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Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Electricista / En esta tesis se desarrolló un trabajo de modelación, simulación e implementación experimental de un sistema de control de temperatura para un equipo de calentamiento inductivo orientado a calentar fluidos de pasada. Lo anterior, con el propósito de estudiar el control de una variable de gran interés industrial: la temperatura del fluido calentado, ya que la mayoría de los procesos requieren para su operación óptima mantener un buen manejo de esta variable. Para tal efecto, se analizaron cinco estrategias de control, de las cuales cuatro de ellas corresponden a esquemas adaptables por modelo de referencia (MRAC): Control Adaptable Directo, Control Adaptable indirecto con enfoque Dinámico, Control Adaptable Indirecto con enfoque Algebraico y Control Adaptable Combinado, y otra de tipo clásica Proporcional-Integral (PI), a modo de encontrar ventajas comparativas entre sí y validar si una estrategia avanzada puede superar el desempeño de una más sencilla. La metodología seguida consistió, en primer lugar, en la elaboración de un modelo fenomenológico detallado, dinámico y de parámetros concentrados, que considera los principales fenómenos físicos relacionados con el sistema, como el Electromagnetismo y la Trasferencia de Calor, así como el comportamiento de la variables eléctricas en el equipo de alimentación, cuyos componentes son mayoritariamente de Electrónica de Potencia. En seguida, con un modelo de planta bien definido y calibrado, se diseñaron las estrategias de control de temperatura, y posteriormente se simuló el sistema en lazo cerrado, sometiéndolo a determinados seguimientos de referencia y perturbaciones medibles y programadas. Luego, a través de indicadores comparativos de desempeño de la respuesta, sea en términos del error de control y la energía utilizada en la acción de control, entre otras, se evaluó objetivamente cuál de las estrategias reunía las características más favorables para controlar un sistema real. Finalmante, en una planta piloto de 15 [kW] se realizaron pruebas experimentales, las cuales permitieron validar tanto la controlabilidad y estabilidad de la planta, como contrastar las respuestas con el modelo propuesto. Los resultados obtenidos en todas las actividades realizadas, demostraron que es posible implementar estrategias de control adaptable por modelo de referencia (MRAC) con resultados favorables y coincidentes, tanto a nivel experimental como en simulaciones, con un desempeño similar o mejor que una estrategia PI clásica. También, se pudo verificar que una combinación ponderada de las estrategias de control adaptable directa e indirecta constituye una mejora significativa en el desempeño de la planta, en términos de tiempos de estabilización, oscilaciones y sobrepasos. Por ello, se sugiere al esquema Adaptable MRAC Combinado como la mejor alternativa a implementar para estos sistemas de calentamiento inductivo. Finalmente, fue posible implementar herramientas sencillas de compensación de retardo en la variable controlada, producto de la ubicación del sensor con respecto a la zona de calentamiento, mediante métodos adaptables y predictivos con la incorporación del modelo, de modo de evitar en futuros diseños de equipos eventuales inestabilidades de la planta producidas por la demora en la variable controlada. Finalmente, es importante expresar que esta Tesis se desarrolló en el marco del proyecto Fondef D05I10098, “Mejoramiento de Operaciones de Biolixiviación de Minerales de Cobre y Electro-Obtención en Plantas a Gran Altura Mediante Calentamiento de Soluciones por Inducción Magnética”.

Hoy en día las personas no están libres de enfermedades o accidentes que, en el peor de los casos, puedan derivar en la amputación de una extremidad. Por lo tanto, para poder reemplazar aquella extremidad se usan las denominadas prótesis. Particularmente la prótesis mioeléctrica de brazo es una extensión artificial que puede ser muy realista, con buena movilidad y puede ser controlada con el pensamiento o el movimiento de determinados músculos del usuario. El desarrollo e investigación de las prótesis mioeléctricas no se da en nuestro país, de la misma forma, dicha prótesis no es muy acogida por parte de las personas amputadas, ya que su precio promedio es de USD $95,000 aproximadamente. El presente proyecto profesional da a conocer la implementación de un prototipo similar a una prótesis mioeléctrica. Este dispositivo logra distinguir entre cinco movimientos del brazo Dichos movimientos se dan tiempo real por medio del procesamiento de dos señales mioeléctricas provenientes del bíceps y tríceps braquiales. Además el prototipo será capaz de manipular objetos livianos. El precio de fabricación de dicho prototipo será de un muy bajo costo comparado con prótesis existente, y está implementada con materiales y dispositivos del mercado local. De esta manera, siendo más asequible para promover el desarrollo e investigación en esta área.

