Facultad de Ciencias e Ingeniería
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Item Diseño e implementación de un sistema de monitoreo de parámetros eléctricos para la evaluación del rendimiento energético de sistemas fotovoltaicos conectados a red(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-10) Zamudio Piscoya, Martin Alcides; Cataño Sánchez, Miguel Ángel; Palomino Töfflinger, Jan AmaruLos sistemas de monitoreo son una forma de evaluar el estado de las variables que resultan de interés para realizar luego un análisis o estudio correspondiente. En ese sentido, la monitorización de sistemas fotovoltaicos (FV) se ha convertido en un proceso necesario para asegurar el correcto funcionamiento de estos sistemas. Para ello, se utilizan sistemas de adquisición de datos (DAQ), los cuales permiten adquirir variables de interés. Así, resulta útil conocer tanto los parámetros eléctricos como meteorológicos que en conjunto permiten analizar el desempeño de sistemas fotovoltaicos. Como trabajo previo, se han realizado instalaciones fotovoltaicas en distintas regiones del Perú y, junto con ellas, se han instalado sistemas de monitoreo que adquieren parámetros meteorológicos de primer orden (irradiancia y temperatura del módulo FV) que afectan a la productividad de los sistemas fotovoltaicos conectados a red (SFCR). Los datos obtenidos de los DAQ son importantes para analizar el comportamiento energético de los sistemas fotovoltaicos y las anomalías que puedan generarse. Asimismo, para que estos sistemas se puedan analizar y caracterizar de manera completa, es necesario monitorizar también las variables eléctricas tanto en corriente continua (DC) como en alterna (AC). La presente tesis propone el diseño y la implementación de un sistema que adquiera parámetros eléctricos en DC y AC, y que cumpla con el estándar IEC 61724-1:2021, el cual provee requerimientos para el monitoreo y diseño de SFCR. Se tiene proyectado que el sistema opere en los diferentes climas de cinco regiones del Perú (Lima, Arequipa, Tacna, Puno y Amazonas) en conjunto con el sistema de adquisición de parámetros meteorológicos desarrollado en un trabajo previo. Los datos del nuevo sistema se monitorearán de manera continua en tiempo real y las variables serán registradas tanto de manera local en un computador así como en una plataforma en la nube que cumple con el concepto de Internet de las Cosas (IoT). El objetivo deseado es que el sistema mida correctamente de acuerdo con la normativa seguida para que pueda ser empleado en el monitoreo de diferentes sistemas fotovoltaicos conectados a red.Item Diseño de la electrónica de control del subsistema de habilitado de pieza para una máquina de ensamblado de fólderes de plástico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-05-26) Larrañaga Palacios, Marta Isabel; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelActualmente, la empresa Plástico Ramos S.R.L cuenta con un proceso de producción de fólderes de plástico manual, lo que implica elevados porcentajes de error y costos de producción. El proyecto, con la referida empresa, consiste en automatizar el citado proceso con la finalidad de mejorar su eficiencia y rentabilidad, lo que permite obtener un aumento de su competitividad en el mercado peruano. Para ello se creará un prototipo de máquina que fabrique los fólderes de plástico de manera automática y se deberá implementar en las instalaciones de la planta de producción de la empresa. Consecuentemente, el objetivo de esta tesis es diseñar la electrónica de control de uno de los subsistemas de este prototipo, que realice las operaciones de corte y habilitado de una de las piezas del producto: la pieza luna; a través de la identificación de los requerimientos clave del proceso de fabricación para la selección de los componentes electrónicos que serán acoplados al diseño mecánico. Esto comprende enderezar el PVC rígido (material base de la pieza), por medio del sensado y control de temperatura; así como, cortarlo de la forma adecuada para su traslado y ensamble al producto final. Los resultados de las simulaciones y pruebas realizadas, correspondientes al diseño y la lógica de funcionamiento propuesto, demuestran que se cumplen los requerimientos mínimos mecánicos de temperatura, torque, velocidad, posición, que permitirán su futura implementación reduciendo pérdidas en mermas y porcentajes de error, así como mejorando la calidad del producto final y la productividad del