La presente tesis expone el diseño energético y las pruebas respectivas sobre un prototipo de tostador solar de granos de cacao de manera que pueda ser replicado en el sector rural del Perú. Esto tiene como finalidad brindarle al agricultor una tecnología nueva de tostado que esté de acuerdo con la calidad del mercado. El tostador usa la potencia térmica otorgada por un concentrados Scheffler de 8m2 de superficie llegado a aprovechar 3.8 kW de potencia, haciendo posible tostar 3 kg de granos de cacao en media hora, es decir, 6 kg en una hora en dos etapas. En los capítulos iniciales se muestra una descripción del funcionamiento y aplicaciones de uso del concentrador Scheffler. También la metodología del diseño para definir un proyecto definitivo óptimo. Luego se realiza un análisis térmico del tostador, evaluando las temperaturas, potencia entregada por el sol y la potencia recibida, con la finalidad de obtener expresiones que permitan simular el comportamiento del tostador antes de construir un primer prototipo. De la misma manera, se realiza un análisis de las partes más importantes de la máquina como son la estructura, el motor y el sistema de transmisión. Finalmente, el prototipo construido se somete a diversas pruebas para así validar todo el análisis teórico realizado y comprobar que, efectivamente, el tostador cumple con la meta principal que es tostar granos de cacao. / Tesis

First applications of the electromagnetic suspension principle have been in experimental physics, and suggestions to use this principle for suspending transportation vehicles for high-speed trains go back to 1937. There are various ways of designing magnetic suspensions for a contact free support, the magnetic bearing is just one of them [BCK+09]. Most bearings are used in applications involving rotation. Nowadays, the use of contact bearings solves problems in the consumer products, industrial machinery, or transportation equipment (cars, trucks, bicycles, etc). Bearings allow the transmition of power from a motor to moving parts of a rotating machine [M+92]. For a variety of rotating machines, it would be advantageous to replace the mechanical bearings for magnetic bearings, which rely on magnetic elds to perform the same functions of levitation, centering, and thrust control of the rotating parts as those performed by a mechanical bearing. An advantage of the magnetic bearings (controlled or not) against purely mechanical is that magnetic bearings are contactless [BHP12]. As a consequence these properties allow novel constructions, high speeds with the possibility of active vibration control, operation with no mechanical wear, less maintenance and therefore lower costs. On the other hand, the complexity of the active (controlled) and passive (not controlled) magnetic bearings requires more knowledge from mechanics, electronics and control [LJKA06]. The passive magnetic bearing (PMB) presents low power loss because of the absence of current, lack of active control ability and low damping sti ness [FM01, SH08]. On the other hand, active magnetic bearing (AMB) has better control ability and high sti ness, whereas it su ers from high power loss due to the biased current [JJYX09]. Scientists of the 1930s began investigating active systems using electromagnets for high-speed ultracentrifuges. However, not controlled magnetic bearings are physically unstable and controlled systems only provide proper sti ness and damping through sophisticated controllers and algorithms. This is precisely why, until the last decade, magnetic bearings did not become a practical alternative to rolling element bearings. Today, magnetic bearing technology has become viable because of advances in microprocessing controllers that allow for con dent and robust active control [CJM04]. Magnetic bearings operate contactlessly and are therefore free of lubricant and wear. They are largely immune to heat, cold and aggressive substances and are operational in vacuum. Because of their low energy losses they are suited for applications with high rotation speeds. The forces act through an air gap, which allows magnetic suspension through hermetic encapsulations [Bet00]. / Tesis