La tesis titulada “Adecuación y Optimización de las Redes de Distribución Eléctrica en la zona Sur Altina del Valle del Mantaro-Huancayo”, tiene como objetivo Identificar alternativas tecnológicas de conversión de un sistema de distribución monofásico a un sistema trifásico y la implementación de los sistemas de utilización en media tensión, con la finalidad de promocionar los usos productivos de la electricidad, propuestas que permitirán optimizar el uso del recurso energético y generar ahorros económicos. Así mismo se tiene el objetivo contribuir al desarrollo rural y la sostenibilidad financiera de la empresa de distribución eléctrica. En el presente trabajo se realizó una evaluación técnica-económica sobre las alternativas tecnológicas para adecuar y optimizar las redes de distribución eléctrica con la finalidad de promocionar los usos productivos. Para ello se realizó una investigación de campo a nivel descriptivo/correlacional, que consistió en identificar una determinada muestra, en este caso fue los usuarios domésticos de los distritos de Chongos Alto, Chicche y Yanacancha, describiéndose la relación que existe entre la variable independiente (Redes de Distribución Eléctrica) con la variable dependiente (Promoción de Usos Productivos) aplicando cuestionarios a los usuarios mencionados. Así mismo se realizó la evaluación técnica y económica de la implementación de 07 sistemas de utilización en el ámbito de estudio, obteniéndose resultados satisfactorios en los que respecta a los indicadores correspondientes. Los resultados que se obtuvieron son que al implementar las alternativas propuestas de adecuación y optimización de las redes de distribución eléctricas, podremos acceder a un sistema de distribución trifásico para su aplicación en los centros de producción agroindustrial, consecuentemente se podrá promocionar los usos productivos en la Zona Sur Altina del Valle del Mantaro, haciendo posible mejorar el bienestar y la calidad de vida de los pobladores. / Tesis

Esta tesis implementa un prototipo de sistema de complementación para la rehabilitación motriz de la mano derecha de las personas con artritis reumatoide. La iniciativa para desarrollar este proyecto nace de la necesidad de tener una herramienta que ayude de manera más enriquecedora a los pacientes en su rehabilitación, evitando que estos dejen el tratamiento por fatiga mental. Además, de reducir la supervisión del fisioterapeuta y por consiguiente reduciendo el costo del tratamiento. El primer capítulo identifica y justifica la problemática a atenuar con esta tesis, también muestra el estado del arte donde se presentan dispositivos similares en el mercado. Finalmente, se detalla el objetivo general y objetivos específicos para el desarrollo del proyecto. El segundo capítulo expone los conceptos teóricos que se debe conocer para entender los temas a tratar en esta tesis. Por ejemplo, temas con relación a la terapia física, sus causas, tipos de tratamiento, definición de la artritis reumatoide y conceptos teóricos de hardware y software. El tercer capítulo describe la estructura general del proyecto y el hardware empleado en cada etapa del mismo. El cuarto capítulo explica el software del prototipo respecto a los algoritmos de procesamiento, el modelamiento matemático y el programa de interfaz para el usuario. El quinto capítulo presenta las cartas de viabilidad de especialistas fisioterapeutas, las pruebas del proyecto, los resultados del proyecto y los costos de los componentes. Finalmente, el último capítulo presenta los indicadores de cumplimiento de objetivos, las conclusiones obtenidas y las sugerencias necesarias para futuros trabajos. / Esta tesis implementa un prototipo de sistema de complementación para la rehabilitación motriz de la mano derecha de las personas con artritis reumatoide. La iniciativa para desarrollar este proyecto nace de la necesidad de tener una herramienta que ayude de manera más enriquecedora a los pacientes en su rehabilitación, evitando que estos dejen el tratamiento por fatiga mental. Además, de reducir la supervisión del fisioterapeuta y por consiguiente reduciendo el costo del tratamiento. El primer capítulo identifica y justifica la problemática a atenuar con esta tesis, también muestra el estado del arte donde se presentan dispositivos similares en el mercado. Finalmente, se detalla el objetivo general y objetivos específicos para el desarrollo del proyecto. El segundo capítulo expone los conceptos teóricos que se debe conocer para entender los temas a tratar en esta tesis. Por ejemplo, temas con relación a la terapia física, sus causas, tipos de tratamiento, definición de la artritis reumatoide y conceptos teóricos de hardware y software. El tercer capítulo describe la estructura general del proyecto y el hardware empleado en cada etapa del mismo. El cuarto capítulo explica el software del prototipo respecto a los algoritmos de procesamiento, el modelamiento matemático y el programa de interfaz para el usuario. El quinto capítulo presenta las cartas de viabilidad de especialistas fisioterapeutas, las pruebas del proyecto, los resultados del proyecto y los costos de los componentes. Finalmente, el último capítulo presenta los indicadores de cumplimiento de objetivos, las conclusiones obtenidas y las sugerencias necesarias para futuros trabajos.

