Ingeniería Mecatrónica (Lic.)

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Acoplamiento para drones del tipo multirrotor enfocado a la limpieza de fachadas de edificios
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-11) Lema Eros, Rafael Williams; Saito Villanueva, Carlos
Los drones actualmente han tomado relevancia en un gran número de industrias como la fotografía, cine, agricultura e incluso minería, lo que demuestra el gran potencial de esta tecnología. Sin embargo, sus aplicaciones pueden ir aún más lejos y llegar a industrias como la de limpieza de edificios donde pueden aportar una mayor eficiencia en tiempo y costos, además de reducir los peligros a los que los limpiadores de alturas están expuestos. Pero esto es algo que un dron multirotor no podría lograr por sí solo, ya que requeriría de adaptaciones y de otros sistemas que permitan a esta tecnología lograr introducirse en la industria de limpieza de edificios. Por tal motivo, el problema que se busca solucionar con el presente trabajo de investigación es disminuir la tasa de accidentes y exposición a lesiones de los limpiadores de edificios en alturas. Así como, reducir el tiempo y dinero requerido para realizar dicha tarea en edificios que no superen los 10 pisos de altura. El objetivo principal del presente trabajo es diseñar un acoplamiento con una carga útil inferior a los 5 kilos, para un dron comercial del tipo multirrotor con el propósito de realizar la limpieza de la fachada de edificios no mayores a 10 pisos utilizando agua a presión. Por otro lado, los objetivos específicos que se deben cumplir son: Investigar el estado de las tecnologías y sistemas actuales relacionados con la limpieza exterior de edificios, diseñar el sistema eléctrico / electrónico para regular la energía de cada parte del sistema, definir los sistemas de control que permitan a la solución operar de forma eficiente, diseñar el sistema mecánico que contenga los componentes necesarios, realizar los planos mecánicos y electrónicos del sistema y determinar el costo de desarrollo e implementación. Para cumplir dicho objetivo se encontró óptimo utilizar un dron comercial para realizar la función del desplazamiento del módulo. Este estará acoplado al dron y se encargará de dirigir el chorro de agua, así como grabar y transmitir en tiempo real el proceso de limpieza a una interfaz en tierra. Por otra parte, se diseñó una estación ubicada a nivel del suelo que se encarga de suministrar agua a presión y energía al módulo. El trabajo concluye con el alcance del objetivo general, puesto que se diseñó un acoplamiento, con una carga útil de 2, 432 kilos, para el dron comercial DJI S900 con el propósito de realizar la limpieza de la fachada de edificios de hasta 6 pisos utilizando agua a presión.
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Activación de una máquina automática de cocción de granos de maíz mediante una interfaz cerebro-computador que detecta caídas de rendimiento cognitivo en estudiantes durante sesiones de aprendizaje buscando brindar descansos saludables
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-22) Ramírez Castillo, Jorge Armando; Chau Delgado, Juan Manuel
En la actualidad, se ha vuelto común que los estudiantes realicen actividades académicas durante largas horas sin tomar descansos, lo que los lleva a agotarse mentalmente y mermar su capacidad para aprender de manera efectiva. Debido a los cortos tiempos que tienen disponibles para prepararse algún alimento nutritivo, adquieren hábitos erróneos de alimentación en su día a día, comprometiendo a la vez su aprendizaje. Por esta razón, resulta importante conocer los momentos en que el rendimiento cognitivo es deficiente, para así dejar de realizar una actividad académica y tomar un descanso saludable, teniendo un periodo de desconexión total. El presente trabajo, propone entonces el diseño de una máquina automática de cocción de granos de maíz basada en un sistema de aire caliente, la cual opera sin requerir la supervisión del usuario; y su sistema de activación mediante una Interfaz cerebro-computador (BCI), la cual detecta el momento previo a un bajo rendimiento cognitivo durante sesiones de estudio para brindar un descanso saludable mediante la preparación de un alimento nutritivo de tal manera que el usuario pasará a recoger el alimento una vez que esté listo, dependiendo si se detecta un bajo rendimiento cognitivo o no. Para evaluar el desempeño cognitivo de las personas y realizar la activación de la máquina, se consideró el desarrollo de un método para evaluar las tendencias de tres estados mentales: atención, fatiga mental y estrés como los más representativos, en diferentes conjuntos de datos, el primero en experimentos en simuladores de manejo monótonos, y el segundo grabado con el dispositivo EEG g.Nautilus Pro durante sesiones de estudio específicamente para validar el método propuesto. Durante los primeros cinco minutos, que corresponden al periodo de calibración, se calculó un baseline, que permita re-referenciar los estados mentales asociados a dicha sesión, antes de aplicar un conjunto de reglas para enviar la señal de advertencia al usuario y producir la activación e indicándole cuando se haya terminado con el proceso de preparación para que se levante a recoger el alimento y descansar. Los resultados obtenidos para 62 sesiones dentro de un simulador de manejo monótono, cuya duración promedio por sesión fue de 78.5 22.4 minutos, y con un momento de detección promedio a los 35.3 18.9 minutos; y para 3 sesiones de estudio, con una duración promedio por sesión de 27.5 5 minutos y con un tiempo de detección promedio de 11.5 2.2 confirman la evidencia de que las actividades que demandan una carga cognitiva no pueden realizarse en periodos prolongados, ya que el rendimiento cognitivo no es constante, por lo que brindar un descanso para desconectarse resulta importante para recuperarse y volver con motivación para continuar con la actividad.
