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Estudio de prefactibilidad técnico-económico para una planta de producción de vinos para Comercializadora Vibe Ltda.
No full textTesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Industrial.En el presente informe se presenta un estudio de prefactibilidad técnico-económica para una bodega de producción de vino para la empresa Vibe localizada en Yumbel. La empresa se dedica a la venta al por mayor y menor de bebidas alcohólicas y no alcohólicas. Esta bodega busca producir parte de la demanda de vino que poseen las comercializadoras de la empresa.
A partir del estudio de mercado se identificó que el mercado del vino a nivel nacional ha tenido periodos de crecimiento y decrecimiento en los últimos años por las tendencias de cuidado personal y también por la emergencia sanitaria. Se estima que en los próximos años este mercado presente un crecimiento, en especial las exportaciones. Además, los pequeños viñateros están optando por venta de sus uvas más que la producción de vinos, ya que se requiere una gran inversión en equipamiento y manejo para una alta producción. Del análisis de formato del producto se eligió el de botella de vidrio de 750cc por cumplir con la capacidad de producción mínima para obtener beneficios y ser cotizada en el mercado.
Se realizó un estudio técnico de maquinarias y equipamientos necesarios para la realización de los procesos, además, se propone un diseño la bodega con los flujos de materiales y actividades requeridas. A partir del estudio económico, se obtienen flujos de caja para tres escenarios: pesimista, realista y optimista y su diferencia en la demanda de vino, como resultado del estudio económico utilizando la herramienta VAN (6,2%), se obtienen los siguientes valores para cada escenario 37.524.076 y $51.251.301 millones de pesos respectivamente. De esta manera se define que el proyecto es rentable en los tres escenarios y se recomienda implementar el proyecto.Facultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería IndustrialConcepció
Estudio descriptivo de las relaciones entre regulación motivacional, engagement académico y desempeño académico en estudiantes de primer año de Ingeniería chilenos.
No full textTesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Industrial.Actualmente, bajo el marco de la educación superior chilena, fenómenos como la sobreduración académica, la deserción temprana y las bajas tasas de titulación evidencian tanto dificultades individuales de los estudiantes como también fallas en los sistemas de apoyo, planificación curricular y gestión universitaria. Frente a esta situación, se vuelve esencial comprender los factores que tienen influencia en el Desempeño Académico durante el primer año de universidad. Es por ello, que variables como la Regulación Motivacional y el Engagement Académico se vuelven clave, ya que permiten comprender en qué medida los estudiantes son capaces de regular su conducta hacia las actividades académicas y cómo se involucran con su proceso educativo, permitiendo anticipar riesgos y diseñando intervenciones y herramientas más eficaces.
A partir de lo anterior, surge la presente Memoria de Título con el objetivo de analizar la relación entre el Nivel de Regulación Motivacional, el Engagement Académico y el Desempeño en estudiantes de primer año de ingeniería chilenos, así como evaluar la capacidad predictiva del Nivel de Regulación Motivacional y el Engagement sobre el Desempeño Académico. Bajo un análisis correlacional predictivo con un corte transversal en el tiempo, se encuestó a 357 estudiantes utilizando instrumentos validados para medir cada una de las variables en estudio. Los análisis realizados incluyeron regresiones lineales múltiples y modelos de mediación.
Los resultados revelaron que el Nivel de Regulación Motivacional se relaciona positivamente con el Engagement pero no así con el Desempeño. En cambio, el Engagement -especialmente en su dimensión conductual- se relaciona positiva y significativamente con el Desempeño, actuando además como mediador total en la relación entre el Nivel de Regulación Motivacional y el Desempeño Académico. Esto indica que la motivación por sí sola no basta, pues debe traducirse en acciones concretas para impactar positivamente en el desempeño. Finalmente, se concluye que el Desempeño debe abordarse como resultado de la interacción entre variables personales y contextuales. Comprender este fenómeno permite a las instituciones diseñar estrategias de apoyo más eficaces, orientadas no solo a contener los efectos de problemas como la deserción o sobreduración, sino también prevenir sus causas desde el inicio del proceso formativo.Currently, within the framework of Chilean higher education, phenomena such as academic overextension, early dropout, and low graduation rates reflect not only individual student difficulties but also shortcomings in support systems, curricular planning, and institutional management. In light of this situation, it becomes essential to understand the factors that influence Academic Performance during the first year of university. In this context, variables such as Motivational Regulation and Academic Engagement become key, as they provide insight into the extent to which students can regulate their behavior toward academic tasks and how they engage with their educational process, thereby enabling early risk detection and the design of more effective interventions and tools.
