Investigación

Mi trabajo se centra en el modelado y la simulación computacional de sistemas de muchas partículas. Las herramientas son las de la mecánica estadística: dinámica molecular, método de elementos discretos (DEM) y su acoplamiento con dinámica de fluidos (CFD–DEM), Monte Carlo, teorías de líquidos, algoritmos genéticos y redes neuronales. Las aplico a problemas de escalas muy distintas, desde proteínas y fluidos en nanoporos hasta granos que fluyen por una abertura y tejidos formados por miles de células.

Además de la investigación académica, participé en colaboraciones y servicios tecnológicos con empresas como YPF Tecnología (Y-TEC), Mainero y BOMARE S. A.

Las secciones siguientes resumen las líneas en las que trabajo actualmente, con algunos artículos representativos. La lista completa está en Publicaciones.

Materia granular

Estudio cómo fluyen, se atascan y transmiten fuerzas los materiales granulares, sistemas fuera del equilibrio en los que la forma de los granos y la fricción determinan el comportamiento colectivo. Con simulaciones DEM analizo el atascamiento de granos al pasar por aberturas estrechas y cómo reducirlo agregando partículas pequeñas, de baja fricción o magnéticas; la descarga de silos con mezclas de granos; la dinámica de stick-slip de un intruso que avanza en un medio granular; la estructura de las redes de fuerza, y el uso de materiales granulares para atenuar vibraciones (amortiguadores de partículas). Acopladas con dinámica de fluidos (CFD–DEM), las mismas herramientas se aplican al transporte y la conductividad de agentes de sostén (proppants) en fracturas de reservorios no convencionales.

Colaboradores frecuentes: L. A. Pugnaloni, L. Kondic, R. Kozlowski, J. E. S. Socolar, M. A. Madrid, M. Sánchez.

  • Vega, Federico G.; Carlevaro, C. Manuel; Baldini, Mauro; Madrid, Marcos A. y Pugnaloni, Luis A., «Simulation of proppant conductivity test: effect of particle size dispersion», Petroleum Science and Technology, 43(9), 1010–1028. (2025)
  • Zablotsky, Amir; Madrid, Marcos A.; Carlevaro, C. Manuel; Kuperman, Marcelo; Pugnaloni, Luis A. y Bouzat, Sebastián, «Reduction of clogging of vibrated grains passing through a narrow aperture by the addition of low-friction particles», Phys. Rev. E, 110, 034902. (2024)
  • Baldini, Mauro; Carlevaro, C. Manuel; Pugnaloni, Luis A. y Sánchez, Martín, «Numerical simulation of proppant transport in a planar fracture. A study of perforation placement and injection strategy», International Journal of Multiphase Flow, 109, 207 - 218. (2018)
  • Sánchez, Martín y Carlevaro, C. Manuel, «Nonlinear dynamic analysis of an optimal particle damper», Journal of Sound and Vibration, 332(8), 2070–2080. (2013)

Fluidos confinados

Cuando un fluido queda confinado en poros o canales de pocos nanómetros, su estructura y su transporte difieren de los del fluido libre. Con dinámica molecular estudio el transporte de mezclas de fluidos a través de nanocanales orgánicos e inorgánicos y la pervaporación de mezclas de agua y metanol a través de nanotubos de grafeno. Esta línea se apoya en trabajos previos sobre teorías de líquidos (entre ellos, un modelo microscópico de agua líquida), propiedades dieléctricas y percolación en fluidos.

Colaboradores frecuentes: F. Vericat, C. O. Stoico, D. G. Renzi, E. Lomba, M. Martín Ramírez, S. Mosca.

  • Martín Ramírez, Mariano; Domené, Esteban Alejo y Carlevaro, Manuel, «Transport of Fluid Mixtures Through Organic and Inorganic Nanochannels: The Main Influence of Organic and Inorganic Poral Throats on the Molecular Distributions and Hydrodynamics of Different Confined Fluid Mixtures», Energy Technology, 14(1), e202501679. (2026)
  • Mosca, Santiago; Carlevaro, C. Manuel y Lomba, Enrique, «Molecular dynamics study of pervaporation of water–methanol mixtures through graphene nanotubes», The Journal of Chemical Physics, 163(16), 164501. (2025)
  • Carlevaro, Carlos Manuel; Blum, Lesser y Vericat, Fernando, «Generalized mean spherical approximation for a model of water with dipole, quadrupole, and short-range potential of tetrahedral symmetry», Journal of Chemical Physics, 119(10), 5198–5215. (2003)
  • Carlevaro, C. Manuel; Stoico, César y Vericat, Fernando, «An exponential approximation for continuum percolation in dipolar hard-sphere fluids», Journal of Physics: Condensed Matter, 8(12), 1857–1867. (1996)

Biofísica molecular

Uso dinámica molecular y otras técnicas de modelado molecular para entender cómo la estructura y la dinámica de las biomoléculas dependen de su entorno: la hidratación del xilitol, el modo de unión de un antagonista a la integrina α4β1 (docking y cálculos de energía libre), el intercambio de lípidos en proteínas de unión a ácidos grasos confinadas en cristales, el anclaje del polipéptido amiloide de los islotes humanos en bicapas lipídicas hidroperoxidadas y el efecto de la urea sobre la albúmina sérica bovina. Algunos de estos trabajos combinan la simulación con resultados experimentales, como la cristalografía de rayos X.

