseño basados en conceptos no determinísticos. Un enfoque que ha recibido especial atención en las últimas décadas es el probabilístico, en que las incer-tidumbres son modeladas mediante distintas herramientas y conceptos de la teoría de probabilidad. En este contexto, uno de los problemas fundamentales es la estimación de la confiabilidad de los sistemas y/o componentes en consideración. A pesar de los avances tanto teóricos como numéricos registrados últimamente, la estimación de la confiabilidad de sistemas realistas y de interés en la prác-tica de la ingeniería actual, todavía representa un desafió de proporciones considerables. Lo anterior se debe principalmente a que modelos probabilísticos realistas pueden implicar la consideración de cientos o miles de parámetros inciertos.

El objetivo general de este estudio es el de desarrollar, extender, generalizar e implementar mé-todos eficientes para la estimación de la confiabilidad de sistemas complejos, con una alta dimen-sionalidad probabilística. Estas herramientas serán luego utilizadas en el desarrollo de procesos de diseño óptimo bajo requerimientos de confiabilidad. Es decir, procesos de diseño en que se considera explícitamente un riesgo basado en el balance económico, entre el costo de incrementar la seguridad o confiabilidad del diseño y el costo asociado a su falla, ya sea parcial o total. Cabe hacer notar que la aplicación de este tipo de enfoque a problemas realistas es prácticamente inexistente, debido fun-damentalmente al costo computacional exuberante que aparece cuando se superponen los análisis de confiabilidad con procesos de optimización.

La estimación de la confiabilidad de sistemas caracterizados mediante un gran número de pa-rámetros aleatorios, puede ser evaluada en principio mediante métodos tradicionales de simulación tal como Monte Carlo. Sin embargo, la aplicación de este tipo de métodos no es factible de utilizar en problemas de relevancia práctica. Lo anterior obedece al hecho que la estimación de confiabi-lidades altas, condición generalmente requerida en problemas prácticos, implica una gran cantidad de muestras, donde cada muestra puede corresponder a la solución de un problema complejo y computacionalmente costoso. Las deficiencias de los métodos tradicionales de simulación serán subsanadas mediante la utilización de técnicas de simulación eficientes, en que el número de mues-tras requerido es minimizado en forma considerable con respecto a los métodos tradicionales. Con el fin de incrementar más aún la eficiencia computacional de estas metodologías, se considerará una implementación en paralelo así como el uso de diversos conceptos de aproximación, con el fin de reducir la dimensionalidad de los problemas. Estas ideas serán luego utilizadas dentro de un esquema de diseño óptimo con requerimientos de confiabilidad. En dichos esquemas se utilizarán diversos conceptos tales como: aproximaciones locales y globales, computación en paralelo e imple-

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DEPARTAMENT O DE OBRAS CIV ILES

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mentación modular, con el propósito de incrementar la eficiencia computacional de los procesos de optimización estocástica.

Las distintas metodologías y procedimientos a ser desarrollados en este proyecto de investiga-ción, permitirán implementar métodos de análisis y diseño estocásticos aplicables a problemas de interés y relevancia en distintas áreas de la mecánica estructural. Es decir, los algoritmos y metodo-logías a ser desarrollados serán herramientas eficaces de análisis y diseño probabilístico, aplicables a problemas de interés en la práctica profesional (sistemas de alta dimensionalidad). De esta manera, el tratamiento intuitivo tradicional de incertidumbres podrá ser reemplazado por un enfoque más racional y directo, utilizando conceptos de confiabilidad explícitamente en los análisis y diseños. Fi-nalmente mediante la ejecución de este proyecto de investigación, se pretende influir de una manera activa y directa en la aceptación, por parte de la comunidad local e internacional, de la utilización de metodologías probabilísticas para el análisis y diseño de sistemas complejos.

› abstract

The realistic modeling of structures and the loading conditions to which they are expected to be exposed during their life are undoubtedly one of the major issues of structural engineering and engineering mechanics, respectively. It has been recognized that this modeling should also include the quantitative consideration of the statistical uncertainties of the parameters involved. This fact opened the venue to quantify the safety of structures and hence to form the basis of a more rational structural analysis and design. While the modeling assumptions have become more elaborate and accurate over the years, reliability analysis and optimal design of stochastic structural systems still remains a challenging problem. Despite the prodigious development in computer technology and essential progress in reliability analysis general probabilistic methods are inefficient or infeasible in engineering practice. This is due to the fact that realistic probabilistic models may imply the consideration of hundreds or thousands uncertain parameters.

It is the purpose of this research project to develop, generalize and implement efficient reliability estimation methods. These techniques will then be used in the development of reliability-based optimization procedures. It is noted that the application of these types of methodologies to realistic problems is almost inexistent. This is because the exuberant computational burden which arises when superimposing reliability analysis with optimal design.

Reliability estimates of structural systems involving a large number of random variables can be in principle computed by Monte Carlo based procedures. However, the application of direct Monte Carlo simulation is not feasible for structural of practical interest because the number of samples is in general very large. In this context, each sample corresponds to a system, analysis which can be extremely time consuming. Efficient reliability estimation methods, such as variance reduction techniques will be investigated and enhanced during the proposed study. These methodologies will be evaluated in view of their generality, accuracy, and efficiency ands practical applicability. The efficiency will be further improved by introducing parallel processing. In this context parallel computing means that more than one processor or computer respectively work simultaneously on the same problem. At the same time several approximation concepts will introduced in order to increase the dimensionality of the problems. These ideas will be used in the context of reliability-based structural optimization procedures. The different procedure and methodologies proposed in this project will represent a set of efficient tools for reliability analysis and reliability-based optimization of engineering systems of practical interest. The applicability and feasibility of the proposed procedures will be demonstrated in a series of problems of practical relevance in structural mechanics. Finally, it is believe that the execution of this research project will contribute in a positive manner to the acceptance of stochastic procedures in the fields of structural engineering and engineering mechanics by the local and international community.


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Tenacidad al Corte de Hormigones Reforzados con FibrasInvestigadoresDr. Sergio Carmona M.MSc. Manuel Cabrera C.

ÁreasIngeniería de MaterialesIngeniería de Construcción

› resumen

La adición de fibras como refuerzo en los hormigones puede incrementar muchas propiedades de éstos, destacando entre ellas, la resistencia a la flexión, la que ha sido ampliamente investigada en los últimos años. Sin embargo, a pesar que las roturas por corte han demostrado ser más frágiles y catastróficas, el número de investigaciones referentes al efecto de las fibras en el comportamiento del hormigón sometido a esfuerzos de corte es limitado.

Las variables más importantes que regulan las propiedades de los hormigones reforzados con fi-bras son: la eficiencia y el contenido de fibras en porcentaje del volumen o del peso total de la mezcla. La eficiencia de las fibras es controlada por la resistencia de las fibras a no ser arrancadas de la mez-cla, la cual depende de la resistencia de la interfase fibra-matriz cementícea. Para fibras con sección uniforme, esta resistencia aumenta con el largo de la fibra, mientras más larga es la fibra, mayor es el efecto en dichas propiedades. También, fibras con secciones no circulares y con menores diámetros, son más efectivas debido a que poseen mayor superficie por unidad de volumen. Entonces, para una longitud de fibra dada, una alta relación longitud-diámetro es asociada a una alta eficiencia de las fibras, esta relación se denomina “aspecto de la fibra”.

Una ventaja de la falla por arranque de las fibras es que se producen en forma gradual, incremen-tando la ductilidad del material, las que contrastan con fallas más rápidas y posiblemente catastrófi-cas que podrían ocurrir si las fibras se rompen debido a tensión. Generalmente, mientras más dúctiles sean las fibras, más dúctil y gradual es la falla de elemento de hormigón. Por lo tanto, las característi-cas mecánicas de los hormigones reforzados con fibras dependen no sólo de las propiedades mecáni-cas de la fibra, sino también del grado en que una carga aplicada se transmite a la fibra por medio de la matriz cementícea. Además, la disposición u orientación relativa de las fibras y su concentración y distribución, influyen radicalmente en la resistencia y en otras propiedades de los materiales compues-tos reforzados con fibras.

A diferencia de lo que sucede en compresión o flexión, actualmente no existen normas ASTM y menos norma chilena que permita cuantificar el efecto de la incorporación de fibras sobre la resisten-cia y ductilidad del hormigón ante esfuerzos de corte. A nivel mundial se está utilizando un método propuesto por la Sociedad Japonesa de Ingeniería Civil (JSCE). Este procedimiento, designado como SF-6, es una mejora a las probetas tipo Z, ampliamente utilizada en investigaciones relativas a la resistencia al corte de hormigones no reforzados. En el ensayo propuesto, el campo de esfuerzos se mantiene sustancialmente cercano al de corte puro y, por lo tanto, se obtiene una respuesta frente al esfuerzo de corte más reproducible.

Utilizando el método de ensayo SF-6, Mirsayah y Banthia (2002), ensayaron hormigones reforzados con diferentes tipos de fibras de acero de 50 mm de longitud en el hormigón, demostrando que este ensayo permite cuantificar la disipación de energía durante la rotura. En la UTFSM se desarrolló una memoria de título durante el año 2007, en el que se implementó este ensayo. Los resultados alcanzados fueron satisfactorios.

En la presente investigación, se estudiará el efecto de la incorporación de fibras de diferentes formas, aspectos y resistencias; sobre la ductilidad de hormigones de diferentes tipos de hormigones, caracterizados por sus resistencias a la compresión. El efecto de las fibras se cuantificará utilizando el

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ensayo propuesto en la SF – 6. Con los resultados obtenidos, se determinarán la tenacidad absoluta y los índices de tenacidad, parámetros que han sido definido en la norma ASTM C – 1018, para hormi-gones reforzados con fibras sometidos a esfuerzos de flexión y que en esta investigación se extende-rán a los ensayos de corte.

› abstract

The composition and quality of concrete have been improved constantly over the few past decades, and new types of concretes are being developed to exhibit significantly enhanced characteristics. However, when strength increases, concrete leads to failure that is more brittle and catastrophic than in normal concretes. Then to increases concrete ductility some kinds of fibers are added to the mix enhanced the fracture behavior.

In this research the effect of the aspect ratio on fiber reinforced concrete toughness in shear is studied by mean of JSCE SF – 6 test procedures and toughness of fiber reinforced concretes is measured using ASTM C- 1018 index.


Programa de Seguimiento para Desempeño en Terreno de Distintos Tipos de Asfaltos

InvestigadoresPh.D. Rodrigo Delgadillo S.

Ing. Carlos Wahr D.

ÁreasIngeniería de Materiales

Ingeniería de Construcción

› resumen

Los asfaltos son materiales comúnmente utilizados en la construcción de pavimentos para caminos. La selección de los materiales adecuados para cada aplicación específica, depende de las características del proyecto, como por ejemplo el volumen de tráfico y la temperatura de la zona. Los materiales son seleccionados de acuerdo a la normativa establecida en el Manual de Carreteras.

En la actualidad no existe en el país un sistema implementado de seguimiento del desempeño de materiales asfálticos. Es decir, una vez que el pavimento ha sido construido, no se realiza un segui-miento del pavimento para comprobar que los materiales seleccionados de acuerdo a la normativa vigente entregan los resultados esperados. El objetivo principal del presente proyecto es proponer un sistema para la evaluación en terreno del desempeño de los materiales asfálticos que permita realizar una verificación de las predicciones de acuerdo con la normativa vigente. Para lograr este objetivo van a ser necesarias las siguientes actividades: selección de secciones de pavimentos para ser evaluadas; ensayo en laboratorio de los asfaltos a ser utilizados en las secciones; y proponer un sistema de se-guimiento del desempeño de los materiales que incluya toma de muestras y recuperación de asfaltos para ser ensayados.

Las secciones seleccionadas serán preferentemente de pavimentos proyectados en la V Región o Región Metropolitana, por razones prácticas. Se seleccionarán asfaltos de diferentes características. Los materiales seleccionados comprenderán tanto asfaltos tradicionales como asfaltos modificados. Los ensayos de laboratorio de los materiales comprenderán los especificados en la normativa vigente para asfaltos, más algunos ensayos adicionales. Los ensayos adicionales corresponden fundamental-

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mente a los ensayos propuestos para la evaluación del ahuellamiento y la fatiga de asfaltos modifica-dos, de acuerdo al proyecto NCHRP9-10 (Report 459, Characterization of mofified Asphalt Binders in Superpave Mix Design), desarrollado en Estados Unidos por The University of Wisconsin-Madison. Se desarrollará una base de datos con los resultados de los ensayos de laboratorio de los asfaltos. Esta base de datos será usada posteriormente para comparación con el desempeño de los pavimentos construidos con cada uno de los asfaltos. El plan de seguimiento incluirá un plan de monitoreo perió-dico del estado del pavimento, toma de muestras, recuperación de asfaltos y evaluación en laborato-rio de los asfaltos recuperados.

La implementación de un programa de seguimiento como el que será propuesto permitirá verifi-car la idoneidad de la normativa vigente en la selección de materiales asfálticos adecuados para cada aplicación. El monitoreo mismo de los pavimentos considera plazos más largos que los disponibles en el presente proyecto. Un adecuado monitoreo debiera incluir por lo menos los primeros cinco años de servicio de los pavimentos. Por esta razón, el monitoreo mismo no es considerado como parte de este proyecto y deberá ser incluido en futuros proyectos de investigación. En conversaciones previas, la Dirección Nacional de Vialidad ha manifestado gran interés en participar en el proyecto, y ha ofrecido a los investigadores el Laboratorio Nacional de Vialidad para la realización de los ensayos de los asfal-tos. De manera que los ensayos de los asfaltos serán realizados tanto en el Laboratorio Nacional de Vialidad como en el Laboratorio de Ensaye de Materiales de la USM (LEMCO). Esta cooperación con la Dirección Nacional de Vialidad es esencial para el desarrollo del proyecto, pues el LEMCO no cuenta con todos los equipos necesarios para la realización de los ensayos de asfaltos.

La Dirección Nacional de Vialidad también ha mostrado interés en la futura implementación del programa de seguimiento de pavimentos y materiales. Por lo tanto, existen perspectivas positivas para futuras etapas del proyecto.

› abstract

Asphalt is a material commonly used for the construction of road pavements. The selection of the suitable materials for each specific application depends on the characteristics of the project, like traffic volume and the temperature of the region. The materials are currently selected according to the specifications of the Manual de Carreteras of the Ministerio de Obras Públicas.

Currently in Chile, there is no system for the monitoring of the performance of asphaltic materials in the field. In other words, after the pavement has been constructed, there is no monitoring to check that the materials selected according to the current specifications perform as expected.

The main objective of this work is to suggest a system for the monitoring of the performance of asphaltic materials in the field, and the comparison of the performance with the materials results obtained in the laboratory, in order to check de suitability of the current specifications for material selection. To achieve this, the following activities are needed: definition of sections to be evaluated; laboratory testing of the materials used for hte pavement sections; define a monitoring system that includes sampling and lab testing of future field samples.

The selected sections will be from pavements projected in the V Región, or in the Región Metropolitana, for practical reasons. Asphalts from different characteristics will be selected, including traditional and modified binder. The laboratory testing will include the tests specified by the current specifications, plus some additional tests. The additional tests will be the ones suggested by NCHRP 9-10 project (Report 459, Characterization of mofified Asphalt Binders in Superpave Mix Design), carried out in the USA by the University of Wisconsin – Madison. A database will be developed with the results from the tests, which will be used later for comparison with the performance of the built pavements with each one of the asphalts. The monitoring plan will include periodical pavement checks, including sampling, recovery of asphalt and laboratory evaluation of the recovered materials.

The implementation of the monitoring plan will allow verifying the ability of the current specifications to properly select asphaltic materials for each pavement application. The pavement


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monitoring itself considers time frames longer tan the current project, including at least the first five years of pavement service. For this reason, the monitoring itself will be excluded from this project and should be included in future research projects. During preliminary talks, the Dirección Nacional de Vialidad of the Ministerio de Obras Públicas has shown interest in the subject, and it has offer the Laboratorio Nacional de Vialidad for performing asphalt tests. This way, the testing will be carried out in the Laboratorio Nacional de Vialidad, as well as in the Laboratorio de Ensaye de Materiales de la USM (LEMCO). This cooperation with the Dirección Nacional de Vialidad is essential for the project, since LEMCO does not have all the necessary testing equipment.

The Dirección Nacional de Vialidad has also shown interest in future implementations of the monitoring program, so future stages of the project look favorable.


Diseño Óptimo en Problemas Estructurales de Alta DimensionalidadInvestigador

Ph.D. Héctor Jensen V.

ÁreasIngeniería Estructural

Ingeniería Mecánica

› resumen

La modelación realista de sistemas estructurales, así como las solicitaciones a las cuales se verá so-metida en su vida útil es sin duda, uno de los aspectos más importantes en la ingeniería estructural y mecánica moderna. Lo anterior incluye necesariamente la incorporación explícita de las incertidumbres presentes en cualquier sistema físico. La incorporación de estos factores en problemas realistas, consti-tuye un problema de considerable complejidad tanto desde el punto de vista numérico como teórico. El objetivo de este proyecto de investigación es el de desarrollar procedimientos numéricos eficientes, que permitan el análisis y diseño de sistemas complejos, considerando explícitamente factores aleatorios en los modelos correspondientes. Esto implica entre otras cosas, el desarrollo y estudio de métodos de simulación eficientes tales como: Importance Samplig, Subset simulation y Line samplig. Por otro lado, durante el proceso de diseño óptimo, diversos cálculos probabilísticos deben efectuarse en forma repe-tida, por ejemplo, el cálculo de la confiabilidad de un cierto sistema estructural. Para sistemas realistas lo anterior implica un esfuerzo computacional considerable. Por lo tanto, diversas técnicas de aproxima-ción serán investigadas e implementadas con el fin de hacer más expedito el proceso de diseño óptimo. La aplicabilidad y factibilidad de las diversas técnicas a ser desarrolladas durante este proyecto de inves-tigación, serán aplicadas a una serie de problemas en áreas tales como: Mecánica de solidos, ingeniería sísmica, ingeniería estructural, ingeniería mecánica, e ingeniería espacial.

› abstract

The realistic modeling of structures and the loading conditions to which they are expected to be exposed during their life as well as the mechanisms of their possible deterioration with time are undoubtedly one of the major issues of structural engineering and engineering mechanics, respectively. It has been recognized that this modeling should also include the quantitative consideration of the statistical uncertainties of the parameters involved. This fact opened the avenue to quantify the safety of structures and hence to form the basis of a more rational structural analysis and design.

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While the modeling assumptions have become more elaborate and accurate over the years, reliability analysis and optimal design of stochastic structural systems still remains a challenging problem. Despite the prodigious development in computer technology and essential progress in reliability analysis general probabilistic methods are inefficient or infeasible in engineering practice. It is the purpose of this research project to develop stochastic procedures in the area of structural engineering and mechanical engineering that complement in the near future and in the long term even replace traditional deterministic procedures for analysis and optimal design. In particular, it is proposed to develop reliability-based structural optimization procedures which are generally applicable to any type of structure, irrespectively of the particular design requirements and objectives. Naturally, this implies procedures capable of solving high dimensional systems (hundreds or thousands uncertain parameters). Therefore, for structures of practical interest, the performance of reliability-based optimization is hampered by the computational effort for the calculation of the reliability of the system. Efficient reliability estimation methods, such as importance sampling, subset simulation and line sampling will be investigated and enhanced during the proposed study. These methodologies will be evaluated in view of their generality, accuracy, efficiency and practical applicability. During the optimization process the computation of reliability measures has to be carried out repeatedly. For every change of the decision variables the reliability measures have to be updated. For system of practical relevance, the repeated reliability analyses required by the iterative process can be extremely time consuming. In order to be competitive and tractable in practical applications, the computational efficiency of the procedure utilized is a crucial issue, and its significance should not be underestimated. Hence, to increase the computational efficiency of the procedures, different approximation strategies (local and global) will be investigated and implemented. The main idea is to approximate by explicit functions of the decision variables the different quantities involved in the reliability-based optimization problem. This will expedite significantly the overall design process including post evaluations. The different procedures and methodologies proposed in this project will represent a set of efficient tools for reliability analysis and reliability-based optimization of engineering systems of practical interest. The applicability and feasibility of the proposed procedures will be demonstrated in a series of problems in areas such as soil mechanics, earthquake engineering, structural engineering, aerospace structures and mechanical components.


