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Evaluación de impacto de impuestos ambientales en el sector energético chileno.
(Universidad de Concepción, 2026) Fernández López, Reinier; Mardones Poblete, Cristian Alejandro
El impuesto al carbono constituye un instrumento económico ampliamente recomendado para enfrentar las causas estructurales de la crisis climática. Sin embargo, la mayoría de las evaluaciones sobre su efectividad se basan en metodologías ex – ante, mientras que la evidencia empírica de sus efectos causales mediante técnicas econométricas ex – post sigue siendo limitada. En Chile, el impuesto al carbono y los tributos a contaminantes locales del aire (MP, SO2 y NOX) se aplican desde 2017 a las emisiones de grandes fuentes fijas, principalmente a centrales termoeléctricas. En este contexto, la presente tesis doctoral tiene por objetivo evaluar el impacto de estos instrumentos sobre las emisiones de CO2, el consumo de combustibles fósiles y la generación de electricidad, utilizando el método de diferencia-en-diferencias tradicional y su extensión dinámica. Para ello, se utilizan bases de datos a nivel de unidad de generación termoeléctrica y central termoeléctrica con periodicidad mensual, trimestral y anual para el período 2014-2022, permitiendo analizar los efectos directos e indirectos de estos impuestos ambientales sobre el sector eléctrico. Los resultados muestran que la aplicación del impuesto al CO2 (5 USD/tCO2) reduce significativamente las emisiones de CO2 (entre 15,6% y 18,0% anual), el consumo de combustibles fósiles (entre 13,1% y 14,9% anual) y la generación de electricidad (entre 14,8% y 15,3% anual). Por otro lado, la aplicación conjunta de los impuestos al CO2, MP, SO2 y NOX reduce significativamente las emisiones de CO2 (entre 16,0% y 38,0%), el consumo de combustible (entre 15,0% y 32,0%) y la generación de electricidad (entre 16,0% y 33,0%). Específicamente, los impuestos al MP, SO2 y NOX no presentan efectos robustos al considerar todas las centrales termoeléctricas. Sin embargo, la aplicación conjunta de los impuestos al CO2, MP, SO2 y NOX muestra reducciones estadísticamente significativas al excluir centrales termoeléctricas a biomasa o menor tamaño, evidenciando heterogeneidad en las respuestas. En conjunto, los hallazgos confirman la efectividad ambiental del impuesto al carbono revelando efectos diferenciales según tipo de central, y además, sugieren la necesidad de revisar las tasas impositivas y la cobertura del esquema tributario vigente para fortalecer su contribución a las metas climáticas nacionales.
Development and validation of a conductive hydrogel as a wound healing accelerator.
(Universidad de Concepción, 2025) Ruíz Pérez, Isleidy de la Caridad; Fernández Elgueta, Katherina
Chronic and slow-healing wounds present a clinical challenge, as they are associated with persistent inflammatory processes, infections, and impaired tissue regeneration. In this context, hydrogels have become established as an innovative therapeutic strategy due to their ability to maintain a moist microenvironment and promote tissue regeneration. This research aimed to develop and evaluate a hydrogel composed of chitosan (CS), reduced graphene oxide (rGO), and Pluronic F127 (PF), with the hypothesis that the inclusion of rGO would improve the material's physicochemical properties and provide a suitable microenvironment to accelerate skin healing. The hydrogel was optimized using a factorial experimental design and characterized from a physicochemical perspective, confirming that the incorporation of rGO increased stiffness, polymer network stability, and electrical conductivity, while PF contributed to flexibility and thermal stability. In vitro assays demonstrated significant antibacterial activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria, high cell viability in dermal fibroblasts, and stimulation of cell migration. In murine models, the tannin-loaded hydrogel (TA) promoted faster and more organized wound closure than controls, accompanied by an early transition from the inflammatory to the proliferative phase, greater deposition of type I and III collagen, sustained angiogenesis, and abundant granulation tissue. Molecular analyses (RT-qPCR and Western blot) showed a decrease in the expression of proinflammatory mediators (IL-6, IL-1β), an increase in anti-inflammatory cytokines (IL-10, IL-1rn), and macrophage polarization toward the M2 phenotype (Arg1), which favored the resolution of inflammation and tissue regeneration. In the porcine model, which more closely resembles human physiology, the developed hydrogel achieved complete wound closure in 21 days, with results comparable to a commercial dressing (Nexcare™), but with additional advantages in dermal tissue organization, skin appendage regeneration, and absence of fibrosis. In conclusion, the results confirm the hypothesis: the incorporation of rGO into chitosan-Pluronic F127 hydrogels confers physicochemical and biological properties that enhance skin healing, positioning the CS-rGO-PF hydrogel as a promising biomaterial for clinical applications in advanced wound treatment.
Celdas solares sensibilizadas por colorantes basadas en BiOCl.
