Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Biotecnología / La resistencia a antibióticos generada en las bacterias es un fenómeno natural que se ve acelerado por el uso excesivo e inadecuado de los antibióticos, lo que genera una necesidad por descubrir nuevos compuestos bioactivos que puedan suplir esa función. Streptomyces leeuwenhoekii C34 es una bacteria del desierto de Atacama que produce metabolitos llamados chaxamicinas y chaxalactinas, los cuales poseen bioactividad contra Staphylococcus aureus y E. coli. En este proyecto se buscan las condiciones óptimas para la producción de metabolitos especializados mediante la optimización de las condiciones de temperatura y pH, y concentración de glicerol en el medio de cultivo. Para ello, se estudia la diferencia en el nivel de producción de chaxamicinas mediante la medición del diámetro de los halos de inhibición de crecimiento producidos en placas de Petri inoculadas con S. aureus y expuestas al medio de cultivo de S. leeuwenhoekii C34. Adicionalmente, se realizan simulaciones en el modelo de escala genómica iVR1007 de S. leeuwenhoekii C34 para realizar predicciones y comparar con los resultados experimentales. Se obtuvo las condiciones óptimas de los parámetros, que corresponden a 33 [°C], pH 6 y 65 [g/L] de glicerol para crecimiento, y 37 [°C], pH 6,5-7 y 5 [g/L] de glicerol para producción de metabolitos especializados. A partir de la optimización de la concentración de glicerol, se obtuvo un valor máximo para la producción de metabolitos especializados de 5,428 [cm gDW-1 L-1], que es 135 veces más alto que el caso no optimizado. Las condiciones óptimas obtenidas se encuentran dentro de los rangos entregados por estudios previos para el caso de producción y para el caso de crecimiento, salvo para pH. Se determinó que la mejor alternativa para producción industrial era separar el proceso en una fase de crecimiento y otra de producción. Dicho proceso tentativo utiliza menor cantidad de insumos que las alternativas de síntesis química (representados por la ciprofloxacina en este estudio) presentes en el mercado, insumos que, en contraste, no son tóxicos. Las tendencias para crecimiento y producción de metabolitos predichas por las simulaciones coinciden en términos generales con las de los resultados experimentales. Sin embargo, se aprecian ciertas diferencias causadas en parte porque el modelo no incluye restricciones relacionadas con elementos regulatorios.

