Se elaboró el diseño de un transportador personal eléctrico auto-equilibrante sobre 2 ruedas para el cual se realizó un nuevo modelo matemático basado en las leyes de Newton, se realizó el diseño el sistema de estabilización y desplazamiento mediante un diseño de control óptimo LQR , se realizó un diseño de la propuesta de implementación donde se seleccionaron los motores eléctricos, el chasis, baterías, el sensor inercial MPU9250 y el controlador principal STM32 (ARM Córtex de 32 bits) como componentes principales, así mismo se generó un seudocódigo para la programación del controlador principal. Respecto al diseño de control, según las simulaciones de la respuesta en el tiempo en el software Matlab2021a, se verificaron que los tiempos de asentamiento para el control de trayectoria y estabilidad se encuentran alrededor de los 3 segundos, los sobreimpulsos para la posición lineal son menores al 0.5% de la referencia, así mismo se comprobó según las simulaciones que el transportador realiza el seguimiento de diversas trayectorias manteniéndose en equilibrio. En una futura etapa de implementación, este diseño de transportador será una alternativa para el transporte de personas con dificultad para guiar su trayectoria de traslado (como turistas, visitantes a algún establecimiento, supervisores que no conozcan el área, alumnos que no conozcan ubicaciones de sus aulas, personas con dificultad para trasladarse, entre otros).

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. / Continuous exposure to noise can generate a detrimental effect in health. However, it is considered as an inherent issue on industrial processes or even on commercial areas where heavy traffic and congestion are difficult to supervise. Hence, it has been tried to be reduced through passive mechanism, such as absorbing materials, which result to be ineffective cancelling low frequencies. Additionally, it could be unpractical when there are space limitations. In order to overcome these drawbacks, active control approaches have been developed in which a secondary sources array is required to cancel the main source by destructive interference. Due to the fact that a secondary source is expected to be equal in amplitude and opposite in phase, secondary sources need a particular control algorithm to achieve the desired superposition. In this work active noise control strategies are analysed, simulated and implemented. Furthermore, adaptive algorithm Least-Mean-Square is presented as the most convenient classic control strategies. For this purpose, Diesel and Electric motors under operating range from 200 to 3000 RPM (revolution per minute) are evaluated considering noise levels around 90 dB.

La presente tesis presenta una metodología para la estimación de la velocidad angular de un motor asíncrono trifásico, también llamado motor de inducción, instalado en un vehículo eléctrico. Debido a su eficiencia, robustez, bajo costo, mínimo mantenimiento y con la aparición de la estrategia de control vectorial (la cual aseguraba precisión en el control de velocidad con un adecuado torque), los motores de inducción se presentan como una alternativa conveniente para reemplazar a los motores de combustión interna en los vehículos, contribuyendo de esta manera a reducir la emisión de gases de efecto invernadero. En la búsqueda evitar añadir elementos adicionales al sistema de control, se han desarrollado metodologías que prescinden del uso de instrumentos de medición de velocidad utilizando un estimador de dicha variable. Como estrategia de estimación se utilizará en principio un observador de Luenberger con el cual se determinará el flujo magnético del rotor, para luego diseñar un sistema adaptativo con modelo de referencia (MRAS) para estimar finalmente la velocidad. Al ser un sistema no lineal y multi-variable, la dinámica del motor se describe a través de un modelo de espacio estado. Luego de presentar los conceptos teóricos que respaldan esta metodología, se modelará este sistema y se simulará el comportamiento de las variables eléctricas a través de distintos patrones de velocidad y torque, propios de un vehículo de pasajeros. Finalmente se podrán apreciar en las gráficas de los errores de estimación, la eficacia de este algoritmo. Este trabajo busca no solo presentar un algoritmo eficiente en la estimación de la velocidad angular, sino que además sirva de referencia para futuros estudios que busquen optimizar estrategias de control mediante un modelamiento que represente de la forma más fidedigna posible la dinámica de un motor de inducción.

Las metodologías para la determinación e identificación de fallas en procesos industriales viene siendo desarrollada e investigada desde hace 30 años, en los cuales se han elaborado una gran variedad de metodologías de detección y de aplicaciones a sistemas reales. Debido al aumento de la complejidad y cantidad de los procesos que necesitan ser controlados, surgen teorías para la detección e identificación de fallas como solución a problemas de repercusión no solo económica, sino también ecológica, productiva y de seguridad. En la presente tesis se ha desarrollado un método de detección e identificación basado en una innovación proveniente del filtro de Kalman, la cual provee condiciones suficientes y necesarias para la detección de fallas aditivas bajo influencia de ruido gaussiano blanco. Esta metodología de detección se aplica a un motor de corriente contínua de excitación independiente, cuya función de transferencia tipo SISO ha sido obtenida experimentalmente. Posteriormente un análisis estadístico de la innovación obtenida del filtro de Kalman, ha permitido diagnosticar la presencia e instante de la falla aditiva generada en el sensor del sistema. Lo anterior ha generado un sistema capaz de detectar fallas aditivas idealizadas como modelos tipo escalones y rampas en un sistema lineal e invariante en el tiempo. El sistema desarrollado, permite la correcta detección e identificación de las fallas aditivas presentes en el sensor del modelo del motor de corriente continua, basándose en el análisis estadístico del parámetro innovación proveniente del Filtro de Kalman.

