3.01 Tesis doctorado

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Energy Efficient wireless communications
(2012) Rosas de Andraca, Fernando Ernesto; Oberli Graf, Christian Robert; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En los últimos años, la reducción de la energía necesaria para transferir información entre transmisor a receptor se ha constituido en un objetivo importante para las técnicas de comunicación inalámbricas. La búsqueda de nuevos métodos para aumentar la eficiencia energética de las comunicaciones inalámbricas se ha transformado en un activo campo de investigación. Algunos investigadores han sugerido que el uso de sistemas de múltiples antenas podría generar nuevas reducciones en el consumo energético de las comunicaciones inalámbricas. A pesar de un reciente interés en este tema, ningún análisis completo ha sido reportado sobre como el tamaño del arreglo de antenas, el tamaño de la modulación y la potencia irradiada han de elegirse para lograr comunicaciones energéticamente eficientes sobre canales con desvanecimiento.
Modelos de elección de la hora de inicio de viaje
(2012) Arellana Ochoa, Julián Alberto; Ortúzar Salas, Juan de Dios; Rizzi Campanella, Luis Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El estudio de la elección de la hora en que se realizan los viajes ha tomado creciente importancia últimamente debido al aumento en los niveles de congestión de muchas ciudades y a la necesidad de evaluar los efectos de implementar estrategias de gestión como la tarificación vial, que buscan manejar la creciente demanda por transporte en las ciudades. El principal objetivo de esta investigación es desarrollar modelos avanzados de elección de la hora de inicio de viajes, que incluyan atributos observables y no observables con el fin de mejorar el entendimiento de este complejo proceso de elección discreta.Para lograr este objetivo, se partió por proponer una metodología de recolección de los datos adecuados para modelar esta elección. Adicionalmente, se decidió centrar la investigación en el estudio de viajes al trabajo, pues éstos típicamente representan más de la mitad de los viajes que se realizan en las horas de mayor congestión. La elección de la hora de partida fue abordada a partir de diferentes enfoques de modelación que permitieron: (i) evaluar formulaciones alternativas de modelos que permitan incorporar heterogeneidad en los gustos y correlación entre individuos; (ii) estudiar la posibilidad de incorporar atributos no directamente observables en estos modelos; (iii) estimar modelos conjuntos de elección del horario de inicio y de la elección del modo de transporte para los viajes, usando información de distinta naturaleza.Este documento parte describiendo la metodología de diseño de la encuesta propuesta, y luego presenta la formulación, estimación y análisis de una serie de modelos de elección discreta que permitieron estudiar el problema de interés. Las características del viaje y otros atributos relacionados con el cumplimiento de los horarios del trabajo, demostraron tener un rol preponderante en la elección de la hora en que se realizan los viajes al trabajo. La formulación de modelos flexibles, que permitan capturar adecuadamente la heterogeneidad en los gustos y la correlación entre individuos y alternativas, son necesarios para una adecuada comprensión de elecciones complejas como la modelada en esta tesis. Sin embargo, debe prestarse especial cuidado a la interpretación de sus resultados pues, como se sabe, en estos modelos complejos puede producirse confusión de distintos efectos. Así, modelos parsimoniosos que expliquen la heterogeneidad entre individuos mediante variaciones sistemáticas en los gustos e incorporen adecuadamente la correlación entre distintas respuestas individuales (efecto panel) podrían preferirse por su gran potencial y mayor simpleza para su posterior uso en fase de predicción.La incorporación de atributos no observables, la utilización de diferentes fuentes de información, y la integración de la elección de modo en la especificación y estimación de modelos de elección de la hora de inicio de viaje, produjo mejoras en su capacidad explicativa al permitir representar de mejor manera el proceso de elección subyacente, a costa de una mayor complejidad. Se presume que estos modelos podrían tener mejor comportamiento en fase predictiva, por lo que deben dedicarse mayores esfuerzos a esta área de estudio.
