Ingeniería Electrónica

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    Mejora del sistema de comunicación mediante el uso de una antena microstrip aplicado a los sistemas aéreos no tripulados
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-13) Gálvez Sánchez, José Augusto; Flores Espinoza, Donato Andrés; Yarlequé Medina, Manuel Augusto
    El presente proyecto de tesis consiste en el desarrollo de un sistema de comunicación mediante el uso de una antena microstrip en los sistemas aéreos no tripulados. En el primer capítulo trata sobre la situación actual de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y sus aplicaciones. Además, se presentarán la justificación y las tecnologías existentes de los sistemas de comunicaciones y telemetría que son importantes para la comprensión del presente trabajo. En el segundo capítulo se describe teóricamente las partes del sistema de comunicación y los conceptos necesarios para entender el diseño del presente sistema enfocado en la antena a usar. En el tercer capítulo se describe el diseño del sistema completo de comunicación a partir de diagramas de bloques, elección de componentes y se muestra la forma y los métodos a partir de los cuales se obtiene el diseño funcional de la antena. Haciendo uso de software de simulación CST Studio se realiza la comprobación de los resultados teóricos de los dispositivos. Por último, se detalla el método usado en el presente proyecto para la fabricación de este tipo de antenas. En el último capítulo se caracteriza la antena a través de la medición del parámetro que la define; en este proyecto se realiza la medición del coeficiente de reflexión (parámetro S11), a su vez que se hace el correspondiente análisis en comparación con los resultados obtenidos mediante simulación en el capítulo 3. También se muestra las pruebas y los resultados obtenidos por el UAV con el sistema de comunicación integrado tanto en tierra como en aire. Por último, se muestran las conclusiones del análisis de los resultados obtenidos y recomendaciones a seguir.
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    Realidad virtual para la mejora de las experiencias de turismo, educación y difusión de proyectos de investigación en construcciones históricas
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-12) Burgos Saavedra, Marcos Augusto; Castañeda Aphan, Benjamín
    El Perú es un país con una gran riqueza en su patrimonio natural y cultural, pero que lastimosamente no es explotado al máximo por temas administrativos. Su debilidad en cuanto a precios competitivos, infraestructura portuaria y terrestre, seguridad, infraestructura para el transporte aéreo, sostenibilidad ambiental e infraestructura del servicio turístico lo alejan de la atención de una mayor cantidad de turistas en el ámbito internacional. Así mismo, el patrimonio cultural posee limitaciones propias como acceso restringido a lugares de geografía peligrosa o por restauración del patrimonio; complejos arqueológicos que no se encuentran de manera íntegra por su deterioro debido al paso del tiempo; y finalmente la visita turística puede acelerar el deterioro de los complejos arqueológicos. La riqueza cultural que posee el Perú lo nutre de una historia que el peruano tiene como deber difundir. Primero debe ser transmitida a sus ciudadanos para mejorar la identidad nacional y segundo, se debe transmitir a la comunidad internacional con el fin de reafirmar la cultura peruana en el mundo. Por otro lado, en el Perú se realiza proyectos de investigación en aras del cuidado del patrimonio cultural por diferentes grupos de investigación a nivel nacional. Estos proyectos de investigación poseen sus propias vías de difusión como revistas y conferencias, cuyo público objetivo son investigadores en todo el mundo. Pero, siendo el cuidado del patrimonio una importante tarea, la comunidad científica debe procurar que la información sea transmitida también a personas ajenas al mundo científico. En la actualidad, la realidad virtual permite tener una primera impresión del patrimonio sin necesidad de hacer largos viajes convirtiéndose en una poderosa herramienta de marketing. Además, permite la entrada a lugares inaccesibles en el turismo convencional, la visualización de lugares turísticos restaurados y por último la capacidad de interactuar con el patrimonio sin el peligro de su deterioro o destrucción. Por otro lado, la realidad virtual es capaz de mejorar los métodos de aprendizaje gracias a la interacción de las personas dentro del entorno virtual con lo que observan. Esta mejora es beneficiosa en la difusión de la historia del patrimonio cultural y en la difusión de información de los proyectos de investigación realizados en el patrimonio. Finalmente, gracias al potencial de la realidad virtual para brindar servicios turísticos, este trabajo de investigación diseña e implementa un tour virtual con el fin de mejorar el aspecto turístico y educativo que posee todo patrimonio cultural. Así mismo, busca difundir proyectos de investigación realizados en aras del cuidado del patrimonio.