Uno de los principales problemas que enfrentan muchas ciudades en el mundo son los atochamientos de tráfico y la polución producida por este hecho. Entre las distintas soluciones a este problema se cuenta una alternativa de transporte orientada a tramos cortos, cuyo funcionamiento se basa en mantener un equilibrio inestable con el pasajero parado sobre dos ruedas, del mismo modo en que las personas se mantienen erguidas y caminan, con las ventajas en términos de facilidad de conducción que esto significa. Este trabajo presenta el desarrollo de un vehículo de esta clase, que corresponde al primero de este tipo de dispositivos en el país. Para ello, se realiza un análisis de las características dinámicas del sistema, de modo de obtener información relevante de las variables que se requiere medir para lograr un funcionamiento exitoso. Se abordan las etapas de diseño e implementación de las distintas partes involucradas, como la electrónica digital, la electrónica de potencia y los aspectos mecánicos del dispositivo. Se pone especial énfasis en la electrónica de control asociada a un vehículo de este tipo, en particular, en el diseño de una unidad de medición de inercia (IMU), encargada de entregar la estimación de la inclinación del vehículo, la cual es la principal variable para lograr la estabilidad deseada. Para lograr un funcionamiento exitoso del prototipo, se debió primero realizar un ajuste fino de los distintos parámetros involucrados, como tiempos de muestreo y constantes de filtros, entre otros, junto con la implementación de funciones encargadas de detectar y corregir en tiempo real ciertas oscilaciones en la estimación de la unidad IMU observadas en las primeras pruebas. Se obtuvo un prototipo de 40 kg, capaz de alcanzar velocidades del orden de los 6 km/h con un controlador proporcional derivativo. Se le realizaron pruebas de validación con pasajeros inexpertos, los que tras un período de aprendizaje de 30 minutos lograban trasladarse en el vehículo sin mayores problemas, por lo que se concluye que es posible realizar una implementación exitosa de este tipo de vehículos con un costo cercano a una unidad comercial.

In this thesis the algorithms and strategies for active magnetic bearing should be analysed, implemented and simulated in Matlab as well as experimentally tested in the real-time computation system for a prototype of active magnetic bearing. Develop a general method and algorithm identi cation for active magnetic bearings prototype and get real system parameters that allow generate the equation of state of the system to control its further development. The specific objectives in this Thesis are: Develop a data acquisition system for the AMBs. Analyse the mathematical model of the system from the real system. Conduct experiments of a physical model for data collection. Develop an identification algorithm for the parameters of the real AMBs. Validate system developed by testing the prototype. / Tesis

El propósito de este trabajo fue diseñar y fabricar un sistema prototipo de medición que adquiera, de manera experimental, la magnitud de la fuerza necesaria para remover fluidos viscosos adheridos a una superficie plana. Para esto, se estableció el comportamiento de un fluido en función de su viscosidad y la variación de ésta con respecto a la temperatura y presión. Además, se definieron los distintos tipos de fluidos no newtonianos, centrándose en los fluidos viscosos alimenticios, puesto que sus requerimientos por lo general, en cuanto a calidad, son más rigurosos en comparación de otros fluidos usados en la industria. También, se presentó el estado de la tecnología para equipos de enfriamiento de fluidos viscosos y equipos de medición de viscosidad. Luego, se propuso un modelo físico para la remoción de un fluido adherido a una superficie plana y se diseñó, bajo la norma VDI 2221, el sistema prototipo de medición. Después de lo mencionado, se verificó las características mecánicas principales del equipo del sistema prototipo fabricado, puesto que pueden o no cumplir las condiciones de diseño requeridas. Se denominó equipo del sistema prototipo de medición al dispositivo mecánico diseñado montado sin los sensores de medición (sensor de fuerza y sensor de movimiento) y sistema prototipo de medición al equipo acoplado con los sensores de medición mencionados. Habiendo verificado las características mecánicas del sistema prototipo de medición fue posible calcular su incertidumbre mediante ensayos experimentales. Esto ayudó a conocer si los datos adquiridos para la fuerza de remoción son exactos y precisos. Finalmente, con la incertidumbre calculada se hizo pruebas con un fluido de concentración y viscosidad conocidas (fluido caracterizado), y, se evaluó y comparó tanto la exactitud como la precisión de los resultados experimentales adquiridos. / Tesis

