San Camilo, es un laboratorio clínico ubicado en la ciudad de Cutervo – Cajamarca, quien tiene un posicionamiento bastante influyente dentro de su mercado local, logrando maximizar sus actividades y buscando una mejor rentabilidad. Sin embargo, existe una amenaza para la continuidad eficiente de la empresa, cual es la ausencia de control e identificación de costos y gastos incurridos. La presente investigación nació por la identificación de esta problemática, ya que perjudicaba la correcta y eficiente toma de decisiones para la continuidad y logro de las metas de la empresa. Por otro lado, no existía información relevante para la presencia de criterios o procedimientos para una toma de decisiones, ocasionando que estas sean espontaneas y sin algún tipo de análisis previo. Es por lo mismo, que se tiene como objetivo diseñar un sistema de costeo ABC para la toma de decisiones en el laboratorio clínico estudiado, presentando un enfoque cuantitativo de nivel de investigación descriptiva aplicada, con una técnica de muestreo no probabilístico y con la ayuda de los instrumentos como la entrevista y análisis documental se recolecto datos. Posteriormente se pudo constatar que este sistema de costeo ABC contribuye al laboratorio clínico a controlar y clasificar sus costos y gastos, así recalcular adecuadamente el precio de los análisis clínicos ofertados y finalmente brindando información estratégica y útil para la toma de decisiones en el laboratorio clínico.

La hidrofobicidad es la propiedad que tienen algunos elementos para repeler el agua. Esta juega un rol importante en el desarrollo de nuevos productos dentro del comercio de pinturas, insecticidas, tintes, alimentos en polvo disolventes, remedios, combustibles, vidrios automotrices, entre otros. Estudios actuales, indican que el nivel de hidrofobicidad se puede determinar al analizar el ángulo que se forma entre una superficie y la recta tangente que pasa por el punto de intersección entre la gota y la superficie. Actualmente, existen diferentes equipos comerciales para laboratorio que se utilizan para calcular el ángulo. De este modo, se determina si una superficie es impermeable o no y en qué magnitud. Usualmente, estos equipos realizan la dosificación de la gota y el análisis de forma automática. Para ello, capturan una imagen que evidencia el comportamiento de la gota en la superficie a evaluar y la analizan digitalmente de forma manual. En el presente trabajo de tesis se diseñó un sistema mecatrónico que permite realizar pruebas de hidrofobicidad utilizando un algoritmo de procesamiento de imágenes digitales a nivel laboratorio. El primer capítulo comprende el análisis del estado del arte y la definición de los conceptos necesarios para la implementación del diseño mecatrónico. El segundo capítulo, comprende el diseño conceptual de la tesis, así como los requerimientos del diseño. El tercer capítulo, presenta la realización de los cálculos mecánicos, la elaboración de planos mecánicos de ensamble y despiece de las piezas diseñadas. Así mismo, contiene el esquema electrónico y la selección de los componentes electrónicos, finalmente, el capítulo presenta el desarrollo del algoritmo del funcionamiento del sistema. El cuarto capítulo, explica el funcionamiento de la interfaz de usuario, así como las pruebas y resultados realizados por el algoritmo codificado. Finalmente, el quinto capítulo, comenta los costos finales estimados de todo el diseño mecatrónico. Como conclusiones del presente trabajo, se logró diseñar un sistema mecatrónico que permita el cálculo de hidrofobicidad de un material. Así mismo, se logró elaborar una interfaz gráfica que permita seleccionar una imagen y se logró evaluarla con un algoritmo de procesamiento de imágenes en diferentes materiales obteniendo un error máximo de 1.3% de exactitud. Finalmente, se logró proponer un diseño cuyo costo total representa el 47.6% del precio final de productos comerciales existentes en el mercado.