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    Diseño de una red inalámbrica de sensores para un sistema de monitoreo de temperatura y humedad relativa en un campus universitario
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-25) Domínguez Ibarra, Renzo Fabricio; Cáceres Mari, Amanda Georgina
    El monitoreo de las variables del medio ambiente es fundamental hoy en día, debido a las necesidades de automatización y control que se pueden presentar, por ejemplo, en campos de cultivo y zonas de crianza de animales, entre otros. El objetivo de la tesis es el diseño de una red inalámbrica de sensores para el monitoreo de la temperatura y la humedad relativa en un campus universitario. La tesis se centra en la medición de dichas variables en determinados puntos del sector estudiado para obtener resultados que se puedan visualizar en un mapa virtual. Se han desarrollado las siguientes cuatro secciones: la problemática de las mediciones de temperatura y humedad relativa; los fundamentos teóricos del estudio; la metodología empleada, y las pruebas y diseño del sistema. El resultado es un análisis de microclimas, que permite observar de manera cuantitativa y en tiempo real las variables analizadas. Este estudio se valida en los resultados de variación de la temperatura y la humedad relativa, pues conforme aumenta la temperatura, la humedad relativa disminuye y viceversa.
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    Factibilidad técnica, económica y social de instalaciones eléctricas solar fotovoltaicas para el consumo doméstico de la localidad de “El Vallecito”, Cusco
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-11) Pérez Ortega, Suamy Gabriela; Raffo Jara, Mario Andrés; Gamio Aita, Pedro Fernando
    El acceso universal a la energía es esencial para el pleno desarrollo de los retos y oportunidades que el mundo actual enfrenta, dado que permite el cumplimiento de actividades cotidianas relacionadas con la educación, salud, comercio entre otros. En el año 2015, la Organización de las Naciones Unidas reconoció a la energía como un elemento de desarrollo que condiciona el progreso de la humanidad, planteando como objetivo el incremento de la proporción de energía renovable en la matriz energética mundial. Bajo este contexto, la inclusión de energías renovables no tradicionales como alternativa de suministro eléctrico se perfila como una oportunidad para mejorar la calidad de vida de las personas, transformar la economía de las sociedades y combatir los efectos del cambio climático. En el caso del Perú, durante décadas, la producción de electricidad ha sido sostenida por fuentes hídricas convencionales y generación térmica Diesel. Con el uso del gas de Camisea a partir del año 2004, se marcó un cambio en el escenario energético peruano que hizo posible que, actualmente, el 94.85% de la población acceda al suministro eléctrico en sus domicilios. Además, con la promulgación del Decreto Legislativo Nº 1002 en el año 2008, el Estado peruano se traza un nuevo hito que impulsa la diversificación de la matriz energética mediante la participación de fuentes energéticas renovables no convencionales. Sin embargo, a pesar de la incursión de esta alternativa energética en el mercado eléctrico peruano y los esfuerzos por dotar del suministro eléctrico de calidad a más familias, aún existe un aproximado de 1’648,000 habitantes que no gozan de este beneficio y que, en su mayoría, residen en zonas rurales y de difícil acceso del Perú. Tomando en cuenta esta situación, el marco regulatorio vigente y el nivel de irradiancia solar anual que presentan las regiones del Perú (entre 4.5 y 8 KWh/m2/día), la presente tesis propone evaluar y justificar la factibilidad técnica, económica y social de la instalación de un sistema fotovoltaico aislado para dotar del servicio eléctrico a localidades aisladas no conectadas a la red eléctrica pública. Para ello, se caracterizó, haciendo uso del software Matlab, los elementos que conforman el sistema fotovoltaico. Se verificaron los resultados a través del dimensionamiento de un sistema fotovoltaico regido por la Norma Técnica Peruana (NTP_MINEM) y óptimo para el consumo eléctrico domiciliario de la localidad rural seleccionada: El Vallecito, perteneciente a la región del Cusco. Además, se evaluó la viabilidad económica del acceso al servicio eléctrico domiciliario a través de un sistema fotovoltaico aislado, considerando la aplicación de la tarifa BT8 y el subsidio FOSE. Finalmente, se analizó las posibles implicancias de índole social que origina la instalación de un sistema fotovoltaico aislado como alternativa de suministro eléctrico en la localidad mencionada.
