[ES] El continuo endurecimiento de las normativas que regulan las emisiones contaminantes de los motores de combustión ha obligado a su desarrollo ininterrumpido, buscando mejorar su consumo y reducir su impacto medioambiental. Esto ha provocado la introducción progresiva de sistemas de post-tratamiento de gases de escape en los motores de combustión a fin de limitar la emisión de sustancias contaminantes a la atmósfera. En el caso concreto de la emisión de partículas, se ha estandarizado el empleo de filtros de partículas de flujo de pared como solución tecnológica para el cumplimiento de las normativas vigentes tanto en motores diésel (DPF) como gasolina (GPF). Por el propio mecanismo de funcionamiento de estos filtros se produce una acumulación de hollín dentro y sobre sus paredes porosas. Esta acumulación tiene un gran efecto sobre el comportamiento fluidodinámico del filtro, afectando a la pérdida de presión y, de ahí, aumentando el consumo específico del motor. Por este motivo, y dada la limitada capacidad de acumulación del filtro, se realizan procesos de regeneración para eliminar las partículas de hollín almacenadas. Se recurre para ello a dos estrategias complementarias. Por un lado, se tienen las estrategias de regeneración activa, que se realizan de forma periódica, mediante un aporte externo de energía. De entre estas estrategias, el método más habitual es el uso de post-inyecciones de combustible. Por otro lado, existen estrategias pasivas, que conducen a la oxidación del hollín sin fuentes de energía externa y reducen la frecuencia de los eventos de regeneración activa. La definición de dichas estrategias, así como su control, requieren del uso de herramientas computacionales para lograr una mayor comprensión y permitir la optimización de estos procesos. En este contexto, la presente tesis doctoral ofrece una contribución al modelado de los procesos de regeneración. Parte importante de este trabajo ha consistido en el desarrollo y validación de un modelo de regeneración que se ha implementado en un modelo termofluidodinámico 1D de DPF ya existente. Esta herramienta se ha desarrollado proponiendo una definición detallada del mecanismo de oxidación de hollín, presentándose un análisis del efecto de las etapas que lo componen. El modelo propuesto también se ha adaptado para su uso en un modelo de valor medio de DPF, que junto al modelo de reactividad química de catalizadores de oxidación desarrollado en el contexto de esta tesis, ha sido empleado en el análisis de la influencia de la variación de los parámetros básicos de la estrategia de post-inyección sobre la regeneración del DPF. Por otra parte, es sabido que el balance entre las etapas de carga y regeneración del filtro determina la distribución de las partículas en su interior. Así, esta tesis se completa con un estudio acerca del efecto de la distribución de las partículas sobre el comportamiento del DPF y cómo la distribución no homogénea de las partículas en el filtro condiciona el proceso de regeneración activa, afectando también a las hipótesis a considerar para su correcto modelado. Como consecuencia de estos trabajos se ha definido un conjunto de herramientas computacionales que facilitan la comprensión de los procesos de regeneración y que son aplicables al amplio rango de casos de estudio considerados. / [CAT] El continu enduriment de les normatives que regulen les emissions contaminants dels motors de combustió ha obligat al seu desenvolupament ininterromput, buscant millorar el seu consum i reduir el seu impacte mediambiental. Açò ha provocat la introducció progressiva de sistemes de post-tractament de gasos de fuga en els motors de combustió a fi de limitar l'emissió de substàncies contaminants a l'atmosfera. En el cas de l'emissió de partícules, s'ha estandarditzat l'utilització de filtres de partícules de flux de paret com a solució tecnològica per al compliment de les normatives vigents tant en motors dièsel (DPF) com gasolina (GPF). Pel propi mecanisme de funcionament estos filtres es produïx una acumulació de sutja dins i sobre les seues parets porosas. Esta acumulació té un gran efecte sobre el comportament fluidodinàmic del filtre, afectant la pèrdua de pressió i, d'aci, augmentant el consum específic del motor. Per este motiu, i per la limitada capacitat d'acumulació del filtre, es realitzen processos de regeneració per a eliminar les partícules de sutja emmagatzemades. Es recorre per a això a dos estratègies complemetaries. Per una banda, es tenen les estratègies de regeneració activa, que es realitzen de forma periòdica, per mitjà d'una aportació externa d'energia. D'entre estes estratègies, el mètode més habitual es l'ús de post-injeccions de combustible. D'altra banda, hi ha estratègies passives, que conduïxen a l'oxidació de la sutja sense fonts externes d'energia i reduïxen la freqüència dels esdeveniments de regeneració activa. La definició de les estratègies, així com el seu control, requerixen de l'ús de ferramentes computacionals per a aconseguir una mitjor comprensió i permetre l'optimització d'estos proccesos. En este context, la present tesi doctoral oferix una contribució al modelatge dels processos de regeneració. Part important d'este treball ha consistit en el desenvolupament i validació d'un model de regeneració que s'ha implementat en un model termofluidodinàmic 1D de DPF ja existent. Esta ferramenta s'ha desenvolupat proposant una definició detallada del mecanisme d'oxidació de sutja, presentant-se una anàlisi de l'efecte de les etapes que ho componen. El model proposat també s'ha adaptat per al seu ús en un model de valor mitjà de DPF, que junt amb el model de reactivitat química de catalitzadors d'oxidació desenvolupat en el context d'esta tesi, ha sigut empleat en l'anàlisi de la influència de la variació dels paràmetres bàsics de l'estratègia de post-injecció sobre la regeneració del DPF. D'altra banda, és sabut que el balanç entre les etapes de càrrega i regeneració del filtre determina la distribució de les partícules en el seu interior. Així, esta tesi es completa amb un estudi sobre l'efecte de la distribució de les partícules sobre el comportament del DPF i com la distribució no homogènia de les partícules en el filtre condiciona el procés de regeneració activa, afectant també les hipòtesis a considerar per al seu correcte modelatge. Com a conseqüència d'estos treballs s'ha