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Evaluación de los parámetros operacionales de un vermifiltro, para eliminar materia orgánica, nutrientes y cuantificar las emisiones de gases de efecto invernadero.
(Universidad de Concepción, 2025) Gutiérrez Imil, Víctor Lenin; Vidal Sáez, Gladys Cecilia; Rodríguez, Diana Catalina
Chile, es uno de los países más vulnerables a la escasez hídrica, y se estima que al menos el 25% de la sequía experimentada por el país desde el 2009, estaría relacionada con el cambio climático. Estos eventos de escasez hídrica afectan por, sobre todo, el suministro y el tratamiento de las aguas servidas que provienen de zonas rurales y que actualmente son administradas por Comités y Cooperativas. Aunque el 2018, la cobertura de agua potable llegó a un 99% en las zonas rurales concentradas, aún existen más de 300 mil viviendas que no cuentan con un sistema apropiado de abastecimiento y saneamiento de aguas residuales.
En regiones, las zonas rurales que presentan mayores problemas y que no cuentan con un abastecimiento formal de agua potable, se encuentran en el Biobío (68%), La Araucanía (71%), los ríos (62%) y Los lagos (64%). Por lo general, las viviendas que se encuentran en estas zonas no cuentan con la infraestructura suficiente para instalar un sistema de saneamiento adecuado y solo cuentan con pozos negros y fosas sépticas. Por lo tanto, los vermifiltros se han planteado como una solución viable para estas localidades.
La vermifiltración es un proceso bio-oxidativo en el que las lombrices detritívoras interactúan intensamente con microorganismos para eliminar los contaminantes que se encuentran presentes en el agua. Este sistema consta de un estanque relleno por diferentes capas filtrantes, con lombrices en la capa superficial que pueden bioacumular, biodegradar y/o biotransformar diferentes tipos de contaminantes. Aun cuando estos sistemas han sido presentados como una solución plausible para los sectores rurales, el 48% de los vermifiltros implementados presentan fallas por parámetros de operación que aún siguen siendo estudiados y que guardan relación con la tasa de carga de nutrientes, la tasa de carga hidráulica, el medio filtrante, la cantidad de lombrices y las emisiones de gases que pueden generar estos procesos de degradación. Sobre estas materias, aun no existe un consenso científico que indique cuales son los parámetros de funcionamiento óptimo de los vermifiltros y como las lombrices impactan el balance de los gases de efecto invernadero (GEI). Es por esta razón que el presente proyecto de investigación tiene como objetivo general “Evaluar los parámetros de diseño y operación de un vermifiltro a escala real, para optimizar el diseño y la operación de un vermifiltro para eliminar la materia orgánica, nutrientes y controlar las emisiones de gases de efecto invernadero”. En primer lugar, se evaluaron las condiciones de operación de un vermifiltro a escala real, para eliminar materia orgánica y nutrientes (Capitulo III, IV). Luego, se analizó el efecto de las lombrices y la estacionalidad sobre la capa activa de un vermifiltro a escala real (Capitulo V) y finalmente se determinaron las emisiones de gases de efecto invernadero de un vermifiltro a escala real (Capitulo VI). Para cumplir con este objetivo, se generó una revisión bibliográfica para evaluar la influencia de los parametros de diseño y operación en los vermifiltro, posteriormente se evaluó el desempeño de un vermifiltro en la zona rural para eliminar materia orgánica y nutrientes. Los estudios realizados en el VF consideraron la caracterización fisicoquímica y biológica del influente, efluente secundario y efluente final. Luego se caracterizó la capa activa del medio filtrante utilizando técnicas de respirometria. Para esto se consideró la estacionalidad (Otoño-invierno y Primavera-Verano) y la densidad de lombrices por zonas de la capa activa (Zona A: 1105 ± 982 lombrices/m3; Zona B: 7221 ± 1699 lombrices/m3). Para evaluar la cinética heterotrófica se determinó la tasa de consumo de oxígeno (OURend), la tasa especifica de consumo de oxígeno (SOURend), la biomasa generada (YH) y la tasa de crecimiento de microrganismos (μmax). Finalmente se utilizó el método de la cámara estática para medir las emisiones de CO2, CH4 y N2O en la capa activa considerando la estacionalidad.