Based on this premise, the present thesis aims to analyze the relationship between the Level of Motivational Regulation, Academic Engagement, and Academic Performance among first-year engineering students in Chile, as well as to evaluate the predictive capacity of Motivational Regulation and Engagement on Academic Performance. Using a predictive correlational design with a cross-sectional time frame, 357 students were surveyed using validated instruments to measure each of the variables under study. The analyses included multiple linear regressions and mediation models.
The results revealed that the Level of Motivational Regulation is positively related to Engagement but not directly to Performance. In contrast, Engagement—particularly its behavioral dimension—shows a positive and significant relationship with Performance, and also acts as a full mediator in the relationship between Motivational Regulation and Academic Performance. This suggests that motivation alone is not sufficient; it must be translated into concrete actions to positively impact performance.
In conclusion, Academic Performance should be understood as the result of the interaction between personal and contextual variables. Understanding this phenomenon allows institutions to design more effective support strategies, aimed not only at mitigating the effects of issues such as dropout or overextension, but also at preventing their causes from the outset of the academic journey.ANID, Proyecto 11250061Facultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería IndustrialConcepció
Estrategias de afrontamiento del Burnout Parental en madres estudiantes de educación superior de la comuna de Concepción: “Un enfoque desde el Trabajo Social".
No full textTesis presentada para optar al grado de Magíster en Intervención Familiar.Facultad de Ciencias SocialesDepartamento de Trabajo SocialConcepció
Catalizadores en base a metales nobles soportados en nanotubos de haloisita para hidrogenación de nitroarenos y valorización de furfural.
No full textTesis presentada para optar al grado de Doctor/a en Ciencias con mención en Química.Esta tesis reporta la preparación de catalizadores en base a nanotubos de haloisita (HNT) órgano-modificados en el lumen donde se depositaron nanopartículas (NPs) de Pd y Au (%=0.0; 0.10; 0.25; 0.50) empleando un método asistido por amino-silano. Las NPs metálicas se inmovilizaron de forma uniforme dentro del lumen del soporte. Un aumento en la carga de metal (0.10 a 0.50% en masa) muestra para los catalizadores de Pd una distribución de 1.5–2.2 nm y para los de Au se encuentran NPs de 1.5–6.5 nm. Los catalizadores se evaluaron en la hidrogenación de furfural (FUR) y de nitrobenceno (NB), en condiciones de reacción optimizadas, los resultados muestran que los catalizadores Pd son sensibles a la distribución de tamaño de las NPs mientras que Los catalizadores de Au no muestran esta dependencia. El catalizador 0.50% Pd alcanza el máximo de conversión y selectividad para producir alcohol tetrahidrofurfurílico (THFOH) y anilina (AN), con una reciclabilidad moderada, desactivándose en el décimo ciclo en la hidrogenación de FUR y en el quinto ciclo en la hidrogenación de NB. El catalizador al 0.10% Au exhibe una destacada estabilidad y reciclabilidad, conservando su actividad catalítica en 10 ciclos consecutivos para ambas reacciones de hidrogenación. El método propuesto ofrece una ruta innovadora para sintetizar catalizadores de metales soportados en HNT órgano-modificada que sean eficientes y reciclables para su potencial uso en reacciones de hidrogenación catalítica.Pd- and Au-loaded organo-modified halloysite nanotube (HNT) lumens were synthesized via an amine-silane-assisted method. The Pd and Au nanoparticles (NPs) were uniformly distributed within the HNT lumens. An increase in metal loading (from 0.10 to 0.50 wt%) resulted in similar metal NP distribution for the Pd-based catalyst while a broader metal NP size distribution for the Au-based catalysts was detected. The catalysts were evaluated for both furfural (FUR) and nitrobenzene (NB) hydrogenation under optimized reaction conditions to assess their performance and reusability. Results indicate that the Pd-based catalysts are sensitive to the variations of metal NP size (1.5–2.2 nm) whereas Au-based catalysts are no-sensitive to variations in the metal NP size (1.5–6.5 nm). The 0.50Pd wt% demonstrated superior catalytic performance for both substrates exceeding 98% selectivity to produce tetrahydrofurfuryl alcohol (THFOH) and aniline (AN), respectively. However, the recyclability studies displayed that the catalyst was deactivated at the 10 catalytic cycles during the hydrogenation of FUR, whereas, in the hydrogenation of NB, 5 catalytic cycles were achieved with maximum conversion and selectivity. For the Au-based catalyst, 0.10 wt% Au exhibited exceptional stability and recyclability, retaining its catalytic activity with minimal loss over at least 10 consecutive reuse cycles for both hydrogenation reactions. The proposed method offers an innovative route for synthesizing efficient and reusable metal-loaded organo-modified HNT catalysts for use in hydrogenation reactions and demonstrates significant potential.ANID, Proyecto FONDECYT 1231352VRID, Proyecto DIUC-VRID 2022000509INVFacultad de Ciencias QuímicasDepartamento de FisicoquímicaConcepció
Hidrodinámica invernal de la bahía de Concepción.
