Ingeniería Mecánica (Lic.)

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Alivio de tensiones mediante vibraciones subarmónicas en uniones soldadas de acero al carbono
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-15) Valladares Valdivieso, Rolando Daniel; Rumiche Zapata, Francisco Aurelio
Debido a los fenómenos térmicos que se generan durante el proceso de soldadura, las partes soldadas de acero, al enfriarse, generan esfuerzos internos de tracción o compresión que afectan sus dimensiones, sus propiedades mecánicas, e incluso forman fisuras que ponen en riesgo la vida útil de una estructura metálica, sobre todo cuando ésta se encuentra sometida a cargas cíclicas. El método utilizado con mayor frecuencia para mitigar dichos esfuerzos residuales es el tratamiento térmico de alivio de tensiones, sin embargo existen otros métodos mecánicos que persiguen el mismo efecto, algunos de los cuales se basan en la inducción de vibraciones mecánicas. Esta investigación tiene por objeto medir la magnitud en la que se reducen los esfuerzos residuales post soldadura mediante el proceso de alivio de tensiones por vibraciones a frecuencias subarmónicas y contrastarla contra la reducción producida por efecto de la aplicación del tratamiento térmico de alivio de tensiones. El método utilizado en esta tesis para cuantificar la reducción en la magnitud de los esfuerzos residuales incluyó la medición de tensiones residuales mediante la técnica de difracción de rayos X (DRX). Las mediciones fueron realizadas en dos probetas idénticas sometidas al mismo proceso de soldadura en puntos cercanos a la unión soldada, y el resultado experimental reportó una reducción en la magnitud de los esfuerzos residuales longitudinales de tracción de hasta 85% en la probeta sometida al tratamiento térmico de alivio de tensiones; mientras que las mediciones fueron mixtas en el caso de la probeta sometida al proceso de alivio por vibraciones subarmónicas, pues en algunos puntos de ella no se reportaron reducciones significativas mientras que en otros se evidenció una reducción de esfuerzos residuales de hasta 45%.
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Análisis aerodinámico de la hélice de un aerogenerador tripala de eje horizontal de 3 KW mediante simulación numérica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-08-14) Cortez Aguilar, Miguel Martín; Valverde Guzmán, Quino Martín
El presente trabajo de tesis desarrolla un procedimiento para analizar aerodinámicamente la hélice de un aerogenerador tripala de eje horizontal de 3kW mediante simulación numérica. El alcance del análisis aerodinámico para este trabajo abarca el análisis cualitativo de los resultados obtenidos por simulación numérica de líneas de flujo y mapa de presiones, entre otras. Además, realizar un análisis cuantitativo y comparativo de los valores de torque mecánico por dos métodos diferentes. El primer método, se le llama método o cálculo analítico, trabaja un proceso de cálculo iterativo para aerogeneradores de eje horizontal. A través de este proceso se calcula el valor aproximado de dos parámetros importantes (los factores de inducción) con los cuales es posible obtener la distribución de fuerzas y torque. En parte de este método, se aplica el software libre QBLADE, especializado en perfiles aerodinámicos. El segundo método es un análisis por volúmenes finitos para flujo externo mediante simulación numérica. En este procedimiento se desarrolla un modelo de simulación eficaz y eficiente, en cuanto a resultados y tiempo de uso computacional. De este método se obtiene líneas de flujo, mapa de presiones, mapa de contorno de la velocidad del flujo y representación gráfica de los remolinos formados en el extremo final de las palas. También se obtienen valores numéricos del torque mecánico para cada condición de trabajo de la hélice. Para este método se usa el software ANSYS CFX. Una vez obtenido los resultados, son comparados y analizados, siendo posible obtener conclusiones y recomendaciones útiles como procedimiento de investigaciones y diseños futuros. Se concluye que se tiene un modelo de simulación óptimo para el análisis planteado para este trabajo, con resultados físicamente admisibles según el límite de energía máxima extraíble del viento. El modelo de simulación es capaz de representar gráficamente, de manera correcta, los efectos físicos en el flujo, prueba fehaciente de ello son la concordancia de estos con sus esperados teóricos. Además se rescata la confiabilidad de los resultados por simulación al no alejarse demasiado de los analíticos, al tener que para condición de trabajo nominal, el valor de torque mecánico por simulación numérica (162.32 Nm) y el resultados por método analítico (178.61 Nm) generan un error relativo de 10%, y un error relativo máximo de 11% de las diferentes condiciones de trabajo analizadas.