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Active noise control for motors in operating range from 200 TO 3000 RPM and noise levels around 90 dBA
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-27) Lengua Arteaga, Juan Carlos Rajit; Calderón Chavarri, Jesús Alan
La continua exposición al ruido es un mal que podría generar un efecto adverso para la salud. Sin embargo, es considerado como un efecto inherente a los procesos industriales, incluso propio de áreas comerciales en las que es difícil fiscalizar debido al alto tránsito y congestión vehicular. No obstante, en muchos casos se ha tratado de reducir sus efectos utilizando mecanismos pasivos como el uso de materiales absorbentes, los cuales, a pesar de ser efectivos en algunos casos, pueden resultar insuficientes para cancelar ruido a bajas frecuencias. Por otro lado, puede ser impráctico para zonas en las que el espacio es limitado. En busca de resolver estas desventajas, mecanismos de control activo, en los que es necesario tener fuentes secundarias de sonido, se han desarrollado para la cancelación del ruido mediante interferencia destructiva. Debido a que una segunda fuente de sonido es necesaria, dicha fuente necesitará controlarse mediante un algoritmo que pueda obtener la superposición deseada. En el presente trabajo, algoritmos de control activo de ruido son analizados, simulados e implementados. Así mismo, se presenta al algoritmo Least-Mean-Square como el más conveniente en control de ruido. Finalmente, motores eléctricos y de combustión interna dentro del rango de 200 a 3000 RPM (revoluciones por minuto), los cuales generan alrededor de 90 dB de ruido, son evaluados.
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Aeronave solar no tripulada de larga autonomía para retransmitir internet en el caserío de Sapchá, Asunción, Áncash
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-29) Mejía Miranda, Miguel Alonso; Saito Villanueva, Carlos
La geografía escarpada del Perú hace muy difícil contactar con pueblos rurales, especialmente en la sierra y selva, donde los abruptos Andes o los enmarañados bosques amazónicos retan a los métodos convencionales de ingeniería y obligan a idear soluciones no tradicionales. En la era de la globalización, el desarrollo de las sociedades está cada vez más relacionado con el acceso a las redes de información, las cuales están dejando progresivamente los cables en el pasado para dar paso y supremacía a las señales inalámbricas, ya sea a través de satélites o de antenas terrestres. Así, cualquier aparato o instrumento que tenga capacidades de recepción inalámbrica puede conectarse a las redes mundiales (principalmente Internet) siempre y cuando esté dentro el rango o alcance del transmisor. Entonces, con objetivo principal de: dar acceso a Internet a pueblos rurales del territorio nacional, que servirá para mejorar los servicios de educación, salud, prevención de desastres, respuesta frente a emergencias y otros, se diseña un sistema mecatrónico llamado Aeronave no Tripulada de Larga Autonomía, que volará sobre los poblados rurales durante el día y la noche gracias a su funcionamiento mediante energía solar y baterías de larga duración, mientras retransmite señal de Internet, a manera de antena móvil. Queda fuera del alcance de este trabajo la recepción de la señal primaria, es decir, el cómo llega la señal a la aeronave. Para cumplir el objetivo, se usó la metodología de diseño VDI 2225, y luego de ponderar los tres conceptos de solución y realizar un análisis técnico-económico se selecciona un avión construido en madera balsa y fibra de carbono que posee una envergadura de 4.35 metros, un largo de 1.80 metros y una masa de 6.5 kilogramos. Puede volar por más de 24 horas a una altura de 500 metros sobre el suelo a velocidades recomendadas entre 12 y 16 m/s.
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Automatización de pruebas de cilindros telescópicos de levante de tolvas en camiones mineros
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-11-28) Munayco Ormeño, José Gabriel; Barriga Gamarra, Eliseo Benjamín
El proyecto tuvo como objetivo lograr la automatización de la prueba en cilindros telescópicos. Con la automatización se logra: disminuir el tiempo de prueba, tener un estándar de pruebas que verifiquen la integridad de los cilindros, y desarrollar las pruebas con la mínima intervención del usuario. El proceso de prueba se desarrolla tomando como referencia la norma SAE J1334 “Hydraulic Cylinder Integrity Test” y parámetros internos de la empresa proveedora de los cilindros. No obstante, para efectos de la automatización fue necesario establecer variables cuantificables como indicadores de la calidad del cilindro (fugas internas, fugas externas).Para el diseño del concepto preliminar se consideraron bancos que operen tanto de forma asistida o automática y sistemas que puedan ejecutar la secuencia de operaciones definida. Es necesario el desarrollo de un concepto preliminar pues establece las condiciones limitantes para la automatización y la elección de componentes. El desarrollo de esta tesis está organizado del siguiente modo: Análisis contextual, en este capítulo se describe de forma específica el componente que se desea probar y el sistema al que pertenece; adicionalmente se muestran los procesos desarrollados actualmente en taller asociados al sistema de levante. Estado de la tecnología, en este capítulo se hace un estudio de sistemas similares que desarrollen pruebas en cilindros hidráulicos y las consideraciones que se tomaron en su diseño. Diseño conceptual, se desarrolla la secuencia de operación del sistema, y en base a esta se determina los componentes que se requieren para automatizar la prueba; se evalúan los posibles conceptos y se llega a una solución óptima por medio de un análisis técnico económico. Selección de componentes, una vez alcanzado el concepto definitivo, se determina de forma específica que componentes se van a utilizar, se comprueba que los componentes tengan un rango de acción acorde a las variables del sistema. Programación del controlador, se desarrolla el programa de control del sistema usando el software TIA PORTAL para interactuar con PLC’s de la marca SIEMENS, se muestra la lógica previa a la programación y los diagramas de flujo. Planos y estimación de costos, en este capítulo se presentan los planos eléctricos e hidráulicos del sistema, seguidamente se estima el costo final del proyecto. Conclusiones y recomendaciones, finalmente se concluye el alcance que tuvo la tesis y se plantean recomendaciones sobre el proceso de pruebas planteado.