Ingeniero Civil Mecánico / El sistema muro Trombe se compone de un canal de colección -con un vidrio para colección de radiación solar-, un muro acumulador de calor con rendijas en sus partes superior e inferior, y un espacio habitable. El aire se calienta por contacto con el muro, que constituye la fuente térmica, y recircula entre el colector y el espacio habitable. En esta memoria se desarrolla un modelo bidimensional transiente del sistema muro Trombe, con dimensiones cercanas a las de una realización real de este concepto, considerando como fenómenos principales la acumulación térmica del muro y el efecto del empuje térmico. Para realizar el modelo se eligió el software Comsol 3:5a, un software multi-físico presente en los computadores del departamento. Para plantear los modelos, se adquirió un computador especial, dados los exigentes requisitos de las simulaciones, en cuanto a memoria se re ere. Con el propósito de obtener familiarización con Comsol y además, para estudiar el comportamiento de las variables involucradas, se desarrolló inicialmente un modelo a escala reducida. El aire se consideró como gas ideal y el movimiento de éste vendría dado por una fuerza de empuje. El muro, de ladrillo, tiene aplicado un flujo de calor constante de 500 [W/m2] en la cara que da hacia el canal de colección. Para evitar colapsos del sistema computacional, se fue guardando archivos con intervalos de 10.800 [s]. Para validar el modelo se estudió el alcance del régimen permanente, un balance de calor, la eliminación de las pérdidas por radiación y un re namiento de la malla. Los resultados del ensayo fueron satisfactorios, pues claramente se cumple el ciclo de circulación del aire, se alcanzó el régimen permanente y se determinó que el aporte de la radiación fue nulo, por lo cual se decidió simpli car el modelo. En el modelo a escala real, se usaron las dimensiones habituales en la construcción de viviendas. Los parámetros y condiciones de borde fueron los mismos utilizados en el modelo pequeño, pero las simulaciones fueron realizadas en intervalos de 1.800 y 3.600 [s]. El modelo no alcanzó el régimen permanente y presentaba oscilaciones en la temperatura desde los 12.500 [s] aproximadamente. Al re nar la malla, los resultados mejoraron. Antes de analizar los resultados se decidió estudiar 2 nuevos modelos con un flujo de calor constante de 250 [W/m2] con y sin rendijas -en este último el muro tiene un alto equivalente al del espacio habitable-. En simulaciones de varias horas de tiempo real se obtuvieron las tasas de circulación a través de las rendijas, las pérdidas a través de los vidrios y el aporte de la transferencia de calor por convección y conducción al espacio habitable, todas ellas en función del tiempo. La transferencia de calor al espacio habitable se realiza principalmente por conducción a través del muro, especialmente para tiempos largos. La circulación del aire pierde importancia gradualmente como aporte de calor a ese espacio, aunque es un medio efectivo de control de pérdidas de calor por el colector en el muro con rendijas.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo analiza el efecto en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) de considerar la vida útil del reservorio geotermal de las centrales geotérmicas en un horizonte de tiempo de largo plazo. Para cumplir este objetivo se adapta un problema de optimización, que consiste en obtener la operación del SEN en un periodo de estudio que va desde el año 2017 hasta el año 2050 a mínimo costo, el cual se modifica al añadirle un nuevo modelo de central geotérmica. Esta modificación solo atañe a la tecnología geotérmica, la cual consiste en que la generación geotérmica esté presente solo en los meses del periodo de estudio que permitan disminuir el costo de operación, a diferencia de la operación actual de este tipo de centrales que generan de forma continua hasta el agotamiento del recurso. Este problema se resuelve de la misma forma que para un embalse, por lo que se utiliza el software "Modelo PLP", el cual encuentra una solución utilizando el método de Programación Dinámica Dual Estocástica (SDDP por sus siglas en inglés). Para evaluar el efecto de este cambio en el modelo, se realizan distintas simulaciones en el software PLP. Estas simulaciones usan como datos de entrada la información del sistema eléctrico e hidrológica para el año 2017, mientras que para los años futuros se utilizan proyecciones realizadas por la Mesa de Geotermia del Ministerio de Energía. Se realiza una simulación con esta información y con una central geotérmica en el sistema que es Cerro Pabellón. Además de esa simulación, que se la llama de referencia, se realizan 15 simulaciones extra donde se varían aspectos del plan de expansión y de la central geotérmica de modo de evaluar el impacto de estos cambios. Los resultados de las distintas simulaciones se analizan en base a 3 aspectos: la generación de energía anual en el horizonte de estudio, la potencia generada promedio para cada mes del año y la generación de potencia para cada bloque, haciendo especial distinción entre los bloques de día y de noche. Junto con lo anterior, se analiza la generación y los ingresos obtenidos por la generación geotérmica convencional (continua) y la alternativa propuesta en este trabajo. Finalmente se realiza una evaluación de los objetivos, se constata la importancia de ciertas tecnologías por sobre otras para definir la operación de largo plazo de las centrales geotérmicas, se evalúa la importancia de los parámetros utilizados para el modelo de central geotérmica y se comentan las ventajas y desventajas del modelo propuesto en este trabajo.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / 07/11/2023

Este trabalho apresenta a modelagem, identificação e controle ativo de vibrações de uma viga flexível do tipo Euler-Bernoulli Bi-apoiada. As técnicas adotadas são as equações generalizadas de Lagrange para a obtenção da equação do movimento e modos assumidos para discretizar a referida equação. Para validação dos resultados usou-se uma viga de alumínio na qual foram colados duas pastilhas PZT, sendo uma pastilha para excitar a viga e a outra, em conjunto com um acelerômetro e computador, destinado ao controle em tempo real das vibrações, usando o ambiente Matlab.

