Grado obtenido: Ingeniero Electrónico]]> Disciplina: Ingeniería Electrónica]]> Fil: Abadi, Betina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Grupo de láser, óptica de materiales y aplicaciones electromagnéticas (GLOmAe) de la Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos AIres]]> En esta tesis se estudió y desarrolló un sistema de detección apto para tomografía optoacústica bidimensional que ha logrado gran relevancia dentro del área de imágenes biomédicas. En esta técnica el objeto bajo estudio es iluminado por un láser que emite pulsos de luz monocromática de baja energía (en el rango de microJoules) con una duración típica de algunos nanosegundos. Los perfiles de presión generados por la excitación óptica son captados por un arreglo de sensores o un sensor junto a un sistema de traslación que le permite barrer la zona de interés. Todo esquema basado en la técnica optoacústica se encuentra formado por tres partes esenciales: una fuente de excitación lumínica, un sistema de detección para la captura de las señales ultrasónicas y un sistema de procesamiento de los datos para la obtención de la imagen. Esta tesis se focalizó en la segunda de ellas, lo que involucró la construcción de detectores piezoeléctricos de banda ancha basados en polímeros y la implementación de un esquema tomográfico para la obtención de imágenes. Para esto, se realizaron mediciones eléctricas y ultrasónicas para caracterizar los sensores y validar el método de fabricación. También, se hicieron un conjunto de mediciones sobre el sistema de captación para determinar sus parámetros característicos como el ancho de banda, el ruido, sensibilidad, fluencia láser mínima, apertura del sensor
y resolución. Los resultados obtenidos en esta tesis permitirán establecer los criterios para el diseño de algoritmos de reconstrucción para la obtención de imágenes optoacústicas bidimensionales.]]> Abadi, Betina]]> Grado obtenido: Ingeniero/a Electrónico de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería Electrónica]]> Fil: Reigada, Maximiliano Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Grupo de Laser, Óptica de Materiales y Aplicaciones Electromagnéticas (GLOMAE) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires.]]> En esta tesis se realizó el estudio y desarrollo de un sistema que posibilita la obtención de imágenes de ultrasonido bidimensionales. El enfoque principal del desarrollo consistió en conseguir que el sistema sea apto para reutilizarlo en otras aplicaciones de índole semejante. Para lograr esto, se adoptó un esquema de funcionamiento comúnmente conocido en el contexto de la tomografía computada por ultrasonido como modo de reflexión. Por este motivo, se estableció una estructura de funcionamiento dividida en tres subsistemas, cada uno con funciones específicas: emisión y detección de ultrasonido, exploración de la muestra estudiada y generación de la imagen. Para conformar el primer subsistema se empleó un transductor de inmersión comercial en conjunto con un diseño electrónico apropiado para utilizarlo como emisor y receptor de ultrasonido. Para el segundo subsistema se diseñó e implementó un dispositivo destinado a contener y explorar la muestra bajo estudio desde distintos ángulos. Para el tercer subsistema se desarrolló un algoritmo de reconstrucción para generar las imágenes a partir de las mediciones acústicas registradas. En paralelo a esto, se desarrolló un modelo computacional para simular el funcionamiento del tomógrafo en su totalidad. Para evaluar el desempeño del sistema real y el simulado, se utilizaron varias figuras de mérito entre imágenes de referencia y las reconstrucciones obtenidas.]]> Reigada, Maximiliano Daniel]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires. Área Ingeniería]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Zacchigna, Federico. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Esta tesis doctoral presenta dos contribuciones principales al campo de la implementación eficiente de redes neuronales en hardware digital: una metodología sistemática para la implementación de redes neuronales convolucionales (CNNs) en hardware embebido y un esquema de cuantización flexible que optimiza el equilibrio entre precisión y eficiencia de implementación. La metodología propuesta descompone el proceso de implementación en nueve fases bien definidas, desde el diseño funcional de alto nivel hasta la verificación final. La arquitectura se organiza en tres clases de bloques especializados: procesamiento, flujo de datos y organización de memoria. Esta organización modular permite una implementación escalable y reutilizable que facilita la adaptación a diferentes plataformas. La cuantización flexible constituye la segunda contribución principal, resolviendo las limitaciones de los esquemas uniforme y no uniforme al desacoplar el número de bits del número de niveles. Esto permite optimizar ambos parámetros de manera independiente, manteniendo la compatibilidad con implementaciones de hardware eficientes mediante aritmética de punto fijo. Se desarrollaron dos enfoques para la optimización: cuantización post-entrenamiento (PTQ) y entrenamiento consciente de cuantización (QAT). Los resultados experimentales demuestran que la cuantización flexible permite alcanzar compresiones significativas con pérdidas mínimas de precisión, superando el rendimiento de la cuantización uniforme tradicional. Las contribuciones de esta tesis proporcionan un marco sistemático y reproducible para la implementación eficiente de CNNs en hardware digital, combinando una metodología de diseño estructurada con técnicas avanzadas de cuantización que mantienen la precisión mientras optimizan los recursos de hardware disponibles.]]