La pandemia generada por la Covid 19 generó que las universidades dejen de brindar clases presenciales y que los alumnos dejen de interactuar con los equipos que dichas universidades brindan como complemento de sus aprendizajes. Por otro lado, el internet de las cosas es la tecnología que permite conectar dispositivos a internet y las plataformas IoT las que permiten a un usuario final el monitoreo y control remoto de dichos dispositivos. En ese sentido, el objetivo principal de la tesis es el diseño e implementación de una plataforma IoT que permita el monitoreo y control remoto desde la nube del banco de psicrometría, el cual es un equipo mecánico ubicado dentro del Laboratorio de Energía de la PUCP, a un alumno a través de una interfaz web para la realización de laboratorios remotos. Para ello, se presenta la situación del Laboratorio de Energía en pandemia y se describe al equipo en cuestión. Luego, se presenta los requerimientos a cumplir, se plantea el diseño de la arquitectura y se realiza la implementación de la plataforma. También, se realiza pruebas de rendimiento y se muestra los resultados del uso de la plataforma desarrollada por alumnos en laboratorios reales. Por último, se destacan las conclusiones claves, como el diseño e implementación exitosa de la plataforma IoT. Adicionalmente, se muestra que la plataforma está siendo utilizada por estudiantes de la PUCP a la fecha en la que se escribe la tesis.

La perforación de roca es un proceso que se encuentra presente en la minería, la construcción y la extracción de hidrocarburos. Normalmente, para la perforación de roca, se utilizan taladros percusivos. Los taladros percusivos tienen dos componentes importantes: el elemento que genera el impacto, llamado martillo o pistón de impacto y el elemento que se encuentra en contacto con la roca, llamado indentador o bit que aloja el elemento perforante llamado inserto. Se presenta el diseño de un equipo de laboratorio que permite al investigador estudiar el daño en una muestra de roca utilizando distintos tipos de insertos (ya sea cónicos o balísticos de distintos diámetros), distintas configuraciones geométricas de los insertos en un taladro percusivo, así como distintos ángulos de barrido. El equipo de laboratorio consiste en un cilindro neumático cuyo pistón (martillo) se acelera hasta una velocidad de 5 m/s. Dicho pistón impacta contra el indentador, transfiriendo su energía a través del indentador hasta una muestra de roca. En el extremo del indentador se encuentran los insertos de carburo de tungsteno, quienes se encargan de perforar la roca. El peso combinado del equipo es aproximadamente 50 kg. El equipo fue diseñado de tal manera que sea posible controlar el ángulo de barrido por medio de un sistema de giro que utiliza un motor DC con escobillas con un torque nominal de 1,6 Nm y que consume una potencia de 0,48 W. El equipo, además, cuenta con distintos tipos de sensores para registrar datos relevantes a la investigación. La velocidad del pistón de impacto se mide por medio de dos sensores inductivos separados por una distancia conocida de 24 mm. El indentador cuenta con sensores extensiométricos que miden la deformación del elemento. La roca cuenta con un acelerómetro para registrar la energía recibida. El ensayo se encuentra semi-automatizado, el control está a cargo de un PLC en comunicación con una PC, donde se registra la velocidad de impacto, las deformaciones del indentador y la roca. El PLC gobierna el funcionamiento secuencial del ensayo, activando y desactivando las electroválvulas correspondientes. El costo aproximado (sin considerar los costos de anclaje) es de S./ 25000. Los dos conceptos de mayor costo son la fabricación de los elementos y los sensores utilizados.

