Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Modelado y simulación de los parámetros respiratorios en pacientes con la COVID-19 bajo ventilación mecánica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-28) Llanos Juárez, Luis Antonio; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEn este trabajo de tesis se proponen dos modelos matemáticos que representan al sistema respiratorio ventilado mecánicamente. Uno en forma de un circuito eléctrico y otro en forma de un sistema de movimiento libre amortiguado (elástico-resistivo), ambos con una complejidad más simple en comparación a los presentados por otros autores en años pasados. Con nuestros conocimientos de ingeniería, se desarrolló una ecuación diferencial lineal de primer orden para cada uno de estos modelos y, utilizando el software MATLAB, obtuvimos resultados gráficos para analizar los parámetros respiratorios involucrados en la ventilación mecánica para pacientes con dificultades respiratorias inducidas por la COVID-19, contrastándolos con estudios realizados en los últimos 15 años. Asimismo, se realizó un contraste entre el desarrollo y resultado de las simulaciones del modelado en MATLAB de Al-Naggar (2015) con el modelado elaborado en la presente tesis. Desarrollando el modelo matemático basado en un circuito eléctrico en serie, se emplearon conceptos de la Ley de Kirchhoff y de la Ley de Ohm, debido a sus componentes eléctricos representan a las variables respiratorias más importantes para la ventilación mecánica. De igual manera, en el desarrollo del modelo matemático basado en un sistema de movimiento libre amortiguado, cuyos componentes principales son un plato móvil conectado a un resorte dentro de un contenedor en donde circula el aire, considerado como gas ideal para aplicación de la Teoría de Boltzmann y ecuaciones de cinemática. Se investigaron las metodologías de protección pulmonar para pacientes con la COVID-19 con el fin de establecer criterios para los parámetros respiratorios involucrados en el sistema respiratorio con ventilación mecánica para pacientes con insuficiencia respiratoria. Se introdujeron valores permitidos según la literatura médica a los parámetros predefinidos inicialmente, como la presión que suministra el ventilador (Pv(t)), la “PEEP”, la resistencia al paso del flujo respiratorio (R) y la “compliance” (C). Finalmente, se obtuvieron resultados gráficos de las tres simulaciones realizadas. Estos describen el comportamiento de la presión del flujo de gas que circula por el sistema respiratorio ventilado del paciente (P(t)), el comportamiento de la presión pleural al momento de la ventilación mecánica (Pmusc(t)), el comportamiento del volumen del gas que ocupan ambos pulmones (Vi(t)) y el comportamiento del flujo de aire respiratorio (V̇ (t) ). El rango de valores obtenidos al simular el comportamiento de estas variables está dentro de los criterios establecidos en concordancia con la literatura médica y se contrastaron con los resultados gráficos obtenidos por modelos más complejos investigados previamente. Además, se compararon los resultados gráficos de la simulación del modelado elaborado por Al-Naggar (2015) y de la simulación realizada del modelado sintetizado en la presente tesis, observándose un alto grado de aproximación de los valores de ingreso y de salida, los cuales se mantienen dentro de los parámetros válidos de la literatura médica, y una gran similitud en la forma de las curvas graficadas mediante MATLAB.Ítem Texto completo enlazado Estimación del consumo de combustible y emisiones de co2 de un motor a gasolina de 130 hp mediante técnicas de Machine Learning(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-16) Huancapaza Machuca, José; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEn el presente trabajo se estima el consumo de gasolina y las emisiones de CO2 en un motor vehicular de 130 HP, instalado en un banco de pruebas, usando técnicas de aprendizaje automático (Machine Learning). Para obtener datos de los parámetros de funcionamiento del motor, se realizaron pruebas en condiciones estacionarias de carga (torque) y régimen de giro del cigüeñal; se registraron las lecturas