definit un conjunt de ferramentes computacionals que faciliten la comprensió dels processos de regeneració i que són aplicables a l'ampli rang de casos d'estudi considerats. / [EN] The continuous tightening of emission regulations for internal combustion engines has forced their uninterrupted development, seeking to improve their fuel consumption and reduce their environmental impact. This fact has led to the progressive introduction of exhaust aftertreatment systems in combustion engines in order to limit the emission of polluting substances into the atmosphere. In the specific case of particle emission, the use of wall flow particle filters has been standardized as a technological solution to comply with current regulations both in diesel (DPF) and gasoline (GPF). The operating principle of these filters results in an accumulation of soot inside and on their porous walls. This accumulation has an important effect on the fluid-dynamic behavior of the filter, affecting the pressure drop and, hence, increasing the specific consumption of the engine. For this reason, and due to the limited accumulation capacity of the filter, regeneration processes are carried out to remove the stored soot particles, where two main strategies can be found. On the one hand, there are active regeneration strategies, that are performed periodically, through an external supply of energy. Among these strategies, the most common method is the use of post-injections. On the other hand, there are passive strategies that lead to soot oxidation without external energy sources and reduce the frequency of active regeneration events. The definition of the strategies, as well as their control, require the use of computational tools to achieve a comprehensive understanding and optimization of these processes. In this context, this doctoral thesis offers a contribution to the modeling of regeneration processes. An important part of this work was dedicated to the development and validation of a regeneration model that was implemented in an existing DPF thermofluid dynamic 1D model. This tool proposes a detailed definition of the soot oxidation mechanism, presenting an analysis of the effect of the steps that comprise it. The proposed model was also adapted for its use in a DPF mean value model and, together with the oxidation catalysts chemical reactivity model developed in the context of this thesis, has been used in the analysis of the influence of variation in the basic parameters of the post-injection strategy. Furthermore, it is known that the balance between the filter loading and regeneration stages determines the soot distribution. Thus, this thesis is completed with a study about the effect of the particle distribution on the behavior of the DPF and how the non-homogeneous distribution of the particles determines the active regeneration process, also affecting the hypotheses to be considered for its correct modeling. As a result of these studies, a set of computational tools was defined to allow the understanding of regeneration processes that are applicable in the wide range of case studies considered. / Sanchis Pacheco, EJ. (2019). Modelado de la oxidación del hollín en filtros de partículas diésel [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/120455 / TESIS

[ES] Las personas con diabetes tipo 1 carecen de la capacidad de secretar insulina y, por lo tanto, necesitan regular su glucosa en sangre con la administración de insulina exógena. El páncreas artificial se presenta como la solución tecnológica ideal para alcanzar los objetivos terapéuticos de la normoglucemia, liberando al paciente de la carga actual de autocontrol y manejo. Sin embargo, el riesgo de hipoglucemia y la variabilidad glucémica siguen siendo factores limitantes en los algoritmos de control actuales integrados en el páncreas artificial. El propósito de la presente tesis es profundizar en el conocimiento de la hipoglucemia y avanzar los algoritmos de control del páncreas artificial para minimizar la incidencia de hipoglucemia y reducir la variabilidad glucémica. Después de proporcionar una visión general del estado del arte del control de la glucosa y el páncreas artificial, esta tesis aborda temas relacionados con el modelado y el control, con las siguientes contribuciones: Se presenta una extensión del modelo de Bergman Minimal que tiene en cuenta la respuesta contrarreguladora a la hipoglucemia. Este modelo explica la relación entre los diversos cambios fisiológicos producidos durante la hipoglucemia, con la adrenalina y los ácidos grasos libres como actores principales. Como resultado, se obtiene una mejor comprensión de la hipoglucemia, lo que permite explicar una auto-potenciación paradójica de la hipoglucemia como se modela a través de enfoques funcionales en el ampliamente utilizado simulador de diabetes tipo 1 UVA-Padova, que se utilizará en esta tesis para la validación in silico de los controladores desarrollados. Se realiza una evaluación de las métricas de variabilidad de la glucosa y los índices de calidad de control. La evaluación de la variabilidad glucémica en el desempeño de los controladores es necesaria; pero todavía no hay un conjunto de métricas de variabilidad glucémica que sea considerado como el "gold estándar". Por tanto, se lleva a cabo un análisis de las métricas de variabilidad disponibles en la literatura para definir un conjunto de indicadores recomendables. Debido a las limitaciones de los sistemas de páncreas artificiales unihormonales para mitigar la hipoglucemia en escenarios difíciles como el ejercicio, esta tesis se centra en el desarrollo de nuevos algoritmos de control bihormonales, con infusión simultanea de insulina y glucagón. Se propone un controlador coordinado bihormonal con estructuras de control paralelas como un algoritmo de control factible para la mitigación de la hipoglucemia y la reducción de la variabilidad glucémica, demostrando un rendimiento superior al de las estructuras de control utilizadas actualmente con lazos de control independientes de insulina y glucagón. Los controladores están diseñados y evaluados in silico en escenarios desafiantes y su rendimiento se evalúa principalmente con el conjunto de métricas definidas previamente como las recomendables. / [CAT] Les persones amb diabetis tipus 1 no tenen la capacitat de secretar insulina secreta i per tant, necessiten regular la seva