Análisis Posibilístico de la Incertidumbre en las Predicciones de Modelos de Simulación Hidrológica con Componente NivalInvestigadoraPh.D. Alexandra Jacquin S.ÁreasIngeniería HidráulicaGeofísica

› resumen

La gestión de los recursos hídricos de una cuenca, normalmente requiere la estimación de hidro-gramas de descarga usando modelos de simulación hidrológica. Estas predicciones de caudal son inciertas, debido al efecto conjunto de incertidumbres en los datos, la estructura y los parámetros del modelo. Existen varios métodos de análisis de incertidumbre disponibles en la literatura hidrológica, la mayoría basados en la teoría de probabilidades. En este estudio se aplicará un método propuesto recientemente, basado en la teoría de la posibilidad. Aunque aplicaciones previas de este método sugieren que puede ser una alternativa viable para análisis de incertidumbre y que tiene importantes

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ventajas con respecto a la conocida metodología GLUE, la evidencia disponible es todavía insuficien-te. De hecho, el método ha sido probado en muy pocos casos y sólo en problemas de modelación de escorrentía pluvial.

Este proyecto de investigación pretende explorar la utilidad del método posibilístico en la estima-ción de la incertidumbre en las predicciones de modelos de simulación hidrológica con componente nival. Con este objeto, el método posibilístico será aplicado al modelo hidrológico de tipo conceptual global CICA, de uso frecuente en estudios hidrológicos en Chile. Se usarán datos mensuales de cuen-cas nivopluviales en Chile Central. El estudio analizará las características de las bandas de incertidum-bre generadas con el método posibilístico, investigando el efecto de los criterios usados para evaluar el desempeño del modelo y el nivel de posibilidad fijado para derivar las bandas de incertidumbre. Los resultados del método posibilístico serán comparados con los de la metodología GLUE. Finalmente, esta investigación permitirá evaluar la incertidumbre en las predicciones del modelo CICA, cuando es usado en la estimación de caudales mensuales en cuencas nivopluviales en Chile Central. Esta infor-mación podría ser muy relevante para estudios de evaluación de recursos hídricos en la zona.

Tanto el método posibilístico como GLUE requieren la obtención de una muestra Monte Carlo de los parámetros del modelo. Con el propósito de reducir la dimensionalidad del problema, se hará un análisis preliminar de sensibilidad del modelo CICA, identificando los parámetros no importantes. El desempeño del modelo será evaluado usando tres criterios, individualmente y en combinaciones. Se analizarán las características de las estimaciones de incertidumbre obtenidas en cada caso. El efecto del nivel de posibilidad será investigado mediante la observación de las variaciones en las bandas de incertidumbre asociadas a distintos niveles de posibilidad. Las estimaciones de incertidumbre del mé-todo posibilístico y de la metodología GLUE serán comparadas usando los mismos criterios de desem-peño (o combinaciones de criterios de desempeño) en ambos métodos.

› abstract

The management of water resources of a catchment normally requires the estimation of discharge hydrographs using watershed models. These discharge predictions are uncertain, due to the joint effect of data, model structure and parameter uncertainties. There are several uncertainty analysis methods available in the hydrological literature, most of them based on probability theory. In this study, a recently proposed method based on possibility theory will be applied. Although previous applications of this method suggest that it may be a suitable alternative for uncertainty analysis and that it has important advantages over the well established GLUE methodology, the evidence available is insufficient. In fact, this method has been tested in very few cases and only in rainfall-runoff modelling problems.

This research project is intended to explore the suitability of this possibilistic method for the estimation of predictive uncertainty of watershed models with a snowmelt runoff component. With this purpose, the possibilistic method will be applied to the CICA conceptual type lumped watershed model, frequently found in Chilean hydrological studies. Monthly data from nivopluvial catchments in Central Chile will be used. The study will analyze the characteristics of the uncertainty bounds provided by the possibilistic method, investigating the effect of the criteria used for evaluating model performance and the possibility level at which the uncertainty bounds are derived. The results of the possibilistic method will be compared with those of the GLUE methodology. Finally, this research will permit to assess predictive uncertainty of CICA watershed model when used for estimating monthly discharge in nivopluvial catchments in Central Chile. This will provide information that could be very relevant to water resources evaluation studies in the area.

Both the possibilistic method and GLUE require a Monte Carlo sample of the model parameters. In order to reduce the dimensionality of the problem, a preliminary sensitivity analysis of the CICA model will be performed, identifying unimportant parameters. Model performance will be evaluated


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using three different performance criteria, individually and in combinations. The characteristics of the uncertainty estimates obtained in each case will be analyzed. The effect of the possibility level will be investigated by observing variations in the uncertainty bounds at different possibility levels. Comparison of possibilistic and GLUE uncertainty estimates will be made using the same performance criteria (or combination of performance criteria) in both methods.


Desarrollo de un Prototipo de Biosensor de Membrana para la Detección Temprana de PatógenosInvestigadoresIng. Raúl Galindo U.Ph.D. Manuel Young A.Ph.D. Erika Valdés C.Dr. Patricio Villalobos B.ÁreasAgua y Salud

› resumen

Mundialmente, la falta de servicios de evacuación sanitaria de desechos y de agua limpia para be-ber, cocinar y lavar es la causa de más de 12 millones de defunciones por año. Existen diversos agen-tes patogénicos bacterianos que se transmiten por el agua y los alimentos y son causantes de grandes pérdidas económicas y de vidas humanas.

Los métodos tradicionales para la detección rápida de patógenos se basa en el uso de indicadores como Escherichia coli, o bien la determinación del patógeno específico empleando baterías de análisis microbiológicos y bioquímicos que entregan resultados en tiempos tardíos.

Ninguno de los métodos actuales para la detección de patógenos son soluciones de campo, capaces de entregar una señal de simple visualización y factible de ser instrumentalizada y tele-transportada; y, que sea el resultado de una señal de color directa como reportera de la presencia de un patógeno. El uso de detectores con capacidad para generar señales asociadas a características moleculares de los patógenos, permite reducir el tiempo de incubación y de detección.

El objetivo de nuestro proyecto es contribuir a la disminución de la casuística de infección y muer-tes originadas por contaminación en agua y alimento, mediante el desarrollo de un biosensor para la detección temprana de patógenos, basado en bio-membranas mímica de membranas celulares, conteniendo receptores bacterianos específicos, que viabilice la construcción de una plataforma unida a sistemas de teledetección y transferencia a distancia y la formación de RRHH científicos en el desa-rrollo de esta plataforma.

La lógica de nuestra propuesta para fines de detección anticipada consiste en agrupar patógenos con características comunes de virulencia a nivel molecular, que además faciliten la detección rápida “temprana”, in situ y emitan señales eventualmente adaptables a sistemas de teledetección posicio-nada.

Los receptores TOLL, presentes en mamíferos, reconocen patrones moleculares asociados a pa-tógenos. El receptor tipo Toll 5, TLR5, se ha descrito como los receptores únicos para un dominio proteico simple capaz de reconocer específicamente la flagelina bacteriana, una proteína estructural y componente principal del flagelo presente en la mayoría de los patógenos involucrados en conta-minación de alimento y agua Haciendo uso de los conocimientos actuales acerca de los mecanismos moleculares por los cuales receptores biológicos mamíferos son capaces de reconocer la invasión por

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patógenos microbianos. Se propone insertar TLR5 en biomembranas, junto con partículas vesiculares lipídicas colorimétricas de PDA, similar a membranas biológicas. Existe tecnología disponible, por la cual, es posible generar un prototipo de membrana con la capacidad para imitar una o más de las propiedades de la membrana biológica.

Las bio-membranas sufren cambios de color debido a transiciones conformacionales en el conju-gado vesicular, inducido por perturbaciones externas del tipo unión receptor (TLR5) ligando (Flagelo). La alteración de color puede ser registrada a ojo desnudo y/o ser transferidas en componentes opto-electrónicos de fácil implementación, constituyendo un biosensor.

Las cualidades de uso en el campo del biosensor/test y de reportar de manera simple y directa la presencia de patógenos favorecerá la disminución de enfermedades y muertes provocadas por este concepto.

Se estima para este tipo de biosensor/test, para detección de patógenos, un tamaño total del mercado de US $261,7 millones a 2007, con un valor por unidad del orden de $4.200 por muestra.

La comercialización, producto de un proceso de transferencia tecnológica, generará utilidades que evaluadas económicamente generan los siguientes parámetros:

VAN 10% ($16.032.495 miles) y un TIR del 65% como Indicadores económicos del negocio tec-nológico. VAN de 8% (14.630 millones de pesos) y TIR de 68% como Indicadores de la evaluación económica-social.

› abstract

Globally, the lack of sanitary waste disposal and water for drinking, cooking and washing is the cause of 12 million deaths per year.

There are a number of bacterial pathogens that are transmitted through water and food and are causing heavy economic losses and causing mortalities in humans.

Current techniques for rapid pathogen detection are based on the use of indicators such as Escherichia coli, or the screening of specific pathogen using microbiological and biochemical analysis that deliver results in long times.

Current techniques to detect pathogens in situ are unable of delivering a simple chromatic signal in order to be transferred to an instrument and tele-transported. Also are not able to show a simple signal reporting presence of pathogens directly. The reporter device generating signals directly associated with molecular characteristic of the pathogen, reduces the time of screening and detection.

This project aims at contributing to reduce risks and deaths caused for water and food contaminated through developing of a biosensor for the early detection of pathogens, based upon bio-membrane assembly mimicking cellular membranes, containing bacterial specific receptors. The development of biosensor will both allow building a platform combined with remote sensing and remote-transfer signal and the training of scientific human resources with expertise in the development of this platform.

The logic of our proposal, for the purpose of early detection involves the gathering of pathogens with the same molecular factors of virulence, therefore facilitating the rapid detection “early” in situ able to be adaptable to remote sensing and positioning.

TOLL receptors are present in mammals. They recognize molecular patterns associated with pathogens. The Toll receptor type 5, TLR5, has been described as specific for a single protein moiety, the bacterial flagellin.

Flagellin has a conserved structure even among widely diverse bacterial pathogens species involved in water and food contaminations.

Using the available scientific knowledge concerning molecular mechanisms involved in how biological mammalian receptors are able to recognize invading microbial pathogens, we propose to


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assembly TLR5 receptor in bio-membranes, along with lipid particles mimicking cellular membranes adding colorimetric PDA particles to provide the reporter characteristic. The sensing constructs undergo color transformations induced by interaction between TLR5 receptor with bacterial flagella. The colorimetric reporter can be detected to the naked eye and/or be transferred to a simple opto-electronic devise creating a biosensor.

Possibilities of apply biosensor/test in situ with a signal simple and straightforward reporting presence of pathogens promote the reduction of diseases and deaths caused by this issue.

Estimation about economic index and social index estimated for this type of biosensor/test projecting a total market of $ 261,7 million in 2007, and a cost/unit in order of $ 4,200/sample. The marketing evaluated economically, as results of technology transfer, will generate profits indicating the following parameters:

The technology business was evaluated with a PWV of 10% ($16.032.495 miles) and IRR of 65%. Social indicators give PWV of 8% (14,630 million pesos) and IRR of 68%.

[ Proyecto CORFO – INNOVA Nº 05CR11PXT-23 ]

Desarrollo de un Prototipo de Equipamiento basado en Respirometría para la Medición de Demanda Bioquímica de Oxígeno en Riles AgroindustrialesInvestigadoresIng. Raúl Galindo U.Ph.D. Manuel Young A.Ph.D. Erika Valdés C.

ÁreasAgua-Recursos HídricosAgro-industria

› resumen

La tendencia internacional actual es hacia sistemas y dispositivos de medición en línea (directa en las instalaciones) prácticamente a tiempo real, tales como los “equipos multiparámetros de caracteri-zación de Riles”. Los existentes en el mercado internacional, son de muy alto costo, operación com-pleja y con altos requerimientos por servicios externos de mantenimiento – calibración. Esto último obviamente surge como una clara ventaja competitiva para el caso de países desarrollados, en donde la atención cercana es un hecho.

En la creación de equipamiento para la medición y monitoreo de Riles en general no se considera la operación de sistemas basados en la actuación conjunta de sensores optoelectrónicos y respiromé-tricos en una configuración serial con los algoritmos de Control que permitan su sintonía. En España, por ejemplo, la tendencia es a la aplicación de sensores respirométricos, mientras que en Francia lo es hacia la incorporación de sensores optoelectrónicos.

En Chile no existe en general una oferta local o representación internacional que haya hasta la fecha introducido, sistemas modernos de medición en línea a tiempo real, capaces de cubrir brechas en los costos y en las posibilidades de alerta temprana o simplemente de certificación objetiva. Por el contrario, esta si existe para algunos parámetros relevantes en países desarrollados o van apareciendo sistemáticamente, con lo que claramente mejora su competitividad relativa.

El Centro de Biotecnología de la USM ha desarrollado dentro del proyecto FONDEF D00I1096, un dispositivo multiparamétrico basado en arreglos en paralelo de sensores optoelectrónicos y respiro-métricos, los cuales han demostrado operar con restricciones en cuanto a rangos de trabajo, tiempo

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de respuesta y aplicabilidad industrial amplia. Por otra parte el equipo diseñado fue concebido para operar por Empresas Sanitarias con Riles de su interés y aplicabilidad para los fines de su ámbito pro-pio de gestión.

El proyecto FONDEF mencionado constituye el principal Estado de la Técnica en que se basa el presente proyecto que, propone incorporar componentes de innovación y desarrollo para entregar nuevas potencialidades a la aplicación de este tipo de dispositivos a los riles de la agroindustria, con-cretamente equipos multiparámetros innovados, desarrollados, construidos y mantenidos localmente, configurados en un esquema serial (cascada) y calibrados para operar en la fuente de generación de Riles. Una ventaja de gran relevancia es la fabricación y calibración de estos equipos considerando Riles locales y sus características propias.

La propuesta del presente proyecto apunta según sus objetivos a sortear esas desventajas loca-les, aprovechando el avance que sus investigadores han hecho en el tema de sensores y biosensores ambientales para riles. Dentro de ello, se ha logrado plasmar a nivel de metodología experimental y “prototipo pre – industrial”, la posibilidad de construir, configurar y calibrar dispositivos para la medi-ción en línea “quasi – tiempo real” de los indicadores de algunos parámetros claves en la certificación ambiental de riles. Las tecnologías genéricas utilizadas son electro – ópticas y bio – químicas, que si bien tienen componentes comunes a la de equipos comerciales internacionales, aparecerían de costos inferiores a ellas, aplicadas y validadas para el ámbito local y de mantenimiento y asistencia técnica también local.

[ Proyecto Fondo de Innovación para la Competitividad – FIC V Región ]

Desarrollo de un Sistema Prototipo de Pronóstico de Disponibilidad de Agua durante la Época de Deshielo en la Cuencua del Río Aconcagua con

Actualización Periódica de las PrediccionesInvestigadores

Ing. Raúl Galindo U.Ph.D. Alexandra Jacquin S.

sr. Marcelo Bravo F.

Árearecursos hídricos

› resumen

Los sistemas de pronóstico de la disponibilidad futura de agua proporcionan información valiosa e insustituible para la planificación temporal y espacial del uso del agua. Actualmente, la Dirección General de Aguas (DGA) entrega un pronóstico de disponibilidad de agua durante la temporada de deshielo en las cuencas más importantes del país. Dado que la escorrentía de la época de deshielo proviene fundamentalmente del derretimiento del manto de nieve acumulado durante el invierno, el pronóstico de la DGA usa la información pluviométrica hasta agosto y valores promedio de precipita-ción de los meses de deshielo. Eventualmente, anomalías en el comportamiento de ésta y otras varia-bles hidrológicas durante el período de deshielo pueden producir grandes errores en el pronóstico de escorrentía. Por ejemplo, el derretimiento prematuro del manto de nieve producto de temperaturas anómalas durante la primavera puede reducir dramáticamente la escorrentía de verano, situación que no puede ser prevista por el modelo actual.

Este proyecto consiste en desarrollar un sistema de pronóstico “prototipo” de escorrentía mensual durante la época de deshielo, que provea una estimación de la cantidad de agua disponible para la actividad agrícola y otros usos. La zona de estudio corresponde a la cuenca del río Aconcagua en la V

11.8


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región. El modelo de predicción desarrollado incluirá una componente de actualización periódica, que permitirá incorporar información hidrológica reciente para mejorar las predicciones realizadas al inicio de la temporada. En particular, la incorporación de información relativa a observaciones recientes de caudal permitirá actualizar periódicamente la cantidad de agua todavía disponible para el derretimien-to en las distintas etapas del período de deshielo. Es decir, el modelo a desarrollar trabajará en modo de actualización, llamado “updating mode” en inglés.

En ningún caso esta propuesta viene a sustituir el importante esfuerzo de la DGA, sino que simple-mente complementarlo y potenciarlo.

Al proveer un pronóstico de disponibilidad de agua fidedigno, se espera enriquecer la información disponible para la toma de decisiones de los agentes económicos involucrados en la actividad agroin-dustrial. En el contexto actual de gran incertidumbre respecto al cambio climático global y la escasez alimentaria mundial, el contar con estas estimaciones es un activo imprescindible para el desarrollo económico regional.


J.P. Mena, r. galindo, “Definición Estadística de Parámetros Característicos de las Aguas Residuales Urbanas Nacionales con Fines de Diseño”, XXXI Congreso de AIDIS, Santiago, Chile; Octubre 2008

H. Jensen, “Reliability-based optimization of structural systems under stochastic excitation”, International Conference on Engineering Optimization, Rio de Janeiro, Brasil; 1-5 Junio 2008

H. Jensen, “Robust reliability based design optimization of structural systems under stochastic excitation”, 8th World Congress on Computational Mechanics, Venecia, Italia; 1-5 Julio 2008

H. Jensen, “Tradeoff analysis of dynamical systems under stochastic excitation”, 7th European conference on Structural Dynamics, Southampton, Inglaterra, 7-9 Julio 2008

H. Jensen, “Análisis de Confiabilidad de sistemas de alta dimensionalidad en problemas de mecanica estructural”, Jornada de Mecánica Computacional, Santiago, Chile; 5 Septiembre 2008

PuBlicacionEs En rEVistas y liBros EsPEcialiZaDosM.c. Haller, P. catalán, “Discusión of “A Simple Method to Determine Breaker Height and Depth for Different Deepwater Wave Height-length Ratios and Sea Floor Slopes” ”, Coastal Engineering; Vol. 55(2), pp. 181-184; 2008

P. catalán, M.C. Haller, “Remote Sensing of Breaking Wave Phase Speeds with Application to Non-linear Depth Inversions”, Coastal Engineering; Vol. 55 (1), pp. 93-111; January 2008

M.c. Haller, P. catalán, “Response to Reply by J.P. Le Roux”, Coastal Engineering; Vol. 55, pp. 820-822; 2008

A. van Dongeren, N. Plant, A. Cohen, D. Roelvink, M.C. Haller, P. catalán, “Beach Wizard: Nearshore Bathymetry Estimation through Assimilation of Model Computations and Remote Observations”, Coastal Engineering; Vol. 55(12), pp. 1016-1027; Dec. 2008

a. Jacquin, A.Y. Shamsendil, “Capítulo: Development of rainfall-runoff models using Mamdani type fuzzy inference systems”, Libro: Practical Hydroinformatics: Computational Intelligence and Technological Developments in Water Applications, Water Science and Technology Library, Abrahart, R., See, L. and Solomatine, D. (eds.); Editorial Springer-Verlag, Alemania; Vol. 68, pp. 189-200; 2008

a. Jacquin, A.Y. Shamsendil, “Sensitivity Analysis of Takagi-Sugeno-Kang Rainfall-runoff Fuzzy Models”, Hydrology and Earth System Sciences Discussions; Vol. 5(4), pp. 1967-2003; 2008

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H. Jensen, M. Valdebenito, G. Schuëller, “An Efficient Realibility-based Optimization Scheme for Uncertain Linear Systems Subject to General Gaussian Excitation”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering; Vol. 197, pp. 1-16; 2008

R. Delgadillo, H. Bahia, “Effects of Temperature and Pressure on Hot Mixed Asphalt Compaction: Field and Laboratory Study”, Journal of Materials in Civil Engineering; Vol. 20 Nº 6, pp. 440-448; June 2008

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12Departamento de Química

Act iv idades de Invest igac ión 2008Quí

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Quí


Hongos Superiores en Chile: Contenido Químico y Ensayos Biológicos Preliminares de Basidiomicetes de las Regiones IV y V

InvestigadoresDr. Juan Garbarino B.

lic. Marisa Piovano M.