El objetivo general del presente trabajo es el diseño y construcción de un vehículo aéreo no tripulado (UAV, por sus siglas en inglés) que sea capaz de mantener su horizontalidad en forma autónoma, es decir sin necesidad de la intervención de un piloto humano; utilizando para ello sistemas de control embebido que incorporen como referencia la presión atmosférica y el diferencial de temperatura entre la atmósfera y la superficie de la tierra. Para dichos efectos, se diseñará y construirá un aeroplano estable, fácil de volar y con capacidad de transportar la electrónica y sensores necesarios; y se implementará un sistema de sensores e instrumentación apropiados para el vehículo y sistema de control electrónico. Actualmente, el costo de operación de un UAV comercial es muy elevado y requiere de personal altamente capacitado para una adecuada manipulación y mantenimiento. La compleja electrónica y programación limitan sus usos de manera importante, incluso para misiones sencillas. Este proyecto busca desarrollar una plataforma funcional, confiable, sencilla de operar y que permita la incorporación de nuevos sensores o dispositivos para realizar trabajos futuros. La naturaleza del proyecto despierta la curiosidad de los estudiantes y brinda la oportunidad de promover la carrera y motivar áreas no explotadas en la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. El proyecto se divide en tres grandes etapas: diseño y construcción del aeroplano, el diseño y construcción de la electrónica de automatización y finalmente, la integración de la electrónica y el aeroplano. Para ello se realizó un estudio de los sensores que actualmente son utilizados para alimentar al controlador con las distintas variables que permiten manipular al UAV. También se estudiaron las plataformas aéreas existentes y sus configuraciones aerodinámicas dependiendo del uso al que están destinadas. De esta forma fue posible identificar los sensores y la plataforma aérea necesaria para cumplir los objetivos planteados. Los objetivos planteados para el prototipo del aeroplano derivaron en un “ala alta” de envergadura cercana a los 3[m] en configuración pusher. La planta propulsora elegida es un motor a explosión de 30[cc]. Los materiales utilizados en la construcción son básicamente fibra de vidrio, poliestireno expandido y madera de balsa. Los sensores incorporados en la electrónica de automatización son: termocuplas infrarrojas para el control de la estabilización horizontal; GPS para la localización en el espacio; sensor de presión absoluta para determinar la altura de vuelo; y un sensor de presión diferencial para la velocidad de vuelo. El microcontrolador utilizado es un PIC24FJ128GA006 de gama media/alta. Los resultados obtenidos demuestran que un estudiante puede diseñar y construir un UAV en la Facultad. El aeroplano mostró ser una plataforma estable, robusta y fácil de controlar. La electrónica probó que no es necesario contar con presupuesto ilimitado para obtener datos que permitan implementar un controlador para un UAV. Se destaca que el trabajo de Memoria involucró todos los aspectos básicos de un proyecto de ingeniería, desde la conceptualización hasta la implementación del UAV. Dentro de la electrónica existen ciertos elementos que deben ser mejorados con el fin de obtener un vuelo 100% autónomo. Para trabajos futuros se deja entonces a disposición del estudiantado una plataforma de desarrollo de sistemas de control y posicionamiento.

Los procesos electorales se modernizan al utilizar el voto electrónico como una herramienta que incorpora las tecnologías de información y comunicación a la jornada electoral. El acto de votar puede ser manual o electrónico, en ambos casos puede ser presencial o no presencial. En la modalidad de voto electrónico presencial, el ciudadano va al local de votación a emitir su voto en un equipo electrónico que le permite manifestar su voluntad electoral. El presente trabajo tiene como objetivo el diseño y la implementación de un prototipo funcional de equipo de voto electrónico presencial, que permita al elector ejercer su derecho de elegir. El equipo permite seleccionar una agrupación política o un candidato, de la lista mostrada en un papel impreso, mediante la acción del elector al tocar y presionar con el dedo, sobre una lámina táctil transparente. La selección ocurre al observar la luz de color rojo de un diodo emisor de luz, al costado de la imagen del símbolo de la agrupación política. El equipo es habilitado para permitir ejecutar un solo voto por elector, mediante una llave electrónica conectada al equipo. En la conexión de la llave se implementa un canal de comunicación con un protocolo serial. Los resultados de la votación son almacenados en la llave electrónica y presentados al final de la votación, mediante una aplicación de software mostrada en una computadora personal. / Tesis

La presente tesis consiste en el diseño mecánico de un prototipo de prótesis mioeléctrica dirigida a pacientes que sufrieron amputaciones por debajo del codo (transradial). Se presenta el análisis de un mecanismo de un grado de libertad que simula el movimiento de los dedos índice y pulgar de una mano humana con el propósito de realizar la sujeción de objetos de 0,5 kg de masa, considerando el tamaño y peso de la mano de una persona adulta promedio. El movimiento de los dedos está restringido por la relación de posición angular entre falanges, para ello se utiliza el mecanismo de doble manivela aplicado en la articulación de cada falange. Además, se realiza el análisis a través de las ecuaciones de Freudenstein para determinar las dimensiones y verificar cada elemento a través del cálculo por resistencia de materiales. Finalmente, para el accionamiento de los dedos se emplea un actuador neumático que garantiza un control proporcional de la fuerza a emplear. / Tesis