glucosa en sang amb l'administració d'insulina exògena. El Pàncrees Artificial es presenta com la solució tecnològica ideal per assolir els objectius terapèutics de la normoglucèmia, alliberant al pacient de la càrrega actual d'autocontrol. No obstant, el risc d'hipoglucèmia i l'alta variabilitat glucèmica continuen sent un factor limitant en els algoritmes de control actuals integrats en el Pàncrees Artificials. El propòsit de la present tesi és aprofundir en el coneixement de la hipoglucèmia i millorar els algoritmes de control per corregir amb antelació la dosi excessiva d'insulina, minimitzant la incidència d'hipoglucèmia i reduint la variabilitat glucèmica. Després de donar una visió general de l'estat de l'art del control de la glucosa i el pàncrees artificial, aquesta tesi aborda aspectes de modelització i control, amb les següents contribucions: Es presenta una extensió del model Minimal de Bergman amb la contrarregulació. Aquest model explica la relació entre els diversos canvis siològics produïts durant la hipoglucèmia. Així, permet comprendre millor la hipoglucèmia i comparar els resultats amb els proporcionats per l'enfocament funcional del simulador de diabetis tipus 1 més utilitzat a la comunitat científica. Es realitza una avaluació de les mètriques de variabilitat glucèmica i dels índexs de qualitat de control. Es necessària l'avaluació de la variabilitat glucèmica en el rendiment dels controladors; però encara no hi ha un conjunt de mètriques considerades com les "gold standard". Per tant, es realitza una anàlisi de les mètriques de variabilitat disponibles a la literatura per definir un conjunt d'indicadors recomanables. Es proposa un controlador bi-hormonal coordinat amb estructures de control paral.leles com un algoritme de control viable per a la mitigació d'hipoglucèmia i la reducció de la variabilitat glucèmica. Els controladors estan dissenyats i avaluats in-silico en escenaris desafiadors i el seu rendiment es valora principalment amb el conjunt de mètriques definides prèviament com les mètriques recomanables. / [EN] People with Type 1 Diabetes lack the ability to secrete insulin and therefore need to regulate their blood glucose with exogenous insulin delivery. The Artificial Pancreas is presented as the ideal technological solution to reach the therapeutic goals of normoglycaemia, freeing the patient from the current burden of self-control and management. Nevertheless, the risk of hypoglycaemia and the high glycaemic variability are still a limiting factors in the current control algorithms integrated in the Artificial Pancreas. The purpose of the present thesis is to delve into knowledge of hypoglycaemia and to advance in the artificial pancreas control algorithms in order to minimise hypoglycaemia incidence and reduce glycaemic variability. After providing an overview of the state of the art in the eld of glucose control and articial pancreas, this thesis addresses issues on modelling and control, with the following contributions: An extension of the Bergman Minimal model accounting for counterregulatory response to hypoglycaemia is presented. This model explains the relationship between the several physiological changes produced during hypoglycaemia, with adrenaline and free fatty acids as main players. As a result, a better understanding of hypoglycaemia is gained, allowing to explain a paradoxical auto-potentiation of hypoglycaemia as modeled through functional approaches in the widespread used UVA-Padova Type 1 Diabetes simulator, which will be used in this thesis for in silico validation of the developed controllers. An assessment of glucose variability metrics and control quality indices is carried out. The evaluation of the glycaemic variability on the controllers performance is necessary; but there is not a gold standard variability metrics yet. Therefore, an analysis of the variability metrics available in literature is conducted in order to define a recommendable set of indicators. Due to the limitations of single-hormone artificial pancreas systems in mitigating hypoglycaemia in challenging scenarios such as exercise, this thesis focuses on the developement of new dual-hormone control algorithms, with concomitant infusion of insulin and glucagon. A coordinated dual-hormone controller with parallel control structures is proposed as a feasible control algorithm for hypoglycaemia mitigation and glycaemic variability reduction, demonstrating superior performance as currently used control structures with independent insulin and glucagon control loops. The controllers are designed and evaluated in-silico under challenging scenarios and their performance are assessed mainly with the set of metrics defined previously as the recommendable ones. / Moscardó García, V. (2019). Contributions to modelling and control for improved hypoglycaemia and variability mitigation by dual-hormone artificial pancreas systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/120456 / TESIS

La caracterización física-socioeconómica, es el análisis técnico - objetivo de primer alcance al conocimiento del medio; pudiendo ser de una unidad político administrativa, cuenca, asociación, mancomunidad, localidad, región, etc. Además, permite conocer el potencial y las deficiencias de la zona, recogiendo información del territorio, conocerlo mejor y así concertar los modos de utilizar sus recursos de manera sostenible. El distrito de Tumbaden, es uno de los cuatro distritos de la provincia de San Pablo, el cual se ubica entre los más pobres a nivel nacional, a pesar de contar con gran diversidad física y social, la problemática se centra en la débil visibilidad de sus potencialidades, para esto se analizó las capas temáticas (Geología, Geomorfología y Riesgos, Pendientes, CUMT, Cobertura Vegetal, Hidrografía, Clima, actividades productivas y económicas, centros educativos, centros de salud y dinámica poblacional), a través de las tecnologías geoinformáticas como: Teledetección, ArcGIS, Envi, Global Mapper, Geoestudio, Sasplanet, Pathfinder Office, terrasync y otras. Se logra determinar cinco zonas denominándolas “Zonas Espaciales Relativamente Homogéneas”, con una dinámica económica y social diferenciada entre sí. Los trabajos de campo se realizaron con fines de validación físicos - sociales y de carácter participativo (entrevistas y talleres), y éstas a su vez fueron cruzados con la información de gabinete; por lo que el resultado servirá como instrumento de toma de decisiones. / Tesis