Los principales resultados de esta tesis doctoral demostraron que los parametros óptimos de un VF están entre 3000-6000 lombrices/m3, tasa de carga hidráulica (HLR) bajo 2.5 m3/dm2, tasas de carga orgánica (OLR) entre 0.2-0.4 kgDQO/m2d, tiempos de operación de la capa activa (TO) que no superen los 24 meses y temperaturas entre 15°C y 30°C. En cuanto al desempeño del VF a escala real, este registró una eficiencia de eliminación de un 77% para la DQO, un 53% para el nitrógeno total (NT), un 36% para el fosforo total (PT) con incrementos en primavera verano de un 9% para la DQO y una disminución de NT en un 20%. Respecto a los coliformes fecales (CF), VF eliminó de 8,9 a 6,9 log10(MPN/100mL). Por lo tanto, la estacionalidad es un factor que afecta significativamente la eliminación de la DQO, NT y el VF no es capaz de eliminar coliformes en niveles seguros.
En cuanto a la capa activa (viruta de madera), los resultados mostraron YH de 0.39 en otoño-invierno y 0.54 en primavera-verano, mientras que μmax fue de 0.07 d-1 en otoño invierno y 0.02 d-1 en primavera-verano. OURend y SOURend incrementaron un 95% más en primavera Verano que en otoño-invierno y un 64% más en la zona B que en la zona A. Estos resultados indican que la estacionalidad y la densidad de lombrices, afectan los parametros cinéticos del VF que determinan la eliminación de la materia orgánica.
Finalmente, las emisiones generadas por una persona al año en un VF (kgCO2eq/per·año) presentan los siguientes rangos, CO2: 0.8 – 7.5 kg/per·año, CH4: 0.1 – 0.5 kgCO2eq/ per·año, y N2O: 5.7 – 9.5 kgCO2eq/per·año, respectivamente. Respecto al efecto de la estacionalidad, el CO2 incrementa un 139% in primavera – verano comparado con el otoño-invierno. N2O incrementa un 139% en otoño-invierno comparado con primavera-verano. Por otro lado, existe una correlación positiva entre la concentración de DQO del influente y las emisiones de CO2 (r2 = 0,7) y una correlación negativa entre la relación carbono/nitrógeno (C/N) y las emisiones de N2O (r2 = -0,6). Estos resultados muestran que la estacionalidad y las características del influente respecto a la carga orgánica y la relación C/N, tienen un efecto en las emisiones de gases de efecto invernadero en un Vermifiltro a gran escala.
Sensibilidad de la respuesta estructural de marcos arriostrados concéntricos a métodos de selección de registros sísmicos.
(Universidad de Concepción, 2025) Aedo Sanhueza, Rebeca Ester; Silva Muñoz, Rodrigo Antonio
Esta investigación evalúa el impacto de la selección de registros sísmicos en el diseño de estructuras industriales, comparando los espectros de peligro uniforme (UHS) donde se utiliza el espectro de referencia de la norma NCh2369 considerado como una buena representación de esta amenaza y el Espectro Medio Condicionado (CMS). La selección adecuada de registros sísmicos y una acertada modificación espectral determina la representatividad de los análisis dinámicos y la fiabilidad de los diseños estructurales. En este estudio, se emplean dos métodos de modificación espectral: el Escalamiento Espectral y el Ajuste Espectral, con el fin de analizar su influencia en la respuesta estructural bajo distintos escenarios de demanda sísmica.