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Automatización de una máquina cortadora plasma para materiales metálicos de espesores entre 1 y 50 mm
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-07-29) Pérez Peña, Leonidas Israel; Lengua Huertas, César Antonio; Tafur Sotelo, Julio César
En el sector de metal mecánica el trabajo de corte de metales es realizado en condiciones de labores peligrosas y hostiles para los técnicos u operarios que la realizan, por lo cual se busca la automatización del proceso mediante un sistema mecatrónico. El trabajo realizado consiste en el diseño de una máquina que automatiza el corte plasma de láminas de acero de espesores variables, tubos, perfiles y elementos de máquinas, mediante una mesa de movimientos cartesianos y una cortadora plasma manual la cual se acopla al cabezal de corte. Para el diseño mecatrónico y obtención de requerimientos se consultó a los dueños y gerentes de talleres de trabajo metal- mecánico sobre los trabajos de corte que realizan y sus necesidades particulares. A esto se suman los requerimientos de ingeniería propuestos para obtener una diferenciación frente a equipos ya existentes en el entorno. Después del diseño se verifica que las ventajas competitivas propuestas de la máquina a diseñar como el espacio que ocupa y la no liberación de emisiones gaseosas son posibles más suman al costo final una cantidad que supera el admisible para ser adquiridos por los emprendedores. Por otro lado su principal característica es el funcionamiento automático efectivo para el corte de figuras complejas o que requieren exactitud mayor a la que se obtiene con el pulso del operario. Se concluye que es posible la fabricación de máquina y sistemas más eficientes o con características más deseables pero para que sea rentable esta mejora y no afectar el precio máximo que pagarían los clientes se debe pensar en producciones de miles de máquinas y procesos de producción normalizados y automáticos.
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Automatización del proceso de carga y descarga de metales en un electroimán de una planta minera
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-08-24) Nuñez Cornejo, Ivanovha Grace; Madrid Ruiz, Ericka Patricia
En el sector minero se privilegian los proyectos orientados a disminuir los accidentes laborales y a optimizar los procesos de extracción y tratamiento de mineral, iniciativas propuestas en esta línea son ampliamente aceptadas y beneficiadas con la asignación de recursos para su implementación. El siguiente trabajo presenta la automatización del proceso de carga y descarga de forma automática de los metales (inchancables), acumulados en el electroimán de una planta de chancado del sector minero, disminuyendo de esta forma la exposición del personal a posibles accidentes laborales y optimizando el proceso de separación de inchancables. Durante la extracción de mineral, se utilizan aceros para la perforación y sostenimiento del macizo rocoso, que finalmente después de la voladura se mezcla con el mineral que es transportado hacia chancado. Este material inchancable debe ser retirado de forma eficiente para evitar daños a los equipos de chancado y cortes longitudinales y/o transversales en las fajas transportadoras. Para alcanzar el objetivo principal del presente trabajo, se definieron los requisitos del usuario, requerimientos del proyecto; además, del estado del arte actual para conocer las tecnologías y equipos existentes para el proyecto, se siguió la metodología de diseño mecatrónico donde, a través de una matriz, se realizó la selección de la solución conceptual; asimismo, se realizaron los cálculos de la estructura y simulación, así como la selecciónde los componentes eléctricos y electrónicos del sistema; finalmente se elaboraron los planos mecánicos, eléctricos y de control. La inversión del proyecto está plenamente justificada, desde el punto de vista de seguridad del personal, al disminuir la exposición de los operadores, así como también de lo económico al evitar paradas no programadas prolongadas del circuito de chancado y transporte de mineral al usar medios alternos para alimentar de mineral a la planta de beneficio.
