Descripción: En esta Tesis desarrollamos nuevas técnicas de modelado de redes de datos que combinan los enfoques discreto (paquete a paquete) y continuo (aproximaciones fluidas) para el estudio de dinámicas complejas. Introducimos nuevas herramientas teórico-prácticas de modelado y simulación para integrar de manera transparente modelos discretos y continuos bajo un marco híbrido, formal y unificado. Adoptamos la red de adquisición de datos físicos (DAQ) del Experimento ATLAS en CERN como caso complejo y real de estudio para validar resultados obtenidos mediante simulaciones. Estas brindaron soporte en la toma de decisiones durante procesos de diseño, planificación de capacidad y puesta a punto en proyectos de ingeniería para redes futuras a implementarse en CERN entre 2021 y 2027. El enfoque paquete a paquete provee resultados de grano fino cercanos a los observables en redes reales. Sin embargo, la complejidad capturada por estos modelos usualmente hace a este enfoque inapropiado para la simulación de topologías muy grandes y/o tráfico de muy alta intensidad, debido a que los tiempos de simulación escalan al menos linealmente con el incremento de complejidad del sistema. Por su parte, el enfoque fluido reduce la complejidad del modelo mediante aproximaciones con ecuaciones diferenciales ordinarias (ODE). Esto resulta en tiempos de simulación mucho menores, generalmente independientes de la tasa de transferencia, pero solo capturan dinámicas promedio o de grano grueso. Cada enfoque requiere conocimientos y herramientas esencialmente diferentes, por lo que expertos en redes suelen adoptar solo uno de ellos. Esto ha conducido a una diversificación de algoritmos de simulación y prácticas de análisis que dificultan la integración de estrategias. En esta Tesis aportamos mecanismos que permiten la coexistencia e influencia mutua de modelos paquete a paquete con modelos fluidos bajo el formalismo Discrete EVent Systems specification (DEVS), reduciendo la brecha entre ambas técnicas. Mostramos como los nuevos modelos híbridos mantienen las ventajas de los modelos fluidos en términos de tiempos de simulación, a la vez que proveen trazas detalladas de los modelos paquete a paquete. Esto se logra bajo garantías formales de convergencia en los métodos numéricos de integración subyacentes. En particular, extendemos la familia de métodos de integración numérica por cuantificación de estados (QSS) para la aproximación de ecuaciones diferenciales funcionales con retardos variables, herramienta necesaria para describir la dinámica macroscópica de protocolos con control a lazo cerrado. Como aporte central se obtuvieron nuevas bibliotecas de modelos discretos, continuos e híbridos para simulación escalable de redes de datos. Estas permiten elegir flexiblemente el nivel de granularidad deseado, manteniendo una experiencia de modelado intuitiva centrada en la definición modular y jerárquica de la topología de los sistemas bajo estudio.

Descripción: El trabajo de tesis puede subdividirse en dos incisos generales: el desarrollode técnicas de simulación computacional orientadas al tratamiento de losefectos del entorno en sistemas moleculares de gran tamaño, y la aplicaciónde estas y otras metodologías de cálculo a diversos problemas atenientes a lareactividad de las hemoproteínas. En relación con el primer ítem, se halla la implementación de un métodohíbrido que combina el cálculo de estructura electrónica con un campo defuerzas clásico, introduciendo de manera autoconsistente en el hamiltonianomecanocuántico el potencial electrostático proveniente de una distribuciónde cargas parciales. Esta clase de técnicas, denotada habitualmente conlas siglas QM-MM (Quantum Mechanics-Molecular Mechanics), resulta útilpara el estudio de los efectos del entorno, por ejemplo un solvente o una proteína. La implementación del método híbrido fue realizada sobre el programa SIESTA, un algoritmo de cómputo basado en la teoría de los funcionales de ladensidad (DFT) que utiliza funciones de base numéricas y pseudopotenciales. En lo que respecta al segundo inciso, se realiza en primer término unestudio metodológico tendiente a evaluar la aptitud de los diferentes tratamientosmecanocuánticos para describir la configuración electrónica de lasmetaloporfirinas. Seguidamente la investigación se focaliza sobre tres problemasespecíficos: (i) inhibición del citocromo P450 por el óxido nítrico; (ii)relación entre la afinidad por el oxígeno molecular y las uniones hidrógeno enla cavidad distal de la hemoglobina; (iii) modulación del efecto trans negativodel NO en el sitio activo de diferentes hemoenzimas, y sus implicancias en laactivación de la guanilato ciclasa. A través de estos ejemplos se realiza unalectura microscópica de la actividad de las hemoproteínas, de sus propiedadesreactivas, y de la modulación que sobre el sitio activo ejerce el entorno. Seestudian los efectos de los residuos proximales y distales, y se caracterizandistintos aspectos energéticos, estructurales y electrónicos que contribuyen ala interpretación de observaciones experimentales.

Descripción: Uno de los objetivos principales de la química es comprender los principios que rigenlas reacciones, tanto en términos de sus mecanismos como en la termodinámicaque las gobierna. Utilizando dinámica molecular, en combinación con esquemas demuestreo sesgado, es posible simular y obtener perfiles de energía libre asociados a eventosque incluyen desde reacciones químicas en entornos complejos (en solución y/o enzimas)hasta movimientos conformacionales proteicos. Los primeros requieren un tratamientocuántico, al menos del sitio activo, por lo que los métodos híbridos cuántico-clásicos sonlos escogidos. Mientras que para los segundos es posible emplear campos de fuerza clásicos,atomísticos o de grano grueso. Sin embargo, el costo computacional de la obtenciónde dichos perfiles es muy elevado para la gran mayoría de los sistemas biológicos, inclusoimposibilitando en algunos casos su obtención. Siendo que en un perfil de energía libre seobtiene toda la termodinámica relevante para el sistema, y por ende todos los parámetrosasociados de importancia, subsanar esta imposibilidad es de suma importancia. En estatesis se realizaron desarrollos teóricos que permiten obtener perfiles de energía libre enmenor tiempo computacional, para diversos niveles de teoría, permitiendo así el estudiotermodinámico de procesos alostéricos y mecanismos de reacción de sistemas biológicosrelevantes.

