Física Aplicada

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Análisis e Implementación del método de Levenberg-Marquardt para la estimación de parámetros mecánicos de un altavoz
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-06-22) Medina Chávez, Víctor Raúl; Moreno Ruiz, Jorge Nestor
Si bien el modelo elástico tradicional de la parte mecánica de un altavoz de radiación directa, consistente en un sistema masa-resorte-amortiguador, es ampliamente utilizado en aplicaciones electroacústicas debido a su simplicidad y aceptable concordancia (para fines prácticos) con datos experimentales, existen características en el comportamiento del altavoz que dicho modelo no reproduce. Una de esas características, relacionada al fenómeno de creep que presenta la suspensión mecánica viscoelástica de los altavoces, es el incremento de los valores de la resistencia mecánica en el rango de las frecuencias bajas. El presente trabajo presenta un modelo viscoelástico de la parte mecánica de un altavoz de radiación directa y muestra como este resulta ser un modelo más completo respecto al modelo elástico tradicional al reproducir el mencionado comportamiento del altavoz asociado a la presencia del creep. Este resultado comparativo se valida mediante el ajuste del modelo a las curvas de datos experimentales obtenidos de la medición de distintos altavoces. El método de Levenberg–Marquardt, empleado para el ajuste del modelo por mínimos cuadrados no lineales, es estudiado con detalle.
Análisis experimental de flujos de partÌculas con velocimetría de imagen de partÌculas (PIV) en un intercambiador de calor directo aire-arena
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-19) Perez Panduro, Juan Pablo Manuel; Baldwin Olguin, Guillermo Edmundo
La hoja de ruta para el Sector Energético Global de la Agencia Internacional de Energía (IEA) llamada “Net Zero by 2050” dice: “El sector energético es la fuente de alrededor de las tres cuartas partes de las emisiones de gases de efecto invernadero en la actualidad y tiene la clave para evitar los peores efectos del cambio climático, quizás el mayor desafío al que se ha enfrentado la humanidad.” (Agencia Internacional de la Energía 2021: 13). La Unión Europea y 44 países se han comprometido a alcanzar el objetivo de emisiones netas cero, que representan alrededor del 70 % de las emisiones globales de CO2 y del PIB. Asimismo, el informe de la IEA señala “La participaciòn de las energías renovables en la generación total de electricidad a nivel mundial aumenta del 29 % en 2020 a más del 60 % en 2030 y a casi el 90 % en 2050. Para lograr esto, las adiciones de capacidad anual de energía eólica y solar entre 2020 y 2050 deben ser cinco veces mayores que la media de los últimos tres años” (Agencia Internacional de la Energía 2021: 73). Esto indica, ahora y en los próximos años, la necesidad de aumentar la cuota de los sistemas de energías renovables y aumentar la I+D+i para mejorar la eficiencia, de forma que la producción de energía renovable sea barata en comparación con la energía fósil. Uno de los campos prometedores con respecto a las fuentes renovables es la energía solar concentrada (CSP), que utiliza espejos para concentrar la luz solar en un receptor. La luz concentrada puede transformarse en calor y almacenarse fácilmente para que luego pueda usarse para generar electricidad. Esta energía también podría utilizarse en otras aplicaciones en las que se necesiten altas temperaturas. En este campo, la generación de CSP creció un 34% estimado en 2019, aunque este aumento exponencial es sobresaliente, aún se necesita una tasa de crecimiento promedio anual del 24% hasta el 2030 para estar encaminado con el Escenario de Desarrollo Sostenible (International Energy Agency 2020). Esto significa que en el futuro se utilizarán más centrales termosolares, lo que exigirá el desarrollo de nuevos sistemas, así como la mejora de los existentes. Por todo lo anterior, este trabajo de investigación se centra en la mejora de una de las tecnologías utilizadas en las plantas CSP, que es el Intercambiador de Calor Aire-Arena (ASHE) y en el que ha estado trabajando el Solar-Institut Jülich (SIJ) durante más de una década. El SIJ comenzó a desarrollar adecuadamente la tecnología ASHE en el 2005 con el proyecto “Sandspeicher”, que resultò en la simulación y construcción de un primer prototipo. Debido a los resultados alentadores, se lanzó el proyecto Intercambiador de Calor de Lecho Móvil de Alta Temperatura para Almacenamiento Térmico en Material Granular (HiTexStor), y luego se amplió para desarrollar un intercambiador de calor de 150 kW. Para ello se desarrollaron varios prototipos, culminando en un prototipo final de ASHE cilíndrico de 15 kW. Debido a la configuración confinada de ese prototipo, no es posible realizar mediciones experimentales de los efectos del flujo granular. Por lo tanto, la investigación es sobre el dispositivo de prueba de flujo de material a granel de modelo rectangular 03 (SFVA 03), que ofrece una mirada a la interacción aire-arena.
