Tesis de Postgrado

Control predictivo (MPC por sus siglas en inglés), y en particular MPC de Estadosde Control Finitos (FCS-MPC), ha demostrado características interesantes que la hacenadecuada para múltiples aplicaciones en el ámbito de conversión de potencia. Entre estascaracterísticas están la alta velocidad de control, fácil implementación, facilidad paraincluir objetivos de control no triviales, y la selección automática de las señales de actuación, entre otros. Estas características hacen de FCS-MPC una estrategia de controlatractiva para sistemas de generación de energías renovables, donde la alta velocidad decontrol sobre múltiple objetivos permite una integración mas flexible con la red.Una de las principales desventajas de FCS-MPC hasta ahora es la alta variabilidad dela frecuencia de conmutación en los semiconductores. Esta variabilidad lleva a múltiplesproblemas, tales como altas perdidas por conmutación, estimulación de resonancias indeseadasdebido al amplio espectro de voltaje, y distribución desigual entre los semiconductoresde un dispositivo de conversión. Estos problemas son especialmente relevantesen sistemas de media o alta tensión, donde una baja eficiencia se traduce en perdidas importantes,resultando en altas temperaturas y una rápida degradación de los componenteselectrónicos. En este trabajo dos estrategias son analizadas para abordar estos problemas.La primera propuesta consiste en resolver el problema de frecuencia de conmutaciónvariable. Esto se logra mediante un cambio en los objetivos de control, no abordando elproblema desde la frecuencia, si no a través del periodo de conmutación, siendo bautizadacomo “Period Control”. Para esto, una nueva medición es diseñada, lo que permitea FCS-MPC monitorear y controlar el periodo de conmutación, ademas de cambios en laestructura de control para permitir que esta medición sea efectiva. Algunos elementos dediseño para el factor de peso y la referencia de periodo son estudiado con el fin de simplificarsu implementación. Simulaciones y resultados experimentales son presentados paravalidar la propuesta, además de comparaciones con alternativas previamente propuestaspor la literatura.La segunda propuesta apunta a disponer de esta frecuencia variables con el objeto demejorar el desempeño de control en términos de las perdidas de potencia. Esto se logramediante el uso de una penalización de la conmutación con un peso variable, fortaleciendo este peso para altas corrientes, y relajándolo para corrientes bajas. El desempeño es evaluadomediante una comparación directa entre las perdidas causadas por la conmutación y ladistorción armónica provocada por la reducción de las conmutaciones. Múltiples estrategiasson evaluadas mediante simulación para este peso variables, y son comparadas entreellas y contra estrategias clásicas de reducción de conmutaciones.

En los sistemas de potencia existe una relación directa entre la potencia activa y la frecuencia de la red. Cuando ocurre un desbalance entre la potencia generada y consumida, se produce una fluctuación de frecuencia, cuya tasa de cambio depende principalmente de la inercia mecánica de las unidades generadoras. Considerando lo anterior, en una red de baja inercia se pueden generar con mayor facilidad desviaciones de frecuencia que pueden activar los mecanismos de seguridad antes de que los sistemas de control de frecuencia actúen, comprometiendo la operación y la calidad del servicio eléctrico prestado a los usuarios. Si estos sistemas son alimentados por estaciones DC de alto voltaje (HVDC), como puede ser el caso de una isla, y la potencia nominal es mayor que la de las unidades generadoras, los sistemas HVDC pueden cumplir un rol fundamental en la regulación de frecuencia. En este trabajo se desarrolla un sistema HVDC basado en un convertidor modular multinivel (MMC) que permita atenuar las variaciones de frecuencia en una red de baja inercia cuando varíe la potencia consumida. El sistema de control se basa en modificar la referencia de potencia activa que genera o consume la estación HVDC para reducir las perturbaciones de carga en el generador. Adicionalmente, se obtiene un modelo de la red en estado estacionario, calculando la relación entre la potencia activa y reactiva en los terminales de los convertidores para distintos niveles de carga. Esta relación se utiliza para generar un lazo de control que permita a la estación HVDC actuar rápidamente sobre la potencia activa en lugar del generador. Se obtiene un modelo del MMC adecuado para simulaciones de sistemas de potencia que permita largos tiempos de simulación. Utilizando este modelo se simuló una red con un cambio en la potencia activa consumida y el voltaje de referencia de los capacitores de los submódulos, y se comprobó el adecuado funcionamiento del control propuesto. Las condiciones de operación de una red compuesta por una unidad generadora y la estación HVDC son analizadas utilizando un modelo simplificado del sistema de potencia. Se extiende el sistema de control considerando la magnitud y el ángulo de la impedancia de una sección adicional de la línea de transmisión que conecta el convertidor al punto de acoplamiento común. Los resultados obtenidos muestran que el control propuesto permite disminuir las fluctuaciones de frecuencia en aproximadamente un 80% respecto a un controlador genérico cuando se opera bajo condiciones nominales. Cuando el convertidor debe invertir el flujo de potencia debido a un cambio de carga, la calidad de la regulación se ve afectada, disminuyendo las fluctuaciones a un 52%. Una de las desventajas de este método de control es la dependencia de los parámetros actuales de la red en la etapa de diseño. Sin embargo, al realizar un análisis de desempeño, el comportamiento del controlador es superior al de un controlador estándar, incluso cuando los parámetros se conocen con cierta incertidumbre.

