El presente trabajo de tesis tiene como objetivo implementar un prototipo de Termociclador alimentado con una fuente comercial de 24 voltios DC, con lo cual se podrá analizar y observar el comportamiento de las etapas del proceso de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR). Para el desarrollo de este trabajo se tiene como base los estudios realizados por Zegarra y Ponce en "Diseño e Implementación de un módulo para procesos de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en la Replicación de ADN"; de igual manera, la investigación "Caracterización de la Celda Peltier para un Prototipo de Termociclador" realizada por Ayllón, G., todo este proceso implica desarrollar etapas previas para posteriormente lograr el buen manejo y optimación en el desarrollo del prototipo de termociclador PUCP. Este trabajo se ha dividido en cuatro capítulos que se detallan a continuación. En el capítulo 1, se mencionan las tecnologías que se utilizan para el proceso de PCR, y la importancia de éstas en el desarrollo de los Termocicladores; además de los avances que se tiene en la actualidad en el desarrollo del Termociclador PUCP. En el capítulo 2, se va encontrar una descripción del ADN, sus generalidades, el proceso de replicación de ADN y que elementos se ven envuelto en todo el proceso; así como también, la tecnología que gobierna actualmente a estos equipos electrónicos. En el capítulo 3, se encuentra el desarrollo de todas las etapas que conllevan al proceso de la PCR y que permiten la implementación del prototipo de Termociclador. En el capítulo 4, se realizan pruebas para las etapas del proceso de PCR, así como una evaluación final de todo el proceso para diferentes números de ciclos. En la parte final del documento se presentan las conclusiones finales obtenidas en la implementación del prototipo de Termociclador, así como las recomendaciones que este trabajo ha suscitado. / Tesis

El presente asunto de estudio contempla el desarrollo de un dispositivo para terapia térmica superficial con el cual se puedan realizar terapias con calor y con frío, teniendo como elemento constructivo principal a la celda Peltier, la cual es un dispositivo termo - electrónico que, dependiendo de la polaridad e intensidad con que se alimenta, produce una diferencia de temperatura entre sus caras, efecto que será utilizado para los fines del presente proyecto. Para conocer más acerca de la Terapia Térmica se investigó sus efectos fisiológicos, terapéuticos, sus indicaciones y contraindicaciones, los tipos de agentes que las componen y las tecnologías más utilizadas actualmente tanto en el ámbito local como mundial. Se investigó también las aplicaciones actuales más comunes e innovadoras donde podemos encontrar el efecto Peltier, las mismas que sirvieron de base para plantear los bloques que componen el sistema. Para el desarrollo del dispositivo lo primero que se seleccionó fue la celda Peltier adecuada, de acuerdo a los requerimientos necesarios, luego, en base a las características de la misma, se seleccionó el sensor de temperatura y la forma de control digital a emplear, la cual fue implementada en un microcontrolador adecuado a los requerimientos del sistema. La etapa de potencia fue seleccionada de acuerdo a la forma de control elegida. Para que el usuario pueda introducir los parámetros de control se diseñó una interfaz amigable y sencilla. El calor generado en la cara caliente de la celda Peltier es menguado por medio de un bloque de disipación compuesto por un disipador y un ventilador, correctamente seleccionados para evitar que la celda Peltier se degrade rápidamente. Luego del diseño y la habilitación de cada uno de los subsistemas que componen el dispositivo se procedió a realizar las pruebas en conjunto, realizando pruebas operativas en vacio y sobre la piel, logrando controlar la temperatura de la forma planteada inicialmente. / Tesis