Análisis y caracterización colorimétrica de zumos de naranja por espectrofotometría de reflexión y transmisión
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-03-07) Tesillo Quispe, Mabel Erlinda; Asmad Vergara, Miguel Augusto
El color es considerado uno de los aspectos más importantes en la evaluación de la calidad de los productos alimentarios y su evaluación es de crucial importancia en una de las bebidas más consumidas como es el jugo de naranja, donde es importante evaluar el color y su aceptabilidad ante procesos que involucran su conservación y procesamiento. En este trabajo evaluamos el color del jugo de diferentes variedades de naranjas denominadas: Tangelo, Valencia y Huando, todas ellas se consumen en diferentes mercados de Lima-Perú. El color puede evaluarse por apariencia visual o análisis instrumental, en nuestro caso; hemos utilizado diferentes tipos de espectrómetros para medir el color. Se han obtenido varios parámetros como los espectros de transmitancia y reflectancia en el rango visible de la luz y las variables colorimétricas CIE L*a*b* y CIE L*c*h. En resumen, los resultados muestran que el valor numérico del color del jugo de naranja está asociado a la selección del instrumento, es decir: la geometría óptica, tipo de iluminación y preparación de la muestra. Los hallazgos más consistentes en relación con la escala visual fueron obtenidos con el espectrofotómetro Konica Minolta modelo CM-5. Además, Se encontró que es posible diferenciar los jugos frescos de los jugos industrializados mediante la determinación de las correspondientes diferencias de color (ΔE) en la escala CIELAB alrededor del umbral de 3 unidades. También, este estudio ha mostrado que los espectrómetros convencionales en configuración óptica 0/0 (0° de ángulo de iluminación / 0° de ángulo de observación) diseñado para obtener medidas del factor de transmitancia de una muestra líquida, son una alternativa viable para obtener valores colorimétricos para muestras líquidas transparentes, Sin embargo, se debe tener especial cuidado con muestras translúcidas, ya que debido a su naturaleza dispersiva, se pueden obtener colores con poca luminosidad y croma.
Aplicación de la proyección de luz estructurada en la reconstrucción tridimensional a color de objetos arqueológicos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-19) Montoya Janampa, Alejandro Manuel; Asmad Vergara, Miguel Augusto
En esta tesis, se propone un conjunto de técnicas opto-digitales para la reconstrucción 3D y donde el color es asociado a piezas arqueológicas. Esto se realiza con el objetivo de obtener un método que permita preservar digitalmente el patrimonio cultural. Para obtener la reconstrucción digital, se proyectan franjas sinusoidales con el fin de codificar información de la topografía de la pieza. En cambio, para obtener el relieve policromado, se proyectan tres perfiles de luz constantes, debido a que la cámara utilizada es monocromática. Posteriormente, las imágenes registradas son procesadas digitalmente en el software MATLAB, el cual controla el proceso completo de reconstrucción 3D de las superficies incluyendo la textura y el color de la pieza. El trabajo se continúa con la reconstrucción a color de cuatro máscaras de diversos colores. Posteriormente para el afinamiento de las técnicas, se trabaja con dos objetos que corresponden a una réplica de un pequeño sarcófago de la cultura chachapoyas y un cántaro de la cultura mochica. Para cada reconstrucción digital, a color y completa, se rota sucesivamente el objeto en ángulos constantes hasta terminar una vuelta y todas las perspectivas digitalizadas en superficies 3D son finalmente acopladas. Por último, se comprueba que es posible generar una imagen a color usando una cámara monocromática y los resultados digitales presentan una forma y color similares a las muestras empleadas.
Área efectiva de radiación (Sd) para un pistón axisimétrico radiando en un plano infinito
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-11-23) Velarde Criado, Luis Angelo; Moreno Ruíz, Jorge Néstor
El cálculo exacto y la determinación experimental del Área de Efectiva de Radiación (Sd) siempre ha sido un tema sumamente importante para establecer los parámetros del altavoz. Incluso si el Integral de Rayleigh de difracción se puede utilizar para evaluar la presión sonora en cualquier punto, es muy difícil obtener un valor preciso para el Sd, debido a la solución de la integral de superficie. En este trabajo, proponemos un método simplificad usando herramientas computacionales y la simetría cilíndrica en la mayoría de los pistones, con el fin de reducir las dificultades matemáticas. Entonces, las soluciones para diferentes tipos de pistón se comparan con otras obtenidas en diferentes enfoques experimentales con el fin de analizar la precisión de este nuevo enfoque.
