El transporte ha cobrado gran relevancia en las ciudades modernas, en las que el aumento de población, los atochamientos y la polución, degradan la calidad de vida. Es en respuesta a estos problemas que surgen nuevos e innovadores medios de transporte, como el que se aborda en este trabajo. Un vehículo de pequeño tamaño consistente en una plataforma autobalanceada con dos ruedas laterales, en que el pasajero se ubica sobre la plataforma mientras las ruedas lo movilizan. Específicamente, se aborda el mejoramiento de un prototipo desarrollado en 2009, el cual logró ser funcional, pero su operación requería un alto grado de destreza y entrenamiento, además de presentar un comportamiento, en ocasiones, poco predecible. Por este motivo se planteó en este trabajo, la intervención completa del vehículo en cuanto a diseño electrónico y software de control, con el fin de generar una segunda versión del mismo con mejoras técnicas sustanciales. Adicionalmente, se abordaron algunos aspectos mecánicos y estéticos, con el fin de proteger los componentes electrónicos y mejorar la experiencia de manejo, permitiendo que el usuario maniobre el vehículo inclinando el mando de dirección lateralmente, siguiendo el movimiento natural del cuerpo. El rediseño de la electrónica se hizo en base a los conocimientos adquiridos en el trabajo anterior, integrando la información previa disponible y añadiendo elementos nuevos que permitieran cumplir los objetivos planteados. Los puentes H, encargados de accionar los motores, fueron reconstruidos utilizando una estructura de bus laminado, aumentando así su capacidad de corriente y reduciendo las inductancias parásitas. El mejoramiento de la electrónica de disparo de los puentes H, permitió reducir a una décima parte los tiempos de conmutación, mejorando la eficiencia del circuito. Se incorporaron además protecciones por hardware para evitar cortocircuitos, así como sensores para monitorear y controlar la corriente circulante por los motores. Se desarrolló una nueva unidad IMU independiente de la tarjeta de control, capaz de obtener mediciones de inclinación y de su derivada en tiempo real, sin contaminación por ruido inducido, gracias a su interfaz completamente digital. La tarjeta de control también fue rediseñada para ajustarse a la nueva configuración de los sistemas, mediante conexiones limpias, minimizando el número de cables. El nuevo software se desarrolló desde cero, utilizando un esquema modular e incorporando conceptos como la abstracción de hardware, para simplificar la portabilidad y facilitar la comprensión de su funcionamiento. Esto posibilita la utilización del vehículo como plataforma de desarrollo de estrategias de control, en la cual la interacción con el hardware y la administración del sistema ya están resueltas. Además, se implementó una interfaz de comunicación por comandos, a través de la cual se puede monitorear el sistema, modificar parámetros y ejecutar órdenes usando un programa cliente externo al vehículo, conectado vía USB a la tarjeta de control. Desde el punto de vista electrónico y luego de los cambios introducidos, el vehículo se desempeñó correctamente. Las medidas tomadas para mejorar la robustez del sistema permiten una operación confiable, sin necesidad de precauciones adicionales por parte del usuario. La mayor cantidad y calidad de las mediciones de los instrumentos, junto con la aplicación de dos lazos en cascada (tanto para el control de inclinación a través de un torque en los motores, como para sus perturbaciones en la dinámica) mejoró sensiblemente el comportamiento del vehículo, lo que fue verificado a través de encuestas de percepción realizadas a usuarios novatos antes y después de las modificaciones. Destaca en estas evaluaciones el tiempo requerido para un manejo mínimo, que se redujo de unos 30 minutos a alrededor de 10 minutos.