Actualmente el agotamiento de los combustibles fósiles combinados con la creciente preocupación por la contaminación ambiental, ha llevado a pensar en nuevas alternativas para la generación de energía eléctrica. Las energías renovables son una alternativa ecológica dentro de las cuales la energía del viento es capaz de cubrir las necesidades energéticas en varias regiones del mundo. Los aerogeneradores son herramientas que permiten capturar y convertir la energía cinética del viento en mecánica y posteriormente en eléctrica. En Perú se está implementando un plan a largo plazo para la electrificación rural por energías renovables para localidades remotas en el cual se espera que se introduzcan formas eficientes de generación eléctrica a escala pequeña. Debido a eso, surge la necesidad de conocer nuevas alternativas de energías consideradas como limpias. La presente tesis tiene como objetivo diseñar un aerogenerador vertical modelo Darrieus, como una alternativa adicional a los aerogeneradores horizontales convencionales, el cual se empleará posteriormente para realizar ensayos en el túnel de viento del Laboratorio de Energía de la PUCP con la finalidad de estudiar sus posibilidades técnicas para la generación de electricidad a pequeña escala. Para alcanzar el objetivo propuesto, en primer lugar, se realizó un análisis aerodinámico matemático en el software Matlab para poder definir los parámetros más eficientes y obtener los valores de los coeficientes de arrastre y sustentación, así como las fuerzas producto de ellos, el torque y el desempeño evaluados en un rango promedio de velocidades (3-6 m/s) que se producen en la región peruana. En segundo lugar, luego de determinar las cargas sobre las palas del aerogenerador, se realizó el diseño estructural, dimensionamiento y selección de los materiales, a una velocidad máxima de 10 m/s, que conforman los componentes de tal forma que sean lo más ligero y pequeño posibles para que no interfieran con el flujo de aire. Finalmente, se realizó la cotización para la fabricación del diseño del aerogenerador Darrieus. Como resultado se obtuvo un aerogenerador modelo Darrieus con 3 palas de 330 mm de longitud y 6 cm de longitud de cuerda, cuyo máximo coeficiente de potencia resultó ser 0,3619 y se da cuando la longitud de la pala es igual al diámetro del rotor; es decir, con un diámetro de 330 mm. Finalmente, el presupuesto para la fabricación del proyecto propuesto asciende a s/ 15 418,66 que incluye costo de asesor y tesista, costos de los elementos normalizados, elementos estructurales y costos de fabricación y maquinado

En la actualidad, el Perú presenta una gran demanda en la utilización de estructuras metálicas que trabajan con equipos mecánicos tales como zarandas, chancadoras, fajas transportadoras, entre otros. El campo de aplicación abarca todo tipo de industrias, donde la que más resalta es la minería, ya que el Perú es considerado un país minero (actividad principal). Es por ello, la importancia de conocer el comportamiento dinámico de dichas estructuras tiene un valor agregado muy importante. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo implementar un módulo de laboratorio en base a una estructura metálica, la cual trabaje con equipos mecánicos. Para así poder mostrar la influencia y mejorar la comprensión sobre la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. La primera parte abarcó todos los conceptos necesarios para poder abordar los problemas de vibraciones mecánicas en las estructuras metálicas. Se explicó con mayor detalle los conceptos de los parámetros que influyen y estén relacionados con el comportamiento dinámico y la estabilidad. También se indicaron las herramientas necesarias para determinar las frecuencias naturales en n GDL mediante el análisis modal. En cuanto a la parte del diseño, se contemplaron las recomendaciones mencionadas por la norma VDI 2225; desde el estudio del arte, hasta obtener el concepto de solución óptimo, para luego realizar los planos de fabricación. La siguiente parte abarcó la experimentación que se realizó en el Laboratorio de Física de la PUCP, con ello se obtuvo datos experimentales (análisis modal) para luego contrastarlos con los elementos finitos. Luego, se comprobó que hay una variación menor al 10 % en el primer modo de los datos conceptuales con los experimentales. También, se mostró la influencia del tipo de uniones y cómo estos afectaron a las condiciones de borde. Además, se logró mostrar la diferencia de los modos y frecuencias naturales al cambiar cambió la configuración del sistema. Por último, se logró cumplir con los objetivos planteados al mostrar la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. Como también se resaltó, la importancia de las condiciones de borde para tener una mejor representación del modelo actual, en este caso se resaltó la influencia del tipo de uniones.