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AUV para prospección arqueológica del fondo marino mediante un sonar de barrido lateral
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-10-29) Quispe Anchante, René Gustavo; Hidalgo Herencia, Franco
La exploración subacuática se ha venido desarrollando desde ya hace muchos años tanto con fines arqueológicos y científicos como económicos, pues existen gran diversidad de seres vivos, ecosistemas y minerales bajo el agua. En lo que respecta a la arqueología subacuática, esta tiene por objetivo el estudio de elementos históricos que yacen en un medio acuático con el fin de poder reconstruir el pasado o de realizar rescates de elementos de índole histórica. La particularidad de encontrarse en un medio líquido hace que los profesionales recurran a métodos no convencionales tanto por la forma en que estos elementos se conservan como por la accesibilidad que se tiene a estos elementos (gran profundidad bajo el agua). Actualmente en el Perú existe un gran potencial para la exploración marina con fines arqueológicos, aunque aún no se cuenta con equipos de alta gama para dichas labores. Entre algunas zonas de interés para estudio podemos mencionar las Islas Chincha ubicadas a unos 20 km de la costa sur del país, el fondo marino del Callao con embarcaciones de la época colonial, entre otros. Para tales estudios existen diversos métodos de prospección que son de gran ayuda para localizar potenciales regiones con material de estudio importante. De entre los más destacados se puede mencionar el método por Sonar de Barrido Lateral (SSS por las siglas en inglés de Side Scan Sonar) en el que se obtienen imágenes, construidas a partir de lectura de ecos acústicos, del fondo del mar que son posteriormente analizadas e interpretadas por un experto. Para llevar a cabo estos estudios en nuestro país, generalmente se hace uso de navíos de gran tamaño que necesitan de una gran inversión para cada exploración realizada. Por lo tanto, las investigaciones se ven, en parte, limitadas económicamente. Una alternativa a lo mencionado es la intervención de los AUV’s (Autonomous Underwater Vehicle) que vienen siendo desarrollados en diferentes partes del mundo. Esta clase de equipos son más livianos, fáciles de usar (a comparación a los métodos tradicionales) y con un costo menor por exploración. El presente trabajo tiene por objetivo diseñar un prototipo de un AUV que gestione un sistema de navegación, sistema de propulsión e instrumentos de orientación y medición con el objetivo de controlar adecuadamente el movimiento del equipo para poder realizar escaneos del fondo marino mediante un Sonar de Barrido Lateral. A dicho prototipo se le podrá indicar ciertos parámetros para que de forma autónoma se movilice a un área definida cerca a nuestro litoral y pueda realizar inmersiones y exploraciones en las zonas indicadas para luego volver al punto de inicio y entregar los datos recopilados durante la travesía al usuario investigador. Estos datos recopilados podrán ser posteriormente analizados y procesados por un experto para construir imágenes del fondo marino en las cuales se puedan apreciar restos arqueológicos.
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Boya de salvamento automatizada para rescates en naufragios
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-11) Gago Fuentes, Jim Enrique; Madrid Ruiz, Ericka Patricia
El sector turístico marítimo a nivel mundial se ha incrementado significativamente en los últimos años. Por lo tanto, la demanda de tener mayores opciones de seguridad dentro de las embarcaciones ha tenido que ser mejorada continuamente. Dentro de las alternativas de servicio al cliente, los cruceros deben tener un sistema adecuado de evacuación en caso de naufragio. El sistema tradicional de evacuación a veces demora tanto que por más seguros que sean botes salvavidas no son suficientes para evitar que las personas salten a mar abierto antes que el proceso concluya. En este escenario se identificó que estas personas tienen poca probabilidad de sobrevivir debido a que pueden desaparecer por las fuertes corrientes o bien ahogarse. Por tanto, el presente trabajo tiene como objetivo el diseño de un sistema de rescate que no dependa del tiempo de evacuación, para poder brindar a las personas un elemento de seguridad, que ayude a su supervivencia en mar abierto. En ese sentido, la “boya de salvamento automatizada para rescates en naufragios”, es un sistema mecatrónico que detecta la presencia de las personas en el mar, proporciona automáticamente un bote salvavidas inflable, cuenta con un sistema de comunicación vía GPS y un sistema de alarmas visuales y sonoras para que sea fácilmente detectable en mar abierto, bajo cualquier circunstancia.
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Brazo robótico de 5GDL con sistema de control modificable por el usuario para fines de investigación en ingeniería robótica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-01-18) Soto Bravo, Carlos Andrés; Peña Pachamango, Denis Bryan
En el presente trabajo se plantea el diseño de un brazo robótico de 5 grados de libertad con un sistema de control de movimiento modificable por el usuario y un control de seguridad que garantice el bienestar del usuario y de la máquina. Se realizan los cálculos del diseño mecánico y electrónico necesarios que garanticen el buen funcionamiento de la máquina. Para ello, se obtiene el modelo cinemático del brazo robótico por medio de la obtención de los parámetros de Denavit-Hartenberg y el método geométrico. Por otro lado, se obtiene el modelo dinámico del robot resolviendo las ecuaciones de Euler-Lagrange. El dimensionamiento de piezas, ensamblaje y planos mecánicos del robot se realiza mediante el software Autodesk Inventor; así como también se consigue exportar el archivo CAD al software Matlab con la finalidad de corroborar una posible aplicación del diseño propuesto. Además, se realiza los circuitos esquemáticos del sistema usando el programa Eagle, para la selección de componentes electrónicos se hace uso de diferentes manuales y datasheets otorgados por los fabricantes. Para la cotización de los componentes utilizados, se obtuvo proformas y cotizaciones por correo electrónico, cabe resaltar que en el caso de componentes importados se está Considerando el costo de envió. Respecto a los resultados obtenidos, estos fueron positivos debido a que se consigue tener un diseño de brazo robótico que sea seguro para el usuario debido a que contiene sensores de corriente para evitar una sobrecarga en los motores y una parada de emergencia para detener el movimiento del robot cuando se requiera. Además, se le permite al usuario colocar las diferentes ecuaciones de movimiento para el control de robot y de esta manera poder tener un control libre a voluntad del usuario. Algunos cálculos fueron realizados por el software Autodesk Inventor, el reporte mostrado por este programa mostró un diseño valido y resultados positivos que ratificaron como correctos los parámetros ingresados para su análisis. En conclusión, el brazo robótico diseñado tiene un fin educacional y de investigación. El sistema de control de movimiento puede ser modificado por el usuario; es decir, le permite alterar diferentes parámetros en las ecuaciones de movimiento para su control. Cabe resaltar que se le proporciona al usuario información de la cinemática y dinámica del brazo robótico; de esta manera, con pruebas experimentales es posible corroborarlas. Esta información ayudará al usuario a realizar el control del brazo robótico diseñado.