ÁreasQuímica

Química de Recursos Naturales

› resumen

Los hongos son organismos aclorófilos (no realizan fotosíntesis) y osmotrópicos (alimentación absortiva) que junto a otras características particulares les permite un Reino propio. Los basidiomicetes, la Clase más evolucionada del Reino Fungi (visibles al ojo humano) biosintetizan una amplia gama de metabolitos específicos, muchos de los cuales han resultado potentes principios activos aplicables a las más diversas disciplinas de la Ciencia (medicina, agricultura, industria alimentaria, etc.), como lo indica la literatura internacional.

En Chile, el estudio químico de la flora fungosa es débil. La geografía y climatología del país permite un desarrollo abundante y variado de ella, lo que representa un potencial importante por descubrir.

El objetivo general a largo plazo es realizar un estudio sistemático del contenido químico de hon-gos superiores que se desarrollan desde el Parque Nacional Fray Jorge (IV Región), debido a que este Parque tiene la particularidad de presentar un microclima semejante a los bosques de las Regiones IX y X, y descendiendo geográficamente hasta llegar a los bosques templado-lluviosos de las regiones australes mencionadas arriba.

Específicamente para el año 2008, en condiciones pluviométricas favorables, se analizará Fray Jorge (IV Región) y se completará la Reserva Nacional Forestal Lago Peñuelas (V Región).

Hacer Ciencia Básica obliga a hacer Ciencia Aplicada. Aquellos metabolitos aislados con rendi-miento suficiente serán ensayados biológicamente frente a células tumorales de boca, mama, colon y próstata, entre otras pruebas farmacológicas. Hay que tener presente que, en general, el contenido en metabolitos es muy bajo y que además estos organismos contienen hasta un 90% de agua.

La metodología aplicada implica las etapas de recolección, clasificación, extracción, separación-aislación, identificación, ensayos biológicos y difusión de los resultados. Todas las etapas experimen-tales exigen un control estricto de la temperatura y de los tiempos de trabajo, dado que estos orga-nismos poseen un sistema enzimático hiperactivo que se agudiza, actuando como defensa, desde el momento en que se colectan (producción de artefactos).

Los resultados esperados en tan corto tiempo son estudiar una especie con el aislamiento e identificación de, al menos, un producto que pueda ser probado biológicamente para concluir con la redacción de una publicación ISI.

› abstract

Fungi conform an enormous at the time a fascinating universe of living organisms lacking chlorophyll and with absorptive nutrition (osmosis), features which have clustered them in a kingdom of its own: Fungi Kingdom. The Basidiomycetes class is the most developed in the Kingdom and it has a very active metabolic system and contributing with a lot of active principles to the most varied disciplines (pharmomedicinal, industrial, agricultural action, etc.) such as it is described in the literature.

Chile, a country rich in native forest, classified as a temperate rain forest permit a diverse and abundant mycological flora. Chemical antecedents of the national fungal flora are scarse.

12.1


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This project represents a systematic study of all secondary metabolites of macrofungi which develop from Parque Nacioanl Fray Jorge (IV Region) to Reserva Nacional Forestal Lago Peñuelas (V Región).

There exists a very ample select set of biological tests which can be used for pure metabolites. This is fundamentally a project of Basic Science but is cannot be separated from the obligation which exists with Applied Science performing the metabolites for detecting antiinflamatory, antioxidant and anticancer activities.

The methodology to the employed implies the following stages: collection, classification, extraction, separation-isolation, biological tests and diffusion of results. Working conditions with fungi are very particular, especially regarding temperature. Fungi had three specific characteristics; high water content, hyperactive enzymatic system, and a very short average life.

Expected results, in a short time, are to study one fungus specie, to isolate, at least, one metabolite, to assay it and redaction a paper.


Biorremediación de Suelos Contaminados con COPs y Metales Pesados: desde sus Bases Moleculares a Estudios de BiorremediaciónInvestigadoresDr. Michael Seeger P.Dra. Carolina YáñezSrta. Loreine AgullóSrta. Verónica Morgante

ÁreasMicrobiologíaBiotecnología

› resumen

El desarrollo industrial y la masiva liberación de compuestos químicos al medio ambiente han contribuido a la contaminación ambiental en diversas regiones del mundo. En Chile las actividades in-dustriales, agrícolas y mineras han provocado contaminación de suelos con contaminantes orgánicos persistentes (COPs) y metales pesados. Actualmente se están estudiando diversos procesos biotecno-lógicos para eliminar o disminuir los contaminantes en el medio ambiente. La biorremediación es una biotecnología que emplea microorganismos para la remoción de contaminantes desde el medio am-biente. Los procesos de biorremediación requieren biocatalizadores, lo que ha impulsado la búsqueda y el descubrimiento de nuevos microorganismos. Asimismo, para mejorar los biocatalizadores se ha potenciado el diseño racional y la ingeniería metabólica de microorganismos, para lo cual se requiere conocer el metabolismo microbiano.

Para la restauración de suelos contaminados con COPs (compuestos aromáticos como policlo-robifenilos (PCBs), pesticidas como las s-triazinas) y con metales pesados (cobre, mercurio) en Chile, nuestro laboratorio está abocado a aislar y caracterizar bacterias nativas que poseen la capacidad de degradar COPs o que tienen resistencia a metales pesados. Esto permitirá, en una etapa posterior, utilizar las bacterias aisladas y/o construir bacterias modificadas genéticamente con capacidades mejo-radas para procesos de biorremediación. En este proyecto se plantean los objetivos enunciados en las siguientes tres temáticas de estudio:

› 1. Degradación de compuestos aromáticos.Se analizará la funcionalidad de las vías metabólicas de compuestos aromáticos en la bacteria nativa Burkholderia xenovorans LB400, una de las diez bacterias más importantes para la degradación de

12.2

DEPARTAMENT O DE QUÍMICA

2 4 1

COPs. Esta bacteria posee una notable capacidad de degradación de PCBs y su genoma fue secuen-ciado recientemente. Se analizarán la funcionalidad de vías de degradación de compuestos aromá-ticos (por ejemplo, 3-hidroxifenilacetato (3-HPA), 4-hidroxifenilacetato (4-HPA) y homogenisato) en B. xenovorans LB400. Se realizará un análisis bioinformático de genes que codifican proteínas con función transportadora en el vecindario de algunas vías de degradación de compuestos aromáticos. Se evaluará la respuesta molecular de la bacteria B. xenovorans LB400 frente a algunos compuestos aromáticos seleccionados mediante estudios proteómicos.

› 2. Degradación de pesticidas (simazina).Se realizará una caracterización bioquímica y genética de cepas nativas del suelo. Esto permitirá se-leccionar posibles biocatalizadores para la biorremediación mediante bioaumentación. Se describirá mediante estudios de respirometría el potencial degradador de cepas nativas en suelos contamina-dos. Asimismo, la biodegradación de simazina será caracterizada durante estrategias de bioaumen-tación en suelo agrícola. Esto permitirá a futuro el diseño de nuevas estrategias de biorremediación utilizando cepas nativas degradadoras de herbicidas en ecosistemas contaminados.

› 3. Remoción de metales pesados.Se caracterizarán bacterias nativas aisladas de suelos contaminados con cobre, analizando los me-canismos y los determinantes genéticos implicados en resistencia bacteriana a cobre. Se estudiarán, mediante el empleo de técnicas basadas en ADN de suelo, los efectos de elevados niveles de me-tales en la estructura y composición de las comunidades bacterianas. Se construirá una cepa re-combinante de la bacteria multirresistente a metales Cupriavidus metallidurans CH34 con el fin de mejorar su resistencia a especies de mercurio. Se evaluará la capacidad de remoción de metales en bacterias resistentes (cepa CH34 o cepas nativas), lo que permitirá sentar las bases para el diseño de nuevas estrategias para la biorremediación de suelos afectados por metales.


Síntesis de Diterpen(Hidroxi)Quinonas derivadas de Ent-Labdanos Naturales, con Potencial Actividad Antineoplásica

InvestigadoresDr. Luis Espinoza C.

srta. Karen catalán M.Dr. Héctor Carrasco A. (Universidad Andrés Bello)

Sra. Joan Villena G. (Universidad de Valparaíso)

ÁreasQuímica Orgánica

Química de Recursos Naturales

› resumen

Sesquiterpenquinonas son metabolitos marinos característicos con esqueleto 4,9-friedodrimano, drimano y nordrimano, frecuentemente aislados desde especies de algas o esponjas marinas. Esta cla-se de compuestos ha atraído la atención de los investigadores debido a que estas sustancias naturales, exhiben potentes propiedades biológicas, dentro de las que se han reportado se pueden incluir: an-timicrobial, antileucémica, citotóxica, hemolítica e Inmunomoduladora. En los años 80’s cobraron un significativo interés como posibles fármacos con actividad anti VIH. Estos compuestos se caracterizan por poseer en sus estructuras un esqueleto de tipo sesquiterpénico (bicíclico), unido a un fragmento quinónico/hidroquinónico.

12.3


2 4 2

Por otra parte, no se ha reportado el aislamiento de diterpen(hidro)quinonas bicíclicas naturales, sin embargo, recientemente fue informado un estudio biomimético de una nueva serie de estos compues-tos sintéticos, los cuales mostraron tener una importante selectividad en líneas celulares de cáncer renal. Además en la mayoría de las estructuras de sesquiterpen(hidro)quinonas presentan un grupo metilénico de unión entre ambos fragmentos. Sin embargo, esta característica estructural no se presenta en los compuestos llamados metachromin A y C (figura a) además, estos compuestos mostraron una potente actividad citotóxica contra células tumorales humanas. También es muy importante destacar que com-puestos con un fragmento hidroxiquinona, generalmente mostraron mayor actividad biológica que las correspondientes hidro/quinonas homólogas, en ensayos biológicos de tipo antineoplásico y también en la inhibición citotóxica hemolítica en ensayos de VIH-1 para transcriptasa reversa.

Por las razones previamente indicadas, el presente proyecto tiene como objetivos: desarrollar la síntesis de tres nuevas diterpen(hidroxi)quinonas (compuestos 1-3) Estos compuestos incluirán las características estructurales expuestas anteriormente, como son: núcleo (hidroxi)quinónico unido a un fragmento diterpénico, con puente de unión de cinco átomos de carbono con un doble enlace (E)-trisubstituído entre los carbonos C13-C14, como en las estructuras de las metachromin A y C. Esperamos que este nuevo grupo de compuestos puedan mostrar actividad biológica in vitro sobre el crecimiento de células tumorales humanas de próstata (DU-145), células de carcinoma de colon (DLD-1) y células tumorales de mama (MCF-7, MDA-MB231).

Para la síntesis de estas nuevas diterpen(hidroxi)quinonas, se utilizará la mezcla de ent-labdanos naturales 5-6 como la fuente diterpénica, que fue aislado previamente desde Calceolaria inamoena por nuestro grupo de investigación. Estos compuestos naturales contienen un esqueleto hidrocarbo-nado y las funciones oxigenas en la cadena lateral apropiadas para la elaboración del fragmento di-terpénico, además estos compuestos son obtenidos en cantidades aceptables desde su fuente natu-ral. Para la elaboración del núcleo quinónico/hidroxiquinónico se utilizarán substratos hydroxi/metoxi substituidos en posiciones adecuadas comercialmente disponibles. Para la reacción de acoplamiento (paso clave de la síntesis) entre ambos fragmentos, se utilizará la reacción de Sustitución Electrofílica Aromática de un derivado (alcohol alílico terpénico) con el núcleo areno apropiado, como fue descri-to para la síntesis del derivado de taondiol.

› abstract

The present project has as objectives the syntheses of three new diterpenyl(hydroxy)quinones with a general structure shown in figure (compounds 1-3). These new compounds will include previously exposed structural characteristics, as for example: (hydroxy) quinonic moiety attached to a diterpenyl fragment, and connection of five carbón atoms with (E)-trisubstituted double bond between C13-C14, as in the active metachromins A and C. We hope that this new compound group will show biological in


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vitro activity inhibition on human tumor cell lines growth. To evaluate their potential inhibitory effect in prostate cancer cells (DU-145), colon carcinoma cells (HT-29 and DLD-1) and breast tumor cells (MCF-7, MDA-MB-231) SRB and MTT assay will be realized.

Fort he synthesis of new diterpenylquinones, a natural mixture of ent-labdanes (compounds 5-6) as diterpenyl fragments will be used, previously isolated and identified from Calceolaria inamoena by us. These natural compounds exhibit a hydrocarbonated skeleton and appropriate oxygenated functions in the side chain for the diterpenyl fragment elaboration; in addition these are obtained in suitable amounts from natural sources. For he elaboration of the quinonic/hydroquinonic moiety, hydroxy/methoxyl substituted in suitable positions of phenolic substrate commercially available, will be used. For the coupling reaction (key step of the synthesis) between both fragments, the strategy of Aromatic Electrophilic Substitution of a diterpenyl alcohol derivative with the appropriate phenol unit will be used, as was described for the taondiol derivative synthesis.


Caracterización de la Distribución Gas/Partícula de Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) en la Atmósfera Urbana de Santiago:

Análisis de Artifacts de Muestreo y Desarrollo de un Modelo PredictivoInvestigador

Dr. Francisco cereceda B.Áreas

Química del Medio AmbienteQuímica Analítica

› resumen

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), compuestos orgánicos semivolátiles de elevada toxi-cidad, se distribuyen entre la fase gaseosa y el material particulado en suspensión (MP) del aire ambiente. Tal partición es controlada, ya sea por adsorción en la superficie del MP o por absorción en la materia orgánica del mismo. En el estado de equilibrio se define una constante de reparto, Kp, cuyo conocimiento es de gran relevancia para los estudios toxicológicos, debido a que la distribución gas/partícula tiene un rol preponderante en la evaluación del riesgo por exposición a los HAPs (y otros compuestos orgánicos semivolátiles). La determinación de los Kp, sin embargo, es compleja y laboriosa, pues implica medir las concentraciones de los HAPs en ambas fases del aerosol atmosférico y, además, los métodos de muestreo convencionales introducen errores sistemáticos en los resultados (artifacts de muestreo). Estas dificultades podrían ser evitadas si existiera un modelo capaz de predecir las constantes de reparto a partir de informa-ción experimental mucho más asequible. Los objetivos de este trabajo son:

› 1. Optimizar un sistema y procedimiento de muestreo que permita determinar experimentalmente, y sin artifacts, las constantes de reparto gas/partícula de los HAPs (y COSVs en general) en el aire ambiente de un centro urbano como Santiago.

› 2. Establecer un modelo capaz de predecir, a partir de variables experimentales asequibles, las constantes de reparto gas/partícula de los HAPs en la atmósfera urbana de Santiago.

Se trabajará sobre la siguiente hipótesis:

El uso de un nuevo cartridge de muestreo de aerosoles orgánicos, compuesto por denuders, filtro de Teflón y PUFs, permitirá minimizar los artifacts de muestreo en la determinación de los HAPs asociados tanto al MP como a la fase gaseosa.

12.4

›


2 4 4

Esta hipótesis será validada en estudios de campo que serán llevados a cabo en la estación Parque O’Higgins de la Red MACAM (Seremi de Salud RM). Para tomar las muestras (fase gas y MP2,5) se usará un equipo low-volume, que operará con un fllujo de 10 L min-1 denominado “Speciation Sampler Partiso 2300”, Thermo, USA. Los artifacts de muestreo serán cuantificados usando en paralelo diferentes configuraciones de adsorbentes y filtros. Con el uso de los denuders se espera minimizar los siguientes artifacts:

a) La adsorción de los HAPs presentes en la fase gaseosa sobre el MP colectado en el filtro, y sobre el filtro mismo;

b) La degradación química de los HAPs asociados al MP durante el muestreo, por acción del ozono y del NO2. El artifact producido por la volatilización de los HAPs desde el MP será cuantificado usando PUFs. Los filtros y adsorbentes serán sometidos a una secuencia de extracción, concentración (reducción de volumen) y purificación; y el análisis químico de los 16 EPA HAPs se realizará mediante GC/FID y GC/MS, cuantificando con el método de estándar interno. Con la nueva metodología de muestreo se obtendrán valores más fidedignos para las constantes de reparto gas/partícula de los HAPs, permitiendo esclarecer su comportamiento en la atmósfera de la ciudad de Santiago.

Para alcanzar el segundo objetivo, se desarrollará una campaña de monitoreo, en la que se to-marán muestras en la estación de Parque O’Higgins de la Red MACAM. Se usará la metodología de muestreo desarrollada y validada durante este Proyecto. Las muestras (MP2,5 + fase gaseosa) serán analizadas para determinar las concentraciones de los 16 EPA-HAPs en cada una de las fases. Las concentraciones de MP2,5 serán proporcionadas por los equipos automáticos instalados en las respectivas estaciones. De esta manera, de cada muestra se obtendrá la constante de reparto gas/partícula de cada uno de los 16 EPA-HAPs. La segunda hipótesis que se postula en este Proyecto, es que estas constantes de reparto pueden ser predichas satisfactoriamente (según análisis estadísticos), con un modelo teórico que supone un control mixto para la partición (adsorción y absorción), y que sólo exige el conocimiento de la fracción de materia orgánica del MP ( fMO, medida como carbono orgánico) y de la fracción de carbono elemental del mismo ( fEC). Efectivamente, estas son variables mucho más asequibles que las concentraciones de los HAPs en el MP y en la fase gaseosa, pues son medidas en tiempo real por equipos automáticos estandarizados. La fMO es proporcionada por los equipos de las estaciones de monitoreo, mientras que la fracción de EC será obtenida con un nuevo equipo, basado en la medición de la absorción luminosa en el aerosol atmosférico.

Si el modelo es validado, se podrá establecer el rol potencial de la adsorción y de la absorción como mecanismos controladores de la distribución gas/partícula de los HAPs en la atmosfera urbana de Santiago, proporcionando a las autoridades ambientales y sanitarias, valiosa información sobre la que podrán definir mejores estrategias en pos de reducir el riesgo asociado con la exposición a estos contaminantes.

› abstract

The Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are highly toxics Semivolatile Organic Compounds (SOCs). In the atmosphere, they distribute themselves among the gaseous phase and the particulated matter (PM). Such partition is controlled either for adsorption on the surface of the PM or for absorption in the organic matter of the PM. At the equilibrium, a partition constant, Kp is defined, whose knowledge becomes of great relevance for the toxicological studies, due to than the gas/particle distribution has a preponderant role in the evaluation of risk for exposure to the PAHs (and


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others organic semivolatile compounds). However, the determination of Kp is complex and laborious, because it implies measuring the concentrations of the PAHs in both phases of the atmospheric aerosol and, besides, conventional sampling methods introduce systematic errors in the results (artifacts of sampling). These difficulties would be avoided with a capable model to predict Kp starting from experimental information much more accessible. The objetives of this work are:

› 1. To optimize a sampling system (and procedure) that permit determining experimentally (without artifacts) the PAHs partition constants in the ambient air of an urban center as Santiago.

› 2. To found a capable model to predict, starting from attainable experimental variables, PAHs gas/particle partition constants in Santiago’s urban atmosphere.

It will be worked up on the following hypothesis:

If denuders are used in combination with filters and PUFs, the sampling artifacts will be minimized.