de sensores originalmente instalados en el motor, mediante un scanner conectado al puerto OBD2 del módulo de control electrónico del motor. Además, se instalaron equipos de laboratorio para registrar otras variables necesarias para el estudio. Con los datos disponibles, se utilizaron tres técnicas de Machine Learning: Regresión Múltiple, Máquina de Soporte Vectorial y Redes Neuronales. En la aplicación de los modelos se utilizaron datos en grupos, separados de la siguiente forma: 90% para el desarrollo de los modelos y 10 % para la prueba de los modelos. Adicionalmente, para los modelos de Máquina de Soporte Vectorial y de Redes Neuronales se realizó otra partición de los datos: 75% para entrenamiento, 15% para validación, y 15% para el test. Durante el proceso se evaluaron los datos sin estandarización y, posteriormente, estandarizados en el rango de 0 a 1; este último paso buscó asegurar la convergencia del modelo. Las variables estudiadas fueron las siguientes: i) 5 predictoras o variables independientes (presión absoluta en el colector de admisión, temperatura del aire en el colector de admisión, régimen de giro, flujo másico de aire de v admisión al motor y el torque efectivo); ii) 2 variables objetivo o dependientes (emisiones de CO2 y consumo de gasolina). Los resultados del presente trabajo de tesis muestran que el mejor método, y con menos intervención, es el de Redes Neuronales. Para la estimación del flujo másico instantáneo del CO2 se obtuvo un error máximo de 7.85%, siendo que el error obtenido para el 75% de los resultados corresponde a 0.10%. Para la estimación del consumo másico de gasolina, se obtuvo un error máximo de 9.72%, pero, en este caso, el 75% de los resultados tienen un error de 0.67%.Ítem Texto completo enlazado Estimación de los factores de emisión de gases contaminantes emitidos por cinco vehículos livianos a gasolina que transitan en Lima Metropolitana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-09) Chávez Quispe, Piero Alexandro; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEn el presente trabajo de tesis se realizó el análisis de los datos de las concentraciones de los gases de escape obtenidos mediante la experimentación en cinco vehículos livianos de gasolina diferentes modelos y año de fabricación. Se realizó las gráficas para analizar los consumos de combustible, aire para la combustión e índices de emisiones de gases de escape: CO2, CO, HC, NOx. Los vehículos bajo estudio fueron instrumentados. Un sistema de adquisición de datos permitió el registro en tiempo real de todas las variables de manera instantánea del consumo de aire, combustible y las concentraciones de los gases contaminantes. La velocidad del vehículo y las condiciones ambientales fueron obtenidas mediante el sistema GPS y un sensor de temperatura y humedad. Asimismo, se utilizó el dispositivo OBDLINK MX+ para conectarse a la unidad de control electrónico (ECU), a través del puerto OBD con el fin de obtener los datos medidos y calculados para el vehículo de estudio por la computadora del vehículo en estudio. Se elaboró un procedimiento para efectuar una campaña experimental, en diferentes vías de Lima Metropolitana. Se realizó, en promedio, 4 recorridos diferentes y aleatorios por vehículo al día en varias semanas. En total se registraron aproximadamente más de 10 variables durante más de 50000s en los cinco vehículos. Los factores de emisión contaminantes (g/km), para cada vehículo, fueron calculados y representados en gráficos y tablas. Se realizó el comparativo del factor de emisión de CO2 en g/km entre el estudio experimental y el resultado del OBDLINK MX+. Además, se realizó la comparativa del factor de emisión de CO2, en g/km, entre el modelo COPERT y el análisis experimental. Los resultados obtenidos de las pruebas realizadas presentan las concentraciones en porcentaje de los gases de combustión, los cuales fueron calculados como factores de emisión en g/km. Gracias a esto podemos observar cómo operan los vehículos en la actualidad, debido a que una mala quema de combustible o un mal funcionamiento del motor pueden producir mayor cantidad de hidrocarburos no quemado. Este documento presenta los comparativos y resultados de cinco vehículos en vías de Lima Metropolitana.