Clasificación de cultivos de quinua orgánica mediante el uso de imágenes aéreas multiespectrales y técnicas de aprendizaje automático
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-10) Flores Espinoza, Donato Andrés; Cataño Sánchez, Miguel Ángel
Según datos de la FAO, la planta de la quinua se originó en los alrededores del lago Titicaca que comparten Perú y Bolivia, destaca por la calidad nutricional que posee, así también los requerimientos del cultivo en cuanto a la poca exigencia en la cantidad de agua, lo cual lo hace un cultivo ideal para contrarrestar el cambio climático. La producción mundial de quinua se encuentra liderada primordialmente por los países de Perú y Bolivia, quienes concentran entre el 83% (año 2015) al 67% (año 2016). En ambos países dicha actividad involucra a no menos de 150,000 familias de pequeños productores. La producción de dicho cultivo es mayoritariamente orgánica con promedios bajos de producción. Como consecuencia del escaso uso de tecnologías productivas, el incremento de plagas, así como de la variabilidad cada vez más impredecible de las condiciones climáticas, los agricultores familiares de ambas regiones continúan presentando niveles de pobreza de 42.9% y extrema pobreza de 21.3% en promedio. (INEI-Perú, INE Bolivia). El presente trabajo de investigación contribuye al mapeo de cultivos el cual constituye una herramienta esencial para la gestión agrícola y la seguridad alimentaria. El objetivo del trabajo de investigación es la evaluación de diversos métodos de clasificación del cultivo de la quinua que permitirá realizar el mapeo automático. El estudio se centra en el uso de técnicas de aprendizaje automático para clasificar cultivos de quinua a partir de imágenes aéreas multiespectrales tomadas desde un sistema aéreo no tripulado. La reflectancia espectral de cinco bandas ópticas se utiliza para determinar modelos de clasificación que se evalúan en las diferentes etapas fenológicas de la quinua. Se exploraron estrategias de aprendizaje automático a las imágenes obtenidas, tales como árboles de decisión, análisis discriminatorio, máquinas de vectores de soporte, K vecino más cercano, conjunto de clasificadores, métodos de aprendizaje profundo de Segnet y Unet. Los conjuntos de datos de entrenamiento se obtuvieron de las ubicaciones de los campos de quinua en Cabana en la región Puno de Perú. Los resultados muestran que las técnicas de aprendizaje profundo superan a otras técnicas en la tarea de clasificación. Se muestran las pruebas realizadas sobre las diversas etapas fenológicas en donde las técnicas de aprendizaje profundo obtienen una precisión de entre 81% y 95%, mientras que las demás técnicas su precisión fueron entre 58% y 87%.
Climatología de las mareas y onda planetaria Q2D en la región de la mesósfera y baja termósfera sobre la costa central de Perú
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-01-10) Suclupe Osorio, Jose Manuel; Chau Chong Shing, Jorge Luis
La Mesosfera y Baja Termosfera (MLT) es la región que conecta la atmósfera con el geoespacio. La comprensión y caracterización de la dinámica de esta región MLT puede permitir mejorar las simulaciones y predicciones de modelos atmosféricos. Este trabajo mostrará resultados de la climatología de vientos de fondo, mareas (8, 12 y 24 horas) y onda planetaria cuasi-dos días (Q2D) obtenidos a partir del análisis de vientos medios zonales y meridionales que han sido estimados a alturas entre 80 -100 km sobre la costa central del Perú. Se está considerando dos años y medio de datos de viento (noviembre 2020 - abril 2022) medidos con el radar multistático de meteoros especulares ubicado alrededor del Radio Observatorio Jicamarca (11.95°S, 76.87°O) (SIMONe Jicamarca). Además, esta climatología observacional se compara con una climatología obtenida con el modelo WACCM-X. En base a las observaciones, se puede concluir que, en general, la marea diurna es más intensa que la marea semidiurna, y que las componentes meridionales son más intensas que las zonales. Además, las observaciones muestran amplitudes más altas que el modelo. Como promedio, las correlaciones (proporciones) de amplitudes entre las observaciones y el modelo son 0.27 (1.8) para la componente zonal y 0.27 (2.0) para la componente meridional. Las mejores correlaciones (0.41 - 0.46) se obtuvieron para las componentes zonal y meridional de la marea 24h, y para la componente zonal de la marea 8h y del viento medio. Las observaciones muestran que Q2D tiene el módulo máximo en los meses locales de verano (principalmente enero), mientras que el modelo además del verano local, muestra amplitudes significativas en los meses de invierno (junio y julio). Las observaciones muestran que la marea de 24 horas tiene la máxima intensidad entre agosto y septiembre, y un segundo pico en abril, pero el modelo muestra dos picos máximos similares, el primero entre agosto y septiembre, y el segundo entre febrero y abril. En este trabajo se describen más detalles sobre las variaciones mensuales y estacionales de los vientos MLT, vientos medios, mareas (amplitudes y longitud de onda vertical) y onda planetaria Q2D y su comparación con el modelo WACCM-X. Finalmente, la metodología utilizada para obtener la climatología de estas ondas atmosféricas fue el ajuste por mínimos cuadrados y el análisis wavelet. Se compararon los resultados de ambos métodos y se discutió la equivalencia entre ellos.
