3.01 Tesis doctorado

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Asistencia de un haz láser como método de tratamiento térmico en un proceso de soldadura por fricción
(2021) Mullo Casillas, José Luis; Ramos Grez, Jorge; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El proceso de soldadura por fricción FW (Friction Welding), tiene gran aplicación en la soldadura de elementos que son utilizados en la industria del transporte, aeronáutica y espacial. Las uniones soldadas con este proceso han sido estudiadas evaluando sus propiedades mecánicas y caracterizando la microestructura, dichas uniones muestran resultados aceptables en comparación a los métodos de soldadura por fusión. Sin embargo, por un control inadecuado de los parámetros de soldadura, o incompatibilidades metalúrgicas se pueden generar compuestos intermetálicos, fases no deseadas o un crecimiento inadecuado del grano. Los defectos enunciados no han sido controlados totalmente, y a su vez, van a afectar la calidad de la junta soldada, limitando su aplicación futura. Los métodos alternativos de generación de calor como la asistencia de un haz láser en los procesos de soldadura por fricción son muy limitados y se enfocan solamente en los procesos de soldadura por fricción-agitación FSW (Friction stir welding) mostrando grandes beneficios. Por lo tanto, en esta investigación se realiza la asistencia de un haz láser en un tipo de proceso de soldadura de fricción denominado por accionamiento directo CDFW (Continuous drive friction welding), y se utiliza un proceso denominado LAFW (Laser assisted friction welding) desarrollado por el autor. En el proceso implementado se realizan uniones acero-aluminio, analizando las propiedades mecánicas respecto a las del material base sobre la base de un análisis estadístico. Las uniones soldadas son evaluadas por ensayos mecánicos de tracción, análisis metalográfico, microdureza, microscopía electrónica de barrido SEM (Scanning electron microscopy), espectroscopía de energía dispersiva EDS (Energy dispersive spectroscopy), espectroscopía de dispersión por longitud de onda WDS (Wavelength dispersive spectroscopy), difracción de rayos X (XRD) (X-ray diffraction analysis) y espectroscopía de emisión óptica por descarga luminiscente GDOES (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy). Los resultados indican que este proceso es más eficiente que un proceso de soldadura por fricción convencional, determinando así un efecto favorable de la asistencia láser en los parámetros de soldadura y las propiedades mecánicas de las uniones soldadas.
Assessing recent trends of agroclimatic indices using MODIS data in central Chile
(2018) Orellana Bello, Stephanie Paz; Meza, Francisco Javier; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal
La agricultura es una de las actividades más susceptibles al cambio climático. El aumento de las temperaturas y los cambios en las precipitaciones afectarán el crecimiento y el desarrollo de los cultivos, reduciendo la productividad agrícola. Las tendencias recientes observadas en la temperatura pueden haber producido ya cambios en la idoneidad de los cultivos. El análisis de tendencias temporales es una de las metodologías más aceptadas para evaluar el efecto de los cambios observados en la temperatura sobre la respuesta fisiológica de los cultivos. Desafortunadamente, sólo unos pocos estudios analizan el efecto de estas tendencias sobre los índices agroclimáticos, especialmente realizando un análisis espacial exhaustivo. Este trabajo presenta un análisis de las tendencias temporales recientes en Chile central para índices agroclimáticos basados en temperatura derivados de imágenes satelitales de temperatura superficial MODIS. Para investigar la estructura espacial de las tendencias calculadas, se estimaron variogramas direccionales. Los índices asociados a la categoría de calor muestran tendencias marcadas hacia un inicio temprano y un aumento en la duración de la temporada de crecimiento, así como una tendencia positiva grados día acumulados en invierno y verano. Los índices asociados a la categoría de frío tienen tendencias menos claras y un número menor de tendencias significativas. El análisis de NDVI para la respuesta de la vegetación muestra una deuda adaptativa, definida como la diferencia entre la duración potencial de la temporada de crecimiento y la respuesta real de la vegetación, debido a que el inicio y la duración de la temporada de crecimiento presentan tendencias opuestas a las encontradas en los índices agroclimáticos. Los resultados más significativos en las tendencias se encontraron en las áreas mediterráneas húmedas y subhúmedas que presentan un nuevo potencial productivo menos limitado por las bajas temperaturas. Los índices de frío sugieren un aumento del período de heladas con un mayor número de eventos extremos.
Assessment of external and internal quality of blueberries using images.
(2013) Leiva Valenzuela, Gabriel A.; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Durante el almacenamiento y el transporte de los arándanos, algunos defectos de la fruta pueden provocar rechazos en algún momento de su comercialización haciendo valiosos los estudios sobre metodologías no destructivas para su evaluación externa e interna durante su poscosecha. De este modo, al ser implementadas, la calidad podría mejorar. La presente tesis tuvo dos ejes principales: la evaluación externa de la calidad de arándanos poscosecha con técnicas de reconocimiento de patrones de imágenes a color, y la evaluación de su calidad interna utilizando imágenes híper espectrales para la construcción de modelos predictivos. Para la evaluación externa de la calidad en arándanos, se implementó un reconocimiento estadístico de patrones para detectar automáticamente las dos principales orientaciones (pedicelo y cáliz) y tres de los defectos más comunes: arándanos con desarrollo de hongos, encogimiento por deshidratación y arándanos con impactos mecánicos o comprimidos. En primer lugar, se adquirieron imágenes de grupos de arándanos clasificados en las dos orientaciones y en las cuatro clases de defectos de arándanos poscosecha (incluida la clase control). Luego de la adquisición, se extrajeron características cromáticas y geométricas para posteriormente seleccionarlas utilizando el algoritmo de "búsqueda secuencial hacia adelante". Estas características seleccionadas fueron utilizadas para entrenar distintos tipos de clasificadores y determinar cuál de ellos entregaba la mejor clasificación.