This hypothesis will be validated in field studies, which will be carried out at the “Parque O’Higgins” station of the MACAM Network (Health Ministry). In order to take the samples (phase gas and PM2,5) a low-volume equipment will be used, operating at a flow of 10 L min-1. The sampling artifacts will be quantified using different configurations of adsorbents and filters in tandem. If denuders are used, the follwing artifacts will be minimized:

a) The adsorption of the gas-PAHs on the PM collected in the filter;

b) The chemical degradation of PM-PAHs due to action of ozone and NO2. The artifact produced by the volatilization of the PAHs from the PM will be quantified using PUFs. The filters and adsorbents will be subjected to a sequence of extraction, concentration (volume reduction) and purification. The chemical analysis of the 16 EPA PAHs will be carried on by GC/FID and GC/MS, quantifying with the internal standard method.

In order to attain the second objective, a simultaneous sampling monitoring campaign will take place at the Pudahuel station and Parque O’Higgins station of the MACAM Network. The sampling methodology developed during this Project will be used. The Samples (PM2,5 + gaseous phase) will be examined to determine the 16 EPA PAHs concentration in each phase. The concentrations of PM2,5 will be provided by the automatic equipment, which will be installed at the respective stations. This way, gas/particle partition constant of each one of the 16 EPA PAHs will be obtained for each sample. The second hypothesis is: Gas/particle partition constants can be satisfactorily predicted (according to statistical analyses) with a theoric model that supposes a mixed control for the partition (adsorption and absorption) and that only demands the knowledge of the organic matter fraction of the PM ( fMO, measure as organic carbon) and of the elementary-carbon fraction of the PM ( fEC). Effectively, these are variables much more accessible than the concentrations of the PAHs in the PM and in the gaseous phase, because they are measured in real time by standardized automatic equipments. The fMO is provided by the monitoring equipment of stations, while EC fraction will be obtained with a new equipment, which is based in the measurement of the luminic absorption of the atmospheric aerosol.

If the model is validated, the potential role of adsorption and absorption like controlling mechanisms of PAHs gas/particle distribution in the urban atmosphere of Santiago will be determined, providing to environmental and sanitary authorities valuable information to define better strategies in pursuit of reducing the risk correlated with the exposition to these contaminants.

›


2 4 6


Depuración de Antibióticos Persistentes en Efluentes Industriales Acuícolas mediante el uso de Fotocatalizadores InmovilizadosInvestigadoresPh.D. Mario ollino o.Dr. Luis Espinoza C.

ÁreaQuímica del Medio Ambiente

› resumen

Se realizará el estudio de la degradación fotocatalizada de antibióticos de carácter detrimental en efluentes industriales, de uso común en la industria salmonera chilena, con el propósito de evaluar la potencialidad de la fotocatálisis heterogénea en la destrucción de agentes recalcitrantes presentes en aguas de la industria salmonífera. Se estudiará la fotocatálisis con los catalizadores TiO2 y ZnO inmovilizados en anillos Raschig de vidrio Pyrex, en reactores fotoquímicos previamente diseñados en UTFSM, y también se construirán y evaluarán dos nuevos prototipos.

El curso de la fotodegradación se medirá utilizando parámetros generales (concentración rema-nente, DQO, DBO5, TOC, toxicidad aguda, BOD/COD y otros). Mediante análisis cromatográficos (de-tector de espectrometría de masas) se identificarán los principales productos de oxidación del analito.

Dependiendo del mecanismo de degradación predominante, la eficiencia fotoquímica de cada reacción será determinada midiendo la dosis fotónica necesaria para degradar la concentración de los contaminantes en un orden de magnitud (Electric Energy per Order, EEO), para las cinéticas de pseudo primer orden, y determinando la energía eléctrica requerida para degradar una unidad de masa de contaminante (Electric Energy per Mass, EEM).

También se comparará la eficiencia de los procesos fotoquímicos con tratamientos de ozonación húmeda. El avance de las degradaciones se medirá utilizando parámetros generales (concentración remanente, DQO, DBO5, TOC, toxicidad aguda, BOD/COD y otros). Mediante análisis cromatográficos (detector de espectrometría de masas) se identificarán los principales productos de oxidación del analito.

Para determinar el peso de las variables en cada reacción (pH, concentración, naturaleza del catali-zador, presencia de aceptores de electrones, etc.) y los efectos sinérgicos entre variables, se emplearán herramientas estadísticas de Análisis Multivariado, tales como Diseño Factorial y Superficies de Res-puesta. Esta información permitirá optimizar los parámetros de cada reacción en estudio mediante el software apropiado.

Paralelamente se hará el estudio del efecto de la longitud de onda de irradiación (λ = 254 [nm] y λ = 360 [nm]), con el propósito de evaluar la potencialidad de utilizar luz solar como fuente de energía. En la etapa final del proyecto se harán ensayos con luz solar en las condiciones optimizadas para cada compuesto en reactores planos (flat reactor type), que serán diseñados en el laboratorio de Fotoquímica U.T.F.S.M., a fin de evaluar la posible utilización de estos métodos en condiciones industriales.

› abstract

The study of the photocatalytic degradation of several antibiotics of spread use in salmon industry, will be carried out to evaluate the potential of heterogeneous photocatalysis in the destruction of these persistents compounds, which still can be found in waters of the salmon industry.

The photocatalytic process will be studied in photochemical reactors previously designed at UTFSM, filled with Pirex glass Raschig rings coated with the inmvolized catalysts TiO2 and ZnO. This project also includes the construction and evaluation of the performance of two new prototypes of photoreactors.

12.5


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The course of the photodegradation of the antibiotics will be monitored through universal parameters (remnant concentration of the antibiotic, COD, BOD5, COT, acute toxicity, biodegradability and others). By means of gas cromatography (mass spectrometry detector) the main oxidation products of the different analytes will be identified.

Depending on the main degradation mechanism for the analytes, the photochemical efficiency of the reactor will be determined measuring the photon amount required to diminish the inicial concentration of the studied compuds in one order of magnitud (Electric Energy per Order, EEO) por pseudo first order kinetics, and determining the electric energy required to degrade one unit of mass of the polutant (Electric Energy per Mass, EEM) for zero order mechanims. It will also be evaluated the electric energy required to degradate one unit of mass of the antibiotic.

It will also be established a comparisson among the efficiency of the photochemical processes with wet ozonation. Again, the course of the degradation of the antibiotics will be monitored through universal parameters (remnant concentration of the antibiotic, COD, BOD5, COT, acute toxicity, biodegradability and others). By means of gas cromatography (mass spectrometry detector) the main oxidation products of the different analytes will be identified.

The determination of the weight of the variables on the different process covered in this study (pH, antibiotic concentration, catalyst used, the presence of electron aceptors, etc.) and the posible synergic efects between variables, will be carried out through statistical tools called Multivariate Analysis, such as Factorial Design and Response Surface Methodology with the right software. This informatión allows to optimize the parameters having an influence on the depletion reaction.

At the same time, the effect of the irradiation wavelenght on the process will be established (λmax = 254 nm and λmax = 360 nm) with the goal of evaluating the potential use of solar light as energy source.

At the final stage of the proyect experiments will be carried out with solar light using the previously optimized experimental conditions for each compound in flat reactors, designed in our laboratory, with the purpose of establishing the real feasibility of industrial antibiotic abatement in waste waters from salmon industry.


Aplicación de Escalas Teóricas de Reactividad al Estudio de Reacciones de Sustitución y Eliminación

InvestigadoresPh.D. Arie Aizman R.

Dra. Doris guerra

ÁreasFísico-Química

Química Orgánica

› resumen

En este proyecto se pretende evaluar escalas teóricas de nucleofilia y nucleofuga ya desarrolladas y elaborar nuevas definiciones para estos conceptos, para discutir la reactividad de grupos presentes en reacciones de sustitución nucelofílica y reacciones de eliminación. Nuestros principales objetivos incluyen:

› 1. Incorporación de efectos de polarización como efectos de segundo orden para discutir escalas empíricas construidas a partir de datos cinéticos.

12.6


2 4 8

› 2. Evaluación de escalas teóricas de nucleofuga.

› 3. Incorporación de efectos del solvente a las definiciones ya desarrolladas de nucleofilicidad y nucleofuga.

La nucleofilia será evaluada utilizando potenciales electrostáticos perturbados. La nucleofuga será mo-delada a partir de la electrofilicidad del grupo, inserto en el sustrato que sufre el ataque nucleofílico. Los efectos del solvente serán incorporados usando modelos continuos tipo teoría del campo de reacción.

La disponibilidad de estas escalas validadas debiera proveer información útil sobre la cinética y mecanismos de estos procesos.

› abstract

In this proposal we intend to evaluate theoretical scales of nucleophilicity and nucleofugality and further elaborate new definitions of these concepts to deal with the reactivity of electron donors and leaving groups present in nucleophilic substitution and elimination reactions. Our main goals include:

› 1. The incorporation of polarization effects in the definition of a nucleophilicity descriptor to assess second order effect proposed in empirical scales built up from kinetic data.

› 2. The evaluation of a theoretical scale of nucleofugality.

› 3. The incorporation of solvent effects to the actual definitions of nucleophilicity and nucleofugality.


Desarrollo de una Nueva Metodología de Muestreo para el Monitoreo de Compuestos Orgánicos Tóxicos en el Aire Ambiente: Obtención de Información Fidedigna para Evaluar Riesgos en la Salud en las Ciudades de Santiago y TemucoInvestigadoresDr. Francisco cereceda B.Dr. Luis Schiappacasse P. (CONAMA IX Región)

ÁreaHigiene y Salud Pública

› resumen

La contaminación atmosférica no se restringe a las especies incluidas comúnmente en los reportes de las redes de monitoreo de calidad del aire. Existen compuestos orgánicos tóxicos, tales como los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs), que destacan por su potencial carcinogénico, aun cuan-do sus niveles de concentración sean bajos. A finales de la década del 90, se realizaron estudios en las ciudades de Temuco y Santiago de Chile (ambas declaradas Zona Saturada por MP10) en los que se analizó el contenido de HAPs sólo en el MP, encontrándose concentraciones 197 y 6,6 veces mayores, respectivamente, que los límites máximos establecidos por la Unión Europea (1 ng m-3). Estos valores son realmente alarmantes y constituyen ciertamente un riesgo potencial para la salud de la población.

Los HAPs, compuestos orgánicos semivolátiles, se distribuyen entre la fase gaseosa y el material particulado (MP) del aerosol atmosférico, por lo que es necesario tomar muestras de ambas fases

12.7


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para conocer cuál es el nivel real de estas sustancias en el aire que respiramos. La determinación de las concentraciones en ambas fases, sin embargo, es compleja y laboriosa, y los métodos de muestreo convencionales introducen errores sistemáticos en los resultados (artifacts de muestreo). Puesto que para iniciar planes preventivos o correctivos, los organismos ambientales y de salud necesitan infor-mación precisa, fidedigna y representativa sobre: los compuestos presentes, sus concentraciones, su variación en el tiempo y su nivel de riesgo toxicológico, los objetivos de este trabajo son:

› 1. Establecer un sistema y procedimiento de muestreo que permita determinar experimentalmente y sin artifacts las concentraciones de HAPs (y otros COSVs, dado que la metodología es genérica) tanto en el MP como en la fase gaseosa del aerosol atmosférico.

› 2. Evaluar el riesgo que representa para la salud de los habitantes de Santiago y Temuco la concentración de HAPs tanto en la fase particulada como en la fase gaseosa del aerosol atmos-férico.

El primer año de ejecución de este Proyecto Fondecyt estará destinado a alcanzar el primer obje-tivo, y se trabajará sobre la siguiente hipótesis (Nº1): El uso de un nuevo cartridge de muestreo de ae-rosoles orgánicos, compuesto por denuders, filtro de Teflón y PUFs, permitirá determinar, sin artifacts de muestreo, la concentración de los HAPs asociados tanto al MP como a la fase gaseosa.

Esta hipótesis será validada en estudios de campo que serán llevados a cabo en la estación Parque O’Higgins de la Red MACAM (Seremi de Salud RM). Para tomar las muestras (fase gas y MP2,5) se usará un equipo low-volume, que operará con un fllujo de 10 L min-1. Los artifacts de muestreo serán cuantificados usando en paralelo diferentes configuraciones de adsorbentes y filtros. Con el uso de los denuders se espera minimizar los siguientes artifacts:

a) La adsorción de los HAPs presentes en la fase gaseosa sobre el MP colectado en el filtro, y sobre el filtro mismo.

b) La degradación química de los HAPs asociados al MP durante el muestreo, por acción del ozono y del NO2. El artifact producido por la volatilización de los HAPs desde el MP será cuantificado usando PUFs. Los filtros y adsorbentes serán sometidos a una secuencia de extracción, concentración (reduc-ción de volumen) y purificación; y el análisis químico de los 16 EPA HAPs se realizará mediante GC/FID y GC/MS, cuantificando con el método de estándar interno. Con esta metodología de muestreo se podrá cuantificar en forma efciente y fidedigna la concentración de HAPs en ambas fases, permitiendo evaluar apropiadamente los riesgos en la salud de la población por exposición a contaminantes tóxicos con propiedades carcinogénicas y mutagénicas

Para alcanzar el segundo objetivo, se desarrollará durante el segundo año una campaña de mo-nitoreo usando la metodología desarrollada y validada en el primer año de ejecución del proyecto, se tomarán muestras simultáneamente en las estaciones Parque O’Higgins (Santiago) y Las Encinas (Temuco). Se espera demostrar la siguiente hipótesis (Nº2): Para los compuestos orgánicos tóxicos, tales como los HAPs, presentes en el aerosol atmosférico de las ciudades de Temuco y Santiago, la concentración en fase gaseosa es mayor que la concentración en el MP. En consecuencia, la presencia de estas sustancias en la fase gaseosa, contribuye significativamente al riesgo en la salud de los habi-tantes de ambas ciudades.

Las muestras (MP2,5 + fase gaseosa) serán analizadas para determinar las concentraciones de los 16 EPA-HAPs en cada una de las fases. Las concentraciones de MP2,5 serán proporcionadas por los equipos automáticos instalados en las respectivas estaciones. De esta manera, se obtendrá la concen-tración total de HAPs en el aire ambiente de ambas ciudades y, a partir de estos valores, siguiendo la metodología propuesta por la Organización Mundial de la Salud, se calculará la dosis equivalente total de BAP y de esta forma el riesgo en la salud de la población por exposición a compuestos orgánicos con propiedades mutagénicas y carcinogénicas.


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Estudio de las Capacidades Catabólicas de Compuestos Aromáticos de la Bacteria Modelo Burkholderia Xenovorans LB400 y sus Aplicaciones en la BiorremediaciónInvestigadoresDr. Michael Seeger P.Ph.D. Bernd Hofer (GBF, Alemania)

ÁreasMicrobiologíaBiotecnología

› resumen

En este proyecto se realizará la reconstrucción del metabolismo de compuestos aromáticos de la bac-teria Burkholderia xenovorans LB400, mediante análisis bioinformático. Para confirmar la funcionalidad de las rutas metabólicas, se realizarán experimentos de crecimiento y de degradación de compuestos aromá-ticos. En el contexto de analizar la repuesta bacteriana a compuestos aromáticos, se estudiará el proteoma de la bacteria Burkholderia xenovorans LB400 crecida en diversos compuestos aromáticos. Asimismo, se estudiará la degradación de compuestos aromáticos como PCBs en diferentes condiciones de oxigenación. Se identificarán proteínas específicas inducidas en estas condiciones, incluyendo proteínas de estrés y se determinarán actividades antioxidantes. En base a estos estudios, se ha propuesto la construcción de nue-vas cepas degradadoras de contaminantes aromáticos como los PCBs.

› abstract

The reconstruction of the metabolism of aromatic compounds of Burkholderia xenovorans LB400 will be developed by bioinformatic and experimental analyses. This study will include proteomic approaches for better understanding the expression of key catabolic functions under different physiological conditions. Novel strains for the degradation of aromatic compounds will be constructed.


Sistema Integrado de Toma y Procesamiento de Muestras Atmosféricas en Ambientes Laborales para la Determinación de Compuestos Orgánicos VolátilesInvestigadoresDr. Francisco cereceda B.Ing. Daniel Rodríguez Sch.Sr. Gabriel Cereceda B.sr. Mario Dorochesi F.Sra. Ximena FadicSr. Pedro Oyola T.Mg. Waldo Valderrama R.

Áreasalud

› resumen

La Organización Internacional del Trabajo (OIT) estima que el 22% de los 2 millones de muertes laborales que ocurren al año en el mundo, se produce por la exposición de trabajadores a productos químicos. Una importante clase son los Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs). Los trabajadores es-

12.8

12.9


2 5 1

tán expuestos a ellos principalmente por inhalación. Los COVs son neurotóxicos, nefrotóxicos, hepato-tóxicos y carcinogénicos. Entre un 4 y 40% de los cánceres se originan en el ambiente de trabajo y un 15 a 30% de las licencias médicas en Chile, se deben a intoxicación a productos químicos (incluidos COVs). Las autoridades de la Salud Ocupacional requieren información clara y oportuna para adoptar medidas de prevención, control y mitigación. Los sistemas actuales de monitoreo presentan artifact de muestreo, son complejos, lentos, y demandan personal altamente entrenado, por ello un elevado por-centaje de enfermedades laborales causadas por COVs no son registradas ni prevenidas. La hipótesis del proyecto plantea que el desarrollo de nuevas tecnologías para la toma, procesamiento y evalua-ción toxicológica de muestras de aire ambiental laboral, en particular para determinar COVs, permitirá disminuir el gasto asociado a enfermedades ocupacionales, lo que reportará importantes beneficios tanto al sector privado como público. Los productos a desarrollar son:

› 1. Un dispositivo automático para empacado y compactado de tubos para el muestreo de COVs.

› 2. Un sistema de monitoreo secuencial y programable para la determinación (identificación y cuan- tificación) de COVs.

› 3. Un monitor personal que permita evaluar el grado de exposición de los trabajadores a COVs.

› 4. Una cámara móvil de biomonitoreo de exposición controlada, que permita caracterizar y validar in situ la toxicidad del aire ambiental laboral contaminado por mezclas complejas de COVs.

› 5. Una plataforma informática de almacenamiento, presentación y distribución de información ambiental química y toxicológica entre los usuarios.

[ Proyecto Nucleo Milenio P/04-007 ]

Núcleo Milenio en Ecología Microbiana y Microbiología Ambiental (EMBA)

InvestigadoresDr. Michael Seeger P.

Dr. Bernardo González O. (Pont. Universidad Católica de Chile)Dra. Mónica Vásquez (Pont. Universidad Católica de Chile)

Dr. Osvaldo Ulloa (Universidad de Concepción)

ÁreasEcología Microbiana

Microbiología AmbientalBiotecnología Ambiental

› resumen

El Núcleo Milenio EMBA desarrolla investigación científica sobre preguntas fundamentales en las disciplinas de la Ecología Microbiana y la Microbiología y Biotecnología Ambiental, abordando el estudio comparado de las respuestas microbianas a las perturbaciones naturales (toxinas en florecimientos mi-crobianos) y antropogénicas (contaminación por cobre y compuestos organoclorados) en el ambiente.

› abstract

The Nucleus Millennium EMBA develops scientific research on fundamental questions in the disciplines of Microbial Ecology and in Environmental Microbiology and Biotechnology, focusing in the comparative study of microbial responses to natural (toxins from microbial blooms) and anthropogenic (chloroorganic compounds and copper pollution) disturbances in the environment.

12.10


2 5 2


Aplicaciones de Escalas Teóricas de Nucleofilicidad y Nucleofugalidad para Estudio de Reacciones de Eliminación y Sustitución NucleofílicaInvestigadoresDr. Renato Contreras R. (Universidad de Chile)Ph.D. Arie Aizman R.

ÁreasFísico-QuímicaQuímica Orgánica

› resumen

En este proyecto se plantea evaluar las escalas teóricas de nucleofilicidad y nucleofugalidad exis-tentes y elaborar nuevas definiciones de estos conceptos para el estudio de la reactividad de donores de electrones y grupos salientes presentes en reacciones de eliminación y sustitución nucleofílica.