Ítem Texto completo enlazado Análisis exergético de los efectos de la restricción parcial del aire de admisión e incremento de la temperatura de la mezcla aire - gas natural en un motor diésel funcionando en modo diésel/gas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-02-21) Cieza Casamayor, Carlos Enrique; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEstudios energéticos revelan que el rendimiento de los motores de combustión interna (MCIA) disminuye con el incremento de altitud de operación; asimismo, es relevante destacar que el Perú importa grandes volúmenes de combustibles líquidos, cuyo precio se establece en mercados internaciones. Por lo expuesto, resulta importante buscar métodos que mejoren el desempeño de los MCIA en condiciones de elevación, así como promover el estudio de combustibles alternativos a los derivados del petróleo que brinden mayor seguridad energética al país. Con la finalidad de encontrar los procesos de mayor desaprovechamiento energético de los MCIA, se plantea el presente trabajo de tesis. La investigación tiene como objetivo realizar el análisis exergético de un motor Diesel en operación diesel - gas natural (D/GN), simulando condiciones de altitud en laboratorio mediante la restricción parcial del aire de admisión al motor (D/GN+RA), sumado al efecto de incremento de temperatura de mezcla aire - gas natural (D/GN+RA+T), sometido a dos velocidades de giro (1500 rpm y 2000 rpm) y tres niveles de carga (40 Nm, 80 Nm y 120 Nm). Los resultados del estudio comprenden el cálculo de las exergías de ingreso al sistema, calor transferido, gases de escape, irreversibilidades, eficiencia exergética y rendimiento exergético. Además, se determina y cuantifica la causa de las irreversibilidades, las cuales se han dividido en tres: pérdidas por fricción, deficiencias en el proceso de combustión y exergía no contabilizada. El estudio concluye que el modo de operación diesel presenta mejor eficiencia exergética que los modos diesel – gas natural; de la misma manera, es el modo que presenta menores pérdidas por irreversibilidades. Por otro lado, se determina que el modo de operación D/GN+RA+T muestra los mejores resultados exergéticos de los modos bicombustible.Ítem Texto completo enlazado Metodología experimental para identificar oportunidades de mejora de la eficiencia energética en el proceso de molienda del mineral de cobre utilizando un molino de bolas de 0,5 HP(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-07-13) Leyton Arce, Juan José; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl presente trabajo de tesis propone una metodología experimental para mejorar la eficiencia energética en el proceso de molienda en batch de mineral de cobre en un molino de 0,5 HP. Para esta propuesta se realizaron ensayos en el molino de bolas del laboratorio de mineralurgia ubicado en la sección de Ingeniería de Minas de la Pontificia Universidad Católica del Perú, en el cual se tuvieron que realizar mejoras con el objetivo de cumplir con el alcance del presente trabajo de tesis. En primer lugar, se obtuvo de las fuentes bibliográficas que algunos de los factores que influyen en el proceso de molienda son: la velocidad de giro del molino y el porcentaje de solidos en la pulpa mineral. De acuerdo con esto, se optó por variar estos dos factores operacionales para poder cuantificar la influencia de los mismos en dos respuestas: (i) porcentaje pasante de la malla 200 y (ii) energía eléctrica consumida a lo largo de todo el ensayo. Cada factor fue evaluado en 3 niveles de acuerdo con la recomendación de la bibliografía. Por un lado, para la velocidad de giro se analizaron los tres niveles de velocidad de giro (56, 70 y 84 RPM). Por otro lado, los niveles del porcentaje de solidos en la pulpa fueron 56%, 66% y 76%. En segundo lugar, para el análisis de los resultados se llevó al cambo una división de los análisis, gráfico y estadístico mediante el DOE factorial. Esta división fue considerada la más apropiada por la naturaleza de las variables monitoreadas. Finalmente, se verificó que los rangos de operación recomendados por las fuentes bibliográficas y las utilizadas en los ensayos se corresponden. Permitiendo de esta manera recomendar un punto óptimo de funcionamiento para este molino de 0,5 HP cuando el molino gira a una velocidad de 56 RPM y con una concentración de solidos en la pulpa del 66%.