This Doctoral Thesis contributed to forming a new photovoltaic (PV) laboratory in Lima-Peru, by developing an outdoor characterization system for PV modules. This system enables performance studies of different PV technologies under outdoor conditions. The new laboratory is the first of its kind in Peru due to its appropriate instrumentation for various PV performance research. This system was installed in the outdoor-PV laboratory of the Physics section (12◦2′S, 77◦1′W) at the Pontifical Catholic University of Peru (PUCP) in collaboration with the IDEA research group of the University of Jaén (UJA) in Spain. Seven PV modules of different technologies, and instruments are currently installed to measure environmental conditions. This system measures the current-voltage (I-V) curve of each PV module at five-minute intervals and simultaneously measures module temperature and irradiance. Additionally, the solar spectrum and environmental conditions are measured. With these experimental data, it is possible to carry out characterization and performance studies of PV modules or systems. The system started working in March 2019 and continues to work automatically to date. Three types of PV technologies began to be characterized: Aluminum Back Surface Field (Al- BSF), Hetero-junction with Intrinsic Thin-Layer (HIT), and Amorphous/micro-crystalline silicon tandem (a-Si/μc-Si). Four additional technologies were installed in 2020: Interdigitated Back Contact (IBC), Passivated Emitter Rear Totally Diffused (PERT), Amorphous Silicon (a- Si), and Copper Indium Gallium Selenide (CIGS). The first part describes the characterization system composed of an I-V curve tracer, a multiplexing system, and environmental sensors. PV modules, measuring instruments, sensors, components for circuit boards, and connection diagrams are listed. The automated control section describes the architecture of the software developed in LabVIEW for measurement, visualization, and data storage. In the second part, an analysis of the data extracted from the I-V curves is made, mainly in the maximum power point. For this, a methodology was developed to calibrate the PV modules outdoors. Simple methods such as Osterwald and Constant Fill Factor (FFk) were used to model the maximum power of HIT, Al-BSF, and tandem a-Si/μc-Si, for a year (May 2019 – April 2020). Next, the energy conversion efficiency is analyzed using the Performance Ratio (PR) in the following PV technologies: HIT, Al-BSF, tandem a-Si/μc-Si, IBC, PERT, a-Si, and CIGS for another year (March 2020 – February 2022). In the third part, an experimental study of the solar spectrum was carried out during one year (March 2019 – February 2020). The spectrum was characterized by the Average Photon Energy (APE). It was found that the yearly APE for the study period was 1.923 eV, indicating that the spectrum in Lima has a blue shift with respect to the AM1.5G standard spectrum. Additionally, the variation of the monthly APE during the year is negligible. Then, a theoretical evaluation of the Mismatch Factor (MM) and spectral gain was made for the spectral response (SR) of seven PV technologies: a-Si, Perovskite, CdTe, two CIGS with different SRs, multi-Si, and mono-Si. In the part of conclusions and future works, the objectives achieved and the current state of the research laboratory with the new systems and instruments installed are summarized. Finally, in the appendixes there is more detailed additional information on the circuits, algorithms, and mathematical arrangements that were necessary for the development of the thesis. / Esta Tesis Doctoral contribuyó a desarrollar un nuevo laboratorio fotovoltaico (FV) en la ciudad de Lima-Perú, mediante la implementación de un sistema de caracterización para módulos FV. Este sistema permite realizar estudios de rendimiento de diferentes tecnologías FV en condiciones exteriores. Este nuevo laboratorio es el primero de su tipo en Perú debido a su instrumentación especializada para diversas investigaciones de rendimiento FV. Este sistema fue instalado en el laboratorio de FV en los exteriores de la sección de Física (12◦2′S, 77◦1′O) de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), en colaboración con el grupo de investigación IDEA de la Universidad de Jaén (UJA) de España. Actualmente se encuentran instalados siete módulos FV de diferentes tecnologías e instrumentos para medir las condiciones ambientales. Este sistema mide la curva de corriente-voltaje (I-V) de cada módulo FV a intervalos de cinco minutos y mide simultáneamente la temperatura del módulo FV, la irradiancia, el espectro solar y las condiciones ambientales. Con estos datos experimentales, es posible realizar estudios de caracterización y rendimiento de módulos o sistemas FV. El sistema comenzó a funcionar en marzo de 2019 y continúa funcionando automatizadamente hasta la fecha. Se empezaron a caracterizar tres tipos de tecnologías FV: campo de superficie posterior de aluminio (del inglés Al-BSF, Aluminum Back Surface Field), heterounión con capa delgada intrínseca (del inglés HIT, Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer) y tándem de silicio amorfo/microcristalino (del