Colaboradores frecuentes: Y. R. Espinosa, H. A. Alvarez, E. I. Howard, E. R. Caffarena, C. G. Ferrara.

  • Espinosa, Yanis R.; Carlevaro, C. Manuel y Ferrara, C. Gastón, «Molecular mechanisms underlying the effects of urea and the structural dynamics of bovine serum albumin», Biointerphases, 20(4), 041003. (2025)
  • Alvarez, H. Ariel; Cousido-Siah, Alexandra; Espinosa, Yanis R.; Podjarny, Alberto; Carlevaro, C. Manuel y Howard, Eduardo, «Lipid exchange in crystal-confined fatty acid binding proteins: X-ray evidence and molecular dynamics explanation», Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 91(11), 1525-1534. (2023)
  • Carlevaro, C. Manuel; Martins-Da-Silva, João Hermínio; Savino, Wilson y Caffarena, Ernesto Raúl, «Plausible binding Mode of the Active α4β1 antagonist, MK-0617, determined by Docking and Free Energy Calculations», Journal of Theoretical and Computational Chemistry, 12(02), 1250108. (2012)
  • Carlevaro, Manuel; Caffarena, Ernesto R. y Grigera, J. Raul, «Hydration properties of xylitol: computer simulation», International Journal of Biological Macromolecules, 23(2), 149–155. (1998)

Sistemas complejos

En esta línea agrupo problemas en los que el comportamiento colectivo surge de la interacción entre muchos agentes: la dinámica de persecución y escape en medios confinados, y simuladores de tejidos basados en física para sistemas multicelulares, aplicados a la regeneración hepática, a la recurrencia del carcinoma hepatocelular y a la respuesta de organoides tumorales a la terapia con células CAR-T.

Colaboradores frecuentes: L. M. Luque, E. Lomba, R. G. Rossatto, J. R. Bordin.

  • Rossatto, R.G.; Alvarez, H. Ariel; Carlevaro, C.M. y Bordin, José Rafael, «Confinement-controlled chase–escape dynamics», Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 692, 131524. (2026)
  • Luque, Luciana Melina; Carlevaro, Carlos Manuel; Rodriguez-Lomba, Enrique y Lomba, Enrique, «In silico study of heterogeneous tumour-derived organoid response to CAR T-cell therapy», Scientific Reports, 14(1), 12307. (2024)
  • Luque, Luciana Melina; Carlevaro, Carlos Manuel; Llamoza Torres, Camilo Julio y Lomba, Enrique, «Physics-based tissue simulator to model multicellular systems: A study of liver regeneration and hepatocellular carcinoma recurrence», PLOS Computational Biology, 19(3), 1-28. (2023)

Otras colaboraciones

También participé en trabajos fuera de estas líneas, en colaboración con otros grupos: el modelado de las propiedades dieléctricas y térmicas del hueso trabecular y la tomografía de microondas con redes neuronales, la representación cuaterniónica del código genético y la aplicación de algoritmos genéticos al análisis de espectros gamma.

Colaboradores frecuentes: R. M. Irastorza, F. Vericat, J. E. Fajardo.

  • Fajardo, Jesús E; Galván, Julián; Vericat, Fernando; Carlevaro, Carlos M y Irastorza, Ramiro M, «Phaseless Microwave Imaging Of Dielectric Cylinders: An Artificial Neural Networks-Based Approach», Progress In Electromagnetics Research, 166, 95-105. (2019)
  • Fajardo, Jesús E.; Carlevaro, C. Manuel; Vericat, Fernando; Berjano, Enrique y Irastorza, Ramiro M., «Effect of the trabecular bone microstructure on measuring its thermal conductivity: A computer modeling-based study», Journal of Thermal Biology, 77, 131 - 136. (2018)
  • Carlevaro, C. Manuel; Irastorza, Ramiro M. y Vericat, Fernando, «Quaternionic representation of the genetic code», BioSystems, 141, 10–19. (2016)
  • Irastorza, Ramiro M.; Blangino, Eugenia; Carlevaro, Carlos M. y Vericat, Fernando, «Modeling of the dielectric properties of trabecular bone samples at microwave frequency», Medical & Biological Engineering & Computing, 52(5), 439–447. (2014)
  • Carlevaro, C. M.; Wilkinson, M. V. y Barrios, L. A., «A genetic algorithm approach to routine gamma spectra analysis», Journal of Instrumentation, 3(1), P01001. (2008)