Ingeniería Eléctrica

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Algoritmo de odometría visual estereoscópico basado en la minimización del error cuadrático medio de correspondnecias típicas pro descomposicicón en valores singulares
(2021) Mora Zúñiga, Santiago Jesús; Martínez Castillo, Giovanni
En el presente trabajo se implemento y se aprobó la primera parte del algoritmo de odometría visual estereoscópica propuesto por Larry Matthies en 1989, sin considerar el error de posición en los puntos característicos, el cual proporciona una estimación inicial del movimiento que experimenta un rover entre dos instantes de tiempo consecutivos, a partir de la imagen izquierda de los pares de imágenes capturados en ambos instantes por una cámara estereoscópica atada rígidamente al rover y de las nubes de puntos tridimensionales que se obtienen a partir de la triangulación de correspondencias estereoscópicas entre los pares de imágenes para cada instante, las cuales son proporcionadas a través de un algoritmo externo basado en ROS. Específicamente, el algoritmo encuentra aquella traslación y rotación tridimensional con la que se tiene que mover un subconjunto de la nube de puntos antes del movimiento, elegido aleatoriamente, para que este coincida con un subconjunto de la nube de puntos después del movimiento, donde la coincidencia se logra minimizando la media de los cuadrados de las distancias de correspondencias temporales clasificadas como típicas entre el primer subconjunto transformado (rotado y trasladado) y el segundo subconjunto, a partir de un método basado en la descomposición en valores singulares de una matriz 3x3. Además, las correspondencias temporales se establecen de acuerdo a un método basado en la correlación pseudo normalizada y la clasificación de estas en típicas y atípicas se lleva a cabo mediante la implementación de un proceso iterativo conocido como RANSAC. Dicho algoritmo se implementó en el lenguaje de programación C, haciendo uso de la plataforma de programación conocida como ROS-Índigo, bajo el sistema operativo Ubuntu 14.04 LTS. Para probar el algoritmo implementado se llevaron a cabo...
Análisis comparativo de funciones Wavelet para el método de eliminación de ruido en señales de voz
(2021) Elizondo Murillo, Josué David; Romero Chacón, Jorge Arturo
Se aplican técnicas de procesamiento digital de señales para eliminación de ruido en señales de voz mediante el método de recorte de coeficientes en el dominio wavelet. El método depende de la función wavelet seleccionada, de acuerdo con los criterios establecidos para tal propósito, como por ejemplo el tipo de señal, el ruido a suprimir y el umbral de recorte. Se pretende aplicar el método considerando cinco funciones wavelet distintas. De los resultados obtenidos se busca determinar cuál función wavelet y su respectiva transformada ofrece mejor rendimiento para eliminación de ruido en señales de voz de acuerdo a los ruidos seleccionados para la investigación.
Análisis comparativo del control de un proceso no lineal con controladores PID y técnicas modernas
(2004) Pérez Mora, Aramis; Alfaro Ruíz, Víctor M.
Cuando se afrontan problemas de control con sistemas no lineales y no se tiene mucha experiencia, o conocimientos en este campo, por lo general, se utilizan las técnicas clásicas. La intención de este trabajo fue probar y dar a conocer otras técnicas, además de las clásicas, que permiten controlar un sistema no lineal. Para utilizar la teoría de control clásica con un sistema no lineal, se emplearon dos métodos diferentes. El primero fue aproximar el sistema por un modelo lineal conocido e identificado experimentalmente, un modelo de primer orden puro en este caso y aplicar la técnica de control con modelo interno (IMC) para sintonizar un controlador PI. El segundo método utilizado correspondió al cálculo del modelo linealizado analíticamente. Para ello se calcularon las derivadas parciales de las respectivas ecuaciones y se obtuvieron las matrices jacobianas. Con éstas se procedió a calcular su función de transferencia y a partir de esto se sintonizó el controlador PID, también con el método IMC . Para el ajuste de un controlador PI que no sea experimental, se sigue el procedimiento de algoritmos genéticos. Se dice no experimental, porque no existe una fórmula general que permita estimar los parámetros del controlador, más bien éstos son generados dependiendo de cada sistema. Para este caso, es notable el ahorro de tiempo a la hora de calcular los parámetros del controlador, pues una vez que se diseñe el programa de estimación, éste funcionará para cualquier sistema. En el presente análisis se sintonizaron dos controladores PI con AG partiendo de dos modelos diferentes del sistema. El primer ajuste se hizo con el modelo aproximado, mientras que el segundo ajuste fue con el modelo analítico que se supuso perfecto. Otra técnica presente en este trabajo es el control mediante lógica difusa. Esta metodología es más reciente. Su funcionamiento no depende de estimaciones...