> Zacchigna, Federico]]> Grado obtenido: Ingeniero Electrónico de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería Electrónica]]> Fil: Freire, Facundo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> En esta tesis se aborda el problema de la reconstrucción de imágenes en tomografía optoacústica mediante el uso de técnicas de aprendizaje profundo, con el objetivo de superar las limitaciones de los métodos analíticos clásicos cuando se aplican a escenarios experimentales realistas. En particular, se propone un enfoque integral que combina modelado físico detallado del sistema optoacústico, generación de datos sintéticos realistas y el diseño y evaluación de arquitecturas de redes neuronales convolucionales. Uno de los principales aportes de este trabajo es la incorporación explícita de efectos reales del sistema optoacústico —tales como la respuesta en frecuencia del detector, las limitaciones de ancho de banda, la atenuación dependiente de la profundidad y el ruido instrumental— en la generación de los datos sintéticos utilizados para el entrenamiento. Se demuestra que este modelado realista permite reducir de manera efectiva la brecha entre el dominio sintético y el experimental, mejorando la capacidad de generalización de los modelos entrenados cuando se aplican a mediciones reales. Desde el punto de vista metodológico, se evalúan distintas variantes de arquitecturas basadas en UNet, incluyendo configuraciones clásicas, modificaciones en los esquemas de upsampling, normalización por capa y enfoques multiescala entrenados por patches. El desempeño de los modelos se analiza mediante un conjunto ampliado de métricas que incluye métricas tradicionales, métricas perceptuales estructurales y métricas específicas por región, permitiendo una caracterización más completa de la calidad de las reconstrucciones. Los resultados obtenidos sobre datos sintéticos y mediciones optoacústicas reales muestran que las redes neuronales entrenadas con un modelado físico realista del sistema producen reconstrucciones más coherentes desde el punto de vista estructural, con mejor preservación de bordes, mayor continuidad vascular y una reducción significativa de artefactos, en comparación con los métodos analíticos tradicionales. Estos resultados validan experimentalmente la importancia de integrar conocimiento físico del sistema en el proceso de entrenamiento de modelos de aprendizaje profundo para aplicaciones en tomografía optoacústica.]]> Freire, Facundo]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires. Área Ingeniería]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Jan, Luis Emiliano. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Instituto de Ingeniería Biomédica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires ]]> El cerebro es uno de los enigmas más relevantes que los seres humanos han estudiado desde el origen de los tiempos. Desde la antigua Grecia (y tal vez antes también) hasta nuestros tiempos, se hicieron innumerables estudios de su anatomía, de cómo funcionan y se conectan las neuronas, de cómo las diferentes regiones del cerebro se relacionan con las acciones o movimientos que se manifiestan en el cuerpo, y hasta de como el comportamiento funcional del cerebro permite que emerjan la conciencia, la propiocepción y las emociones. El estudio y la comprensión de este órgano vital es absolutamente relevante para distintos aspectos de la vida humana. En la actualidad, la neurociencia estudia al cerebro a nivel integral, gracias a su enfoque multidisciplinario, en búsqueda de respuestas que permitan, entre otra cosa, mejorar el diagnóstico y tratamiento de enfermedades neurológicas. En este trabajo nos centramos en el estudio de la conectividad funcional entre regiones cerebrales. Esta estudia, en particular, la dependencia temporal de la actividad neuronal entre regiones que están anatómicamente separadas y tiene relevancia, particularmente, en actividades o tareas que tienen alta demanda cognitiva. En el presente trabajo de tesis doctoral se estudiaron diferentes técnicas matemático computacionales para estudiar la conectividad cerebral funcional. Estas técnicas fueron aplicadas a registros de electroencefalografía (EEG) y de esteroencefalografia (SEEG). Las técnicas aplicadas permitieron estudiar las características de respuestas a estímulos en un canal determinado tanto para frecuencias bajas (típicas del EEG) como en frecuencias altas (SEEG) para distintos grupos de sujetos que