Competencia de mecanismos bióticos y abióticos en el transporte de arsénico en el río Loa : efectos de macrófitas en los flujos y acumulación de arsénico
(2014) Bugueño Bugueño, Manuel Patricio; Pastén González, Pablo Arturo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Este trabajo analizó y comparó los sedimentos fluviales de dos sitios vecinos en la sección baja de la cuenca del río Loa en la árida zona norte de Chile, la cual presenta un enriquecimiento de As debido a causas naturales y antropogénicas. El estudio seleccionó estos sitios debido a que permite contrastar el efecto de la presencia o ausencia de vegetación y contenido de materia orgánica (MO) en sedimentos sobre el destino del As en ambientes fluviales. Los dos sitios corresponden al tranque Sloman (920 msnm), el cual no posee plantas acuáticas y posee un bajo contenido de MO (2,4%) en los sedimentos, y el Oasis de Quillagua (806 msnm) ubicado a 23 km aguas abajo del primero, el cual posee abundantes plantas acuáticas y sedimentos con alto contenido de MO (6,2%). El estudio mostró un enriquecimiento preferencial de As en los sedimentos del sitio de Quillagua y con un patrón de co-depositación significativamente diferente comparado al sitio de Sloman. La concentración de As en sedimentos fue menor en Sloman (262 mg/kg de peso seco) en comparación con Quillagua (1528 mg/kg de peso seco), siendo en promedio, seis veces más concentrado. El análisis de clúster y correlación mostró un patrón de asociación de As con metales distintos entre ambos sitios.Mientras en Sloman se encontró una asociación significativa de As con Ca (r = 0,63) y Sr (r = 0,54), el análisis en Quillagua mostró una fuerte asociación del As con Mn (r = 0,91) y la MO (r = 0,85). El análisis de extracciones secuenciales reveló una mayor cantidad de As fácilmente intercambiable en los sedimentos superficiales de Sloman (12% del total, 45 mg/kg de peso seco) en comparación con Quillagua (3% del total, 40 mg/kg de peso seco). Estos resultados indican que la vegetación y la MO controlan significativamente la inmovilización y acumulación de As en la sección baja de la cuenca del río Loa. La asociación diferencial de As en estos sitios implicaría distintos comportamientos en la movilidad del As. El As asociado a sitios con vegetación como Quillagua sería menos móvil durante la estaciones con eventos de crecidas en comparación al sitio del tranque de Sloman que posee sedimentos finos y de fácil re-suspensión. Esto indicaría un rol de barrera química y física de las plantas que regula el flujo del As aguas abajo. Palabras Claves: Contaminación de ríos, Metales traza, Transporte fluvial, Materia orgánica, Plantas, Fitoestabilización, Sedimentos, Quillagua, Tranque Sloman.
Desarrollo y caracterización de microesferas de alginato cargadas con aceite esencial de tomillo
(2017) Benavides Valenzuela, Sergio Fermín; Franco, Wendy; Parada Silva, Javier Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El uso de aceites esenciales, incorporados a matrices alimentarias, es una buena alternativa para prevenir, e incluso tratar enfermedades infecciosas y oportunistas en cultivos acuícolas. Sin embargo, su incorporación directa en matrices alimentarias es desventajosa, dado a que se volatilizan, oxidan, o pueden generar efectos sensoriales adversos. Una solución a esta problemática, es la encapsulación del aceite esencial. La encapsulación es una alternativa atractiva, debido a que protege al aceite esencial de factores ambientales adversos, permitiendo además controlar su liberación a una tasa y lugar determinado. El objetivo de esta investigación fue desarrollar y caracterizar microesferas de alginato de calcio, cargadas con aceite esencial de tomillo, para su uso en el control del hongo Saprolegnia sp. En consecuencia, se obtuvieron microesferas por el método de la gelificación iónica, y se evaluaron en cuanto a tamaño, forma, eficiencia de encapsulación, capacidad de carga y propiedades antimicrobianas en bacterias patógenas y sobre Saprolegnia sp. Por otro lado, se caracterizó el efecto de la microestructura y del hinchamiento, sobre la mecánica de liberación del aceite esencial en condiciones gastrointestinales simuladas de peces. Los resultados indicaron que la eficiencia de encapsulación y la capacidad de carga dependen de la concentración y el grado de dispersión del aceite esencial. Las mejores condiciones de encapsulación se obtuvieron al 2% v/v de aceite esencial de tomillo con un alto grado de dispersión (18.000 rpm / 5 min). La tasa de liberación dependió fuertemente del grado de hinchamiento y del pH del medio, con lo que se logró demostrar que la microesfera limita significativamente la liberación a nivel de pH estomacal, pero se potencia a nivel de pH intestinal, en condiciones gastrointestinales simuladas de peces. Finalmente, el aceite esencial de tomillo liberado post-digestión mantiene una significativa actividad antifúngica sobre el hongo Saprolegnia sp.
Development and characterization of microgels as food matrix for elderly
(2018) León Tacca, Alicia Magaly; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Etiology, epidemiology and control of moldy core of apples in Chile
(2018) Elfar Aedo, Karina; Latorre G., Bernardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal
Fibers and porous scaffolds from alginate
(2015) Cuadros Castillo, Teresa Ross Mery; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Estructuras construidas a partir de geles pueden encontrar varias aplicaciones. Esta tesis propone que es posible fabricar fibras y matrices porosas basadas en geles de alginato con propiedades mejoradas y para diferentes potenciales usos. Variando la composición y las técnicas de procesamiento, tanto las propiedades físicas, mecánicas y microestructurales de estas estructuras pueden hacerse a la medida. Los objetivos generales de esta tesis fueron preparar estructuras homogéneas (fibras y matrices porosas) basadas en el proceso de gelación del alginato, determinar sus propiedades y sugerir aplicaciones en los campos de la biomedicina y/o los alimentos. Fibras de alginato de calcio de diámetro continuo y uniforme fueron producidas con éxito utilizando un dispositivo de microfluídos y sus propiedades mecánicas fueron estudiadas dentro de un rango de concentraciones de calcio y alginato. El esfuerzo tensil de las fibras aumentó con la concentración del catión Ca2+ hasta una determinada concentración (máximo de 1,41%), a concentraciones más altas de calcio, la fuerza tensil de las fibras disminuye. Este máximo, parece indicar que un determinado número y tamaño de sitios de unión se alcanza a lo largo de las cadenas poliméricas. Las propiedades mecánicas del gel están relacionadas directamente con el número de reticulaciones o "caja-huevos" formados. Además, una Matriz Porosa Biopolimérica (BPM) de alginato de calcio/gelatina fue creada mediante la técnica porógeno-lixiviación.