Análisis de estrategias de diseño de sistemas digitales mediante el desarrollo de una Unidad de Procesamiento de Gráficos (GPU) en FPGA, utilizando soluciones tipo ASIC y SoC
(2010) Alpízar Soto, Celso Antonio; Rodríguez Rodríguez, Roberto Alonso
En esta memoria de seminario de graduación se detalla el desarrollo de una Unidad de Procesamiento Gráfico implementada en un soft procesar procesador MicroBlaze dentro de una FPGA(Field Programble Gate Array es un dispositivo semiconductor lógico programable por el usuario) Spartan 3E 1600. Como parte de este trabajo se escribió un manual de como sintetizar el procesador Mi-croBlaze en una tarjeta FPGA Spartan 3E 1600, en dicho documento se detallan las confi- guraciones necesarias para su implementación. Igualmente se presenta un programa de ejemplo en el que dependiendo de la configuración de los interruptores ( dip switchs), así será el comportamiento de los Leds de la tarjeta FPGA. Se realizó una investigación bibliográfica sobre el procesamiento de imágenes digitales y los distintos modelos de color en los que éstas son almacenadas. Para ello se utilizó el modelo de color RGB y el formato de imágenes TIFF sin compresión para guardar y procesar las imágenes. Se determinaron los distintos filtros y operaciones que fueron implementados en la GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico), se determinó que algunas de las operaciones necesarias en la implementación de la GPU eran pasar la imagen de color a blanco y negro, calcular el negativo de la imagen, obtener el histograma, ecualizar el histograma de la imagen, filtros Pasa Bajos y filtros Pasa Altos. Cabe señalar que las imágenes digitales pueden ser afectadas por distintas clases de ruido que las distorsionan, por esa razón se desarrollaron los filtros Pasa Bajos que sirven para filtrar imágenes con interferencia o ruido; y los filtros Pasa Altos cuya función es realzar las imágenes borrosas. Se utilizó una distribución de Linux basada en el sistema operativo μCLinux llamada Pe-taLinux compatible con el procesador MicroBlaze. En este sistema operativo se implementó la GPU mediante un archivo ejecutable...
Análisis de modos de falla, efectos y criticidad en aerogeneradores doblemente alimentados
(2022) Ramos Fernández, Cristian Andrés; Solano Artavia, Andrey Alberto; Núñez Mata, Oscar Fernando
Hoy en día, el uso de fuentes renovables toma un papel protagónico en la industria de generación de energía eléctrica. En este contexto, la energía eólica ha sido utilizada desde finales de los años noventa en Costa Rica y sigue siendo parte importante de la matriz de generación de energía. Sin embargo, esta tecnología enfrenta grandes retos técnicos y económicos, particularmente en los altos costos de operación y mantenimiento. Por esta razón, es importante para los administradores de parques eólicos, identificar las áreas en las cuales enfocar con mayor prioridad los recursos destinados a mantenimiento, así aumentar la disponibilidad de los aerogeneradores de forma más eficiente. Dada la necesidad de contar con herramientas que permitan identificar las vulnerabilidades en el proceso de transformación de energía, en este documento se propone el desarrollo de un análisis de modos de falla, efectos y criticidad en aerogeneradores de inducción doblemente alimentado, para realizar una evaluación cualitativa y cuantitativa de las características de falla en el mismo. Para ello, se presenta la metodología a seguir iniciando con una descripción cualitativa del aerogenerador donde se describen los principales componentes, sus funciones, modos de falla, posibles causas de falla, de esta forma comprender el comportamiento del sistema completo y la importancia de cada una de sus partes. También, mediante un análisis cuantitativo con enfoque en el riesgo se determina el posible impacto de los modos de falla determinados en el proceso de transformación de energía. Además, para tomar en cuenta consideraciones económicas en el análisis, se presenta el enfoque del método basado en el costo, con el fin de mitigar las limitaciones que presenta el método tradicional. Como resultado, se muestran los modos de falla con mayor impacto en los aerogeneradores analizados al comparar los enfoques de riesgo y costo. Con esta información...