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Cuadricóptero con sistema de recopilación de datos y transporte de sensores remotos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Ponce Sánchez, Jorge Junior; Santos Llave, David Javier
La aplicación de redes inalámbricas de sensores para el monitoreo de parámetros físicos como humedad, temperatura, radiación, luminosidad, vibración, concentración de gases contaminantes, entre otros, es útil porque brinda información precisa para el análisis de distintos ecosistemas en estudios de impacto ambiental, investigación biológica y meteorológica. Sin embargo, se observa dos limitaciones en el uso de esta tecnología. Primero, la instalación de los elementos de la red es una ardua tarea en lugares remotos de difícil acceso como cuencas, nevados, lagos, cerros, ríos, entre otros. Segundo, el tiempo de servicio de los sensores está limitado por la capacidad er,ergétiea de sus baterias, su consumo se acelera porque los datos sensados tienen que ser retransmitidos desde los sensores finales hasta el nodo coordinador de la red, el cual es un equipo costoso y que demanda de un suministro eléctrico de mayor potencia. En consecuencia, el mantenimiento de la red se complica y encarece porque el acceso a los dispositivos demanda mucho tiempo al personal. Ante esta problemática, el presente trabajo pr-opone el diseño de un sistema mecatrónico para transportar los sensores hacia lugares de dificil acceso y recopilar inalámbricamente los datos sensados. En efecto, se ha desarrollado un cuadricóptero (vehículo aéreo no tripulado UAV de cuatro motores) con tres subsistemas. El primero sirve para lograr el vuelo autónomo del vehículo, ya que incluye a un controlador autopiloto que tiene grabada una ruta que le indica sobrevolar por puntos de paso señalados por el usuario en un mapa digital. El segundo es un mecanismo que carga los sensores y los distribuye en puntos georreferenciados en el área de estudio. El tercer subsistema recopila la información tomada por los sensores del ambiente, incluye a un microcontrolador, una memoria SD y un módulo de radiofrecuencia. El módulo RF a bordo del vehículo se comunica con cada uno de los sensores en tierra y recibe los datos sensados, los cuales son direccionados por el microcontrolador hacia la memoria SD, así toda la información queda almacenada para su posterior análisis. De esta forma se busca ampliar el uso de los sensores inalámbricos, ya que este vehículo evitaría el esfuerzo físico de los investigadores para ubicarlos en el área de estudio. Además prolongaría el tiempo de servicio de los dispositivos, ya que el alto consumo energético por las constantes retransmisiones ya no sería necesario, debido a que el vehículo se acercará a cada sensor para recoger inalámbricamente los datos de los parámetros sensados. En el capítulo 1 se presenta la problemática en la aplicación de redes inalámbricas de sensores. En el capítulo 2 se presentan las condiciones y requerimientos que el sistema mecatrónico propuesto debe ser capaz de satisfacer y una introducción acerca del modo en que el sistema logrará cumplir tales requerimientos. En el capítulo 3, se detallan los componentes mecánicos, los dispositivos electrónicos de control y potencia, el sistema de comunicación inalámbrico con los sensores remotos; así como la explicación de su funcionamiento a través de ilustraciones, planos y esquemas. En el capítulo 4 se calcula el costo de fabricación del vehículo. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones del trabajo de diseño, así como las recomendaciones pertinentes. Finalmente, se ha detallado en los anexos los cálculos de diseño del sistema, el proceso de selección y las especificaciones técnicas de los componentes electrónicos, las cotizaciones para la fabricación del sistema, los planos de despiece y ensamble de los elementos mecánicos.
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Del laboratorio a la línea de producción: escalando la fabricación de vidrio automotriz para control solar
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-11) Temoche Solano, Eduardo David; Villota Cerna, Elizabeth
Este proyecto se implementó en una empresa dedicada al desarrollo, fabricación, comercialización y distribución de vidrios blindados, laminados y templados para uso automotriz y defensa. La empresa presenta 2 líneas de negocio: Vidrios inteligentes - Soluciones de vidrio de alta tecnología para el futuro de la movilidad aplicada a autos de gama alta. Vidrios de seguridad - Soluciones de vidrio resistente a balas para aplicaciones civiles. Dentro de la línea de negocio de vidrios inteligentes se tienen como tecnologías principales a Recubrimientos de control solar, Formas complejas, Impacto, Electrónica, Vidrios delgados y Camera. El presente informe está centrado en la creación de una línea de recubrimientos de control solar, partiendo desde pruebas a escala pequeña en los laboratorios de investigación y desarrollo, siguiendo con el prototipado a escala real para finalmente crear y poner a prueba la línea comprobando que sea capaz de producir vidrios recubiertos cumpliendo con los requerimientos según normas internacionales automotrices y según especificaciones internas de cada cliente. El equipo de trabajo para el desarrollo del proyecto estuvo compuesto por un Gerente de proyecto, Licenciados de Gestión y Alta Dirección, Licenciados en Negocios Internacionales, Ingenieros Mecatrónicos, Ingenieros Mecánicos, Ingenieros Electrónicos, Físicos y Especialistas en Ciencias de los Materiales.