Identification of the effect of entrainers (triolein or ethanol) on the carotenoids extraction from red paprika (Capsicum annuum L.) using supercritical carbon dioxide (SC-CO2)
(2012) Araus Sarmiento, Karina A.; Valle Lladser, José Manuel del; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los pigmentos carotenoides son usados como colorantes en productos alimenticios y son reconocidos por sus propiedades antioxidantes, que ayudan a la prevención de diversas enfermedades. Los carotenoides han sido tradicionalmente extraídos con solventes orgánicos, los que actualmente se encuentran cuestionados por organismos regulatorios internacionales, debido a que la presencia de trazas de solvente en el substrato agotado y extracto puede ser perjudicial para la salud humana. Por otro lado, la tendencia actual de los consumidores por preferir productos naturales con propiedades nutraceúticas ha incrementado el interés de efectuar la extracción de componentes bioactivos a partir de substratos naturales a nivel industrial, por parte de las industrias farmacéuticas y de alimentos.La extracción de carotenoides a partir de substratos vegetales usando dióxido de carbono SuperCrítico (CO2-SC) puede ser una alternativa viable para obtener colorantes naturales, que preserven sus funciones nutraceúticas, en reemplazo de colorantes artificiales, o con presencia de solventes orgánicos. La viabilidad de la extracción de carotenoides con CO2- SC presenta una importante limitación; la baja solubilidad de carotenoides en el CO2-SC, que conlleva a la obtención de bajos rendimientos de extracción. Esta limitación, sumado al costo de presurización del CO2 líquido sobre su presión crítica, hacen que el proceso de extracción a nivel comercial sea poco rentable para que las industrias inviertan en esta tecnología de extracción. La adición de una pequeña cantidad de otro fluido al CO2-SC, llamado agente de arrastre podría incrementar la solubilidad de solutos de interés. El potencial uso de aceite vegetal como agente de arrastre en la extracción de solutos con propiedades nutraceúticas como carotenoides, incrementaría tanto la solubilidad y rendimiento de extracción en el CO2-SC, este incremento sería debido a efectos modificador y/o co-solvente ejercidos por parte del aceite vegetal.La hipótesis de este trabajo indica que es posible distinguir entre las dos funciones de un agente de arrastre (lípido o etanol) cuando es adicionado al CO2-SC: como un co-solvente, mejorando la solubilidad de un soluto específico y/o como un modificador, cambiando parámetros relacionados con la matriz del substrato. Con el fin de explicar estos fenómenos, es posible separar ambos efectos midiendo la solubilidad termodinámica de carotenoides puros en CO2-SC (sistemas binarios) y mezclas de carotenoides puros en CO2- SC usando un lípido o etanol como agente de arrastre (sistemas ternarios) y comparando estos sistemas con la solubilidad aparente de carotenoides en CO2-SC puro como en presencia de un lípido o etanol en una matriz compleja de pimentón rojo (Capsicum annuum L.).El objetivo fundamental de esta tesis es contribuir en un mejor entendimiento del efecto de la adición de un agente de arrastre (lípido o etanol) sobre la extracción de carotenoides de pimentón rojo (Capsicum annuum L.) usando CO2-SC y clarificar si este efecto se basa en cambios en la solubilidad termodinámica (efecto co-solvente e independiente de la matriz) y/o solubilidad aparente (efecto modificador, relacionado con la matriz). Se midió la solubilidad termodinámica de los sistemas binario (CO2-SC + !-caroteno) y ternarios ((CO2-SC + !-caroteno + trioleína) y (CO2-SC + !-caroteno + etanol)) en función de la presión (P) de 17 MPa a 34 MPa y temperaturas (T) de 313 K, 323, K, y 333 K. El !- caroteno fue seleccionado para validar el sistema experimental debido a la extensa información experimental existente en literatura. La elección de evaluar el efecto de etanol y trioleína como agentes de arrastre, radicó en que estos compuestos pertenecen a la categoría GRAS (Generally Recognized as Safe), de importancia para ingredientes a utilizaren las industrias de alimentos y farmacéutica. Además, como el propósito es estudiar el efecto del uso de aceites vegetales como potenciales agentes de arrastre, se seleccionó trioleína debido a que es un triglicérido representativo de muchos de estos aceites. La transformación de una metodología estática- a dinámica- analítica con recirculación de la fase supercrítica, redujo el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio en el sistema de 12 a 8 h, e incrementó la reproducibilidad de las mediciones experimentales. La solubilidad de !-caroteno en CO2-SC alcanzó un rango de 0,17 a 1,09 μmol/mol. Las tres isotermas presentaron una dependencia con la P (sobre 17 MPa) la cual incrementó la solubilidad. El efecto de la T sobre la solubilidad dependió de la presencia de un punto de entrecruzamiento predicho entre 15,7 MPa y 17,3 MPa. Sobre 17,3 MPa la solubilidad incrementó con la T, mientras que la solubilidad disminuyó con T a P bajo 15,7 MPa. Los trabajos en literatura reportan solubilidad de !-caroteno en CO2-SC similar a lo informado en este trabajo; validando así el sistema y metodología experimental.La solubilidad de !-caroteno en CO2-SC alcanzó un valor máximo de 1,845 μmol/mol a 333 K y 33 MPa usando contenidos de etanol entre 1,171 a 1,563!10-2 mol/mol; incrementando así en un factor de 3 la solubilidad de !-caroteno en comparación con CO2- SC puro. Similarmente, la solubilidad de !-caroteno en CO2-SC incrementó en un factor de 4 en comparación con CO2-SC puro (siendo 3,3 μmol/mol la solubilidad máxima de !- caroteno, a 333 K y 32 MPa), usando contenidos de trioleína entre 0,008 a 0,387 mmol/mol. La solubilidad de trioleína en el sistema ternario (CO2-SC + !-caroteno + trioleína) presentó desviaciones entre ± 0,1 mmol/mol en comparación con valores de solubilidad en sistemas binarios (CO2-SC + trioleína) reportados en literatura, indicando que el !-caroteno no afectó la solubilidad de trioleína, en cambio, la trioleína incrementó la solubilidad de !- caroteno, debido a que es más soluble en CO2 que el !-caroteno. Este incremento en la solubilidad de !-caroteno en CO2-SC fue inducido por un efecto co-solvente, tanto del etanol como de la trioleína. La mejora en solubilidad de !-caroteno, en presencia de etanol presentó una baja dependencia con la T y P de equilibrio, mientras que en presencia de trioleína la solubilidad de !-caroteno presentó un marcado incremento con la P de equilibrio, concluyendo que la mejora en solubilidad del efecto co-solvente depende del tipo de co-solvente y su concentración.Según lo reportado en literatura, el incremento de solubilidad en CO2-SC inducido por la presencia de un co-solvente sería en parte atribuido a un incremento en la densidad (!) de la mezcla del CO2-SC y co-solvente, sin embargo, la ! de CO2-SC en presencia de etanol y trioleína estimada bajo similares condiciones experimentales de T y P usando la ecuación de estado de Peng-Robinson (PR-EoS) con reglas de mezclado cuadráticas, incrementó un máximo de 2,92 y 0,31% para etanol y trioleína, respectivamente, en comparación con la ! de CO2-SC puro. Estos resultados sugieren que el elevado incremento en la solubilidad de !-caroteno en CO2-SC no depende de un incremento en la ! del CO2 asociado con la disolución de etanol o trioleína en la fase supercrítica. Por otro lado, el efecto co-solvente sobre la solubilidad de !-caroteno fue mayor en presencia de trioleína que de etanol, incluso usando un menor contenido de trioleína que etanol. Esto puede deberse a la preferencia por parte del !-caroteno por generar interacciones no-polar con la trioleína, lo cual favorece la disolución de !-caroteno en CO2-SC, comparado con interacciones polares entre !-caroteno y etanol. La presencia de trioleína también incrementaría la polarizabilidad del CO2, fenómeno al cual se atribuiría el incremento en solubilidad, comportamiento anteriormente observado para otros co-solventes no-polares.Con el fin de estudiar el efecto de trioleína sobre la solubilidad termodinámica de capsantina (principal carotenoide del pimentón rojo), aislada de hojuelas de pimentón rojo (Capsicum annuum L.) extruídas, se realizaron mediciones a P de 19 MPa a 34 MPa y T de 313 K ó 333 K, para ambos sistemas, binario (CO2-SC + capsantina) y ternario (CO2-SC + capsantina + trioleína). La solubilidad de capsantina en el sistema binario incrementó con la P (19 MPa a 34 MPa) y T (313 K a 333 K), alcanzando un valor un máximo de 1,97 μmol/mol a 32 MPa y 333 K. En el sistema ternario, el contenido de trioleína medido experimentalmente alcanzó un rango de 0,156 a 0,41 mmol/mol, el cual incrementó la solubilidad de capsantina en un factor de 3 en comparación con CO2-SC puro, alcanzando un valor máximo de 5,27 μmol/mol a 333 K y 32 MPa.El contenido de trioleína resultó ser equivalente a su solubilidad en el sistema binario (CO2- SC + trioleína) reportada en la literatura, y comparable, con los resultados obtenidos en el sistema ternario (CO2-SC + !-caroteno + trioleína), medidos bajo similares condiciones de equilibrio. El efecto co-solvente de trioleína sobre capsantina, también fue observado para !-caroteno, dónde la solubilidad del compuesto más soluble (trioleína) permaneció constante, mientras que la solubilidad del compuesto menos soluble (capsantina o !- caroteno) incrementó debido al efecto co-solvente exhibido por la trioleína. Según lo discutido para !-caroteno, un leve incremento en la densidad del CO2-SC en presencia de trioleína no podría explicar el gran incremento en la solubilidad de capsantina. El efecto cosolvente de trioleína sobre la capsantina, podría ser atribuido a las interacciones no-polares entre las tres cadenas de 18-carbonos del ácido graso (oleico) que conforman parte de la trioleína y la cadena de 22-carbonos no-polares que conforman el esqueleto de los carotonoides. Además, del posible incremento en la polarizabilidad del CO2 causado por la trioleína, la cual es aproximadamente 40 veces mayor que la polarizabilidad del CO2, lo cual podría incrementar la solubilidad de carotenoides en el sistema ternario.