La metodología de análisis se basa en generar registros sísmicos artificiales de la base de datos sísmica de Chile, los cuales se aplican a modelos de SAP2000 representativos de estructuras industriales. Se consideran tres configuraciones estructurales con distintos periodos fundamentales de vibración, con el objetivo de evaluar su respuesta ante conjuntos de 3, siete y 11 registros sísmicos. De esta forma, se evalúa la influencia del número de registros seleccionados en la dispersión de los resultados, identificando la cantidad mínima recomendada para obtener respuestas estructurales confiables.
Los resultados muestran que la selección del espectro objetivo y el método de ajuste espectral afectan significativamente la demanda estructural en términos de desplazamientos, esfuerzos internos y variabilidad en la respuesta estructural. Se observa que el uso de espectros CMS reduce la dispersión en la respuesta estructural en comparación con los espectros UHS, los cuales tienden a sobreestimar la demanda sísmica. Asimismo, el método de Ajuste Espectral proporciona un ajuste más preciso a la demanda objetivo, pero puede introducir modificaciones en la frecuencia del contenido espectral de los registros, lo que puede no representar de manera óptima la demanda sísmica en ciertos casos.
Otro aspecto relevante analizado es el impacto del número de registros empleados en la variabilidad de los resultados. Se identificó que, si bien el uso de tres registros puede ser suficiente para ciertos análisis preliminares, en otros casos resulta conservador, por lo que el empleo de siete u once registros reduce significativamente la dispersión en las respuestas estructurales, proporcionando mayor confiabilidad en el diseño sísmico.
Finalmente, se presentan recomendaciones clave para la selección de registros en diseño estructural, considerando tanto la normativa vigente como los objetivos de diseño sísmico. Se enfatiza la importancia de definir criterios adecuados para la selección del espectro objetivo y del método de ajuste espectral, así como la cantidad mínima de registros requeridos para obtener resultados confiables. Adicionalmente, se destaca la necesidad de extender el estudio a estructuras tridimensionales para incorporar parámetros como la torsión y la interacción entre diferentes direcciones de respuesta, lo que permitiría obtener una visión más integral del comportamiento estructural bajo demandas sísmicas.
Expansión plataforma virtual de Secretaría Académica: convalidación y revalidación de asignaturas.
(Universidad de Concepción, 2025) Muñoz Monsalve, Jorge Hernán; Vidal Valenzuela, Javier Enrique
Esta memoria de título corresponde a una ampliación de las funcionalidades de la actual plataforma online de Oficina virtual de la Secretaría Académica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Concepción para agregar la convalidación y revalidación de asignaturas al repertorio de trámites online que se pueden realizar en la plataforma.
El informe contiene antecedentes de la Oficina Virtual existente para así poder realizar el diseño y desarrollo de las nuevas funcionalidades que serán descritas más adelante.
La metodología de trabajo utilizada fue SCRUM, una metodología ágil basada en entregas incrementales hasta completar la entrega y validación del producto final por parte del cliente.
Las tecnologías utilizadas en el desarrollo de este proyecto fueron los frameworks de Vue.js para el manejo del frontend de la aplicación y los frameworks Express.js y Node.js para el manejo del backend de la aplicación.
Para asegurar que los resultados fueran acorde a lo esperado se realizaron pruebas durante las reuniones semanales con los stakeholders con tal que los avances entregados estuvieran funcionando de manera adecuada y cumplieran con ciertos principios de desarrollo de interfaces de software para desarrollar una aplicación clara e intuitiva para todos los tipos de usuarios que fuesen a interactuar con la plataforma.
Al finalizar el desarrollo de la memoria de título se logró diseñar e implementar nuevas funcionalidades a la plataforma virtual de Secretaria Académica para realizar y resolver solicitudes de convalidación y revalidación de asignaturas que estuviera dentro de las expectativas del cliente.
Estimación del desplazamiento esperado entre componentes críticos de un molino semiautógeno SAG.