Implementation and classroom integration of a collaborative videogame to support teaching electrostatics conceptually
(2012) Echeverría Gálvez, Alejandro A.; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En las últimas tres décadas, investigadores y educadores han estado interesados en usar videojuegos para objetivos educacionales. Sin embargo, los videojuegos aún no se han convertido en una herramienta de uso diario en ambientes educativos, como fue imaginado originalmente. Experiencias previas han demostrado que diseñar videojuegos que sean educacionalmente efectivos y entretenidos es una tarea muy difícil, y que los videojuegos no son necesariamente la herramienta adecuada para enseñar todo tópico. Además de esto, cuando los videojuegos se usan como herramienta en la sala de clases, es necesario definir explícitamente como serán integrados pedagógicamente, de manera de permitir que el profesor y los alumnos aprovechen al máximo la herramienta. Existe la necesidad, entonces, de entender cuando deben ser usados los videojuegos, y como deben ser diseñados e integrados en una clase. Esta tesis se enfoca en explorar el diseño e integración en la sala de clases de un videojuego para el aprendizaje conceptual de principios básicos de física, que es uno de los objetivos de aprendizaje en que la evidencia sugiere que los videojuegos son una mejor herramienta que métodos tradicionales. Una metodología de investigación basada en diseño es usada en este proyecto, desarrollando varias iteraciones de un videojuego, validándolo experimentalmente y obteniendo nuevas ideas en el proceso para mejorar la siguiente iteración. Para explorar la integración del videojuego en la sala de clases a un nivel tecnológico y pedagógico, este proyecto aplica los principios del Aprendizaje Colaborativo Apoyado por Computadores, como modelo básico para integrar el videojuego en la sala de clases. Para explorar cómo diseñar juegos entretenidos y educacionalmente efectivos, varios principios y teorías obtenidos de las comunidades educativas y de diseño de juego son aplicados con el objetivo de entender su utilidad en este contexto. A través del proceso iterativo de diseño, se desarrollaron y compararon dos plataformas tecnológicas para implementar juegos colaborativos en la sala de clases. La efectividad de cada iteración del juego fue validada ocupando una prueba conceptual de física la cual los alumnos rendían antes de la experiencia (pre-test) y después de ésta (post-test) lo que permitía observer posibles incrementos en el aprendizaje. Los resultados de los experimentos desarrollados mostraron que en la última iteración del juego (probada con 36 alumnos) el promedio del puntaje en la prueba aumentó desde 7.36 (desv. est. 2.69) en el pre-test a 12.36 (dev. est. 3.77) en el post-test, lo que representa una mejora estadísticamente significativa en la ganancia de aprendizaje respect a la primra iteración (probada con 27 alumnos del mismo colegio y edad) el promedio del puntaje en la prueba aumentó de 6.11 (desv. est. 2.24) en el pre-test a 10.00 (desv. est. 2.74) en el post-test. En base al proceso de diseño y a las experiencias experimentales, se presenta una metodología para diseñar e integrar juegos de este tipo, para ser validada con otros temas de física.
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.
Efecto de la materia orgánica natural sobre la precipitación de malaquita en cañerías de cobre expuestas a agua potable
(2012) Reyes Román, Arturo Alejandro; Lagos, Gustavo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El contacto de una cañería de cobre con el agua potable inicia un proceso de corrosión que da lugar a la formación de fases sólidas, tales como óxidos, hidróxidos y carbonatos y/o sulfatos básicos de cobre. El efecto principal de estas fases es la disminución de la velocidad de corrosión y de los niveles de cobre que se liberan al agua. A diferencia de los efectos que el pH, la alcalinidad o los aniones tienen sobre la corrosión y liberación de cobre al agua potable, la influencia de la materia orgánica natural \2013en la forma de ácidos húmicos y de ácidos fúlvicos- es un tema menos comprendido. El contacto de una cañería de cobre con agua potable que contiene materia orgánica natural causa el aumento de la concentración de cobre con respecto a aguas potables que no la contienen y la inhibición de la precipitación de Malaquita sobre la superficie de la cañería. El efecto de la materia orgánica natural sobre la corrosión de cañerías de cobre se ha estudiado sin considerar el rol de sus componentes