A currently open question is whether the Higgs boson particle is truly elementary (i.e. pointlike), down to distance scales much shorter than the Electroweak scale, or if, on the contrary, it is a composite bound state of more fundamental degrees of freedom, whose physics should be revealed at energies not far above the weak scale. In either case the discovery of this scalar particle was truly remarkable. If it turns out to be elementary, it would be the first and only known example of this kind in nature. On the other hand, if it turns out that the Higgs boson is a composite state arising from some underlying strong dynamics, we would be in a situation that also presents new characteristics compared to other known composite scalars. We elaborate on this last possibility in the present thesis. This thesis aims to be a pedagogical and self-contained theoretical review of some of the most relevant aspects of general composite Higgs theories. It begins with section 1 reviewing the basics of the Standard Model. Section 2 reviews some important characteristic of the Higgs boson: its most important decay and production channels, as well as its radiative corrections. Section 3 explains the hierarchy problem, and presents the best-known approaches that address this problem. In section 4 we explain the composite sector of a composite Higgs theory and proceed to present the CCWZ prescription, a fundamental tool when it comes to understand the low-energy and confinement regime of a strong dynamic. Section 5 present the elementary and composite sectors. In section 6 we introduce extra spin-0 and spin-1 resonances. Finally, in section 7 we introduce the phenomenology of a particular composite Higgs model analyzed in Ref. [123] and in which the author of the thesis was part.