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    Estudio y análisis de un circuito de monitoreo de carga residual para prótesis epirretinal
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-05) Rodríguez Sánchez, Diego Antonio; Monge Osorio, Manuel Alejandro
    La retina es un tejido del ojo que se encarga de convertir la luz incidente en pulsos eléctricos para luego ser enviados al cerebro. Las células encargadas de dicha conversión son las células fotorreceptoras, estas hacen posible la visión. La prótesis de retina se encarga de reemplazar la función que realizaban las células fotorreceptoras al recrear la sensación de visión por medio de la estimulación de las células neuronales sanas restantes en la retina por medio del envío de pulsos bifásicos a través de un arreglo de electrodos. No obstante, una de las grandes preocupaciones en cuanto a la estimulación de la prótesis de retina, es que cualquier exceso de acumulación de carga que supere los límites de seguridad tolerables puede causar daño a la retina. A raíz de lo anterior mencionado, se procedió al estudio de un circuito cuyo objetivo es balancear la carga residual existente de forma controlada. Asimismo, se realizó un análisis de cada etapa del circuito: comparadores dinámicos, latch SR, parte de lógica y la etapa de compensación y se definió la estructura del circuito de seguridad. Por último, gracias a la herramienta Analog Design Environment de CADENCE se realizó simulaciones comprobando la funcionalidad de la solución planteada al dimensionar correctamente los transistores y definir una correcta corriente de compensación. Así pues, se obtuvo un circuito capaz de monitorear y corregir la carga del electrodo cuando ésta sale de los límites de seguridad y que presenta una baja disipación de potencia.
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    Levantamiento topográfico de alta precisión utilizando tecnología de vehículos aéreos no tripulados para fines de instalación de un sistema de riego tecnificado
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-28) Urbizagástegui Tena, Rodrigo Alonso; Flores Espinoza, Donato Andrés
    El objetivo de la presente tesis es realizar el levantamiento topográfico para la instalación de un sistema de riego tecnificado usando aeronaves no tripuladas. El procedimiento, que generará modelamientos del terreno, será registrado en este documento. Los modelamientos del terreno se obtendrán a partir de datos obtenidos por un vehículo aéreo no tripulado, los cuales deberán ser procesados y georreferenciados. A continuación, se describe cada capítulo. En el Capítulo 1, se presentará la problemática actual en la obtención de datos del terreno con topografía tradicional, también los problemas debido al movimiento de los vehículos aéreos no tripulados al momento de capturar las imágenes aéreas. Se señala el objetivo general de la tesis, así como los objetivos específicos y la justificación de la realización del presente tema. En el Capítulo 2, se dará a conocer conceptos básicos de topografía, conceptos de fotogrametría e información sobre los vehículos aéreos no tripulados. Luego, se presentarán los equipos utilizados en el proyecto: vehículos aéreos no tripulados y equipos de topografía GPS. En el Capítulo 3, se explicará la estrategia adoptada para dar solución al levantamiento topográfico, que es la motivación de la presente tesis, se describirá la metodología de trabajo desde la planificación de los vuelos hasta el momento en que se extraen los datos del vehículo aéreo no tripulado. Además de las mediciones necesarias como puntos de apoyo para la georreferenciación. En el Capítulo 4, se presentará el procesamiento de la información obtenida por los vehículos aéreos no tripulados. Se explicará las características del procesamiento de la información para obtener los modelamientos del terreno entregados. Además del control que se realizó para verificar la fiabilidad del sistema y el uso de la información para el diseño de la instalación del sistema de riego tecnificado.