Análisis de una solución para fallas monofásicas de alta impedancia a tierra, en líneas de transporte críticas que no cuenten con protección diferencial de línea
(2015) Alfaro Madrigal, Marianne; Cordero Leitón, Jeffrey
En este estudio, se pretendió buscar una alternativa que solucione, en un sistema eléctrico sólidamente aterrizado, la falta de selectividad asociada a fallas de alta impedancia en líneas de alta tensión, que no cuentan con las condiciones de comunicación requeridas para implementar esquemas de protección diferenciales. Lo anterior, debido a que existe una problemática asociada en las líneas de transporte, así como para el sistema eléctrico de potencia, por los retardos o la no operación de las protecciones producto de dicho tipo de fallas. Se realizó un análisis que permitió seleccionar la mejor opción que complemente a la función de impedancia, para mejorar su selectividad. Para lograr este cometido, se consultaron diferentes normas internacionales y se llegó a la conclusión de utilizar la implementación de la función de sobrecorriente de falla a tierra con teleprotección, como complemento a la función de impedancia ante una falla de alta impedancia en líneas de transmisión. Se seleccionó un caso real de falla en Costa Rica, y un modelo de relé aplicable a la actual red de transporte, para efectuar las pruebas de operación a la función seleccionada como mejor alternativa. Finalmente se dan las recomendaciones de los ajustes para el adecuado funcionamiento del esquema seleccionado...
Análisis del proceso de degradación de baterías de ion-litio según el protocolo de carga
(2023) Valverde Saborío, Andrés; Pérez Mora, Aramis
Análisis del rendimiento y beneficios del sistema fotovoltaico con almacenamiento de energía de la Escuela de Ingeniería Eléctrica
(2020) Segura Aparicio, Jean Pierre; Vega Garita, Víctor Ernesto
Anteproyecto de la subestación eléctrica para la ciudad de Limón.
(1962) Gutiérrez Gurdian, Armando
Aplicación del protocolo de comunicación contenido en la norma IEC 61850 para sistemas de protección en subestaciones eléctricas utilizando la herramienta OPAL-RT
(2024) Gutiérrez Umaña, Donald Esteban; Núñez Mata, Oscar Fernando
El crecimiento acelerado de los sistemas eléctricos de potencia ha despertado un interés notorio por el estudio y valoración de los costos debidos a discontinuidades en el suministro eléctrico, generando así una inefable inquietud por buscar un punto de equilibrio entre el costo de inversión para mejorar la confiabilidad de un sistema eléctrico de potencia, y los costos en relación con las interrupciones al servicio. La localización de fallas es en sí, uno de los pilares más importantes en esta problemática, que no es un tema nuevo en el área de la ingeniería eléctrica, pero sí, un nuevo campo en evolución que actualmente se ha venido identificando. Este proyecto hace referencia al desarrollo de un laboratorio experimental para el análisis de elementos de protección ante fallas eléctricas empleando un estudio de simulación dinámica mediante la plataforma OPAL-RT. Con el método descrito se analiza la detección de fallas en sistemas eléctricos de potencia, donde se evidencie la mayor vulnerabilidad ante considerables factores que afectan la continuidad del suministro eléctrico, debido a condiciones externas o internas de sus redes eléctricas, la metodología de análisis descrita examina diferentes equipos de protección y configuraciones en diseño. Se busca una adecuada respuesta para reducir el tiempo de reconexión teniendo en cuenta como prioridad la ubicación de la falla en un análisis transitorio.