Descripción: Se desarrollaron modelos teóricos a fin de optimizar el diseño de dispositivos fotovoltaicos de silicio monocristalino. En especial, se analizó la dependencia de la eficiencia de las celdas con algunos parámetros de relevancia como por ejemplo la concentración de dopante y la profundidad de juntura, y se implementó además un método para encontrar la grilla de contacto óptima. En cuanto a la parte experimental, se encaró el proceso de elaboración de celdas de silicio cristalino, el cual no registraba antecedentes en el país. Ello dio lugar al desarrollo y adaptación de diversas técnicas, entre las que cabe destacar: preparación de muestras, difusión de dopantes, depósito de contactos mediante fotolitografía y aplicación de tratamientos antirreflectantes, alcanzándose buen control sobre las mismas. En particular, se pusieron a punto dos métodos de difusión propuestos recientemente en la bibliografía, investigándose sus principales características y ventajas relativas. Los desarrollos realizados dieron lugar al diseño, elaboración y caracterización de celdas solares de hasta un 15% de eficiencia. Un conjunto importante de los dispositivos construidos se utilizó en la confección de un panel para ensayo de celdas en el espacio que será incluido en un satélite argentino. En lo que concierne a la caracterización del material, se desarrollaron teórica y experimentalmente dos métodos novedosos para la estimación de dos parámetros fundamentales en el comportamiento de un dispositivo fotovoltaico, como son la longitud de difusión de portadores minoritarios y la velocidad de recombinación superficial. Las principales características de los métodos propuestos radican en su simplicidad y bajo requerimiento de equipamiento, así como en la determinación de los parámetros en el dispositivo final.

Descripción: En un plano conceptual, este trabajo se dedica a presentar diversas descripciones formales paramodelar y simular espacios de celdas. Los paradigmas propuestos constituyen extensiones a losformalismos DEVS y Autómatas Celulares, agregando la posibilidad de tener demoras de transporteo inerciales. Los formalismos de especificación han sido definidos para espacios de celdas binarioso de tres estados, y se han extendido para otros dominios. Los conceptos de demoras pertenecen aldominio de los circuitos digitales, y han sido adaptados a los autómatas celulares, constituyendo unade las contribuciones principales del trabajo. Los formalismos permiten la definición automática delos espacios, y facilita la verificación de los modelos, permitiendo el desarrollo eficiente y efectivode simuladores. Desde un punto de vista práctico, se construyó un entorno de modelización ysimulación basado en los formalismos propuestos. Esta permitió verificar de forma empírica laeficiencia de las soluciones propuestas, con respecto a los tiempos de desarrollo y chequeo. Sepropuso a su vez un mecanismo de simulación achatado de los espacios de celdas que permitiómejorar los tiempos de ejecución en hasta un orden de magnitud. Debe hacerse notar que puederealizarse la construcción automática de un modelo a partir de su especificación, lo que simplifica elproblema de verificación del modelo y permite un desarrollo rápido de los simuladores, debido a lasmejoras obtenidas en las fases de chequeo y mantenimiento.

Descripción: Los ensayos no destructivos involucran técnicas de análisis que permiten el estudiode materiales sin modificar sus propiedades y manteniendo sus característicasfuncionales luego del ensayo. Estas técnicas se emplean tanto en el ámbito industrialcomo en el ámbito de la investigación. Existe gran interés en el desarrollo de estetipo de herramientas, ya que permiten el ahorro de costos y tiempos en la produccióny evaluación de materiales y productos. En el método de ultrasonido láser un pulso de luz incide sobre la superficie delmaterial bajo estudio y éste es parcialmente absorbido. A partir de este fenómeno sepueden producir diversos procesos (expansión térmica, evaporación y eyección dematerial, etc.) que generan una perturbación que se propaga en el medio, denominadaultrasonido. Para generar ondas de ultrasonido con un gran ancho de bandase utilizan pulsos cortos de láser de alta potencia. Las características del ultrasonidogenerado dependen de la forma y duración del pulso, de la extensión del área iluminaday de la potencia incidente. Si la potencia incidente es demasiado alta, puedeproducirse la ablación de la superficie. La ablación es en la mayoría de los casos algoque se desea evitar, ya que deteriora el material que se está estudiando. En los ensayosno destructivos se emplean potencias en el régimen denominado termoelástico,donde el material sólo se ve afectado por la expansión térmica y, por consiguiente,su estructura no resulta afectada. En la técnica de ultrasonido láser, las ondas de ultrasonido generadas en el materialson detectadas sobre su superficie mediante métodos ópticos de interferometría. Esta técnica es de no contacto y por lo tanto es ideal para ensayar materiales ensituaciones donde el acoplamiento de un sensor con la muestra puede ser riesgosoo puede degradar la exactitud de la medición. Una de las principales ventajas de ladetección interferométrica es su gran ancho de banda, a diferencia del caso de sensoresde contacto, como por ejemplo, los transductores piezoeléctricos. No obstante, lalimitación más importante de este método de detección es su gran sensibilidad a lasdiferencias de camino óptico introducidas por el ambiente, ya sea por vibraciones,fluctuaciones térmicas, etc. En esta Tesis se desarrolla, en el marco de los ensayos no destructivos, una técnicade ultrasonido láser de características robustas. Esta técnica puede ser aplicable aúnen entornos industriales, donde las técnicas interferométricas tradicionales suelenpresentar serios problemas debido a la presencia de fuertes vibraciones. Por un lado, en este trabajo se exploran técnicas interferométricas de detecciónde ondas superficiales de ultrasonido en régimen termoelástico. Se proponen métodosde recuperación de fase que permiten obtener el desplazamiento medio de lasuperficie bajo análisis, aún en presencia de fluctuaciones en la longitud de caminoóptico de varios órdenes de magnitud mayores a las generadas por el ultrasonido. Por otro lado, se estudia la capacidad de la técnica de ultrasonido láser propuestapara caracterizar diversos aspectos de la muestra bajo análisis, como son sus constanteselásticas y su espesor. También se generan defectos controlados en las muestrasy se realiza la caracterización de su profundidad y localización a través del análisis,en tiempo y frecuencia, de las señales de ultrasonido. Para validar los resultados obtenidos experimentalmente se desarrolla un esquemanumérico que simula el fenómeno termoelástico de generación de ultrasonidoen materiales elásticos lineales, a partir de la incidencia de ondas electromagnéticas. Este método numérico permite modelar, también, la propagación de las ondas deultrasonido en presencia de defectos en el material.