El año 1996 la Región Metropolitana fue declarada Zona Saturada por cuatro contaminantes atmosféricos (ozono, material particulado respirable, partículas en suspensión y monóxido de carbono) y Zona Latente por los elevados niveles de dióxido de nitrógeno presentes en el aire. Las emisiones vehiculares representan una fuente importante de dichos contaminates, y sobre la cual existe poca información local. El presente trabajo aborda de manera directa la cuantificación de los distintos contaminantes atmosféricos asociadas al sector de fuentes móviles, haciéndose cargo de dicha deficiencia en información, relevante para la gestión ambiental de la región. Existen diversas campañas experimentales realizadas por el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile, las cuales se abordan en el presente trabajo. Las categorías estudiadas corresponden a vehículos livianos y medianos, camiones y buses del transporte público, totalizando una muestra de 179 vehículos, separados en 29 categorías vehiculares, según las normas de emisión vigentes en el país. El estudio distingue mediciones de CO, HC, NOX, MP y CO2 realizadas bajo condiciones de laboratorio y en ruta mediante equipos portátiles. Las mediciones de laboratorio entregan información bajo condiciones definidas y controladas para ciclos de conducción locales, en tanto que los equipos portátiles permiten estudiar las emisiones bajo condiciones de manejo en la vida real. Para los datos obtenidos mediante pruebas en ruta se utiliza un método basado en el concepto de Potencia Específica Vehicular, que permite evaluar las emisiones para cualquier condición de conducción. Siguiendo el esquema utilizado en Chile para la determinación de inventarios de emisión, se construyen 110 curvas de emisión para los contaminantes y categorías vehiculares de interés, las cuales se reportan en su forma algebraica, con los coeficientes de correlación correspondientes y para todas las categorías en estudio. La regresión de los resultados experimentales presenta, en la mayoría de los casos, valores de R2 superiores a 0,8. Los resultados obtenidos apuntan en la dirección de COPERT IV. Las curvas presentadas reflejan las condiciones de manejo y mantenimiento locales, y constituyen una herramienta útil para la estimación y análisis de las emisiones vehiculares bajo la realidad de la Región Metropolitana y se recomienda ampliar el tamaño muestral de la categoría de vehículos pesados, en particular de los Camiones.

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No autorizada por el autor a ser publicada a texto completo / El objetivo general del presente trabajo consistió en el desarrollo de un modelo de negocio para la comercialización de vehículos eléctricos en Chile. El proyecto se vio motivado y se justifica por la creciente expectativa del potencial de los vehículos eléctricos como fuente económicamente viable para el transporte, y por los recientes anuncios de los fabricantes indicando un alto interés por estos vehículos. Se desarrolló la metodología característica para un modelo de negocio, la cual se constituye de un análisis estratégico de la industria, una investigación de mercado, la definición de una propuesta de valor y un modelo de negocio, y se complementó con la evaluación económica de una unidad de negocio, con la cual se determinó el potencial de rentabilidad de la industria, y los volúmenes económicos de esta. En cuanto a los resultados obtenidos, en el análisis estratégico se identificaron aspectos externos que sugieren una situación auspiciosa y optimista en términos de la iniciativa propuesta, como la tasa de crecimiento de la industria y la creciente disposición a pagar por tecnologías menos contaminantes. Con respecto a la investigación de mercado, se determinó como objeto de estudio la Región Metropolitana debido a su alta densidad vehicular, se determinó el segmento objetivo de acuerdo al perfil de utilización del automóvil, y se estimó mediante un modelo matemático la penetración de mercado del producto para un horizonte de 10 años. Se estructuró un modelo de negocio acorde a la información recabada, con el cual se externaliza a la batería del precio del vehículo, permitiéndole a éste participar de un mayor porcentaje de la demanda, y configurándose de esta forma un negocio paralelo para las baterías, las que serían administradas por el vendedor mediante un contrato de uso semejante al de las compañías de telefonía móvil. Consistentemente se construyó una propuesta de valor enfocada a los conceptos de flexibilidad, eficiencia y personalización. Se concluye el informe con una evaluación financiera del modelo propuesto, para el cual se determina que con un precio mensual de $79.000 por contrato de provisión y administración de baterías, se obtiene un VAN de US$ 1.576 millones, un IVAN de 23%, y una TIR de 13%, siendo necesaria una inversión US$6.800 millones durante un plazo de quince años. Finalmente, se recomienda realizar iniciativas pilotos en flotas de vehículos con origen destino predefinidas, como colectivos, taxis y vehículos de reparto, en las cuales participen tanto el Estado, las empresas de distribución de electricidad y las automotoras.