Automatización de los procesos de medición del Laboratorio Metrológico Empresarial de RECOPE para cumplir con la norma INTE-ISO/IEC 17025:2005
(2016) Ruiz Ballestero, Andrés; Rojas Fernández, José David
Con este trabajo se busca diseñar un sistema automatizado que permita integrar las mediciones de los equipos del Laboratorio Metrológico Empresarial de RECOPE, de manera que se cumpla con la norma INTE-ISO/IEC 17025:2005. Se inició determinando la forma en la que trabaja cada uno de los equipos del laboratorio que se incluirían en el programa, así como las opciones disponibles para extraer los resultados de las mediciones de cada uno de ellos. Seguidamente, se determinaron los componentes de hardware y software utilizados para implementar la solución deseada. Luego se procedió a desarrollar el programa para la captura de los datos. Se programó y probó la implementación para cada uno de los equipos utilizados por separado y luego se combinaron todos para obtener el programa final. El cumplimiento con la norma INTE-ISO/IEC 17025:2005 se da gracias a que se documentaron adecuadamente todas las configuraciones y códigos que se utilizaron para desarrollar el programa. Es necesaria la adquisición de más transmisores inalámbricos, de manera que todos los equipos incluidos en el programa se puedan utilizar, se recomienda que sean de la misma marca y modelo que los que ya se tienen instalados; pero se pueden adquirir de cualquier otra marca ya que la configuración en Jgnition no depende de la marca del transmisor utilizado. Además, se recomienda en un futuro implementar algún indicador en la ventana de cada uno de los equipos que les permita a los usuarios determinar de forma sencilla si los transmisores asociados a los equipos se encuentran conectados o no a la red inalámbrica.
Cálculo de la capacidad de alojamiento de generación distribuida en circuitos de distribución
(2023) Zúñiga Alvarado, Bernardo; Valverde Mora, Gustavo A.
Caracterización de muestras de vinagre artesanal utilizando láser y metrología óptica
(2021) Brizuela Gutiérrez, Iván; Marín Naranjo, Luis Diego
Se realizó la caracterización de un total de 10 muestras de vinagre de producción artesanal, cuyo añejamiento va desde el año 2017 hasta 2020, 2 muestras por año y 2 muestras extra que no cuentan con un sabor agradable para análisis y comparación. Se desea caracterizar estas muestras para realizar una mejor comercialización del producto. Se realizaron prácticas de laboratorio en el LAFTLA y en la Escuela de IQ. Con sesiones de 2 horas semanales según los lineamientos dictados por la Universidad debido a la situación sanitaria actual. Se confecciono el reporte respectivo para cada actividad. Además, se llevó un archivo bitácora con la documentación del trabajo realizado. Se realizaron mediciones de transmitancia a través de cada muestra con láser rojo y otra práctica completa con láser verde. Estos resultados fueron comparados con los resultados experimentales obtenidos en una práctica que se realizó en la Escuela de IQ. En donde se obtuvo la acidez de cada muestra y se comparó con la potencia transmitida a través de las mismas. Se llegó a la conclusión que las pruebas de potencia están relacionadas con coloración y turbidez más que con acidez. Si la acidez provocara cambios en la potencia transmitida muy posiblemente ya existirían pHmetros optoelectrónicos para estas fechas. Se determinó experimentalmente que existe movimiento Browniano en las muestras durante estas pruebas de trasmitancia. Se realizaron pruebas de potencia de polarización con láser rojo y verde también. Las pruebas de potencia de polarización son un indicador del nivel de azúcar en las muestras, a grandes rasgos todas las muestras cuentan con niveles de azúcar semejantes. Se recomienda utilizar un mecanismo mecánico para realizar el movimiento angular del polarizador en las pruebas de potencia de polarización. Se omitieron las pruebas de colorimetría debido a la imposibilidad...
Comparación de algoritmos SLAM mediante nodos ROS
(2022) Bolaños Torres, Miguel Eduardo; Fallas Pizarro, José Ariel; Rincón Riveros, Laura Camila; Trejos Vargas, Kevin Francisco; Marín Paniagua, Leonardo José
El problema de Localización y Mapeo Simultáneo (SLAM, por sus siglas en inglés) cuestiona si es posible que un robot esté en movimiento, en una ubicación y ambiente desconocido y a su vez, sea capaz de construir el mapa del lugar y ubicarse en él. El SLAM plantea la solución a dicho problema, pues es sumamente importante para la robótica móvil. Con el tiempo se han generado diferentes soluciones de algoritmos SLAM pero cada uno presenta modificaciones y optimizaciones en diferentes aspectos. El presente proyecto busca contribuir a la comparación de las numerosas implementaciones de algoritmos SLAM, utilizando nodos en Robot Operating System (ROS, por sus siglas en inglés) en su versión de Melodic. Los algo- ritmos incluidos en el estudio son Cartographer, Gmapping, HECTOR-SLAM, KARTO-SLAM y RTAB-Map, los cuales se simularon a través del robot Turtle- Bot 3. Estos, se compararon con base en cuatro métricas: error de posición, consumo de CPU, consumo de memoria y la exactitud del mapa. Los resulta- dos arrojaron que RTAB-Map presenta el mejor rendimiento en términos de errores de posición y mapa; mientras que, HECTOR-SLAM brinda un mejor rendimiento en cuanto consumo de CPU y memoria. En tanto, KARTO-SLAM provee un balance entre las cuatro métricas.