Descripción: La alta frecuencia de análisis y el escaso manipuleo de muestras son características propias de los sistemas de análisis por inyección en flujo (conocidos generalmente como sistemas FIA), lo que les otorga una gran relevancia en la química analítica contemporánea Sin embargo, el FIA (sin una etapa de preconcentración) es inviable en aplicaciones que requieren bajos límites de detección, ya que presenta una disminución de la sensibilidad y un incremento en los límites de detección. Esta desventaja es causada por la dispersión característica que estos sistemas presentan y que afecta, negativamente, a dichos parámetros de mérito. La potencialidad analítica de estas técnicas se basa en controlar la dispersión, a través del control de los procesos difusivos de mezcla manteniendo la integridad de la muestra inyectada, que a su vez permite, conforme se requiera, manipular la performance de una determinación. Los intentos realizados para entender el mecanismo dispersivo son numerosos, pero existen puntos aún no esclarecidos como consecuencia del método empleado (estímulo-respuesta). La presente tesis doctoral estudia el proceso de dispersión contemplando el estudio teórico de los fenómenos de transporte en FIA y su utilidad en la optimización de la performance. Para ello, se desarrolló una nueva metodología, la que fue denominada método conductimétrico integral (ICM) y consiste en medir la conductividad entre dos puntas de platino colocadas en ambos extremos de un sistema línea única y conectadas a un conductímetro. En tal sistema, se inyecta un dieléctrico (H2O) en una solución transportadora conductora (HNO3) y se monitorea la conductancia del sistema en función del tiempo. El ICM fue aplicado al estudio de sistemas en ausencia y presencia de una reacción química, evaluándose el efecto de las distintas variables operacionales sobre el perfil del mismo. El tipo de reacción química escogida fue la neutralización ácido-base ya que cumple con dos requisitos básicos: es rápida y brinda importantes cambios en la conductividad del sistema. A través de este método se puede analizar el fenómeno de dispersión en función del tiempo, hecho inédito hasta la fecha. Además, se ponen en evidencia detalles de la componente radial de la dispersión inaccesibles a la detección convencional puntual, así como la interdependencia entre las componentes física y química de la dispersión. Se define un nuevo coeficiente de dispersión física (IDQ), que surge como un medidor más robusto que el tradicional D de Růžička y Hansen. Se propone un modelo matemático que ajusta el patrón de respuesta de las curvas conductimétricas y se muestran las relaciones entre estos perfiles con los parámetros de los picos FIA convencionales. Este modelo permite relacionar directamente el coeficiente IDQ con las variables experimentales del sistema FIA. Con el fin de mostrar dinámicamente la formación de las curvas experimentales, se analiza la potencialidad de técnicas de simulación (random walk y Cell-DEvS). Se comparan la patrones de variación predichos por la simulación en función de las distintas variables con los obtenidos experimentalmente, encontrándose un alto grado de concordancia.

Descripción: Los lenguajes basados en máquinas de estados finitos (también llamadosautomátas finitos) son usados de manera ubicua para la especificación desistemas de software. La formalidad de estos modelos permite la aplicación de técnicasde validación tales como el model checking. De esta manera, pueden respondercon seguridad si un sistema cumple o no las propiedades de interés. Al mismo tiempo,estás máquinas pueden ser utilizadas de manera composicional, especificando comportamientosaislados mediante varias máquinas, y estableciendo el comportamientoglobal mediante su composición en paralelo. Este enfoque reduce el esfuerzo de validación,ya que la validez de las propiedades en el sistema deberían ser dependientesde la validez de las propiedades en cada componente. Sin embargo, este enfoque esamenazado por la complejidad del sistema especificado, dando lugar al problema dela explosión de estados, que puede impedir la aplicación de estas técnicas. En esta tesis presentamos un enfoque que intenta paliar este problema, proveyendoinformación cuantitativa respecto de la propiedad que se intentó validar sinéxito. Nuestro enfoque se sostiene sobre dos contribuciones distintas, donde cada unade ellas puede, además, ser aplicada en el contexto de problemas relacionados. Estatesis se inspira en el modelado y model checking probabilísticos, que pueden proveerinformación cuantitativa respecto de la validez de una propiedad. Esta cuantificaciónnos sirve de validación parcial en el contexto del problema que nos interesa. Sin embargo, un enfoque composicional tiene sus propios problemas en un contextoprobabilístico. Las anotaciones probabilísticas asociadas a eventos independientesprecisan ser contrastadas con estimaciones obtenidas de la observación del comportamientoa modelar. Al agregar estas anotaciones, es preciso distinguir las fuentes deestas probabilidades; en otras palabras, las probabilidades de eventos independientesdeberían estar asociadas al comportamiento de los componentes que generan estecomportamiento. A su vez, es preciso mantener la relación entre la validez de loscomponentes de manera aislada, y la validez de los comportamientos en el sistemacompuesto. Los formalismos disponibles al momento, sin embargo, no proveen la seguridadde que estos resultados de validez sean preservados durante la composición. La primera contribución de esta tesis es, entonces, una extensión probabilística alformalismo de Interface Automata. Esta extensión asegura la preservación de comportamientotal como es observado por la lógica probabilística pCTL. La segunda parte de esta tesis apunta al análisis de estos modelos, en particularcuando un análisis exhaustivo no es factible, teniendo en cuenta que la complejidaddel model checking probabilístico es aún mayor que en el caso clásico. Nuestra hipótesisen este trabajo es que una exploración parcial, pero sistemáticamente controlada,puede proveer cotas a los valores de interés con un costo computacional reducido. Los experimentos realizados sugieren que un análisis mediante este enfoque puedeser más efectivo que tanto el model checking exhaustivo como así también enfoquesestadísticos relacionados.

Descripción: Mediante técnicas de dinámica molecular, hemos analizado aspectos de equilibrio y dinámicos de la solvatación superficial de Cumarina 314 adsorbida en interfaces agua/aire desnudas y conteniendo el surfactante aniónico dodecilsulfato de sodio (SDS). En el primero de los casos, los estados superficiales de la sonda están caracterizados por una orientación de su plano molecular, paralelo a la interfaz. La dinámica dentro del plano de la misma está caracterizada por una secuencia de segmentos difusivos interrumpidos por episodios de volteo. La dinámica fuera del plano incluye oscilaciones de gran amplitud moduladas por rápidos golpeteos de pequeña amplitud. Mediante la realización de experimentos de dinámica molecular de no equilibrio, hemos estudiado la respuesta de solvatación de la interfaz que sigue a una excitación electrónica de la sonda. La relajación de la interfaz resultó más lenta que la encontrada en bulk, debido sobre todo a una menor contribución de modos rotacionales. Dos diferentes grados de cubrimiento por parte del surfactante fueron analizados. A bajos niveles de recubrimiento, el surfactante provee dos ambientes de solvatación bien diferenciados, que pueden ser claramente discriminados en términos de sus estructuras. La primera está caracterizada por disposición de la sonda adyacente a un dominio espacial compacto de surfactantes; en la segunda, la sonda aparece totalmente inmersa dentro de dichos dominios. En lo que respecta a la orientación de la misma, nuestros resultados muestran una transición gradual entre alíneamientos paralelo y perpendicular. La presencia de surfactante lleva también a un sensible aumento en la rugosidad y en el ancho de la interfaz. Estas modificaciones son también reflejadas en retardos en los tiempos característicos que describen la dinámica rotacional de la sonda. Finalmente, analizamos las caracteristicas dinámicas de la respuesta de solvatación y de la dinámica de uniones hidrógeno en el régimen de alto recubrimiento, al tiempo que discutimos las implicancias que estos comportamientos aportan a la correcta interpretación de mediciones experimentales directas.