El estudio del carburo de silicio biomórfico en los últimos años, se ha centrado en los tipos de impregnación utilizados y la metodología aplicada para mejorar la eficiencia de ésta. El calentamiento es similar entre los distintos casos y se desarrolla en hornos de alta temperatura. El presente trabajo de título aborda esta situación y resuelve, mediante una acción de innovación, incursionar en el área y utilizar un efecto termoeléctrico empleado comúnmente en la industria para generar temperatura, en la investigación y desarrollo del carburo de silicio biomórfico. El objetivo general del presente trabajo de título es estudiar la factibilidad de obtener carburo de silicio biomórfico a partir de muestras de madera pirolizadas y sin pirolizar, impregnadas preferentemente con sílice, utilizando calentamiento por efecto Joule. Se prepararon probetas de madera pirolizada y sin pirolizar, que posteriormente fueron impregnadas, de preferencia, con sílice. También se probó el caso de impregnación con silicato de sodio. Después de ensayar distintas metodologías de impregnación, se decidió someter las muestras a vacío y luego sumergirlas en la solución a presión. Terminado este procedimiento se calentaron con efecto Joule durante tres horas aproximadamente donde se midieron temperaturas del orden de 1350°C. Las muestras tratadas presentaron carburo de silicio visible en los extremos positivos, de acuerdo a como se instalaron. Esto se atribuye a otros fenómenos termoeléctricos que se presentaron en las muestras, como lo son el efecto Thomson y el efecto Peltier. Pese a que ninguna de las muestras sometidas al proceso de impregnación y calentamiento por efecto Joule se convirtió 100% en carburo de silicio, los resultados del análisis de difracción de rayos X indican presencia de carburo de silicio en todas las muestras a las que se le realizó el calentamiento. Este análisis también reveló la existencia de carbono amorfo, lo cual era esperable. Se concluye que es factible obtener carburo de silicio biomórfico a partir de probetas de madera pirolizadas y sin pirolizar, impregnadas son sílice y calentadas por efecto Joule. Los resultados de la impregnación con silicato de sodio se consideran promisorios. Se recomienda mejorar la instalación para el calentamiento.

Un termociclador es un equipo utilizado en biología molecular para amplificar fragmentos del ADN, a través del proceso de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR). El desarrollo de la presente tesis comprende la mejora del diseño de un prototipo previamente desarrollado, de los componentes del sistema termo-mecánico de un termociclador, entre los que cabe mencionar: bandeja portamuestras, células peltier, disipador, ventilador, carcasa y tapa. Para el diseño de los componentes, se tendrán en cuenta los estudios previos con el objetivo general de realizar las mejoras del diseño del sistema termo-mecánico de un termociclador, para especificar un modelo integral de buen funcionamiento. La metodología seguida consta de cuatro etapas importantes, siendo la primera la identificación de las necesidades del equipo para lograr el proceso. Seguidamente se identificó los posibles parámetros de mejora con respecto al prototipo desarrollado, en donde lo más resaltante fue el nuevo concepto de una tapa y una carcasa con una serie de características que satisfagan las necesidades identificadas, para lo cual se realizaron cálculos analíticos del nuevo diseño. Además para esta etapa se verificó que los componentes previamente diseñados puedan ser reutilizados para la elaboración de un nuevo prototipo mediante cálculos analíticos, encontrando que la mayoría de componentes ya analizados, a excepción del disipador, satisface las necesidades actuales. En la tercera etapa, mediante la ayuda de herramientas de simulación se corroboró los cálculos analíticos desarrollados en la etapa previa y se corroboró que el modelo de diseño mejorado propuesto satisface las necesidades. Finalmente se elaboraron planos del diseño mejorado propuesto para establecer una lista de materiales y estimar el costo de fabricación del mismo, así como las recomendaciones para su fabricación y posterior ensamblaje / Tesis

