La utilización de máquinas que realicen tareas repetitivas en la cocina surgió para hacernos la vida más fácil y que permite optimizar el tiempo utilizado en ellas. En la actualidad se encuentra gran variedad de sistemas que tienen múltiples funciones como cortar, rebanar o picar pero hay otros que se fabricarán para cumplir otras tareas particulares de acuerdo a la necesidad. El realizar manualmente cortes en cebollas es una rutina que ha permanecido vigente en restaurantes o nuestro hogar, se sabe que se invierte un tiempo no despreciable para realizarlos y peor aún si se calcula el total gastado por un chef en una cevichería, la cual atiende un gran número de comensales, el resultado de este cálculo nos obliga a pensar si es necesario la intervención de un chef para realizar dicha tarea secundaria sabiendo que es de más utilidad que este se enfoque en la calidad y preparación de los platos que el de realizar cortes en cebollas. El objetivo de esta tesis es diseñar un sistema mecatrónico que realice 2 diferentes tipos de corte en cebollas. El sistema cuenta con sensores infrarrojos para detectar la presencia de estas. Utiliza motores actuadores electrónicos para las tareas anteriormente mencionadas, se da por un microcontrolador ATmega16. Además está diseñado en base a las normas sanitarias correspondientes a proceso con alimentos y a uno ergonómico para su fácil manipulación. Otro requerimiento es su presentación (estética) para que sea atractiva para su venta. El desarrollo de esta tesis está compuesto por 5 capítulos. En primer lugar se explica la problemática cuya solución se dará a través del sistema mecatrónico. En segundo lugar se expone los requerimientos mecánicos, eléctricos, electrónicos, de control y demás se presenta por medio de las vistas frontal, lateral, superior e isométrica al sistema. En el tercer capítulo se explica el funcionamiento por medio del diagrama de bloques, se describe a los sensores y actuadores utilizados, y cada plano mecánico, esquemático y diagrama de flujo del programa de control. En cuarto lugar se detallas un presupuesto para la implementación del sistema indicando cada componente con su respectivo proveedor o fabricante. / Tesis

Las metodologías para la determinación e identificación de fallas en procesos industriales viene siendo desarrollada e investigada desde hace 30 años, en los cuales se han elaborado una gran variedad de metodologías de detección y de aplicaciones a sistemas reales. Debido al aumento de la complejidad y cantidad de los procesos que necesitan ser controlados, surgen teorías para la detección e identificación de fallas como solución a problemas de repercusión no solo económica, sino también ecológica, productiva y de seguridad. En la presente tesis se ha desarrollado un método de detección e identificación basado en una innovación proveniente del filtro de Kalman, la cual provee condiciones suficientes y necesarias para la detección de fallas aditivas bajo influencia de ruido gaussiano blanco. Esta metodología de detección se aplica a un motor de corriente contínua de excitación independiente, cuya función de transferencia tipo SISO ha sido obtenida experimentalmente. Posteriormente un análisis estadístico de la innovación obtenida del filtro de Kalman, ha permitido diagnosticar la presencia e instante de la falla aditiva generada en el sensor del sistema. Lo anterior ha generado un sistema capaz de detectar fallas aditivas idealizadas como modelos tipo escalones y rampas en un sistema lineal e invariante en el tiempo. El sistema desarrollado, permite la correcta detección e identificación de las fallas aditivas presentes en el sensor del modelo del motor de corriente continua, basándose en el análisis estadístico del parámetro innovación proveniente del Filtro de Kalman. / Tesis