Este trabajo de Tesis Doctoral se ha centrado en comprender el comportamiento de electrocatalizadores basados en materiales carbonosos para la reacción de reducción de oxígeno. Con el fin de profundizar en el conocimiento de la naturaleza de los sitios activos de catalizadores basados en materiales carbonosos para esta reacción, se han seleccionado o preparado muestras con diferentes composiciones, texturas porosas y estructuras. De estos resultados se han conseguido importantes avances en el conocimiento del papel que los sitios activos de catalizadores basados en materiales carbonosos desempeñan en dicha reacción. Estos conocimientos y los materiales derivados pueden utilizarse en el desarrollo de cátodos para pilas de combustible en medio alcalino. / Heiwa Nakajima Foundation

La presente Tesis Doctoral se centra en el diseño y preparación de materiales carbonosos dopados con nitrógeno para su aplicación como cátodos en la reacción de reducción de oxígeno. Esto se ha realizado a través de dos enfoques. En primer lugar, el enfoque computacional, que ha permitido profundizar en los mecanismos de la reacción, el efecto del pH, así como identificar los grupos funcionales nitrogenados más activos. Por otro lado, este estudio también se ha realizado a través de la síntesis química de estos materiales, empleando tratamientos térmicos de polianilina a diferentes temperaturas y empleando diferentes atmósferas en el tratamiento térmico. Parámetros, tales como porosidad, orden estructural, conductividad eléctrica y, sobre todo, los grupos funcionales nitrogenados, han sido ampliamente caracterizados y estudiados. Posteriormente, el estudio de la actividad catalítica de los materiales carbonosos dopados con nitrógeno sintetizados ha demostrado que todas estas propiedades juegan un papel clave en la catálisis de esta reacción, haciendo especial hincapié en la presencia de heteroátomos y defectos en la matriz carbonosa.

En la presente tesis se plantea el modelado del equilibrio entre fases de mezclas de importancia en biorrefinerías, y el desarrollo de módulos de simulación de procesos y productos. El modelo termodinámico empleado es la Ecuación de Estado a Contribución Grupal con Asociación (gca-eos) que ha sido desarrollada y exitosamente aplicada al procesamiento de mezclas derivadas de sustratos vegetales y de sistemas a alta presión por el grupo de Termodinámica de Procesos de plapiqui. La gca-eos es robusta para la representación, tanto a baja como alta presión, de sistemas altamente no ideales que presenten asimetría en tamaño y energética y con presencia de interacciones de tipo puente hidrógeno, generalmente presentes en mezclas procedentes del procesamiento de productos naturales. Su carácter a contribución grupal facilita la predicción de compuestos complejos y mezclas a los que se les desconoce sus propiedades, como también frecuentemente ocurre con los de origen natural. Dadas las características favorables de este modelo se propone su extensión para cubrir un número mayor de grupos funcionales típicos del procesamiento en biorrefinerías y una mejor descripción de las interacciones asociativas que pueden presentar el agua, alcoholes, compuestos nitrogenados y aromáticos. Teniendo en cuenta esta premisa se implementaron algoritmos de cálculo termodinámico que fueron incorporados a simuladores de procesos, con énfasis en equipos involucrados en la purificación de biocombustibles, como por ejemplo equipos de destilación flash, columnas de destilación y extractores líquido-líquido. La presente tesis se desarrolla en 8 capítulos. Luego de un apartado introductorio, el capítulo 2 describe el modelo termodinámico gca-eos, destacando leyes físicas que lo sustentan ya que resultan una herramienta sólida para generar las estrategias de parametrización desarrolladas en esta tesis. Los siguientes capítulos, muestran la extensión del modelo a las distintas familias de compuestos orgánicos estudiados. Específicamente, el capítulo 3 trata la extensión la gca-eos, a hidrocarburos aromáticos en sistemas que involucren alcoholes alifáticos y agua. El capítulo 4 por su parte, discute una nueva definición de los grupos fenólicos en sistemas con hidro - carburos aromáticos, alifáticos y agua. Los capítulos 5 y 6 discuten la parametrización de sistemas nitrogenados: el primero define los nuevos grupos amino, y si interacción con hi - drocarburos y alcoholes, mientras que en el segundo se incluye mezclas acuosas de estos compuestos y se prueba la capacidad predictiva de la gca-eos en soluciones acuosas de alcanolaminas. Siendo estas últimas un reconocido solvente para la remoción de gases ácidos también presentes en el procesamiento, tanto bio- como termo-químico, de biomasa. Por último, el capítulo 7 trata el desarrollo de un módulo de simulación de columnas trifásicas. Se desarrollan las ecuaciones básicas que permiten adaptar un algoritmo tradicional de destilación líquido-vapor para considerar la posible existencia de dos fases líquidas. Como caso de estudio, se analiza una columna de remoción de metanol en el contexto del proceso supercrítico de producción de biodiesel. / Phase equilibrium modeling of mixtures of importance in biorefineries, and the development of process simulation modules and products are presented in this thesis. The thermodynamic model chosen is the Group Contribution with Association Equation of State (gca-eos). This model has been developed by the group of Process Thermodynamics in plapiqui and successfully applied to model processes of mixtures of vegetable substrates and high-pressure systems. The gca-eos is capable to model systems of highly non-ideal mixtures, at low or high pressures, which exhibit important energetic and size asymmetry. Also the model is able to handle molecules that present h-bond interactions, characteristic of natural products mixtures. Moreover, its group contribution formulation allows the predictions of unknown properties of complex compounds and mixtures, as in the case of natural compounds. These characteristics encourage an extension of its parameter table to cover a greater number of functional groups that are common in biorefineries processes. Another goal of this thesis was to obtain a better description of associative interactions present in mixtures