Microstructure and transport phenomena in deep-fat fried formulated products
(2012) Moreno Constenla, María Carolina; Bouchon Aguirre, Pedro Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los productos fritos son apetecidos y consumidos en grandes cantidades en todo el mundo. Durante el proceso de fritura, el alimento retiene aceite, el cual puede llegar a ser uno de los principales componentes del producto final. Desafortunadamente, el consumo de grasas y aceites se considera un factor de riesgo para la salud de la población. Debido a eso, el fenómeno de absorción de aceite en alimentos fritos ha sido objeto de varios estudios. Pese a ello, aún no ha sido completamente elucidado. Se ha establecido que los esfuerzos deben orientarse a entender lo que ocurre a nivel microscópico, ya que la microestructura de los alimentos podría ser de vital relevancia para la absorción de aceite. Es por ello que existe la necesidad de caracterizar matrices alimentarias fritas a través de la utilización de parámetros microestructurales para dilucidar el efecto real de la microestructura en el fenómeno de transporte de aceite. Este conocimiento permitiría mejorar el diseño de los futuros alimentos fritos. Para ello, un enfoque ingenieril sustentado en la construcción de estructuras controladas a través de la formulación de productos, mediante la comprensión de la funcionalidad de los elementos estructurales, o ingredientes, podría permitir comprender con mayor precisión este fenómeno.
Modeling, optimization and automatic control for sustainable spirit production in a batch packed column
(2024) Díaz Quezada, Simón; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Esta tesis doctoral presenta un estudio integral sobre el modelado, la optimización y el control de los procesos de destilación de vino de frutas. El trabajo se basa en el desarrollo de cuatro Artículos, siguiendo una narrativa coherente, comenzando con una exploración experimental en el Artículo 1 para entender la respuesta dinámica de un destilador, investigar estrategias de control y calibrar un modelo fenomenológico. Los resultados experimentales proporcionan valiosas perspectivas sobre el comportamiento del proceso de destilación y sirven como base para el desarrollo de un riguroso modelo fenomenológico presentado en el Artículo 2. Este modelo captura el comportamiento intrincado del proceso de destilación, incorporando análisis de sensibilidad paramétrica y modificaciones del modelo de perdidas de calor para mejorar su precisión y confiabilidad. Además, es importante destacar que un resultado relevante indicado en el Artículo 2, es que el método para resolver el sistema de ecuaciones fue muy eficiente, permitiendo utilizar el modelo para los fines de los Artículos 3 y 4.En el Artículo 3 se comparan diversas estrategias de diseño de controladores con el modelo de destilador de vino, estableciendo una base para seleccionar un enfoque de control efectivo. El estudio revela un mejor rendimiento y la simplicidad del controlador PI-IMC para lograr el rendimiento de control deseado, sentando las bases para una investigación mas profunda. Finalmente, el Artículo 4 integra los hallazgos de los artículos anteriores, enfocándose en el modelado de perturbaciones, la optimización de las trayectorias operativas y una comparación entre los controladores PI-IMC y MPC. Los escenarios de perturbación modelados capturan efectivamente la variabilidad experimental observada en el Artículo 1, permitiendo la exploración de trayectorias operativas óptimas para manipular la potencia de calentamiento utilizando técnicas de optimización multiobjetivo. Estas trayectorias incluyen consideraciones de sostenibilidad y calidad del producto. El rendimiento de los controladores PI-IMC y MPC se evalúa rigurosamente, destacando las capacidades avanzadas de MPC en el manejo de la dinámica compleja de la destilación de vino de frutas. Al reunir los resultados de estos cuatro artículos, esta tesis presenta una comprensión integral de los procesos de destilación de vino de frutas. El modelo fenomenológico desarrollado, las estrategias de control y las técnicas de optimización contribuyen a una mayor sostenibilidad, mejora de la calidad del producto y estrategias operativas eficientes. La investigación ofrece valiosas perspectivas para el diseño de sistemas de control confiables y el avance de las practicas de destilación de vino de frutas. Estudios futuros podrán basarse en este trabajo para explorar mas a fondo la optimización basada en simulaciones, el control robusto y la implementación práctica de estrategias de control avanzadas, promoviendo la sostenibilidad y la excelencia de los procesos de destilación de vino de frutas y las industrias relacionadas.