proceso actual.Item Diseño e implementación de un sistema de adquisición de datos para el registro de irradiancia, temperatura y cálculo de productividad energética de los sistemas fotovoltaicos conectados a red(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-22) Carhuavilca Vela, Alejandro Manuel; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelLos sistemas fotovoltaicos (FV) son aquellos que generan energía eléctrica amigable con el medio ambiente sin uso de combustibles o gases, los cuales para evaluar su funcionamiento y producción energética, se debe instalar un sistema de monitoreo. A partir de las mediciones obtenidas mediante los sistemas de adquisición de datos se puede analizar las pérdidas de producción de estos sistemas ante cualquier anomalía y estos permitirán realizar las evaluaciones tecnico-económicas. Estas evaluaciones permitirán a los instaladores brindar un mayor soporte de diseño e implementación, así los clientes podrán saber el tiempo de retorno de la inversión que realizaron en los sistemas FVs. Por ende, este trabajo presenta el diseño e implementación de un sistema de adquisición, el cual registra los datos meteorológicos que influyen en la producción eléctrica de estos sistemas. Este sistema de monitoreo debe cumplir con los estándares de la norma dada por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC61724-1). Se realizarán ensayos experimentales de adquisición de datos con diferentes métodos de validación para que pueda cumplirse con la norma IEC. Los principales parámetros que influyen en la producción eléctrica FV son la irradiancia y la temperatura del módulo, por ello, deben medirse mediante sensores que cumplan con este propósito. Estos deberán conectarse al sistema de adquisición de datos diseñado en este trabajo, el cual deberá enviar los mismos hacia un ordenador para su almacenamiento y monitoreo. En este documento, se estará mostrando los resultados de registro en el software de visualización y de la producción energética solar diaria mediante los datos obtenidos del sistema de adquisición diseñadoItem Diseño de un sistema de visión por computadora para la clasificación de arándanos por tamaño y características asociadas al color(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-16) Shimabukuro López, Roberto Takao; Cataño Sánchez, Miguel Ángel; Coasaca Apaza, César ErnestoAl 2020, y pasados menos de 8 años desde la primera exportación significativa de arándanos frescos, el Perú se ha consolidado como el mayor exportador de este fruto, ofreciéndolo en mercados como EEUU, la Unión Europea y China [4] [14]. La apertura de estos nuevos mercados trae consigo la obligación de cumplir estándares de calidad; en el caso de los arándanos, incluyendo rangos de calibre (diámetro mayor), color e incidencia de defectos superficiales. Si bien existen máquinas que automatizan por completo el proceso de selección de dichos frutos, sus costos son un impedimento para su adquisición en asociaciones de productores pequeños y medianos. En el Perú, este proceso es mayormente manual, complicando el cumplimiento adecuado de los estándares internacionales y suponiendo además riesgos ergonómicos para los operarios. De esta forma, surge la necesidad de una máquina para la clasificación de arándanos costeable por productores peruanos. En ese sentido, el presente trabajo de tesis detalla el proceso de diseño de un prototipo para la clasificación de arándanos según tamaño y características asociadas al color, mediante visión por computadora; poniéndose especial énfasis en la identificación de criterios de selección efectivos aplicados al análisis de imágenes del fruto. Bajo el enfoque de la metodología VDI 2221 y los métodos de diseño de la Universidad Tecnológica de Delft, se inicia con una revisión de los métodos más empleados en la industria para la clasificación de fruta, los parámetros de calidad cruciales para arándanos y el estado de la tecnología en clasificación de los mismos. Luego, se delimitan los requerimientos básicos para el diseño y se determinan posibles soluciones para un prototipo, las cuales fueron evaluadas cualitativamente. Seguidamente, se analiza una muestra de 100 arándanos con el fin de determinar características útiles para el diseño, y se realizan experimentos para comprobar el principio de funcionamiento del concepto de solución seleccionado. Posteriormente, se diseña un prototipo para la clasificación de arándanos, que incluye pruebas de