El objetivo del presente trabajo de tesis es desarrollar un sistema de control de temperatura basado en el manejo del sentido de corriente a través de un dispositivo termoeléctrico denominado PELTIER, el cual permitirá variar el flujo de calor que será conducido a una carga; este trabajo implica desarrollar diversos subsistemas que interactúen de forma eficiente es por ello que se cuentan con objetivos secundario que facilitarán el funcionamiento óptimo de todo el sistema, entre ellos está el desarrollar un circuito electrónico que permita la regulación de tensión suministrada al Peltier, así como implementar un sistema de control de potencia que permita controlar el sentido de la corriente. Esto también implica elaborar un módulo de control digital que trabaje con un sensor de temperatura y pueda trabajar en coordinación con el control de potencia para lograr una variación de temperatura oscilante. Este trabajo se realizará con todas las especificaciones necesarias para poder dejar un sistema de control listo para añadirse a una cámara ambiental. Para poder detallar todo este trabaja se ha dividido el estudio y el desarrollo en diversas partes las cuales están mencionadas en capítulos y se nombran a continuación. En el capítulo 1, se va a encontrar una descripción y análisis del ambiente espacial, de esta forma se podrá apreciar como repercute el entorno espacial a los equipos electrónicos. En el capítulo 2, se puede apreciar un informe acerca de pruebas similares desarrollados por otros equipos de investigación los cuales se han considerados como referencia además se describe el diseño mecánico electrónico de la cámara ambiental que se va a elaborar en el Instituto de Radioastronomía, el cual es el ente encargado de realizar las pruebas. ii En el capítulo 3, se encuentra el diseño de todo el sistema así como la elección de los componentes y circuitos definidos en subsistemas. También se aprecia la interacción y relación que hay entre ellas. En el capítulo 4, se encuentra documentado las pruebas y resultados que se han obtenido del sistema luego de someterlo a simulaciones de funcionamiento. En la parte final de documento se presenta las conclusiones obtenidas gracias a las pruebas llevadas a cabo así como las respectivas recomendaciones respecto al desarrollo de este trabajo. / Tesis

El presente trabajo tiene como objetivo el diseño y desarrollo de un módulo básico que permita la replicación de ADN empleando el proceso de Reacción en Cadena de la Polimerasa, conocido como PCR por sus siglas en inglés de Polymerase Chain Reaction. Para ello el módulo debe ser capaz de controlar de manera precisa un juego de temperaturas configurables por el usuario, con la finalidad de lograr un proceso eficiente. No es parte de la presente tesis el desarrollo de la fuente de alimentación del sistema. Este módulo básico constituye un primer aporte a la intención de desarrollar equipos termocicladores de producción nacional. Los termocicladores se usan en laboratorios de investigación de Biotecnología Moderna y análisis genéticos. Para este objetivo se hace uso de los dispositivos de efecto termoeléctrico conocidos como Celdas Peltier, modelos CP 1.4-127-10L y CP 0.8-254-06L, componentes que permiten obtener cambios de temperatura de manera muy rápida. Para el control de dichas temperaturas se selecciona el sensor YSI 44018, por sus características físicas y de precisión y así garantizar que las muestras de ADN a replicar no se degeneren. Los elementos de potencia y de control utilizados permiten el cumplimiento de las exigencias del protocolo de PCR. Todos los componentes electrónicos son manejados digitalmente por el microcontrolador PIC 16F877 que se programó en lenguaje ensamblador. Las interfaces de entrada-salida las constituyen el teclado matricial y la pantalla LCD respectivamente. Para hacer las pruebas de funcionamiento fue necesaria la construcción de un bloque metálico de plata y el aprovisionamiento de un bloque de aluminio que actuaron como bandeja porta-muestras del módulo diseñado. Con estos elementos se construyó el módulo básico, que alcanzó una rampa de temperatura de 0.4C/s con una precisión de ±0.8C. / Tesis