of water, alcohols, with aromatic and nitrogen compounds. With this premise, thermodynamic calculation algorithms were incorporated into process simulators, with emphasis on equipment involved in the purification of biofuels, such as flash distillation equipment, distillation columns and liquid–liquid extractors. This thesis is presented in eight chapters. After an introductory section, Chapter 2 describes the mathematical formulation of the gca-eos, with emphasis on underlying physical laws which generate robust parameterization strategies developed in this dissertation. The following chapters show the extension of this model to different families of organic compounds studied in this work. Chapter 3 addresses the extension of the model to aromatic hydrocarbons in systems with water and aliphatic alcohols. Chapter 4 discuss a new definition of the phenolic group present in systems with aromatic and aliphatic hydrocarbons and water. Chapters 5 and 6 discuss the parameterization of amine groups: the first one defines new amine groups and its interaction with aliphatic hydrocarbons and alcohols, while the second one includes aqueous amine mixtures, and the predictive capability of the gca-eos is tested with aqueous alkanolamine solutions. Finally, Chapter 7 shows the development of a simulation module of a three phase distillation column. Basic equations that enable a typical vapor–liquid distillation algorithm to represent the existence of two liquid phases are presented. Furthermore, a methanol stripping column in the context of supercritical biodiesel production is analyzed as a case of study.

El presente documento define en el capítulo 1 se expone la planificación del proyecto, es decir, desde la concepción de la idea inicial hasta la administración de riesgos que puede conllevar el mismo. En el capítulo 2 se presenta el marco teórico del proyecto dando un acercamiento a los fundamentos de Inteligencia de Negocios y Datawarehouse. En el capítulo 3 se muestran los requerimientos en base a los cuales se ha desarrollado el Datamart de Computación. En el capítulo 4 exponemos el Modelamiento Dimensional que hemos empleado para desarrollar la solución. En el capítulo 5 mostramos las características de la herramienta que hemos seleccionado para el desarrollo de la solución. Por último, en el capítulo 6 exponemos los scripts de la carga de datos, los cubos y la aplicación web desarrollada. / Tesis

Cada vez es mayor la presión de la sociedad demandando una mejora del entorno ambiental, por lo que es necesario emprender una serie de acciones preventivas contra la contaminación en todas las áreas. Con el fin de preservar los recursos naturales para el presente y el futuro, logrando de esta manera un crecimiento de las agroindustrias de manera sustentable, el manejo integral de los residuos generados debe ser un objetivo central para lograr un aprovechamiento de los subproductos producidos durante el procesamiento de alimentos. En la presente tesis se aborda el problema de los residuos sólidos y efluentes líquidos que se generan en una planta de elaboración de jugos durante el procesamiento de manzanas y peras para la obtención de concentrados. Se implementó un sistema de tratamiento por compostaje para los residuos sólidos que además permitió verificar que existe una mejora en las propiedades del suelo luego de aplicar esta enmienda orgánica en agricultura. Los efluentes líquidos se tratan biológicamente en un sistema de tratamiento por lagunaje. Para representarlo se formuló un modelo matemático biogeoquímico de gran tamaño basado en primeros principios, el cual fue calibrado con datos experimentales para resolver problemas de optimización dinámica. En ambos casos, se aporta nueva información científica para la bibliografía y se representan detalladamente los sistemas de tratamiento de residuos sólidos y efluentes líquidos de la planta de jugos utilizada como estudio de caso. En cada capítulo de la tesis se presentan enseñanzas obtenidas de la resolución de los problemas diarios que se fueron presentando, junto con las estrategias adoptadas para tratar de resolver dichas dificultades, tratando de cumplir con las exigencias ambientales externas e internas. Los estudios realizados fueron llevados a cabo en la empresa JUGOS S.A., la agroindustria más importante del Alto Valle de Río Negro, que abrió las puertas para el desarrollo de esta tesis doctoral, convirtiéndose de esta manera en una empresa pionera en el tratamiento integral de los residuos agroindustriales. / There is an increasing pressure from the society for environmental care during industrial operations. For this reason, it becomes necessary to undertake a series of preventive actions to minimize the amount of contaminated waste in all areas. To preserve the natural resources for the present and future, achieving a sustainable growth of agroindustries, the integral management of the waste generated must be a central objective, as well as being a mean to find utility of the by-products produced during the food processing. This thesis addresses the problem of solid and liquid waste generated by a juice production plant during the processing of apples and pears used in the manufacturing of concentrated juices. A composting treatment system for solid waste was implemented which allowed for an improvement of soil properties when applied as organic amendment. On the other hand, for the liquid residues a lagoon treatment system is used to treat the wastewater. A large biogeochemical mathematical model based on first principles was formulated, which was calibrated with experimental data to solve dynamic optimization problems. New scientific information is provided, and solid waste and liquid effluent treatment systems are presented for the case study. Each chapter of the thesis presents the lessons learned facing and solving day- to-day problems that arose during the operation of the plant, together with strategies adopted for the solution, while complying with external and internal environmental requirements. All studies were carried out in JUGOS S.A. Company, the most important agroindustry of Alto Valle de Río Negro. To allow for carrying out the work required in this Thesis, they opened the installations of the company facilitating data and a site for experiments. This company became a pioneer in the integral treatment of agro-industrial waste.

