Facultad de Ciencias e Ingeniería

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search.filters.applied.f.advisor: search.filters.advisor.Villota Cerna, Elizabeth Roxana

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    Diseño de un sistema ciber-físico para monitorizar variables relacionadas con derrames de líquidos de gas natural en el sistema de transporte por ductos del proyecto camisea
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-04-19) Jacinto Calderon, Cristhian Gustavo; Villota Cerna, Elizabeth Roxana; Santos López, Félix Melchor
    Durante los 18 años de operación del Proyecto Camisea se han registrado 13 fallas en los sistemas de transporte por ductos de líquidos de gas natural (LGN). Muchas de estas fallas son producto del movimiento lento de suelos, las infiltraciones de agua o la perforación intencional de los ductos. Sea cual fuere la causa, muchas veces ocurre que las fallas terminan no siendo identificadas por el sistema de detección de fugas y derrames SCADA de la empresa transportadora (TgP). El objetivo del presente proyecto es evaluar la factibilidad de diseñar un sistema ciber-físico que permita identificar derrames de pequeña magnitud a lo largo del poliducto de LGN, a la vez que alerte en caso de derrame tanto a la empresa transportadora como a los organismos técnicos supervisores y fiscalizadores (como el OEFA y Osinergmin). Contar con un sistema como el descrito, permitirá que se tomen acciones inmediatas tal que se consiga reducir drásticamente tanto el impacto ambiental como el socioeconómico. Con este fin, la pregunta de investigación es la siguiente: ¿de qué manera se podrían vincular las tecnologías de la información y la comunicación con los procesos físicos tal que se puedan monitorizar las variables relacionadas con los derrames de LGN? En este contexto, se debe tener en cuenta que el bajo porcentaje de falsas alarmas es una medida para que un sistema de monitorización de derrames sea considerado eficiente. La pregunta de investigación se responde a través del diseño de un sistema ciber-físico que implica la interacción de: (i) un sistema físico, diseñado según la norma de diseño alemana VDI 2221 y (ii) un sistema ciber, diseñado de acuerdo al proceso de diseño “Attribute-Driven Design 3.0” del Instituto de Software de la Universidad de Carnegie Mellon. El sistema físico consiste en un conjunto de estaciones de monitoreo que cumple con términos de referencia dados por Osinergmin, y presenta una configuración redundante en el suministro de energía, para alimentar en todo momento a dispositivos electrónicos, entre los que destacan sensores no intrusivos, acondicionadores de señales, y un microcontrolador. Estos dispositivos, en conjunto, se encargan principalmente de la adquisición y transmisión de los datos relacionados con derrames de LGN hacia el sistema ciber. El sistema ciber consiste en una arquitectura de Cloud computing, diseñada en base a los principales casos de uso identificados, escenarios de atributos de calidad, restricciones y preocupaciones arquitecturales. Las funciones del sistema ciber son recibir y procesar las tramas de datos, notificar al sistema físico en caso de un derrame y presentar el proceso de monitoreo a través de una plataforma cloud. De esta manera se obtiene como resultado un sistema integrado que genera las condiciones para detectar derrames y establecer alertas a tres niveles: in situ, a través de SMS y a través de la plataforma cloud.
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    Guante inteligente que reconoce gestos de manos para reproducción de audio
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-06) Dominguez Medrano, Johana Indira; Villota Cerna, Elizabeth Roxana
    Debido al cambio continuo en la industria de la música, específicamente en la industria de la música electrónica, lo que siempre se ha buscado es innovar; esto ha sido posible gracias al crecimiento de la tecnología que ha brindado nuevas posibilidades de componer música y hacer performances en vivo. Sin embargo, lo que el performer también busca son nuevas maneras de interactuar con su audiencia en una performance en vivo, ya que no siempre es evidente para la audiencia que es lo que sucede cuando el performer está detrás de su laptop, loops u otros dispositivos. Por ello, para que los performers puedan interactuar con su música y audiencia de una nueva manera se propone el diseño de un guante, que reconozca gestos que el performer realice y un software, mediante el cual se permita reproducir audios que estén vinculados a un gesto; y así, dé la impresión al espectador de cómo “crea música” en frente de él. El guante está conformado por sensores de flexión, los cuales miden los ángulos de las articulaciones metacarpofalángicas de los dedos de la mano, y un sensor IMU, que mide los movimientos articulares de la muñeca. Los datos que se adquieren de los sensores son enviados a una PC para que sean ingresados al modelo de reconocimiento de gestos construido y consiguientemente se reproduzca el archivo de audio que esté vinculado al gesto entrenado. El entrenamiento del modelo de reconocimiento de gestos se realizó con el algoritmo de clasificación Random Forest. La ventaja de este sistema es que se proponen dos modos de uso: modo de usuarios múltiples y modo de usuario especifico, dándose en el último caso la oportunidad al usuario de obtener resultados más precisos a cambio de que se tomen el tiempo de tomar los datos de sus gestos para el entrenamiento del modelo. Los resultados de precisión que se obtuvieron para los modelos fueron de 92.80% para el modelo de usuarios múltiples y 92,52% para el modelo de usuario específico. Por último, se obtuvo un costo del sistema electrónico y mecánico de S/. 1438.40 y un costo de diseño de S/. 9000 para el proyecto, con lo cual se concluye que el costo de diseño se podría repartir y obtener un costo menor por guante en el caso que sea fabricado en volúmenes de producción alto.