Descripción: Mediante técnicas de dinámica molecular, hemos estudiado propiedades de equilibrio y dinámicas de mezclas cataniónicas de dodeciltrimetilamonio (DTA) y dodecilsulfato (DS) adsorbidas en interfaces agua/aire. Se consideraron tres cubrimientos superficiales bien diferenciados: un par cataniónico infinitamente diluído, una mezcla equimolar de concentración superficial 78,7 Å⌃2/cabeza y un cubrimiento cercano al de la monocapa saturada: 30,3 Å⌃2/cabeza. Las estructuras de solvatación más estables para el par de surfactantes aislado correspondieron a pares iónicos de contacto cabeza–cabeza (PIC). Adicionalmente, se observaron pares iónicos cabeza–cabeza, separados por solvente (PISPS) a distancias de ∼ 7 Å. La energía libre media para la disociación de los PIC se estimó en ∼ 1 kcal/mol. A concentración superficial finita, se observó un considerable grado de agregación entre los anfífilos, debido al fuerte acoplamiento Coulómbico entre las cabezas. Los dominios espaciales mostraron estructuras asimétricas, con dimensiones lineales comparables a las de la caja de simulación, sugiriendo la aparición de estructuras percolativas. El patrón de conectividad de estos dominios fue interpretado en términos de un modelo de esferas Lennard-Jones cargadas moviéndose en dos dimensiones. En el caso del régimen cercano a la monocapa saturada, se encontró que las cabezas de DTA penetran más profundamente dentro del sustrato acuoso que las de DS, aunque las posiciones medias de todas las cabezas se localizan algo más externamente que a cubrimientos menores. Las características de las correlaciones entre las cabezas y el sustrato acuoso se analizaron empleando un procedimiento de partición de la interfaz en teselas. Se observó que las respuestas de la densidad y polarización de los dominios más cercanos a los DS era mayor que para aquellos adyacentes a los DTA. Finalmente, se estudió la actividad superficial de dos sales formadoras de líquidos iónicos a temperatura ambiente: cloruro y ioduro de 3-octil-1-metilimidazolio, a densidades superficiales cercanas a ρ_ s⌃−1 s = 75 Å⌃2 y 117 Å⌃2, respectivamente.

Descripción: El modelado y la simulación de dinámica de partículas son componentes esenciales en disciplinas diversas tales como la física de altas energías, la dinámica de fluidos computacional o la computación gráfica, entre otras. Una característica distintiva de la simu-lación de partículas es la necesidad de trazar sus trayectorias de forma continua a medida que se desplazan en una geometría, identificando cuidadosamente en tiempo y espacio los cruces entre volúmenes adyacentes. A su vez, cada dominio de aplicación suele adoptar metodologías de modelado propias que, en su mayoría, se apoyan en lenguajes de programación de propósito ge-neral que no fueron concebidos especialmente para el modelado matemático. Esta Tesis explora nuevas técnicas y metodologías de modelado y simulación de sistemas de partículas basadas en métodos nu-méricos híbridos (es decir, aquellos que combinan la solución de sistemas continuos con la representación de eventos discretos) y en un lenguaje de modelado orientado a ecuaciones que permite combinar dinámicas continuas y discretas. Partiendo de la familia moderna de métodos Quantized State System (QSS) y sus implementaciones asociadas, proponemos nuevas extensiones gené-ricas y rigurosas para describir sistemas de partículas en geometrías tridimensionales reticuladas utilizando el lenguaje de modela-do Modelica. La naturaleza híbrida de nuestros algoritmos de simulación permite transformar un problema de tratamiento difícil en uno de solu-ción trivial: la detección de cruces entre volúmenes puede traducirse de un problema de detección de eventos de estado en uno de detección de eventos temporales. Esto redunda en un tratamiento inherentemente eficiente de las discontinuidades que se produ-cen, ante cada cruce, en las ecuaciones dinámicas de movimiento de las partículas. La aplicación testigo adoptada para llevar adelante este trabajo es la física de altas energías (FAE). Las simulaciones en esta dis-ciplina consisten en trazar las trayectorias de partículas subatómicas mientras se desplazan a lo largo de una geometría compleja que usualmente representa un detector de partículas. Apoyándonos en Geant4, el simulador por excelencia de la comunidad FAE, presentamos dos nuevas técnicas de simulación basadas en eventos discretos: GQLink, un esquema de co-simulación en el cual el motor de integración numérica del simulador QSS Solver toma el control de los procesos de transporte de partículas, y QSSte-pper, un integrador numérico autónomo optimizado que opera en forma nativa como parte del ecosistema de integración numérica de Geant4. Ambas técnicas son rigurosamente analizadas en el marco de dos casos de estudio complementarios: un ejemplo in-troductorio en el que un positrón describe trayectorias helicoidales en un reticulado de cubos, y un caso realista que modela el de-tector CMS en el CERN. A partir de estos estudios, establecemos una caracterización genérica para identificar otros escenarios potenciales en el contexto de la FAE donde nuestros métodos puedan proveer mejoras sustanciales en el desempeño de las simu-laciones. Avanzando en la generalización, dotamos a QSS con la capacidad de interactuar con geometrías tridimensionales reticuladas arbi-trarias, surgiendo de este modo una nueva metodología de modelado y simulación de sistemas de partículas: retQSS (QSS para geometrías reticuladas). Aprovechamos las ventajas provistas por un lenguaje estandarizado para modelado basado en ecuacio-nes como Modelica y mostramos diversos casos posibles de aplicación de retQSS, incluyendo modelos de bandadas de pájaros con comportamiento emergente, sistemas de moléculas con interacciones mediante campos de fuerza arbitrarios y modelos de flujo de plasma, entre otros, destacando la flexibilidad del enfoque y la elegancia y forma compacta de los modelos resultantes.