En la actualidad el Perú se encuentra en un proceso de transformación debido al crecimiento económico que se está viviendo, el cual va acompañado de una creciente demanda de maquinaria asociada a la producción a consecuencia de que diversas plantas industriales se han consolidado o repotenciado, razón por la cual se escoge como materia de estudio las máquinas eléctricas, las cuales en sus diferentes presentaciones son una de las principales involucradas en los procesos de fabricación. En los últimos años los motores eléctricos han pasado a tener un realce como eje en los distintos procesos de la industria en la que operan, es por ello que poco a poco se consideran más cuidados de estos en cuanto a su mantenimiento y estudios para las mejoras en sus arranques y durante su funcionamiento. Los motores síncronos forman parte de un tipo de máquina eléctrica y se vio una oportunidad en la presente tesis de abordar como materia de estudio el arranque del motor. Los ensayos característicos de máquinas eléctricas se desarrollan con el fin de conocer sus principios de funcionamiento, obtener sus circuitos eléctricos equivalentes y evaluar sus comportamientos frente a diferentes condiciones. La presente tesis aborda en un principio el diseño y la simulación de los circuitos asociados para la puesta en marcha del motor síncrono. De la misma forma como parte de este diseño, se implementa la fuente de alimentación de tensión regulable para suministrar energía al circuito de campo del motor síncrono trifásico. Para este objetivo, en la presente tesis se realiza el estudio del motor síncrono trifásico; sus principios de funcionamiento y sus circuitos eléctricos equivalentes. También se aborda el estudio de las tecnologías actuales usadas en el diseño de las fuentes de alimentación lo que introduce a un análisis completo del diseño de las mismas. Por último, se muestran los resultados de las pruebas realizadas tanto para el arranque del motor como para la fuente implementada. / Tesis

Estágio realizado na Edifícios Saudáveis e orientado pelo Eng.º Ricardo Sá / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado na WeGeuro Indústria Eléctrica S.A. e orientado pelo Eng.º André F. C. Rodrigues / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Esta tesis trabaja en el desarrollo de un Control adaptivo de un motor paralelo empleando linealización por realimentación. Debido al conocimiento impreciso de los parámetros del motor, un enfoque adaptable agrega robustez a la técnica de linealización entrada-salida que requiere la exacta cancelación de los términos no lineales. El objetivo del control es seguir una velocidad de referencia aún cuando se tenga parámetros desconocidos y perturbaciones de carga. La estabilidad de la dinámica interna es asegurada por el análisis de la dinámica de ceros. Se ha desarrollado también un observador no lineal para el torque de carga con dinámica de error lineal. Las simulaciones se efectuaron usando el programa de simulación SIMULINKTM desde MATLABTM. El desempeño del controlador adaptivo se ha probado en tiempo real usando una configuración experimental. Se presenta una metodología para elaborar un programa de control en tiempo real que corra en tiempo real usando El SIMULINK Real-Time Workshop . La respuesta de velocidad de un motor DC paralelo se forzó a seguir un modelo de referencia de segundo orden con un tiempo de establecimiento de 20 segundos y un tiempo de subida de 10 segundos. Los resultados muestran que la ley de control adaptivo efectivamente agrega robustez a la supresión exacta de los términos no lineales y garantiza la convergencia del seguimiento. / This thesis work deals with the development of a real-time adaptive feedback linearizing controller for a DC shunt motor. Due to the imprecise knowledge motor parameters, an adaptive approach adds robustness to an input-output linearization technique that requires exact cancellation of nonlinear terms. The control goal is to track a reference speed under unknown parameters and load disturbances. The stability of internals dynamics is assured by analysis of zero dynamics. A nonlinear observer for load torque with linear error dynamics was also developed to give a load torque estimate to the adaptive controller. The simulations were carried out using simulation software SIMULINKTM from MATLABTM. The performance of the adaptive controller was tested in real-time using a experimental setup. A methodology for building a real-time control program that runs in real time using the SIMULINK Real-Time Workshop was presented. The speed response of the DC shunt motor was forced to track a second order model reference with settling time of 20 sec. and a rise time of 10 sec. The results show that the adaptive control law effectively adds robustness to the exact cancellation of nonlinear terms and guarantees tracking convergence.