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Desarrollo de sistema robótico (ROV) avanzado de monitoreo de grandes profundidades
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-02) Vargas Alfaro, Miguel Angel; Arce Cigüeñas, Diego Martin
Actualmente, la evaluación del impacto de la explotación de recursos marinos (pelágicos y bentónicos) ocasionada por la industria pesquera no se desarrolla de la manera más eficiente. La principal razón de esto es la falencia de herramientas tecnológicas necesarias para realizar inspecciones submarinas en nuestro país, además de deficientes metodologías de evaluación y monitoreo. Como respuesta, se diseña e implementa un robot submarino ROV (vehículo remotamente operado), con la capacidad de sumergirse a profundidades entre 500 y 750 metros y poder transportar diferentes equipos que permitan la adquisición de datos necesarios para la evaluación, tales como sistemas de visión y sondas para el monitoreo de parámetros marinos. El presente informe se centra en las funciones de un ingeniero de proyectos, especializado en diseño, implementación y puesta en marcha del sistema mecánico-eléctrico de la propuesta desarrollada, teniendo como objetivo principal la entrega de un prototipo funcional de vehículo robótico ROV. Se expone el estado de la tecnología, criterios de diseño, detalles de la implementación, fabricación y parte de las pruebas finales realizadas con el prototipo. Al final del presente trabajo se logra obtener un prototipo funcional de vehículo robótico ROV con la capacidad de operar entre 500 y 750 metros de profundidad marina. Se realizó con éxito el diseño, implementación y pruebas planteadas.
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Desarrollo de un sistema tipo wearable para medición de fuerzas verticales de contacto pie-piso con aplicación en el voleibol
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-04) Bravo Thais, Leonardo Gabriel; Villota Cerna, Elizabeth Roxana
Con la finalidad de que los deportistas realicen un buen desempeño en el campo, se busca siempre brindarles un adecuado entrenamiento, con herramientas que les ofrezcan una retroalimentación que permitan la mejora del rendimiento deportivo, así como la disminución de las probabilidades de sufrir una lesión. Sin embargo, la implementación de dichas herramientas tecnológicas en los centros deportivos es complicada debido a que estas son escazas y en muchas oportunidades costosas. Además, se requiere que el entrenador esté capacitado para interpretar y entregar adecuadamente la información obtenida a los deportistas. En ese contexto, en el Perú se viene estudiando el gesto de la recepción en vóleibol con el fin de mejorar el rendimiento deportivo. Un parámetro estudiado en este proyecto es la fuerza de contacto pie-piso para poder obtener los momentos en las articulaciones al realizar un análisis de dinámica inversa. Con el fin de cuantificar dicha fuerza se utilizan plataformas de medición; no obstante, el uso de estas plataformas tiene tres inconvenientes: son costosas, pesadas y restringen el movimiento del jugador durante la ejecución del gesto ya que este debe posicionar los pies dentro del área de medición. Buscando solucionar estos inconvenientes la presente tesis trata sobre el desarrollo de un sistema de medición de fuerzas verticales de contacto pie-piso que sea ligera, que no restrinja el movimiento del jugador y que su costo sea menor que los productos actuales similares. El sistema diseñado tipo wearable; es decir, que puede ser llevado en el cuerpo como una prenda o un accesorio, cuenta con tres partes principales. En primer lugar, posee una plantilla de calzado con sensores de fuerza integrados en ella. La plantilla está conformada por una capa inferior donde se ubican los sensores y una superior que cuenta con unos concentradores que distribuyen la fuerza ejercida por el jugador en todos los puntos de medición. En segundo lugar, el wearable posee una carcasa que se posiciona en la pierna de la persona y que contiene componentes electrónicos. Con estos se adquiere y procesa la información referente a las fuerzas verticales de contacto para calcular la fuerza resultante vertical y la posición del centro de presiones. Por último, se cuenta con una aplicación para celular la cual cumple con la función de interfaz gráfica para operar el sistema y para visualizar los datos obtenidos. La metodología para el diseño seguida consiste en la búsqueda de información correspondiente al estado del arte. Posteriormente, se proponen conceptos de solución para el problema tratado, de los cuales se escoge el óptimo. Luego se realizan los cálculos necesarios para una selección de los componentes mecánicos y electrónicos. Así también, se diseña el software para el procesamiento y visualización de los datos. Adicionalmente, se fabrica un prototipo para validar el funcionamiento del sistema diseñado y para encontrar oportunidades de mejora en él. Por último, se realizan las pruebas de validación de los resultados obtenidos por el prototipo.