(Universidad de Concepción, 2025) Pizarro Castillo, Luis Alberto; Carrasco Carrasco, Claudia Andrea; Rodríguez Rodríguez, Carlos
Las celdas solares sensibilizadas por colorante (DSSC) se han establecido como una de las alternativas sencillas y de bajo costo de producción capaces de funcionar en condiciones de baja luminosidad. Estas celdas están compuestas típicamente de un fotoánodo en base a TiO2, un electrolito y un contraelectrodo. A la fecha no han superado el 15 % de eficiencia de conversión energética, siendo los procesos de recombinación asociados a la reducida movilidad electrónica que presenta el TiO2, una de las principales problemáticas que limitan el rendimiento. En este sentido, el BiOCl es un semiconductor ampliamente investigado en aplicaciones fotocatalíticas, debido a sus propiedades similares al TiO2 y presentar una estructura anisotrópica en la dirección [001] responsable de la generación de un campo electrostático interno que favorece la separación eficiente de pares electrón-hueco. Esta investigación se centra en la síntesis de películas de BiOCl con morfologías jerarquizadas, para ser aplicadas como fotoánodos en DSSC, con el objetivo de reducir los procesos de recombinación. A lo largo del trabajo, se establecieron las condiciones de síntesis necesarias para obtener BiOCl con morfologías jerarquizadas y crecimiento preferencial mediante coprecipitación. Además, se desarrollaron protocolos de sinterizado y formulación de pasta que permitieron obtener películas libres de fracturas y con uniformidad superficial, optimizando las condiciones de montaje de las celdas. Se fabricaron DSSC bajo diferentes estrategias de sensibilización y tratamiento superficial, evaluando el desempeño fotovoltaico y las propiedades fotoelectroquímicas de las películas. Los resultados mostraron valores de VOC comparables a los reportados para dispositivos basados en TiO2 (alcanzando un valor récord de 650 mV) y la mayor eficiencia registrada para celdas con BiOCl (0,1 %). Sin embargo, el desempeño permaneció limitado principalmente por la recolección de carga. El análisis de EIS sugiere que la transferencia de carga deficiente en la interfaz BiOCl/FTO, junto con un mecanismo de recombinación asistido por trampas evidenciado por factores de idealidad m >2 y elevadas capacitancias químicas, restringen la vida media de los portadores de carga (𝜏 ~0,2 ms). Estos factores estructurales y cinéticos que restringieron la obtención de valores más altos de JSC y FF. Este escenario indica que la ventaja teórica asociada a la alta movilidad del BiOCl tiende a verse contrarrestada por problemas de inyección de portadores y procesos de recombinación rápida, manteniendo el rendimiento acotado a pesar de las ganancias en voltaje.
Desarrollo de nuevas métricas radiométricas para la estimación de la temperatura de la llama y el poder calorífico en la combustión de pellets con variabilidad de humedad, y su relación con la emisión de material particulado.
(Universidad de Concepción, 2025) Castillo Rivera, Fernando Antonio; Sbárbaro Hofer, Daniel Gerónimo; Garcés Hernández, Hugo Omar
La combustión de pellets de biomasa presenta variaciones relevantes en rendimiento energético y emisiones, dominadas por la calidad del combustible y, en particular, por su contenido de humedad, lo que motiva el desarrollo de metodologías ópticas de monitoreo rápido, no intrusivo y de bajo costo. En esta tesis se plantea y valida la hipótesis de que la información radiométrica contenida en los espectros de emisión de la llama permite estimar variables térmicas y energéticas del proceso, habilitando la comparación objetiva entre marcas/condiciones de pellet y el análisis de su vínculo con emisiones particuladas. En primer lugar, se definen y proponen variables radiométricas para caracterizar la combustión, incluyendo la radiación continua total (TCR), la energía continua total (TCE), la emisividad, el Poder Calorífico óptico (OCP), la temperatura, y las intensidades de Na (589.4 nm) y K (766.5–770.1 nm) como trazadores alcalinos. Luego, se registraron espectros VIS–NIR (450–900 nm) durante la combustión controlada de cinco tipos de pellet bajo distintas humedades (aprox. 5–15%), permitiendo estimar dichas variables de manera consistente a lo largo del ciclo de combustión. Las métricas radiométricas, en particular el OCP, permiten categorizar el desempeño energético de las condiciones ensayadas, lo que se confirma mediante su alta asociación con el poder calorífico neto medido (HOC) (r ≈ 0,95). Paralelamente, el aumento de humedad elevó las concentraciones de PM2,5 y PM10, y se observó una correlación negativa moderada entre TCR/OCP y estas métricas (r ≈ −0,58), conectando cuantitativamente el deterioro radiométrico con el impacto ambiental. Sobre esta base, se estimó el poder calorífico mediante regresión lineal respecto de HOC y, adicionalmente, se aplicó regresión PLS utilizando los espectros adquiridos durante el periodo de combustión, alcanzando un desempeño global de predicción R2 global ≈ 0,85 y error medio absoluto < 4%. Finalmente, se implementó un esquema de sensado multiespectral de bajo costo mediante recuperación espectral de Maloney–Wandell, obteniendo mapas 2D de temperatura, TCR e intensidades alcalinas para monitorear la llama en el tiempo, aportando una herramienta práctica para el seguimiento y eventual control de procesos de combustión. En conjunto, la tesis consolida una metodología radiométrica y quimio-óptica para clasificar pellets según desempeño energético, humedad y su relación con las emisiones particuladas, con protección a monitoreo y optimización en sistemas reales.
Compact data structures for raster data.
(Universidad de Concepción, 2025) Muñoz Candia, Martita Paulina de Lourdes; Hernández Rivas, Cecilia; Fuentes Sepúlveda, José Sebastián; Seco Naveiras, Diego
A raster model consists of a matrix of cells in which each cell contains a value that represents information. A raster time series is an ordered collection of independent rasters. Raster and raster time series models have been applied in different domains, such as terrain altitude, temperature, atmospheric pressure, images, etc. Usually, the raster time series represents the raster data changes over time. The main attribute of those models is the data locality. Data locality indicates that con tiguous cells (spatially or temporally) contain similar values. Compression data exploits this characteristic. Besides, compact data structures allow the data to be compacted and respond to different queries without descompacting. Compact data structures have been used to rep resent raster data and raster time series, but it is possible to improve the efficiency of these structures. The work on this thesis focuses on improving the raster and raster time series compres sion. The thesis introduces an algorithm for constructing the Heuristic T-k2-raster that in tegrates a dynamic-programming approach, and proposes a new compact data structure for raster time series, the ZT-k2-raster, based on the k2-raster model. Additionally, alternative heuristic construction algorithms that incorporate clustering techniques have been developed to exploit temporal patterns better. The work also includes the implementation of a massively parallel k2-raster construction algorithm for GPGPU architectures, together with a comprehen sive experimental evaluation of all proposed methods and their performance. The experimental results confirm that these strategies improve compression and represen tation under specific conditions. The dynamic-programming approach consistently outperforms the baseline heuristic on synthetic datasets with high temporal and low spatial locality. In con trast, the clustering-based heuristics provide clear advantages for datasets with cyclic temporal patterns. The analysis of compressibility measures reveals a strong positive correlation with raster size and a strong negative correlation with spatial locality. Furthermore, a new alphabet sensitive 2D compressibility measure is introduced to better characterize raster compressibility. Finally, ZT-k2-raster achieves a competitive space–time trade-off for representing raster time series, and the parallel implementation demonstrates substantial acceleration during the con struction phase.