inglés a-Si/μc-Si, Amorphous/microcrystalline silicon tandem). En el 2020 se instalaron cuatro tecnologías adicionales: contacto posterior interdigitado (del inglés IBC, Interdigitated Back Contact), emisor pasivo totalmente difuso posterior (del inglés PERT, Passivated Emitter Rear Totally Diffused), silicio amorfo (del inglés a-Si, Amoriv phous Silicon), y seleniuro de cobre, indio, galio (del inglés CIGS, Copper Indium Gallium Selenide). En el segundo capítulo se describe el sistema de caracterización compuesto por un trazador de curvas corriente-voltaje (I-V), un sistema de multiplexado y los intrumentos/sensores ambientales. Se enumeran los módulos FV, instrumentos de medición, sensores, componentes para placas de circuitos y diagramas de conexión. En la subcapítulo acerca del control automatizado, se describe la arquitectura del software desarrollado en LabVIEW para la medición, visualización y almacenamiento de datos. En el tercer capítulo se realiza un análisis de los datos extraídos de las curvas I-V, principalmente en el punto de máxima potencia. Para ello, se desarrolló una metodología de calibración de módulos FV en exteriores. Se utilizaron métodos simples, como Osterwald y factor de llenado constante (del inglés FFk, fill factor constant), para modelar la potencia máxima del HIT, Al-BSF y tándem a-Si/μc-Si, durante tres meses (mayo 2019 - abril 2020). A continuación, se analiza la eficiencia de conversión de energía utilizando el coeficiente de rendimiento (del inglés PR, performance ratio) en las siguientes tecnologías FV: HIT, Al-BSF, tándem a-Si/μc-Si, IBC, PERT, a-Si y CIGS por dos años (marzo 2020 – febrero 2022). En el cuarto capítulo se realiza un estudio experimental del espectro solar durante un año (marzo 2019 – febrero 2020). El espectro se caracterizó por la energía fotónica promedio (del inglés APE, average photon energy). Se encontró que el APE anual para el periodo de estudio fue de 1.923 eV, lo que indicó que el espectro en Lima tiene un corrimiento hacia el azul con respecto al espectro estándar AM1.5G. Adicionalmente, la variación del APE mensual durante el año es despreciable. Luego, se realizó una evaluación teórica del factor de desajuste espectral (del inglés MM, espectral mismatch factor) y la ganancia espectral para la respuesta espectral (del inglés SR, spectral response) de siete tecnologías fotovoltaicas: a-Si, Perovskita, CdTe (del inglés, cadmium telluride), dos CIGS con diferentes SR, multi-Si (del inglés, multicrystalline silicon) y mono-Si (del inglés, monocrystalline silicon). En las conclusiones y trabajos futuros, se resumen los objetivos conseguidos y el estado actual del laboratorio de investigación con los nuevos sistemas e instrumentos instalados. Finalmente, en los anexos se encuentra información adicional y mas detallada de los circuitos, algoritmos, y arreglos matemáticos que fueron necesarios para el desarrollo de la tesis.

El internet de las cosas es la tecnología que permite conectar dispositivos a internet y las plataformas IoT las que permiten a un usuario final el monitoreo y control remoto de dichos dispositivos. Debido a esto, se propone la utilización de una plataforma IoT para monitorear y controlar remotamente los equipos mecánicos de la PUCP, como el banco de psicrometría ubicado en el Laboratorio de energía de la misma, para el desarrollo de laboratorios remotos. Por este motivo, el objetivo principal será el análisis y comparación de tres plataformas IoT que permitan el monitoreo y control remoto de un equipo mecánico: ThingSpeak, ThingsBoard y Kaa IoT. En la investigación, se evidencia que la plataforma que cumple con la mayoría de los requerimientos planteados para el desarrollo de un laboratorio remoto es Kaa IoT.

El presente proyecto de investigación tiene su origen en la idea de modernizar la gestión de la Policía Nacional de Perú, generando mayores canales de participación y tomando más en cuenta las opiniones y experiencias de los efectivos policiales que tienen contacto con la ciudadanía en el día a día. El presente documento tiene por finalidad la generación de una propuesta frente a la reducida recepción de aportes y comentarios provenientes de oficiales y suboficiales por parte del Comando de la PNP para el desarrollo de cambios estratégicos en la institución La estructura del presente proyecto de innovación está compuesta por cuatro capítulos. El primero, denominado definición y descripción del problema, en el cual se define el marco conceptual del problema, la arquitectura de este y el marco normativo relacionado con el mismo. El segundo, causas del problema, contiene el marco teórico y las causas del problema identificado y desarrollado. En el tercero, se definirá el diseño innovador frente al presente problema y finalmente en el cuarto capítulo se analizará la deseabilidad, factibilidad y viabilidad del proyecto de innovación. Entre los resultados más importantes del estudio se determinará la importancia de contar con un laboratorio de incubación de ideas para mejorar la toma de decisiones en la Policía Nacional del Perú que permita tomar en cuenta la opinión y propuesta de los diferentes efectivos policiales a nivel nacional.