No full textTesis presentada para optar al título de Biólogo/a Marino/a.Este estudio caracteriza la hidrodinámica invernal de la bahía de Concepción (BC), Chile, durante el invierno austral de 2023 (junio-agosto). A partir de datos de CTD y ADCPs, se analizó la temperatura, salinidad, densidad, turbidez, oxígeno disuelto, fluorescencia, y las corrientes marinas con el objetivo de comprender la hidrografía invernal y los patrones de circulación y su variabilidad. Los análisis incluyeron dispersión de las corrientes, diagramas de vector progresivo y descomposición ortogonal para evaluar el flujo medio y su variabilidad por cada anclaje. Además, se aplicaron funciones ortogonales empíricas (EOF) a las corrientes horarias originales de cada anclaje por separado (estructura vertical) y también combinando los tres anclajes (EOF total). Los resultados revelaron una estructura de dos capas en las corrientes del sector Tomé (cercano a la boca Grande) con flujos superficiales predominantes hacia la cabecera de BC y un flujo compensatorio hacia el océano en el fondo, durante eventos de vientos desde el norte. Se identificó una correlación de Pearson (r) de 0,8 (p < 0,001), y una correlación cruzada máxima de un valor de 0,8, con un desfase de +2 horas entre la componente meridional del viento y la serie de tiempo del modo empírico 1 vertical en Tomé. Los primeros tres modos del modo empírico 1 de los tres anclajes combinados, explicaron el 64.4% de la variabilidad total de las corrientes en BC (modo 1: 39.8%, modo 2: 16.9%, modo 3: 7.6%). Por otra parte, la hidrografía evidenció una alta sensibilidad a las tormentas invernales en términos de influencia del viento, lluvia y aportes de agua dulce continental. Mientras que las fluctuaciones del viento invernal explicaron entre el 37 y 49% de la variabilidad de la corriente total, el agua dulce logró diluir la capa superficial de la BC en hasta un 80%, con respecto a una salinidad de referencia de 34. El estudio permite proponer que las tormentas de viento norte y el aumento de los caudales invernales provoca un apilamiento de agua diluida hacia la cabecera de BC, donde el nivel del mar aumenta generando un gradiente de presión meridional que tiende a evacuar el exceso de agua acumulada por el nivel del fondo, provocando una doble capa de circulación en la boca Grande de BC. Estos eventos son, por lo tanto, eficientes mecanismos de renovación de aguas en BC. Esta investigación representa el primer estudio que utiliza ADCPs anclados dentro de la bahía, entregando información actual para fortalecer el entendimiento de los procesos físicos que caracterizan la BC y orientar estrategias de su gestión ambiental.This study characterizes the winter hydrodynamics of Concepción Bay (BC), Chile, during the austral winter of 2023 (June-August). From data sampled by CTD and ADCPs, physicochemical variables such as temperature, salinity, density, turbidity, dissolved oxygen, and fluorescence were analyzed, along with current measurements, to understand circulation patterns and their variability. The analyses included progressive vector diagrams to assess residual transport and mean flow for each anchorage. In addition, empirical orthogonal functions (EOF) were applied for the raw hourly currents of each anchor separately (vertical structure) and by combining the three anchors (total EOF). The results revealed a two-layer structure in the currents of the Tomé sector (near the Boca Grande) with predominant surface flows towards the head of BC and a compensatory flow towards the ocean at the bottom during wind events from the north. A Pearson correlation (r) of 0.8 (p < 0.001) was identified, and a maximum cross-correlation of a value of 0.8, with a lag of +2 hours between the southern component of the wind and the time series of the empirical mode 1 vertical in Tomé. The first three modes of empirical mode 1, when combined with the three anchors, explained 64.4% of the total variability of the currents in BC (mode 1: 39.8%, mode 2: 16.9%, mode 3: 7.6%). On the other hand, the fluctuations in hydrographic properties indicated the high sensitivity of the system to winter storms, both in terms of wind influence and rainfall, which diluted the surface layer of the BC by up to 80%. This analysis provides a comprehensive perspective to understand the physical mechanisms that control the circulation of this bay, highlighting the influence of winds on currents and surface layer dilution. These findings lay the foundation for the first study to utilize bay-anchored ADCPs, providing current information to enhance the understanding of the physical processes that characterize this region and inform environmental management strategies.Facultad de Ciencias Naturales y OceanográficasDepartamento de OceanografíaConcepció
Implementación de un servidor especializado en evaluación automatizada para optimizar el aprendizaje de programación en C.