Desarrollo y optimización de un equipo de espectroscopia Raman convencional para el análisis cualitativo de muestras sólidas (polvo) y líquidas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-11-28) Quiroz Chang, Aransselly Jesús; Sánchez Alcántara, Eder Rubén
En este proyecto se ha desarrollado un equipo de espectroscopía Raman, implementado completamente en el Laboratorio de Óptica de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Aunque sus características de operación aún no son comparables con los equipos comerciales de alta precisión, considero que se han obtenido resultados importantes. Se ha detectado la señal Raman de muestras de referencia en los estados sólido (polvo) y líquido; este es el resultado de un minucioso trabajo en la etapa de optimización del equipo, para la cual se ha establecido un protocolo de acciones que facilitará la réplica de equipos de espectroscopia Raman cuyo rango espectral de trabajo depende de la densidad de la rejilla de difracción y la frecuencia del láser empleado. El equipo de espectroscopía Raman implementado en este proyecto opera en el visible y emplea como fuente de excitación un láser doblado de estado sólido de Nd: YVO4 que emite en 532 nm con una potencia de 25 mw. Como sistema de detección y procesamiento de la señal Raman se empleó el espectrómetro Ocean Optics USB 4000-UV-VIS-ES y su software Spectra Suite. El equipo Raman tiene una resolución óptica (FWHM) de 1.41 nm (38 cm-1) y un rango espectral de 220 a 4000 cm-1. La validación del equipo Raman se desarrolló por contrastación de resultados, comparando los espectros Raman de muestras de laboratorio con la información disponible en la literatura existente. Se evaluaron las muestras líquidas: alcohol etílico, alcohol metílico, alcohol butanol, alcohol propanol, alcohol 2-propanol y las muestras sólidas: óxido de titanio, oxido de zinc y azufre.
Determinación de la topografía superficial de películas delgadas de TiO2 y SiC mediante interferometría tipo Michelson
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-11-23) Choque Aquino, Jovanetty Iván; Asmad Vergara, Miguel Augusto
El presente trabajo de tesis propone un método para determinar la topografía superficial de muestras de películas delgadas de TiO2 y SiC, mediante el análisis de interferogramas con técnicas de interferometría de desplazamiento de fase. Los interferogramas son obtenidos desde un microscopio interferencial tipo Michelson con amplificación 5X, tales interferogramas son producto de la interferencia entre dos frentes de onda, uno que se refleja desde la superficie de una película delgada y otro desde un espejo plano de referencia. Parte del proceso incluye el desarrollo de dos programas: Fringe Pattern App y PSI 90Degree, el primero para el control del desplazador de fase y adquisición de interferogramas desde el interferómetro, y el segundo para la selección de interferogramas con cambios de fase de π/2. Algoritmos tales como four step y de Schwider-Hariharan fueron utilizados en la medición la fase óptica. Finalmente se ha determinado la topografía superficial de películas delgadas sobre un área de 1024 μm x 1280 μm, con resolución lateral y vertical de 1,00 μm y 0,25 nm, respectivamente. A través de este resultado es posible analizar parámetros de rugosidad, espesor y singularidades de la muestra.
Diseño de antena fractal en bandas de frecuencia para el espacio profundo aplicado a una constelación de nanosatélites exploradores
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-17) Díaz Vargas, Ricardo Erick; Yarlequé Medina, Manuel Augusto
El presente trabajo consiste en el diseño de una antena para uso en misiones espaciales, que hagan uso de nano-satélites. La finalidad de este experimento es proponer un enlace de comunicación entre unidades CubeSat usadas en una configuración de enjambre. En el capítulo 1 se exponen los conceptos relacionados a las misiones de exploración espacial y los programas espaciales a realizarse en los próximos años. También, se presentan las bandas definidas para comunicación en el espacio profundo. En el capítulo 2 se definen los conceptos relacionados a los nano-satélites CubeSat y cómo estos han logrado que las misiones espaciales sean accesibles. También se describen configuraciones para la comunicación en una constelación de CubeSats. En el capítulo 3 se muestran los conceptos relacionados a los patrones fractales y antenas microstrip. Además, se diseña una antena con patrón fractal sintonizada para las bandas de comunicación en el espacio profundo. En el capítulo 4 se describen los procesos de simulación, los parámetros de umbral para definir el ancho de banda de la antena y su patrón de radiación. Finalmente se presentan los parámetros de la antena para cada banda de comunicación en el espacio profundo. Hipótesis: De acuerdo a las restricciones geométricas de los nano-satélites, es posible utilizar una antena para enlazar una constelación de nano-satélites en las bandas de comunicación en el espacio profundo. Objetivo: Diseñar y evaluar una antena con frecuencias de trabajo en los canales de comunicación dedicadas a la exploración del espacio profundo.