Ítem Texto completo enlazado Propuesta metodológica para el cálculo de factores de emisión para vehículos livianos a gasolina circulando en Lima Metropolitana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-05-12) Mendoza Nuñez, Juan Diego; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl trabajo de tesis desarrolla una propuesta de representación del problema de contaminación que se genera por las emisiones provenientes del sistema de transporte. Dado que el Perú ya cuenta con leyes y ministerios que ayudan a promover mejoras para la reducción de contaminantes, pero aún se encuentra distante a las metas propuestas ante las confederaciones de países y organismos internacionales, la finalidad de esta tesis es proponer una metodología para la estimación de factores de emisión de contaminantes en vehículos ligeros mediante equipos a bordo en condiciones de manejo real y que mediante mediciones y estimaciones, pueda ser aplicable en cualquier ciudad del país que cuenten con vehículos accionados por combustibles. El trabajo comprende el desarrollo y análisis experimental de mediciones a bordo en conducción real, aplicado para vehículos ligeros a gasolina característicos de Lima Metropolitana. Se consideró factores exógenos como son el estilo de manejo, las condiciones de tránsito vehicular, la modernidad de las unidades, entre otros, para obtener un análisis de emisión global y de manejo dinámico. Como conclusión en Lima Metropolitana, las emisiones de los vehículos ligeros a través de la propuesta metodológica pueden ser representadas con buena precisión, mediante una función de curva respecto a su velocidad media y estilo de conducción. Las mayores cantidades de contaminantes se generan en velocidades menores a 20 km/h y con el estilo de conducción agresivo se puede generar aumentos de hasta 200% en promedio respecto a un estilo de conducción suave.Ítem Texto completo enlazado Diseño de sistema de freno regenerativo para bicicleta impulsada por motor eléctrico de 500 W(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-21) Vilcahuamán Hinostroza, Luis André; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl presente trabajo de tesis tuvo como objetivo el diseñar un sistema de freno regenerativo para bicicleta, el cual permite recuperar energía de la acción de frenado por medio de un motor eléctrico. En primer lugar, se revisaron artículos relacionados con el desarrollo de frenos regenerativos en bicicletas, así como ciclos de conducción de bicicletas en zonas urbanas. Luego, se establecieron las ecuaciones y modelos matemáticos del conjunto bicicleta y motor eléctrico, los cuales permitieron definir y analizar su comportamiento dinámico. Se usó la metodología de diseño basada en las normas DIN VDI 2221 y 2225 para desarrollar un proyecto óptimo del sistema de freno regenerativo. Se determinaron los parámetros característicos del sistema propuesto y, utilizando las ecuaciones definidas para su comportamiento dinámico, se evaluó su comportamiento en distintas condiciones de frenado mediante simulación numérica en Simulink de MATLAB. Los resultados indican que es posible recuperar hasta 1.32 kJ frenando desde 25 km/h hasta 8 km/h en 11.25 segundos, con un torque de freno constante de 10.8 Nm y considerando una superficie sin pendiente. Finalmente, se desarrolló un proyecto definitivo con la selección de los componentes principales del sistema: motor eléctrico, batería, elementos de electrónica de potencia, y módulo de control. Se desarrolló la programación del módulo de control, los planos de detalle, y una estimación de costos del proyecto, resultando en un total aproximado de USD 5,476.