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Diseño de acople mecatrónico para automatización de sillas de ruedas convencionales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-24) Campos Verdi, Kiara Jesenia; Furukawa Fukuda, Roberto Sumiyoshi
En la actualidad se estima que 73 millones de discapacitados necesitan el uso de una silla de ruedas. Además, el 80% de ellos viven en países de bajos recursos, por lo cual les es más difícil conseguir una silla de ruedas eléctrica cuyo precio en el mercado es de $1000 en adelante, aproximadamente 12 veces el costo de una convencional. A pesar de su precio económico, las sillas de ruedas manuales poseen desventajas de eficiencia de impulso aprovechado para el movimiento y sobre exige los músculos del pecho y hombro para lograr el movimiento. Es por lo anterior que este trabajo tiene como objetivo el diseño de un acople mecatrónico para sillas de ruedas convencionales con el fin de automatizarlas. Además, contará con un mando adicional cuyo uso podrá ser alternado con el del joystick para tener una mayor libertad en las manos. De esta forma, el usuario podrá tener una silla de ruedas eléctrica a un costo menor lo cual es conveniente sobre todo en los sectores económicos B y C. El mando adicional mencionado será una banda que sujetará el celular del usuario la cual se pondrá a la altura del abdomen del usuario. El celular enviará la inclinación que posee respecto a los ejes x, y, z por Bluetooth al microcontrolador la cual se traducirá en instrucciones para el movimiento de la silla de ruedas. Al controlarse de esa forma, el usuario ejercitará la zona abdominal, actividad recomendada para rehabilitación.
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Diseño de automatización del laboratorio de acuicultura del IMARPE mediante un SCADA
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-06-09) Trejo Ponte, Edwin William; Hidalgo Herencia, Franco
En la actualidad, el laboratorio de acuicultura del Instituto del Mar del Perú (IMARPE) cuenta con 5 salas dedicadas a distintos organismos marinos para su investigación. Estos ambientes son: sala de microalgas, sala de alimentos vivos, sala de larvicultura, sala de moluscos y sala de reproductores. En estos espacios, se desarrollan diversos estudios como el comportamiento de los peces, la aceleración en su crecimiento y el mejorar el proceso reproductivo. Además, todos son operados de forma manual por los trabajadores de la institución y muchas veces demandan de equipos portátiles para cumplir su labor. El objetivo de este trabajo es diseñar la automatización del laboratorio mediante un sistema SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) que brinde la opción de controlar y monitorear diversos parámetros remotamente. La temperatura, el flujo de oxigenación, el caudal del agua de mar, radiación UV e iluminación son las medidas más esenciales. Por ello, se emplean PLC’s para las señales de control con sus respectivos módulos de expansión de entradas y salidas, ya sean analógicas, digitales o del tipo relé. Asimismo, se cuentan con sensores, actuadores y transmisores de acuerdo a los requerimientos de cada sala. Al mismo tiempo, se emplean micro-controladores Arduino para un sistema de fotoperiodo, cuyo fin es simular la iluminación que reciben las especies para poder regular sus funciones biológicas. El desarrollo del presente informe está compuesto por 5 capítulos. En primer lugar, se explica la problemática y se plantea una solución a través del uso de un sistema mecatrónico integrado en un SCADA. En el segundo capítulo, se detallan los requerimientos que conllevan a la presentación del concepto de solución. Luego, se especifican los diagramas de funcionamiento, planos P&ID, arquitectura de comunicaciones, diagramas de flujos del control entre SCADA-PLC-Arduino y otros esquemas que ayudan a comprender mejor lo propuesto. En el capítulo cuatro, se brinda la información de los costos de los diversos componentes utilizados dando así el presupuesto total para implementar este proyecto. Finalmen
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Diseño de dron para análisis de salud vegetal
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-18) Méndez Cam, Joseph Ramses; Santos López, Félix Melchor
El presente trabajo presenta como marco problemático la pérdida de los cultivos por situaciones adversas como como las plagas, malas hierbas, enfermedades, falta de nutrientes y condiciones térmicas. Estos problemas, se podrían evitar en su mayoría si se realizara análisis de salud constantemente a los sembríos. El problema recae en la falta de análisis de la salud de los cultivos por la demandante naturaleza de la tarea. No sería posible realizar una revisión manual constante a todas las plantas. Además, las herramientas actuales que existen no son óptimas y no son capaces de integrar el análisis de diferentes sensores. El objetivo general del presente trabajo es diseñar una solución a partir de un vehículo aéreo que sea capaz de tomar imágenes multiespectrales y térmicas para el análisis de la salud vegetal. La metodología que se utilizará para cumplir con el correcto diseño del proyecto será la metodología VDI. Para las secciones relacionadas a la arquitectura de software, el proyecto usó la metodología Attribute Driven Design (ADD) 3.0. Adicionalmente, se usó la metodología Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA) para realizar una revisión sistemática de la literatura. Finalmente, los resultados son el diseño de un dron capaz de intercambiar entre cámara multiespectral y térmica sin necesidad de desarmar todo el sistema. Se presenta una solución escalable a través de la nube de AWS para realizar el procesamiento de datos. Por otro lado, a partir de la revisión bibliográfica y del diseño de la arquitectura de software, se elaboraron los artículos académicos “Precision agriculture drone technology: A systematic review of the literature” y “Cloud-based processing on drone imaging for precision agriculture” respectivamente. Como conclusión, en las pruebas realizadas para el procesamiento en el sistema ciber de la nube, se obtuvo un tiempo promedio de respuesta de 430 ms.