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    Análisis y simulación de un motor síncrono de imánes permanentes empleando el método de control orientado de campo mediante la modulación por ancho de pulso de vector espacial
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-16) Ronceros Aparicio, Gianina María; Melgarejo Ponte, Oscar
    Hoy en día es difícil imaginar un mundo sin motores. Existen diferentes tipos y cada uno tiene características propias que los hacen ideales para una u otra aplicación. Desde el más pequeño hasta uno de gran potencia, los motores son usados en múltiples aplicaciones. Entre la variedad de motores los más comunes son los de corriente directa y los de corriente alterna. Dentro del último grupo, se encuentran los motores asíncronos, y síncronos. De ellos, los motores síncronos, aún se pueden subdividir en dos clases atendiendo al tipo de campo inductor o de excitación con que cuentan, es decir, si emplean devanado de excitación o imanes permanentes. Estos motores tienen características superiores a los asíncronos para la aplicación en los procesos donde se requieran de velocidad constante y respuesta rápida de torque. Sin embargo, su arranque o puesta en marcha y el control de su velocidad en función a la carga es muy complejo a diferencia de los motores asíncronos. Por ello, este tipo de motores requieren de sistemas complejos para controlar velocidad y torque en diferentes regímenes de funcionamiento, dado que en cada caso el motor debe mantener sus condiciones de sincronismo. Para este caso de estudio se usó el “Motor Síncrono de Imanes Permanentes” o por sus siglas MSIP, el cual es un sistema multivariable; es no lineal, y de alto acoplamiento magnético. En este caso el control vectorial de campo orientado ofrece una solución mediante transformaciones que permiten obtener un modelo dinámico del motor reduciendo sustantivamente la complejidad matemática. Por lo tanto, esta tesis está basada en el análisis del comportamiento del motor síncrono de imanes permanentes (MSIP) y la aplicación del control de campo orientado (FOC) empleando el software Matlab/Simulink. Todo el sistema de control está dividido en etapas funcionales, siendo estas: el generador de la modulación de ancho de pulso de vector espacial (SVPWM), modelo del MSIP, modulo inversor, transformación de coordenadas y sintonización de controladores. Luego, combinando esos módulos se construyó el modelo de simulación de la respuesta de velocidad y torque, dado que son los parámetros más importantes en el funcionamiento en estado estable de los MSIP. Finalmente se obtienen las gráficas que muestran que la curva de velocidad, torque y corriente llega a la respuesta deseada para diferentes niveles de carga.
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    Diseño electrónico del control de temperatura de una cámara adiabática para simulación de envejecimiento térmico
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-04) Pérez Flores, José Miguel; Carrera Soria, Willy Eduardo
    La ingeniería contribuye a la mejora de la calidad de vida de las personas debido a que siempre se encuentra en la búsqueda de la forma de más eficiente de resolver un problema o atender alguna necesidad que se le plantea. En ese sentido, el objetivo del presente estudio es atender a la necesidad de contar con un control de temperatura para la cámara adiabática del laboratorio de energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú, en la cual se piensa realizar ensayos de envejecimiento térmico, para lo cual se presenta el diseño electrónico de dicho control. Para realizar el diseño lo primero que se hizo fue solicitar los requerimientos sobre el rango de temperatura y el funcionamiento que debería tener el sistema a diseñar. Luego de lo cual se inició el estudio de las características de la cámara y definir con qué elementos se contaba para poder controlar la temperatura dentro de la misma. Así entonces se diseñaron las etapas y los elementos que intervendrían en ellas, tales como la etapa de sensado y acondicionamiento de señal, el diseño del circuito de control de potencia de resistencias calefactoras para la etapa de calentamiento y de los circuitos de control de la válvula de expansión y de encendido del compresor para la etapa de enfriamiento. Con la finalidad de verificar el funcionamiento correcto del diseño presentado, se implementaron los circuitos para determinar si cumplían con controlar cada etapa para las cuales fueron diseñados. Se comprobó el funcionamiento correcto de cada circuito a la vez que se analizó el comportamiento de la planta, que en este caso es la cámara. El análisis de los datos obtenidos al trabajar en las etapas de calentamiento y enfriamiento utilizando las resistencias calefactoras y el sistema de refrigeración respectivamente, permitió que se decida el uso de un control todo o nada para lograr controlar la temperatura. Los resultados obtenidos permitieron concluir que el diseño presentado en esta tesis permite controlar la temperatura al interior de la cámara dentro del rango establecido de -20ºC y 80ºC, con un error de 1.1 ºC.