Impacto de una poliacrilamida aniónica residual y su nivel de degradación mecánica en la flotación de calcopirita en presencia de caolinita.
(Universidad de Concepción, 2025) Arcos Gómez, Felipe Andrés; Gutiérrez Briones, Leopoldo; Uribe Vélez, Lina Marcela
La industria del procesamiento de minerales enfrenta actualmente dos desafíos críticos: la disminución progresiva de las leyes de mineral y la creciente escasez de agua fresca. Este último ha sido abordado mediante un aumento en la recirculación de agua de proceso, lo que conlleva una disminución en su calidad debido a la acumulación de especies indeseadas, como floculantes residuales de tipo poliacrilamida (PAM). La presencia de estos reactivos puede afectar negativamente la flotabilidad de minerales valiosos como los sulfuros de cobre y alterar sus interacciones con minerales de ganga como la caolinita. El objetivo de esta tesis de Doctorado fue investigar el impacto de las moléculas de PAM, sometidas a distintos niveles de degradación mecánica, sobre las propiedades superficiales y la flotación de calcopirita en presencia y ausencia de caolinita, bajo diferentes condiciones fisicoquímicas. La metodología experimental incluyó ensayos de microflotación, mediciones de tiempo de inducción, isotermas de adsorción de reactivos, voltamperometrías cíclicas y ensayos de movilidad electroforética. Los resultados obtenidos demostraron que la presencia de PAM afecta negativamente la flotación de calcopirita y que su magnitud depende del pH y de la conformación molecular del polímero. A valores de pH entre 7 y 9, las moléculas no degradadas de PAM exhibieron mayor adsorción y un efecto depresor más pronunciado, mientras que a pH 11 las moléculas fuertemente degradadas mostraron mayor adsorción, favorecida por la presencia de sitios hidroxilados y la fragmentación del polímero. Este comportamiento se atribuye principalmente al recubrimiento superficial hidrofílico generado por la adsorción de PAM, que incrementa el tiempo de inducción y actúa como una barrera estérica, inhibiendo la interacción entre los colectores y la calcopirita. En los sistemas mixtos, la combinación de PAM y caolinita provocó una depresión más severa que la observada para cada componente por separado, lo que sugiere que la presencia de floculantes residuales en el agua de proceso podría intensificar el impacto negativo de las arcillas sobre la eficiencia del proceso de flotación. Además, la presencia de PAM en estas mezclas redujo aún más la adsorción de PAX, acentuando la pérdida de flotabilidad de la calcopirita. Estos antecedentes permiten concluir que una gestión adecuada del agua de proceso resulta fundamental para optimizar las operaciones de flotación y así mejorar la eficiencia de la producción de cobre. Asimismo, los resultados destacan la influencia combinada de los floculantes residuales y minerales de ganga como la caolinita sobre la química superficial de los sistemas de flotación, lo cual plantea la necesidad de controlar no solo la disponibilidad hídrica y la presencia de arcillas, sino también la calidad del agua recirculada en los circuitos de las plantas concentradoras.
Estudio de los efectos en la calidad del aire de grandes impactos globales al sistema energético: Un enfoque basado en imágenes satelitales y Machine Learning.
(Universidad de Concepción, 2025) Volke Oyarzun, Matias Iván; Sepúlveda Allende, Héctor Hito Andrés
La contaminación atmosférica en entornos urbanos, especialmente en megaciudades, está estrechamente vinculada al consumo energético basado en combustibles fósiles y constituye una de las principales amenazas para la salud y la sostenibilidad urbana. Esta tesis aborda la relación entre sistemas energéticos y calidad del aire a escala global, evaluando el impacto de crisis económicas y sanitarias en dióxido de nitrógeno (NO₂) y profundidad óptica de aerosoles (AOD) como proxi del material particulado fino mediante datos satelitales, indicadores energéticos y socioeconómicos, técnicas de aprendizaje automático y normalización meteorológica. Si bien existen múltiples estudios sobre la relación entre energía y contaminación atmosférica, la mayoría se centra en escalas locales o regionales y emplea datos de estaciones de monitoreo terrestre o modelos de transporte químico, los cuales no permiten analizar con precisión variaciones abruptas en la contaminación durante eventos excepcionales como crisis económicas, sanitarias o geopolíticas. En particular, no existe un análisis a gran escala que examine la relación entre el sistema energético y la calidad del aire en múltiples regiones del mundo. Por ello, esta tesis tiene como objetivo evaluar el impacto de eventos globales en la calidad del aire mediante modelos estadísticos basados en datos satelitales. Primero, a partir de observaciones del satélite Sentinel-5P (TROPOMI), se evaluó el efecto de las restricciones de movilidad durante la primera ola de la pandemia de COVID-19 (marzo–junio 2020) en 12 ciudades latinoamericanas. Se detectaron reducciones estadísticamente significativas de tropoNO₂ en Lima (-47,5%), Santiago (-36,1%), São Paulo (-27%) y Río de Janeiro (-23%). LA evidencia de los descensos significativos y simultáneos en las emisiones de las principales capitales de Latinoamérica, se presenta como evidencia de que esta reducción se debió a la menor movilidad urbana y no a factores meteorológicos. Posteriormente, mediante datos de OMI (2005–2020) y modelos de normalización meteorológica basados en machine learning, se cuantificaron las variaciones de tropoNO₂ en Santiago