Tesis de Física Aplicada

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https://repositorio.unjbg.edu.pe/handle/20.500.12510/3155

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Evaluación comparativa del rendimiento global de módulos fotovoltaicos de tecnologías PERC, HIT, CIGS con la de silicio monocristalino bajo las condiciones climáticas de la ciudad de Tacna
(Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, 2023) Coaquira Miranda, Edgar Emmanuel; Polo Bravo, Carlos Armando
En este estudio se determina el rendimiento global de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red con tecnologías fotovoltaicas actuales en el mercado del tipo Al-BSF (campo de superficie posterior de aluminio), PERC (célula trasera del emisor pasivado), HIT (heterouniones con capa fina intrínseca) y CIGS (seleniuro de cobre, indio y galio) ubicados en la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann de la ciudad de Tacna, resaltando que la región de Tacna cuenta con un alto potencial energético solar. La investigación se ha realizado desde octubre de 2021 a marzo de 2022, en cuatro sistemas fotovoltaicos interconectados a la red, bajo el registro de datos automatizado por medio de plataforma en LabView, monitoreando los parámetros eléctricos como Potencia, corriente y tensión en AC y DC, también parámetros ambientales como temperatura del módulo, temperatura ambiente e irradiancia solar luego procesada y analizada en lenguaje Phyton. Obteniendo la tecnología Al-BSF un mayor rendimiento global de 85,60 % seguida de la HIT con 85,40 %, CIGS 83,60 % y PERC con 75,10 %, con estos resultados pudimos determinar que las tecnologías HIT y Al-BSF tienen un mejor rendimiento para las condiciones climáticas de la cuidad de Tacna. También se observaron pérdidas por temperatura para cada tecnología, siendo del 6,98% para Al-BSF, 2,18% para PERC, 1,86% para HIT y 2,01% para CIGS, con Al-BSF mostrando la mayor pérdida. La evaluación también reveló que, a pesar de estas pérdidas por temperatura, la tecnología de silicio monocristalino (Al-BSF) logró el mejor rendimiento global con un 85,60%, seguida de cerca por HIT con un 85,10%. Es importante destacar que la eficiencia de HIT se destacó en días con baja irradiación solar, lo que la hace más eficaz en condiciones climáticas similares a la cuidad de Tacna.
Evaluación de la eficiencia de una terma solar con tubos de vacío bajo condiciones climáticas del Centro Poblado Maure – Kallapuma (42260 msnm), Tarata, Tacna
(Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, 2021) Chuquimia López, John Alfredo; Polo Bravo, Carlos Armando
En el presente trabajo se evalúa la eficiencia de una terma solar con tubos de vacío mediante el estudio de sus características térmicas en dos estados diferentes, sin consumo y con consumo bajo condiciones climáticas extremas que caracterizan el centro poblado Maure – Kallapuma ubicado en la zona altoandina a 4260 msnm. El estudio se realizó a base de una de las tres termas solares instaladas e inoperativas en el Centro Educativo Horacio Zeballos Gamez de Kallapuma. Fue necesario realizar una serie de mejoras a la terma solar debido a su deficiente instalación original. Se instalaron ocho sensores de temperatura en diferentes puntos de la terma solar con el objetivo de recopilar la mayor información posible sobre el comportamiento térmico durante el proceso de calentamiento de agua para uso doméstico. Los datos se recopilaron durante los meses menos fríos de Kallapuma que corresponden desde diciembre del 2020 hasta marzo del 2021. El estudio ha tenido periodos de evaluación in situ y periodos en las cuales se dejó registrando los sensores de manera automática y bajo la supervisión del personal que labora en el centro educativo. Los resultados obtenidos nos muestran que la eficiencia máxima de la terma solar en un estado sin consumo es de 0,61 y para un estado con consumo es iguala a 0,56 lo que nos permite concluir que las termas solares con tubos de vacío son muy eficientes en Kallapuma para producir agua caliente de uso doméstico.
Implementación de un brazo robótico móvil de tres eslabones, aplicando la tecnología del sistema electrónico de hardware libre
(Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, 2023) Leyva Espezúa, Gustavo; Paredes Choque, Edith Carmen
Para elaborar el presente informe de tesis, se emplearon los fundamentos de la mecánica para el desarrollo del funcionamiento de la estructura antropomórfica (tipo de configuración), además de los fundamentos de los circuitos electrónicos y de programación. Esto permitió mecanizar los desplazamientos del esqueleto del robot obteniendo de esa forma una funcionalidad fiable. La implementación del prototipo robot experimental es controlada a través del algoritmo de la cinemática directa e inversa desarrollado en el sistema electrónico (Arduino Mega 2560), con la configuración de la geometría cartesiana del brazo robot antropomórfico como modelo matemático para el control de la posición y orientación. El prototipo tiene un funcionamiento en el alcance del brazo hasta de 18 cm dentro del límite máximo de su área trabajo y con un consumo de 2 A de corriente por cada servomecanismo. El consumo lo realiza de acuerdo a la actividad programada. Al prototipo se le construyo una base móvil para facilitar su desplazamiento global en el entorno de trabajo. Además, se ensambló una estructura de control de potencia, un microcontrolador y el circuito comunicador inalámbrica NRF24L01 para la evaluación del funcionamiento.