Mucilage from chia seeds (Salvia hispanica) : microestructure, physico-chemical characterization and applications in food industry
(2012) Muñoz Hernández, Loreto; Díaz Rubio, Olga; Cobos García, Ángel; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Multifactorial study of erosion-corrosion mechanisms in the wear of a low carbon steel by slurry of copper tailing
(2019) Aguirre Sepúlveda, Javiera Andrea, autor; Walczak, Magdalena; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Organoleptical properties of natural, non-caloric sweeteners : molecular simulation, mixture optimization and experimental validation in carbonated soft drinks
(2017) Acevedo Castillo, Waldo Andrés; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El azúcar ha jugado históricamente un papel principal como edulcorante de la mesa y en la preparación de varios productos alimenticios. Sin embargo, en la actualidad, se ha determinado que un número significativo de enfermedades crónicas, no transmisibles son una consecuencia del consumo excesivo de azúcar. Estas tendencias de la salud están aumentando la conciencia entre los consumidores acerca de la ingesta de alimentos azucarados y bebidas que les estimula a cambiar sus preferencias hacia los productos con menos contenido de azúcar y calorías. Hoy en día, el uso de edulcorantes naturales en formulaciones de productos es cada vez más frecuente, siendo los extractos de stevia los más populares. El término stevia, usado para referirse a los glicósidos de esteviol (SGs), es una alternativa adecuada a los edulcorantes artificiales debido a su capacidad edulcorante, similar al aspartame, y estabilidad a bajo pH. Desafortunadamente, estos compuestos generan, además de su efecto edulcorante, atributos sensoriales no deseados tales como sabor amargo, metálico y regaliz, cuando se añaden a alimentos y bebidas. El objetivo del presente estudio fue seleccionar mezclas óptimas de edulcorantes naturales, no calóricos - el más alto dulzor y el menor amargor - para bebidas carbonatadas usando herramientas bioinformáticas y análisis sensorial. Construimos modelos tridimensionales del receptor de dulzor hT1R2-hT1R3, así como receptores de amargor hT2R4 y hT2R14, utilizando la estructura de referencia de GPCRs clase A y C. Una vez que se obtuvieron estos modelos, se predijeron los potenciales sitios de unión, así como las energías libres de unión asociadas, de edulcorantes naturales no calóricos - desde terpenoides glicosilados (GT) a proteínas dulces - mediante acoplamiento molecular. Las energías libres de unión calculadas se correlacionaron con el dulzor y amargor relativo previamente informados en la literatura. Los resultados de acoplamiento mostraron que la energía libre de unión (ΔGinteracción) entre el receptor hT1R2-hT1R3 y los edulcorantes pertenecientes a diferentes familias muestra una fuerte correlación con su intensidad de dulzor tanto para edulcorantes pequeños (r = -0.89) como proteínas dulces (r = -0.96). Mientras que el ΔGunión entre los receptores de amargor y SG se correlacionó negativamente con la intensidad de amargor de SG, tanto para hT2R4 (r = -0.95) como hT2R14 (r = -0.89).Además, el mecanismo de unión de algunos GTs, incluyendo los 10 compuestos activos de stevia, mediado por puentes de hidrógeno fue identificado tanto en los receptores de amargor como de dulzor, debido a los azúcares presentes en las estructuras de estos edulcorantes. Sin embargo, la afinidad de SG por los receptores de dulzor, así como sus diferencias en la intensidad de dulzor, se debe a sus propiedades físico-químicas, es decir, una estructura química que combina una plataforma hidrofóbica funcionalizada por un número de sitios de puentes de hidrógeno. Por el contrario, la afinidad por los receptores de amargor podría ser debido a las características estéricas de SG y su arquitectura de sitiode unión. Finalmente, seleccionamos mezclas óptimas de edulcorantes naturales no calóricos para bebidas carbonatadas mediante análisis sensorial. Para ello, determinamos el dulzor equivalente de sacarosa, stevia y tagatosa, así como las pruebas analíticas de diferentes productos, mediante panel sensorial entrenado y se calculó la ecuación canónica de Scheffé para amargor basada en el diseño simplex-lattice de tres componentes en la matriz de bebidas. Alternativamente, se aplicó un modelo de decisión multi-objetivo para identificar combinaciones óptimas de sacarosa, stevia y tagatosa basadas en las propiedades termodinámicas de las interacciones edulcorante-receptor y edulcorante-edulcorante. Las mezclas óptimas predichas fueron similares a las obtenidas a través de DOE y análisissensorial, demostrando la robustez del modelo. Por lo tanto, las combinaciones más adecuadas, dependiendo del equilibrio dulzor/amargor, contiene 23 - 39 g/L sacarosa, 0.19– 0.34 g/L stevia and 34 - 42 g/L tagatosa. Además, una reducción de casi 60% de sacarosa puede ser lograda usando tanto stevia como tagatosa, manteniendo baja la intensidad de amargor. Si se desea una reducción adicional, las mezclas ternarias con una alta proporción de tagatosa son una buena opción para mantener un sabor más similar al azúcar. Esto podría resultar en una reducción del 79% de las calorías totales en comparación con un refresco regular (sacarosa pura). En conjunto, los resultados de este estudio y las herramientas desarrolladas ayudarán a desarrollar nuevas mezclas de edulcorantes con otros edulcorantes naturales como LuoHan Guo o también a reducir otros atributos no deseados, además del amargor.
Physiology of oxygen consumption by an industrial strain of saccharomyces cerevisiae under enological fermentation conditions.
(2013) Orellana Acuña, Marcelo Andrés; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las adiciones discretas de oxígeno juegan un papel crítico en el proceso de fermentación del vino. Sin embargo, hasta ahora, no se han llevado a cabo estudios de biología de sistemas, acerca de cómo el oxígeno modifica el metabolismo de la levadura vínica bajo condiciones de fermentación vínica. Proponemos aquí la primera aproximación sistémica para el entendimiento cuantitativo del impacto del oxígeno sobre la fisiología de la levadura vínica, bajo condiciones enológicas. Para este fin, los efectos del oxígeno disuelto en el transcriptoma, fluxoma y metabóloma sobre la fisiología de la levadura vínica fueron evaluados. Simulamos el rango de concentraciones de oxígeno que se producen después de un remontaje enológico, burbujeando cultivos continuos limitados en nitrógeno con mezclas gaseosas oxígeno-nitrógeno, para alcanzar concentraciones crecientes de oxígeno en estado estacionario. Cuando el oxígeno disuelto aumenta desde 1.2 a 2.7 mM (20 ºC), el metabolismo de la levadura cambia desde totalmente fermentativo a mixto respiro-fermentativo. Esta transición se caracteriza por un cambio en la operación de ciclo del ácido tricarboxílico y el aumento del transporte de NADH desde el citosol a la mitocondria. Sin embargo, la producción fermentativa de etanol sigue siendo el principal sumidero del NADH citosólico para todas las condiciones con oxígeno, sugiriendo la limitación de la reoxidación mitocondrial de NADH como la principal causa del efecto Crabtree, en lugar de la represión por glucosa. Esto es reforzado por la inducción de varios genes respiratorios clave por oxígeno, a pesar de la alta concentración de azúcar.Por otro lado, simulamos las típicas operaciones enológicas de adición de oxígeno realizando un impulso de oxígeno puro por 30 segundos, en condiciones anaeróbicas, utilizando cultivos continuos limitados en nitrógeno. Genes respiratorios y de biosíntesis de ergosterol fueron inducidos después del impulso de oxígeno. Además, genes involucrados en remodelamiento de pared celular y estrés oxidativo entre otros, fueron significativamente inducidos y/o reprimidos por el impulso de oxígeno. Los cambios en la expresión de estos genes son respuestas coordinadas que comparten elementos comunes a nivel de regulación transcripcional. Los resultados de este estudio indican que la respiración mitocondrial es responsable de parte sustancial de la respuesta al oxígeno en células de levadura durante la fermentación alcohólica. Además, genes involucrados en consumo de prolina, remodelamiento de pared celular y estrés oxidativo fueron significativamente inducidos y/o reprimidos, tanto a corto como a largo plazo por oxígeno, destacando el papel dual del oxígeno en “crear o destruir vinos”. Estos hallazgos facilitaran el desarrollo de estrategias de adición de oxígeno para optimizar el desempeño de la levadura en fermentaciones industriales.