El presente Trabajo de Tesis tiene como objetivo realizar el diseño de un Sistema de Detección de Fallas para un Motor DC, usando Observadores Proporcional Integral Generalizado (GPI). En este trabajo, inicialmente se realiza el estudio de los observadores GPI a utilizar, luego se desarrolla una metodología para aplicar este observador en un Sistema de Detección de Fallas. Para poder evaluar el desempeño del Sistema de Detección de Fallas basado en Observadores GPI, se le compara con otros Sistemas de Detección de Fallas basados en Observadores de Luenberger y Filtros Kalman.

La utilización de máquinas que realicen tareas repetitivas en la cocina surgió para hacernos la vida más fácil y que permite optimizar el tiempo utilizado en ellas. En la actualidad se encuentra gran variedad de sistemas que tienen múltiples funciones como cortar, rebanar o picar pero hay otros que se fabricarán para cumplir otras tareas particulares de acuerdo a la necesidad. El realizar manualmente cortes en cebollas es una rutina que ha permanecido vigente en restaurantes o nuestro hogar, se sabe que se invierte un tiempo no despreciable para realizarlos y peor aún si se calcula el total gastado por un chef en una cevichería, la cual atiende un gran número de comensales, el resultado de este cálculo nos obliga a pensar si es necesario la intervención de un chef para realizar dicha tarea secundaria sabiendo que es de más utilidad que este se enfoque en la calidad y preparación de los platos que el de realizar cortes en cebollas. El objetivo de esta tesis es diseñar un sistema mecatrónico que realice 2 diferentes tipos de corte en cebollas. El sistema cuenta con sensores infrarrojos para detectar la presencia de estas. Utiliza motores actuadores electrónicos para las tareas anteriormente mencionadas, se da por un microcontrolador ATmega16. Además está diseñado en base a las normas sanitarias correspondientes a proceso con alimentos y a uno ergonómico para su fácil manipulación. Otro requerimiento es su presentación (estética) para que sea atractiva para su venta. El desarrollo de esta tesis está compuesto por 5 capítulos. En primer lugar se explica la problemática cuya solución se dará a través del sistema mecatrónico. En segundo lugar se expone los requerimientos mecánicos, eléctricos, electrónicos, de control y demás se presenta por medio de las vistas frontal, lateral, superior e isométrica al sistema. En el tercer capítulo se explica el funcionamiento por medio del diagrama de bloques, se describe a los sensores y actuadores utilizados, y cada plano mecánico, esquemático y diagrama de flujo del programa de control. En cuarto lugar se detallas un presupuesto para la implementación del sistema indicando cada componente con su respectivo proveedor o fabricante.

La competencia Shell Eco Marathon es un evento que reúne equipos de todo el mundo, los cuales desarrollan vehículos automóviles que puedan alcanzar la máxima eficiencia energética posible. El grupo SEMA PUCP, conformado por estudiantes de diversas especialidades de la Pontificia Universidad Católica del Perú, desarrolló un vehículo prototipo monoplaza para poder participar en la competencia Shell Eco Marathon, en sus trabajos de diseño e implementación encontraron la necesidad de poder hacer ensayos con el motor de combustión interna del vehículo en busca de mejoras energéticas y determinación de parámetros de rendimiento. Esto requería la adquisición de un banco de pruebas, más conocido como dinamómetro de motor. Se investigó sobre el estado de la tecnología de los dinamómetros de motor, y cuáles son los modelos comerciales más comunes. Se encontró que los dinamómetros de motor en su mayoría están hechos para motores de gran potencia de uso industrial, mientras que los pequeños, al no tener aplicaciones para vehículos comerciales, son poco comunes y se desarrollan de manera personalizada. Esto llevo a proponer la solución de diseñar un dinamómetro de motor propio. El objetivo de este trabajo es presentar el diseño de un dinamómetro de motor que cumpla con requerimientos establecidos a partir de las necesidades encontradas, entre estos, obtener los parámetros más importantes de un motor de combustión interna, como lo son las curvas de torque y potencia. Para cumplir con este objetivo, se planteó el diseño de un dinamómetro de motor que usa un generador eléctrico para convertir la energía mecánica que se produce en el eje de salida del motor. El generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica y esta última es disipada en un circuito de resistencias. Para poder someter al motor a distintos regímenes de carga un circuito electrónico de potencia regula la cantidad de energía eléctrica que será disipada, mientras que los instrumentos sensan los parámetros de interés para poder obtener las curvas de torque y potencia.