fundamentales, los ácidos húmicos y los ácidos fúlvicos. En este trabajo se estudió por primera vez el efecto de los ácidos húmicos y de los ácidos fúlvicos sobre la corrosión de cañerías de cobre expuestas a agua potable. Es posible que la inhibición de la precipitación de la Malaquita se deba a la adsorción de materia orgánica natural. El objetivo de esta tesis fue determinar el efecto de los ácidos húmicos y de los ácidos fúlvicos sobre la precipitación de Malaquita. El estudio se abordó desde dos ángulos: liberación de cobre desde cañerías de cobre expuestas a agua potable dosificadas con los ácidos húmicos y con los ácidos fúlvicos y adsorción de los ácidos húmicos y de los ácidos fúlvicos sobre láminas de cobre. Mediante experimentos estáticos realizados con agua potable sintética, se concluyó que los ácidos húmicos y los ácidos fúlvicos modificaron el perfil de envejecimiento de la cañería de cobre. Los resultados demostraron que los ácidos húmicos y los ácidos fúlvicos incrementaron la concentración de cobre soluble en comparación con el agua sin materia orgánica. En el agua que contenía los ácidos húmicos se liberaron a lo largo del período de exposición entre 3 a 16.7 veces más cobre soluble que en el agua dosificada con los ácidos fúlvicos. Las concentraciones de oxígeno disuelto determinadas en presencia de los ácidos húmicos fueron entre 1.1 hasta 4 veces mayores que las determinadas en presencia de los ácidos fúlvicos. Se demostró que los ácidos húmicos y los ácidos fúlvicos se adsorbieron sobre las superficies internas de las cañerías de cobre. Los porcentajes de adsorción variaron entre un 18 y 30% para los ácidos húmicos y entre un 20 y 26% para los ácidos fúlvicos. Los ácidos húmicos inhibieron completamente la precipitación de Malaquita, mientras que los ácido fúlvicos lo hicieron parcialmente. En los experimentos de adsorción, realizados con agua potable sintética, se demostró que los ácidos húmicos y los ácidos fúlvicos se adsorbieron sobre las láminas cobre. Los valores calculados de las constantes cinéticas de adsorción de los ácidos húmicos y de los ácidos fúlvicos fueron 0.259 ± 0.202 y 0.313 ± 0.242 (mgCOTgCu-1h-1), respectivamente. Las constantes de adsorción de Langmuir calculadas para los ácidos húmicos y para los ácidos fúlvicos fueron 0.0598 ± 0.0320 y 0.0478 ± 0.0177 (Lmg-1) respectivamente. Se determinó que aguas con valores de pH 7.2 y pH 7.8, concentraciones de sulfato de 50 y 245 mg/L y alcalinidad de 60 y 180 mg/L como CaCO3 influyeron sobre la adsorción de los ácidos húmicos y de los ácidos fúlvicos. Los AH adsorbidos sobre el cobre impidieron la formación de películas de Malaquita. En presencia de los AF se formó Malaquita. En conclusión se demostró, mediante experimentos estáticos y mediante experimentos de adsorción, que los ácidos húmicos inhibieron por completo la formación de Malaquita sobre cañerías de cobre. En contraste, los ácidos fúlvicos no impidieron la formación de Malaquita, aunque el cubrimiento de la superficie con este compuesto fue menor que cuando no se utilizó materia orgánica. Se demostró que la presencia de ácidos húmicos y de ácidos fúlvicos en el agua potable sintética influyó sobre la corrosión de cañerías de cobre, sobre la precipitación de Malaquita y sobre la solubilidad del cobre.
Modelación de las interrelaciones entre factores e índices de competitividad en empresas constructoras
(2012) Orozco Argote, Francisco Alejandro; Serpell Bley, Alfredo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La globalización y el ambiente altamente competitivo entre compañías constructoras han generado una urgente necesidad por crear estrategias competitivas para sobrevivir. De esta necesidad se desprende, en principio, que las compañías requieren un mejor entendimiento sobre la definición de competitividad, los factores que la determinan, y los índices que la miden. Alrededor del mundo existen diversos estudios que presentan cuáles son los factores más importantes para la competitividad de una compañía. Además, debido a la amplitud del significado de competitividad, diversos índices han sido propuestos para medirla. Sin embargo, factores e índices de competitividad por sí solos no proveen suficiente información útil para los gerentes. En consecuencia, considerando que la planificación estratégica dentro de la industria de la construcción presenta retos importantes, y ya que no ha sido desarrollado en la literatura, se ve necesario proponer y validar un modelo que interrelacione los factores e índices propios de la competitividad de las empresas constructoras.