Los distintos procesos involucrados en la industria química deben ser estudiados cuidadosamente con el fin de obtener productos de calidad al menor costo y causando el mínimo daño al medio ambiente (ej. industria de polímeros sintéticos y diseño racional de fármacos). Hace ya varios años que distintos métodos computacionales son utilizados en la industria química con el fin de lograr esos objetivos. En particular, el modelado QSAR/QSPR es una técnica de gran interés dentro del área de la informática molecular, ya que permite correlacionar de manera cuantitativa características estructurales de una entidad química con una determinada propiedad físico-química o actividad biológica. El objetivo de esa tesis fue desarrollar distintas metodologías para asistir a expertos en informática molecular en el proceso de predicción de propiedades fisicoquímicas o de actividad biológica. Más específicamente, las técnicas desarrolladas se enfocan en incorporar al proceso de modelado predictivo QSAR/QSPR, el conocimiento del experto en el dominio. De esta manera se logran mejorar ciertas características de los modelos, tales como su interpretación en términos físicos-químicos, las cuales permite aumentar la generalidad del modelo. Al respecto, se ha implementado una herramienta de analítica visual, denominada VIDEAN, que combina métodos estadísticos con visualizaciones interactivas para elegir un conjunto de descriptores que predigan una determinada propiedad objetivo. Otro de los aportes de esta tesis está relacionado con el dominio de aplicación de un modelo QSAR/QSPR. En este sentido, se ha implementado una técnica para determinar el dominio de aplicación de modelos de clasificación. Esto representa una novedad dado que la mayoría de las técnicas desarrolladas para este fin apuntan exclusivamente a los modelos de regresión. Los métodos implementados han sido evaluados mediante el estudio de propiedades de relevancia para tres campos de aplicación: el diseño racional de fármacos, el diseño de materiales poliméricos (plásticos) y las ciencias ambientales. Con este fin, se han desarrollado numerosos modelos predictivos de regresión y clasificación. En el área de diseño racional de fármacos, las propiedades que se estudiaron están relacionadas con el comportamiento ADMET (absorción, distribución, metabolismo, excreción y toxicidad) de los mismos: absorción intestinal humana (Human Intestinal Absorption, HIA) y el pasaje de la barrera hemato-encefálica (Blood-Brain Barrier, BBB), ambas esenciales para el desarrollo de nuevos fármacos. En el campo de los materiales poliméricos, se exploraron varias propiedades mecánicas, que proporcionan información relacionada con la ductilidad, resistencia y rigidez del material polimérico; y que, junto con otras propiedades, definen su perfil de aplicación estructural. Estas propiedades son: elongación a la rotura (elongation at break), resistencia a tensión en la rotura (tensile strength at break) y módulo elástico (tensile modulus). En el área de medioambiente, la propiedad que se estudió fue el coeficiente de distribución sangre-hígado (log Pliver) en compuestos orgánicos volátiles (VOCs), que son gases que se emiten de ciertos sólidos o líquidos y que son ampliamente utilizados como ingredientes en productos para el hogar (pinturas, los barnices, productos de limpieza, desinfección, cosmética, entre otros). Los resultados de estudios de este tipo de propiedades brindan un panorama de cómo se distribuyen estos tipos de compuestos en el organismo y pueden emplearse para la evaluación de riesgos y toma de decisiones en materia de salud pública. / The various processes involved in the chemical industry must be carefully studied in order to obtain quality products at the lowest cost and causing the least damage to the environment (e.g. synthetic polymer industry and rational drug design). During the last two decades, different computational methods have been used in the chemical industry in order to achieve these objectives. In particular, QSAR/QSPR modeling is a technique of great interest in the area of molecular informatics, since it allows to quantitatively correlate structural characteristics of a chemical entity with a given physical-chemical or biological activity. The objective of this thesis was to develop different methodologies to assist molecular computing experts in the process of predicting physicochemical or biological activity properties. More specifically, the techniques developed focus on incorporating domain expert's knowledge into the traditional automated predictive modeling process. In this way, certain characteristics of the models can be improved, such as their interpretation in physical-chemical terms, which allow to increase the generality on the model. In this sense, a visual analytics tool, called VIDEAN, has been implemented to combine statistical methods with interactive visualizations to choose a set of molecular descriptors that predict a specific target property. Another contribution of this thesis focuses on the implementation of a technique to determine the applicability domain of QSAR/QSPR classification models. In this regard, a technique has been implemented to determine the applicability domain of classification models. This represents a novelty given that most of the techniques developed for this purpose are exclusively intended for regression models. Implemented methods have been evaluated using target properties of relevance in three application areas: rational drug design, design of polymeric materials (plastics) and environmental sciences. To this end, different predictive regression and classification models were proposed that overcome in performance and interpretability to other traditional models have been developed. To this end, numerous regression and classification models have been developed. In rational drug design, the properties that were studied are related to the ADMET behavior (absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicity): Human Intestinal Absorption (HIA) and Blood-brain barrier (BBB), both essential for the development of new drugs. In the field of polymeric materials, various mechanical properties, which provide information related to the ductility, strength and rigidity of the polymeric material were explored, and which, along with other properties define its structural application profile. These properties are: elongation at break, tensile strength at break and tensile modulus. In environment area, the property studied was the blood - liver distribution coefficient (log Pliver) in volatile organic compounds (VOCs), which are gases that are emitted from certain solids or liquids and are widely used as ingredients in products for the home (paints, varnishes, cleaning products, disinfection, cosmetics, among others). The results obtained from this studies provide an overview of how these types of compounds are distributed in the body and can be used for risk assessment and public health decision making.