Ingeniero Civil Industrial / El siguiente trabajo corresponde a un modelo de gestión de inventario aplicado en una empresa inmersa en el rubro de la comercialización de repuestos para vehículos pesados, es decir, buses y camiones. Refax camiones y buses es una empresa familiar que hoy en día vive un proceso de profesionalización que acompaña el crecimiento en ventas que ha presentado en los últimos meses. Su principal negocio consiste en importar repuestos para marcas de buses y camiones como Mercedes Benz, Scania, Volskwagen y otras, posteriormente vendiéndolas a distintos clientes de manera de obtener un margen por ser el intermediario. El problema de la empresa hoy en día es que incurre en elevados costos de inventario causados tanto por quiebres de stock como por sobre stock. El primero se calculó en base a las ventas perdidas y el segundo llega a ser un 11,34% de las compras totales de un año. Estos costos provocan que la empresa aplique políticas que llegan incluso a comprar productos que tiene quebrados en la competencia con el fin de satisfacer el pedido del cliente, bajando considerablemente el margen obtenido por la venta. Según las estadísticas este tipo de compra ha aumentado un 38% en el último año, número muy alto y preocupante para la empresa. Además de lo anterior, también se incurre en costos por quiebre de stock. Considerando lo anterior el objetivo de este trabajo consiste principalmente en optimizar los costos totales de inventario. Los productos de la empresa que se consideraran son solo aquellos que necesitan reposición, es decir, han tenido movimiento. Más aún se considerarán solo los códigos que tengan ventas el año 2014. Contabilizando un total de 7112 SKU s. La metodología se basa en realizar una segmentación de los productos que permita identificar los que son más y menos importantes para la empresa, luego aplicar un pronóstico de demanda por familias de producto que posteriormente serán individualizados considerando los segmentos mencionados anteriormente. Finalmente se pretende utilizar modelos de gestión de inventarios de tal manera de buscar la cantidad óptima de pedido, optimizando así el costo total anual de inventario. El resultado del pronóstico de demanda fue de un MAPE promedio entre todas las familias de un 10,6% lo que es un buen input para el modelo de gestión de inventario. Los resultados de los modelos fueron cuantificados monetariamente para dimensionar el impacto que provocaría la utilización del modelo en todos los productos segmentados. El modelo de revisión continua entregó como resultado un ahorro de $ 126 millones aprox. y el modelo de revisión periódica que se aplicó solo a los productos Scania, en este caso el modelo propone un aumento en el costo de inventario en $ 44 millones aprox. debido a el tipo de producto que se trabajó. Como conclusión general del trabajo se puede decir que una buena segmentación de productos acompañada de la combinación del uso de pronóstico de demanda y modelos de gestión de inventario, resultan ser una gran herramienta para cualquier empresa que pretenda mejorar sus operaciones.

Presenta alternativas de solución al poco incremento de los ingresos de la empresa, que no va de acuerdo al aumento sostenido por año del parque automotor nacional propiciado por la bonanza económica que vive el Perú y al mismo tiempo buscar alternativas para ampliar la cobertura de atención de la empresa. De esta manera en el capítulo 1 del presente estudio se vio conveniente plantear un marco teórico necesario para que cualquier persona pueda entender el análisis que se realiza y también se explican conceptos y terminología clave para el estudio. El capítulo 2 presenta los problemas que vienen sucediente en la empresa y específicamente en la planta de Huancayo, estos problemas han sido posibles de identificar gracias a la valiosa colaboración de la alta gerencia de la empresa, personal administrativo, atención al cliente, personal técnico de la planta así como las opiniones de los clientes, que son la razón de ser de una empresa de servicios. Así mismo, el capítulo 3 tiene como objetivo principal presentar propuestas de mejora, para afrontar cada una de las causas de demora en el proceso de inspección técnica vehicular, utilizando las herramientas y metodologías adecuadas. Finalmente, en el capítulo 4, se presenta las conclusiones y recomendaciones más importantes generadas por el presente estudio, el cual, mediante una evaluación financiera, se evaluó su rentabilidad, lo cual arrojó resultados satisfactorios. / Tesis

En un vehículo de transporte de pasajeros convencional, sólo un porcentaje muy bajo del combustible, entre el 10 y el 16%, se utiliza para la marcha del mismo mientras que el resto es energía disipada en los frenos, transmisión, motor, accesorios, resistencia a la rodadura, arrastre aerodinámico y ralentí. De todas estas pérdidas, la de mayor magnitud es la del motor (aproximadamente el 63%), la cual en gran medida se pierde en forma de vibración. El propósito de esta tesis, por lo tanto, se centra en el diseño y fabricación de un dispositivo recuperador piezoeléctrico multimodal capaz de recuperar parcialmente la energía que se pierde en la vibración del motor. Esta energía vibratoria disponible está caracterizada por un gran número de ondas mecánicas de diferente magnitud y frecuencia que se excitan para cada velocidad de giro del motor. El diseño se basa en