visión por computadora para la estimación del calibre del fruto y la determinación de un criterio de selección asociado al color del mismo. Finalmente, se presentan los resultados de las pruebas, conclusiones y recomendaciones para la validación del diseño propuesto. Se busca que el producto de este estudio permita complementar trabajos previos y servir de base para próximas investigaciones, con el objetivo de conseguir implementar una máquina seleccionadora de arándanos que pueda competir en el mercado peruano.Item Diseño de generador hidroeléctrico portable para zonas rurales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-10-06) Mendoza Yupanqui, Paul Yampier; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelEl uso de la energía eléctrica es indispensable en la vida diaria de las personas. Demográficamente, gran parte del sector urbano cuenta con acceso a este servicio; sin embargo, en el sector rural existen grupos humanos que no tienen acceso a este recurso. Dada esta necesidad, se ha ido impulsando el uso tecnologías renovables, entre las cuales la hidroeléctrica se presenta como la más viable, teniendo en cuenta la geografía del país, con la finalidad de facilitar el acceso a este tipo de energía. En el presente trabajo, utilizando el método de la matriz morfológica, se diseñó un sistema generador hidroeléctrico portable que aprovecha el desplazamiento de masas de agua en canales como fuente de energía cinética. Para ello se empleó una turbina hidrocinética, la cual adquiere un movimiento rotatorio al paso del fluido con la finalidad de convertir la energía cinética en mecánica. Asimismo, gracias a un generador de imanes permanentes acoplado al eje de la turbina en movimiento se puede generar electricidad alterna. Luego, esta corriente fue acondicionada para la carga de dispositivos electrónicos mediante un circuito rectificador y un regulador de tensión. Por último, se logró diseñar una máquina de cumple con los requerimientos y exigencias de diseño que garanticen la generación de 10W de potencia eléctrica. Además, se resalta la importancia que significaría el uso de esta máquina en zonas remotas y la implicancia en la calidad de vida de las personas de estas regiones.Item Selección y control de calidad de mangos de la variedad Kent para exportación mediante visión por computadora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-14) Flores Blas, Alvaro Efrain; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelUno de los motores de la economía peruana es la agricultura, que desde la entrada en vigencia de tratados de libre comercio se vio beneficiada por la mayor demanda de productos frescos. Dentro de esta gran gama destacan los mangos y en especial la variedad Kent, pues representan actualmente más del 90% del total del volumen exportado de estos frutos. En la actualidad, la selección y clasificación de mangos se realiza de manera manual, lo cual conlleva a errores humanos asociados a la fatiga o cansancio laboral que posteriormente afectan la calidad, por lo cual los costos de operación se incrementan. Siguiendo esta línea, para que el Perú prosiga con la tendencia al alza de mangos exportados es necesario automatizar el proceso para ofrecer mangos de calidad y llevar por buen camino la marca Perú. El presente trabajo plantea algoritmos de procesamiento de imágenes para la inspección de mangos de la variedad Kent, como parte del primer paso del proyecto para el diseño e implementación de un Sistema Automatizado para la Clasificación y Selección de Mangos para la empresa HCQ PERU SAC. El proceso de análisis de las imágenes incluye la estimación de la masa del mango y la detección de las principales enfermedades o ataques de plagas en el fruto, manifestados a través de puntos y manchas necróticas. Asimismo, se presenta el procedimiento para poder estimar la madurez mediante la verificación del desplazamiento de píxeles en el espacio de color CIELab. Como resultado se obtuvo un error de estimación de masa de 4.586%. Asimismo, se detectaron las principales imperfecciones manifestadas en manchas y puntos necróticos y se realizaron pruebas del algoritmo para detectar la madurez en plátanos de seda, ya que la variación de color de la cáscara de verde a amarillo es semejante a cómo varía este atributo en los mangos de la variedad Kent, además de contar con la ventaja de los rápidos cambios de color en el plátano.Item Diseño de un sistema para detectar la inclinación de los espejos en