El presente asunto de estudio contempla la optimización de un prototipo de termociclador, equipo empleado para realizar la replicación in vitro de muestras biológicas específicas de ADN, utilizando para ello el proceso de Reacción en Cadena de la Polimerasa o PCR (por sus siglas en ingles) cuyo principio de funcionamiento se basa en alcanzar niveles de temperaturas determinados durante intervalos de tiempo. El desarrollo de esta tesis contempla la optimización del sistema de control heredado de trabajos previos así como el diseño de la interfaz con el usuario. Para la optimización del sistema de control de temperatura, se realiza previamente un modelamiento matemático del actuador y la unidad principal del sistema, siendo estos una celda peltier y una bandeja de plata respectivamente. Para la celda peltier, el modelamiento a realizar requiere emplear equivalencias eléctricas a fenómenos térmicos que suceden en este dispositivo. De igual forma se realiza el modelamiento matemático para la bandeja de plata. El control del proceso se realiza empleando algoritmos en lenguaje assembler para el microcontrolador de la familia Atmel y lenguaje de alto nivel utilizado en el programa Visual Basic 6.0. La ventaja de emplear lenguaje de alto nivel es la facilidad de trabajar con valores en punto flotante, que mejoran la precisión de la variable de control requerida. Asimismo, el algoritmo implementado en lenguaje assembler permite la adquisición digital de datos por parte de la etapa de sensado de temperatura, la comunicación con la PC para el envió de estos datos, el posterior procesamiento que se realizará en la PC y finalmente la recepción de datos de control para la generación de una onda PWM. El resultado final de estos dos elementos da una señal de control necesaria para la etapa de potencia. Finalmente, se implementa una interfaz de usuario amigable en la PC que permite al operario tener una supervisión del proceso en tiempo real y poder adquirir los datos obtenidos para posteriores análisis. Como resultado de estos procedimientos, se logra diseñar e implementar el algoritmo de control de temperatura cuyas características se asemejan a equipos comerciales actuales, sea el caso de las rampas de temperatura y el error en estado estable. Asimismo, se verifica la correcta adquisición de datos y la generación de señal de control hacia la etapa de potencia. / Tesis

El objetivo del presente trabajo de tesis es desarrollar un sistema de control de temperatura basado en el manejo del sentido de corriente a través de un dispositivo termoeléctrico denominado PELTIER, el cual permitirá variar el flujo de calor que será conducido a una carga; este trabajo implica desarrollar diversos subsistemas que interactúen de forma eficiente es por ello que se cuentan con objetivos secundario que facilitarán el funcionamiento óptimo de todo el sistema, entre ellos está el desarrollar un circuito electrónico que permita la regulación de tensión suministrada al Peltier, así como implementar un sistema de control de potencia que permita controlar el sentido de la corriente. Esto también implica elaborar un módulo de control digital que trabaje con un sensor de temperatura y pueda trabajar en coordinación con el control de potencia para lograr una variación de temperatura oscilante. Este trabajo se realizará con todas las especificaciones necesarias para poder dejar un sistema de control listo para añadirse a una cámara ambiental. Para poder detallar todo este trabaja se ha dividido el estudio y el desarrollo en diversas partes las cuales están mencionadas en capítulos y se nombran a continuación. En el capítulo 1, se va a encontrar una descripción y análisis del ambiente espacial, de esta forma se podrá apreciar como repercute el entorno espacial a los equipos electrónicos. En el capítulo 2, se puede apreciar un informe acerca de pruebas similares desarrollados por otros equipos de investigación los cuales se han considerados como referencia además se describe el diseño mecánico electrónico de la cámara ambiental que se va a elaborar en el Instituto de Radioastronomía, el cual es el ente encargado de realizar las pruebas. ii En el capítulo 3, se encuentra el diseño de todo el sistema así como la elección de los componentes y circuitos definidos en subsistemas. También se aprecia la interacción y relación que hay entre ellas. En el capítulo 4, se encuentra documentado las pruebas y resultados que se han obtenido del sistema luego de someterlo a simulaciones de funcionamiento. En la parte final de documento se presenta las conclusiones obtenidas gracias a las pruebas llevadas a cabo así como las respectivas recomendaciones respecto al desarrollo de este trabajo.