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    Desarrollo de un sistema portátil de estimulación eléctrica funcional (FES) para pacientes con síndrome de pie caído
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-09-06) Calderón Flores, Renzo Fabrizzio; Toledo Ponce, Eduardo Fernando
    El síndrome de pie caído, es considerado una discapacidad motriz, motora, de desplazamiento o física. El problema principal es la debilidad o contractura de los músculos dorsiflexores del tobillo, principalmente el tibial anterior. Las causas pueden ser congénitas o adquiridas; las más comunes son las siguientes: trastornos neurodegenerativos del cerebro, trastornos de las neuronas motoras, lesión a los nervios raíces, trastornos de los nervios periféricos y trastornos musculares. Las personas con este síndrome arrastran los dedos del pie afectado al caminar, o doblan las rodillas más de lo necesario para evitar el arrastre de los dedos, lo cual es conocido como marcha equina; en ambos casos, lo que se genera es una marcha ineficiente, antiestética, con riesgos de caídas y mayor gasto energético. La sola idea de mejorar esta situación, tiene un precio invaluable para estas personas, y gracias a la tecnología actual, es posible hacerlo. Por lo tanto, el presente trabajo tiene como objetivo final el diseño, desarrollo e implementación de un prototipo económico y portátil de sistema de estimulación eléctrica funcional (FES por sus siglas en ingles) para personas con síndrome de pie caído. Si bien no se realizaran pruebas clínicas del prototipo implementado, este contará con metodologías y parámetros utilizados en los distintos sistemas FES comerciales para el mismo fin. Para el desarrollo del prototipo, se distribuyó su funcionamiento en dos unidades, una encargada del sensado, y la otra, de electro-estimulación. Cada una comprendida por distintas etapas cuyo diseño está basado en una solución adecuada y acorde a los objetivos planteados. Finalmente, se presenta el prototipo en una carcasa pequeña y liviana, asegurando la portabilidad de este. En el primer capítulo de la presente, se desarrolla la problemática de ese síndrome, la cual enfocada a la realidad del país, conlleva a una justificación, determinando así los objetivos y alcances del prototipo. El en segundo capítulo se detallan los fundamentos teóricos y las metodologías utilizadas por fabricantes de dispositivos FES comerciales. En el tercero, se realiza el análisis de todas las etapas del sistema a implementar, detallando cada elección tomada correspondiente a componentes y diseños electrónicos. Finalmente, en el último capítulo se muestran los resultados del prototipo implementado.
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    Implementación de una estación remota de monitoreo estructural para el seguimiento y control del estado actual de los monumentos de relevancia histórica en el Perú
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-08-15) Fosca Gamarra, David; Castañeda Aphan, Benjamín
    El Perú posee una cantidad invaluable de monumentos históricos que son vulnerables a altos niveles de actividad sísmica. En cuanto a su conservación, la mayor parte del esfuerzo de restauración gira entorno a daños visualmente detectables como, por ejemplo, trabajos de resanación estética. Estos esfuerzos resultan insuficientes para asegurar la integridad estructural del monumento a largo plazo. Por otro lado, el monitoreo de salud estructural es un método no invasivo que utiliza sensores de aceleración junto con algoritmos de análisis modal para obtener y analizar los parámetros dinámicos de una estructura y detectar daños a lo largo del tiempo. La primera parte de la presente tesis se basa en la implementación de una estación remota de monitoreo de salud estructural (MSE) en la Iglesia San Juan Bautista de Huaro en Cusco, junto con integrantes del grupo de investigación “Ingeniería y Patrimonio PUCP” y bajo el financiamiento de FONDECYT (Proyecto - ID 349/316 - 222-2015). La implementación, consta de tres etapas principales: i) Adquisición/Centralización de los datos de aceleración, ii) Procesamiento/Almacenamiento para obtener los parámetros dinámicos, y iii) Visualización de los resultados desde cualquier dispositivo con acceso de internet. El último punto se presenta con mayor detalle por ser la tarea específica designada. Para ello, se configuró un servidor web de “Amazon Web Services” para alojar los parámetros dinámicos en una base de datos y graficarlos en una plataforma web. De esta manera, se logró compartir diez meses de información de monitoreo con la comunidad científica en el congreso internacional de análisis estructural SAHC 2018. Además, en base a los incidentes más trascendentales durante la operación del sistema completo de MSE, se proponen recomendaciones para implementaciones futuras. La segunda parte de la tesis es el diseño e implementación de un nodo sensorial de aceleración como herramienta alternativa para aplicaciones de MSE con el uso de redes inalámbricas de sensores. En base a la experiencia ganada en la primera etapa del trabajo y una revisión exhaustiva del estado del arte, se determinaron los requisitos y seleccionaron los componentes electrónicos necesarios para el diseño e implementación del nodo sensorial inalámbrico. Se programó un microcontrolador MSP432 con ADC de 14 bits para adquirir y procesar las señales de un micro acelerómetro analógico LIS344ALH, y se empleó un transmisor RF Xbee S2C para la comunicación inalámbrica. Algunos de los resultados del diseño e implementación del nodo son: i) Adquisición de señales de aceleración con una resolución máxima de 1 mg gracias al diseño propio de una tarjeta de acondicionamiento de señales, ii) Identificación local de las frecuencias fundamentales de vibración asociadas a la señal de ingreso mediante el procesamiento de la FFT en el nodo sensorial, y iii) Comunicación inalámbrica efectiva de los datos de aceleración hasta una distancia de 30 metros.