Propuesta de diseño, construcción y pruebas de una fuente de poder múltiple aplicada a un láser Nd: YAG. Para el diseño y construcción de esta fuente de poder, se utilizan técnicas de convertidores conmutados, los cuales trabajan en alta frecuencia para lograr mayor eficiencia del convertidor obteniendo reducción de espacio respecto a las fuentes de poder tradicionales. Desde hace muchos años, la tecnología en el campo de la electricidad y electrónica ha ido avanzando constantemente con una clara tendencia a hacer equipos cada vez más pequeños, eficientes y portátiles. Asimismo, las fuentes de poder y convertidores no son ajenos a esta tendencia. Las fuentes de poder generalmente forman parte de un equipo integral mayor, y su objetivo es proporcionar los niveles de tensión y corriente adecuado para una óptima operación del equipo final. Y es por esta razón que las fuentes de poder también buscan ser cada vez más pequeñas o portátiles. Aunque las tecnologías resonante y quasi-resonante están muy desarrolladas en otros países, en el Perú aún no se dispone de este conocimiento. Nuestra industria está limitada a la fabricación de fuentes de poder usando tecnología lineal, lo que nos vuelve dependientes de las importaciones y de la tecnología de otros países. Una de las razones de esta deficiencia es la falta de información sobre el diseño y fabricación de fuentes con tecnología conmutada, así como la falta de trabajos previos que sirvan de base para nuevos fabricantes. Asimismo, por otro lado se tiene la tecnología láser, cuya aplicación y desarrollo son definitivamente la tendencia actual de la óptica aplicada. En especial, los láseres de Neodimio: Itrio-Aluminio-Granate (Nd: YAG) son uno de los más usados tanto en la industria como en la investigación. La razón de su amplio uso es su flexibilidad y eficiencia óptica. Con las condiciones de energía adecuada, este tipo de láser puede cortar o perforar acero, vidrio o emplearse en el área médica. Esta tecnología tampoco está extendida en nuestro país, y el conocimiento técnico de su funcionamiento tampoco está difundido. Por las razones expuestas, se diseñará y construirá una fuente de poder utilizando tecnología conmutada aplicada al láser Nd: YAG. Estos conocimientos servirán para futuros fabricantes o profesionales que necesiten hacer desarrollo en estos campos. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / Actualmente existe un gran interés y compromiso en aumentar la generación eléctrica proveniente de fuentes ERNC (Energías Renovables No Convencionales) a nivel mundial dado el actual escenario energético. Para maximizar la transferencia energética y asegurar una operación óptima desde un punto de vista técnico y económico se han propuesto distintas topologías de inversores junto con sus estrategias de control. Por otro lado, el control predictivo se perfila como una estrategia prometedora para controlar algunas topologías de inversores de potencia, en particular el control FS-MPC (Finite Set - Model Predictive Control) se ha implementado en un gran número de configuraciones debido a sus ventajas como: rápida respuesta transitoria; fácil inclusión de no linealidades y restricciones en el controlador; y ausencia de modulador. Sin embargo las tensiones sintetizadas por esta estrategia poseen una frecuencia de conmutación variable lo que complica el diseño de filtros de conexión a la red y aumenta la distorsión armónica en las señales inyectadas. En esta tesis se implementa de forma experimental un control predictivo modulado (M2PC, Modulated Model Predictive Control) en un inversor NPC (Neutral Point Clamped) trifásico de 3 niveles en configuración front-end, esta estrategia genera una tensión con frecuencia de conmutación fija y además mantiene las ventajas del control FS-MPC ya mencionadas. El controlador se programa en una plataforma dSPACE dS1103, para esto fue necesario diseñar y construir una tarjeta de desarrollo para una FPGA (Field-Programmable Gate Array) Spartan 3 y una tarjeta transmisora de fibra óptica, la función de la primera tarjeta es gestionar el envío de vectores al conversor NPC y habilitar un sistema de protección que apague el inversor en caso de falla, mientras que la segunda tarjeta se utiliza para enviar los pulsos de disparo a los IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) del inversor. En el desarrollo de esta tesis se proponen 2 estrategias de control M2PC, en la primera se utiliza una función multiobjetivo para regular la corriente inyectada a la red y el balance de los condensadores del DC-Link, mientras que en la segunda el control M2PC sólo se encarga del error de corriente y en una etapa posterior se regula las tensiones del DC-Link. Inicialmente la estrategia se simula mediante el software Plecs y posteriormente se implementa en el sistema experimental. Se concluye que ambas estrategias presentan un buen desempeño en régimen permanente y transitorio, en ambos casos el THD (Total Harmonic Distortion) es menor al 2% y los condensadores se encuentran balanceados.