El efecto Peltier, el cual se origina por el paso de una corriente eléctrica a través de la unión de dos conductores distintos, es un fenómeno que puede ser aprovechado para procesos de refrigeración y aire acondicionado. Para obtener el efecto refrigerante, con un dispositivo o celda Peltier, solo es necesario realizar trabajo eléctrico. Sin embargo, su uso es limitado debido a su bajo coeficiente de desempeño (COP). Los sistemas de refrigeración termoeléctricos no están en condiciones de competir con sistemas convencionales, debido a su desempeño energético. A pesar de ello, es una opción que debe ser explotada, debido a que su principal ventaja es no utilizar gases refrigerantes. Para ello, los parámetros relacionados con el coeficiente de performance (COP) deben ser diseñados, de tal forma que el sistema opere cerca del punto de máximo desempeño. Las superficies extendidas (aletas), son componentes que permiten el intercambio de calor, forman parte esencial de un sistema de refrigeración termoeléctrica. La magnitud de las resistencias térmicas influye en el desempeño de la celda Peltier. Por lo tanto, para el presente trabajo se realiza el análisis del comportamiento del sistema, formado por una celda Peltier el cual utiliza superficies extendidas. El objetivo principal es determinar la relación entre el coeficiente de desempeño de celda Peltier seleccionada, la cual permita extraer una carga de refrigeración de 100 W con las resistencias térmicas de sus focos frío y caliente. Se considera que las superficies extendidas son de aluminio y se ha elegido una celda Peltier comercial (TEC1-24126), formado por termopares de telururo de bismuto (Bi2Te3). En el modelamiento se ha considerado los procesos de transferencia de calor en superficies extendidas; flujo interno del aire y las relaciones termodinámicas entre los flujos de calor y trabajo en la celda Peltier. Las ecuaciones planteadas se han resuelto utilizando el software: “Engenering Equation Solver (EES)”, que utiliza una variación del método de Newton, para resolver sistemas de ecuaciones no lineales. Para el prototipo propuesto se ha comprobado la magnitud de cada resistencia térmica. La resistencia total en lado frío y caliente, respectivamente son 0,0838 W/K y 0,0840 W/K. Cada resistencia térmica está conformada por la resistencia de contacto, la resistencia de constricción o propagación y la resistencia térmica de la superficie extendida, la resistencia térmica más significativa corresponde a la superficie extendida que representa el 83%, luego la de constricción o propagación que representa un 12%, finalmente la resistencia térmica de contacto con un 5%. Con dichos valores, la celda Peltier seleccionada puede extraer una carga térmica de 101,4 W, con un coeficiente de desempeño de 0,65.

El presente trabajo de tesis tiene como objetivo implementar un prototipo de Termociclador alimentado con una fuente comercial de 24 voltios DC, con lo cual se podrá analizar y observar el comportamiento de las etapas del proceso de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR). Para el desarrollo de este trabajo se tiene como base los estudios realizados por Zegarra y Ponce en "Diseño e Implementación de un módulo para procesos de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en la Replicación de ADN"; de igual manera, la investigación "Caracterización de la Celda Peltier para un Prototipo de Termociclador" realizada por Ayllón, G., todo este proceso implica desarrollar etapas previas para posteriormente lograr el buen manejo y optimación en el desarrollo del prototipo de termociclador PUCP. Este trabajo se ha dividido en cuatro capítulos que se detallan a continuación. En el capítulo 1, se mencionan las tecnologías que se utilizan para el proceso de PCR, y la importancia de éstas en el desarrollo de los Termocicladores; además de los avances que se tiene en la actualidad en el desarrollo del Termociclador PUCP. En el capítulo 2, se va encontrar una descripción del ADN, sus generalidades, el proceso de replicación de ADN y que elementos se ven envuelto en todo el proceso; así como también, la tecnología que gobierna actualmente a estos equipos electrónicos. En el capítulo 3, se encuentra el desarrollo de todas las etapas que conllevan al proceso de la PCR y que permiten la implementación del prototipo de Termociclador. En el capítulo 4, se realizan pruebas para las etapas del proceso de PCR, así como una evaluación final de todo el proceso para diferentes números de ciclos. En la parte final del documento se presentan las conclusiones finales obtenidas en la implementación del prototipo de Termociclador, así como las recomendaciones que este trabajo ha suscitado.