un reflector Scheffler de 8m2(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-25) Vásquez Ortiz, Juan Humberto; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelEl uso de recursos renovables como fuente de generación de energía es un tema estudiado por el Grupo de Apoyo al Sector Rural PUCP, grupo al que va dirigido el presente proyecto. Este tipo de energía también es conocida como energía limpia ya que para su utilización no se produce emisión de gases contaminantes. Dentro de este tipo de energía, específicamente dentro de la energía solar térmica, se encuentra el reflector solar parabólico Scheffler, que aprovecha y concentra el calor que provee el Sol. Este tipo de reflector solar es utilizado en la cocina de alimentos en general y su uso en el Perú tiene un gran potencial debido a la intensa radiación presente en gran parte del país. El reflector solar parabólico Scheffler, al estar formado por un arreglo de espejos en toda su superficie, ve mermada su eficiencia debido a errores de inclinación al ensamblar dichos espejos. El objetivo del presente trabajo es desarrollar el diseño de un sistema que permita la detección de la inclinación los espejos que componen un reflector solar parabólico Scheffler de 8 m2 de área. Este sistema determina el error en la inclinación tanto en el eje horizontal como en el eje vertical de cada espejo, mediante técnicas de visión por computadora y de barrido láser. El documento se divide en 4 capítulos. El primero de ellos describe la problemática que será solucionada. En el segundo capítulo se presentan los requerimientos del sistema y se plantean los conceptos de solución. A continuación, y sobre la base del concepto óptimo de solución escogido, en el capítulo 3 se describe el desarrollo del sistema de detección de la inclinación de los espejos, así como sus componentes mecánicos, electrónicos y de control. En el cuarto capítulo se detalla el presupuesto requerido para implementar el sistema y, finalmente, se presentan las conclusiones que se obtienen del desarrollo del presente trabajo.Item Diseño de secador solar de piña y plátano automático(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-25) Vilcarima Sabroso, Carlos Alberto; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelDado el acelerado crecimiento del sector agroexportador peruano, impulsado por el boom de nuestra gastronomía, un creciente grupo de productores han apostado por la exportación de sus productos con un valor agregado: fruta deshidratada. Apuesta que los ha llevado a tener como clientes al mercado europeo y generado ingresos superiores a la venta de fruta convencional. No obstante, dado el escaso y costoso desarrollo tecnológico de máquinas deshidratadoras, muchos productores que han optado por la construcción de máquinas caseras no han logrado satisfacer la creciente demanda de sus productos, lo cual les impide competir en un mercado donde lo que prevalece es la capacidad de producción. El presente trabajo tiene como objetivo diseñar una máquina automática de deshidratación (o secado) de piña y plátano que aproveche la energía solar como fuente de energía térmica y que tenga una capacidad de producción mayor a 1.5 ton (plátano) o 0.5 ton (piña) mensual. Para esto se hará uso de una serie de concentradores solares cilíndricos parabólicos (propuesto por el asesor), los cuales concentran la radiación solar en un tubo receptor con el fin de calentar un fluido circulante que luego se encargue de acarrear la humedad de la fruta. Asimismo, gracias a un mecanismo de seguimiento solar se logrará controlar y regular la temperatura de secado a la entrada de la cabina de deshidratación. Finalmente, se logra diseñar una máquina que cumple con las exigencias pactadas para su diseño y que garantice un deshidrato uniforme en su producto. Se concluye, además, la relevancia que tiene este tipo de máquinas para nuestro contexto agricultor y exportador peruano en cuanto a mejora en la capacidad de producción y la calidad de los productos.Item Diseño de una cortadora láser CNC de CO2 para acrílicos y madera(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-10-29) Pérez Espinoza, Alonso Ricardo; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelUna de las necesidades con mayor demanda por parte de la sociedad (el hogar estándar), estudiantes universitarios y los pequeños negocios, es la precisión en el corte de madera y acrílicos. En el caso del hogar estándar, existe una necesidad por