No full textTesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Electrónico/a.Este documento presenta la implementación de un servidor web basado en plataformas de jueces en línea, que almacenan una amplia colección de problemas de programación con corrección automática en tiempo real. El servidor está diseñado como una herramienta de apoyo para la enseñanza del lenguaje C en las carreras de ingeniería de la Universidad de Concepción, con el propósito de potenciar el aprendizaje práctico y la capacidad de resolución autónoma de los estudiantes. La plataforma integra un sistema de evaluación automática que compila y ejecuta el código enviado en tiempo real, comparando los resultados obtenidos con salidas predeterminadas y proporcionando retroalimentación inmediata sobre la correcta funcionalidad del programa.
El desarrollo del sistema se fundamenta en un proyecto basado en Python y el framework Django para la implementación del servidor. El despliegue se realiza en una Raspberry Pi, lo que permite contar con una solución local que garantiza conexiones rápidas, económicas y seguras dentro de la universidad. La base de datos ha sido diseñada para facilitar su gestión, posibilitando la incorporación, edición y organización de nuevos problemas de programación, adaptándose a diversas necesidades curriculares y niveles de dificultad. Este enfoque no solo optimiza la labor docente mediante la automatización de la corrección de ejercicios, sino que también fomenta el aprendizaje autónomo, permitiendo a los estudiantes practicar en un entorno interactivo y recibir evaluaciones objetivas de su desempeño.
Actualmente, el Juez Virtual cuenta con una base inicial de 30 problemas disponibles para ser resueltos por los estudiantes. La plataforma permite, además, la incorporación de nuevos ejercicios por parte del docente encargado del proyecto. Además, incluye documentación del uso destinada tanto a estudiantes, como a docentes o administradores del sitio web, lo que facilita su uso e implementación.
En resumen, se propone una herramienta que mejora la metodología actual de diversos cursos de programación en C de la carrera de ingeniería de la Universidad de Concepción. La plataforma, denominada "Juez Virtual para Programación en C", busca aumentar el rendimiento estudiantil y facilitar la labor docente, al ofrecer un entorno didáctico de fácil uso y adaptable a la incorporación de nuevos problemas en el futuro.This document presents the implementation of a web server based on online judge platforms, which stores a wide collection of programming problems with real-time automatic correction. The server is designed as a support tool for teaching the C programming language in engineering programs at the “Universidad de Concepción”, with the goal of enhancing students’ practical learning and autonomous problem-solving skills. The platform integrates an automatic evaluation system that compiles and executes the submitted code in real time, compares the results with predefined outputs, and provides immediate feedback on the correctness of the program.
The system is developed using Python and Django framework for server implementation. It is deployed on a Raspberry Pi, enabling a local solution that ensures fast, cost-effective, and secure connections within the university. The database is designed to be easily managed, allowing the addition, editing, and organization of new programming problems, adapting to various curricular needs and difficulty levels. This approach not only optimizes the instructors’ work by automating code correction but also promotes autonomous learning, allowing students to practice in an interactive environment and receive objective evaluations of their performance.
At present, Virtual Judge has an initial database of 30 problems available for students to solve. The platform also allows the teacher in charge of the project to add new exercises. It also includes user documentation for students, teachers, and website administrators, making it easy to use and implement.