Control del envejecimiento del asfalto a través de la adición polvo deshidratado de orujo, bioproducto de la industria enológica
(2012) Calabi Floody, Alejandra Tatiana; Thenoux Zeballos, Guillermo A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
A nivel mundial, un 95% de los pavimentos contienen ligante asfáltico. Principalmente debido al proceso oxidativo, el ligante asfaltico incrementa su rigidez tornándose un material frágil, por lo tanto propenso a agrietarse. Por otra parte, la industria vitivinícola genera anualmente alrededor de 10 millones de toneladas de residuo (orujo). Este bioproducto es rico en antioxidantes (Oxygen Radical Absorbance Capacity, ORAC 650Umol Trolox Equivalente/g) y actualmente representa un problema para la industria puesto que constituye un material contaminante que carece de una reutilización masiva. En consecuencia, el objetivo de esta investigación consistió en evaluar el potencial de reutilización de este residuo como antioxidante para ligante asfáltico, con el propósito reducir el daño oxidativo en el material. Para esta investigación, se utilizaron dos tipos de orujo, uno proveniente de cepa Cabernet Sauvignon y otro proveniente de cepa Chardonnay, muy diferentes respecto tanto a las características propias de la cepa que los constituye, como del proceso de vinificación tras el cual se descartan. El estudio incluye la descripción completa del proceso de obtención del residuo, almacenamiento y proceso de obtención del preparado antioxidante. Para evaluar los efectos de la adición del antioxidante al ligante asfáltico, las muestras fueron sometidas a tratamientos de envejecimiento estandarizado de corto y largo plazo de acuerdo a los estándares SUPERPAVE (RTFOT y PAV). Dado que estos tratamientos corresponden a métodos de laboratorio de envejecimiento acelerado, se incluyó además un proceso de envejecimiento en película delgada a 60°C cuya duración alcanzó a 6 meses. Esto permitió observar los efectos de la adición del preparado antioxidante en un periodo de tiempo superior en condiciones de envejecimiento en tiempo real. Posteriormente, se controlaron las propiedades físicas a alta y baja temperatura, las propiedades reológicas y los cambios en la estructura molecular del ligante asfáltico a través de la evolución de la fracción asfaltena.
Evaluación experimental y numérica de la evaporación desde aguas subterráneas someras : aplicación a suelos salinos de la cuenca del Salar de Huasco
(2012) Hernández López, María Fernanda; Muñoz Pardo, José Francisco; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Mecanismos para la inversión y remuneración de la transmisión de energía eléctrica
(2012) Molina Castro, Juan David; Rudnick Van de Wyngard, Henry; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La evolución del mercado de energía y la creciente participación de los agentes en el negocio de la transmisión de energía han traído consigo una mayor complejidad para definir qué expandir en un sistema de transmisión y cómo decidir un plan de expansión. Las metodologías de expansión se sostienen bajo principios de cooperación y bajo este principio se han propuesto varias alternativas para su desarrollo. Sin, embargo, los agentes participantes en la expansión de la transmisión son racionales y como tal maximizan su utilidad. Esto hace necesario evaluar mecanismos de acoplamiento entre conceptos económicos y técnicos con la finalidad de brindar soluciones claras y transparentes para el desarrollo del mercado eléctrico. El objetivo de la investigación es diseñar un mecanismo que incentive la expansión de la transmisión considerando la maximización del beneficio social, la estructura del mercado y el comportamiento de los agentes. Se propone una metodología de expansión de la transmisión, un juego, que consta de cuatro elementos principales: i) la generación de alternativas de planes de expansión de la transmisión, ii) la valoración de proyectos con base en el diseño de contrato lineales, soluciones de negociación y el modelo de principal-agente, iii) el valor óptimo de un portafolio de inversión desde la perspectiva de un inversionista privado y iv) la aceptabilidad y asignación de costo de los proyectos de expansión.
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.
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
Modelo bioeconómico aplicado a la industria acuícola de Mytilus chilensis, en fase de engorda
(2013) Marambio Carvajal, José Eduardo; Maturana Valderrama, Sergio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El presente estudio tiene por propósito desarrollar un modelo bioeconómico para el Mytilus chilensis que permita apoyar la decisión de cuando cosechar en sistema de cultivos long line doble continuo. Para tal efecto se inicia el estudio con la proposición del modelo de crecimiento de la biomasa. El modelo propone que la biomasa está determinada por el peso medio y de la densidad por metro lineal. El peso se determina a través de una función diferencial basado en el modelo de crecimiento biológico de von Bertalanffy modificado por las fluctuaciones de disponibilidad de alimento, donde la disponibilidad de alimento se expresa en función del índice de rendimiento productivo (IRP, \03B8). El modelo de densidad se determina a través de una función diferencial basado en la hipótesis de competencia por el espacio disponible entre los mismos Mytilus chilensis y una segunda especie de mytilus correspondiente a Aulacomya atra (cholga). Los resultados de son del 0.98, 0.93 y 0.94 para la talla, densidad lineal y biomasa respectivamente, lo que indica que el modelo propuesto puede ser utilizado para estimar la biomasa en el tiempo.