Autorizado por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2014 / En los últimos años, la industria en general se ha percatado de la importancia del concepto de la confiabilidad, es decir, cuál es la disponibilidad que posee determinada planta para producir. Como es de suponer, este concepto macro descansa sobre cada una de las partes de la empresa, en especial, en las máquinas eléctricas. La matriz de una industria productora de grandes volúmenes, como lo son las mineras, cementeras y celulosas, posee siempre algunas máquinas de gran potencia que son claves en la producción, y donde una falla imprevista puede afectar fuertemente los ingresos de un mes. En general estas máquinas grandes son del tipo síncrono, como es el caso de los molinos de las plantas mineras, donde se usan debido a las adecuadas características de velocidad y estabilidad que poseen, otorgando beneficios tanto de operación como a nivel local, pues además pueden ejercer efectos capacitivos sobre la red que los alimenta. En vista de lo anterior, el presente trabajo se centra en el monitoreo en línea de estos motores, lo que permite estar, constantemente y desde cualquier lugar, pendiente de cuál es el estado de determinada máquina. Con esto, se podrá saber si existe alguna falla, presente o en gestación, y con esta información, meses antes de ocurrir la falla, la corrección del error puede realizarse de manera programada, con mínimos costos por concepto de pérdidas de producción y reparación del motor. El sistema se diseñó desde un comienzo con enfoques en tres áreas: metodologías, donde se consideraron aquéllas más recientes, extraídas de publicaciones de los ámbitos de energía y control; equipos, escogiendo sensores, variables y parámetros tales que se obtuviera la mayor cantidad de resultados posible, con el mínimo costo; y finalmente costos, donde la atención se centró en aprovechar la información obtenida por el sistema de monitoreo, para ayudar a la toma de decisiones en el área de mantenimiento tal de reducir allí los costos, considerando que muy rara vez se hace un flujo o algún tipo de análisis económico en problemas de este tipo. El diseño del sistema en sí se concentró en metodologías de análisis de corrientes y transformación de Park, las que en conjunto permiten detectar diversos problemas de operación, tanto en señales específicas de alguna fase o de la excitación, como desbalances entre las fases. Los métodos abordados fueron escogidos en base a estadísticas de fallas, tal que logran cubrir alrededor de un 80% de las fallas producidas en máquinas síncronas, particularmente los problemas de excentricidad (problemas de descansos, fatiga o problemas del eje) y los problemas de cortocircuitos internos en el rotor o en el estator. El manejo de la información obtenida quedó definido por escalas de bases de datos, lo que permite ir filtrando y condensando la información, para almacenarla en el tiempo y tener una perspectiva de la evolución de los motores. Incluso es posible incorporar un análisis de tipo estadístico sobre estos datos, si se tienen suficientes máquinas bajo monitoreo, para así validar y estimar con mayor precisión la severidad de fallas y otros datos. En el análisis económico se toman los costos estimativos por instalación, operación y reparación de distintas alternativas ante determinada falla, permitiendo así tomar la mejor decisión. Se concluye con sugerencias para trabajos futuros, como la inclusión de la medición del torque mecánico y temperaturas, con la finalidad de refinar los datos y estimaciones obtenidas, al punto de poder recrear el comportamiento de la máquina. Con ello se podría hacer un seguimiento minucioso del motor a través de la evolución de los parámetros de éste.

El objetivo del presente trabajo de título es analizar el diseño de un generador trifásico doblemente alimentado, enfocándose en los aspectos constructivos que determinan su comportamiento eléctrico, incluyendo métodos de control que se utilizan habitualmente para aplicaciones en aerogeneradores. Se comienza desarrollando el modelo de circuito monofásico equivalente, que permite estudiar las propiedades de este tipo de generador, especificando las convenciones de signos empleadas y las ecuaciones respectivas. Luego, se entregan las principales relaciones electromecánicas, con el fin de obtener los parámetros del modelo circuital, resistencias y reactancias, a partir de las dimensiones físicas y materiales constituyentes de la máquina. A continuación se describe el algoritmo de diseño implementado para los análisis posteriores, estableciendo criterios de evaluación de sus características eléctricas en aplicaciones eólicas para sistemas de generación con potencia nominal del orden de 2 MW. Finalmente se desarrolla la metodología de diseño para la determinación de las dimensiones más apropiadas del generador, la cual se ilustra para un caso definido de aplicación eólica. Se concluye que las estrategias de control implementadas en generadores eólicos doblemente alimentados son decisivas a la hora de determinar los aspectos constructivos del diseño, por lo cual se señalan los parámetros más relevantes y analiza su efecto en los modelos desarrollados.