durante la crisis financiera 2008 2009 (-3%) y la pandemia 2020 (-27%). La correlación entre tropoNO₂ y variables energéticas fue positiva y significativa, aunque las luces nocturnas (NL) no mostraron patrones lineales consistentes. Para abordar esta limitación, se aplicaron métodos de Empirical Dynamic Modeling (EDM), revelando una relación causal no lineal y variable en el tiempo entre NL y tropoNO₂. Estos resultados muestran que eventos globales pueden inducir cambios temporales importantes en la calidad del aire, cuya magnitud y persistencia dependen de factores estructurales del sistema energético. En el último capítulo, Se analizaron 34 megaciudades (2005–2022) integrando datos satelitales de tropoNO₂ (OMI) y AOD (MODIS) con indicadores energéticos, socioeconómicos y de gobernanza ambiental. tropoNO₂ mostró correlaciones más fuertes y consistentes con intensidad energética (EI), consumo per cápita (PCEU) y consumo fósil (FFPEC) que la AOD. Mediante factorización de matrices no negativas (NMF) y agrupamiento jerárquico se identificaron tres patrones principales de respuesta ante crisis globales: i) Reducciones pronunciadas y sostenidas en contaminación, asociadas a alta eficiencia energética y estricta regulación ambiental (ej. París, Tokio, Nueva York): ii) Reducciones moderadas y rápida recuperación, con mejoras temporales influenciadas por limitaciones estructurales (ej. Santiago, Atenas, Bogotá); iii) Cambios mínimos o poco sostenidos, vinculados a alta intensidad energética y baja gobernanza ambiental (ej. Beijing, Moscú, Lagos). En AOD, las ciudades desarrolladas mostraron mayor estabilidad, mientras que las dependientes de biomasa o industria no regulada registraron alta variabilidad durante crisis. En conjunto, la tesis confirma que las crisis globales generan respuestas heterogéneas en la calidad del aire urbano, determinadas por las características energéticas, socioeconómicas y regulatorias de cada ciudad. El tropoNO₂, por su fuerte vínculo con actividades de combustión, es un indicador más sensible que la AOD para evaluar el impacto de estos eventos. La combinación de observaciones satelitales, normalización meteorológica y machine learning permite no solo cuantificar las variaciones en periodos de crisis, sino también clasificar ciudades según su resiliencia y capacidad de respuesta. Estos hallazgos aportan una base sólida para orientar políticas de transición energética, electrificación del transporte y fortalecimiento de la gobernanza ambiental, con el fin de mejorar la calidad del aire y la resiliencia urbana frente a futuros escenarios de disrupción global.
Impacto de la variabilidad climática y el cambio climático sobre el potencial eólico en América del Sur.
(Universidad de Concepción, 2025) Llompart Blanco, Ovidio; Sepúlveda Allende, Héctor Hito Andrés; Jacques Coper, Martin Sebastián
La energía eólica terrestre es una de las fuentes renovables con mayor participación en la matriz energética global. Sin embargo, las redes eléctricas están cada vez más expuestas a su variabilidad intrínseca. Este trabajo evalúa la influencia de diferentes patrones atmosféricos de gran escala sobre la variabilidad de la velocidad viento a 100m (WS100) y la densidad del potencial eólico (WPD) en América del Sur, y su impacto sobre la producción anual de energía (AEP) en el futuro. Se utilizaron datos de 14 modelos climáticos globales de CMIP6 y de reanálisis del ERA5 para el período histórico 1980 - 2014 y los períodos futuros 2030 – 2069 y 2070 – 2099 bajo el escenario SSP2-4.5. Se aplicó un análisis de funciones ortogonales empíricas (EOF) sobre WS100 en regiones seleccionadas y se calcularon las correlaciones con los principales patrones atmosféricos que influyen sobre el clima de la región. Se calcularon las variaciones de WPD con respecto al período histórico y se estimaron las diferencias futuras de AEP en las regiones más impactadas. Según nuestros resultados los principales cambios en WPD y AEP se concentran en dos regiones fundamentales: el nordeste de Brasil y la Patagonia. Encontramos que el Anticiclón del Atlántico Sur (SAA) es el principal modulador de WS100 sobre el nordeste de Brasil dado por una correlación positiva, por lo que el aumento en la intensidad del SAA provoca un aumento de WS100 en dicha región. Por otra parte, descubrimos un patrón al que denominamos Patrón Patagonia - Antártica (PAT), y que constituye el principal modulador de WS100 sobre la Patagonia, dado por una correlación negativa, por lo que la fase positiva del PAT provoca una disminución de WS100. Se prevé un aumento significativo de WPD de más del 30% para 2099 en el nordeste de Brasil, asociado principalmente a una tendencia positiva del SAA, mientras que se proyecta una disminución de hasta un -20% en la Patagonia asociada a una tendencia positiva en el PAT. Estos cambios equivalen a un aumento de AEP de hasta un 18% para 2069 y un 37,6% para 2099 en el nordeste de Brasil, mientras que en la Patagonia se proyecta una disminución de hasta un -33,6% para 2069 y un -33,8% para 2099. La principal contribución de este trabajo es que permite comprender los mecanismos atmosféricos que influyen en las variaciones a largo plazo de WPD y AEP. Esto es de gran relevancia para la industria eólica en la planificación del sistema y la evaluación de riesgos en proyectos eólicos actuales y futuros en América del Sur.
New technology for non-invasive electrical stimulation of peripheral nerves.
(Universidad de Concepción, 2025) Osorio Lépez, Rodrigo Andrés; Aqueveque Navarro, Pablo Esteban; Andrews, Brian J.