realizaban tareas cognitivas activas mientras se tomaban los registros. También se estudiaron técnicas de análisis para 2 contactos y se calculó el índice de conectividad wSMI (weighted symbolic mutual information) y el índice PLV (Phase Locking Value) en registros de EEG. Por último, se aplicaron 2 técnicas de estudio de la dinámica de sistemas. Se calculo el índice de información integrada, basado en una de las teorías más aceptadas de la consciencia (IIT), para estudiar transiciones y alteraciones de la conciencia durante crisis epiléptica. Estos resultados se complementaron con una análisis de grafos en donde se calcularon la modularidad y el camino mínimo medio. Los resultados muestran el desempeño de estos indicadores cuando son aplicados al tipo de señales estudiadas. Se analizaron ventajas y desventajas de cada uno y se compararon con otros métodos que fueron utilizados (y muchos de ellos aún lo son) por la comunidad científica. El trabajo concluye con las limitaciones de los modelos utilizados y los próximos pasos sugeridos para continuar desarrollando métodos que permitan mejorar el entendimiento del cerebro, los diagnósticos de enfermedades y los tratamientos.]]> The human brain stands as one of the greatest enigmas that humankind has endeavored to solve since the dawn of time. From the ancient Greeks (and perhaps even earlier) to the present day, countless studies have delved into its anatomy, the intricate workings and connections of neurons, the interplay between different brain regions and the resulting actions or movements manifested in the body, and even the remarkable emergence of consciousness, proprioception, and emotions from the functional interplay within this intricate organ. Unveiling the mysteries of this vital organ holds immense significance for various aspects of human life. Modern neuroscience, armed with a multidisciplinary approach, undertakes a holistic study of the brain in pursuit of answers that will pave the way for, among other advancements, improved diagnosis and treatment of neurological disorders. This work focuses on the exploration of functional connectivity between brain regions, specifically examining the temporal dependence of neural activity between anatomically separated regions, particularly in the context of tasks that demand high cognitive engagement. This doctoral dissertation delves into the investigation of diverse mathematical and computational techniques employed to study functional brain connectivity. These techniques were applied to electroencephalography (EEG) and stereoelectroencephalography (SEEG) recordings. The implemented techniques enabled the analysis of stimulus response characteristics in a specific channel, encompassing both low frequencies (characteristic of EEG) and high frequencies (SEEG), for distinct groups of subjects engaged in active cognitive tasks during recording. Additionally, techniques for analyzing two contacts were explored, and the weighted symbolic mutual information (wSMI) and phase locking value (PLV) connectivity indexes were calculated in EEG recordings. Lastly, two techniques for studying system dynamics were employed. The integrated information index, based on one of the most widely accepted theories of consciousness (IIT), was calculated to investigate transitions and alterations of consciousness during epileptic seizures. These findings were complemented by graph analysis, calculating modularity and mean shortest path. The results showcase the performance of these indicators when applied to the type of signals studied. The advantages and disadvantages of each method were evaluated and compared with other approaches utilized (and still employed) by the scientific community. The work concludes by acknowledging the limitations of the employed models and outlining the next steps suggested for continued development of methods that will further enhance our understanding of the brain, improve disease diagnosis, and optimize treatment strategies. ]]> Baglivo, Fabricio Hugo]]> Fil: Ortiz Viola, Nolasco. Universidad Nacional de la Capital. Facultad de Ciencias Físico-matemáticas. Buenos Aires; Argentina.]]> Ortiz Viola, Nolasco]]> Fil:Soibelzon, Héctor L. . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Electrotecnia. Grupo Energía y Ambiente. Buenos Aires; Argentina]]> Fil:Moiso, Adriana. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Cátedra de Salud Pública. La Plata; Argentina]]> Fil:Santa Cruz, Carlos . Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional La Plata. La Plata; Argentina]]> Soibelzon, Héctor L. ]]> Moiso, Adriana]]> Santa Cruz, Carlos]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Disciplina: Maestría en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Fil: Zelada Romero, Henry Michel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> La contaminación de los cursos naturales de aguas, sean éstos superficiales o subterráneos, es un tema de constante preocupación que permanentemente necesita de esfuerzos para superarla, remediarla y controlarla. En este sentido, la recuperación del recurso hídrico es objeto de interés, por ello en el presente estudio se propuso aplicar el proceso electroquímico de electrocoagulación como alternativa para la remoción de la turbidez, color, demanda química de oxígeno (DQO) y sólidos suspendidos totales (SST) en aguas residuales provenientes de la industria textil, a escala laboratorio. Para ello, se diseñó una celda electroquímica tipo batch, para un volumen de operación de 3L, con electrodos de aluminio y un tipo de configuración de los electrodos monopolar en paralelo, en la que se estudiaron las condiciones de tiempo de electrólisis, concentración de cloruros y voltaje. Los resultados demostraron que, durante un tiempo de operación de 16,5 minutos, con una concentración de cloruro de sodio (NaCl) de 29,8 g/L y aplicando una tensión de 18 V, se logra reducir un 96% la turbidez, un 99% la intensidad del color, un 97% la DQO y un 96% los SST. Además, después del tratamiento de electrocoagulación, se obtuvo una producción de lodos con valores entre el 92 y 94% de humedad aproximadamente, un consumo energético y el consumo energético específico requerido para el tratamiento de un volumen de muestra de agua residual de 3 L de 0,02 kWh y 6,6 kWh/m3, respectivamente; y una eficiencia del ánodo de aluminio con valores entre el 91% y el 93%.]]> The contamination of natural water, whether they are superficial or underground, constantly requires efforts to overcome, remedy and control it. In this sense, the recovery of the hydric resource is a purpose of interest. For this reason in the present study it is proposed to apply the electrochemical process of electrocoagulation as an alternative for the removal of turbidity, color, chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS) in wastewater from the textile industry. To do this, a batch-type electrochemical cell was designed, for an operating volume of 3L, with aluminum electrodes and a parallel monopolar electrode configuration type, in which the electrolysis time conditions, chloride concentration and voltage were studied. The results showed that, during an operation time of 16.5 minutes, with a sodium chloride (NaCl) concentration of 29.8 g/L and applying a voltage of 18 V, it is possible to reduce 96% turbidity, 99% color intensity, 97% COD and 96% TSS. In addition, after the electrocoagulation treatment, a production of sludge with values between 92 and 94% humidity approximately, an energy consumption and the specific energy consumption required for the treatment of a volume of wastewater sample of 3 L of water were obtained. 0.02 kW/h and 6.6 kW/h/m3, respectively; and an efficiency of the aluminum anode with values between 91% and 93%.]]> Zelada Romero, Henry Michel]]> Fil:De Luca, Marcela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Buenos Aires; Argentina]]> Fil:Giorgi, Néstor. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Buenos Aires; Argentina]]> Fil:Guaresti, María Elena. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Buenos Aires; Argentina]]> De Luca, Marcela]]> Giorgi, Néstor]]> Guaresti, María Elena ]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires. Área Ingeniería]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Pérez Rojas, Eduar Ernesto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> La industria del petróleo actualmente se enfrenta a dos retos importantes; el aumento de la temperatura global y el agotamiento de las reservas probadas existentes. Las técnicas de recuperación mejorada de petróleo, como la inundación con polímeros, se han posicionado como una alternativa que atrae la atención internacional gracias al aumento de los factores de recuperación con bajas emisiones de CO ́ 2. Sin embargo, es necesario perfeccionar los modelos físicos existentes para mejorar la precisión de las predicciones y evitar fallos de diseño en los proyectos de inundación con polímeros, que permitan optimizar el proceso. En particular, disponer de modelos reologicos y de predicción de la degradación mecánica de las soluciones poliméricas es vital, ya que estan íntimamente asociados a la eficacia de barrido del fluido. De acuerdo con lo anterior, diferentes autores han desarrollado esfuerzos para obtener modelos que permitan predecir el comportamiento reológico de las soluciones poliméricas o la degradación mecánica de estas, basándose en la disminución de la viscosidad a una tasa de corte fija. No obstante, esto no representa el comportamiento de las soluciones cuando estas se encuentran bajo diferentes condiciones de cizallamiento a lo largo del proceso de inyección. Para abordar este problema de manera integral, en este trabajo decidimos utilizar un enfoque que permita conocer la curva reológica mediante el uso de herramientas existentes en campo. Bajo la hipótesis de la implementación de modelos de viscosidad universal que involucran la estimación del parámetro de superposición C[η], con una única medición en viscosímetros convencionales a una tasa de corte igual a 7,3 . Asimismo, abordamos el estudio de la degradación mecánica de las soluciones poliméricas desde un enfoque que permite cuantificar