In summary, this project offers a tool that improves the current methodology of various C programming courses in the engineering program at the University of Concepción. The platform, called “Virtual Judge for C Programming,” (Juez Virtual para Programación en C) aims to enhance student performance and support instructors by providing a user-friendly, educational environment that can be easily adapted to include new problems in the future.Facultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería EléctricaConcepció
On the prediction of thermodynamic and structural properties in systems of deep eutectic solvents by molecular modeling techniques.
No full textTesis presentada para optar al grado de Doctor/a en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería Química.La creciente demanda por alternativas sostenibles a los disolventes orgánicos convencionales ha incrementado el interés en los deep eutectic solvents (DES) debido a su baja toxicidad, biodegradabilidad y propiedades ajustables. Sin embargo, la comprensión integral de su comportamiento termodinámico y estructural —especialmente en presencia de cosolventes, aún es limitada. Esta tesis aborda esto mediante la integración de ecuaciones de estado de base molecular y simulaciones moleculares para predecir y analizar las propiedades de equilibrio de fases y de interfase de DES derivados de precursores verdes como cloruro de colina, betaína, glicoles y terpenos.
Se evaluaron las capacidades predictivas de la ecuación de estado PC-SAFT para una amplia gama de mezclas de DES, evidenciando las limitaciones del enfoque tradicional de componente pseudo puro en sistemas donde ocurre una fuerte asociación cruzada con alcoholes. Se encontró que una estrategia de modelado basada en los componentes individuales permite una mejor representación de las propiedades termodinámicas en exceso y de los equilibrios de fases. Además, se implementó una nueva formulación de la teoría del gradiente de densidad (DGT) combinada con PC-SAFT para describir la tensión superficial utilizando únicamente un parámetro ajustado, lo que permitió analizar esta propiedad y el efecto del cosolvente.
Las simulaciones de dinámica molecular (MD) se emplearon para obtener información a nivel molecular sobre los efectos del agua y de alcoholes de cadena corta en la estructura y propiedades de DES hidrofílicos. Estas simulaciones revelaron la competencia entre interacciones por enlaces de hidrógeno, dando lugar a una reorganización estructural del DES provocando cambios en densidad, viscosidad y tensión superficial. Paralelamente, se generaron datos experimentales originales para una serie de DES hidrofílicos, lo que permitió validar las predicciones teóricas y cubrir vacíos en la literatura, especialmente respecto al efecto del contenido de agua.
Adicionalmente, el estudio se extendió a DES hidrofóbicos basados en mentol, timol y ácido octanoico para la extracción de alcohol furfurílico desde agua. Se midieron por primera vez datos de equilibrio líquido-líquido para estos sistemas. Tanto PC-SAFT como simulaciones de MD con modelos coarse-grained predijeron con éxito el comportamiento de fases, demostrando el potencial del marco propuesto para el diseño de procesos de separación basados en DES.
En conjunto, este trabajo contribuye al avance de modelos termodinámicos predictivos aplicados a DES, ofreciendo herramientas para el diseño racional de disolventes sostenibles con aplicaciones industriales y medioambientales, en apoyo a una química más verde.The growing demand for sustainable alternatives to conventional organic solvents has increased interest in deep eutectic solvents (DESs) due to their low toxicity, biodegradability, and tunable properties. However, a comprehensive understanding of their thermodynamic and structural be havior—especially in the presence of cosolvents—remains incomplete. This thesis addresses this gap by integrating molecular-based equations of state and molecular simulations to predict and analyze the bulk and interfacial properties of DESs derived from green precursors such as choline chloride, betaine, glycols, and terpenes.
The predictive capabilities of the PC-SAFT equation of state were evaluated for a wide range of DES mixtures, revealing the limitations of traditional pseudo-pure component approaches in sys tems where strong cross-association with alcohols occurs. An individual component modeling strategy was found to better capture excess thermodynamic properties and phase equilibria. A novel implementation of density gradient theory (DGT) combined with PC-SAFT was also devel oped to describe surface tension using only a single fitted parameter, enabling the analysis of DES surface tension and how it is affected by cosolvent addition.
Molecular dynamics (MD) simulations were employed to provide molecular-level insights into the effects of water and short-chain alcohols on the structure and properties of hydrophilic DESs. These simulations revealed competition among hydrogen-bonding interactions, leading to a reor ganization of the DES structure and changes in density, viscosity, and surface tension. In parallel, original experimental data were generated for a series of hydrophilic DESs, providing critical vali dation for the theoretical predictions and filling gaps in the existing literature, particularly regard ing the effect of water.