Descripción: El cáncer es una de las primeras causas de muerte por enfermedad en el mundo y su incidencia sigue creciendo con el aumento de la contaminación y la expectativa de vida. A pesar de los grandes avances científicos logrados en la lucha contra esta enfermedad, aun es necesario buscar soluciones más integrales, económicas y con menos efectos secundarios adversos que las terapias tradicionales. Aquí estudiamos el uso de campos eléctricos para la eliminación de tumores sólidos, lo que podría representar una alternativa o enfoque complementario a la cirugía la radio o la quimioterapia. En particular, estudiamos el tratamiento electroquímico de tumores (EChT) y la electroporación reversible (ECT). El EChT consiste en la aplicación de una corriente eléctrica continua a través de dos o más electrodos insertos localmente en el tejido tumoral, con el objeto de eliminarlo por necrosis. Se cree que el principal mecanismo de destrucción del tumor son los cambios extremos de pH inducidos por el tratamiento. La ECT, o electroquimioterapia, es una técnica basada en la electropermeabilización de la célula combinada con el uso de quimioterapia, permitiendo así una mayor eficiencia, dado que de esta manera una mayor cantidad de droga puede penetrar la célula. Algunas de las ventajas del EChT y de la ECT son su simplicidad, efectividad, bajo costo y efectos secundarios mínimos. Quedan aun muchos interrogantes por develar sobre los mecanismos fundamentales de la interacción de los campos eléctricos con los tejidos vivos. Para lograr dicho objetivo, se presenta aquí un estudio interdisciplinario mediante la formulación de modelos in silico o matemático-computacionales, y su validación con modelos experimentales (in vivo e in vitro). La validación in vivo fue lograda a través de los resultados obtenidos de aplicar la terapia a ratones. La validación in vitro, fue obtenida a partir de aplicar la terapia a geles de colágeno I y agar-agar, siendo ambos buenos modelos de la matriz extracelular. Esta metodología interdisciplinaria del estudio de los efectos del EChT y la ECT, nos ha permitido obtener las siguientes contribuciones en esta tesis: 1. La formulación de dos nuevos modelos in silico de EChT unidimensionales, basado el primero en la descripción del transporte iónico y el campo eléctrico mediante las ecuaciones de Nernst-Planck y Poisson, respectivamente, y el segundo, basado en las ecuaciones de Nernst-Planck y la condición de electroneutralidad. Ambos modelos validados con modelos in vivo e in vitro, revelan que: Un estado inicial con valores de pH fisiológicos evoluciona entre los electrodos hacia un frente cat ́dico alcalino extremo y un frente anódico ́ácido extremo moviéndose uno en dirección al otro hasta colisionar. Estos frentes dejan abierta la posibilidad de la existencia −en caso de un tratamiento aplicado en un lapso menor al necesario− de una región entre ellos con pH fisiológico. El avance del frente de pH durante la EChT se correlaciona muy bien con el área necrótica final. Esto revela que el seguimiento del frente de pH puede ser utilizado para predecir el grado de destrucción del tumor y, por tanto, evaluar la eficacia del EChT. El modelo permite calcular la velocidad de los frentes de pH, información extremadamente util para la predicción de la extensión del tejido tratado, lo cual tiene implicancias significativas en la planificación de la dosis y las condiciones óptimas de operación del EChT. En particular, puede predecir la manera en que la evolución de los frentes de pH cubren, en un tumor, el casquete esférico constituido por células activas. 2. La formulación de un nuevo modelo in silico de ECT unidimensional, conformado por dos submodelos: el primero, denominado ON Time, es utilizado durante la aplicación del pulso eléctrico y está basado en la solución numérica de las ecuaciones de Nernst-Planck para el transporte iónico, asumiendo la condición de electroneutralidad. El segundo modelo, denominado OFF Time, es utilizado cuando el pulso no está siendo aplicado, y está basado en las ecuaciones de difusión-reacción. El modelo final fue validado con un modelo in vitro y revela que: El método de dos pasos (o de split) del sistema de ecuaciones diferenciales original permitió la integración de dos submodelos de escalas temporales disímiles: una micro (ON Time) y otra macro (OFF Time), dando como resultado un algoritmo extremadamente robusto. Las mediciones muestran que los frentes de pH son inmediatos y significativos. Dado que éstos pueden producir necrosis del tejido −efecto no deseado tanto en aplicaciones clíınicas de la ECT, como en la electroporación irreversible (IRE) y la electroterapia génica (EGT)−, es muy importante cuantificar la extensión y evolución del pH. La técnica utilizada para el seguimiento espacio-temporal de los frentes de pH, muestra que escalan en el tiempo como t^1/2, característico de procesos predominantemente difusivos. Esta información es relevante para predecir la extensión del tratamiento. La comparación de frentes de pH de la ECT con los del EChT muestra un resultado sorprendente: al aplicar una misma dosis de corriente eléctrica, la acidificación anódica en la ECT es mayor que en el EChT, lo que sugiere que la necrosis del tejido puede ser también mayor. Se sugieren maneras de minimizar estos efectos adversos en la ECT. 3. La formulación de un nuevo modelo in silico radial esférico de ECT del transporte iónico en un tejido tumoral utilizando una geometría esférica y un electrodo (ánodo) situado en el centro del tejido a tratar, y el cátodo ubicado a una distancia suficientemente lejana del ánodo como para asegurar que el producto de las reacciones cat ́dicas no afecten al tejido a analizar. El modelo teórico debe ser validado con un modelo experimental cuyo desarrollo se encuentra pendiente. No obstante ello los resultados preliminares muestran que: Los frentes de pH se mueven más lentos que en el caso del modelo ECT unidimensional. Esta diferencia posiblemente se origine en la cantidad de corriente eléctrica que necesita cada modelo (in silico) para mantener, durante la aplicación del pulso, el voltaje constante. En el caso del modelo radial esférico, dicha cantidad es mucho menor dado que el área es mayor, lo que se traduce en una menor generación de protones alrededor del ánodo con la consiguiente menor acidificación. Si bien este modelo de ECT no toma en cuenta la interacción ́ánodo-cátodo, toma en cuenta la naturaleza tridimensional del tejido tumoral, lo que constituye un modelo más realista que una aproximación unidimensional. En síntesis, se espera que los resultados de esta tesis ayuden significativamente a mejorar la habilidad para diseñar planes de tratamiento efectivos del EChT y la ECT. Se confía que la inclusión del EChT y la ECT, solas o en combinación con otras terapias en la clínica médica, tenga beneficios significativos a nivel socioeconómico y mejore la calidad y duración de la vida de muchos pacientes.