Diseño de software para control de movimiento y monitoreo de radiotelescopio de 20m
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-06-13) Rojas Miguel, Jael Nora; Heraud Pérez, Jorge Arturo
En el presente trabajo se ha realizado el estudio de un sistema de radiotelescopio y sus componentes, teniendo principal interés en el sub sistema de control de movimiento del radiotelescopio de 20 metros de diámetro, el cual fue diseñado por el Instituto de Radioastronomía y será instalado en el campus de la universidad de la Pontificia Universidad Católica del Perú. El trabajo presenta una propuesta de diseño y desarrollo de un software para supervisar y controlar el movimiento del radiotelescopio con montura altazimutal. Los programas han sido desarrollados en el lenguaje de programación LabVIEW de National Instruments. Asimismo, se ha realizado una descripción de los módulos que componen el sistema de adquisición y envío de datos, los dispositivos de comunicación, controladores y componentes eléctricos, asimismo se presentan los programas que procesan en tiempo real, almacenan y transmiten datos a través de protocolo de puerto serial. Los cambios de orientación en azimut y elevación del reflector primario de la antena parabólica reflectora, son ejecutados por las tarjetas de control de motores. La posición de los ejes se obtiene a partir de los datos recibidos de los codificadores de posición angular absoluto cuya resolución numérica alcanza 222 bits. El envío y recepción de datos es gestionado por el software de control, el cual envía instrucciones a la tarjeta de control principal para cambios en el posicionamiento del radiotelescopio y recibe: la lectura de la posición de los ejes, estado de la antena, así como la hora local, hora sideral y hora UTC. Se ha estudiado, además, la proyección de los objetos en la esfera celeste, sus coordenadas de posición y las pruebas de ingeniería (apuntado y observaciones), para mostrar en una interfaz el Diagrama de Astros de la esfera celeste, donde se visualiza la posición del radiotelescopio y los objetos celestes en un mapa de coordenadas ecuatoriales, a la vez permite programar un calendario de observaciones astronómicas. El programa cuenta además con un catálogo de objetos celestes almacenados en la “Base de datos de Astros”. Como parte final del trabajo, se presentan los resultados obtenidos con el radiotelescopio de 8 metros, instalado en el Instituto de Radioastronomía de la Pontificia Universidad Católica del Perú, asimismo se presentan los programas, interfaces desarrollados, reportes y gráficas.
Diseño e implementación de un acondicionador de señales para acelerómetros piezoeléctricos con circuito electrónico integrado (IEPE)
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-21) Pratt Linares, Hugo Carlos Eduardo; Moreno Ruiz, Jorge Nestor
El trabajo de tesis tiene por objetivo diseñar e implementar un acondicionador de señales para transductores piezoeléctricos con electrónica integrada (IEPE), específicamente acelerómetros. El acondicionador funciona a baterías, cuenta con una fuente de corriente de 4 mA para polarizar al transductor, un amplificador, filtro pasa altos Butterworth, detector de cable y detector de sobrecarga. La fuente de corriente es de 4 mA ; el amplificador es de ganancia seleccionable 1 (0 dB) y 10 (20 dB), ancho de banda (±0,5 dB) de [0,05 Hz; 50 kHz] con una desviación de fase de ±5° ; el filtro es de segundo orden y frecuencia de corte de 22,5 Hz que puede conectarse o desconectarse a criterio del usuario. El acondicionador implementado tiene una distorsión armónica total (THD) menor de 0,014% en el rango [10 Hz; 20 kHz] , una relación señal a ruido superior a los 100 dB en el rango [10 Hz; 20,2 kHz] y superior a 95 dB en el rango [4 Hz; 10 Hz], en ambos casos medido con una señal de tensión eficaz 1 V . En el primer capítulo se presenta un montaje típico de medición que emplea un acondicionador de señales para el análisis de vibraciones mecánicas. Se incluyen también características relevantes de acelerómetros y acondicionadores de señales comerciales, que sirvieron de referencia para las especificaciones del sistema implementado. El segundo capítulo presenta el diseño del sistema y el tercer capítulo los ensayos realizados y los resultados.