Ingeniero Civil Electricista / El rol fundamental que poseen las máquinas eléctricas dentro de la industria fomenta la búsqueda de técnicas de control efectivas y eficientes. De particular interés resulta la máquina de inducción tipo jaula de ardilla, la que por su sus bajos costos de fabricación y mantención, constituye el 90% de la energía consumida en máquinas eléctricas en la industria. Desde este punto de vista, resulta evidente la necesidad de disminuir el consumo de energía mediante estrategias adecuadas de control. Dentro de los esquemas de control para máquinas de inducción, la técnica de control por orientación de campo (FOC) es la más estudiada y, hasta el día de hoy, la más efectiva. Por esta razón, en la literatura se pueden encontrar diversos métodos que se basan en la topología FOC. No obstante, la mayoría considera modificaciones que aumentan de manera considerable la complejidad del esquema y no necesariamente se obtienen mejoras significativas en las prestaciones de control. En el presente Trabajo de Memoria se evalúan experimentalmente dos técnicas de control de velocidad basadas en una estructura de FOC indirecta. Las modificaciones que dan origen a las nuevas estrategias son relativamente sencillas y localizadas dentro de la estructura de FOC. La primera corresponde a una técnica que posee un controlador PI con una integral de orden fraccionario (no entero), denominada FOC-PIF. La segunda estrategia conserva todos los controladores del esquema FOC convencional, pero impone al deslizamiento (originalmente variable) a ser un valor fijo. El principal objetivo de la estrategia FOC-PIF es mejorar la respuesta en el seguimiento de velocidad presentada por la estrategia base. La técnica FOC-CSC, busca en cambio obtener un mismo nivel de torque pero reduciendo el consumo de corriente. Las pruebas realizadas para evaluar las técnicas propuestas fueron analizadas primero mediante simulaciones computacionales, procediendo luego a un análisis experimental. De esta comparación se concluyó que el modelo analizado posee una buena confiabilidad para estos estudios. A partir de los resultados experimentales se concluye que frente a referencias de velocidad que se mantienen constantes o varían suavemente bajo un nivel de carga mecánica fija, la técnica FOC-PIF muestra mejoras importantes durante el régimen transiente y mantiene el buen desempeño durante régimen permanente. Los resultados obtenidos al implementar la estrategia FOC-CSC, indican que se logra disminuir los niveles de corriente de estator en un nivel cercano al 33%, con respecto a las magnitudes entregadas por la técnica convencional. Por último, los resultados de las simulaciones indican que el modelo del motor y de los esquemas implementados constituyen una buena herramienta para obtener una idea de la respuesta dinámica de cada esquema y de las tendencias que se observarían en un eventual análisis comparativo entre dos esquemas. Sin embargo, el margen de error que poseen los cálculos realizados revela que la simulación implementada generalmente no puede entregar aproximaciones cercanas a la realidad experimental y, por lo tanto, los resultados deben ser interpretados sólo como órdenes de magnitud y no como valores representativos.

Las máquinas industriales son accionadas en su mayoría mediante motores eléctricos. La velocidad a la que giran fundamentalmente depende de la magnitud y frecuencia de la fuente de energía eléctrica, del número de polos del motor y del torque de la carga acoplada, los cuales no se puede modificar de manera simple. Por otra parte, dependiendo de los procesos que ejecuta la máquina, se requiere operaciones a una misma velocidad o a distintas velocidades, y en muchos casos, con valores de velocidad precisos. Por ello, para lograr la regulación de la velocidad de los motores de forma precisa, se emplea el denominado “variador de velocidad electrónico” (conocido también como “variador” o “drive” en inglés). Existen varios tipos de motores empleados en las industrias, sin embargo, el motor trifásico de inducción es el más usado. Los dos principales métodos de control de un variador electrónico de velocidad para a un motor de inducción son los denominados: control escalar y control vectorial. El objetivo principal de la tesis es implementar una tarjeta de control de la velocidad de un motor asíncrono trifásico mediante Control Clásico, para ser empleado en las prácticas del laboratorio de electrónica de potencia, en la PUCP. Con la implementación de los algoritmos del control escalar y vectorial en lazo cerrado, se estudió y comparó los valores del motor en estado transitorio mediante una simulación del comportamiento del motor a distintas velocidades y a distintos tipos de cargas, con la finalidad de determinar las ventajas y desventajas del comportamiento del motor en estado transitorio con cada tipo de control, considerando criterios técnicos definidos por la norma IEC 61800-2, tales como: precisión, sobre-impulso, tiempo de establecimiento y perturbación ante cambio de carga, en donde se pudo demostrar que el control vectorial tiene mejor respuesta en estado transitorio y en estado estable que el control escalar. Asimismo, se pudo mostrar el funcionamiento del control desacoplado del flujo magnético y torque mediante el método vectorial denominado “orientación indirecta del flujo del rotor”.