Descripción: Se estudian propiedades estáticas y dinámicas de defectos puntuales en metales detransición de estructura bcc, en particular, hierro, molibdeno y cromo. La técnica empleada esla de simulación por computadora utilizando potenciales semi-empíricos. Los modelos depotenciales utilizados son el Método de Átomo Embebido (EAM), ampliamente conocido en laliteratura, y el modelo de Defecto Embebido (ED), extensión del primero que incorpora unadescripción de interacciones angulares. A diferencia del EAM, el modelo ED, desarrollado ennuestro grupo de trabajo, permite reproducir correctamente el comportamiento elástico demateriales como el Cr con presión de Cauchy, Pc = (c12 - c44) / 2, negativa . Se construyen potenciales EAM y ED para Fe y Mo, y ED para Cr. Estos potenciales sonutilizados para estudiar propiedades dinámicas de la red perfecta, propiedades estáticas de lavacancia, difusión a través de un mecanismo de vacancias y propiedades de configuraciones deautointersticiales. El esquema de construcción de los potenciales es similar en los tres metales estudiadosy los datos experimentales ajustados son los mismos. Se desarrollan métodos para analizar lasdiferencias obtenidas con los dos modelos de potencial utilizados para Fe y Mo y para interpretarlos resultados de Cr. Esto permite evaluar las contribuciones de los términos angulares a laspropiedades calculadas y comparar nuestros resultados con datos experimentales y cálculosrealimdos en la literatura. El estudio de propiedades de defectos en Cr es especialmente interesante, por ejemplo, sedesconoce el mecanismo reSponsable de la difusión en el mismo. En este trabajo se obtiene unvolumen de relajación de la vacancia positivo en este metal, resultado que mostrarnos esconsistente con el hecho experimental Pc < 0. Otras propiedades calculadas no presentandiferencias cualitativas entre Fe, Mo y Cr. El proceso de migración de autointersticiales en Fe y Mo es otro tema en discusión en laliteratura. Se encuentra aqui que para los tres metales estudiados el salto favorecido para lamigración de la configuración estable, dumbbell <1lO>, involucra traslación y rotación. En Fe,se obtiene un buen acuerdo de la energía de migración calculada con el valor experimental.

Descripción: En la primera parte de esta tesis presentamos simulaciones de dinámica molecular sobre micelas inversas inmersas en ciclohexano. Consideramos tres interiores polares diferentes: agua (W), formamida (FM) y una mezcla equimolar de ambos solventes. En todos los casos, el surfactante utilizado fue bis(2-etilhexil)sulfoccinato de sodio (usualmente conocido como AOT). El radio inicial de las micelas fue deR ∼ 15 Å , mientras que los cocientes molares (w0=[fase polar]/[surfactante]) correspondientes fueronintermedios entre w0 = 4;3 para FM y w0 = 7 paraW. La forma global de las micelas se asemeja a elipsoidesdistorsionados, con una excentricidad media del orden de ∼ 0;75. Las correlaciones de densidadlocal dentro de las micelas muestran una solvatación preferencial de la especie iónica sodio por el agua,en contraposición con el comportamiento encontrado en mezclas equimolares en fase condensada. Comparadocon los resultados en fase condensada, los modos traslacionales y rotacionales de los solventesconfinados, exhiben una desaceleración importante, que se hace más notable en los movimientos rotacionales donde las escalas temporales características pueden ser hasta 50 veces más largas. también se discuten las modificaciones en la conectividad intramolecular, expresadas en términos del número medio de uniones hidrógeno y sus tiempos de vida media. En la segunda parte, presentamos resultados de simulaciones de dinámica molecular sobre sistemas de fructosa en solución, a concentraciones que llegan hasta 70 wt% (5 M). Encontramos que la red de uniones hidrógeno de las moléculas de fructosa se extiende con el aumento de la concentración de azúcar y forma un sistema estructuralmente heterogéneo alrededor y por arriba de una concentración 45 wt% (3 M), caracterizado por un dominio del soluto que se asemeja a un sistema percolado. La presencia de estos agregados en soluciones concentradas promueve la desaceleración de las dinámicas traslacionales, rotacionales y de las uniones hidrógeno, lo cual es típico en muchos ambientes biomoleculares. Como en el caso de la superficie de una proteína, los desórdenes topológico y energético de los agregados de azúcar contribuyen a la dinámica traslacional anómala. Sin embargo, a diferencia de lo observado en las cercanias de la superficie de una proteína, la relajación rotacional también se ve impedida por el desorden topológico creado por el conglomerado de azúcar en soluciones concentradas. Para completar el análisis de esta última parte de la tesis, obtuvimos resultados sobre el sistema ternario "electrolitos+fructosa+agua". Encontramos que para el caso de las solucines más concentradas de fructosa (4-5 M), el agregado de cloruro de sodio promueve una fragmentación del conglomerado de fructosas "percoladas" en otros de tamaño más pequeño. Asimismo, observamos que en todo el rango de concentraciones de fructosa investigado, los iones están solvatados preferencialmente por el agua. En cuanto a los aspectos dinámicos de estos sistemas observamos que, de manera general, la dinámica traslacional de todas las especies, disminuye en un orden de magnitud aprox. al aumentar la concentración de fructosa de 1 M a 5 M.