Diseño e implementación de un posicionador automático para la obtención del patrón de radiación
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-08-01) Portocarrero Sotomayor, Samuel Alejandro; Moreno Ruiz, Jorge Néstor
En la presente tesis se muestra el diseño y desarrollo de un sistema automático, basado en un posicionador de coordenadas esféricas, que permita obtener del patrón de radiación y balón de directividad de un altavoz. En dicho trabajo se presenta el proceso de investigación seguido, comenzando con la identificación y definición del marco problemático, pasando por la investigación del estado del arte en esta materia la cual nos brindará la información necesaria para plantear una solución útil; esta solución una vez diseñada e implementada permitirá realizar mediciones con diferentes resoluciones angulares consiguiendo así resultados del patrón de radiación y la directividad 3D del altavoz en evaluación en esta tesis, estos resultados serán analizados y documentados. La primera parte del documento presenta el análisis de la problemática, la cual resalta la importancia y gran utilidad del patrón de radiación y directividad de una fuente sonora en diversas aplicaciones del audio y la acústica, planteando así la necesidad de obtener estos parámetros acústicos. Al finalizar el capítulo se declara el marco problemático que supone la obtención de la directividad, analizando para ello todos los factores y aspectos que se deben tomar en cuenta durante las mediciones del patrón de radiación. Con el marco problemático ya declarado, se plantea la necesidad de diseñar un sistema capaz de solucionar los problemas en la obtención de estos parámetros; para ello se investiga el estado del arte donde se estudian los métodos y técnicas existentes vigentes tanto para la caracterización y medición de la respuesta del altavoz, para el procesamiento de señales, así como para el posicionamiento y medición angular. Luego de haber investigado el estado del arte, en el tercer capítulo se plantea un sistema automatizado capaz de realizar barridos angulares en el espacio circundante y que obtenga la respuesta en frecuencia (H1) de un altavoz convencional a partir del auto espectro de la respuesta impulsiva promedio del sistema y más técnicas que se verán en el desarrollo del capítulo. En detalle se presentan los aspectos técnicos y teóricos por etapas del diseño del sistema mencionado. En el cuarto capítulo se presentan los resultados obtenidos de los ensayos realizados, los problemas encontrados durante los mismos y un análisis de los resultados confrontándolos con los datos teóricos y las hipótesis planteadas inicialmente; es a partir de estas conclusiones que se podrán plantear recomendaciones de uso y eventuales mejoras a futuro. Finalmente se expone un modelo de negocio elaborado a partir del sistema automático desarrollado; este emprendimiento se basa en brindar un servicio de medición de la directividad de altavoces y fuentes sonoras a empresas fabricantes, arquitectos, ingenieros de sonido y público en general, entregando información completa y confiable sobre las características de radiación de sus altavoces. Cabe resaltar que este sistema podría ser también utilizado para evaluar la radiación de otras fuentes no acústicas tales como antenas o fuentes luminosas.
Diseño óptico y prototipeo de un telescopio terrestre para observación de aves
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-06-27) Miranda Fernández, Josué Alfonzo; Baldwin Olguín, Guillermo Edmundo
El contenido de esta tesis consiste en el diseño y prototipeo de un telescopio terrestre refractor para la observación de aves. Un telescopio terrestre es usado para amplificar ima genes de objetos distantes y usarlos con un solo ojo, de ahí que tambie n reciben el nombre de monoculares. La luz atraviesa una serie de lentes y una zona prisma tica que dan una imagen derecha. El diseño de este telescopio consiste en un objetivo acromático, un ocular tipo Plössl simétrico, el sistema erector de imagen que consiste en dos prismas en ángulo recto configurados de tal modo que resulten como dos prismas Porro que hacen la imagen derecha; y, una mitad de pentaprisma que desvía el ángulo de visión en 45º. Estos elementos o pticos que forman parte de la o ptica del sistema se disen an, y optimizan utilizando un software como el OSLO. El diseño óptico inicia calculando los parámetros de primer orden del telescopio; tales como amplificación, campo de visión, distancia ojo-ocular (distancia de alivio del ojo), diámetro de la pupila de salida. Luego, se realiza un diseño a tercer orden, considerando los tipos de vidrio disponibles en el Taller de Diseño óptico de la PUCP, se simula en el software OSLO y se optimiza. Para el prototipo del telescopio se considera un diseño modular. Los elementos ópticos son comerciales con características ópticas similares a las que se obtienen del diseño óptico optimizado. Las monturas de los elementos ópticos, como lentes, prismas y ventanas, han sido manufacturadas en el taller mecánico de física; mientras que el tubo y porta prismas fueron impresos en 3D por VEO PUCP. El diseño opto mecánico de estos elementos mecánicos están basados en el modelo semicinemático.