Stiffness evolution mechanism of recycled mixes with foamed bitumen and cement
(2013) Halles Arévalo, Felipe Antonio; Thenoux Zeballos, Guillermo A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El reciclado con asfalto espumado es una promisoria técnica de rehabilitación de pavimentos asfálticos que ha sido utilizada ampliamente a nivel mundial desde 1980. Laa mezclas recicladas con asfalto espumado son preparadas utilizando asfalto reciclado, material granular recuperado, asfalto espumado, filler activo y agua. Tradicionalmente la caracterización de las mezclas con asfalto espumado ha sido realizada en probetas curadas de forma acelerada, lo cual representa las propiedades de las mezclas luego de un par de meses desde su construcción (mediano plazo) período. Sin embargo, no hay suficiente información respecto de las propiedades mecánicas de estas mezclas en el corto plazo, es decir inmediatamente después de la construcción, ni en el largo plazo, es decir después de un par de años y después de que un gran número de cargas de tránsito ha sido aplicado. Los Proyectistas necesitan conocer esta información para poder diseñar apropiadamente los espesores de un pavimento con capas recicladas con asfalto espumado y para definir correctamente con contenidos de asfalto y filler activo que constituyen la mezcla.En estas mezclas, el principal agente estabilizador es el asfalto y la mayoría de las investigaciones han estado focalizadas en la caracterización de las propiedades de la mezcla cuando este aditivo es incorporado, además de establecer metodologías para optimizar este contenido. Sin embargo las mezclas con asfalto espumado también utilizan algún tipo de filler activo para modificar la fracción fina de la granulometría de la mezcla recuperada y/o para reducir la susceptibilidad mecánica a la presencia de humedad. Mientras la mayoría de los países utilizan cemento como filler activo, otros utilizan Cal, Ceniza Volante u otros. Por otra parte, mientras el contenido de filler activo es entre 40% – 80% de la cantidad en peso del contenido de asfalto utilizado, a la fecha no existe información concreta respecto del rol que el filler activo cumple en las propiedades y comportamiento de las mezclas estabilizadas con asfalto espumado. En esta investigación, se estudia la evolución de la rigidez y resistencia de estas mezclas a lo largo de toda su vida útil, es decir, en el corto, mediano y largo plazo. Asimismo, se estudia en detalle la contribución del cemento en las propiedades de estas mezclas, dado que es identificado como una de las variables que más afectan las propiedades mecánicas de las mezclas con asfalto espumado.Los resultados indicaron que en el corto plazo estas mezclas necesitan de una significante cantidad de tiempo para adquirir resistencia, la cual puede llegar a ser tan amplia como 12 meses en condiciones de curado normales. Si la ubicación del proyecto es en áreas secas, entonces el proceso de curado toma solo un par de meses. Sin embargo, si la zona donde se emplaza el proyecto es húmeda y el drenaje es pobre, entonces es probable que la mezcla con asfalto espumado no pierda humedad y por lo tanto no adquiera resistencia. En este caso, las propiedades mecánicas de este tipo de mezclas no serán sustancialmente mejores que las que se obtendrían con el mismo material reciclado sin la adición del asfalto espumado. Los análisis conducentes a establecer las propiedades de largo plazo indicaron que una vez que las mezclas con asfalto espumado adquieren rigidez, esta se mantendrá constante o disminuirá según el estado de tensiones que tenga la capa. Si el nivel de tensiones es menor que un valor referencial, la rigidez se mantendrá constante a un nivel muy parecido al de la rigidez máxima. Por el contrario si el estado de tensiones es mayor al valor referencial, la rigidez disminuirá conforme la capa estabilizada es sometida a cargas de tránsito. Se pudo establecer que a medida que el estado de tensiones es mayor, más rápido disminuirá la rigidez de la mezcla.Por otra parte, el estudio del rol que juega el cemento en estas mezclas indicó que el cemento es tan importante como el asfalto espumado en términos de las propiedades de estas mezclas. Mientras el cemento es el principal responsable de proveer resistencia y rigidez a estas mezclas en el corto y mediano plazo, el asfalto es capaz de proveer flexibilidad y durabilidad en el largo plazo. El trabajo conjunto de ambos es el que permite que estas mezclas sean capaces de resistir las cargas de tránsito. Finalmente este trabajo de investigación proporciona recomendaciones concretas respecto al método de diseño de mezclas tradicionalmente utilizado, además de proveer con una herramienta para estimar la rigidez de largo de plazo de mezclas estabilizadas con asfalto espumado y cemento.