Additionally, the study was extended to hydrophobic DESs based on menthol, thymol, and oc tanoic acid for the extraction of furfuryl alcohol from water. Liquid–liquid equilibrium (LLE) data for these systems were measured for the first time. Both PC-SAFT and coarse-grained MD simu lations (MARTINI 3) successfully predicted the phase behavior, demonstrating the potential of the proposed framework for the design of DES-based separation processes.
Integrating these molecular modeling techniques advances the predictive capabilities of thermo dynamic models for DESs, offering valuable insights for the rational design and optimization of sustainable solvent systems. These advancements contribute to the development of DES formu lations tailored for industrial and environmental applications, supporting the transition toward greener chemical processes.ANID, Beca Doctorado Nacional 2021-21210Facultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería QuímicaConcepció
Análisis de los conocimientos sobre medicina del deporte y actividad física en estudiantes de Medicina de la Universidad de Concepción y de la visión de profesionales especialistas del área durante 2023-2024.
No full textTesis presentada para optar al grado de Magíster en Educación Médica para las Ciencias de la Salud.Objetivo general: Analizar los conocimientos sobre Medicina del Deporte y Actividad Física en estudiantes de Medicina de la Universidad de Concepción y la visión de profesionales especialistas del área durante 2023-2024. Método: estudio mixto explicativo secuencial. Fase cuantitativa: estudio analítico-relacional que evalúa los conocimientos de estudiantes de medicina sobre Medicina del Deporte y Actividad Física. Fase cualitativa: estudio de teoría fundamentada de perspectiva interpretativa que explora la visión de especialistas sobre los conocimientos de la especialidad para la carrera de Medicina. Resultados: los estudiantes poseen un bajo nivel de conocimientos sobre Medicina del Deporte y la Actividad Física, sin haber diferencias significativas entre cursos iniciales y finales. Por otra parte, los especialistas consideran a la Medicina del Deporte y la Actividad Física un área fundamental en el currículum de pregrado de Medicina, ya que ofrece múltiples herramientas para mejorar la salud de las personas y enriquecer el quehacer médico. Conclusiones: existe una importante carencia de conocimientos sobre Medicina del Deporte y la Actividad Física en la carrera de Medicina, lo cual repercute de manera significativa en la formación de los futuros médicos. Así, es crucial incorporar estos contenidos al currículum para ofrecer al país profesionales mejor preparados para los desafíos profesionales actuales.General Objective: to analyze the knowledge of Sports Medicine and Physical Activity among medical students at the University of Concepción and the perspectives of professionals specialized in the field during 2023–2024. Method: explanatory sequential mixed-methods study. Quantitative phase: analytical-relational study evaluating the knowledge of medical students regarding Sports Medicine and Physical Activity. Qualitative phase: grounded theory study with an interpretative perspective exploring the views of specialists on the knowledge of this specialty within the medical curriculum. Results: medical students show a low level of knowledge regarding Sports Medicine and Physical Activity, with no significant differences between early and final years of study. On the other hand, specialists consider Sports Medicine and Physical Activity to be fundamental areas within the undergraduate medical curriculum, as they offer multiple tools to improve people's health and enrich medical practice. Conclusions: there is a significant lack of knowledge about Sports Medicine and Physical Activity in medical education, which substantially impacts the training of future physicians. Therefore, it is crucial to incorporate these contents into the curriculum to provide the country with professionals better prepared for current professional challenges.Facultad de MedicinaDepartamento de Educación MédicaConcepció
Optimización aerodinámica a bajos números de Reynolds.
No full textTesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Mecánico/a.Esta investigación desarrolló una metodología de optimización aerodinámica basada en el método adjunto para mejorar el desempeño de perfiles aerodinámicos en condiciones de bajo número de Reynolds. El estudio se centró en la optimización de un perfil NACA 12 mediante simulaciones CFD bidimensionales en Ansys Fluent, validando la hipótesis de que el método adjunto permite obtener diseños más eficientes al reducir la separación del flujo y mejorar los coeficientes aerodinámicos respecto a la geometría original.
La metodología incluyó tres etapas principales: validación del modelo CFD mediante comparación con datos experimentales de túnel de viento, optimización aerodinámica usando el método adjunto con función objetivo basada en la maximización de la eficiencia aerodinámica (relación Cl/Cd), y evaluación comparativa de las mejoras obtenidas. Las simulaciones se realizaron a velocidades de flujo libre de 10 m/s y 20 m/s, correspondientes a números de Reynolds de aproximadamente 9.7 ∙ 104 y 1.9 ∙ 105, respectivamente.