› abstract

In this proposal we intend to evaluate theoretical scales of nucleophilicity and nucleofugality and further elaborate new definitions of these concepts to deal with the reactivity of electron donors and leaving groups present in nucleophilic substitution and elimination reactions. Our main goals include:

› 1. The incorporation of polarization effects in the definition of a nucleophilicity descriptor to assess second order effect proposed in empirical scales built up from kinetic data.

› 2. The evaluation of a theoretical scale of nucleofugality.

› 3. The incorporation of solvent effects to the actual definitions of nucleophilicity and nucleofugality.

› 4. Evaluation of enhanced nucleophilcity in ionic liquids. The nucleophilicity scale will be worked on the basis of perturbed electrostatic potentials. Nucelofugality will be modeled in terms of a group electrophilicity of the nucleofugue embedded in the substrate that undergoes the nucleophilic attack. Solvent effects will be incorporated using the reaction field theory and the supermolecule technique. We expect in this way to rank in the form of a reactivity scale, the nucleophilicity of a wide number of electron donors as well as the leaving group ability of different atomic or molecular fragments that participate as nucleofuges in nucleophilic substitution and elimination reactions. The availability of such validated scales are expected to provide useful information about the kinetics and mechanisms of these processes.


L. Espinoza, “Conferencia: Avances en los últimos años y algunas aplicaciones en la determinación estructural”, Primer Congreso de Química de Productos Naturales Chileno-Hispano-Argentino. La Diversidad Química y Biológica de Organismos de la Región Patagónica, Puerto Natales, Chile; Abril 2008

M. carvajal, J.A. Garbarino, H. Peña, L. Espinoza, A. Russo, “Modificación de moléculas de hormonas vegetales mediante biotransformación con hongo Gibberella fujikuroi”, 1er Congreso Chileno-Hispano-Argentino, “La Diversidad Química y Biológica de Organismos de la Región Patagónica”, Puerto Natales, Chile; 20-23 abril 2008

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a. russo, M. Piovano, a. Vanella, V. cardile, J.A. Garbarino, “Lichens compounds as promising molecules for fighting cáncer”, 1er Congreso Chileno-Hispano-Argentino, “La Diversidad Química y Biológica de Organismos de la Región Patagónica”, Puerto Natales, Chile; 20-23 abril 2008

a. russo, V. cardile, g. Frasca, M. Piovano, J.A.Garbarino, “Vicanicin and (+)-protolichesterinic acid inhibit cell growth and induce apoptosis in human prostate cancer cells”, Italian-Japanese Joint Symposium, “Natural Pruduct and Functional Foods”, a Satellite Symposium of FITOMED 2008, Salerno, Italia; 27-28 Junio 2008

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M. Piovano, J.A. Garbarino, E. Sánchez, M. Young, “Determination by SPME of volatile compounds in non edible Basidiomycetes”, XVII Congresso Ital-Latinoamericano di Etnomedicina “Bernardino D’Ucria, 16-21, Palermo, Italia; PA131; Settembre 2008

M. Piovano, J.A. Garbarino, S. Ortega, I. Ramírez, H. Peña-Cortés, “Effect of lichen compounds on the growth of pathogens bacteria and the fungi”. XVII Congresso Ital-Latinoamericano di Etnomedicina “Bernardino D’Ucria, 16-21, Palermo, Italia; PA132; Settembre 2008

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P. Pérez, C. Lizama, c. caneo, M. ollino, “Oxidación Avanzada para Degradar Acido Oxolínico: Un Antibiótico Persistente en Efluentes de Granjas Salmoneras”, XXXI Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Am-biental, Santiago, Chile; Octubre 2008

P. Pérez, C. Lizama, c. caneo, M. ollino, “Fotodegradación Catalítica de Flumequina: Un Antibiótico Persistente en Efluentes Industriales Acuícolas”, XXXI Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Santia-go, Chile; Octubre 2008

P. Pérez, C. Lizama, c. caneo, M. ollino, “Depletion of Several Antibiotics used in Industrial Process using Immobilized TiO2”, 13th International Conference on TiO2 Photocatalysis: Fundamentals & Applications, San Diego, California, U.S.A.; pp. 45-46; Septiembre 2008

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V. Morgante, A. López-López, A., R. Rosselló-Mora, R. De La Iglesia, M. González, M. Vazquez, M. Seeger, “Bacterial community changes of a pesticidecontaminated soil during bioaugmentation”, XII International Symposium on Microbial Ecology ISME-12, Cairns, Australia; Vol. 1, p. 133; Agosto 2008

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M. Seeger, L. Agulló, V. Méndez, M. González, “Genómica y proteómica de bacterias ambientales: análisis de Burkholderia xenovorans LB400”, XIX Congreso Latinoamericano de Microbiología, Quito, Ecuador; Vol. 1, p. 13; Octubre 2008

M. Seeger, V. Morgante, P. Miralles, M. González, “Caracterización de comunidades microbianas en suelos agrícolas durante procesos de biorremediación”, XIX Congreso Latinoamericano de Microbiología, Quito, Ecuador; Vol. 1, p. 13; Octubre 2008

L. Agulló, M. Seeger, “Estudio in silico y funcional del potencial catabólico de compuestos aromáticos en la bacteria degradadora de policlorobifenilos Burkholderia xenovorans LB400”, XIX Congreso Latinoamericano de Microbiología, Quito, Ecuador; Vol. 1 (CD); Octubre 2008

M. Córdova, C. Cárdenas, M. Seeger, “Análisis in silico de la vía metabólica de polihidroxialcanoatos en Burkholderia xenovorans LB400”, XXX Congreso Chileno de Microbiología. XI Congreso Chileno de Inmunología, Concepción, Chile; Vol. 1, p. 39; diciembre 2008

V. Méndez, L. Agulló, M. González, M. Seeger, “Análisis proteómico y funcional de vías degradación de compuestos aromáticos en Burkholderia xenovorans LB400”, XXX Congreso Chileno de Microbiología. XI Congreso Chileno de Inmunología, Concepción, Chile; Vol. 1, p. 66; Diciembre 2008

C. Yáñez, L. Agulló, M. Seeger, “Copper resistance in Burkholderia xenovorans LB400: In silico and functional analyses. XXX Congreso Chileno de Microbiología”, XI Congreso Chileno de Inmunología, Concepción, Chile; Vol. 1, p. 67; Diciembre 2008

P. Miralles, V. Morgante, M. González, M. Seeger, “Efecto de fuentes de nitrógeno sobre la biorremediación de simazina en suelo con la cepa Pseudomonas sp. MHP41”, XXX Congreso Chileno de Microbiología. XI Congreso Chileno de Inmunología, Concepción, Chile; Vol. 1, p. 66; Diciembre 2008

l. rojas, C. Yáñez, M. González, S. Lobos, M. Seeger, “Incorporation of mer genes into Cupriavidus metallidurans CH34 adds resistance to organomercurials and improves its Hg+2 resistance”, XXX Congreso Chileno de Microbiología. XI Congreso Chileno de Inmunología, Concepción, Chile; Vol. 1, p. 72; Diciembre 2008

C. Yáñez, M. González, M. Seeger, “Cobre en suelos agrícolas: análisis de su efecto en comunidades bacterianas y búsqueda de estrategias de biorremediación”, V Taller de Jóvenes Científicos Iniciativa Científica Milenio, El Quisco, Chile; 27-29 Agosto 2008

M. Seeger, “Monitoreo de Contaminantes Orgánicos Persistentes en el borde costero de las regiones de Valpa-raíso y Valdivia”, (Invitación a Conferencia) II Curso Avanzado de Contaminación Marina “Compuestos Orgánicos Persistentes en el Ambiente Marino”; Concepción, Chile; Septiembre 2008


R. Contreras, M. Galván, M. Oliva, V.S. Safont, J. Andrés, D. guerra, A. Aizman, “Two State Reactivity Mechanism for the Rearrangement of Hydrogen Peroxynitrite to Nitric Acid”, Chemical Physics Letters; Vol. 457, pp. 216-221; 2008

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P. Campodónico, J. Andrés, A. Aizman, R. Contreras, “Proton Transport Catalysis in Intramolecular Rearrange-ments: A Density Functional Theory Study”, Chemical Physics Letters; Vol. 464, pp. 271-275; 2008

H. carrasco, L. Espinoza, V. Cardile, C. Gallardo, W. Cardona, L. Lombardo, K. Catalán, M. Cuellar, A. Russo, “Eu-genol and its Synthetic Analogues Inhibit Cell Growth of Human Cancer Cells (Part I)”, Journal of the Brazilian Chemical Society, Vol. 19 Nº 3, pp. 543-548; 2008

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a. russo, V. cardile, M. Piovano, g. Frasca, L. Espinoza, J. Garbarino, “Pro-apoptotic Activity of Ergosterol De-rivatives in Human Prostate Cancer Cells”, 7th Joint Meeting of GA, AFERP, ASP, GA, PSE & SIF, Athens, Greece, August 2008. Planta Medica, Vol. 74, p. 961, 2008

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V. Morgante, P. Miralles, M. Hernández, C. Flores, M. González, M. Seeger, “Bioremediation studies for the clean-up of chlorinated herbicide-treated agricultural soils”, V International Symposium International Symposium of Interactions of Soil Minerals with Organic Components and Microorganisms of Commission 2.5 Soil Physical/Chemical/Biological Interfacial Reactions of the International Union of Soil Sciences ISMOM 2008, Pucón, Chile. J. Soil Sci. &Plant Nutr.; Vol. 8 (3), pp. 142-143; Noviembre 2008

C. Yáñez, M. González, M. Seeger, “Selection of copper resistant bacteria in copper-affected agricultural soils from central Chile”, V International Symposium of Interactions of Soil Minerals with Organic Components and Microorganisms of Commission 2.5 Soil Physical/Chemical/ Biological Interfacial Reactions of the International Union of Soil Sciences ISMOM 2008, Pucón, Chile. J. Soil Sci. &Plant Nutr.; Vol. 8 (3), pp. 228-229; Noviembre 2008

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13Centro de Biotecnología “Dr. Daniel Alkalay Lowitt”

BiotAct iv idades de Invest igac ión 2008

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Desarrollo de Tecnología para el Cultivo de Células de Piel para Transplante Autólogo

InvestigadoresPh.D. Manuel Young A.Lic. Elizabeth Sanchez

Ph.D. Cristian AcevedoIng. Fernando Albornoz

Mg. Patricio Morales G. (Clínica Veterinaria Protectora de Animales)Ph.D. Sergio Tapia, (Universidad de Playa Ancha)

Ph.D. Alexis Aceituno A. (Universidad de Valparaíso)M.Sc. Donald Brown G. (Universidad de Valparaíso)

Ph.D. Holger Hübnner (Universidad de Erlangen, Alemania)Mg. Claudio Mac-Lean A. (Instituto de Seguridad del Trabajo)

Ph.D. Caroline Weinstein O. (Universidad de Valparaíso)Áreas

Cultivos CelularesIngeniería de Tejidos

Bioreactores

› resumen

Para casos de quemaduras que requieren atención médica, el tratamiento más empleado en Chile consiste en la realización de injertos autólogos (autoinjerto), cuya principal limitante está en la disponibilidad de tejido, dada la condición específica del paciente, a esto van asociadas dificultades para cubrir amplias extensiones y el riesgo en la viabilidad del injerto. Las consecuencias para el paciente, incluso ya recuperado, persisten en daños estéticos y funcionales, que disminuyen drásticamente su calidad de vida y, en algunos casos son inhabilitantes para reasumir sus actividades originales.

En este escenario se inserta el presente proyecto, que busca “Contribuir a mejorar la calidad y eficacia del tratamiento y rehabilitación de pacientes que sufren de lesiones severas en la piel, mediante el desarrollo de tecnología de reproducción de células de piel autóloga microencapsuladas, para uso como alternativa de cobertura cutánea definitiva”. De este modo, conseguir una mejor rehabilitación del paciente, con costos aceptables al medio chileno, disminuyendo los riesgos propios de un transplante para el caso de los quemados, y en otros casos clínicos, dar una solución parcial al problema de ulceración de piel, otorgando una mejor calidad de vida a pacientes que las sufren en forma crónica.

Para alcanzar el objetivo se creó una asociación Científica entre dos Universidades de la V Región: Universidad Técnica Federico Santa María, con su Centro de Biotecnología, y la Universidad de Valparaíso, con su Facultad de Farmacia, sumado al respaldo empresarial del Instituto de Seguridad del Trabajo (IST); contando además, con un convenio de respaldo internacional del Instituto de Biotecnología de la Universidad de Friederich Alexander Universität, específicamente el grupo del Dr. Buchholz, que viene desarrollando la investigación en este tipo de cultivos celulares por los últimos 6 años, y cuya cooperación permitirá el desarrollo de jornadas de difusión de la tecnología a desarrollar a la comunidad científica y médica nacional e internacional.

› abstract

It is estimated that each year 268.865 burn accidents occur that require medical attention, of these 60.494 are AB and B type that need hospital treatment following rehabilitation. Also fatal injuries frequently occur.

13.1


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For all these cases the treatment includes autologous transplant which are limited by the availability of tissue from the patient specially when large areas are to be covered, there is also the risk of getting a graft capable of growing and developing.

The outcome for the patient even when recovered persist in aesthetic and functional damage that in some circumstances unable them to pursue their original activities. For children under the age of 15, two thirds of the total figure, the damage from the burn accident is even worst generating severe physical, psychological and social handicaps that increase with age as they growth old.

In this scenario our project will be focusing on “Making a contribution in improving the quality and efficacy of the treatment of patients with severe skin damage developing a technology based on the transplant of fibrin microencapsulated autologous skin cells grown in bioreactors.” Therefore obtaining a better rehabilitation and decreasing risks for the transplant with competitive costs for the Chilean market.

In order to reach this goal a scientific association was created between the Center of Biotechnology at Universidad Técnica Federico Santa María and the Pharmacy School at the University of Valparaiso, together with the Instituto de Seguridad en el Trabajo, IST that will provide facilities and clinic know how for the treatment of the burned patient. With the help of the Group of Dr. Rainer Buchholz from the Institute of Biotechnology at the Technological University of Friedrich Alexander, that has a large experience with this technology. These institutions will join their scientific and technological resources in developing “artificial skin”.


Control de Problemas Fitosanitarios en Precosecha, aplicando Tecnología Limpia basada en el Uso de Substancias NaturalesInvestigadoresDr. Hugo Peña C.Bioq. Ingrid Ramírez B.Qco. Elizabeth Sánchez M.Sra. Soledad ArayaSr. Armando Larenas I. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)Dr. Robinson Vargas M. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)Sra. Jacqueline Lobos C. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)Sra. Javiera Navia C. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)Sra. Alejandrina Ubillo F. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)ÁreasPrecosechaPlagasTecnologías Limpias

› resumen

Este proyecto proporcionará las bases científico tecnológicas para la implementación comercial de una tecnología nacional siendo su objetivo principal el desarrollar un producto basado en jasmonatos para incrementar la competitividad de la agroindustria exportadora mediante el desarrollo de un producto natural basado en jasmonatos para el control de plagas y enfermedades de frutales (variedades de uva de mesa y vinífera) en precosecha. Las tecnologías actuales para el control de la plaga cuarentenaria como la falsa arañita de la vid (B. chilensis), el insecto chanchito blanco (P. viburni) y el hongo necrotrófico Botrytis cinerea hacen necesario el uso de bromuro de metilo y otros agroquímicos los que se aplican durante diferentes etapas del desarrollo de la planta.

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C ENT RO DE BIOT EC NOLOGÍA “DR. DANIEL ALk AL AY LOWIT T ”

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Considerando los acuerdos establecidos en el protocolo de Montreal, el cual prohibe el uso de bromuro de metilo para el año 2015 y para el caso de USA en enero del 2005, es necesario optimizar, por ejemplo, el control de B. chilensis a nivel de campo, de manera de reducir las poblaciones de los ácaros llegando a obtener frutos sin presencia de ellos. El control químico, ampliamente dominante para combatir las plagas que afectan la producción agrícola y forestal, ha producido una creciente contaminación del ambiente con las consiguientes consecuencias para la salud de la población en general y en particular para los trabajadores agrícolas. La exigencia internacional actual sustenta una mayor inocuidad de los alimentos por lo que esta demandando en forma creciente el uso de alternativas naturales o el uso de moléculas de mínima toxicidad. Tomando en cuenta los nuevos tratados suscritos con los grandes mercados europeos y americanos, resulta ineludible la tarea de adoptar estas buenas prácticas ya que al competir con enormes productores las barreras no arancelarias crecerán de manera que la normativa sanitaria y fitosanitaria serán de gran importancia en el futuro. El disponer de tecnologías limpias de tanta o más efectividad que las actuales y que no deterioren el producto organolépticamente ni metabólicamente se hace una necesidad si se pretende continuar basando el desarrollo de la agricultura en un sector agroalimentario exportador.

Los grupos del Centro de Biotecnología de la Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM) y del Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) han venido trabajando en conjunto en los últimos tres años en la búsqueda soluciones basadas en tecnología limpia para el control de plagas y es así como, a través de actividades de un proyecto FONDEF anterior (D00I1027), han podido proponer una formulación basada en jasmonatos. Este producto altera el ciclo reproductivo de la araña manifestándose en una reducción del numero de adultos que se desarrollan a partir de los huevos. Además, las hembras que crecen desde huevo tratados con jasmonatos resultan ser infértiles. Por otro lado, plantas de vid tratadas con esta formulación no son colonizadas por las arañas. Estas rehuyen al tejido tratado lo que sugiere que la aplicación de jasmonatos activa algún sistema, hasta ahora desconocido, que actúa como repelente para las arañas (Patente 1700-2002). Por otro lado, experimentos realizados en precosecha permitieron observar que las aplicaciones de jasmonatos a plantas de vid claramente reducían el daño causado por B. cinerea a las bayas. Estos resultados demuestran el uso potencial de los jasmonatos lo que podría transformarse en una solución muy atractiva para el productor, permitiendo controlar una buena parte de los problemas fitosanitarios de la uva de mesa y vinífera, no requiriendo el empleo de distintos productos específicos para el control independiente de cada agente patógeno.

El trabajo a realizar en este proyecto considerará estudios en condiciones de semi-campo (in-vernadero) y campo de manera de validar la posibilidad de uso comercial del producto propuesto. Un aspecto relevante de este proyecto serán las actividades relacionadas con el análisis del tejido vegetal para determinar la inocuidad del producto sobre el cultivo de vid así como los análisis de toxicidad aguda bajo las normativas del servicio agrícola ganadero (SAG) exigidas para el registro de este tipo de productos. Este proyecto se enmarca dentro de la Política de Estado para la Agricultura Chilena 2000-2010 del Ministerio de Agricultura, en la cual se hace referencia a mejorar la Política Nacional sobre Plaguicidas, para integrar y armonizar las diferentes competencias que hoy están distribuidas en distintos organismos públicos. Es necesario mencionar que este producto no sólo se restringe al área de uva de mesa y vitivinícola, sino que podría en el futuro implementar su uso en otros cultivos de importancia económica y de altos requerimientos de calidad por mercados ex-tranjeros. Finalmente, una tecnología con estas características permitiría reducir el uso de pesticidas químicos con el consecuente beneficio social y ambiental para la población.