Las lesiones en la médula espinal (SCI por sus siglas en inglés) suelen provocar alteraciones motoras significativas, afectando gravemente la calidad de vida y los costos asociados al cuidado. Aunque la recuperación funcional tras una lesión medular es generalmente limitada, las técnicas de estimulación eléctrica ofrecen vías prometedoras para la restauración parcial del movimiento. Los diseños tradicionales de electrodos y las formas de onda utilizadas en la estimulación han permanecido prácticamente sin cambios desde la década de 1890, lo que ha derivado en una baja selectividad espacial y escasa penetración en los tejidos, limitando su aplicación a nervios superficiales. Este estudio investiga la estimulación por corrientes interferenciales (ICS por sus siglas en inglés) en combinación con nuevas geometrías de electrodos y técnicas de posicionamiento anatómico, utilizando modelado avanzado por elementos finitos y simulación de nervios. Los hallazgos revelan nuevas posibilidades de activación del músculo cuádriceps, esencial para actividades como ponerse de pie y caminar. Se evaluaron distintas formas de electrodos, incluyendo cuadradas, circulares y anillos concéntricos, para determinar su impacto en la eficiencia de activación muscular. Los resultados indicaron que la estimulación interferencial activa eficazmente el cuádriceps, siendo la configuración de electrodos cuadrados la que generó respuestas musculares comparables a las de la estimulación eléctrica funcional estándar (FES por sus siglas en inglés), aunque requirió mayores amplitudes de corriente. Otras configuraciones mostraron una eficacia variable en la generación de contracciones musculares consistentes. Por primera vez, esta investigación demuestra la posibilidad de “redirigir” electrónicamente la región de activación en tres dimensiones, adaptándose a desplazamientos en los puntos motores. El estudio también examina las percepciones de dolor e incomodidad asociadas a los distintos diseños de electrodos, encontrando que, si bien algunas configuraciones de estimulación interferencial disminuyen la incomodidad, pueden requerir intensidades de corriente superiores a las de la estimulación tradicional para lograr respuestas musculares óptimas. En conjunto, la investigación destaca el potencial de esta técnica, junto con diseños de electrodos optimizados, para mejorar las terapias de rehabilitación en personas con trastornos neuromusculares. Se proyectan futuros estudios orientados al perfeccionamiento de estos diseños y a la evaluación de los efectos a largo plazo sobre la función muscular.
Algoritmos y aceleradores hardware para estimación de entropía de flujos en redes de datos.
(Universidad de Concepción, 2025) Fernández Jiménez, Yaime; Figueroa Toro, Miguel Ernesto; Hernández Rivas, Cecilia
La entropía empírica de Shannon se emplea en la monitorización y clasificación del tráfico de red, con aplicaciones en la detección de anomalías y la gestión de recursos. En enlaces de red modernos, el cálculo de la entropía debe considerar que los datos se generan en streaming, de forma continua a altas velocidades. Además, en muchas aplicaciones los datos recientes adquieren mayor relevancia. Por ello, se utiliza el modelo de ventana deslizante que mantiene actualizadas las mediciones y refleja tendencias actuales del tráfico, pero implica el desafío adicional de eliminar de forma continua los datos obsoletos. Los aceleradores hardware basados en FPGA pueden alcanzar un alto rendimiento en estos escenarios a altas velocidades, explotando el paralelismo inherente del algoritmo con baja latencia y consumo energético. Sin embargo, estas plataformas tienen recursos de memoria interna limitados. Por lo que se requiere el diseño de algoritmos de estimación de entropía que puedan ser mapeados eficientemente a arquitecturas hardware, con bajo uso de memoria y alto paralelismo para maximizar su rendimiento. En este trabajo se proponen dos algoritmos para estimar la entropía empírica de Shannon de flujos de red, utilizando las frecuencias de los top-K, y asumiendo una distribución estadística para el resto. El primero realiza la estimación en intervalos de tiempo discreto y el segundo en ventanas de tiempo deslizantes. Ambos algoritmos fueron implementados en hardware utilizando sketches para la estimación de frecuencias y cardinalidad. Los sketches son estructuras de datos probabilísticas que implementan algoritmos de streaming que permiten operaciones en línea, ofrecen un alto grado de paralelismo y hacen un uso eficiente del espacio disponible. Además, se implementaron arreglos de colas de prioridad aproximadas para almacenar los flujos de mayor frecuencia; estas estructuras son altamente paralelizables y eficientes en el uso de memoria. Ambos algoritmos se evaluaron en trazas de red reales. El primer algoritmo muestra en intervalos con hasta 50 millones de flujos, un error relativo promedio de 0,69% en la estimación de la entropía empírica. El algoritmo utiliza más de tres órdenes de magnitud menos de memoria que un método exacto de cálculo de entropía. El acelerador hardware implementado en un FPGA Virtex UltraScale+ XCU280 opera a una velocidad de línea de más de 200 Gbps y una latencia de estimación de 16 μs. Los resultados del segundo algoritmo, en ventanas de 60s y deslizamiento 6s, con hasta 2 millones de flujos por ventana, muestran errores relativos promedio menores al 0.45% con una desviación estándar de 0.14 %. El algoritmo utiliza la mitad de la memoria y alcanza errores menores que replicar el primer algoritmo en cada ventana. El acelerador hardware implementado en un FPGA Virtex XCU55 UltraScale+ opera a una velocidad de línea de más de 158 Gbps.
Development of modules with hybrid technology based on InP and SiGe for applications in the W band (75 - 110 GHz).
(Universidad de Concepción, 2025) Vargas Millalonco, Felipe Andres; Reeves Díaz, Rodrigo Andrés; Varonen, Mikko
This thesis presents the development and characterization of microwave structures based on Low-Temperature Co-fired Ceramic (LTCC) technology, specifically using the Ferro A6M-E substrate, for applications in millimeter-wave radio astronomy instrumentation. A complete methodology is proposed, encompassing the design, electromagnetic simulation, fabrication, and measurement of microstrip structures, with the aim of extracting key dielectric parameters such as relative permittivity (ϵr) and loss tangent (tanδ). Two sets of ring resonator and transmission line structures were designed and fabricated, and their electromagnetic responses were evaluated under both room temperature (300 K) and cryogenic (20 K) conditions. In a novel extension, the frequency range of measurement spans from 1 to 180 GHz, covering both the W band (75–110 GHz) and the D band (110–170 GHz), in order to assess the dielectric behavior of the LTCC substrate with thin-film copper metallization. The experimental results demonstrate the dielectric stability of the LTCC A6ME substrate, even under cryogenic conditions, with minimal variation in relative permittivity values and a moderate increase in loss tangent at low temperatures. These findings align well with simulation data and analytical models, confirming the material’s suitability for high-frequency applications in demanding environments. Ultimately, the results validate the hypothesis that LTCC substrates enable the implementation of hybrid heterodyne modules in the millimeter-wave domain by integrating Indium Phosphide (InP) and Silicon-Germanium (SiGe) technologies. This hybrid approach supports the development of compact and scalable front-end receivers suitable for multi-pixel detection systems operating in mm-wave bands, with direct impact on next-generation instrumentation for radio astronomy.