la degradación en fracciones de volumen, y determinar la curva reológica para cualquier solución degradada. En la primera sección de este trabajo, proporcionamos al lector una introducción general al proceso de recuperación mejorada de petróleo con inyección de polímeros, y sus retos en el control de la degradación mecánica asociada al proceso. Asimismo, presentamos los fundamentos teóricos que incluyen la viscosidad intrínseca y los modelos reológicos de la ley de Carreau Yasuda. ́Seguidamente, nos centramos en la obtención de las curvas reológicas de las soluciones poliméricas de poliacrilamida parcialmente hidrolizada (HPAM), a partir de una única medición de la viscosidad a una única velocidad de corte mediante la técnica PAMA, (que hace referencia al apellido de los autores del primer trabajo publicado producto de esta tesis). Esta metodologıa proporciona los coeficientes de la Ley de Carreau Yasuda (viscosidad a velocidades de cizallamiento nulas (η0), índice de ley de potencia (n), y el tiempo de relajación de cizallamiento ( ́ λ)) cuando la temperatura de las soluciones es cercana a 25 ◦C. Por otro lado, extendemos la técnica PAMA a un rango de temperaturas más amplió que les permita a los encargados del diseño y control de procesos de inyección de polímeros conocer o predecir el comportamiento reológico de las soluciones poliméricas, cuando estas se encuentran entre 25 y 70 ◦C en cualquier facilidad de superficie o fondo del yacimiento. Finalmente, presentamos el desarrollo de una técnica que permite determinar la fracción volumétrica degradada de cualquier solución polimérica. Asimismo, esta técnica permite estimar el comportamiento reológico de estas soluciones degradadas, utilizando una única medición a una tasa de corte obtenida mediante viscosímetros convencionales. Para conocer cómo se comporta la solución polimérica cuando se encuentra sometida a diferentes tasas de corte.]]> The oil industry faces two major challenges: rising global temperatures and the depletion of proven reserves. Enhanced oil recovery techniques, such as polymer flooding, have positioned themselves as an alternative attracting international attention due to increased recovery factors with low CO2 emissions. However, there is a need to refine existing physical models to improve the accuracy of predictions and avoid design flaws in polymer flooding projects to optimize the process. In particular, having rheological and mechanical degradation prediction models for polymer solutions is vital, as they are closely associated with fluid scavenging efficiency. According to the above, different authors have developed efforts to obtain models that allow predicting the rheological behavior of polymeric solutions or their mechanical degradation based on the decrease in viscosity at a fixed shear rate. However, this does not represent the behavior of the solutions when they are under different shear conditions throughout the injection process. To address this problem comprehensively, in this work, we decided to use an approach that allows us to know the rheological curve by using existing tools in the field. Under the hypothesis of implementing universal viscosity models involving the estimation of the superposition parameter C[η], with a single measurement in conventional viscometers at a shear rate equal to 7.3 s−1. Likewise, we approach the study of the mechanical degradation of polymeric solutions from an approach that quantifies the degradation in volume fractions and determines the rheological curve for any degraded solution. In the first section of this paper, we provide the reader with a general introduction to enhanced oil recovery with polymer injection and its challenges in controlling the mechanical degradation associated with it. We also present the theoretical background, including intrinsic viscosity and rheological models of Carreau Yasuda’s law. Then, we focused on obtaining the rheological curves of partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) polymer solutions from a single viscosity measurement at a single shear rate using the PAMA technique (refers to the last name of the authors in the first paper published as a result of this thesis). This methodology provides the Carreau Yasuda’s Law coefficients (viscosity at zero shear rates (η0), power law index (n), and shear relaxation time (λ)) when the temperature solutions are close to 25 ◦C. On the other hand, we extend the PAMA technique to a wider temperature range, which allows polymer injection process designers and controllers to know or predict the rheological behavior of polymer solutions between 25 and 70 ◦C at any reservoir surface or bottom facility. Finally, we present the development of a technique to determine the degraded volume fraction of any polymer solution. Also, this technique allows for estimating the rheological behavior of these degraded solutions using a single measurement at a shear rate obtained by conventional viscometers. To know how the polymeric solution behaves when subjected to different shear rates.]]> Pérez Rojas, Eduar Ernesto ]]>