Estudio de los campos sonoros subacúaticos dentro de una piscina de nado sincronizado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-28) Vasquez Perez, Franck Paul; Rivera Campos, Richard Alberto
En el presente trabajo de tesis se desarrolla un software de simulación para la caracterización acústica de los campos sonoros al interior de una piscina de nado sincronizado; la representación de los datos simulados se lleva a cabo a través de la síntesis de la respuesta impulsiva de un recinto, auralización y simulación de frentes de onda acústicos. Para la síntesis de la respuesta impulsiva se utilizan las técnicas de trazado de rayos acústicos, fuentes imágenes y radiosidad. Así mismo, se desarrollan modelos matemáticos y algoritmos de procesamiento de datos involucrados en el proceso de simulación de un entorno subacuático; este desarrollo es utilizado también para hacer una descripción analítica del espacio acústico de simulación, y de sus elementos. Con el fin de obtener resultados de aplicación se ha propuesto el uso del software desarrollado, denominado “AURASONIC”, en el proceso de predicción del campo sonoro al interior de una piscina de nado sincronizado; en el cual se utilizan especificaciones técnicas para una piscina de competencias olímpicas. Finalmente se desarrolla el análisis de los resultados obtenidos, y se comparan con métricas utilizadas en la acústica arquitectónica, con el objetivo de tener referencias comparativas útiles.
Filtro espacial adaptativo para rechazo de interferencia usando arreglo de antenas en el radio observatorio de Jicamarca
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-09-03) Pinedo Nava, Henry Oswaldo; Chau, Jorge
En latitudes ecuatoriales, el estudio de las señales de radar de dispersión incoherente (ISR, por sus siglas en inglés) en la región E de la Ionósfera es perjudicado drásticamente por la interferencia de potentes señales provenientes del Electrochorro Ecuatorial (EEJ, por sus siglas en inglés). En base a que estas dos señales (ISR y EEJ) provienen de regiones en el cielo con posiciones angulares distintas, en la presente tesis se evalúa la factibilidad de emplear técnicas de filtrado espacial con el radar del Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) para mejorar las medidas de dispersión incoherente reduciendo la interferencia del EEJ. Con ello se pretende resolver un problema existente desde 1961 cuando entró en funcionamiento el ROJ. El filtro espacial a implementar debe garantizar la mínima distorsión en la medición de las señales ISR. Para ello se evaluaron diferentes técnicas no paramétricas de filtrado espacial, así como diversas configuraciones de arreglos de antenas en condiciones muy cercanas a la realidad por medio de la simulación numérica del proceso en su conjunto. Esta simulación contempló: la generación de señales y patrones de radiación de las antenas, la interacción de los dominios espacio-ángulo, y el procesamiento de datos que conduce a la obtención de los coeficientes del filtro. Los resultados obtenidos son muy satisfactorios hasta los casos con niveles de potencia del EEJ de 60dB más fuertes que los ecos de ISR. Las principales contribuciones de este trabajo son: la solución de este problema bidimensional con un tratamiento unidimensional por medio de un arreglo lineal de 6 antenas distribuidas espacialmente en forma no redundante, y la estrategia matemática empleada para lograr, con este arreglo no redundante, resultados similares a los que se hubieran obtenido con un número mayor de antenas.
Implementación de un software general para el diseño de altavoces basado en elementos pasivos discretos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-14) Centa Cueva, Víctor Arturo; Moreno Ruiz, Jorge Nestor
En esta tesis, inicialmente se estudiará el modelo lineal del altavoz electrodinámico, de los principales sistemas de altavoces y sus modelos, así mismo se trabajará con las redes de cruce y los circuitos pasivos complementarios a estas. Una vez comprendidos los modelos, se procederá a desarrollar el software siguiendo el proceso constructivo propio del desarrollo del software y dividiéndolo en diferentes etapas iterativas con la finalidad de acompañar el proceso con resultados parciales que demuestren el correcto funcionamiento del mismo. Finalmente, se integrarán todas las partes y se implementará una interfaz gráfica donde el usuario controlará el programa y observará los resultados de la simulación. Como complemento de este trabajo, se incluirá un plan de negocio del software para ser aplicado en la industria nacional y/o regional.
Manufactura de un espejo parabólico de diámetro de apertura 140mm y relación focal f/5 para observación de espacio profundo
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-08) Ochoa Suárez, Johnny Martín; Gonzales Niño, Franco Alejandro
En el siguiente trabajo se manufactura un espejo parabólico de 140 m de diámetro y relación focal f/5 utilizando una herramienta de pulido en forma de pétalo para generar la forma parabólica final del espejo. El objetivo principal es desarrollar la técnica de pulido final del espejo para convertirlo de esférico a parabólico utilizando una herramienta de pétalo frente al pulido tradicional hecha manualmente, lo que permite automatizar esta parte del proceso. La forma del pétalo se diseña según el desgaste de la zona de la superficie del espejo que se quiere pulir basado en el modelo de Preston que relaciona principalmente el desgaste de una superficie con la forma de la herramienta de pulido. El proceso que se sigue es la fabricación del espejo de vidrio hasta convertirlo en espejo esférico, se diseña en software la forma de la herramienta de pétalo requerida y se utiliza dicha forma para seguir puliendo el espejo hasta convertirlo en uno parabólico, la verificación de la forma de la superficie del espejo se realiza a través del método de Ronchi. El espejo final manufacturado con dicha técnica muestra con la prueba de Ronchi la curvatura buscada que nos garantiza que su superficie tiene la forma parabólica. El uso de la herramienta tipo pétalo para producir el espejo esférico de esta tesis es un avance que nos permite fabricar más adelante espejos de otras dimensiones automatizando el proceso final de pulido frente al pulido manual.