Reduction of in vitro and in vivo starch digestibility in baked starchy matrices formulated with soluble dietary fiber
(2024) Torres González, José David; Bouchon Aguirre, Pedro Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El consumo excesivo de alimentos ricos en almidón se ha relacionado con la prevalencia mundial de enfermedades crónicas relacionadas con la dieta, como la obesidad y la diabetes tipo 2. El estado físico de los gránulos de almidón tiene un papel esencial en la velocidad y la medida en que el almidón se digiere, se absorbe y se vuelve disponible en el cuerpo humano. En este contexto, el horneado es crucial ya que induce numerosas reacciones complejas e irreversibles dentro de los alimentos ricos en almidón, afectando su calidad sensorial, física y nutricional. Los procesos más críticos son la gelatinización del almidón, la desnaturalización de las proteínas, la evaporación del agua, la expansión del volumen, el oscurecimiento no enzimático y la formación de compuestos cancerígenos potenciales inducidos por el calor, como la acrilamida, un problema para la salud humana. Los gránulos de almidón absorben agua y se hinchan durante el proceso de gelatinización, lo que hace que exploten, liberen moléculas de amilosa y amilopectina y queden disponibles para las enzimas amilolíticas durante la digestión gastrointestinal. La digestibilidad del almidón se ve afectada por múltiples factores, como la relación amilosa/amilopectina, las condiciones de procesamiento térmico, los cambios microestructurales y la interacción con fitoquímicos, biomoléculas e ingredientes funcionales como polifenoles o fibras dietéticas (DF, por sus siglas en inglés). Existe un creciente interés científico en el uso de DF para controlar las tasas de digestión del almidón y obtener productos amiláceos con un impacto glicémico reducido sin afectar sus propiedades nutricionales. Los DF que se utilizan a menudo en las formulaciones de alimentos ricos en almidón son resistentes a la digestión humana en el intestino delgado, pero pueden fermentarse en el intestino grueso. Estos compuestos se clasifican según su comportamiento de solubilidad en agua como fibras dietarias insolubles (ISDF) y fibras dietarias solubles (SDF). Entre los SDF más comunes se encuentran la inulina (IN), un polímero de fructosa, la polidextrosa (PD), un compuesto sintético derivado de la glucosa, la goma de guar parcialmente hidrolizada (PHGG), una modificación enzimática de la goma de guar, y la metilcelulosa (MC), un derivado de la celulosa natural. En concordancia, la hipótesis de este estudio especifica que al incorporar SDF, como IN y PD, complementados con PHGG y MC en formulaciones amiláceas y controlando las condiciones de horneado, es posible reducir la digestibilidad del almidón in vitro e in vivo. La alta capacidad de retención de agua (WHC) de IN y PD podría limitar la disponibilidad de agua en los sistemas amiláceos, impidiendo la gelatinización y reduciendo la digestibilidad del almidón; mientras que, la variabilidad en las estructuras químicas dentro de los diferentes grupos funcionales podría facilitar la interacción con los polímeros de almidón, alterando su microestructura al recubrir la superficie de los gránulos gelatinizados e inhibiendo la actividad de las α-amilasas. Además, las SDFs, podrían aumentar la viscosidad del quimo durante la digestión in vivo, inhibiendo la liberación y absorción de glucosa. En consecuencia, esta tesis evaluó el efecto de agregar SDFs (es decir, IN, PD, PHGG y MC) en matrices amiláceas sobre la digestibilidad del almidón a través de métodos in vitro e in vivo, considerando un enfoque microestructural. Las masas laminadas se prepararon con una mezcla reconstituida de gluten (12 % base seca, bs) y almidón de trigo (88 % bs), asegurando el mismo contenido de humedad (~40 % base húmeda, bs). Se ajustó el agua añadida, considerando el contenido de humedad inicial de los ingredientes. Se prepararon otros conjuntos de masas laminadas reemplazando el almidón con SDFs (7,5 o 13 g/100 g). Para asegurar la estabilidad del producto, las muestras se hornearon en un horno eléctrico de convección forzada utilizando 0 % de humedad relativa a 170 °C, hasta un contenido de humedad constante (~6,0 ± 1,0 % db.). El grado de gelatinización se evaluó mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC). La bioaccesibilidad del almidón se estudió utilizando ensayos enzimáticos in vitro para determinar las fracciones de glucosa rápidamente disponible (RAG), lentamente disponible (SAG) y no disponible (UG). La microestructura se evaluó mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM) para analizar la morfología de los gránulos de almidón en las matrices amiláceas y microtomografía computarizada de rayos X (micro-CT) para evaluar el desarrollo de porosidad de las muestras horneadas. Los parámetros morfométricos se determinaron mediante análisis cuantitativo basado en imágenes. La biodisponibilidad del almidón se estudió a través de ensayos clínicos in vivo de la respuesta glucémica posprandial en voluntarios varones sanos que consumieron una nueva formulación de pan blanco preparada con el SDF que permitió la mayor reducción de la digestibilidad del almidón in vitro. Los datos de glucosa en sangre se utilizaron para calcular los parámetros de índice glicémico (GI) y carga glicémicos (GL) del pan blanco considerando los carbohidratos disponibles por porción de 50g. En la primera etapa, los resultados mostraron que la adición de SDF (es decir, IN, PD, PHGG y MC) al 7,5 % redujo la digestibilidad in vitro del almidón de las matrices de glutenalmidón horneadas (p<0,05). Esta reducción de la digestibilidad del almidón fue más significativa en las muestras modelo con IN que mostraron un bajo contenido de RAG (~18,21 g/100g), una alta fracción de UG (~68,47 g/100g) y una alta dureza (~49,39 N) en comparación con su contraparte control (p<0.05). En esta etapa, los SDF con la mejor reducción de la digestibilidad del almidón fueron IN y PD. En este sentido, fue interesante evaluar si el aumento de los niveles de IN y PD modificaba la gelatinización del almidón o alteraba la microestructura de las matrices gluten-almidón, lo que podría afectar la digestibilidad del almidón. Por lo tanto, la siguiente etapa fue analizar cómo el aumento de la concentración de IN y PD (hasta un 13 %) afectaba el grado de gelatinización, los cambios microestructurales y la digestibilidad in vitro del almidón de las matrices de gluten-almidón. Los resultados mostraron que la adición de IN y PD redujo el grado de gelatinización, comportamiento relacionado con la disminución de la actividad del agua en las matrices amiláceas (p<0.05). El análisis de textura indicó una estructura más homogénea y compacta cuando se agregaron ambos SDFs. El análisis microestructural cualitativo reveló una red de proteínas que actuó como un recubrimiento sobre los gránulos de almidón gelatinizados. Esta estructura se reforzó aún más al agregar los SDFs en concentraciones más altas. El análisis cuantitativo basado en imágenes mostró una disminución en la porosidad total (hasta ~36 %), una notable caída en la porosidad abierta (de ~67 % a ~38 %) y un ligero aumento en la porosidad cerrada (de ~2 % al 5 %) cuando se añadió IN al 13 %. Además, hubo un mayor espesor de estructura (de ~40 µm a ~128 µm) y menores valores de diámetro de poro (~393 µm a 74 µm) en estas matrices con IN (p<0.05). Similar comportamiento se obtuvo en muestras horneadas con PD. Fue posible reducir la digestibilidad del almidón in vitro utilizando ambos SDFs (p<0,05). Las cantidades de RAG disminuyeron de 34,85 g/100g en el control a 8,56 g/100g y 15,13 g/100g en muestras amiláceas con IN y PD al 13 %, respectivamente. Por su parte, las fracciones UG aumentaron de 47,59 en el control a 87,76 y 76,27 g/100g (p<0,05). Estos fenómenos se relacionaron con alteraciones en la bioaccesibilidad del almidón provocadas por los SDF a través de los "efectos de barrera física", que podrían dificultar la acción enzimática durante el proceso digestivo. Además, las reducciones en la digestibilidad del almidón en presencia de las SDFs podrían estar asociadas con una mayor viscosidad del quimo durante la digestión causada por los SDF. El IN permitió una reducción más significativa en la digestibilidad del almidón en las matrices amiláceas modelo. Este comportamiento se atribuyó principalmente a alteraciones en la microestructura y gelatinización del almidón, pero, en menor medida, a cambios en la viscosidad del quimo, ya que el IN presentó valores de viscosidad intermedios según los resultados de la primera etapa. Por lo tanto, en la etapa final, se seleccionó IN para ser aplicada en una nueva formulación de pan blanco. Se realizó una mezcla entre IN y MC para aumentar la viscosidad del quimo. La mezcla SDFs se usó hasta en un 7,15 % dentro de la formulación de pan blanco. Posteriormente se evaluó su efecto sobre la digestibilidad del almidón in vitro e in vivo. Los resultados indicaron que el pan con SDF tuvo una dureza y masticabilidad ligeramente superior al pan control, relacionado con un menor contenido de humedad (p<0,05). Además, la formulación con SDF presentó la mayor cohesividad, elasticidad y los valores más bajos de adhesividad (p<0,05). El análisis morfométrico reveló una ligera reducción de la porosidad en el pan con SDF, un aumento de poros con diámetros pequeños y un aumento significativo del espesor de la estructura (p<0,05). El análisis microestructural cualitativo reveló una tendencia similar a las matrices modelo, ya que se observó una red de gluten-SDF continua y bien desarrollada sobre la superficie del pan, que pegaba y cubría los gránulos de almidón. Fue posible reducir la digestibilidad del almidón in vitro del pan al agregar la mezcla SDFs. El contenido de RAG disminuyó de 31,02 g/100 g a 11,52 g/100 y la fracción de UG aumentó de 62,81 g/100 g a 80,49 g/100 g (p<0,05). La mezcla SDF redujo la respuesta glucémica posprandial del pan hasta en un 25 % en comparación con la glucosa comercial estándar Trutol® (p<0,05). A los 30 min, la cantidad de glucosa liberada in vivo (~115,12 mg/dL) fue ~26 % menor en comparación con las muestras de Trutol® (p<0,05). El pico máximo de glucosa liberada en pan con SDF se alcanzó a los 45 min (~121,57 mg/dL), aproximadamente ~20 % más bajo que Trutol® en el pico superior. Además, la glucemia posprandial disminuyó lentamente en pan con SDF, alcanzando ~116,19 mg/dL a los 60 min y 96,72 mg/dL a los 120 min, ligeramente por encima del valor de referencia en ayunas (~90 mg/dL). La nueva formulación de pan se puede clasificar como un alimento amiláceo con GI y GL intermedios, ya que los valores fueron de ~56,43 y ~15,11, respectivamente. Estos hallazgos podrían ayudar a desarrollar alimentos horneados ricos en almidón más saludables con un impacto glucémico reducido, lo que podría tener implicaciones clínicas importantes para las personas sanas o enfermas de diabetes que deseen incluir IN y MC en su dieta diaria.
Structural characterization of liquid food foams stabilized by proteins
(2013) Germain Guzmán, Juan Carlos; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El trabajo desarrollado en esta tesis se ha enfocado en un elemento reconocido hoy como un ingrediente esencial en innumerables alimentos: burbujas. Las burbujas son elementos estructurales fundamentales en varios productos, y durante los últimos años hemos sido testigos de un creciente interés académico e industrial para estudiar burbujas y su influencia en alimentos. Las espumas son sistemas muy complejos que entremezclan una amplia gama de escalas, que van desde el molecular hasta el nivel macroscópico, pasando por las películas líquidas y las burbujas mismas. Es por tanto necesario desarrollar conocimientos y herramientas que puedan ayudar a entenderlas para controlas y utilizarlas para nuestro beneficio.
Structural system identification, model updating, and fragility analysis of masonry heritage structures, the case of the Metropolitan Cathedral of Santiago, Chile
(2018) Torres, Wilson Ramiro; Almazán Campillay, José Luis; Sandoval Mandujano, Cristián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las edificaciones patrimoniales en los países de América Latina tienen un alto valor arquitectónico. El estudio de estas estructuras sujetas a cargas extremas, particularmente sismos, requiere modelos representativos que permitan simular su condición actual. Esta investigación se focaliza en el análisis de la Catedral Metropolitana de Santiago de Chile. El primer paso para analizar esta estructura es la determinación de las propiedades mecánicas; segundo, la evaluación sísmica de una parte de esta estructura (macroelemento) por medio de un análisis de fragilidad; y finalmente, se propone y valida un modelo simplificado equivalente del macro-elemento construido a partir de barras sujetas a flexocompresión. Todo este proceso permitirá, en una futura investigación, llevar a cabo un análisis de fragilidad de la estructura completa o de una parte de ella con algunos macroelementos trabajando en distintos planos. Los ensayos no invasivos correspondientes a la teoría de Análisis Modal Operacional (Operational Modal Analysis - OMA) ofrecen alternativas interesantes para actualizar y validar un modelo estructural en este tipo de estructuras. La primera parte de la investigación se concentra en la calibración y proceso de ajuste de un modelo de la Catedral en elementos finitos, basado en las propiedades experimentalmente identificadas tanto mecánicas de los materiales como modales. Se presenta y discute una campaña experimental in situ cuyo objetivo es obtener la respuesta de la estructura a vibraciones ambientales. En esta campaña se emplearon seis sensores sincronizados de alta sensibilidad, capaces de medir velocidad y aceleración en los 3 ejes ortogonales. Para la identificación se aplicaron los métodos: Descomposición Mejorada en el Dominio de la Frecuencia (Enhanced Frequency Domain Decomposition - EFDD) e Identificación en el Subespacio Estocástico (Stochastic Subspace Identification - SSI). Las consideraciones más importantes en el proceso de actualización del modelo, fueron: el tratamiento de los diferentes tipos de mampostería que conforman la estructura como materiales homogéneos, y el efecto restrictivo de los elementos de borde sobre la estructura de la Catedral causado por estructuras adyacentes. Para definir dichas condiciones de borde y las propiedades iniciales del material se aplicó un proceso preliminar de actualización del modelo. Luego, un grupo de modelos con diferentes valores físicamente posibles de propiedades de materiales, fueron evaluados. La selección del modelo final con las propiedades que mejor se ajustan a la