Este trabalho objetiva a implementação de um sistema de rastreamento de alvo para aplicações em robótica móvel, utilizando como sensor principal uma câmera tipo Charge-Coupled Device (CCD). Uma abordagem adaptativa é utilizada para compensar as variações de iluminação no ambiente. Esta adaptação: 1) usa o método de retroprojeção de histogramas para rastreamento do alvo; 2) gera uma distribuição de probabilidade gaussiana que representa o histograma de cores do alvo; 3) atualiza em tempo real os parâmetros (média e covariância) do histograma. Como contribuição deste trabalho, propõe-se a determinação do nível de filtragem do ruído, adaptando-se ao modelo do alvo a cada imagem capturada. Este procedimento foi incorporado à determinação dos pixels com intensidades de cores mais próximas das do alvo. Uma vez que a determinação da posição relativa entre o robô e o alvo depende de imagens ruidosas, um procedimento de estimação, denominada sistema grey, é empregado para suavizar o controle. Efetivamente, o que esta abordagem faz é estimar a dinâmica relativa entre o robô e o alvo, no que se refere a distância e orientação. Para reduzir o erro de distância entre o robô e o alvo, fez-se uso de um controlador fuzzy com duas entradas e uma saída, para controle de velocidade linear e angular. Este controlador é denominado de fuzzy look-ahead, uma vez que recebe como entrada as predições dos erros de posição. O sistema de rastreamento de alvo móvel foi implementado em simulação, utilizando o Matlab 6.1, obtendo-se bons resultados com imagens e trajetórias simuladas. Para os experimentos em tempo real, foram desenvolvidas bibliotecas gráficas em C++Builder 5.0, onde imagens capturadas pelo robô móvel Magellan-ISR são transferidas pela rede via TCP/IP para um Personal Computer (PC) remoto. Após a verificação da robustez dos módulos de detecção do alvo através do sistema de visão, da estimação/predição da posição do alvo e do controlador fuzzy, fez-se a integração dos mesmos para aplicação em tempo real. Esta integração foi implantada no computador de bordo do robô móvel Magellan-ISR. Dos resultados obtidos, a robustez do sistema pode ser verificada em diversos ambientes e sob diferentes condições.

This work proposes and compares three algorithms for vehicle detection, composed of two main stages, preprocess and process. The first will proceed with the selection of the region of interest (ROI) and the background learning phase. The ROI is a narrow and transversal-to-lane rectangular area wherein detection is achieved, its dimensions provides low processing workload. The learning, named as progressive background training (PBT), is compounded of three consecutive and nonoverlapping steps that will produce the necessary parameters for the next stage. PBT is accomplished fully automatically, expect for requiring the manual specification of the three subset of training images, one for each training step. These steps relate to find, respectively, the gray-level lane limits (GLLL), the intensity edge threshold (IET) and the normalized chromaticity distortion threshold (NCDT). The first supposes that, in normal traffic conditions, most of the input images are of lane and uses this to select the first subset of sample-frames and build two intensity histograms; a statistical operator is used for the automatic threshold selection (ATS) and further lane intensity interval definition. The second step uses GLLL interval to fulfill the automatic sample selection (ASSEL) of the second input of images subset and build a bi-modal histogram of gradient magnitude wherein two unsupervised, non-parametric and non-context automatic threshold selection (ATS) methods are used to find the intensity edge threshold. One maximizes a cost function related to conditional entropy and the other maximizes the between-classes variance. The last step, NCDT, uses the former step threshold output to perform edge detection and use it as ASSEL and select the frames to model the statistics of the background and construct the histogram of the normalized chroma distortion. An ATS carries out a search into this histogram until find a predefined detection rate and find the NCDT. The second stage, named foreground detection (FD), has two main steps and uses all the thresholds and background statistical parameters computed in the previous stage. The first step relates to the generation of the ROI masks. These masks are binary and maps the state of each ROIs pixels features, as gray-level region position, edge-pixel and normalized chroma distortion. This amount of data is used in the next step of FD to perform the decision process and yield the desired vehicle detection output. A Fathy and Siyal (F&S) approach was taken as the groundwork to the three following resulting developments of this thesis: the MF&S is a modified version of F&S specially regarding to the learning phase, it is robust to lighting changes and shadow, but not to the interface of lane and shadow; the gradient magnitude aiding (GMA) approach is a special case of the previous yielding the same performance of MF&S when it is with its best tuning; and chroma and gradient magnitude aiding (CGMA) approach, fuses the former with gray-level and color information resulting on shadow and lane interface robustness. It is also shown how vehicle detection outputs can be used to compute basic traffic parameters such as vehicle count, traffic flow, occupancy and link travel time. Performance is verified by two further defined indexes, the detection and false alarm rates. Both optimal values respectively relate to the low probability to misclassify a vehicle and incorrectly classify lane as vehicle. Results show that CGMA reduce false alarms while maintaining the detection rate in comparison with GMA and MF&S algorithms.