Influencia de la temperatura de calcinación en el gap de energía prohibida de las nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) dopado con diferentes concentraciones de hierro (Fe)
(Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, 2023) Lanchipa Ramos, Wilson Orlando; Polo Bravo, Carlos Armando
El presente trabajo tiene como objetivo determinar el efecto de la temperatura de calcinación en ancho de energía prohibida (Band Gap) del dióxido de titanio puro y dopado con hierro al 1, 2 y 3 %, sintetizado por el método sol-gel, calcinado a temperaturas de 400, 600, 800 y 900 °C por un tiempo de 2 horas. La caracterización estructural se realizó por el método de difracción de rayos-X, obteniendo dióxido de titanio cristalino en todas las muestras, principalmente en dos fases: en las calcinadas a 400 y 600°C, se obtuvo principalmente la fase anatasa; mientras que, entre las muestras tratadas a 800 y 900 °C, se obtuvo la fase rutilo. Con espectroscopia Raman, se obtuvieron los modos vibracionales, los cuales confirmaron la presencia de las fases anatasa y rutilo, además de distorsiones en la red. Con la microscopia electrónica de barrido, se determinó la composición elemental y la forma de las nanopartículas. Finalmente, se utilizó la espectroscopia de reflectancia difusa para obtener los espectros de reflexión. Con ello, se pudo determinar un ancho de energía prohibida más bajo de 2,23 eV, con un espectro de absorción corrido del ultravioleta hacia el infrarojo por efecto del hierro. Los resultados son importantes para aplicaciones en descontaminación, purificación de agua y otras aplicaciones.
Influencia del dopaje en las propiedades estructurales, ópticas y morfológicas de las nanopartículas de titanato de bario dopado con cromo (BaTi(1-x)-CrxO3)
(Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, 2023) Huillca Huillca, Julio César; Polo Bravo, Carlos Armando
En las últimas décadas la investigación de los nanomateriales para mejorar la eficiencia de nuevas celdas solares y aprovechar la energía ilimitada proveniente del Sol ha tenido un impulso significativo. Uno de ellos es el Titanato de Bario que, por su estructura cristalina que la hacen poseedoras de propiedades ferroeléctricas y ópticas peculiares, la convierten en un material candidato para la mejora de eficiencia de las celdas solares. En este trabajo se sintetizó Titanato de Bario (TB) dopado con Cromo vía Sol-precipitación a una temperatura de calcinación de 700 °C y presión ambiente. Los polvos fueron caracterizados por Difracción de Rayos X (DRX), Análisis térmico simultáneo (TGA-DSC), espectroscopía por UV-Visible, Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR), análisis superficial por el método BET (Brunauer-Emmett-Teller) y por Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM). La fase cúbica fue confirmada por DRX para el TB sin dopaje, mientras que presenta una distorsión hacia la fase tetragonal en las muestras dopadas con Cromo, la espectroscopia infrarroja también confirma la presencia de enlaces característicos de la estructura del TB. La banda prohibida calculada fue de 3,22 eV para la muestra con una ligera disminución para las muestras con dopajes. El área superficial fue de 2,54 m2/g para la muestra sin dopaje y una máxima de 4,51 m2/g con 0,5% de dopaje con Cromo. La disminución en la reflectancia aumenta el porcentaje de absorción del espectro electromagnético en el rango medido que para una futura aplicación en celdas solares podría indicar un mayor porcentaje de eficiencia en la conversión hacia energía eléctrica.
Síntesis y determinación de propiedades estructurales y ópticas de ferrita de bismuto (BiFeO3)
(Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, 2023) Cordova Mamani, Nilton Reymundo; Mamani Flores, Efracio
El presente trabajo de investigación tiene como objetivo sintetizar por el método Sol-gel y determinar sus propiedades microestructurales y ópticas de la ferrita de bismuto (BiFeO3). En el proceso se utilizarón 4 precursores principales los cuales fueron Nitrato de Bismuto, Nitrato de Fierro, Ácido nítrico, Ácido Cítrico y para remover las impuras se usó Ácido Acético, el cual se sometió a una temperatura de 700°C y luego se caracterizó a través de la técnica de difracción de Rayos X, se determinaron los parámetros de red según el refinamiento Rietveld utlizando el programa Maud, así mismo se obtuvo el material semiconductor con estructura de tipo perovskita romboédrica y grupo espacial R3c, adicionalmente con el método de Williamson - Hall se determinó el tamaño del cristalito equivalente a 143.52nm. Por otro lado la técnica de espectroscopia de reflectancia difusa, el cual se observó que en la fase hexagonal la ferrita de bismuto (BiFeO3) presenta absorción en la región de la luz visible a temperatura ambiente hasta los 500 nm, aplicando la función de remisión de Kubelka-Munk se obtuvo una banda prohibida de Eg = 2,1 eV, cual indica que el material obtenido es un buen semiconductor, con posibles aplicaciones a fotocatalización y equipos optoelectrónicos e inclusive en la farmacia como son los bloqueadores solares. El valor la Band Gap presenta una mejora respecto a lo reportado por otros autores el BiFeO3 polvos.

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