› abstract

This project will provide the scientific and technological bases for the commercial implementation of a national technology. Its main goal is to develope a product to increase the competitiveness of exporter agroindustry by means of the development of a natural product based on jasmonates


2 6 0

for the control of plagues and diseases of fruit trees (varieties of table grape and winegrape) on preharvest. The current technologies for the control of the quarentine plague like the spider mite of the grapevine (B. chilensis), the mealybug insect (P. Viburni) and the nechrotrofic fungus Botrytis cinerea require the use of methyl bromide and other agrochemicals that are applied during different stages from the development of the plant. Considering the agreements established in the protocol of Montreal, that forbids the use of methyl bromide for year 2015 and in the case of the USA in January of the 2005, is necessary to optimize, for example, the control of B. Chilensis at field level, for reducing the spider populations to obtain fruits without presence of them. The chemical control, widely dominant to fight the plagues that affect the agricultural and forest production, has produced an increasing polution of the environment with the consequent consequences for the health of the population in general and individual for the agricultural workers. The present international demands point toward a greater safety of therefore increasing the use of natural alternatives or molecule of low toxicity. Taking into account new treaties subscribed with the great European and American markets, is inescapable the task of adopting these good practices since when competing with enormous producers, the nontariff barriers will grow so that the sanitary and phytosanitary norm will be of the great importance in the future. Having clean technologies similar or more effectiveness than the present ones and that does not deteriorate the product quality nor its metabolism makes a necessity if it is tried to continue basing the development of agriculture on an exporting agroalimentary sector.

The groups of the Center of Biotechnology of the Technical University Federico Santa Maria (UTFSM) and of the Institute of Investigaciones Agropecuarias (INIA) have been working in the last three years in the search solutions based on clean technology for the control from plagues. Thus, through activities of a previous FONDEF (D00I1027) project, we have been able to propose a formulation based on jasmonates. This product alters the reproductive cycle of the spyder mite of grapevine resulting in a reduction of the female adults who are developed from eggs. In addition, the females that grow from egg treated with jasmonates turn out to be infertile. On the other hand, plants of grapevine treated with this formulation are not colonized by the spiders. These avoid the treated tissue with jasmonates suggesting the activation of until now unknown system that acts like disgusting for the spyders (Patent 1700-2002). On the other hand, experiments performed in preharvest allowed to observe that the applications of jasmonates to grapevine plants clearly reduced the damage caused by B.cinerea to the berries. These results demonstrate the potential use of the jasmonates which could be transformed into a very attractive solution for the producer, allowing to control a good part of the phytosanitary problems of the table grape and winegrape, not requiring the use of different specific product for the independent control from each pathogenic agent.

This project will consider studies in semi-field (greenhouse) and field conditions in order to validate the commercial possibility of use of the proposed product. An important aspect of this project will be the activities related to the analysis of the plant tissue to determine the harmless of the product on the culture of grapevine as well as the analyses of acute toxicity under the norms of the Servicio Agricola Ganadero (SAG) demanded for the registry of this type of products. This project is framed within the Policy of State for Chilean Agriculture 2000-2010 of the Ministry of Agriculture, in which reference is made improve the National Policy on Plaguicides, to integrate and to harmonize the different competitions that today are distributed in different organisms public. It is necessary to remark that this product is not only restricted to the area of table – and winegrape, but could in the future expands its use to other crops of economic importance and high requirements of quality by foreign markets. Finally, a technology with these characteristics would allow to reduce the use of chemical pesticides with the consequent social and environmental benefit for the population.


2 6 1


Plataforma Científico-Tecnológica para el Desarrollo de la Genómica Vegegal en Chile Etapa II: Genómica Funcional en Vid

InvestigadoresDr. Hugo Peña C.

Dra. Marcela carvajal t.Bqa. Ingrid RamírezSra. Soledad Araya

Dr. Humberto Prieto E. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)Sra. Paola Barva B. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)

Dra. Inés Rosales V. (Instituto de Investigaciones Agropecuarias – INIA)Dr. Enrique González V. (Universidad de Talca)

Dr. Yerko Moreno S. (Universidad de Talca)Dr. Simón Ruiz L. (Universidad de Talca)

Sra. Nuri Cabrera G. (Universidad de Talca)Sr. Ricardo Chilian P. (Universidad de Talca)

Áreas Precosecha

PostcosechaGenómica Vegetal

› resumen

La presente propuesta tiene por objetivo continuar los estudios comenzados en el marco del proyecto “Plataforma científica-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile. Etapa I: Genómica funcional en vid”, realizados entre 2003-2006 y complementarlos con la puesta en marcha de nuevos estudios para obtener plantas resistentes a enfermedades fungosas, y desarrollar un programa de largo plazo que permita la obtención de nuevas variedades del cultivar Carmenère.

Junto al sector empresarial nacional del sector, en la Etapa I se abordaron dos temáticas que afectan al cultivo en nuestros campos, y que están relacionados con enfermedades causadas por fitopatógenos y con alteraciones en el desarrollo de la baya, causando pérdidas económicas importantes para la industria nacional. El principal problema fitosanitario que enfrenta el cultivo de la vid lo constituyen las enfermedades de origen fungoso, las cuales pueden desarrollarse tanto durante la pre- como la post-cosecha. En Chile una de las enfermedades fungosas más importantes son las causadas por el hongo necrotrófico Botrytis cinerea. Por otro lado, ciertas variedades de vides, en especial el Carmenère, presentan durante su desarrollo una formación irregular de los frutos lo que se traduce al término de la temporada en racimos que presentan bayas de distinto tamaño. Este fenotipo que también afecta a variedades tales como Merlot o Malbec, se caracteriza por la presencia, en un mismo racimo, de bayas de irregular tamaño, donde se encuentran bayas de mayor tamaño que desarrollan una semilla normal y bayas de menor tamaño que carecen de semilla. Las bayas pequeñas que carecen de semilla no alcanzan plena madurez, poseen una alta cantidad de compuestos cuya presencia no es deseada en el mosto y son incapaces de producir metabolitos importantes para las propiedades organolépticas del vino, afectando en forma importante la calidad del producto final. Adicionalmente, el fenómeno de millerandage está asociado a otros problemas que afectan el cultivar de la vid tales como la abscisión de flores (fruto), y la baja fertilidad en el momento de la cuaja.

En el proyecto recientemente finalizado (Etapa I) se realizaron dos sub-proyectos relacionados con:

› 1. la respuesta defensiva de diferentes tejidos de dos cultivares de vid (Sultanina y Carmenère), frente al hongo fitopatógeno Botrytis cinérea

› 2. el fenómeno de millerandage (corrimiento) en la baya del cultivar Carménère.

13.3


2 6 2

Mediante el uso de macroarreglos se caracterizó el perfil transcripcional de diferentes muestras biológicas bajo condiciones experimentales específicas, con el objetivo de lograr información sobre los genes involucrados en la respuesta defensiva de ambos cultivares al hongo B. cinérea, y sobre los genes involucrados en el fenómeno del corrimiento o millerandage en la baya de Carmenère.

La información obtenida en la primera fase del proyecto ha demostrado que las plantas vid res-ponden al hongo patógeno Botrytis cinérea, a través de un mecanismo de defensa que presenta algunos aspectos generales comunes al encontrado en otras plantas modelo como Arabidopsis y to-mate, pero presenta nuevos elementos propios del cultivar de vid. Estos componentes propios de la respuesta al hongo fitopatógeno son distintos dependiendo no sólo del cultivar, sino que también del tejido. Esta información sugiere que los cultivares de vid presentan diferentes mecanismos de respues-ta al hongo necrotrófico Botrytis cinerea que dependen del tejido y del cultivar. Así, el proyecto generó información que:

(a) demuestra respuestas cultivar- y tejido-dependientes en la especie V. vinifera.

(b) identifica grupos de genes que particularmente son expresados y grupos particularmente inhibidos, ante la agresión por el hongo.

(c) identifica rutas de respuesta común y rutas de respuesta específicas y diferenciadas en ambos cultivares, estableciendo grupos de genes involucrados en ellas.

El análisis del perfil transcripcional de muestras de bayas de Carmenère en distintas etapas de desarrollo (antes y después de la maduración) y en distintas temporadas de uvas con corrimiento (menor tamaño y sin semilla) y sin corrimiento (tamaño normal y con semillas desarrolladas), permitió identificar numerosos genes cuya expresión estaba fuertemente inducida o reprimida en bayas no semilladas respecto de bayas normales. Entre los genes fuertemente reprimidos en bayas corridas (tamaño pequeño y sin semilla) destacaban aquellos asociados a metabolismo primario, metabolismo secundario, transportadores de iones, componentes de vías de biosíntesis y de traducción de señales de fitohormonas y factores de transcripción asociados a desarrollo floral y frutal. Entre los genes inducidos en bayas corridas se destacan genes asociados a respuesta a estrés, degradación de proteínas y biosíntesis de metabolitos asociados a la regulación del desarrollo vegetal.

El presente proyecto propone la continuación de estos estudios y como base para la realización de esta propuesta se cuenta con una colección de genes candidatos (putativos) que pueden estar jugando un papel crucial en los fenómenos estudiados. Con el objetivo de dilucidar y comprobar el papel que estos genes pueden estar jugando en el mecanismo de defensa de la vid contra B. cinerea o en el fenómeno de corrimiento, se hace necesario demostrar la funcionalidad y efectividad de ellos para ayudar al sistema de defensa de la vid, a controlar la enfermedad causada por este hongo o para evitar la carencia de semilla en las bayas de Carmenère. La demostración experimental de la participación funcional de estos genes candidatos en la respuesta defensiva de la vid o en el fenómeno de corrimiento permitiría contar con herramientas para combatir el patógeno o reducir el grado de corrimiento en las bayas. Esto se traduciría en un beneficio inmediato para el sector productivo, lo que le permitiría potenciar nuevos programas de mejoramiento genético, desarrollar nuevas estrategias de manejo agronómico y por consiguiente un mejoramiento de los productos comerciales como lo son la uva de mesa y el vino.

Para demostrar la funcionalidad de los genes candidatos en la protección del cultivar de vid frente al hongo B. cinérea, se aislarán las regiones codificantes completas (cDNAs) de los genes candidatos los que se sub-clonarán en vectores apropiados y se utilizarán para transformar plantas modelos como Arabidopsis, tomate o tabaco. Las plantas transgénicas obtenidas serán infectadas con el hongo y su respuesta defensiva será analizada a nivel molecular, utilizando técnicas de genómica y metabolómica de manera de determinar la funcionalidad del gen candidato en la protección contra B. cinerea. Al término de este proyecto se contará con genes patentados (nacional/internacionalmente), capaces de controlar la enfermedad causada por el hongo Botrytis cinerea que podrán ser utilizados para programas de mejoramiento no sólo de vid, sino que también de otras especies de interés comercial.


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Para demostrar la participación de los genes candidatos en el fenómeno de corrimiento se utilizará una estrategia similar a la anterior para introducir estos genes en plantas modelos. En las plantas transgénicas obtenidas se analizará el desarrollo floral, formación y desarrollo de semillas y aspectos específicos asociados al desarrollo y maduración de frutos de manera de demostrar la participación de los genes candidatos al fenómeno de corrimiento.

La presente propuesta, además, está enfocada hacia la puesta en marcha de un programa de largo plazo que permita abordar la obtención de variedades mejoradas de uvas viníferas para potenciar la producción de vino de alta calidad. Experimentos preliminares de microvinificación con diferentes clones de una colección de clones de la variedad Carmenère, ha demostrado diferencias en el desarrollo floral, desarrollo del fruto y calidad del vino producido. Estas observaciones demuestran la influencia que puede ejercer la variabilidad genética natural de este cultivar, sobre los productos de interés del sector viticultor como lo es la calidad del fruto y del consecuentemente la calidad del vino. Este estudio pretende caracterizar genotípica y fenotípicamente la colección de clones de Carmenère disponible en el país, utilizando tecnología de genómica, marcadores moleculares (SNPs) y metabólicos. Ello permitirá, al término de este proyecto, proveer a la industria vitivinícola nacional las herramientas (conocimientos), tanto para la selección de clones como para el mejoramiento genético y desarrollo de nuevas variedades de Carmenère que presenten, por ejemplo, una eficiente fertilidad, un menor o mínimo grado de millerandage y abscisión, un menor tiempo de maduración de frutos, una mejor relación ácido/azúcar, un menor contenido de sustancias no deseables (pirazinas, aminas biogénicas entre otras), etc. De esta manera se podrá reducir el impacto de los fenómenos que afectan la calidad del fruto de la uva vinífera, y por consiguiente obtener un vino de mayor calidad.

El grupo asociado lo representan cuatro entidades tecnológicas: Dos universidades nacionales (Universidad Técnica Federico Santa María y Universidad de Talca), el Instituto de Investigación Agropecuaria (INIA) y un instituto extranjero (Instituto Max-Planck, Golm, Alemania). A esta segunda etapa se han sumado dos empresas de los Consorcios implementados en el programa Bicentenario como lo son el Consorcio de la Fruta S.A. y el Consorcio Biofrutales S.A. Además, se han incorporado a esta iniciativa la empresa InvestMaule S.A. y Viña Casa Silva. El esfuerzo de todas estas organizaciones estará centrado en obtener productos comercializables, protegidos y transferibles al resto del sector frutícola.

El modelo de gestión del proyecto propone una estructura en la que un directorio tendrá por rol el supervisar la gestión, revisar y definir la estrategia, buscar vínculos, redes y alianzas adicionales, identificar nuevas fuentes de financimiento, negociar la propiedad intelectual y definir las condiciones de entrada/salida de socios. El Directorio además nombrará a un Gerente, que será responsable de la gestión de los proyectos y subproyectos propuestos, de la administración financiera, de asegurar el apoyo legal y de mantener al Directorio informado. Además el proyecto contará con un Comité Científico Asesor que participará en el seguimiento técnico de las actividades propuestas.

Se crean además vínculos con programas existentes en Chile (Consorcio del Vino, Consorcio Bio-frutales, Consorcio de la Fruta) y el mundo (International Grape Genome Program), y se generan sociedades específicas para la comercialización de los resultados en las que se ha llegado a acuerdo en la forma y tamaño de participación de cada uno de los miembros que participan en esta propuesta, y considerando las condiciones de propiedad intelectual acordadas con las instituciones participantes en la Etapa I.

El costo total del proyecto es de MM$1,423 de los cuales un 59.11% se le solicita al Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables, FONDEF, un 15% es aportes pecuniario de los socios contraparte, siendo el aporte total de un 30% del presupuesto. El restante es aportado por las instituciones beneficiarias.

El proyecto tiene un VAN total esperado de MM$28,648 con una TIR de 258% en un horizonte de evaluación de 5 años. Este VAN corresponde a la suma de los VAN de los dos subproyectos que se describen en esta formulación.

Los productos comprometidos son genes responsables de determinadas características, debida-mente identificados y caracterizados asociados a la protección de la planta de vid frente a enfermeda-


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des fungosas (B. cinerea) y al fenómeno de corrimiento; marcadores genéticos y metabólicos asocia-dos a características de interés, incluidos SNPs; plantas transgénicas con características de interés para los productores y nuevas variedades de uva y vinífera.

En el marco de la realización de la presenta propuesta se creará capacidades científicas-tecnológicas a través de la formación de nuevos investigadores, los cuales serán entrenados y capacitados para abordar los desafíos y las necesidades futuras en cuanto a la genómica vegetal en el país. Además, la realización de esta propuesta fortalecerá los programas de Post-Grado de las instituciones participantes (Doctorado en Biotecnología y Doctorado en Ingeniería Genética en las Universidades Técnica Federico Santa María y de Talca, respectivamente).

› abstract

This proposal corresponds to the continuation of the studies performed between 2003 and 2006 in the context of the project “Scientific and technological platform for the development of plant genomics in Chile. Stage I Functional genomics in grapevine”. In addition, new studies are planned in order to obtain plants with resistance to fungal diseases and for the development of a long term breeding program to obtain improved clones of the Carménère variety.

Two problems affecting the grapevine culture in our country were studied in association with productive agents:

a) diseases caused by phytopatogens

b) disorders in berry development, both causing severe economical losses to national industry.

Fungal disease is the main phytosanitary problem for the grapevine culture and could be developed at both, pre or post-harvest period, being the necrotrophic Botrytis cinerea the most important fungal pathogenic agent in Chile. On the other hand, some grapevine cultivars as Merlot, Malbec and specially Carménère, are affected by a particular disorder during berry development which is characterized by the presence of both, normal seeded berries and small parthenocarpic non-seeded grains on the same cluster. These small berries do not reach maturity, contain high levels of undesired compounds and do not produce metabolites which are important for wine organoleptic properties, affecting the wine quality.

In the concluded project (Stage I) two sub-projects in relation with the above mentioned problems were developed:

i) characterization of the defensive response toward Botrytis cinerea in different tissues from two grapevine cultivars (Sultanina and Carménère).

ii) analysis of the molecular genetics associated to the “millerandage” phenomenon in developing berries from Carménère.

By using macroarray hybridization techniques, the transcriptional profiles of fungal infected tissues and from non-seeded parthenocarpic berries were determined, allowing the identification of genes involved in either the plant defensive response to B. cinerea infection or in the development of parthenocarpic berries in Carménère.

The obtained data show that some aspects of defensive response toward the fungal infection are similar to those found in model plants as Arabidopsis and tomato but also there are new elements specific for grapevine. Such new components are different depending on the variety and tissue analyzed. Taken together the results suggest:


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a) the response to fungal infection is cultivar and tissue dependent in V. vinifera.

b) the pathogen attack induces and represses specific group of genes.

c) there are common and specific defensive pathways in both grapevine cultivars.

On the other hand, the transcriptional profile analysis in seeded and non-seeded berries from Carménère, allowed the identification of several genes which are strongly induced or strongly repressed in non-seeded berries when compared to normal seeded grains. The repressed genes included those associated to primary and secondary metabolism, ion transporters, components of phytohormones biosynthetic and signal transduction pathways and transcription factors related to flower and fruit development. The induced ones correspond to genes associated to stress response, protein degradation and biosynthesis of metabolites involved in plant development regulation.

The present project corresponds to the continuation of these studies, being the collection of candidate genes formerly identified the support for this proposal. The elucidation of the role of these genes in the defensive response toward B. cinerea or in the parthenocarpic phenomenon is essential for the development of strategies for fungal pathogenesis protection or for minimizing disorders in berry development. These strategies could be traduced into new agricultural practices or in new plant breeding programs with obvious benefits for the viticulturist.

To demonstrate the functionality of the candidates genes in the protection of grapevine cultivar in of the B. cinerea fungus, complete coding regions (cDNAs) of the candidate genes will be isolated to be sub-cloned in appropriate vectors and to transform plant models such as Arabidopsis, tomato or tobacco. The transgenic plants obtained will be infected with this fungus and their defensive response will be analyzed at molecular level using of genomics and metabolomics techniques in order to determine the functionality of the candidate gene in the protection against B. cinerea. At the end of this project we will have patented genes (national/internationally) able to control the disease caused by Botrytis cinerea to be used not only for grapevine improvement programs of, but also in other species of commercial interest.

A similar strategy will be used to introduce the candidate genes in plants models in order to demonstrate their participation in the “millerandage” phenomenon. Floral development, formation and development of seeds and specific aspects associated to the development and maturation of fruits will be analyzed in the transgenic plants to evaluate the participation of the candidate genes in the “millerandage” phenomenon.

This proposal is, also, focused toward the setting of a long term breeding program that allows us to obtain improved grapevine varieties, increasing in this way the production of high quality wine. Preliminary studies with different clones from a Carménère collection show differences in the floral and fruit development, and quality of the produced wine. These observations demonstrate the influence of the natural genetic variability of this cultivar in the products which are important for the private sector such as the quality of the fruit and consequently the quality of the wine. This study aims to characterize, genotypically and phenotypically, the available clones from the collection of Carménère available in the country, using genomics technologies, molecular (SNPs) and metabolic markers. This will allow us, at the end of the project, provide to the national wine industry the tools (knowledge) for the selection of clones for genetic improvement and developing of new varieties of Carménère with, for example, an efficient fertility, minimum “millerandage” and abscission, shorter fruit maturation time, a better relationship acid/sugar, a lower content of non desirable substances (pirazines, biogenic amines among other), etc. In this way we will be able to decrease the impact of the phenomena that affect the quality of the grapevine fruit, and consequently to obtain a higher quality wine.

The associated group represents four technological entities: Two national Universities (Universidad Técnica Federico Santa María and Universidad de Talca), the Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) and a foreign institute (Max-Planck Institute, Golm, Germany). To this second Stage two companies developed by the the Bicentennial Program have been joint: Consorcio de la


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Fruta S.A. and Consorcio Biofrutales S.A. Other two companies have been also incorporated to this initiative: InvestMaule S.A. and Viña Casa Silva. The efforts of all these organizations will be centered in obtaining protected commercial products to be transferred to the rest of the fruit producers.