No presente trabalho apresenta-se o estudo de duas diferentes abordagens relacionadas à utilização de sensores visuais na robótica móvel. Na primeira delas as imagens são usadas para fornecer parâmetros que permitam determinar a postura do próprio veículo durante o rastreamento de uma trajetória preestabelecida. Na segunda abordagem, os parâmetros fornecidos pelo processamento das imagens permitem calcular dados sobre a posição relativa entre o objeto imageado e o robô com o objetivo de seguir alvos móveis. No caso do rastreamento de trajetória, utiliza-se a lei de controle cinemático proposta em [

A atual interação entre homens e computadores ocorre por meio de dispositivos físicos como mouses, teclados, trackballs, entre outros. Claramente, essa forma de comunicação difere daquela com que os homens se comunicam entre si, que se baseiam na fala; em expressões faciais e corporais; em gestos das mãos, etc, não sendo, portanto, naturais. Considerando-se que boa parte da interação envolve a manipulação de objetos, por exemplo, arrastar uma pasta, pressionar um botão ou controlar um personagem em um jogo, tem-se a interação baseada em gestos das mãos como uma candidata a tornar o processo mais natural. Os mecanismos mais populares que permitem a interação baseada em gestos são luvas repletas de sensores que captam os gestos executados e os transmitem para o sistema. Essa abordagem apresenta várias desvantagens em termos de uso casual por terem um alto custo financeiro, por esconderem a naturalidade do movimento da mão e por requererem um complexo processo de calibração para permitir medições precisas. Nesse contexto, a Visão Computacional surge como uma alternativa interessante, visto que pode ser implementada com simples câmeras web. O presente trabalho investiga algumas das etapas comuns em sistemas de visão computacional, direcionando-se no sentido de encontrar um conjunto de procedimentos que compostos possam permitir a identificação dos gestos produzidos pelas mãos.

Este trabalho apresenta um procedimento automatizado para calibração de sistemas de visão robótica baseado no cálculo on-line da matriz de transformação homogênea entre o sistema coordenado do plano de imagem, na câmera, e a área de trabalho do robô. A principal contribuição deste trabalho, está no fato desta matriz de transformação estar expressa em função dos ângulos de junto do robô. Como conseqüência, o procedimento de calibração necessita apenas de dois pontos, que devem ser ensinados ao robô. Após a execução do procedimento de calibração, os pontos capturados pelo sistema de visão são então automaticamente convertidos para o sistema coordenado do robô, através de uma matriz de transformação homogênea. O procedimento de calibração foi intensivamente testado utilizando um sistema de visão comercial e um robô industrial tipo SCARA e apresentou bons resultados.