Representación eficiente de secuencias espaciales y espacio-temporales.
(Universidad de Concepción, 2025) Quijada Fuentes, Carlos; Rodríguez Tastets, María Andrea; Seco Naveiras, Diego
El volúmen actual de información espacial y espacio-temporal que se genera se ha visto incrementado por la masividad de dispositivos que permiten registros constantes, ya sea para determinar la ubicación de determinados objetos en movimiento, o para obtener mediciones sobre un espacio o punto de interés determinado. Estos pequeños dispositivos actualmente se encargan de recopilar la información, que luego debe ser pre-procesada, para limpiar sus datos, corregirla en ciertos casos, para finalmente almacenar y responder consultas sobre la información. Este trabajo de tesis se orienta en desarrollar propuestas novedosas para el registro de secuencias espaciales, y secuencias espacio-temporales que permitan almacenar de manera eficiente los datos, y responder consultas en tiempo competitivo. Este compendio contiene el desarrollo de dos líneas de trabajo enfocadas en datos espacio-temporales. La primera propuesta es una estructura de datos compacta para la representación eficiente de trayectorias sobre una representación en red como caminos, con un fuerte enfoque en responder consultas de relaciones topológicas en los datos contenidos, permitiendo responder todas aquellas secuencias que cumplen una determinada relación. Esta estructura resulta en una representación eficiente en términos de espacio, y por sobre todo eficiente en los tiempos de respuesta para la mayoría de las operaciones implementadas. La segunda investigación corresponde a dos estructuras de datos compactas para la representación de series de tiempo relacionadas a una ubicación espacial. La formulación de la estructura estuvo guiada por índices de autocorrelación de los conjuntos de datos, estableciendo dos situaciones diferentes según las características de los datos. Esta representación resulta especialmente eficiente en grillas de datos espacio-temporales densas, y se puede identificar una diferencia entre los valores de autocorrelación entre los conjuntos utilizados que permiten decidir el uso de la estructura, o de su variante.
Desarrollo de cátodos de LiFePO4 y C para baterías de iones de litio de alto rendimiento.
(Universidad de Concepción, 2025) Lara Yáñez, Carolina Andrea; Carrasco Carrasco, Claudia Andrea
El LiFePO4 (LFP) es un material ampliamente reconocido por su estabilidad química y seguridad en aplicaciones de baterías de iones de litio. Sin embargo, enfrenta limitaciones significativas debido a su lenta cinética tanto de iones de litio como de electrones, lo que dificulta la carga rápida, resultando en una reducción de la capacidad específica y eficiencia energética en el tiempo. Esta limitación es particularmente crítica en aplicaciones de electromovilidad, donde se requiere un rendimiento rápido y eficiente. En respuesta a estos desafíos, esta investigación doctoral se centra en el desarrollo y análisis de diversas arquitecturas de cátodos LFP que podrían superar estas limitaciones cinéticas. A través de una exploración detallada de la fabricación del cátodo, desde la síntesis de las partículas de LFP hasta la selección de aditivos conductores y las técnicas de secado, este estudio tiene como objetivo optimizar la interconexión estructural de los componentes dentro del cátodo. Se investigó la eficacia de utilizar partículas de LFP de morfología tipo placa combinadas con grafito exfoliado laminar, y el impacto de aplicar un campo magnético durante el secado para mejorar la orientación y distribución de las estructuras de LFP. Esta configuración se comparó sistemáticamente con otras arquitecturas que combinan diversas morfologías de LFP y aditivos conductores. Los resultados muestran que una arquitectura ordenada, compuesta por placas de LFP y láminas de grafito, presenta un desempeño y tolerancia superiores a altas tasas de corriente, en comparación con otras configuraciones. En particular, la celda construida con el cátodo B-LFPH/GE/CM logró una retención de capacidad del 96% a 5C, junto con una conductividad electrónica de 6.2x10-5 S cm-1 y un coeficiente de difusión de litio de 1.1x10-13 cm2 s-1. Estos valores reflejan una mejora significativa respecto a otras configuraciones no alineadas, confirmando que una mejor interconexión entre las estructuras internas del cátodo mejora considerablemente la cinética electroquímica a altas tasas de corriente. En consecuencia, se valida la hipótesis de que una arquitectura laminar-alineada puede aumentar la eficiencia de los cátodos LFP bajo regímenes de carga rápida, ofreciendo una solución viable para aplicaciones de electromovilidad.
Assessment of the impact of wind–solar temporal energy complementarity on the design of stand-alone hybrid renewable energy systems with storage using artificial intelligence.