Consideraciones sísmicas en el diseño eléctrico de edificios
(1999) Vargas Cordero, Efrén; Trejos Dent, Roberto
Debido al área sísmica en que se encuentra localizado nuestro país es necesario que toda edificación cuente con el diseño de sistemas estructurales, mecánicos y eléctricos resistentes a sismos. En Costa Rica existe un gran número de edificaciones que a pesar de mantener su integridad estructural han sido declarados inhabitables o no funcionales. Por otro lado hay instalaciones como edificios de alta ocupación y edificios vitales, que por el importante papel que éstos desempeñan, deben contar con sistemas de potencia diseñados tomando en cuenta consideraciones sísmicas. Bajo este esquema se destacan una serie de recomendaciones generales para una adecuada instalación eléctrica. Es preferible utilizar las acometidas eléctricas subterráneas porque son menos vulnerables que las aéreas. Para la ubicación de tableros (principales, secundarios o telefónicos), es preciso coordinar con el ingeniero estructural respecto a la pared a utilizar, así como las condiciones de ésta. Las canalizaciones eléctricas deben anclarse para transmitir la mayoría de la fuerza sismica al edificio e impedir su desprendimiento. Se debe proveer de una elongación a los conductores, así como de uniones flexibles a ambos lados del punto de cruce al atravesar un elemento estructural, esto con el fin de dar mayor libertad de movimiento al equipo. El caso práctico estudiado permite constatar la importancia de la normalización del sistema de potencia, así como la necesidad del trabajo interdisciplinario entre los ingenieros estructural, mecánico y eléctrico y el arquitecto, para asegurar la seguridad de las personas y el buen funcionamiento de los edificios vitales, después de un sismo. En los apéndices puede encontrar una síntesis de todas las recomendaciones dadas en este proyecto.
Control de un robot humanoide haciendo uso de una interfaz cerebro-computador con ondas P300
(2016) Agüero Rojas, Eliécer; Yu Lo, Lochi
En el presente trabajo, se desarrolló un sistema para controlar, con ondas eléctricas cerebrales, el movimiento y capacidades específicas del robot humanoide NAO. El sistema se basa en un interfaz cerebro-computador de tecnología electroencefalograma que permite correlacionar los potenciales evocados P3; para ser comandos de control del robot. Al robot se le indica en qué dirección moverse, permite contestar preguntas de sí o no y busca ser una aplicación que mejore la calidad de vida de personas con enfermedades neurodegenerativas como la Esclerosis Lateral Amiotrófica. Esto, ya que dichos pacientes tienen sus capacidades cognitivas y cerebrales en perfecto estado en la mayoría de los casos, mas pierden control de sus movimientos, incluyendo su capacidad de comunicarse. Dichas falencias afectan tanto física- como psicológicamente a los pacientes y un sistema que sea controlado con sus ondas eléctricas cerebrales les dota de capacidades semejantes a las que han perdido, por lo que, podría apoyarles de manera importante. Para ello, los objetivos del presente trabajo fueron completados exitosamente, integrando y comprobando la funcionalidad del sistema con sujetos experimentales; a quiénes se les aplicó un protocolo de laboratorio desarrollado en este trabajo para dicho propósito. El sistema consiste en el hardware del electroencefalograma, interpretado por el software específico para control del robot humanoide, al cual se le programan seis rutinas de movimientos distintos y la capacidad de responder preguntas binarias de afirmación o negación. En el desarrollo, se utilizó hardware y software de licenciamiento abierto y de bajo o ningún costo (ModularEEG y BCI2000, respectivamente; y Python para el robot), de forma que pueda ser replicado por diferentes investigadores. Las rutinas del robot se programaron para proporcionar la oportunidad al usuario de movilizar...