Mejora en la producción energética de un módulo fotovoltaico bifacial vertical mediante la implementación de reflectores fijos de aluminio
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-23) Nuñez Rishmawi, David Elias; Palomino Tofflinger, Jan Amaru
En el año 2020 se produjeron un poco más de 50 mil millones de toneladas de CO2eq a través de las diferentes industrias. 12.2 mil millones de estas fueron producto de diversos procesos de generación eléctrica. Es decir, 24.14% de las emisiones de CO2 equivalente en el mundo son producto de la generación de la energía eléctrica. En vista de esto, uno de los avances más importantes para el control de emisiones consiste en el uso de energías renovables, siendo la energía solar unos de sus principales bastiones. En la actualidad los paneles monofaciales son los más comunes en la industria fotovoltaica. Sin embargo, según el informe de 2023 de la International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), la participación de mercado de los Módulos Fotovoltaicos Bifaciales (BF) en 2023 es de aproximadamente el 35% y se espera que aumente a 70% para el año 2033. Además, los módulos fotovoltaicos bifaciales han abierto nuevas posibilidades para instalaciones en posiciones verticales orientadas Este-Oeste y mejorando el albedo a través de reflectores. Esta última configuración es de particular interés para el campo emergente de agrivoltaics. Hay poca investigación publicada sobre el rendimiento energético de módulos bifaciales en sitios de baja latitud, y todavía no se ha publicado nada para Lima, Perú. Este trabajo busca enmendar esta falta de conocimiento, buscando optimizar un arreglo BF vertical (VBF) que apunta Este-Oeste en lugar de la convención usual de módulos BF inclinados hacia el Norte en el hemisferio sur. Agregar reflectores fijos adjuntos a ambos lados del arreglo resultó en mayores irradiancias recibidas por un módulo fotovoltaico y su posterior conversión energética. Se utilizó el software de simulación óptica Tonatiuh y bifacial_radiance para estimar las ganancias de irradiancia a través de los reflectores para diferentes configuraciones. Luego, en el trabajo experimental subsiguiente, se utilizaron mediciones de reflectancia de diferentes materiales en un espectrofotómetro para diseñar los mejores reflectores posibles. Una vez hecho esto, se utilizó una disposición que contenía un VBF, junto con dos piranómetros adyacentes, para tomar mediciones de irradiancia recibida y energía generada a través de curvas I-V en un día de control sin reflectores. Posteriormente, se implementaron dos reflectores de aluminio a cada lado de la disposición para contrastar estas mediciones con los resultados del control. Este proceso se llevó a cabo analizando las ganancias de irradiancia y energía a través de los reflectores para días nublados y soleados típicos, con la finalidad de averiguar si había una diferencia significativa en la mejora de la producción de energía entre estos días. Los resultados indican que, después de ajustar por la variabilidad del GHI y comparado con los días de control sin los reflectores, los piranómetros instalados percibieron un promedio de 59% más irradiancia en días soleados y 32% más en días nublados. Asimismo, utilizando las Curvas I-V del módulo, se pudo observar una mejora considerable de un promedio de 39% mayor entrega de máxima potencia para días soleados y 21% en días nublados.
El modelo físico a escala como herramienta de diseño de la acústica de un recinto
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-09-08) Moscoso Bullón, Richard Alfredo; Moreno Ruíz, Jorge Néstor
La presente tesis describe el desarrollo de una técnica para medición de parámetros acústicos objetivos en modelos a escala. Esta técnica se basa en la medición de la respuesta impulsiva del modelo. Se explican las razones por las cuales es conveniente el uso de un modelo físico a escala como herramienta para la evaluación acústica de un recinto mediante su respuesta impulsiva. Se expone brevemente la evolución histórica de la evaluación de la “calidad acústica” de un recinto y de los métodos de medición empleados en la Acústica Arquitectónica. Luego se definen los parámetros objetivos actualmente aceptados como herramientas de evaluación de la “calidad acústica" un recinto. Se expone la implementación de la medición de la respuesta impulsiva y se comparan los valores de los parámetros medidos en el Auditorio de Física de la Pontificia Universidad Católica del Perú y en un modelo de dicho auditorio en escala 1:10 mediante esta técnica. Finalmente se presenta una evaluación de auditorios multipropósito en el Perú a través de su respuesta impulsiva como una aplicación alternativa del método y la evaluación de una cámara reverberante a escala como una aplicación directa del método.