La presente tesis tiene como objetivo definir el tipo de vehículo eléctrico adecuado para los requerimientos de un usuario privado típico de Lima Metropolitana y determinar las principales características de los sistemas técnicos que debe utilizar el mismo. La presente tesis consta de tres partes. En la primera parte se realiza una descripción de los tipos de vehículos híbridos y vehículos eléctricos. Se da a conocer los componentes que caracterizan a estos vehículos y se define los componentes principales; rectificador y convertidor AC/DC, sistema de almacenamiento, inversor DC/AC, sistema de propulsión, sistema de transmisión. En la segunda parte de la tesis, se da a conocer los vehículos ligeros más vendidos y en consecuencia, los más utilizados en Lima Metropolitana; Toyota Yaris y Kia Rio. Además, se definen las características del ciclo de conducción en Lima Metropolitana en base a datos levantados. Obteniendo velocidades promedio de en horas de la mañana, entre 9:00 am y 11:00 am, realizando recorridos promedio de en periodos de 15 minutos. Se realizan encuestas a usuarios de vehículos dedicados a gasolina y diesel, determinando un promedio de recorrido diario de. Se propone que el vehículo eléctrico debe tener una autonomía mínima de diarios. En la tercera y última parte de la tesis, se definen las características técnicas de los componentes del vehículo eléctrico para uso en Lima Metropolitana. Dicho vehículo eléctrico debe contar con un mínimo de potencia y la capacidad de almacenamiento de las baterías debe ser, para cumplir con los requerimientos de los usuarios. Se selecciona un motor eléctrico de potencia y un pack de baterías de iones de litio de dicha selección se realiza en base al peso bruto de un vehículo ligero. Finalmente, se elabora una comparación de costos del uso de un vehículo eléctrico y un vehículo dedicado a gasolina, para un recorrido anual. Se determina que el vehículo eléctrico demanda Nuevos Soles anuales para recorrer y el vehículo dedicado a gasolina demanda Nuevos Soles anuales para el mismo recorrido.

En la actualidad el Perú se encuentra en un proceso de transformación debido al crecimiento económico que se está viviendo, el cual va acompañado de una creciente demanda de maquinaria asociada a la producción a consecuencia de que diversas plantas industriales se han consolidado o repotenciado, razón por la cual se escoge como materia de estudio las máquinas eléctricas, las cuales en sus diferentes presentaciones son una de las principales involucradas en los procesos de fabricación. En los últimos años los motores eléctricos han pasado a tener un realce como eje en los distintos procesos de la industria en la que operan, es por ello que poco a poco se consideran más cuidados de estos en cuanto a su mantenimiento y estudios para las mejoras en sus arranques y durante su funcionamiento. Los motores síncronos forman parte de un tipo de máquina eléctrica y se vio una oportunidad en la presente tesis de abordar como materia de estudio el arranque del motor. Los ensayos característicos de máquinas eléctricas se desarrollan con el fin de conocer sus principios de funcionamiento, obtener sus circuitos eléctricos equivalentes y evaluar sus comportamientos frente a diferentes condiciones. La presente tesis aborda en un principio el diseño y la simulación de los circuitos asociados para la puesta en marcha del motor síncrono. De la misma forma como parte de este diseño, se implementa la fuente de alimentación de tensión regulable para suministrar energía al circuito de campo del motor síncrono trifásico. Para este objetivo, en la presente tesis se realiza el estudio del motor síncrono trifásico; sus principios de funcionamiento y sus circuitos eléctricos equivalentes. También se aborda el estudio de las tecnologías actuales usadas en el diseño de las fuentes de alimentación lo que introduce a un análisis completo del diseño de las mismas. Por último, se muestran los resultados de las pruebas realizadas tanto para el arranque del motor como para la fuente implementada.

La presente tesis trata del estudio de un tipo en particular de turbinas hidráulicas que viene a ser la turbina axial semi Kaplan tubular que consiste en un diseño especial que usa un rodete Kaplan de álabes fijos al cual se antepone un distribuidor axial, también de álabes fijos, ambos montados en una carcasa cilíndrica, prescindiendo así de la carcasa espiral. Inmediatamente al conjunto anterior se le instalará un tubo de aspiración recto o acodado según sea el caso. De este modo el flujo discurre paralelo al eje sin mayores cambios de dirección lográndose así un ahorro de espacio y también de costos civiles, de materiales y de fabricación.