(Universidad de Concepción, 2025) Rodríguez González, Alejandro Antonio; Silva Muñoz, Rodrigo Antonio
Chile es uno de los principales países mineros del mundo, produciendo aproximadamente un 25% del suministro mundial de cobre (SERNAGEOMIN, 2023). Dentro de este contexto, los molinos semiautógenos (SAG) cumplen una función fundamental en la conminución de minerales, destacándose por su capacidad para procesar grandes volúmenes de material de manera eficiente. Estos equipos están compuestos principalmente por un estator, un molino y su fundación.
El principal objetivo de este trabajo es estimar los desplazamientos en el air-gap entre el estator y el rotor de un molino SAG utilizando el espectro de referencia establecido en la norma NCh2369:2023 (INN, 2023), dado que actualmente se discute si este espectro es adecuado para calcular dichas deformaciones. Para ello, se desarrolló un modelo tridimensional del molino en SAP2000, incluyendo sus principales componentes: el molino, la fundación y el estator. Posteriormente, se evaluaron los desplazamientos en el air-gap mediante análisis modal espectral y análisis tiempo-historia lineal. En estos últimos, utilizaron registros sísmicos consistentes con dicho espectro de referencia.
Los resultados indican que, en la mayoría de los casos, los desplazamientos obtenidos son inferiores a los 20 mm del air-gap diseñado en el molino SAG real. Sin embargo, se determinó que hay una probabilidad de que este límite se supere, por lo que fue necesario elaborar una curva de fragilidad para evaluar el riesgo de falla en este espacio. Esta curva demostró que el riesgo asociado al diseño del air-gap utilizando el espectro de la norma NCh2369:2023 (INN, 2023) es aproximadamente del 10%.
Además, se propuso una metodología para evaluar la fluencia de los pernos de anclaje en los apoyos del molino durante los análisis de tiempo-historia lineales. Los resultados mostraron que estos pernos podrían experimentar fluencia bajo los sismos de diseño, lo que podría afectar los desplazamientos del air-gap. Esto sugiere la necesidad de incluir explícitamente estos elementos en el modelo para analizar este comportamiento en futuros estudios.
Identificación de blancos moleculares para el tratamiento de alzheimer mediante interacciones proteína-proteína (ppi) y algoritmos de deep learning.
(Universidad de Concepción, 2025) Madrid Becerra, Macarena Alejandra; Vidal Miranda, Mabel Angélica
La enfermedad de Alzheimer (EA) carece de terapias capaces de detener o revertir su progresión, por lo que priorizar blancos moleculares a partir de redes de interacción proteína–proteína (PPI) resulta clave. Este trabajo tuvo por objetivo detectar módulos funcionales en una red PPI asociada a EA e integrar dicha estructura con anotaciones de Gene Ontology (GO) para proponer candidatos a blanco. Para ello, se desarrolló un pipeline basado en redes neuronales del tipo Graph Neural Network (GNN) aplicado a una red de 5,390 proteínas y 430,206 interacciones, anotada con 6,928 términos GO.
La metodología consistió en la construcción de representaciones de nodos y aristas que permitieron entrenar un modelo basado en redes neuronales gráficas. Posteriormente, se generaron embeddings que fueron analizados mediante estrategias de reducción de dimensionalidad y agrupamiento, lo que posibilitó la identificación de módulos funcionales y su posterior caracterización biológica.
En cuanto a los resultados, el modelo seleccionado alcanzó un AUC de 0.9596 en el conjunto de prueba y permitió la detección de 14 módulos funcionales (denominados clusters) consistentes. Adicionalmente, se calcularon métricas de conectividad intra- e interclúster junto con el Connectivity Score. A partir de estas métricas se identificaron las cinco proteínas con los valores más altos en cada cluster, conformando así el conjunto final de 145 proteínas priorizadas para su estudio posterior.
En conclusión, el enfoque propuesto constituye una estrategia computacional para la integración de información topológica y funcional en redes PPI asociadas a la EA. Los hallazgos no sólo generan una lista priorizada de posibles blancos moleculares, sino que también establecen una base metodológica extensible a otras patologías, reforzando el potencial del aprendizaje profundo aplicado a problemas biológicos.