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.
Nuevas topologías de conversores multinivel en cascada
(2013) Pereda Torres, Javier Eduardo; Dixon Rojas, Juan; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los conversores estáticos de potencia juegan un rol fundamental en la actualidad, ya que son utilizados en la generación, distribución y aplicación de la energía eléctrica. Sin embargo, estos conversores introducen contaminación en los sistemas eléctricos donde intervienen. Este problema va en aumento debido a su masificación, ya que son utilizados en el control de motores (responsables de gran parte del consumo mundial) y en la generación de energías renovables no convencionales, las que están incrementando su participación día a día. Por lo tanto, se ha vuelto primordial el desarrollo de tecnologías que aumenten la calidad de energía entregada por estos sistemas. Una solución a estos problemas son los conversores multinivel, los que han aparecido en las últimas décadas. Esta tesis presenta un trabajo de investigación en conversores de potencia multinivel, especialmente los conversores multinivel en cascada, donde primero se presenta una revisión y análisis profundo de sus aplicaciones, topologías, formas de conexión, asimetrías de voltaje, distribución de potencia, ventajas y desventajas. De este análisis se concluye que las principales desventajas de estos conversores son el uso de una gran cantidad de semiconductores y fuentes de voltaje aisladas, las cuales utilizan complejos, costosos, pesados y voluminosos transformadores, además de rectificadores trifásicos bidireccionales que requieren de un control adecuado.
The emergence of operative knowledge
(2013) Verdugo Toro, Renato Ignacio; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La tecnología nos provee acceso permanente y ubicuo a repositorios en línea de la experiencia humana, cambiando la forma en la que nos relacionamos con la información y el conocimiento. El almacenamiento y la recuperación de información en la era pre-digital –basado en objetos físicos- forzaba un indexamiento lineal y unívoco, estableciendo por tanto mecanismos fijos de organización, validación y circulación de objetos mediales – dominados por el texto impreso. El ecosistema medial de nuestros días ha reestructurado las lógicas bajo las cuales clasificamos y accedemos contenido, estableciendo bibliotecas recentrables donde la curatoría y la linealidad son remplazadas por el poder computacional de las palabras clave y los motores de búsqueda. La base de la revolución de la información y comunicación que vivimos hoy día es la posibilidad de construir cadenas de documentos personalizadas a través de las capacidades del hipervínculo. El Conocimiento Operativo -concepto que se establece y define por primera vez en esta tesis- son pequeñas fracciones de conocimiento que pueden ser accedidas de forma veloz y sencilla, que permiten a los individuos consumir, crear y transformar ideas a través de dominios disciplinares, incluso sin ser expertos. Esta tesis plantea un recorrido bibliográfico a través de los orígenes del fenómeno del Conocmiento Operativo; desde tópicos socio-culturales -como lo son las concepciones de individuo, comunidad y cultura-, pasando por las raíces y precedentes técnicos que posibilitan acceso ubicuo y permanente a repostiorios virtuales, hasta el impacto futuro de este fenómeno.
In vitro digestibility of food-grade emulsions
(2013) Troncoso Ahués, Elizabeth; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Como los alimentos, más que los nutrientes, son esenciales en la búsqueda de una mejor salud y bienestar, el rol de la estructura alimentaria se hace prominente. Así, una mejor comprensión de los cambios estructurales de alimentos lipídicos en el tracto gastrointestinal, y las interacciones que toman lugar, permitirán el diseño racional de alimentos. La hipótesis de este trabajo es que es posible diseñar nuevos alimentos basados en emulsiones para controlar sus propiedades reológicas y microestructurales, y su digestión lipídica in vitro. El objetivo general de esta tesis fue incrementar nuestro conocimiento acerca del impacto de factores diferentes que controlan la digestión de alimentos lipídicos con el propósito de desarrollar productos con propiedades físicas y nutricionales hechas a la medida. Se fabricaron emulsiones aceite-en-agua (O/W) estabilizadas por proteínas (aislado de suero proteico, WPI, y \03B2-lactoglobulina, BLG) o surfactante no iónico (Tween 20) para caracterizarlas y correlacionar sus propiedades estructurales con su conducta reológica y digestión in vitro bajo condiciones que simulan a las del intestino delgado.