The proposed administration model of the project include a structure in which a directory will have the role of supervising the administration, to review and to define the strategy, to look for new links, collaboration networks and additional alliances, to identify new financing sources, to negotiate the intellectual property and to define the conditions of entrance or exit of partners. The Directory will also designate a Manager that will be responsible for the administration of the projects and proposed subprojects, of the financial administration, assuring the legal support and maintaining the Directory informed. The project will also have an Advisory Scientific Committee that will participate in the technical follow-up of the proposed activities.

There are also links with other existent research programs in Chile (Consortium of the Wine, Biofrutales Consortium, Fruit Consortium) and in the world (International Grape Genome Program) and specific societies will be generated for the commercialization of the results in those that agreement has been reached in the form and participation of each member in this proposal and considering the intellectual properties agreed with the participating institutions of the Stage I.

The products committed in this proposal are genes responsible for certain characteristics, properly identified and characterized, associated to the protection of the grapevine plant from fungous disease (B. cinerea) and to the “millerandage” phenomena; genetic and metabolic markers associated to characteristic of interest, included SNPs; transgenic plants with characteristic of interest for the producers and new varieties of grape and grapevine.

In the realization of the present proposal scientific and technological capacities will be created through the formation of new investigators which will be trained to approach the challenges and the future necessities for the plant genomics in the country. Also, the realization of this proposal will strengthen the graduate programs of the participant institutions (Doctorate in Biotechnology and Doctorate in Genetic Engineering in the Universidad Técnica Federico Santa María and Universidad de Talca, respectively).

[ Proyecto INNOVA-CORFO: 05CTE02-02 ]

Mejoramiento de la Productividad y Eficiencia en la Elaboración de Vinos de Calidad - Proyecto BiosensoresInvestigadoresPh.D. Manuel E. Young A.Ing. Fernando AlbornozLic. Elizabeth SánchezÁreasIngeniería de enzimasElectroquímica

› resumen

Se busca implementar a nivel semi-industrial un Paquete Tecnológico para monitorear parámetros asociados a la calidad actual de los vinos e incrementar así, los volúmenes de producto destinados a los nichos de precio superior en los mercados internacionales. Para este efecto, se construirá y validará un KiT de Biosensores para monitoreo de materia prima, producto en proceso y aguas residuales. Las ventajas de la tecnología son la especificidad, rapidez de respuesta, bajo costo de construcción y operación. La brecha tecnológica consiste en generar la capacidad de desarrollar, implementar,

13.4


2 6 7

validar y aplicar convenientemente paquetes que involucren biosensores en situaciones específicas. Existen en el mercado todos los insumos requeridos, en algunos casos, específicos para el armado de estos sistemas. El riesgo del proyecto es bajo ya que gran parte de las tecnologías involucradas tienen desarrollo científico y en otros, las partes están comercialmente disponibles.

[ Objetivo General: ]

Desarrollo e implementación de un paquete tecnológico a escala semi-industrial, para monitorear parámetros de calidad y ambientales en la producción de vino.

› abstract

We look forward to implement at semi industrial level a technological package to monitor parameters associated with quality of wine therefore increasing the volume of products oriented to the upper quality level in the international market. To these effects a biosensor kit will be built to monitor raw material, products in process and waste waters.

The advantages of this technology are specificity, response speed, and low construction and operation costs. The technology gap consist in built the capacity of develop, implement, validate and apply packages that include biosensors in specific situations. There are already available in the market all the supplies needed toward the construction of these systems. The risk is low because a great part of the technologies have a sufficient scientific development and the parts are commercially available.

[ General objective: ]

Development and implementation of a technological package at semi industrial scale to monitor quality and environmental parameters associated with wine production.

[ Proyecto CORFO ]

Mejoramiento de la Calidad de Productos Hortofrutícolas mediante el Uso de Productos Naturales para el Tratamiento de Enfermedades Virales,

Fúngicas y Bacterianas basado en Extractos de Algas MarinasInvestigadores

Dr. Hugo Peña C.Dr. Francisco Jara

Dr. Mauricio osorioBqa. Edra Jimenez

Sr. Alberto Ramírez (Fundación Chile)Sr. Cristián Medina (Fundación Chile)

ÁreaAgropecuaria

› resumen

Chile es un país en el cual la actividad agrícola es uno de los pilares de la economía, donde las especies frutales y hortícolas destinadas a exportación representan ingresos por USMM $8.000 al año; la agricultura es fuente de mano de obra del 13,2% de la masa laboral activa del país, sin embargo, las plagas y enfermedades de los cultivares limitan fuertemente la productividad, constituyéndose así en la principal preocupación del sector en relación al desarrollo de una agricultura nacional sustentable.

13.5


2 6 8

Como por otra parte, se ha demostrado que las algas poseen interesantes propiedades de estimulación del crecimiento de plantas así como de protección frente a diversos patógenos, donde incluso ya se encuentra en Francia un producto anti hongos, en base a algas del Mar del Norte; el equipo de trabajo de la Universidad Santa María y Fundación Chile, hizo ensayos preliminares de extractos de algas sobre enfermedades recurrentes en el agro nacional, con resultados muy promisorios. Esto, añadido al hecho que el control químico ha sido el método ampliamente dominante para combatir las plagas, produciendo una creciente contaminación del ambiente con las serias consecuencias para la salud de la población en general y en particular para los trabajadores agrícolas; ha dado origen a la presente propuesta.

El proyecto implica desarrollar productos en base a extractos algas pardas, rojas y verdes, para aplicar en el control de enfermedades virales, fúngicas y bacterianas de importancia económica en paltos y vides, cultivos de gran relevancia en las Regiones III a V. Se usarán diversas técnicas de extracción a nivel de laboratorio, que serán escaladas aprovechando la experiencia de Archimex (Francia) y de Fundación Chile en la obtención de productos con valor agregado a partir de recursos naturales. Los ensayos se iniciarán en el laboratorio de la UTFSM con plantas modelo para continuar en condiciones de invernadero y finalmente en el campo, todo lo cual determina el camino crítico arrojando un tiempo total de 48 meses para ejecutar la iniciativa. Las actividades no están sólo restringidas a definir las propiedades esenciales de los extractos sobre virus, hongos y bacterias, sino también a determinar si éstos son detrimentales por algún concepto para las mismas plantas o el medio ambiente.

El abastecimiento de algas es un tema establecido por las empresas exportadoras de algas secas para elaborar gelificantes en otras latitudes, de modo que un uso más atractivo económicamente puede fácilmente modificar el destino de las mismas, además existen muchas especies como las verdes que no tienen uso y por el contrario son una contaminación de las playas, u otras como las pardas de la Zona Sur donde su extracción es mínima. Por otra parte, como muchas algas son endémicas de las costas nacionales, se presentan interesantes oportunidades de obtener productos y procesos únicos, por lo que también se han considerado fondos y recursos para la adecuada protección intelectual.

Los extractos de algas actúan mediante el concepto de protección sistémica adquirida, haciendo que sea la propia planta que genere su defensa a través de su sistema inmunológico, de modo que además se pueden utilizar en cantidades reducidas, con interesantes economías para los agricultores donde las aplicaciones para el control de hongos en paltos y vides pueden disminuir su costo desde US$29 a US$12 por Hectárea, lo que garantiza la demanda de los productos a desarrollar, además de su claro atractivo para los cultivos orgánicos, de gran importancia en los mercados de destino de las exportaciones nacionales.

Las actividades se han dividido en tres etapas: Desarrollo de productos y ensayos de campo, Desarrollo a nivel piloto del extracto y evaluación y Difusión y transferencia. El costo total es de MM$491,2, solicitándose al FDI un aporte de MM$289,2; ya que beneficiarios y contraparte hacen una contribución de MM$202. Además se espera que al cabo de 10 años de concluido el proyecto se genere una industria que elabore más de 390 toneladas de extractos para control de plagas, con ventas sobre US$2.300.000 anuales y TIR superior a 30%.

› abstract

The agriculture in Chile is one of the pillars of the economy, where the fruit and vegetables destined to export represent income by USMM$8.000 per year. The plagues and diseases limits the productivity strongly, constituting in the main preoccupation of the sector in relation to the development of a sustainable agriculture. Seaweeds has interesting properties of stimulation growth of plants and protection against diverse pathogens, where already in France is a product anti fungi based on seaweed of the North Sea. The work parties University Santa Maria and Fundacion Chile, made preliminary tests of extracts of seaweed on recurrent diseases, with very promissory results.


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This, added to the fact that the chemical control has been the most dominant method to fight the plagues, producing an increasing pollution with serious consequences for the health of the population in general and individual for the agricultural workers; has given origin to the present proposal. The project implies to develop products on the basis of extracts of brown, red and green seaweed, for the control of virus, fungous and bacterial diseases of economic importance in avocados and grapevines. It will be used diverse techniques of extraction at laboratory level, then will be scaled taking advantage of the experience Archimex (France) and Fundacion Chile. The tests will begin in the laboratory of the USM with plants model and then comes the field test.

On the other hand, as many seaweed are endemic of the national coasts, interesting opportunities appear to obtain unique products and processes, suitable for intellectual protection. The extracts of seaweed act as a acquired systemic protection, causing that the plant generates its defense through its immunological system, so that in addition they are possible to be used in reduced amounts, with interesting economies for the agriculturists where the applications for the control of fungi in avocados and grapevines can reduce their costs from US$29 to US$12 per Hectare, which guarantees the demand of products to develop, in addition to its clear attractiveness for the organic cultures. The activities have been divided in three stages: Product development and tests of field, development at level pilot of the extract and evaluation and diffusion and transference. The total cost is of MM$491,2, asking for itself to INNOVA a MM$289,2 contribution; since beneficiaries and companies make a contribution of MM$202.

[ Proyecto INNOVA-CORFO 07LE2-5921 ]

Creación de un Consorcio Tecnológico Empresarial Internacional para el Desarrollo de la Ingeniería de Tejidos (CDIT)

InvestigadoresPh.D. Sergio Tapia, (Universidad de Playa Ancha)

Ph.D. Manuel Young A.Lic. Elizabeth Sanchez

Ing. Fernando AlbornozLic. Elizabeth Sanchez

Ph.D. Patricio VillalobosMg. Patricio Morales G. (Clínica Veterinaria Protectora de Animales)

Ph.D. Alexis Aceituno A. (Universidad de Valparaíso)M.Sc. Donald Brown G. (Universidad de Valparaíso)

Ph.D. Caroline Weinstein O. (Universidad de Valparaíso)Áreas

Cultivos CelularesIngeniería de Tejidos

Bioreactores

› resumen

Las soluciones tecnológicas que incorpora la ingeniería de tejidos buscan complementar o sus-tituir la necesidad de implantes en algunas afecciones, desarrollando complejos que complementan materiales sintéticos y células, los que una vez implantados en los organismos defectuosos restauran la función perdida.

La innovación a partir del estado de la técnica se fundamenta en los avances alcanzados por el grupo de investigacion en proyectos similares, relacionados con implantes de piel y a partir de allí enfrentar el desafío de obtener Cartílagos Consistentes y adecuados para los implantes.

13.6


2 7 0

[ Objetivo General: ]

Desarrollar biomateriales y capacidades en el ámbito de la Ingeniería de Tejidos Humanos, para efectuar procedimientos clínicos de reconstrucción e implante.

[ Objetivos Específicos: ]

Desarrollar a escala comercial tecnologías, productos y servicios patentables, que permitan la re-construcción de superficies articulares dañadas por enfermedades degenerativas o por traumatis-mos mediante implantes cartilaginosos.

Especializar a profesionales altamente calificados en el desarrollo e implementación de estas tecno-logías y productos.

Extender el modelo científico tecnológico y comercial a otros países latinoamericanos mediante la generación de alianzas nacionales e internacionales para escalar el mercado.

Constituir un Consorcio Tecnológico Empresarial (CDIT) formado por universidades y empresas de la V Región, con un asociado tecnológico internacional.

› abstract

Technological solutions related with tissue engineering look forward to complement or substitute the need for transplants, developing devises that complement synthetic materials and cells that once implanted in defective tissue help to restore the missing function.

The innovation starting from the state of the art is based on the achievements made by the research group in similar projects related to skin implants and from there move toward the challenge of obtaining consistent cartilage satisfactory for transplantation.

[ General Objective: ]

Develop biomaterials and capacities in the field of human tissue engineering to perform clinical procedures of implants and reconstruction.

[ Specific Objectives: ]

Develop at commercial scale novel technologies, products and services toward reconstruction of joint surfaces damaged by disease or trauma.

To specialize highly qualified professionals in development and implementation of these technologies and products.

Extend the scientific/technological/commercial model to other Latin American countries by mean of national and international alliances looking forward the widening of the market.

Structure a Consortium together with universities and enterprises from the V Region together with an international associate.

›

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[ Proyecto INNOVA-CORFO 05CR11 PXT - 23 ]

Desarrollo de un Prototipo de Equipamiento basado en Respirometría para la Medición de Demanda Bioquímica de Oxígeno en Riles Agroindustriales

InvestigadoresIng. Raul Galindo U.

Ph.D. Erika Valdés C.Ph.D. Manuel Young A.Lic. Elizabeth Sánchez

Ing. Fernando AlbornozÁreas

Ingeniería SanitariaMicrobiología

análisis instrumentalBioreactores

› resumen

Los últimos años se han podido conocer los efectos del mal manejo de residuos industriales de procesos productivos. Esto ha tenido importantes consecuencias en diversos ámbitos, tales como el medioambiental, jurídico, comercial, internacional y político.

A nivel nacional y latinoamericano no existen en el mercado equipos a precios competitivos que realicen medición en tiempo real y en un amplio rango representativo de diversos procesos industriales de la Demanda Bioquímica de Oxígeno, capaces de cubrir brechas en los costos y en las posibilidades de alerta temprana o simplemente de certificación objetiva.

Aunque esta tecnología está disponible en países desarrollados, estos no han experimentado en instrumentación basada en biosensores con sintonía (Tunning) de rango de medición en serie mediante técnicas optoelectrónicas, es así que actualmente sólo se ofrecen equipos que utilizan sólo alguna de las técnicas de medición, limitados en sus rangos de medición.

El presente proyecto propone utilizar los dos métodos de medición de Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) más difundidos en el mundo, pero en forma combinada, lo que permitirá desarrollar un equipo único en su especie y con claras ventajas frente a lo existente. La tecnología será patentada en forma nacional y se presentará la protección internacional (PCT).

El Centro de Biotecnología Daniel Alkalay de la Universidad Federico Santa María, con amplia experiencia en la investigación de biosensores propone el desarrollo de esta tecnología en conjunto con la empresa privada Teccia Limitada que aporta su importante experiencia en desarrollo de productos basados técnicas de medición optoelectrónicas.

Se estima que el nuevo equipo permitirá ahorros de hasta 95% anual en promedio por unidad industrial, en el costo del muestreo de efluentes industriales.

El mercado objetivo planteado para el proyecto está constituido por el sector agroindustrial, si bien los dispositivos que se desarrollarán son de amplia aplicabilidad al utilizar técnicas combinadas que permitirán operar en amplios rangos de medición. El mercado de servicios de análisis de aguas y en particular de RILes ha tenido un interesante crecimiento en los últimos años, debido en gran medida a las exigencias ambientales establecidas por norma y también requeridas por mercados internacionales, destino de la mayoría de los productos nacionales.

La estrategia para conducir la tecnología a una escala comercial considera en una primera parte el licenciamiento de la tecnología patentada a entidades de países de alto desarrollo tecnológico y de altas exigencias medioambientales, de Europa y Norteamérica en una primera instancia, para posteriormente, a mediano plazo, acceder a tecnologías adecuadas para producir los dispositivos en el país y comenzar la etapa comercial a nivel latinoamericano.

13.7


2 7 2

› abstract

Recent years have known the effects of poor management of industrial waste from production processes. This has important implications in various fields such as environmental, legal, commercial, international and political.

At the national level and not existing equipments in the Latin American market at competitive prices performing real-time measurement over a wide range of various industrial processes representative of the biochemical oxygen demand, able to fill gaps in cost and open the possibilities for warning early or simply objective certification.

Although this technology is available in developed countries, they have not experimented in instrumentation based biosensors with tuning over a range of measurement using optoelectronic series, currently only offer equipments that use only one of the measurement techniques limited in their ranges of measurement.

This project proposes to use two of the world more widely used methods for measuring biological oxygen demand (BOD) , but in combination, which will develop a unique and clear advantages over the existing one. The technology is patented in the present national and international protection system (PCT).

The Biotechnology Center “Daniel Alkalay Lowitt” of the University Técnica Federico Santa María, with extensive experience in Biosensors Research proposes the development of this technology in conjunction with private enterprise Teccia Limited to brings its substantial experience in developing products based optoelectronic measurement techniques.

It is estimated that the new equipment will allow savings of up to 95% per year on average per unit cost of the industrial effluent sampling.

The target market for the proposed project consists of the agribusiness sector, while the devices that were developed are widely applicable when using combined techniques that will operate in wide ranges of measurement. Market analysis services especially water and Riles had an interesting growth in recent years largely due to environmental requirements established by regulation and required by international markets, the destination of most products.