una viga piezoeléctrica compuesta y dos sistemas dinámicos masa-resorte en sus extremos, cuya respuesta dinámica se calcula a partir del desarrollo de un modelo analítico que contempla aspectos distintivos como acoplamiento electromecánico, relaciones constitutivas no lineales, disipación de energía, magnitud de la carga eléctrica, etc. Mediante una apropiada reducción del modelo analítico se identifican los parámetros no lineales correspondientes al modelo. Posteriormente, se fabrican y ensayan cuatro dispositivos, evaluándose el voltaje y la potencia eléctrica dados por el modelo sobre una resistencia de carga. Los resultados obtenidos son validados por los experimentos. En el proceso de optimización del dispositivo de mayor potencia se propone una función objetivo que contempla las características de frecuencia y aceleración variables de la excitación, obteniéndose un dispositivo final superior a los originales, con valores de potencia eléctrica significativos. Finalmente, se realiza la implementación en un escenario real sobre el vehículo, donde se realizan dos recorridos urbanos diferentes para el sensado de temperatura a partir de la alimentación del dispositivo recuperador optimizado. / In a conventional transport vehicle, only about 10 to 16% of the energy from the fuel is used to move it down the road. The rest of the energy is lost in the brakes, transmission, engine, accessories, rolling resistance, aerodynamic drag and idle losses. Among all of these, the largest loss is the energy lost in the engine (approximately 63%), which is mostly wasted as vibration. The purpose of this thesis is the design and fabrication of a multimodal piezoelectric energy harvesting device capable of recovering that lost energy. The available vibratory energy is characterized by a large number of mechanical waves of different magnitudes and frequencies which are excited for each speed of the engine. The harvesting device is based on a composite piezoelectric beam with two mass-spring systems at its ends. A one-dimensional analytical model is developed to analyze the dynamic response. Among the distinctive aspects contemplated in the model are: electromechanical coupling, nonlinear constitutive relations, energy dissipation, magnitude of the electric load, etc. By means of an appropriate reduction of the analytical model, the nonlinear parameters corresponding to the model are identified. Subsequently, four devices are fabricated and tested to evaluate the voltage and electrical power over an electrical load, calculated with the analytical model. The results are then validated by the experiments. An optimization process is applied to the device of maximum mean energy by means of the method of genetic algorithms. In order to take into account the principal characteristics of the excitation (variable frequency and acceleration) a proper objective function is proposed. The final device obtained is greatly improved and obtaining a very improvement final device to the original. Significant values of the electrical power are obtained. Finally, the implementation is carried out in a real scenario on the vehicle with considering two different routes trajectories for temperatures measure, from the feeding of using the optimized harvester device as power supply.

Se propone el diseño de un vehículo aéreo no tripulado del tipo cuadricóptero (UAV que posee cuatro propulsores que permiten el impulso del sistema) que pueda sobrevolar la Amazonía peruana con el propósito de realizar envíos de medicina a poblados aislados que requieran de este servicio. Se requerirá que el cuadricóptero sea capaz de transportar una carga de un máximo de 2 kilogramos y que posea un tiempo de vuelo estabilizado de aproximadamente 30 minutos. La carcasa de este vehículo aéreo deberá ser capaz de soportar las fuerzas ejercidas por cada uno de los cuatro propulsores del vehículo y el peso de la carga y de sus componentes electrónicos, y deberá ser lo más ligera posible para disminuir el requerimiento de energía de dichos propulsores. Aparte, los sensores deberán permitir determinar la posición global del cuadricóptero y la orientación del cuadricóptero con respecto a los ejes principales para poder controlar la dirección de propulsión del sistema. También, se requerirá que el sistema de control mantenga al cuadricóptero en un estado de vuelo estabilizado para evitar que la medicina a transportar sea sometida a turbulencias y que permita alcanzar posiciones en el espacio lo más rápido posible. Finalmente, debido a las precipitaciones que se presentan en esta zona, el cuadricóptero deberá ser capaz de soportar la repentina caída de lluvia, a pesar de que el vuelo durante estas condiciones no sería recomendado. El documento de tesis se encuentra dividido cinco capítulos. En el primer capítulo, se explicará más a detalle sobre la motivación que justifica el proyecto propuesto. En el segundo capítulo, se expone el diseño preliminar del proyecto, para lo cual, se expone sobre la definición del cuadricóptero, el estado del arte de este dispositivo, los objetivos y requerimientos del proyecto, un estudio de las opciones de diseño propuestas a partir de la metodología de diseño de productos VDI y finalmente se propone el diseño óptimo del proyecto. En el tercer capítulo, se expone sobre el diseño del sistema mecatrónico propuesto, en que se expone un resumen del sistema, una descripción