realizar proyectos de carpintería, manualidades o quizás simplemente para entretenimiento y desarrollo de habilidades creativas de los niños. En el caso de los estudiantes universitarios, los estudiantes de Arquitectura y Diseño Industrial requieren elaborar maquetas de alta precisión y hacer uso eficiente de su tiempo para elaborar estas, sin perder tiempo en el corte manual. En el caso de los estudiantes de ingeniería es la elaboración de maquetas para probar conceptos de solución a un posible problema de diseño que se les presente. Por otro lado, los negocios de venta de materiales de carpintería y hogar también exigen el corte personalizado y de alta calidad superficial, por la variedad de aplicaciones y diseños estéticos que hoy en día circulan. El presente proyecto de tesis tiene por objeto atender esta necesidad puntual de una gran variedad de potenciales usuarios finales, así como responder a la solicitud de los expertos en el tema. Se diseñará una cortadora láser CNC para el corte de madera y acrílicos. En cuanto a los objetivos, el principal, es diseñar una cortadora láser CNC de bajo costo, de tal manera que sea asequible para los potenciales usuarios anteriormente mencionados. En cuanto a los objetivos secundarios, se tiene la selección del sistema óptico a utilizarse y del láser, determinar la potencia requerida y velocidad de corte. En cuanto a la electrónica y el control, se seleccionará los sensores y actuadores, se diseñará los circuitos para el control de estos y el procesamiento de los datos de entrada que especifique el usuario (diseño a cortar) y se diseñará la lógica de control en un flujograma. En cuanto a la mecánica, se tiene el diseño de un sistema de movimiento en el plano XY, para ello se plantea los posibles elementos que lo integrarán, se calcula los esfuerzos y momentos a los cuales estarán sometidos, con ello se dimensiona y se elige materiales.Item Desarrollo de una algoritmo para la localización automática de placas vehiculares peruanas usando técnicas de procesamiento de imágenes(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-06) Salazar Márquez, Marcio Boris; Díaz Rojas, Kristians Edgardo; Cataño Sánchez, Miguel ÁngelLa necesidad de identificar un vehículo está relacionada con el reconocimiento de las placas correspondientes; esto se hace necesario debido a que se podría tener un mejor control en casos de infracciones, así como robos o accidentes vehiculares. La seguridad ciudadana está ligada con estos factores, por lo que el desarrollo de un sistema automático de reconocimiento de placas vehiculares ayudaría a tener una ciudad más segura. Esta Tesis plantea como solución el desarrollo de un algoritmo para la localización automática de placas vehiculares basado en técnicas de procesamiento digital de imágenes, detecta placas hechas en el Perú, las cuales cuentan principalmente con caracteres oscuros en fondo de color uniforme. Se investiga algunos métodos existentes para la extracción de las regiones de interés en las imágenes, placas, describiendo las técnicas principales que resuelven la problemática, indicando la eficiencia de éxito y las dificultades de cada una de ellas. Consta de cuatro capítulos: en el primero, se detalla la importancia de desarrollar sistemas automáticos de identificación de placas en base al uso de aplicaciones prácticas y se indican las consideraciones generales que se toman en cuenta para delimitar el alcance del trabajo. En el segundo capítulo se describe el estado del arte lo cual consta de métodos que se utilizarán como referencia para la realización del trabajo propuesto. El tercer capítulo describe detalladamente el desarrollo del algoritmo planteado a partir de dos procesos principales: umbralización automática y extracción. El proceso de umbralización automática consiste en el cálculo del valor umbral para la obtención de la imagen binaria requerido para el siguiente proceso, se determinan los puntos de interés en base a las características de la existencia de caracteres en la imagen. El proceso de extracción logra extraer la región de la imagen que contiene la placa vehicular a partir de las propiedades geométricas de la misma. Por último, el capítulo cuatro expone los resultados obtenidos mediante el uso de una herramienta de software especializado en procesamiento de imágenes, se realizan comparaciones con algoritmos desarrollados inicialmente y se concluye el método más eficiente que cumple con el objetivo establecido.