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Diseño de extremidades móviles para robot de telepresencia en hospitales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-06) Urbina Garro, Fiorella Adrianna; Arce Cigüeñas, Diego Martín
Las características de interacción de un robot social son de gran importancia, en especial cuando su desempeño depende de generar confianza con el usuario; este es el caso de un robot de telepresencia para diagnóstico psicológico en hospitales. Sabiendo que muchas alternativas actuales no cuentan con rasgos atractivos o familiares que incentiven su uso, este trabajo de tesis tiene como objetivo desarrollar el diseño de un sistema de brazos y cabeza móviles de un robot de telepresencia para diagnosticar y tratar afecciones mentales en hospitales de Perú, como parte de la investigación del Proyecto Concytec 160-2020. Dicho diseño tendrá como fin incrementar la aceptabilidad del robot brindándole expresividad a través de rasgos y movimientos semejantes al humano. El diseño final consta de cuatro grados de libertad en el brazo y dos grados de libertad en la cabeza actuados por servomotores de disco que transmiten de forma directa y por correas dentadas. Las articulaciones están unidas por planchas y piezas impresas para otorgar una forma antropomórfica, con medidas de una persona peruana de estatura promedio de 1.65 m (hombro-codo de 33 cm, codo-muñeca de 25 cm y una cabeza proporcional a la altura de 20 cm). Además, se agregaron otros aspectos de expresividad como iluminación de los ojos por matrices led y señales de audio a través de parlantes. Finalmente, se realizaron pruebas de funcionamiento mediante la implementación del prototipo de un brazo con piezas fabricadas mediante impresión 3D.
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Diseño de generador hidroeléctrico portable para zonas rurales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-10-06) Mendoza Yupanqui, Paul Yampier; Cataño Sánchez, Miguel Ángel
El uso de la energía eléctrica es indispensable en la vida diaria de las personas. Demográficamente, gran parte del sector urbano cuenta con acceso a este servicio; sin embargo, en el sector rural existen grupos humanos que no tienen acceso a este recurso. Dada esta necesidad, se ha ido impulsando el uso tecnologías renovables, entre las cuales la hidroeléctrica se presenta como la más viable, teniendo en cuenta la geografía del país, con la finalidad de facilitar el acceso a este tipo de energía. En el presente trabajo, utilizando el método de la matriz morfológica, se diseñó un sistema generador hidroeléctrico portable que aprovecha el desplazamiento de masas de agua en canales como fuente de energía cinética. Para ello se empleó una turbina hidrocinética, la cual adquiere un movimiento rotatorio al paso del fluido con la finalidad de convertir la energía cinética en mecánica. Asimismo, gracias a un generador de imanes permanentes acoplado al eje de la turbina en movimiento se puede generar electricidad alterna. Luego, esta corriente fue acondicionada para la carga de dispositivos electrónicos mediante un circuito rectificador y un regulador de tensión. Por último, se logró diseñar una máquina de cumple con los requerimientos y exigencias de diseño que garanticen la generación de 10W de potencia eléctrica. Además, se resalta la importancia que significaría el uso de esta máquina en zonas remotas y la implicancia en la calidad de vida de las personas de estas regiones.
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Diseño de hexacóptero autónomo para mantenimiento en líneas eléctricas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-08-06) León Reyes, Heser Harold; Abarca Abarca, Mónica Lucía
El mantenimiento predictivo en líneas eléctricas es un trabajo necesario pues este garantiza que los usuarios de energía eléctrica tengan un servicio de calidad. Este trabajo se realiza con cámaras termográficas o de efecto corona ya que estas detectan potenciales fallos en las líneas. Las líneas eléctricas recorren todo tipo de terrenos, incluso algunos no accesibles por tierra, por lo que este mantenimiento se lleva a cabo usando helicópteros y vehículos todo terreno, lo que lo hace costoso, lento e ineficiente considerando que las líneas eléctricas se tienden por miles de kilómetros. Actualmente, también se hace uso de vehículos aéreos no tripulados para llevar a cabo este mantenimiento; sin embargo su operario debe volarlo a la vez que reconoce las fallas, por lo que este método también puede resultar lento y a la vez riesgoso para el sistema, pues el operario lo puede llevar cerca de las líneas eléctricas y dañar sus circuitos debido al campo magnético de estas. En el presente trabajo se buscó hacer un mantenimiento predictivo basado en termografía en líneas de alta y media tensión más rápido, sencillo, seguro y menos costoso comparado con los métodos convencionales para las empresas mediante el uso de un hexacóptero autónomo que lo lleve a cabo. Para poder lograr lo propuesto se hizo uso de una cámara termográfica que detecta los posibles fallos en las líneas, además de una cámara de profundidad que le da autonomía al sistema ya que con esta se pueden seguir las líneas, evitar obstáculos, mantenerse a una distancia preestablecida del suelo, entre otras características. Este sistema puede realizar la inspección a 30km/h, no necesita de operarios que lo manejen, se mantiene a una distancia segura de las líneas y a largo plazo resulta ser menos costoso que transportarse en helicóptero o en vehículos todo terreno para realizar la inspección.