(Universidad de Concepción, 2025) Muñoz Pincheira, José Luis Alfredo; Sanhueza Gómez, Felipe Abner; Salazar Silva, Lautaro
The transition towards a 100% renewable energy matrix faces significant technical challenges, primarily due to the variability of solar and wind resources and their high geographic concentration. These characteristics have led to problems in centralized power systems, such as transmission network congestion and forced energy curtailment, which undermine the efficiency and economic viability of renewable projects. This thesis addresses this issue through two complementary studies. The first study analyzes the temporal complementarity between solar and wind energy in Chile, using hourly data from 2004 to 2016 across 176 locations. Using Spearman’s rank correlation coefficient, four zones with different levels of energy synergy were identified: positive (A1), negative (A2 and B), and neutral (C). This classification enabled the construction of a strategic map to locate more efficient hybrid systems with lower storage requirements. The second study incorporates these findings into an optimization model for the design of stand-alone Hybrid Renewable Energy Systems (HRES), consisting of solar panels, wind turbines, and batteries. The model, implemented in GNU Octave, uses genetic algorithms to simulate optimal configurations under different levels of complementarity and demand profiles (constant and variable). Key performance metrics are evaluated, including Net Present Cost (NPC), Levelized Cost of Energy (LCOE), and Loss of Power Supply Probability (LPSP). The results show that higher complementarity reduces costs, storage size, and simplifies system design, particularly under high continuity requirements (low LPSP). It is concluded that explicitly considering temporal complementarity improves the technical and economic performance of off-grid HRES and strengthens local energy resilience. Furthermore, promoting distributed generation in areas with high solar-wind complementarity supports energy system decentralization, reducing pressure on transmission networks and mitigating renewable energy curtailment. The thesis therefore proposes incorporating this metric as a key criterion in territorial energy planning to guide investments towards more sustainable, resilient, and cost-effective configurations.
On the prediction of thermodynamic and structural properties in systems of deep eutectic solvents by molecular modeling techniques.
(Universidad de Concepción, 2025) Cea Klapp, Esteban Alejandro; Garrido Acuña, José Matías; Canales, Roberto
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.
Multiphysics modeling of CO2 methanation in a monolithic reactor: dynamic responses to temporary H2 disturbances.
(Universidad de Concepción, 2025) Pérez Vilela, Douglas Enrique; García Carmona, Ximena Andrea
El tren de reactores de lecho fijo en serie, con enfriamiento intermedio entre etapas, es la tecnología utilizada actualmente para la metanación de CO2, aunque su implementación es compleja y costosa. Esta realidad ha incentivado la búsqueda de alternativas más eficientes y costo-efectivas. Entre estas los reactores de tipo monolito panal de abeja han generado gran interés y su estudio se ha incrementado de manera relevante en los últimos años. Por otro lado, si se utiliza H2 verde en esta reacción, su flujo experimentará fluctuaciones debido a la intermitencia de las energías renovables que lo generan. Con base en lo anterior, se propone en esta tesis evaluar la respuesta dinámica de un reactor monolítico de metanación de CO2, frente a perturbaciones en el flujo de H2. Para lograr el objetivo, se realizó en primer lugar una revisión bibliográfica de los estudios sobre el modelado de reactores de metanación de CO2. A continuación, se desarrolló un modelo matemático del reactor monolítico y se sugirieron estudios esenciales para su análisis. El modelo se empleó para analizar el comportamiento transitorio del reactor monolítico ante fluctuaciones en la carga de H2 según las condiciones de operación propuestas. A través de un estudio paramétrico se evaluaron los efectos de la actividad catalítica, el tipo de perturbación y el tamaño del equipo sobre la respuesta dinámica del reactor. Posteriormente, se llevó a cabo una evaluación dinámica-experimental del reactor monolítico ante un cambio repentino en la carga de H2. Estos resultados fueron esenciales para validar el modelo y comparar teóricamente la respuesta dinámica del monolito panal de abeja con la de un reactor de lecho fijo bajo distintas condiciones fluctuantes de carga de H2. La revisión de la literatura indicó que el modelo de escala completa, axialsimétrico, bidimensional, heterogéneo y transiente es adecuado para modelar el reactor monolítico de panal de abeja. El modelo formulado reveló que, al usar un catalizador de alta actividad como el Ru, el reactor muestra un comportamiento dinámico similar al observado cuando se utiliza un catalizador más convencional en base a Ni. Por otra parte, aunque se obtiene una mejor respuesta dinámica ante una fluctuación gradual (rampa) del flujo de H2, el monolito también responde adecuadamente a una perturbación repentina (escalón). Además, el tamaño del equipo influye significativamente en la tendencia no estacionaria del monolito ante cambios en el flujo de H2. La evaluación dinámico experimental, permitió validar el modelo matemático del reactor. La comparación con un reactor de lecho fijo, bajo las mismas condiciones de operación, tamaño de reactor y temperatura máxima, evidenció diferencias dinámicas entre el monolito y el lecho fijo en los casos de estudio seleccionados. Estas diferencias están relacionadas con las distintas cargas de catalizador y las estructuras internas de ambos equipos, evidenciándose en la mayoría de los casos que el monolito tiene mayor estabilidad dinámica ante fluctuaciones de la carga de H2 verde. Con base en los resultados obtenidos de las evaluaciones del monolito panal de abeja bajo régimen transiente, se concluye que este tipo de reactor muestra una respuesta dinámica favorable ante la fluctuación de la carga de H2 verde para diferentes condiciones de operación, demostrando ser incluso una alternativa tecnológica atractiva en contraste con el reactor de lecho fijo para la metanación de CO2.
Design of Cooperative Advanced Driver Assistance System based on Artificial Intelligence Models aware of driving profiles and the environment surrounding the vehicle.