del sistema de propulsión y detalles sobre el diseño mecánico, electrónico y de control considerados para cumplir con los requerimientos planteados en el segundo capítulo. En el cuarto capítulo, se presentan los costos que se tendría que cubrir para llevar a cabo el proyecto propuesto. Finalmente, en el quinto capítulo, se presentan las conclusiones obtenidas tras haber concluido el diseño de este proyecto. Aparte, al final del documento se presenta la bibliografía empleada en el desarrollo de esta tesis y los anexos que permitirán explorar más a fondo algunos temas mencionados a lo largo de este documento. / Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico / El desarrollo y masificación de los vehículos eléctricos en el mercado norte americano y europeo es una realidad desde hace 10 años. El Centro de Energía (CE) de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas ha desarrollado varios prototipos de vehículos eléctricos orientados a funciones específicas. En este marco, el año 2011 se desarrolló un vehículo eléctrico todo terreno orientado al uso en la minería a partir de un modelo Lada Niva. Esta conversión requirió, posteriormente, un rediseño en el sistema de control, debido a problemas de robustez y fiabilidad en la operación del vehículo. El objetivo de este trabajo es definir los estándares de un controlador con características comerciales, para motores en vehículos eléctricos. Se busca, asimismo, determinar los requerimientos de hardware y software para la implementación de este tipo de controladores y, finalmente, diseñar, construir y validar un sistema de control de potencia para vehículos eléctricos, el que será probado en el Lada Niva eléctrico del Centro de Energía. La solución propuesta consiste en dos controladores, donde el primero se enfoca en controlar la operación del motor de inducción del vehículo y, el segundo, monitorea y coordina los diferentes sistemas que integran el auto en las distintas etapas del funcionamiento. El diseño de los controladores se hizo a través de módulos compatibles con los estándares comerciales de vehículos eléctricos. Por otra parte, se implementó una comunicación serial que permite configurar los parámetros de operación, realizar consultas sobre el estado del controlador y monitorear su operación en tiempo real. Tras construir los controladores, cada módulo se calibró a través de pruebas de laboratorio para asegurar su correcta operación. Posteriormente, se realizaron pruebas del control vectorial operando el motor del vehículo en vacío y con carga, con el fin de calibrar los controladores de corriente y garantizar un funcionamiento estable. Esto se verificó operando la máquina con una corriente total de hasta 145[A]. Luego se sintoniza el parámetro τ_r mediante un análisis teórico y algunas pruebas experimentales Finalmente, el sistema de control propuesto se validó mediante pruebas de uso urbano, donde se circuló por un circuito de 1,7[km] transportando a 3 personas a una velocidad máxima de 50[km/hr]. En esta prueba se opera la máquina hasta 3.400[rpm] con una carga de 31[kW]. Además se prueba el vehículo a subir una rampa con inclinación de 24%, la cual sube en forma estable operando el motor a 1.200[rpm] y 13.5[kW].

Esta Tesis se centra en el desarrollo de herramientas para la simulación de la dinámica en baja frecuencia de trenes articulados. A través de estas herramientas se pretende obtener conclusiones relevantes para el diseño preliminar de estos trenes, ya que en este rango de frecuencias se definen problemas importantes como la seguridad de marcha, la inestabilidad dinámica y, en parte, el confort. Para que estas herramientas sean eficientes, deben tener un bajo coste temporal para el modelado, el cálculo y el postproceso de los resultados. En la actualidad, el aumento de la velocidad de circulación y la eficiencia energética son factores que influyen notablemente en el desarrollo de los nuevos trenes de alta velocidad. En este sentido, los trenes articulados presentan características dinámicas que les hacen especialmente indicados para su explotación en alta velocidad. Sin embargo, el modelado de trenes articulados en los programas comerciales de dinámica ferroviaria presenta algunas dificultades. Así, desde el punto de vista industrial, resulta interesante disponer de modelos sencillos que reproduzcan los aspectos más destacados de la dinámica de baja frecuencia de estos trenes. Estos modelos deben proporcionar resultados con una precisión suficiente y ofrecer una visión de conjunto del comportamiento dinámico del tren para poder orientar las decisiones en el diseño de estos vehículos. En este trabajo se va a plantear una metodología que permita desarrollar modelos dinámicos de trenes articulados de forma eficiente. Para ello, se van a considerar y justificar una serie de hipótesis simplificativas, y se va a proponer el empleo de coordenadas naturales para describir la cinemática de las cajas. Esta metodología se va a aplicar para desarrollar modelos lineales y no lineales de trenes Talgo con el objetivo de validar las simplificaciones realizadas. Finalmente, se van a realizar una serie de análisis con estos modelos para comprobar su precisión y mejorar el conocimie / Carballeira Morado, J. (2012). Modelado y simulación del comportamiento dinámico a baja frecuencia de trenes articulados [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16928 / Palancia