Desarrollo de algoritmo de control adaptativo basado en eventos
(2016) Sirias Mata, Nathalie
El presente trabajo tuvo como principal objetivo el diseñar un sistema de control adap- tativo basado en eventos. El control adaptativo debe su nombre a la presencia de algún mecanismo que permite al controlador adaptarse a las variaciones en los parámetros de la planta. Uno de los esquemas comúnmente utilizados es el regulador auto-sintonizable, que cuenta con un bloque de estimación de un modelo del proceso, y un bloque de di- seño del controlador. La estimación del modelo puede llevarse a cabo con un estimador de mínimos cuadrados recursivos, y después se utilizaría el modelo para ajustar los parámetros del controlador. Sin embargo, la calidad de la estimación de los parámetros puede disminuir cuando el sistema está en estado estacionario. Este fenómeno es conocido como saturación del estimador. No se cuenta con suficiente información nueva sobre la planta, el estimador se satura y empieza a generar estimaciones cada vez menos confiables. Por lo tanto, en este trabajo se propuso que la estimación de los parámetros del modelo se llevaría a cabo solo de ser necesaria, y para ello se utilizaría una señal PRBS, que sea capaz de estimular la planta y permita obtener estimaciones satisfactorias de los parámetros. Se propuso un estimador de mínimos cuadrados para sistemas de primer y segundo orden con tiempo muerto. El usuario debe indicar el tiempo muerto del modelo de la planta y a partir de allí se estima un modelo discreto, que se utiliza para estimar los parámetros del controlador de Dahlin correspondiente. Sin embargo, dicho controlador no opera en modo automático, sino que está basado en eventos. El controlador se activa...
Desarrollo de tres prácticas experimentales sobre medición de potencia de microondas para el Laboratorio de Electromagnetismo y Radiofrecuencia
(2017) Santana Rey, Adolfo; Marín Naranjo, Luis Diego
Desarrollo de un asistente robótico omnidireccional de bajo costo para manipulación avanzada en el sector de servicios
(2023) Araya Jiménez, Carlos Andrés; Ruiz Ugalde, Federico
Desarrollo de un método para definir las estrategias operativas para prevenir la inestabilidad de tensión en el Sistema Eléctrico de Costa Rica
(2009) Alvarado Rivera, Daniel; Solís Hernández, Edgardo; Sánchez Moraga, Rebeca; Vega Argüello, Mauricio; Montero Quirós, Juan Carlos
En este semanario de graduación se desarrolló una metodología para definir las estrategias operativas necesarias para prevenir la inestabilidad de tensión en el Sistema Eléctrico de Costa Rica. Partiendo de la investigación sobre el fenómeno de estabilidad de tensión en los sistemas eléctricos de potencia y apoyándose en las técnicas de análisis de estado estable que se utilizan a nivel mundial, se logró desarrollar una metodología, aplicable a cualquier sistema de potencia, que permite obtener las zonas de control de tensión de un sistema eléctrico y los generadores que controlan tensión en cada una de las mismas. Esta metodología se fundamenta en el uso de los coeficientes de sensibilidad lineal obtenidos a partir de la matriz jacobiana y en los análisis de las contingencias que afectan la operación del sistema eléctrico. Debido a que la metodología requiere que se hagan muchas simulaciones y se analicen muchos resultados, se desarrolló una herramienta computacional con el objetivo de facilitar los cálculos, ordenar y analizar los resultados y presentar un resumen de los mismos. Esta herramienta computacional fue primero validada contra tres programas de simulación comerciales (PSS/E, SISP y VSTAB) y se utilizó para analizar dos sistemas eléctricos de prueba y el Sistema Eléctrico de Costa Rica. El desarrollo de la metodología y de los programas de cómputo asociados, permitió evaluar el fenómeno de la inestabilidad de tensión para el Sistema Eléctrico de Costa Rica. Se definieron las zonas de control de tensión en que se divide este sistema eléctrico, se definieron los generadores que controlan la tensión en cada zona de control, se calculó el margen mínimo de potencia reactiva requerido en cada zona y se definió la máxima capacidad de transmisión de potencia entre las zonas Norte y Central. En síntesis, se cumplió con el objetivo de definir la estrategia operativa...

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