Actualmente, la industria del biodiesel genera un excedente de glicerol que ha motivado numerosas investigaciones sobre su valorización como químico de plataforma. Las rutas químicas sostenibles, es decir, aquellas que sólo utilizan materias primas renovables, son de especial interés para el desarrollo de biorrefinerías. Entre ellas, la acetilación de glicerol es particularmente atractiva porque es una reacción de adición de dos subproductos de diferentes plataformas: el glicerol de biorrefinerías a base de aceite y el ácido acético un subproducto de biorrefinerías a base de carbohidratos y/o lignocelulosa. Cabe señalar que estas últimas involucran tecnologías de conversión de biomasa que producen bio-aceites con un contenido significativo de ácido acético. La acetilación de glicerol es una reacción reversible y produce compuestos de alto valor agregado, monoacetín y diacetín como intermediarios, y triacetín bajo completa conversión. Actualmente, el desafío tecnológico de esta ruta de valorización se sitúa en la producción de los dos primeros con alta pureza. Los acetatos de glicerol son compuestos no volátiles, termolábiles y viscosos, propiedades que dificultan su separación y purificación. Es justamente en esta clase de mezclas que resulta conveniente el uso de gases comprimidos como solvente, ya que permiten fraccionar a temperaturas moderadas eliminando la resistencia a la transferencia de materia típica de sistemas viscosos. La diferencia en polaridad de los sustratos, y datos disponibles en literatura, sugieren que CO2 es un solvente adecuado para llevar a cabo este proceso. En este trabajo de tesis, se desarrollan todas las etapas para comprobar la factibilidad técnica del proceso de purificación de monoacetín y diacetín. El estudio comienza por los fundamentos termodinámicos, con datos experimentales y modelos matemáticos, además de realizar la prueba de concepto en una columna piloto. Por último, aplicando principios de la ingeniería del equilibrio entre fases, se evalúa de manera sistemática el solvente elegido y las ventanas operativas, lo que abre el camino al diseño conceptual del proceso. En el diseño de una tecnología de fraccionamiento es importante contar con un modelo termodinámico que permita conocer el comportamiento de fases de la mezcla en función de condiciones operativas evaluadas. En el Capítulo 2, se discute la selección y extensión de la ecuación de estado GCA-EOS para la predicción del equilibrio entre fases de las mezclas a alta presión. La GCA-EOS, con un adecuado set de parámetros (correlacionados con datos de la literatura), permite predecir el comportamiento de mezclas de ésteres y alcoholes en presencia de CO2. Para la validación de las predicciones del modelo, se midieron nuevos datos de equilibrio entre fases específicos de la mezcla acetatos de glicerol y CO2. El Capítulo 3 presenta una discusión de estos, así como la capacidad predictiva de la GCA-EOS para la mezcla bajo estudio. Estos datos confirman la factibilidad técnica de usar CO2 como solvente de fraccionamiento y la robustez de la GCA-EOS como herramienta para la búsqueda de regiones operativas factibles de fraccionamiento. Tan importante como los datos de equilibrio, son las propiedades fisicoquímicas del líquido a fraccionar, ya que estas determinan fenómenos hidráulicos en la columna y en consecuencia la resistencia a la transferencia de sustratos que ofrece el refinado (resistencia dominante). Las propiedades del refinado están directamente relacionadas a su contenido de CO2, por ello, en esta tesis se determinan puntos de burbuja y densidad de triacetín, y de la mezcla de acetatos de glicerol, ambos saturados con CO2. Estos datos, y su modelado con GCA-EOS se discuten en el Capítulo 4. En pos de modelar el volumen molar, se incorpora a la GCA-EOS una traslación de tipo Péneloux (determinada a partir de datos de compuesto puro), y de esta manera se completa el modelado de las propiedades PVT del sistema. En el Capítulo 5, se presentan datos de viscosidad de triacetín y de la mezcla de acetatos saturados con CO2, determinados en un viscosímetro de bola descendente para alta presión construido para este propósito. También en este caso se modela el comportamiento de los nuevos datos adquiridos. En primer lugar, se verifica el comportamiento de los datos (tendencia con la temperatura) con el modelo de Litovitz que se propuso originalmente para compuestos con capacidad de asociación. Luego, en esta tesis, se propone una modificación al modelo de Litovitz que permite correlacionar el efecto de la temperatura y composición de CO2 en las mezclas saturadas con un único modelo. En la segunda parte de esta tesis (Capítulos 6, 7 y 8), con base en los modelos desarrollados en capítulos anteriores, se diseñan ventanas operativas convenientes, se hacen ensayos en prototipo piloto y se realiza un diseño conceptual de unidades para purificar monoacetín y diacetín, respectivamente. En particular, en el Capítulo 6, se presentan los fundamentos para evaluar rendimiento de la separación según la composición de alimentación. También se muestran correlaciones para estimar caída de presión, holdup y coeficientes de transferencia de materia que definen la altura de unidad de transferencia de un lecho empacado. En el marco de esta tesis, se pone en marcha por primera vez un sistema de fraccionamiento continuo a alta presión que se presenta en el Capítulo 7. Ensayos de fraccionamiento de la mezcla de acetatos de glicerol con CO2 a 313 K y 95 bar permiten evaluar el funcionamiento integral del banco de pruebas y verificar conceptos desarrollados en capítulos anteriores. Estos resultados también permiten contrastar simulaciones con GCA-EOS del número de etapas de equilibrio efectivas en equipo con correlaciones para