Oxygen management during alcoholic fermentation
(2013) Moenne Vargas, María Isabel; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las adiciones de oxígeno son una práctica común durante el proceso de elaboración del vino, debido a que tienen un efecto positivo en la cinética de fermentación y la síntesis de biomasa, además de contribuir al color, estructura y aroma de los vinos tratados. A pesar de su importancia, la mayoría de las adiciones de oxígeno son realizadas de manera heurística, a través de remontajes basados sólo en el conocimiento de los enólogos, dificultándose así su manejo en términos de las cantidades exactas de oxígeno transferidas al mosto durante la fermentación. Por este motivo, es importante estimar la cantidad de oxígeno adicionado, ya que adiciones insuficientes de oxígeno no son efectivas, mientras que adiciones excesivas podrían generar defectos organolépticos, afectando drásticamente la calidad del vino final. Así, el manejo de la adición de oxígeno es crítica, tanto para determinar la cantidad adecuada de oxígeno a adicionar durante la elaboración del vino (dependiendo de los resultados deseados por el enólogo) o la dinámica de transferencia de oxígeno y su consumo, como para contar con herramientas que permitan regular precisamente las adiciones de oxígeno.
Considerations of ice morphology and driving forces in freeze concentration
(2013) Petzold Maldonado, Guillermo Rodrigo; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La morfología del hielo (tamaño y forma) influye en forma decisiva en la apreciación sensorial, textura y calidad de numerosos alimentos congelados. También es importante la morfología del hielo en algunos procesos tecnológicos como es la liofilización y la concentración por congelación, donde influye en la eficiencia de estos procesos. El objetivo general de esta tesis fue incrementar el conocimiento acerca del control de la morfología de la fase hielo en la congelación de alimentos y otros procesos relacionados como la concentración por congelación. La congelación en alimentos y en soluciones, así como los métodos de observación y medición de la morfología del hielo fueron analizados, y el rol de la morfología del hielo en algunas aplicaciones tecnológicas fue discutido. Especial atención fue puesta en la arquitectura o arreglo espacial de elementos en la estructura de la fase congelada y el rol en la eficiencia de los procesos de concentración por congelación.Cuando un núcleo de hielo comienza a crecer en una solución, los solutos son rechazados desde la fase hielo y se acumulan en la interfase sólido-líquido, formando un sistema hidráulico en la matriz congelada (fase hielo) con venas o canales entre los cristales de hielo ocluyendo la solución concentrada. Técnicas asistidas (tal como el ultrasonido o agentes de nucleación del hielo) han probado ser importantes en proveer una morfología de la fase congelada que mejora la eficiencia de la concentración por congelación. Otras alternativas son el uso de fuerzas impulsoras externas tales como el vacío o la centrifugación en la recuperación de soluciones concentradas. Se propusieron dos novedosas técnicas (vacío o centrifugación) con el fin de utilizar convenientemente este sistema hidráulico para mejorar la eficiencia en la separación de solutos en los procesos de concentración por congelación, utilizando soluciones acuosas de sacarosa como muestras modelo.Mediante la aplicación de vacío (80 kPa), la eficiencia de la concentración por congelación fue significativamente mejorada por sobre las condiciones atmosféricas mostrando una mayor recuperación de soluto, aproximadamente 0,5 kg de sacarosa obtenidos por 1 kg de sacarosa inicial en comparación con los valores de recuperación entre 0,16 y 0,3 kg / kg para los tratamientos atmosféricos. Por otra parte, mediante la aplicación de centrifugación, se obtuvo una alta recuperación de solutos, llegando a aproximadamente 0,73 kg de sacarosa obtenidos por 1 kg de sacarosa inicial con 1600 de fuerza centrífuga relativa (FCR), comparado al valor de recuperación 0.5 kg/kg usando una menor velocidad de centrifugación (800 FCR). La alta eficiencia de solutos usando técnicas asistidas en concentración por congelación es una consecuencia de usar una fuerza impulsora externa que mejora la separación natural en el descongelado gravitacional y toma ventaja de las características microestructurales de la fase congelada. Podemos concluir que el vacío o la centrifugación en concentración por congelación es una efectiva técnica asistida para mejorar la eficiencia de separación.