Descripción: La formación de patrones de crecimiento (GPF), es decir, el crecimiento inestable de interfaces, es un fenómeno común en un amplio rango de problemas que van desde la física a la biología. Estos fenómenos producen geometrías complejas de carácter dendrítico o fractal y eventualmente caos, y han sido intensamente estudiadas en el contexto de los fenómenos de crecimiento fuera del estado de equilibrio. Un ejemplo paradigmático de GPF es la Electrodeposición en Celda Delgada (ECD). La ECD consiste en dos portaobjetos de vidrio que encierran dos electrodos paralelos y un electrolito (por ej. sulfato de cobre en agua destilada); la aplicación de una diferencia de potencial entre electrodos produce un depósito ramificado por reducción del ion metálico. Variando los parámetros de control, tales como la orientación de la celda respecto a la gravedad, la concentración de la solución, la diferencia de potencial aplicada o el espesor de la celda, se obtiene una amplia variedad de patrones de crecimiento que van desde morfologías fractales hasta morfologías densamente ramificadas. El crecimiento dendrítico es acompañado por un complejo proceso fisicoquímico hidrodinámico de transporte iónico. Este es principalmente gobernado por la difusión, migración y convección. A su vez, la convección está producida por las fuerzas de Coulomb debidas a cargas eléctricas locales y por la gravedad debida a gradientes de concentración que llevan a gradientes de densidad. En este trabajo se estudia la naturaleza de la ECD a través de mediciones experimentales, un nuevo modelo macroscópico y su simulación numérica. El modelo se basa en primeros principios y utiliza las ecuaciones de Nernst-Planck para el transporte iónico, la de Poisson para el potencial eléctrico, la de Navier-Stokes para el fluido y un nuevo modelo de crecimiento estocástico basado en Modelo de Ruptura de Dieléctrico/Dielectric Breakdown Model (DBM) para el crecimiento del depósito. Las ecuaciones se escriben en función de un conjunto de números adimensionales, en particular, los números de Grashof eléctricos y gravitatorios, que revelan la relativa importancia de la electroconvección versus la gravitoconvección en ECD. El sistema de ecuaciones en derivadas parciales altamente no lineal se resuelve en una grilla uniforme usando diferencias finitas y un método iterativo fuertemente implícito. Los principales resultados obtenidos son. En una ECD en una celda en posición horizontal, el modelo predice la evolución de dos rollos convectivos en la zona cercana a los electrodos: su nacimiento, crecimiento, expansión, colisión y unión en un solo rollo que termina ocupando toda la celda. En una ECD en posición vertical, con el cátodo encima del ánodo, el modelo predice que la gravedad induce rollos de concentración que permanecen pegados a los dedos en crecimiento; la falta de desprendimiento de rollos lleva a una estratificación global de densidades. En contraste, en una ECD en posición vertical pero con el cátodo debajo del ánodo, el modelo predice el desprendimiento de rollos de ambos electrodos en forma de plumas, que se expanden unas hacia las otras, mezclándose, invadiendo toda la celda y generando un régimen global inestable. En presencia de crecimiento ramificado, el modelo predice la existencia de un anillo vorticoso en la punta de la dendrita producido por fuerzas eléctricas locales, interactuando con los frentes de concentración y rollos convectivos, del cual emerge un fluido complejo con movimiento helicoidal así como también el nacimiento y muerte de vórtices y dendritas, y su mutua interacción. Las estructuras hidrodinámicas y su evolución espacio temporal se observan experimentalmente lo cual sugiere que el transporte iónico subyacente al crecimiento de las dendritas está remarcablemente bien capturado por el modelo macroscópico introducido.

Descripción: El objetivo de este trabajo de tesis fue el estudio a nivel molecular de la interacción dela melatonina (N-acetil-S-metoxitriptamina) con dos radicales libres de relevanciabiológica, el radical oxhidrilo (OH·) y el óxido nítrico (NO). Para el desarrollo del presente trabajo se analizaron estas interacciones químicas desdeun enfoque teórico, mediante técnicas de simulación computacional, desde un enfoqueexperimental, a través del estudio de las mismas en condiciones aisladas y controladas,y a través de la evaluación de los alcances fisiológicos de las reacciones propuestas. Para evaluar las interacciones con los diferentes blancos se analizó, en primer término,la superficie de energía potencial de la melatonina mediante técnicas de dinámicamolécular basadas en campos de fuerzas clásicos y métodos semiempíricos. Se prestóespecial atención a los aspectos relacionados con su libertad conformacional en vacío yen solución acuosa. Asimismo, se analizó la dependencia de las propiedadesmoleculares con la conformación. La reacción con el radical oxhidrilo se estudió mediante técnicas de estructuraelectrónica, evaluando los posibles mecanismos de reacción y realizando una exhaustivacaracterización de los intermediarios. El estudio de la interacción con NO se puede dividir en dos partes: i) la identificación ycaracterización de los productos de reacción y la elucidación de los mecanismosoperantes en diversos medios; y ii) el estudio del efecto de la melatonina sobre labiosíntesis de NO en la retina de hámster. Finalmente, mediante el uso de técnicas de resonancia magnética nuclear y de dinámicamolecular, se realizó un estudio detallado de la interacción entre la melatonina y lacalmodulina, una proteína con probado efecto estimulatorio en la biosíntesis del NO.

Descripción: El entendimiento de la física de los rayos cósmicos es aún una de las metas más importantes de la comunidad científica para construir su conocimiento acerca del Universo. Su estudio a lo largo de los años ha permitido avances importantes tanto en las ramas de la física de partículas como de la astrofísica. Para su estudio se han desarrollado muchas técnicas experimentales desde las primeras cámaras de niebla utilizadas en los ascensos en globo hasta el desarrollo de observatorios gigantes dedicados al estudio de las partículas de más alta energía. El espectro de energías de los rayos cósmicos va desde los ~ 100keV hasta ~ 10^20 eV. Estos inciden sobre la tierra en todas las direcciones y con un flujo constante en el tiempo. Los rayos cósmicos de energía superior a los PeV que inciden en la atmósfera producen una cascada de partículas secundarias. Estas partículas inducen la emisión de luz de fluorescencia por parte del nitrógeno atmosférico, que puede ser registrada para la detección del chubasco producido. A su vez, las partículas secundarias que alcancen la Tierra pueden ser registradas por detectores ubicados al nivel del suelo. El observatorio Pierre Auger, que actualmente se encuentra en construcción y funcionamiento parcial, tiene por objetivo el estudio de los rayos cósmicos de energía ultra elevada, mayor a 10^19 eV. Para ello utiliza un sistema híbrido de detección de las partículas secundarias formado por un detector de superficie (detectores de efecto Čerenkov en agua) y telescopios de fluorescencia. En este trabajo se realiza una descripción completa de ambos detectores. Para el detector de fluorescencia se presentan estudios de la luz de fondo de noche que sirvieron para el diseño de la electrónica de los mismos. Para el detector de superficie se presentan trabajos realizados con el objetivo de contribuir con su montaje, instalación y puesta en funcionamiento. Durante la primera etapa de construcción del Observatorio se desarrollaron las técnicas y procedimientos para garantizar el correcto funcionamiento del mismo. Previamente al comienzo de la construcción del Observatorio se realizaron estudios sobre un detector prototipo de efecto Čerenkov en agua emplazado en el Laboratório TANDAR, tales como la caracterización de respuesta frente a distintas direcciones de ingreso de las partículas y el desarrollo de un método de calibración del detector. A continuación se montó un conjunto de cuatro detectores para la medición de rayos cósmicos con energías del orden de ~10^15 eV. En este trabajo se describen el diseño, la construcción y la operación de este arreglo de detectores. También se incluye el desarrollo del sistema de toma de datos y los análisis de estabilidad de su funcionamiento. Finalmente se muestran algunos eventos típicos registrados. Se presenta además el desarrollo del actual método de calibración de los detectores de superficie del Observatorio Pierre Auger. Junto a éste, las diferencias técnicas y estudios realizados para garantizar el correcto funcionamiento de los detectores y para validar el sistema de adquisición de los datos. Finalmente, toda la experiencia adquirida se volcó en un programa de simulaciones del detector de efecto Čerenkov en agua, que esta disponible para ser utilizado pela Coloaboración Pierre Auger.