Ítem Texto completo enlazado Uso de las mezclas diésel-biodiésel-etanol y sus efectos sobre el proceso de combustión, desempeño energético y emisiones contaminantes de un motor de encendido por compresión de 240 kW(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-06) Puma Corbacho, Solin Epifanio; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarLos efectos del etanol anhidro mezclado hasta 13.5 % v/v (E13.5) al combustible diésel comercial (95% v/v del diésel 2 más 5% v/v de biodiesel, D95B5) fueron investigados en un motor de encendido por compresión, sobrealimentado, seis cilindros. Para evitar la separación de fase del etanol y diésel 2 y mantener la lubricidad del combustible, se agregó aceite de ricino hasta 1.5 % v/v, aumentando el contenido del biodiésel a 6.5 % (B6.5). En total, se utilizaron tres mezclas, variando el contenido del diésel 2 a partir del 95% (D95) hasta el 80% v/v (D80), obteniéndose las siguientes composiciones: D95B5E0 (diésel 2), D85B6E9 y D80B6.5E13.5. Las pruebas experimentales fueron realizadas a condiciones estacionarias en dos regímenes de giro (1000 y 1800 rpm), dos valores de torque efectivo (80 y 160 N.m) y dos condiciones de presión del aire de admisión al ingreso del compresor (APCI de 100 y 80 kPa). Se implementó un modelo termodinámico para estudiar los parámetros asociados a la combustión. Los resultados obtenidos muestran que las mezclas conteniendo etanol y biodiésel conllevan a un adelanto del inicio de la combustión a 1000 rpm y un retraso al inicio de la combustión a 1800 rpm. El incremento de etanol y biodiésel sobre el combustible comercial no presentan influencia alguna sobre el consumo específico de combustible (sfc); sin embargo, el efecto de altitud genera un incremento del sfc hasta un 11% y 7 % a 1000 rpm y 1800 rpm respectivamente. Las emisiones específicas (EE) de NOX, CO y CO2 incrementan con el mayor consumo específico de combustible; asimismo, el efecto de altitud simulada permitió verificar que a mayor altitud ocurre un ligero incremento del sfc y de las EE de CO y CO2, junto a una reducción de las EE de NOX. A 2000 m de altitud simulada (APCI = 80 kPa), los máximos incrementos del sfc, CO y CO2, con la mezcla D80B6.5E13.5, fueron 5%, 122% y 18%, respectivamente. Y las máximas reducciones de las EE de NOX también se obtuvieron con la mezcla D80B6.5E13.5, alcanzando una disminución de hasta 6%.Ítem Texto completo enlazado Evaluación experimental de los efectos de la variación del porcentaje de sólidos en la alimentación de un proceso de molienda de cobre sobre factores energéticos y mineralógicos, en una planta piloto a escala de laboratorio(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-01) Pando Malca, Alexander Germán; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEste trabajo aborda un análisis experimental de los factores energéticos y mineralógicos en un proceso de molienda de cobre respecto a variaciones en las condiciones de operación. Para ello, se implementó una planta piloto a escala de laboratorio en la que se realizaron experimentos con diferentes porcentajes de sólidos en la alimentación del circuito. Esta planta fue establecida en el laboratorio de Mineralurgia de la PUCP. La metodología se desarrolló para evaluar 3 niveles de porcentaje de sólidos y su influencia en los factores de consumo energético del molino de bolas, tamaño y tasa de producto y Work Index de Operación. Se realizaron estudios preliminares para caracterizar el mineral a moler y se siguió la metodología del Diseño de Experimentos (DOE) para el desarrollo de los ensayos. Tras la recopilación de data y muestras, se procesaron los resultados tanto de manera gráfica como estadística, siguiendo el análisis de varianza propuesto por el DOE. Los resultados mostraron que al disminuir el porcentaje de sólidos de 75% a 66% se puede lograr una disminución en el consumo de energía del molino y un aumento en la tasa del producto; aunque, en contraparte, también un aumento en el tamaño de partículas del producto. La interacción de estos 3 parámetros, relacionados por medio del Work Index de Operación, dio como conclusión que en ambas réplicas el menor Work Index de Operación fue a la concentración de sólidos de 66%; mientras que para la de 70%, fue la mayor. Por otro lado, los resultados fueron comparados con referencias bibliográficas y se verificaron comportamientos similares. Así como, al comparar con el estándar de laboratorio hallado mediante el método de Bond, se reveló que el circuito puede continuar siendo optimizado. El documento concluye en que, si se realiza un compromiso entre bajo consumo energético, pero un mayor tamaño de producto; en una molienda húmeda, de cobrecalcopirita, en circuito cerrado y flujo continuo, evaluado en este estudio, se identificaría como la opción a recomendar el porcentaje de sólidos de 66%.