La validación del modelo CFD fue satisfactoria, con diferencias porcentuales máximas del 6% entre los coeficientes de sustentación simulados y experimentales dentro del rango de ángulos de ataque válidos. La pérdida de sustentación se produjo entre 10° y 11° para 10 m/s, y entre 12° y 13° para 20 m/s, estableciendo los límites operacionales del análisis.
La optimización mediante el método adjunto demostró mejoras significativas en la eficiencia aerodinámica. A una velocidad de 10 m/s, la eficiencia aerodinámica promedio aumentó de 22.1 a 34.5, representando una mejora del 59.4%. El coeficiente de sustentación promedio se incrementó en 85.7% (de 0.549 a 1.02), mientras que el coeficiente de arrastre aumentó moderadamente en 27.7% (de 0.0232 a 0.0296). A 20 m/s, las mejoras fueron aún más pronunciadas, con un incremento del 66.5% en la eficiencia aerodinámica promedio (de 27.2 a 45.3), un aumento del 103% en el coeficiente de sustentación promedio (de 0.572 a 1.16), y un incremento del 30.8% en el coeficiente de arrastre (de 0.0196 a 0.0256).
El análisis de los campos de flujo reveló que el método adjunto adoptó estrategias de optimización diferenciadas según las condiciones de operación. A 10 m/s, la optimización se centró en aumentar la circulación y vorticidad para generar mayor sustentación, incrementando la velocidad local máxima de 19.6 m/s a 19.8 m/s y la vorticidad máxima de 3.65 ∙ 105 s⁻¹ a 4.14 ∙105 s⁻¹. A 20 m/s, la estrategia se orientó hacia la reducción del arrastre mediante el mantenimiento de un flujo más laminar, reduciendo la velocidad local máxima de 43.4 m/s a 34.8 m/s, la vorticidad máxima de 1.15 ∙ 106 s⁻¹ a 9.89 ∙ 105 s⁻¹, y la intensidad turbulenta máxima de 16.1% a 11.8%.
Las modificaciones geométricas introducidas por el método adjunto incluyeron un incremento en la curvatura general del perfil, con modificaciones significativas tanto en el borde de ataque como en el borde de fuga. Se observó la formación de hendiduras estratégicas que favorecieron el control de la capa límite y la reenergización del flujo, creando puntos de estancamiento secundarios que mejoraron la adherencia del flujo al perfil.This research developed an aerodynamic optimization methodology based on the adjoint method to improve the performance of airfoils operating under low Reynolds number conditions. The study focused on optimizing a NACA 12 airfoil using two-dimensional CFD simulations in Ansys Fluent, validating the hypothesis that the adjoint method enables more efficient designs by reducing flow separation and improving aerodynamic coefficients compared to the original geometry.
The methodology consisted of three main stages: validation of the CFD model through comparison with experimental wind tunnel data, aerodynamic optimization using the adjoint method with an objective function based on maximizing aerodynamic efficiency (Cl/Cd ratio), and a comparative evaluation of the resulting improvements. Simulations were carried out at freestream velocities of 10 m/s and 20 m/s, corresponding to Reynolds numbers of approximately 9.7 ∙ 104 y 1.9 ∙ 105, respectively.
The CFD model validation was satisfactory, with maximum percentage differences of 6% between simulated and experimental lift coefficients within the valid range of angles of attack. Stall occurred between 10° and 11° for 10 m/s, and between 12° and 13° for 20 m/s, establishing the operational limits of the analysis.
Optimization via the adjoint method showed significant improvements in aerodynamic efficiency. At 10 m/s, the average aerodynamic efficiency increased from 22.1 to 34.5, representing a 59.4% improvement. The average lift coefficient increased by 85.7% (from 0.549 to 1.02), while the drag coefficient increased moderately by 27.7% (from 0.0232 to 0.0296). At 20 m/s, the improvements were even more pronounced, with a 66.5% increase in average aerodynamic efficiency (from 27.2 to 45.3), a 103% increase in the average lift coefficient (from 0.572 to 1.16), and a 30.8% increase in drag coefficient (from 0.0196 to 0.0256).