El grafeno es un material cristalino bidimensional, formado por una mono capa de átomos de carbono en una estructura tipo panal de abeja. Fue aislada por primera vez el año 2004 [1] y desde entonces ha llamado la atención de la comunidad científica por sus excepcionales propiedades físicas y químicas. Ellas han inspirado el desarrollo de aplicaciones en una amplia gama de campos no obstante, la adopción del grafeno en la sociedad dependerá en gran medida de encontrar métodos de producción eficientes, escalables y seguros. En virtud de lo anterior la presente tesis se centró en el estudio de métodos alternativos a los tradicionales para la producción de grafeno, en especial en aquellos con alto potencial de escalabilidad. Específicamente se exploró el uso del método de llama, dado que ha demostrado resultados sobresalientes en las síntesis de otras nano-estructuras, sin embargo en la producción de grafeno aún quedan desafíos por abordar. Se estudió sistemáticamente el crecimiento de material grafítico a través del método de llama de difusión inversa. A partir de este estudio se desarrolló una nueva vía de crecimiento de grafeno sobre láminas de cobre, esta vez basado en la deposición de vapores químicos a presión atmosférica (AP-CVD), empleando metano como gas precursor. El nuevo método de síntesis se desarrolla en condiciones extremadamente desfavorables para el crecimiento de grafeno, tales como cámara abierta y sin la adición de hidrógeno, gas imprescindible para el crecimiento de grafeno por AP-CVD, como agente reductor y co-catalizador. Esto se consiguió a través de una novedosa configuración del substrato el cual está constituido por dos láminas cobres paralelas y separadas por cierta distancia. En ellas se descompone el metano presente, cuando son calentadas vía inducción electromagnética a una temperatura cercana a los 1000 °C. Las especies de la descomposición, específicamente hidrógeno, se enriquece en la zona entre las láminas, debido a termo difusión o efecto Soret. Considerando el fuerte gradiente térmico entre los sustratos y la cámara, y la ingente diferencia en masas de los componentes gaseosos. Ello resulta en la presencia hidrógeno en cantidades suficientes para reducir el óxido nativo de la superficie del cobre e inhibir la acción de especies oxidativas, siempre presentes en la cámara, lográndose así el crecimiento de grafeno en las caras internas de estas láminas. Con el nuevo método, se reducen los costos de síntesis y los riesgos en la manipulación de hidrógeno gaseoso altamente explosivo. En conclusión, se facilita la producción de grafeno a nivel industrial. Como resultado de esta investigación se ha presentado una solicitud de patente de inversión para el método/sistema desarrollado en la presente tesis, en el Instituto de propiedad industrial (INAPI). Adicionalmente parte de los resultados experimentales derivados de este trabajo se presentaron en la revista internacional Aip Advances, bajo el título "Single step vacuum-free and hydrogen-free synthesis of graphene".

Los brasinoesteroides son un grupo de fitohormonas que participan en diversosprocesos fisiológicos en las plantas, cumpliendo un rol clave en la regulación delcrecimiento vegetal. En esta tesis se planteó el objetivo de sintetizar nuevos análogosde brasinoesteroides con cadena lateral corta de tipo 24-nor, manteniendo la funcióndiol en C22-C23 y usando ácido hiodesoxicólico como material de partida. Así, en estetrabajo, se describe la síntesis de compuestos tipo 2-desoxibrasinoesteroides, 3a-hidroxi, 6-oxa o 7-oxalactona, con cadena lateral tipo 24-nor,22S,23-dihidroxi/diacetil.Mediante diferentes rutas de síntesis, se logró obtener un total de 26 compuestos detipo brasinoesteroides, de los cuales 6 corresponden a nuevos análogos debrasinoesteroides (Figura 1). Además, se obtuvo la caracterización completa de loscompuestos sintetizados mediante el uso de técnicas espectroscópicas combinadas (IR,1D y 2D-RMN y EMAR).Adicionalmente, se realizaron distintos ensayos biológicos a los análogos sintetizados.En primer lugar, se midió la actividad antifúngica de 14 de los análogos sintéticos de brasinoesteroides mediante el test radial de inhibición del crecimiento micelial in vitrodel hongo patógeno Botrytis cinerea. Del total evaluado, los análogos 84 y 112presentaron elevada actividad contra el hongo (= 95 % de inhibición a 100 y 150 ppm).Por otra parte, se cuantificó la actividad promotora de elongación celular vegetal de 7de los análogos de brasinoesteroides, mediante el test RLIT de inclinación de lámina dearroz. Entre los resultados obtenidos, destacan los compuestos análogos 84, 111 y 112,que presentaron elevada actividad promotora, superando incluso al brasinólido,fitohormona utilizada como control positivo de ensayo.Por último, se evaluó la actividad citotóxica de 18 de los análogos sintéticos obtenidoscontra las líneas celulares tumorales PC-3, HT-29, MCF7 y contra la línea celular notumoral CoN, mediante un ensayo colorimétrico con Sulforodamina B (SRB). Del total delos compuestos evaluados; el análogo 112 presentó frente a PC-3 valores de IC50 de 38,6µM e índice de selectividad de 2,313, mientras que los análogos 86 y 87 presentaronfrente a HT-29 valores de IC50 de 21,4 µM y 33,5 µM e índice de selectividad de 2,099 y4,801, respectivamente.