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    Diseño de un sistema mecatrónico móvil para monitoreo de condición de fajas transportadoras
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-25) Chiu Castro, Godofredo Esteban; Villota Cerna, Elizabeth Roxana
    El presente trabajo tiene como objetivo proponer un diseño mecatrónico que contribuya con la inspección del estado de los elementos mecánicos críticos en las fajas transportadoras en minería. El conocimiento del estado actual de los elementos mecánicos críticos facilita la toma de decisiones de mantenimiento y prolonga las horas de operación durante la jornada laboral. Para afrontar el objetivo planteado se establecieron los requerimientos del sistema mecatrónico, entre los cuales los principales son: contar con un mecanismo de desplazamiento que sea capaz de monitorear las principales variables de los elementos mecánicos y que pueda ser controlado de manera remota, entre otros, para posteriormente establecer el concepto de solución, proponer alternativas de solución y diseño del sistema. El diseño del sistema mecatrónico se describe a través de: diagrama de funcionamiento, hojas de datos del equipamiento involucrado, diagrama de flujo de la lógica de control del sistema y planos mecánicos. Finalmente, se plantean las conclusiones, de los principales resultados obtenidos del diseño del sistema mecatrónico.
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    SYSML como herramienta para garantizar la trazabilidad de requerimientos en el diseño mecatrónico
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-02-12) Vidal Sandoval, Jesus Enrique; Villota Cerna, Elizabeth Roxana
    La trazabilidad de requerimientos durante el proceso de diseño mecatrónico es de suma importancia ya que permite rastrear, ubicar y verificar eficazmente el cumplimiento de los requisitos establecidos por el cliente, o interesados. Si se introduce o aplica durante las primeras etapas de diseño es posible garantizarla, permitiendo resolver a priori problemas de diseño que de otra forma no se hacen evidentes hasta etapas posteriores. En ese sentido, la presente tesis muestra cómo los requisitos de trazabilidad para el diseño mecatrónico se pueden lograr mediante el empleo de una metodología de ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) y la herramienta asociada, Systems Modeling Language (SysML). SysML es un lenguaje de multivista de propósito general para el modelado de sistemas capaz de vincular los requisitos a los elementos del sistema al capturar los requisitos textuales y colocarlos en los modelos de diseño. Además, SysML se puede acoplar a otras herramientas, incluidas las hojas de cálculo y el software de diseño y simulación, como Matlab o Modelica, lo que permite la verificación de los requisitos. Un actuador electromecánico (EMA), actuador de superficie del avión, se elige como caso de estudio de sistema mecatrónico. Al unirse a SysML y Matlab/Simulink, fue posible rastrear los requisitos para el diseño mecatrónico de EMA y, por lo tanto, verificar el cumplimiento de los principales requisitos asociados al diseño de control. Finalmente, esta tesis cierra proponiendo un trabajo futuro que contempla la necesidad de trabajar una lista más completa de requerimientos, los cuales llaman al uso de herramientas computacionales de ingeniería del tipo CAD como Autodesk Inventor o CadSoft Eagle, entre otros.
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    Diseño de una máquina doméstica automática para generar compost a partir de residuos orgánicos
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-20) Acosta Gonzales, Renzo Rogger; Villota Cerna, Elizabeth Roxana
    Una de las alternativas para la reutilización de los residuos orgánicos generados por las personas, producto de las actividades industriales, comerciales y domésticas, es el compostaje, proceso por el cual se puede obtener un producto biológicamente estable (compost) que puede ser utilizado para el enriquecimiento de suelos y áreas verdes. A pesar de que gran parte de los residuos orgánicos son provenientes de las actividades domésticas, estos muchas veces son eliminados y no son tomados en cuenta para su reutilización mediante técnicas de compostaje, ya que se requiere de un constante control y monitoreo, lo cual demanda tiempo y esfuerzo a las personas. Al no realizarse el compostaje correctamente, un mal proceso puede ser causante de la formación de malos olores y atracción de fauna contaminante. En el presente trabajo se plantea el diseño de una máquina doméstica capaz de generar compost a partir de residuos orgánicos. Para ello, el sistema posee las siguientes características. Una cámara multipropósito, la cual permite almacenar, separar, contener y trasladar los residuos orgánicos ingresados a lo largo de diferentes días. También, un módulo de medición y manipulación del proceso de compostaje, el cual es móvil pudiendo así ubicarse de manera independiente en los cinco compartimientos de la cámara multipropósito que alberga los residuos orgánicos. El módulo de medición y manipulación permite monitorear y controlar el proceso en cada compartimiento de la cámara por medio de la medición de la temperatura y el nivel de oxígeno, seguido de la manipulación de las variables mencionados por medio del accionamiento de la bomba, el calentador o el mezclador/triturador si el proceso lo requiere. Por último, al final de cada cinco días los residuos procesados caen de la cámara al depósito del sistema de donde el usuario puede recoger el producto terminado.