Ítem Texto completo enlazado Tiempo de vida útil de la espuma formada en mezclas de refrigerantes R134a y R1234yf con aceite POE ISO10 cuando son sometidas a una caída de presión controlada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-08-31) Novoa Piedra, José Abelardo; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarLos sistemas de refrigeración por compresión de vapor tienen, entre sus principales componentes, un compresor el cual para su correcto funcionamiento necesita de un circuito de lubricación que transporta el aceite desde el cárter hacia los componentes mecánicos. En los sistemas actuales, a efectos de controlar la temperatura del ambiente a refrigerar, los compresores son apagados constantemente dependiendo del nivel de temperatura requerido; es decir, cuando la temperatura de la cámara disminuye debajo de lo necesario el compresor se apaga hasta que la temperatura aumenta por encima de lo requerido y el sistema vuelve a encenderse. Cuando el compresor se apaga, la presión del sistema se estabiliza a un nivel intermedio entre la presión del evaporador y la del condensador, esta condición origina que el refrigerante sea absorbido por el aceite presente en el cárter formando una mezcla líquida caracterizada por una temperatura y una concentración de refrigerante. Cuando el sistema vuelve a funcionar, la presión en el cárter disminuye rápidamente originando que el refrigerante, contenido en la mezcla líquida, cambie de fase y forme una capa de espuma, la cual trae problemas en el compresor y los demás componentes del sistema de refrigeración. En el presente trabajo, se realizó un análisis de los datos experimentales obtenidos en la bibliografía sobre el proceso de formación de espuma en mezclas R134a/POE ISO10 y R1234yf/POE ISO10, llegando a identificarse que dicho proceso consta de dos etapas principales: una etapa de crecimiento y otra de caída de la altura de la capa de espuma, las cuales se dan a velocidades distintas. Asimismo, se identificó que el fenómeno de formación de espuma se caracteriza por dos parámetros: la altura máxima de la espuma y el tiempo de vida de la espuma, y que dichos parámetros pueden ser controlados variando las condiciones iniciales de la mezcla (temperatura y concentración de refrigerante). Asimismo, se implementó un modelo matemático que permitió estudiar el fenómeno de formación de espuma en mezclas aceite – refrigerante, el cual a partir de la ecuación de conservación de masa permitió obtener la altura de la espuma formada a lo largo del tiempo de duración del fenómeno descrito. El modelo implementado, presentó errores diferenciados en cada una de las etapas de la formación de espuma. Durante el crecimiento de la capa de espuma, el modelo matemático presenta un error elevado durante los primeros segundos, donde la velocidad de crecimiento es alta, pero luego disminuye el error conforme se va alcanzando la altura máxima llegando a ser en promedio menor al 15%. Durante la etapa de caída de la altura de espuma, el modelo matemático tiene una buena precisión en los instantes iniciales cuando la velocidad de caída es baja, pero conforme la altura de la capa va disminuyendo de su valor máximo el error aumenta de manera constante llegando a ser en promedio mayor al 30%. En general, considerando la etapa de crecimiento y caída de la altura de espuma, el modelo matemático presenta errores, en su mayoría, menores al 20%, lo cual mejora la precisión de los modelos encontrados en la bibliografía. Finalmente, complementando los resultados, se realizó un análisis de sensibilidad de la altura máxima y el tiempo de vida de la espuma formada ante cambios en las variables de entrada del modelo.