Descripción: Los sistemas complejos se caracterizan por exhibir comportamientos a nivel macroscópico para los cuales es muy difícil obtener descripciones generalizadas partiendo de conocer la dinámica de sus componentes microscópicos. Un aspecto esencial de estos sistemas radica en las interacciones entre sus componentes, las que a su vez pueden cambiar en el tiempo en función del estado macroscópico al cual contribuyen. En este contexto, las ciencias de la complejidad han recurrido históricamente a modelos de simulación computacional en busca de un laboratorio in silico para aquellos fenómenos complejos que no admitan una descripción analítica ni técnicas de experimentación controlada y repetible en laboratorio. Si bien la experimentación numérica computacional cuenta con una madurez sustentada en más de 70 años de desarrollo, en gran medida los algoritmos de simulación permanecen -aún en la práctica actual- sujetos a ambigüedades y/o poca transparencia, propias del terreno de lo artesanal. Este aspecto exacerba las dificultades de proveer modelos de simulación fácilmente comprensibles y reproducibles por la comunidad científica, conduciendo frecuentemente a réplicas artesanales de algoritmos no exentas de la introducción de errores. En cambio, los métodos formales de modelado y simulación buscan mitigar estos problemas mediante protocolos estrictos que permitan reproducir simulaciones correctas y libres de ambigüedades, partiendo de especificaciones matemáticas formales de los modelos a ser simulados. En esta Tesis potenciamos las capacidades del formalismo de modelado y simulación DEVS (Discrete Event System Specification) basado en la Teoría General de Sistemas, extendiendo su aplicación al estudio de sistemas complejos adaptativos generalizados, es decir, aquellos en los que sus partes componentes pueden ser de naturaleza híbrida (continuas o discretas, determinísticas o estocásticas, de estructura fija o variable, con o sin retardos). Dotamos al formalismo con nuevas estructuras y funciones que permiten razonar sobre el comportamiento macroscópico emergente, permitiendo a su vez que dinámicas de nivel microscópico sean una función del nivel superior, dando así lugar a dinámicas micro-macro de realimentación a lazo cerrado. El resultado es EB-DEVS (por Emergent Behavior DEVS), un formalismo que permite expresar sistemas complejos de forma modular e incremental, con tantos niveles de jerarquía espacio-temporal como se requiera. Proveemos demostraciones de que EB-DEVS es equivalente a DEVS Clásico en términos de bisimulación, permitiendo así que nuevos modelos EB-DEVS sean compatibles e integrables con la gran base de conocimiento existente para modelos DEVS. Desde el punto de vista de las aplicaciones, presentamos resultados de modelado y simulación que extienden diferentes modelos clásicos en la literatura de sistemas complejos en ciencias sociales, biología e ingeniería, mediante los cuales introducimos buenas prácticas de modelado y mostramos ventajas y limitaciones de EB-DEVS, especialmente en lo relacionado a su capacidad de detección de propiedades emergentes en tiempo de simulación. En particular, exploramos la incorporación de un índice de desigualdad en el modelo Sugarscape, modas en el modelo de Diseminación de Cultura, una distribución de grados con sesgo de tamaño en un modelo Preferential Attachment, un índice de felicidad en el modelo de Segregación, cuarentenas en un modelo epidemiológico SIR, reactividad a la formación de grupos en el modelo de Flocking y homeostasis mitocondrial en un modelo celular. Finalmente, proponemos una metodología para aplicar el enfoque de sistemas complejos adaptativos a proyectos guiados por modelado y simulación de sistemas ingenieriles, específicamente en el ámbito de arquitecturas complejas de cómputo y redes de comunicaciones para un contexto de grandes datos en experimentos de Física de Altas Energías.

Descripción: El objetivo de esta tesis es analizar los modelos matemáticos que rigen el flujo monofásico de petróleo hacia un pozo productor y aplicarlos a problemas de ingeniería de reservorios. Estos modelos tienen gran importancia práctica, pues rigen el movimiento de fluidos durante los llamados ensayos de pozo, que se realizan a fin de estimar propiedades del pozo o del reservorio en su conjunto. Tradicionalmente en la interpretación de los ensayos se han aplicado modelos unidimensionales con propiedades (permeabilidad, porosidad) constantes. La originalidad de los modelos desarrollados en esta tesis es que introducen nuevos parámetros en el simulador de ensayos de pozos. Ellos son: 1. un modelo unidimensional que contempla las variaciones radiales de permeabilidad y porosidad; 2. un modelo bidimensional que, al considerar la coordenada vertical, permite analizar el flujo vertical de fluidos (regido por la permeabilidad vertical) y los efectos gravitatorios, amén de las heterogeneidades de permeabilidad y porosidad en ambas direcciones. Para obtener la solución numérica, tanto en el caso unidimensional como en el bidimensional, se ha aplicado una familia de esquemas en diferencias finitas que depende de un parámetro θ , 0 ≤ θ ≤ 1. Se demuestra que los esquemas resultan incondicionalmente estables para θ ≥ ½, y para θ < ½ se establecen condiciones de estabilidad. Bajo estas hipótesis de estabilidad y analizando la consistencia, se demuestra la convergencia de la solución numérica a la solución real de la ecuación diferencial. En el caso bidimensional, se compara la eficiencia de tres métodos para resolver el sistema lineal de ecuaciones resultante: TSMF (basado en el desarrollo en serie de funciones matriciales) y dos técnicas iterativas tradicionales ADI y block-SOR, adaptadas a este problema particular. Se concluye que la técnica block-SOR es recomendable cuando debe simularse un lapso prolongado, usando un incremento de tiempo variable, mientras que TSMF es el más conveniente para simulaciones cortas, ya que el incremento temporal permanece acotado y pequeño. ADI no presenta ventajas significativas con respecto a las otras dos. Finalmente, se aplican los modelos desarrollados a problemas de ingeniería de reservorios: a) Determinación de parámetros característicos de la roca-reservorio (permeabilidad, porosidad, etc.) a partir de la interpretación de ensayos de pozos. b) lnfluencia de las heterogeneidades en la respuesta de presión obtenida durante un ensayo. c) lnfluencia de la permeabilidad vertical en las respuestas de presión y caudal obtenidas durante un ensayo.