(Universidad de Concepción, 2025) González Saavedra, Juan Felipe; Figueroa Toro, Miguel Ernesto; Montejo Sánchez, Samuel
The design of driver assistance systems to improve road safety has been present since the beginning of the automotive industry itself. These systems have evolved, in close relationship with technological advances in the areas of electronics, computer systems and telecommunications. Different stages have marked this evolution, from the emergence of the first passive systems, the transition from these to the so-called active assistance systems and more recently the appearance of cooperative assistance systems, which incorporate communication elements. The design of these systems has a close and direct relationship with the main aspects related to road safety: the driver, the vehicle, and the environment. The absence of any of these elements or the failure to consider the interrelations between them contributes to a deterioration in road safety. The driver is a relevant element for road safety. Although the first steps are being taken in the implementation of autonomous driving, the current transition stage that involves the coexistence and interaction of autonomous vehicles with traditional vehicles driven by a human driver seems to be far from being concluded in the short and medium term. Therefore, it is relevant to consider the study of the driver and his different driving profiles in the design of assistance systems, both to assist the driver in non-autonomous vehicles and to incorporate this information related to human drivers in autonomous vehicles, favoring their integration in the road scenario where they must coexist with the rest of the non-autonomous vehicles. The more autonomous vehicles know human drivers, the better they will be able to interact with them, which contributes to promoting road safety. One of the most widely used methods in the literature to address the study of driver profiles is the analysis of the vehicle’s trajectory. Lane-changing maneuvers on highways are particularly a risk factor for road safety, given the high driving speeds of these scenarios. These maneuvers allow the analysis of the bidirectional behavior of vehicle movement and thus enrich the study of bidirectional driving profiles of drivers. In this thesis, we present a study on the design of Cooperative advanced driver assistance systems (C-ADAS) and propose a conceptual architecture that includes the main elements related to road safety: the driver, the vehicle, and the environment, as well as the interrelation between these through a holistic and systemic approach. In this architecture, the remote operation of this C-ADAS based on the Internet of vehicles (IoV) paradigm is also considered, as well as the enabling technologies involved, the main evaluation mechanisms, and the performance metrics used in these systems. From data on real trajectories, we analyze bidirectional driving profiles in lane-changing maneuvers on highways, grouped according to the vehicle’s longitudinal and lateral movement behavior. We obtain an analytical description of these driving profiles, through logistic models, which describe the drivers’ behaviors during the execution of these maneuvers. This information improves the prediction accuracy of the most probable trajectory of the vehicle when drivers change lanes. These models were evaluated for many time windows of historical trajectory data, right and left turn maneuvers, different driving profiles for each type of maneuver, and various traffic lane configurations, the results obtained showed an accuracy greater than 92% in the detection of driving profile and greater than 99.1% in the particular driver detection.
Diseño y gestión de redes híbridas VLC/RF.
(Universidad de Concepción, 2025) Bravo Alvarez, Lisandra; Saavedra Mondaca, Gabriel Alejandro; Montejo Sánchez, Samuel
The implementation of the fifth generation (5G) of cellular networks has led to a large increase in mobile traffic, with applications demanding ultra-high trans mission speeds and high quality of experience (QoE), requiring a network infras tructure capable of supporting multiple new services. Femtocell VLC/RF hybrid systems are complementary technologies that enable cooperation between RF and VLCnetworks without interfering with each other. They significantly increase the data rate of the system and achieve better load balancing by distributing the load between the two networks. Femtocell-type VLC/RF hybrid networks are key to the next generations of cellular networks because they can complement the ad vantages of both independent technologies. However, there are still many areas of research and several challenges to overcome for optimal management of hybrid VLC/RF Femtocell networks. In this work, we propose a new way to design and validate management mechanisms for hybrid VLC/RF networks to control access to the medium and network resources. With this research, we expect to obtain ma nagement mechanisms for hybrid Femtocell VLC/RF networks to control access to the medium and network resources, successfully increasing the hybrid system’s performance in terms of network throughput, transmission efficiency, and network effectiveness despite the user’s mobility. These mechanisms can be validated using a discrete event simulator. The design and validation of management mechanisms to optimize access and resource usage in hybrid VLC/RF networks demonstra ted an increase in network performance, reflected in higher throughput, better transmission efficiency and greater system effectiveness. A hybrid indoor Femto cell system was proposed, incorporating a CSMA/CA and IEEE 802.11n-based access protocol, resulting in reduced latency and improved throughput compared to standalone networks. In addition, three network selection algorithms were de veloped that prioritize the connection through VLC and improve the quality of service, with the Analytical Algorithm standing out for its efficiency. Simulations confirmed that the hybrid network optimizes user connection and distributes the load evenly between VLC and RF.
Logística de una lancha sustentable que recorre la Antártica. Modelos y métodos de solución.
(Universidad de Concepción, 2025) Cifuentes Lobos, Dagoberto Andrés; Pradenas Rojas, Lorena del Carmen; Parada Daza, Víctor
La presente tesis doctoral aborda la planificación logística en la Antártica, una región sumamente exigente por sus condiciones climáticas extremas, grandes distancias y sensibles restricciones medioambientales. El trabajo se enmarca en el Maritime Inventory Routing Problem (MIRP), integrando ruteo de embarcaciones y gestión de inventarios en puertos o bases científicas a lo largo de un horizonte de planificación de 60 a 120 días. A diferencia de la mayoría de los estudios, aquí se considera una flota de embarcaciones heterogéneas y, de manera novedosa, se introduce la propulsión híbrida con selección de velocidad adaptativa para reducir el consumo de combustible y el impacto ambiental. Para ello, se proponen dos formulaciones de Programación Entera Mixta (MILP/MIBLP). La primera refuerza la capacidad de resolver MIRP en horizontes largos con múltiples barcos, incorporando inecuaciones válidas y técnicas de symmetry breaking que mejoran notablemente la eficiencia computacional. La segunda agrega la dimensión energética de embarcaciones híbridas y velocidad variable, lo que implica modelar el consumo de com bustible y la gestión de la batería mediante términos bilineales. Se validan estas propuestas con instancias realistas basadas en datos de bases científicas chilenas en la Antártica, mos trando reducciones de combustible y emisiones, aunque con retos de escalabilidad en los casos de mayor magnitud. En conjunto, la tesis demuestra que la integración simultánea de ruteo, inventarios y gestión energética de buques híbridos mejora la sostenibilidad y eficiencia de la logística antártica. Además, sienta bases metodológicas para la aplicación en entornos remotos con restricciones ambientales, aportando soluciones que equilibran el abastecimiento confiable de las bases con la protección de uno de los ecosistemas más frágiles del planeta.
Influencia de las propiedades ácidas y redox en el mecanismo de la oxidación selectiva de metanol a formiato de metilo.
(Universidad de Concepción, 2025) Galdames Oliva, Gabriel Alexander; Karelovic Burotto, Alejandro Iván; Jiménez Concepción, Romel Mario

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