realidad, se basó en el concepto “distancia” entre valores experimentales y analíticos, tomando como base tanto frecuencias naturales como formas modales. Se realiza el análisis de fragilidad del macroelemento nave típico de la Catedral. El análisis es llevado a cabo mediante el uso del modelo resorte – cuerpo rígido (Rigid Body Spring Model - RSBM), en el cual elementos rígidos planos están conectados uno a otro mediante dos resortes axiales y uno de corte. El modelo bidimensional generado es inicialmente verificado mediante comparación con un modelo tridimensional de elementos finitos previamente calibrado (mediante la Identificación del Sistema de la primera etapa) y generado en el software DIANA. La metodología usada en esta parte corresponde al Análisis Incremental Dinámico (Incremental Dynamic Analysis - IDA) con base en un grupo de 11 registros de sismos reales correspondientes a los 4 sismos mayores que han afectado a la ciudad de Santiago. El análisis llevado a cabo considera desempeño no lineal de la estructura, con base en un índice de daño que cuantifica la degradación de rigidez, y así poder generar las curvas de fragilidad. Como resultado, se obtuvo la probabilidad de excedencia para diferentes estados de daño basado en una posible aceleración máxima de piso en el sitio. El tiempo de preparación del modelo y de procesamiento del mismo en el análisis de estructuras complejas como iglesias o castillos es muy grande, por lo tanto su evaluación sísmica no sería posible con recursos normales. Debido a esto es necesario definir modelos simplificados que permitan hacer una aproximación a la evaluación de la estructura para diferentes escenarios sísmicos probables con tiempos de procesamiento adecuados, sin descuidar la confiabilidad que deben tener los resultados. Tomando como base el modelo desarrollado antes con elementos rígidos, se verificó un modelo generado en Open Sees hecho a partir de elementos barra que trabajan a flexocompresión con plasticidad concentrada en los extremos, tanto para análisis estático como dinámico.El patrón de daño encontrado en el modelo de elementos rígidos permitió definir las zonas de plastificación (longitudes de rótula plástica) y las zonas que permanecen elásticas en la estructura. Los resultados obtenidos de esta comparación validan el modelo propuesto. Por lo tanto, para futuras investigaciones de evaluación sísmica de la estructura completa de la Catedral o una parte de ella que contenga varios planos resistentes, solamente sería necesario aumentar la calibración del resto de macroelementos y ensamblar el modelo espacial de la estructura.
Study of furan formation in starchy foods processed at high temperature and technologies for its mitigation
(2014) Mariotti Celis, M. Salomé; Pedreschi Plasencia, Franco; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El furano es un compuesto potencialmente cancerígeno en humanos que puede formarse en una amplia gama de alimentos procesados a altas temperaturas, tales como café, alimentos para bebé, pan y snacks. Si bien, aún son inciertos los riesgos asociados a los niveles actuales de ingesta de furano dietario; la mitigación de furano en alimentos podría ser considerada como un desafío en la prevención de enfermedades como el cáncer. La hipótesis de este trabajo es que es posible reducir el nivel de furano presente en alimentos amiláceos procesados a altas temperaturas, mediante la disminución del contenido de sus principales precursores (azúcares reductores y ácido ascórbico) en las materias primas alimentarias. El objetivo de esta tesis fue mejorar el entendimiento de la formación de furano en alimentos amiláceos procesados a altas temperaturas con el fin de desarrollar tecnologías para su mitigación. De acuerdo a las conclusiones anteriores, la concentración de furano de 14 tipos de alimentos comerciales chilenos procesados a altas temperaturas fue analizada en base a un método modificado de cromatografía gaseosa de espacio de cabeza con espectrometría de masas.Además, una evaluación de riesgos fue realizada con estimadores de exposición basados en la data dietaria de estudios nacionales de diferentes grupos etarios. El café tipo “Americano”, las hojuelas de papa frita y las galletas de “Soda” presentaron las concentraciones más altas de furano (936 ng g-1, 259 ng g-1 y 91 ng g-1 respectivamente). Los escolares (9-13 años) y los bebés (9 meses) representaron las mayores ingestas de furano, con márgenes de exposición menores a 10.000 (2.479 y 2.411, respectivamente) lo cual apunta a un posible riesgo público para la salud, considerando que el furano es un compuesto posiblemente cancerígeno y genotóxico. En base a estos resultados, la formación de furano en alimentos amiláceos de bajo contenido de humedad (horneados y fritos) fue estudiada. El rol de la adición de ácido ascórbico y las condiciones de calentamiento sobre la ocurrencia de furano y su relación con el pardeamiento no enzimático en un sistema modelo alimenticio a base de harina de trigo fueron investigados. La adición de ácido ascórbico aumentó significativamente la generación de furano después de los 7 min de calentamiento, teniendo un efecto mayor en los productos horneados.Asimismo, el contenido de furano en alimentos aumentó de manera paralela a los niveles de aceite penetrado. Como para las reacciones de Maillard en general, en todas las muestras el nivel de furano correlacionó linealmente con su grado de pardeamiento no enzimático, representado por los parámetros de color L* y a* (ej. las muestras de harina de trigo horneadas mostraron un R2 of 0.88 y 0.87 para L* y a*, respectivamente) a medida que el contenido de humedad de la muestra disminuyó durante su calentamiento. Finalmente, debido a que se encontró que las hojuelas fritas de papas eran un contribuyente crítico a la ingesta de furano de la población chilena, una tecnología de mitigación de furano para este tipo de matriz alimentaria fue propuesta. De acuerdo a lo anterior, un diseño central compuesto fue usado para optimizar el efecto de la temperatura y tiempo de blanqueado sobre: (i) la extracción de los precursores de furano y acrilamida (azúcares reductores y ácido ascórbico) en láminas de papa y (ii) el nivel de furano, acrilamida y aceite en hojuelas de papa blanqueadas y fritas.El contenido de furano y acrilamida disminuyó (> 50%) significativamente (p˂0.05) al aumentar la temperatura y tiempo de banqueado, mostrando la misma tendencia obtenida para los niveles de precursores. Las condiciones óptimas de blanqueado fueron 64°C y 17 min en las cuales se obtuvieron reducciones del 91%, 54% y 19% de furano, acrilamida y aceite, respectivamente. Desde una perspectiva científica, se concluye que la reducción de la concentración de precursores en las materias primas, específicamente azúcares reductores y ácido ascórbico; produce una disminución del contenido final de furano en los alimentos térmicamente tratados, tales como las hojuelas de papas frita, sugiriendo la reacción de Maillard como la ruta responsable de la generación de furano en este tipo de matriz. Por lo tanto, el blanqueado de láminas de papa puede ser propuesto como una alternativa factible para producir hojuelas de papa fritas más saludables, con menores contenidos de contaminantes alimentarios de proceso y un nivel de aceite controlado.

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