Doctor en Ingeniería Eléctrica / El flujo óptico (OF, por sus siglas en inglés) es un campo vectorial que representa las velocidades aparentes de movimiento de los patrones de intensidad en una imagen que varía en el tiempo. El OF ha sido aplicado ampliamente a tareas de visión computacional y está siendo usado para análisis de imágenes biológicas. La literatura relevante muestra que (i) la mayoría de los artículos apenas cubre el tema de la selección óptima de parámetros y (ii) el criterio para optimización y ranking de métodos de OF tiende a ser precisión o velocidad, pero no un criterio conjunto de precisión y velocidad. Esta tesis presenta como su contribución principal una metodología novedosa para la selección de parámetros de un método de OF cualquiera, basado en la optimización concurrente de varios objetivos. Esta metodología está basada en optimización multi-objetivo evolutiva y busca los parámetros que optimizan dos objetivos, precisión y velocidad del OF, al mismo tiempo. La metodología encuentra un conjunto de configuraciones que son óptimas en el sentido de Pareto, es decir que no hay configuraciones mejores que otras en todos los objetivos. Este conjunto de configuraciones caracteriza cada método de OF, dando una curva de operación precisión-velocidad para el método y permitiendo la comparación entre distintos métodos. Los resultados muestran que la metodología propuesta logra mejoras tanto en la precisión como en la velocidad de un método de OF, entendidos como una medida de error de OF y el tiempo de ejecución del método de OF. La metodología presentada fue aplicada exitosamente a un problema biológico. Fue probada para la selección de parámetros de OF para experimentos de seguimiento (tracking) apuntando al análisis 3D de estructura en microscopía electrónica de objetos biológicos. Produjo una reducción importante en tiempo de ejecución, manteniendo bajo el error de tracking. Esta metodología ahorraría tiempo a investigadores que trabajan con OF, evitando selección manual de parámetros y dándoles la configuración de parámetros adecuada para su aplicación. Sería interesante desarrollar rankings en línea para comparación de métodos de OF, aprovechando las curvas de operación multi-objetivo.

VisaNet es una empresa dedicada a ofrecer medios de pago electrónicos a través de tarjetas de débito o crédito. Sus clientes son los negocios a los que se les instala puntos de venta (POS) u otros mecanismos, como el PagoWeb o el PagoLink, mediante los cuales pueden cobrar a los propietarios de las tarjetas (tarjetahabientes). Las tarjetas son otorgadas por instituciones financieras. Este proyecto se desarrolló con el objetivo de que VisaNet pueda generar ingresos adicionales a los actuales, los que consisten básicamente en la comisión que cobra a los negocios afiliados por los pagos recibidos con tarjetas.

Ingeniero Civil Eléctrico / Los metamateriales han revolucionado la forma de diseñar antenas, principalmente por lograr propiedades difíciles de obtener por técnicas tradicionales. El presente trabajo muestra el diseño, fabricación y caracterización de tres antenas de microcinta operando en la banda de 2.4 GHz para explorar el efecto de estructuras de metamateriales, en busca de un mejor desempeño en términos de ancho de banda, eficiencia de radiación y ganancia. La metodología utilizada comprende el diseño por software de análisis electromagnético, manufactura con técnicas de impresión de circuitos utilizando FR4, un insumo de propósito general, y el despliegue de un montaje experimental para la medición de pérdidas por retorno (S11) y patrones de radiación. Se han realizado experimentos de caracterización del parámetro S11 entre 1 GHz y 10 GHz, y seis cortes del patrón de radiación por antena, para 3 puntos de frecuencia, en co-polarización y polarización cruzada en cada uno. Las tres antenas construidas han mostrado anchos de banda excepcionales, del 49 %, 107 % y 29 %, eficiencias superiores al 75 % y ganancias totales sobre 3 dB. Se ha comparado el desempeño de cada una, utilizando figuras de mérito tales como: tamaño del haz de media potencia, eficiencia, ancho de banda, nivel de polarización cruzada, tamaño eléctrico y ganancia máxima. Asimismo, los dispositivos presentados pueden ser utilizados en variadas aplicaciones de la banda de 2.4 GHz. En particular, enlaces de gran alcance, comunicación multibanda e integración en sistemas compactos.