El presente trabajo de tesis forma parte de una iniciativa de investigación multidisciplinaria enfocada en estudiar los cojinetes magnéticos y sus aplicaciones, en este contexto, los objetivos planteados para este proyecto son diseñar un prototipo del sistema formado por un rotor rígido suspendido sobre cojinetes magnéticos radiales; fabricar el prototipo diseñado y caracterizar su comportamiento dinámico mediante un análisis modal teórico. El alcance contempla el desarrollo de la ingeniería conceptual, ingeniería básica, ingeniería de detalle del prototipo así como su posterior manufactura. Asimismo, se incluye la caracterización dinámica del sistema usando la teoría de sistemas de varios grados de libertad. Dentro de este alcance no se contempla la ingeniería básica y de detalle de los actuadores electromagnéticos; la ingeniería, programación, electrónica y automatización del sistema de control de los actuadores así como su respectiva instalación, ya que son tópicos que corresponden a temas de tesis paralelos. Como resultado de este trabajo de tesis se obtuvo un prototipo de fabricación local, cuyas dimensiones son 1400 mm x 505 mm x 960 mm con un rotor rígido de 6 kg de masa accionado por un motor eléctrico que puede girar entre 1800 rpm y 2340 rpm gracias a un variador de frecuencia incorporado. La carga se regula a través de masas calibradas de 1kg, 2kg y 3kg según el operador lo requiera. Para la verificación de rigidez del rotor se utilizó la teoría de vibraciones en sistemas contínuos y se validó con ayuda del método de elementos finitos arrojando una frecuencia natural de 1158,2 Hz, lo cual garantiza que a la frecuencia de giro, el rotor tendrá un comportamiento rígido. Asimismo, se realizó una verificación dinámica de la estructura de soporte y la base del motor arrojando frecuencias de 19.37 Hz y 689.22 Hz, lo cual, en base a la verificación dinámica indica que funcionará adecuadamente y no habrá frecuencias externas que dificulten el control. La última etapa del trabajo consistió en el análisis dinámico del comportamiento del rotor en el plano bidimensional, a través de un análisis modal contínuo de donde se obtuvieron frecuencias de 46.38 Hz y 62.74 Hz para cada uno de sus modos de vibración.

In Peru, mining is one of the main drivers behind most developments in engineering, an area of high dynamic forces and high pollution. As an illustration, shovel excavators transport tons of sediment each day while cylinder screens sort the stones by size. Typically, ball or cylindrical bearings support these screens and companies, such as SKF, replace the bearings in regular intervals. Thus, the idea is to implement a system, which can dynamically adapt to loads and dynamical load changes to reduce maintenance intervals and vibrations. Ultimately, for a prototype this thesis presents two design proposals of a homopolar, hybrid active magnetic bearing. Moreover, the selection of an inductive type sensor should represent an adequate solution for determining the shaft position. / In Peru ist der Bergbau einer der Haupttreiber für die meisten Entwicklungen im Ingenieurwesen, einem Bereich mit hohen dynamischen Kräften und hoher Verschmutzung. Beispielsweise transportieren Schaufelbagger täglich Tonnen von Sedimenten, während Zylindersiebe die Steine nach Größe sortieren. Typischerweise werden diese Siebe von Kugel- oder Zylinderlager getragen, welche von Unternehmen wie SKF in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden. Die Idee ist also, ein System zu implementieren das sich dynamisch an Lasten und dynamische Laständerungen anpassen kann, um Wartungsintervalle und Vibrationen zu reduzieren. Letztendlich stellt diese Arbeit zwei Entwürfe für einen Prototyp eines homopolaren, hybriden aktiven Magnetlagers vor. Darüber hinaus soll die Auswahl eines induktiven Sensors eine geeignete Lösung zur Bestimmung der Wellenposition darstellen. / Tesis