Diseño de servicios expresos para buses
(2013) Larraín Izquierdo, Homero; Muñoz Abogabir, Juan Carlos; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los servicios expresos, que en general se pueden definir como servicios que atienden a un subconjunto de los paraderos de un determinado corredor, son una estrategia de operación que puede ser beneficiosa tanto para los operadores como para los usuarios. Una reducción en el número de detenciones beneficia a los usuarios al reflejarse en una disminución en los tiempos de viaje. Naturalmente, esto también favorece a los operadores, que al ver reducidos sus tiempos de ciclo pueden hacer un uso más eficiente de su flota. Estos beneficios deben compensar el perjuicio que experimentan los usuarios de los paraderos omitidos, cuyos tiempos de espera pueden verse elevados por este tipo de medida. En este trabajo se propone una forma de diseñar servicios expresos en una red de transporte público urbano operada por buses. El algoritmo de diseño que se plantea genera un conjunto de servicios y entrega sus frecuencias de operación, tomando en cuenta la restricción que impone la capacidad máxima de los buses, y considerando que los pasajeros minimizan sus tiempos esperados de viaje considerando la existencia de líneas comunes y la posibilidad de realizar trasbordos. El problema descrito es abordado enfocando inicialmente los esfuerzos en el caso de un corredor aislado, para posteriormente construir una heurística que diseña los servicios de una red descomponiéndola en corredores. El problema de diseño de servicios expresos para un corredor es a su vez descompuesto en dos subproblemas: el problema de optimización de frecuencias para un conjunto de servicios fijo, y el problema de generación de servicios para un corredor. En Leiva et al. (2010) se formula un modelo para la optimización de frecuencias de servicios expresos en un corredor que fue utilizado como punto de partida para esta investigación. Un análisis en profundidad de este modelo permitió detectar algunas posibilidades de mejora, dentro de las que se cuentan nuevas formas de representar los servicios introduciendo restricciones de continuidad de frecuencia por nodo, y mejoras en la heurística de ajuste de capacidad que reducen drásticamente los tiempos de ejecución. Para resolver el problema de generación de servicios se diseñaron diversas heurísticas. En términos generales, estas heurísticas evalúan el efecto sobre los costos sociales de permutaciones locales como eliminar o agregar paraderos sobre servicios existentes, o comparan los beneficios de diferentes configuraciones de servicios de formato predeterminado (cortos y zonales). Se proponen también heurísticas diseñadas especialmente para el caso con restricción de capacidad activa, donde centrando el análisis en el arco crítico del corredor se obtienen expresiones analíticas para frecuencias y costos óptimos. Todo esto permitió construir un algoritmo para el diseño de servicios expresos en un corredor que combina el modelo de optimización de frecuencias con las heurísticas de generación de servicios encontradas en esta etapa. El modelo así obtenido fue implementado en cerca de mil escenarios, de forma de identificar los factores que hacen propicio un corredor para la implementación de servicios expresos. Calibrando un modelo de regresión lineal se concluye que estos beneficios son mayores cuando los viajes son en promedio más largos y están concentrados en menos pares, cuando el tiempo perdido por cada detención es mayor, cuando el volumen de viajes es más alto, cuando el tiempo de viaje es más valioso, cuando el valor del tiempo de espera es menor, y cuando la capacidad es menor. El problema de diseño para una red es finalmente abordado mediante un algoritmo iterativo en dos fases: primero, se escoge un corredor de la red, se fija su demanda, y se aplica sobre él el algoritmo de diseño, y luego se optimizan las frecuencias de la red incorporando los nuevos servicios generados, reasignando a los usuarios sobre la red completa. Cuando no se obtiene mejora para ningún corredor de referencia, el resultado es ajustado para satisfacer las restricciones de capacidad. Este algoritmo fue implementado en una red de prueba con restricción de capacidad activa, donde mostró ser capaz de generar servicios expresos que entregaban ahorros considerables en los costos del sistema.

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