M. carvajal, J.A. Garbarino, H. Peña, L. Espinoza, A. Russo, “Modificación de moléculas de hormonas vegetales mediante biotransformación con hongo Gibberella fujikuroi”, 1er Congreso Chileno-Hispano-Argentino, “La Diversidad Química y Biológica de Organismos de la Región Patagónica”, Puerto Natales, Chile; 20-23 abril 2008

M. Piovano, J.A. Garbarino, E. Sánchez, M. Young, “Determination by SPME of volatile compounds in non edible Basidiomycetes”, XVII Congresso Ital-Latinoamericano di Etnomedicina “Bernardino D’Ucria, 16-21, Palermo, Italia; PA131; Settembre 2008

M. Piovano, J.A. Garbarino, S. Ortega, I. Ramírez, H. Peña-Cortés, “Effect of lichen compounds on the growth of pathogens bacteria and the fungi”, XVII Congresso Ital-Latinoamericano di Etnomedicina “Bernardino D’Ucria, 16-21, Palermo, Italia; PA132; Settembre 2008

H. Peña-Cortés, a. cuadros, I. Ramírez, P. Giavalisco, L. Willmitzer, “Wine metabolome by using LC-MS technology”, Macrowine, Montpellier, France; 2008

c. caldana, a. cuadros, S. Ruiz, E. González, L. Willmitzer, H. Peña-Cortés, “A novel qRT-PCR platform for profiling over 800 genes of grapevine”, Plant Biology 2008, Merida Mexico; 2008

E. González, S. Ruiz, I. Ramírez, F. Dorta, H. Peña-Cortés, “Ingeniería metabólica”, Transferencia de los resultados de los proyectos Vinnova-Tecnovid, Casablanca, Chile; 2008

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E. Gonzalez, S. Ruiz, H. Peña-Cortés, “Plataforma tecnológica para el mejoramiento de la calidad de la vid mediante ingeniería metabólica”, Seminario Internacional Innovación en la Industria del Vino en ChileIngeniería metabolic, Casablanca, Chile; 2008

a. cuadros, c. caldana, P. giavalisco, I. Ramírez, F. Dorta, E. González, S. Ruíz, L. Willmitzer, H. Peña-Cortés, “Characterization of the grapevine development and ripening by integrated analysis of transcriptome and metabolome”, 8th International Symposium on Grapevine Physiology and Biotechnology, Adelaide, Australia; 2008

H. Peña-Cortés, A. Cuadros-Inostroza, P. Giavalisco, L. Willmitzer, “Using a high resolution LC-MS metabolic profiling technology for the discovery and characterization of biomarkers related to wine quality”, 8th

International Symposium on Grapevine Physiology and Biotechnology, Adelaide, Australia; 2008

C. Weinstein, M. Young, “Development towards innovation in nTissue Engineering”, Workshop “Taller Chileno-Alemán en el Centro de Biotecnología y Biomedicina con ocasión de la Feria del Libro de Leipzig: Biotechnology, including lectures series-Regenerative Medicine”, Univeristät Leipzig, Leipzig, Alemania; 2008


M. Hernández, P. Villalobos, V. Morgante, M. González, c. reiff, E. Moore, M. Seeger, “Isolation and Characterization of a Novel Simazine-degrading Bacterium from Agricultural Soil of Central Chile, Pseudomonas sp. MHP41”, FEMS Microbiology Letters; Vol. 286, p. 184-190; 2008

M. Hernández, V. Morgante, c. Flores, P. Villalobos, M. González, P. Miralles, a. Dinamarca, M. Seeger, “Modern Approaches for the Study of s-Triazine Herbicide Bioremediation in Agricultural Soils”, Revista de la Ciencia del Suelo y Nutrición Vegetal, Chile; Vol. 8(2), p. 19-30; 2008

M. Hernández, V. Morgante, M. avila, P. Villalobos, P. Miralles, M. González, M. Seeger, “Novel s-triazine-degrading Bacteria Isolated from Agricultural Soils of Central Chile for Herbicide Bioremediation”, Electronic Journal of Biotechnology; Vol. 11 Nº 5, Special Issue; 2008

s. almonacid, a. najera, r. simpson, M. Young, C. Acevedo, “Production of Stout-beer using Immobilied Yeast”, Journal of Biotechnology /Abstracts; Vol. 136S, p. S747; 2008

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› Departamento de arquitectura

1.1 Análisis Socio Espacial de los ocho Espacios Públicos principales del Campus Central de la UTFSM

1.2 Análisis de Tendencias en Movilidad en el Gran Valparaíso. El Caso de la Movilidad Estudiantil Universitaria

› Departamento de ciencia De Materiales

2.1 Un Nuevo Enfoque para el Análisis de la Curva J-R y la Condición de Inestabilidad en Mecánica de Fractura Elasto-Plástica

› Departamento de Electricidad

3.1 Detección y Operación en Condiciones de Falla de un Convertidor Flying Capacitor Operando con Control Predictivo

3.2 Mejoramiento de la Respuesta a Perturbaciones en el Control de Corriente de Rectificadores Conectados en Paralelo

3.3 Contribuciones al Diseño de Megatransformadores-Rectificadores controlados para Procesos de Electroobtención

3.4 Técnicas de Control y Nuevas Topologías basadas en Convertidores Multinivel de la Familia Flying Capacitors

3.5 Mejoramiento de Operaciones de Biolixiviación de Minerales de Cobre y Electro- Obtención en Plantas a gran altura mediante Calentamiento de Soluciones por Inducción Magnética

› Departamento de Electrónica

4.1 Investigación Robótica Móvil Autónoma (IRMA)

4.2 Desarrollo de Nuevos Métodos Matemáticos y Software para analizar y mejorar la Disponibilidad de Sistemas Reparables

4.3 Identificación de Modelos de Estado mediante máxima Verosimilitud en Frecuencia

4.4 Modelado de Canales de Propagación, Protocolos y Aplicaciones en Comunicaciones Inalámbricas

4.5 Técnicas de Control Moderno de Convertidores Estáticos

4.6 Control y Modulación de Convertidores Multinivel para su aplicación en Accionamientos Eléctricos

4.7 Diseño Óptimo para Controladores Multivariables con Estructura Restringida

4.8 Asignación Dinámica de Recursos en Redes Ópticas por Conmutación de Ráfagas Fin-a-Fin

4.9 Mezcla de Cuatro Ondas en Amplificadores Ópticos Raman Distribuidos

4.10 Medición y Monitoreo de Señales Dinámicas y Emisiones Conducidas EMC/EMI en Sistemas Industriales

4.11 Diagnóstico y Detección de Condiciones Anómales y Fallas en Accionamientos con Cicloconversores de Alta Potencia empleados en Molienda

4.12 Identificación de Modelos de Estado Mediante Máxima Verosimilitud en Frecuencia.

4.13 Estrategias de Control para Convertidores con Fuentes de Corriente

4.14 Estrategias de Control para Convertidores Matriciales Indirectos

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4.15 Impacto en el Desempeño del Uso de Modelos de Complejidad Restringida en el Diseño de Control Lineal para Plantas Multivariables

4.16 Redes Ópticas WDM Dinámicas v/s Estáticas bajo Condiciones de falla

4.17 Control Predictivo de Convertidores Multifase y Multinivel

4.18 Interfaces de Convertidores Multinivel para Sistemas de Conversión de Energía Eólica y Fotovoltaica

4.19 Modulation and Control for Novel Hybrid Multilevel Converters with Harmonic Voltage Compensation for Drives Application

4.20 Confiabilidad de Sistemas Industriales con el Control y Mitigación del Nivel de Interferencias Conducidas EMI/EMC

4.21 Análisis, Modelado y Optimización de la Aplicación de Tecnologías Inalámbricas

4.22 Mejoramiento de Procesos Productivos en Convertidores Multinivel

4.23 Eficiencia Energética en Procesos Industriales

4.24 Tópicos de Calidad de Servicio en Redes de Acceso Inalámbricas

4.25 Análisis y Optimización de Esquemas de Diversidad con Múltiples Antenas para Sistemas Inalámbricos Fijos

› Departamento de Física

5.1 Física de Aceleradores de Partículas

5.2 Diseño y Desarrollo de Sensor de Humedad de Bajo Costo basado en Capacitancia Eléctrica como Elemento Base para Reducción de Asfixia Radicular en Cultivos Agrícolas altamente sensibles a las Actividades de Riego

5.3 Estudio Multidisciplinario de Nanoestructuras Híbridas

5.4 Interacción de Iones con Estructuras de Carbono

5.5 Cromodinámica Cuántica Perturbativa y Renormalones en Física de Hadrones Pesados

5.6 Dinámica de Producción de Partículas en Colisiones-Hadrónicas de Alta Energía

5.7 Procesos Duros QCD en Colisiones Relativísticas de Iones Pesados del LHC

5.8 Estados Excitónicos y de Impurezas en Sistemas de Baja Dimensionalidad

5.9 Fenomenología de Interacciones Electrodébiles del Modelo Estándar y sus Extensiones

5.10 Tópicos en Teoría de Campos Térmica desde la Prespectiva de la Representación del Operador Térmico

5.11 QCD a Densidad Finita y Colisiones de Iones Pesados

5.12 Interacción de Iones Hidrógeno con Nanotubos de Carbono a Bajas Energías

5.13 Magnetismo a Escala Nanoscópica y Molecular

5.14 Observables Físicos en Teorías de Gauge

5.15 Desde los Hadrones a los Quarks y los Higgs: Dos Experimentos en el Laboratorio Jefferson y en el Gran Colisionador de Hadrones

5.16 Estudio de las Condiciones Experimentales de Síntesis de Arreglos de Nanotubos de Carbono (CNTs) por Medio de Deposición por Vapor Químico (CVD) asistido por Moldes de Alúmina (AAO)

5.17 Estudio de Señales de Nueva Física en el LHC y en un Futuro Colisionador Lineal

5.18 Nuevo Equipo para el Estudio de la Dinámica de Patologías del Cerebro Mediante Técnicas de Spect

5.19 Experimentos Remotos para la Enseñanza Media en Física, Química y Matemática

5.20 Centro de Nanociencia de Valparaíso. Estudio Multidisciplinario de Nanoestructuras Híbridas

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5.21 Centro de Estudios Subatómicos

5.22 Centro de Nanociencia de Valparaíso

5.23 Inserción de Postdoctorado en el Programa de Física Subatómica de La UTFSM

5.24 Propiedades Ópticas y Electrónicas de Puntos Cuánticos Elípticos de GaAs-(Ga, AI)As e InAs/GaAs bajo Efectos de Campos Eléctricos y Magnéticos

› Departamento de industrias

6.1 Un Estudio Experimental en un Juego Dinámico de Formación de Redes

6.2 Ensayos Financieros sobre Mercados Emergentes Latinoamericanos

6.3 Propuesta de un Algoritmo para Proyectar DMUS a las Regiones Mejor Definidas de la Frontera DEA a través de Medidas de Eficiencia No Radiales

6.4 Identificación de Segmentos o Perfiles de Emprendedores según sus Características Personales y Nivel de Actividad Emprendedora en Chile

6.5 Planificación Táctica e Incertidumbre

6.6 Modelo para la Localización de una Bodega/Planta Industrial en Santiago de Chile, considerando Costos de Transporte y Valor de la Tierra

6.7 Investigación de Interacciones en Ambientes Tecnologizados para la Gestión de la Calidad de Actividades Organizacionales Críticas

6.8 Estudio de Variables Ambientales y de Manejo que determinan la Esterilidad Floral en Arroz (Oryza Sativa L) en Chile

6.9 Efectos de la Inclusión de Restricciones de Capacidad en Problemas de Localización Jerárquicos

6.10 El Rol de la Discriminación de Precios, Esquemas Tarifarios No Lineales y Firmas Multiproducto sobre los Cargos de Interconexión y el Bienestar, cuando los Suscriptores están conectados a través de una Red Social.

6.11 Redes Sociales Colaborativas para el Apoyo a la Enseñanza y Búsqueda de Conocimiento, enfocadas a Instituciones de Educación, APRENDARIS

6.12 Testing Models of Cooperative Working with Chile Enterprises, in particular in the Area of New Product Development and Industrial Maintenance

6.13 Integrated Maintenance Planning - iMaPla

6.14 Modelos Universitarios de Investigación Aplicada basados en el Desarrollo de Procesos Estandarizados de Innovación Tecnológica para Potenciar las Incubadoras Tecnológicas Universitarias (Spin-Off)

6.15 Diagnóstico de la Cadena Agrogastronómica Chilena

6.16 Cuantificación y Evaluación de la Implementación de un Programa de Fomento para la Utilización Integral del Recurso Jibia (Dosidicus Gigas) en la Región del Bío Bío

6.17 Centro TIC V Región

› Departamento de Informática

7.1 Metaheurísticas con Herencia Cultural

7.2 Desarrollo de Algoritmos Distribuidos de Scheduling para Grid (Grid Scheduling)

7.3 Un Algoritmo Eficiente de Membership para construir Confianza en Redes Peer to Peer

7.4 Resúmenes Lingüísticos en Bases de Datos XML

7.5 Algoritmos de Aprendizajes Flexibles y Robustos en Ambientes Dinámicos

7.6 Generación Semi-Automática de Cursos para Transferencia Metodológica de Ingeniería de Software

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7.7 Ambiente Gráfico para el Análisis de la Resolución en Técnicas de Ramificación y Acotamiento en Programación Entera

7.8 Computación de Alto Desempeño en Ciencias e Ingeniería

7.9 Ensemble Learning Strategies for High-Dimensional and Non-Stationary Data

7.10 Diseño de Estrategias Dinámicas integrando Programación con Restricciones y Metaheurísticas para resolver Problemas de Optimización Combinatorial

7.11 Teoría de Funciones Computacional y Geométrica

7.12 Self-Adaptive Bio-Inspired Hybrid Techniques for Hard Combinatorial Optimization

7.13 Elucidation of the First Regulatory Oligopeptides in Grape

7.14 Autómatas Celulares Conservativos y su Representación por Partículas

7.15 Contexta: Plataforma de Integración Semántica y Manejo Contextual de Colecciones Heterogéneas Distribuidas

7.16 Software Development for Alma: Building Up Expertise to meet Alma Software Requirements within a Chilean University

7.17 COREWEB: Razonamiento con Restricciones para la Composición de Servicios Web

7.18 Soporte Semántico para Actividad de Diseño Colaborativo

7.19 Técnicas Innovadoras en Procesamiento de Señales, Imágenes y Video Digital

› Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

8.1 Uso de Zeolitas Naturales en el Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales Industriales para la Remoción Integrada de Materia Orgánica, Compuestos de Azufre y Nutrientes

8.2 Tratamiento Electroquímico de Riles. Una Alternativa para el Tratamiento Químico

8.3 Hidrolizado Enzimático de Sub-Productos del Procesamiento de Salmón como Fertilizante Orgánico: Efecto en el Crecimiento de Plantas de Arabidopsis Thaliana

8.4 Remediación Electrodialítica de Residuo Sólido Contaminado con Metales Pesados en Suspensión.

8.5 Evaluación de la Calidad y Diseño de Procesos en la Industria de Alimentos

8.6 Análisis Fundamental del Arrastre de Orgánico en Sistemas de Extracción por Solventes del Tipo Mixer-Settler

8.7 Supervisión Inteligente de Unidades de Procesos

8.8 Estudio de la Agregación de Surfactantes No-Iónicos en Solventes Orgánicos: Determinación del Tamaño y Morfología de los Agregados

8.9 Proceso de Esterilización Comercial de Alimentos en Envases Flexibles y Semi-Rígidos: Modelación y Validación de la Presión Interna durante el Proceso.

8.10 Aceleración del Proceso de Deshidratación Osmótica a través de Calentamiento Óhmico

8.11 Modelación y Supervisión de Circuitos de Flotación Industrial

8.12 Extracción Supercrítica de Carotenoides a partir de Material Vegetal Empleando Co2 Supercrítico: Empleo de Lípidos como Modificadores

8.13 Electrochemical Treatment of Industrial Wastewaters. An Alternative to Chemical Treatment

8.14 Multilateral Network to promote Research on Sustainable Solid Waste Management for Inco Target Countries: Latin America

8.15 Extracción de Matrices Vegetales con Co2 Supercrítico: Estudio Experimental e Implicancias de el Fenómeno de Sorción

› Departamento de Mecánica

9.1 Grupos de Schottky Extendidos

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9.2 Modelos con Atractores Extraños

9.3 Coexistencia de Curvas Algebraicas Invariantes con Ciclos Límites Algebraicos, No Algebraicos y Centros en Campos de Vectores Polinomiales en el Plano

9.4 Frente de Ondas Viajeras para Sistemas Mixtos de Convección y Reacción

9.5 La Hipersuperficie Cúbica de P^4 y los Códigos de Goppa

9.6 Modelamiento Matemático para la Gestión de Recursos Naturales

9.7 Análisis Asintótico de Sistemas de Evolución y Aplicaciones

9.8 Ecuaciones Elípticas totalmente No-Lineales

9.9 Fenómenos de Convergencia Abrupta y Análisis Estocástico de Estrategias de Auto-Organización

9.10 Estudio Numérico y Computacional del Control Óptimo de Estructuras Delgadas

9.11 Fenómeno de Convergencia y Análisis Probabilista de Estrategias de Auto-Organización

9.12 Algunos Desarrollos en Análisis Numérico y Control de Vibraciones de Estructuras Delgadas

9.13 Grupos Extendidos de Schottky

9.14 Ecuaciones Elípticas totalmente No Lineales sin Monotonía

9.15 Caracterización de Propiedades de Tipo Lipschitz para Funciones, Conjuntos y Operadores Multívocos

9.16 Análisis de Sensibilidad en Problemas de Optimización Cónica

9.17 El Problema del Tiempo en Zubiri

9.18 Viable de Sistemas Dinámicos a Tiempo Discreto y Aplicaciones

9.19 Matemática, Informática y Gestión Pesquera

9.20 Modelamiento, Control y Optimización de Procesos Biológicos para la Descontaminación de Aguas

› Departamento de Mecánica

10.1 Generación de Condiciones de Flujo Entrante para Large-Eddy Simulation mediante Turbulencia Sintética MTLM

10.2 Estudio Numérico del Comportamiento de las Deformaciones de Probetas Metálicas sometidas a Tracción

10.3 Estudio de la Combustión Híbrida en Medios Porosos Inertes y su Aplicación en la Generación de Hidrógeno

10.4 Simulación Numérica del Comportamiento Elasto-Plástico de Materiales utilizando el Método sin Malla de Puntos Finitos

10.5 Almacenamiento de Gas Natural en Carbones Activados. Obtención de Materiales de Carbón a partir de Precursores Lignocelulósicos e Influencia de sus Propiedades Físicas, Texturales y Químicas en el Proceso Tecnológico de Almacenamiento de Gas Natural

› Departamento De Obras Civiles

11.1 Metodologías Eficientes para el Análisis y Diseño de Sistemas Estocásticos de Interés Práctico en Mecánica Estructural

11.2 Tenacidad al Corte de Hormigones Reforzados con Fibras

11.3 Programa de Seguimiento para Desempeño en Terreno de Distintos Tipos de Asfaltos

11.4 Diseño Óptimo en Problemas Estructurales de Alta Dimensionalidad

11.5 Análisis Posibilístico de la Incertidumbre en las Predicciones de Modelos de Simulación Hidrológica con Componente Nival

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11.6 Desarrollo de un Prototipo de Biosensor de Membrana para la Detección Temprana de Patógenos

11.7 Desarrollo de un Prototipo de Equipamiento basado en Respirometría para la Medición de Demanda Bioquímica de Oxígeno en Riles Agroindustriales

11.8 Desarrollo de un Sistema Prototipo de Pronóstico de Disponibilidad de Agua durante la Época de Deshielo en la Cuenca del Río Aconcagua con Actualización Periódica de las Predicciones

› Departamento de Química

12.1 Hongos Superiores en Chile: Contenido Químico y Ensayos Biológicos Preliminares de Basidiomicetes de las Regiones IV y V

12.2 Biorremediación de Suelos Contaminados con COPs y Metales Pesados: desde sus Bases Moleculares a Estudios de Biorremediación

12.3 Síntesis de Diterpen(Hidroxi)Quinonas derivadas de Ent-Labdanos Naturales, con Potencial Actividad Antineoplásica

12.4 Caracterización de la Distribución Gas/Partícula de Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) en la Atmósfera Urbana de Santiago: Análisis de Artifacts de Muestreo y Desarrollo de un Modelo Predictivo

12.5 Depuración de Antibióticos Persistentes en Efluentes Industriales Acuícolas mediante el uso de Fotocatalizadores Inmovilizados

12.6 Aplicación de Escalas Teóricas de Reactividad al Estudio de Reacciones de Sustitución y Eliminación

12.7 Desarrollo de una Nueva Metodología de Muestreo para el Monitoreo de Compuestos Orgánicos Tóxicos en el Aire Ambiente: Obtención de Información Fidedigna para Evaluar Riesgos en la Salud en las Ciudades de Santiago y Temuco

12.8 Estudio de las Capacidades Catabólicas de Compuestos Aromáticos de la Bacteria Modelo Burkholderia Xenovorans Lb400 y sus Aplicaciones en la Biorremediación

12.9 Sistema Integrado de Toma y Procesamiento de Muestras Atmosféricas en Ambientes Laborales para la Determinación de Compuestos Orgánicos Volátiles

12.10 Núcleo Milenio en Ecología Microbiana y Microbiología Ambiental (EMBA)

12.11 Aplicaciones de Escalas Teóricas de Nucleofilicidad y Nucleofugalidad para Estudio de Reacciones de Eliminación y Sustitución Nucleofílica

› Centro de Biotecnología “Dr. Daniel Alkalay Lowitt”

13.1 Desarrollo de Tecnología para el Cultivo de Células de Piel para Transplante Autólogo

13.2 Control de Problemas Fitosanitarios en Precosecha, aplicando Tecnología Limpia basada en el Uso de Substancias Naturales

13.3 Plataforma Científico-Tecnológica para el Desarrollo de la Genómica Vegegal en Chile Etapa II: Genómica Funcional en Vid

13.4 Mejoramiento de la Productividad y Eficiencia en la Elaboración de Vinos de Calidad - Proyecto Biosensores

13.5 Mejoramiento de la Calidad de Productos Hortofrutícolas mediante el Uso de Productos Naturales para el Tratamiento de Enfermedades Virales, Fúngicas y Bacterianas basado en Extractos de Algas Marinas

13.6 Creación de un Consorcio Tecnológico Empresarial Internacional para el Desarrollo de la Ingeniería de Tejidos (CDIT)

13.7 Desarrollo de un Prototipo de Equipamiento basado en Respirometría para la Medición de Demanda Bioquímica de Oxígeno en Riles Agroindustriales

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Actividades de Investigación

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