determinar altura de unidad equivalente de etapa teórica para columnas rellenas. Los resultados muestran consistencia entre el fraccionamiento alcanzado en la columna y la simulación con GCA-EOS. Por último, en el Capítulo 8, presenta el diseño conceptual de columnas que permitan purificar monoacetín y diacetín hasta un 95% en peso. / Nowadays, the biodiesel industry generates a surplus of glycerol, which has motivated a large amount of research on its valorization as a platform chemical. Sustainable chemical routes, i.e. synthesis pathways that only use renewable raw materials, are of special interest for the development of biorefineries. Among them, glycerol acetylation is especially attractive because it is an addition reaction of two by-products of differentplatforms biorefineries: that of oil-based with a subproduct of carbohydrate- and/or lignocellulosic-based biorefineries. It should be noted that the latter involve biomass conversion technologies that produce bio-oils with a significant content of acetic acid. Glycerol acetylation is a reversible reaction and produces high value-added compounds, monoacetin and diacetin as intermediates, and triacetin under complete conversion. Currently, the technological challenge of this valorization pathway lies in the production of high purity monoacetin and diacetin. Glycerol acetates are non-volatile, thermolabile and viscous compounds, properties that hinder their separation and purification. These kind of mixtures are the typical systems where the use of compressed gases as solvent is recommended, since they allow fractionation at moderate temperatures, removing the typical mass transfer resistances of viscous systems. The difference in polarity of the substrates, and data available in the literature, suggest that CO2 is a suitable solvent to carry out this process. In this thesis, the technical feasibility of purifying monoacetin and diacetin is assessed, through thermodynamic fundamentals (new experimental data and mathematical models), and performing the proof of concept in a bench scale column. Applying principles of phase equilibrium engineering, the solvent and operating window are systematically evaluated, which paves the way to the process conceptual design. To design a fractionation unit, it is important to count on a thermodynamic model able to quantitatively describe the phase behaviour of the mixture under the process operating conditions. The selection and extension of the GCA-EOS is discussed in Chapter 2. The GCAEOS, with an adequate set of parameters (correlated with data from the literature), allows predicting the phase behaviour of mixtures of esters and alcohols in the presence of CO2. For the validation of the model predictions, new phase equilibrium data of glycerol acetates with CO2 were measured. Chapter 3 reports the new data and shows the predictive capacity of the GCA-EOS for the mixture under study. These data confirm the technical feasibility of using CO2 as a fractionation solvent and the robustness of GCA-EOS as a predictive tool in the search for feasible fractionation operating windows. Also, it is of utmost importance the knowledge of key physicochemical properties of the system, especially those of the liquid phase, since these properties determine hydraulic phenomena within the column, and consequently, the mass transfer resistance of the substrate in the liquid phase (controlling side). The properties of the liquid phase are directly related to its CO2 content, therefore, the bubble points (and density) of glycerol acetates saturated with CO2 were measured. Chapter 4 shows these data, and its modeling with GCA-EOS. To model the molar volume, a Péneloux-type translation is included in the GCA-EOS (correlated to pure compound density data), and in this way the complete PVT properties of the system are modeled. In Chapter 5, new data of the viscosity of mixture of glycerol acetates saturated with CO2 is reported. The data was measured in a high-pressure falling ball viscosimeter built for this purpose. First, the behaviour of the data (trend with temperature) is verified with the Litovitz model, which was proposed for associating compounds. Then, in this thesis, a modification to the Litovitz model is proposed to correlate the effect of temperature and CO2 concentration on the viscosity of saturated mixtures with a single model. In the second part of this thesis (Chapters 6, 7 and 8), based on the models developed in previous chapters, convenient operating windows are designed, proof of concept in a pilot prototype is carried out and the conceptual design of units to purify monoacetin and diacetin are presented, respectively. In particular, in Chapter 6, the fundamentals for evaluating performance of the fractionation according to feed composition are presented. In addition, Chapter 6 review correlations to estimate pressure drop, hold-up, and mass transfer coefficients that define the transfer unit height of a packed bed. In the framework of this thesis, a continuous high-pressure fractionation system is put into operation for the first time (details are given in Chapter 7). Fractionation tests of the mixture of glycerol acetates with CO2 at 313 K and 95 bar allow assessing the comprehensive operation of the bench-scale test and verifying concepts developed in previous chapters. These results also allow contrasting GCA-EOS simulations of the number of effective equilibrium stages in the equipment with correlations to determine equivalent unit height of theoretical stage for packed columns. The results show consistency between the fractionation achieved in the column and the GCA-EOS simulation. Finally, Chapter 8 presents the conceptual design of columns needed to purify monoacetin and diacetin up to 95% by weight.