Física Aplicada
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Item 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 NéstorEn 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.Item 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 EdmundoEl 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.Item 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 ArturoEn 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.Item 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 NéstorLa 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.Item Optimización de un sistema de espectroscopía de plasma inducido por láser para cuantificar carbono total y pH en suelos agrícolas del Perú(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-07-11) Vilchez Rojas, Heyner Leoncio; Sánchez Alcántara, Eder RubénEste trabajo ha consistido en la optimización de la instrumentación óptica y electrónica de un sistema de espectroscopia de plasma inducido por láser (del acrónimo LIBS: Laser Induced Breakdown Spectroscopy) para cuantificar Carbono Total (CT) en diez muestras de suelos agrícolas del Perú. El principal desafío para cuantificar CT con la técnica LIBS es la fuerte interferencia que ocurre entre las líneas atómicas de emisión de C(I) en 247.856 nm y Fe(II) en 247.857194 nm, por esta razón, se realizó un estudio temporal de ambas líneas atómicas para determinar un tiempo óptimo donde la interferencia de la línea atómica de Fe(II) sea mínima al registrar la línea atómica de C(I). Con este estudio previo se han registrado espectros atómicos a través de la técnica LIBS en muestras de suelos agrícolas, y así determinar un protocolo de cuantificación que ha permitido generar una curva de calibración en base a las amplitudes de las intensidades de la línea atómica de C(I) en 247.856 nm y a las concentraciones de CT, medidos por el método de combustión seca. Por otro lado, usando los mismos espectros atómicos de las muestras de suelo, se demostró la aplicabilidad de LIBS como un método alterno para determinar sus valores de pH. Los valores de pH medidos por el método del potenciómetro y las intensidades de la línea atómica del Ca(II) en 317.93 nm se encuentran correlacionadas linealmente, y esto ha permitido generar una curva de calibración para cuantificar el pH usando la técnica LIBS. Mediante el método de regresión lineal simple fue posible obtener un coeficiente de correlación para la curva de calibración del CT y pH de 0.95 y 0.97, respectivamente. Estos resultados muestran el potencial de la técnica LIBS para ser usado en la determinación de CT y pH en muestras de suelos agrícolas.Item 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 RubénEn 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.Item 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 NéstorEl 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.Item 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 AugustoEl 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.Item 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, JorgeEn 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.Item Ruido de aeropuertos : estudio del problema del ruido en el Aeropuerto Jorge Chávez, situación actual y propuestas de solución(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-05-09) Moy Rivera, Jorge Carlos; Moreno Ruíz, Jorge NéstorEn la presente tesis se realiza una investigación de los aspectos teóricos del problema de ruido aéreo, desde el estudio de las fuentes de ruido, como son: el ruido aerodinámico, ruido de los diferentes tipos de motores así como su propagación en la atmósfera.