El presente trabajo, toma a los sistemas de aire comprimido industrial, con sus respectivas características, como base para posibles sistemas de almacenamiento de aire comprimido o compressed air energy storage (CAES, por sus siglas en inglés), los cuales, se caracterizan por sus parámetros nominales: tiempo total de descarga nominal y potencia nominal. Las características del aire comprimido industrial consideradas para el presente trabajo son: presiones de almacenamiento menores o iguales a 8 bar(g), y volúmenes de almacenamiento individual entre 0,11 a 8,92 m3. Los resultados permiten conocer a qué clasificación dentro de los sistemas CAES de menor escala (S-CAES o micro-CAES), pertenecerían los sistemas CAES basados en la industria del aire comprimido, y, por otro lado, permiten conocer el posible aprovechamiento, basado en la estimación de los parámetros nominales. Estos parámetros, se encuentran en función de la presión en el tanque, la temperatura en el tanque, y el flujo másico, que ocurren durante el proceso de descarga. Para poder determinar estos parámetros nominales, se implementó un banco de ensayos que permitió realizar las experiencias de descarga de un tanque de almacenamiento de aire comprimido de 1 m3, operando a 14 condiciones de ensayo, basadas en la combinación de presiones iniciales de almacenamiento de 8, 7, 4 y 2 bar(g) con diámetros característicos de la restricción de 4, 3, 2 y 1 mm, sin considerar las combinaciones de: 8 bar(g) 1 mm, ni 7 bar(g) 1 mm. De modo que, se generó la data experimental que abarcó distintas características de descarga. Luego, en la condición que se obtendría la mayor potencia (4 mm – 8 bar(g)), se determina que el modelo de Ardanuy (n=k), es el más representativo de los 6 evaluados, considerando el RMSE y el error relativo de las variables presión en el tanque y tiempo total de descarga, respectivamente. El modelo presenta errores relativos máximos entre 20-25% para la presión en el tanque, 35-45% para la temperatura en el tanque, y 30- 100% para el flujo másico, y, además, RMSE iguales a 18,80 kPa, 71,18 K, y 4,95 kg/h, respectivamente. Además, presenta errores relativos asociados al tiempo total de descarga, mínimo, máximo y promedio, iguales a 3,57%, 35,60% y 16%, respectivamente. Las estimaciones de los parámetros nominales, se realizan en base al modelo más representativo, a la información disponible en la literatura acerca de los procesos de generación de potencia (procesos de expansión), y a sistemas CAES planteados (individual, serie y paralelo), considerando las características del aire comprimido industrial. Los resultados establecen que, sería posible implementar sistemas CAES en base al aire comprimido industrial y a los sistemas planteados, que alcancen potencias nominales de hasta 9300 W, pero con duraciones menores a 1 hora, y, por otro lado, sistemas que alcancen tiempos totales de descarga nominales cercanos a las 3 horas, pero, con potencias nominales mucho menores a 7,5 kW. Para aquellos sistemas que considera 0,97 m3 de almacenamiento, volumen similar al del banco de ensayos, se estima que, podría obtenerse potencias nominales entre 10 a 185 W, asociadas a tiempos totales de descarga nominales en el rango de 590 a 1770 s. Por otro lado, se estima que podría obtenerse 9200 W como potencia máxima asociada a un tiempo total de descarga nominal menor a 25 s. Además, para los sistemas que consideran hasta 4 tanques en serie, se determina que, generarían entre 440 a 590 W, con tiempos totales de descarga nominales de 400 s. Finalmente, se destaca que, el factor limitante de los sistemas planteados es la presión de almacenamiento, considerada como máximo 9 bar(a), para una presión atmosférica de 1 bar, y que ninguno de los sistemas planteados pertenecería a la definición de sistemas S-CAES, pero sí, a la de micro-CAES.