Flow field analysis revealed that the adjoint method adopted different optimization strategies depending on the operating conditions. At 10 m/s, the optimization focused on increasing circulation and vorticity to generate higher lift, raising the local maximum velocity from 19.6 m/s to 19.8 m/s and the maximum vorticity from 3.65 ∙ 105 s⁻¹ to 4.14 ∙ 105 s⁻¹. At 20 m/s, the strategy shifted toward drag reduction by maintaining a more laminar flow, reducing the local maximum velocity from 43.4 m/s to 34.8 m/s, the maximum vorticity from 1.15 ∙ 106 s⁻¹ to 9.89 ∙ 105 s⁻¹, and the maximum turbulence intensity from 16.1% to 11.8%.
The geometric modifications introduced by the adjoint method included an increase in the overall curvature of the airfoil, with significant changes to both the leading and trailing edges. Strategic indentations were observed that enhanced boundary layer control and flow re energization, generating secondary stagnation points that improved flow attachment to the surface.Facultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería MecánicaConcepció
Molecularly imprinted polymers synthesized on a rigid substrate as a solid phase coupled with sers for detection of prostate cancer biomarker.
No full textTesis presentada para optar al grado de Doctor/a en Ciencias e Ingeniería de Materiales.Prostate cancer (PCa) remains the most common malignancy in men worldwide, yet conventional prostate-specific antigen (PSA) testing faces significant limitations, including high false positives and unnecessary biopsies. To address these diagnostic challenges, the integration of molecularly imprinted polymers (MIPs) with surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) offers a promising alternative, providing enhanced sensitivity, specificity, and reproducibility compared to traditional antibody-based methods. This research aimed to develop a novel MIPs-SERS biosensing platform for highly sensitive and specific PSA detection, leveraging the molecular recognition capabilities of nanoMIPs and the signal enhancement properties of plasmonic gold nanostructures (NSs). The study focused on three main objectives: (1) optimizing seedless synthesis of gold nanoparticles (NPs) and nanorods (NRs) for SERS substrate fabrication, (2) developing free-radical solid-phase synthesis protocols for PSA-imprinted nanoMIPs using glass slides, and (3) constructing and evaluating integrated MIPs-SERS sensors for quantitative PSA detection. The research employed a systematic three-phase experimental approach. Gold NSs (NPs and NRs) were synthesized using modified Turkevich and seedless methods, correspondingly, with systematic optimization of key parameters (AgNO3, NaBH4, H2O2, and NaOH concentrations) to achieve longitudinal surface plasmon resonance (SPR) matching 630 nm laser excitation. Finitedifference time-domain (FDTD) simulations validated experimental observations and demonstrated electromagnetic field enhancements of 103-104 at NR tips. Solid-phase synthesis of nanoMIPs utilized sequential glass slide functionalization through piranha cleaning, silanization with APTES, and glutaraldehyde (GA) activation to create reactive surfaces for template immobilization. Free-radical polymerization employed optimized monomer compositions (NIPAm, TBAm, BIS, APMA, AAc) with APS/TEMED initiator systems, followed by temperature-dependent extraction protocols exploiting thermoresponsive polymer properties. Lysozyme (Lyz) was initially employed as a model protein to optimize synthesis conditions, yielding nanoMIPs with sizes ranging from 40-200 nm and narrow size distributions (PDI 0.1-0.3). The optimal formulation (S1: 5 mM total monomer concentration) demonstrated exceptional sensitivity with a limit of detection of 1.95 pM for Lyz and excellent linearity (R2= 0.9962). Subsequent PSA-imprinted nanoMIPs achieved remarkable analytical performance with detection limits reaching 0.02 pg/mL (attomolar range), representing a 5,000-fold improvement over conventional ELISA methods. Cross-reactivity studies confirmed high specificity, with the sensor effectively distinguishing PSA from interfering biomolecules including BSA and Lysozyme. The developed MIPs-SERS platform offers substantial improvements over current diagnostic methods. This research successfully demonstrates the feasibility of integrating solid-phase synthesized nanoMIPs with optimized plasmonic NSs for ultrasensitive PSA detection. The developed platform overcomes fundamental limitations of current PSA screening by providing enhanced sensitivity, specificity, and operational simplicity while maintaining cost-effectiveness. Future clinical translation through multicenter validation studies and expansion to additional cancer biomarkers represents the next critical phase in advancing precision oncology diagnostics.Facultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería de MaterialesConcepció