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Análisis aerodinámico de una hélice bipala 17x5 (17" de diámetro y 5" de paso de avance) de un vehículo aéreo no tripulado del tipo cuadricóptero para incrementar la eficiencia de vuelo vertical
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-01) Ramírez Sánchez, Julio Manuel; Saito Villanueva, Carlos
En el presente trabajo de tesis se realiza el análisis aerodinámico de una hélice 17x5 de un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) del tipo cuadricóptero para precisar el efecto de la modificación del ángulo de paso en las fuerzas aerodinámicas con el objetivo de incrementar la eficiencia de vuelo vertical. En primer lugar, el estudio aerodinámico se realiza a partir de cálculos analíticos bajo la formulación de la teoría del Impulsor del Elemento Pala o también llamada Blade Element Momenthum Theory (BEMT) por sus siglas en inglés. El cálculo analítico se realiza en el software JBLADE el cual emplea el código BEMT para la resolución de problemas aerodinámicos de hélices. Los resultados se verifican que tengan un correcto sentido físico con tendencias y valores numéricos acordes con el estudio y experimentación de hélices; estos resultados forman punto de partida para el posterior análisis. Luego, el análisis aerodinámico se realiza a partir de la simulación computacional mediante el uso del software ANSYS Fluent. El paquete de ANSYS Fluent proporciona un análisis basado en el uso de volúmenes finitos. En específico, se enfoca la resolución del problema mediante el método del Marco de Referencia Móvil (MRF - Moving Reference Frame); el método resuelve los campos de flujos que involucran superficies rotatorias bajo un enfoque estacionario. El método MRF proporciona una solución físicamente correcta, simple y con menor uso de recurso computacional. En seguida, los resultados de la simulación se verifican frente a los cálculos analíticos a manera de validar los resultados. La tendencia de la respuesta muestra una correcta similitud con respecto a los cálculos analíticos. Sin embargo, existe un error promedio de 17,0% entre los valores numéricos de ambos métodos; esto debido a las simplificaciones realizadas en la configuración del modelo y en el proceso general de simulación. Finalmente, en la presente tesis se concluye que se logra obtener un aumento de la fuerza de empuje a partir de un cambio en el ángulo de paso; cabe resaltar que este aumento representa un impulso del 17,8% del peso total del cuadricóptero, con solo incrementar el ángulo de paso de cero a dos grados, lo cual resulta en un beneficio aerodinámico.
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Análisis de cargas en un "bogie" remolcado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-15) Carrillo Li, Enrique Roberto; Paulsen Moscoso, Kurt
El presente trabajo presenta una introducción al comportamiento dinámico del material rodante ferroviario, el cual se centra, principalmente, en la dinámica del bogie. El documento inicia con una descripción genérica de los componentes fundamentales del mismo, los que se definen como aquellas partes que son esenciales para el funcionamiento del vehículo; seguidamente se presenta una clasificación de los bogies de acuerdo a sus características constructivas, condiciones de operación y normativa. A continuación se muestra la parametrización del trazado ferroviario en términos de sus características geométricas, así como una descripción de los componentes de la vía. La siguiente parte del documento se centra en la dinámica del conjunto rueda – eje el cual es el elemento responsable de la respuesta dinámica del vehículo por acción de las cargas originadas en el contacto; en una primera parte se soluciona el problema geométrico de contacto con el cual se determina la ubicación de los puntos de análisis; posteriormente se plantea el problema de contacto normal el cual da origen a la elipse de contacto producto de las deformaciones elásticas de los cuerpos en contacto; tal elipse, debido al deslizamiento entre el riel y la rueda da origen a las fuerzas longitudinales y transversales de contacto, el cual se denomina el problema tangencial, para el cual se hace uso de la teoría lineal de Kalker; una vez conocidas las fuerzas de contacto se plantea las ecuaciones cinemáticas del conjunto rueda – eje. Finalmente, en el último capítulo, se hace uso de las relaciones de cargas halladas en capítulos anteriores y a partir de parámetros másicos y de un trazado de simulación se plantea las ecuaciones de las cargas actuantes sobre el bogie; para finalmente presentar las gráficas de las cargas obtenidas del tránsito sobre el trazado de simulación. En el presente trabajo, no se hace el análisis del sistema de suspensión del vehículo; adicionalmente, solo se consideran las cargas originadas por la interacción del vehículo con el trazado dejando de lado cualquier posible carga de impacto que pudiese surgir en una condición real de rodadura.
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Análisis de falla correspondiente a un codo de 2” de 90° de grado sanitario de AISI SAE 304 L perteneciente a una línea de transporte de ácido carmínico
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Mejia Veramendi, Eduardo; Fosca Pastor, Carlos Abraham
La presente investigación describe la metodología aplicada y los resultados obtenidos en el desarrollo del análisis de falla de un codo de 90° de 2” de diámetro de grado sanitario de un de material AISI SAE 316L, la cual pertenecía a una línea de transporte de ácido carmínico al 2.5% en volumen, insumo usado para la fabricación de colorante rojo de origen natural, esta tuvo un tiempo de trabajo de aproximadamente 30 días, la que presentó una acelerada corrosión. Se ejecutaron diversos ensayos cuya finalidad fue determinar el mecanismo de falla y la causa más probable de la falla. Todos los ensayos realizados en la presente investigación han sido realizados en el laboratorio de Materiales de la Sección de Ingeniería Mecánica de la Pontificia Universidad Católica del Perú. En el primer capítulo los usos y aplicaciones del ácido carmínico, conceptos introductorios de los aceros inoxidables, así como los diferentes mecanismos de corrosión que afectan a estos, asimismo se presentan los conceptos previos acerca de la metodología de análisis de falla. En el segundo capítulo se presentan la metodología y también el procedimiento de los ensayos a realizar los cuales son inspección visual, análisis químico, análisis metalográfico, ensayo de polarización anódica y ensayos de reactivación electroquímica potenciocinética. El tercer capítulo presenta los resultados y el análisis de estos. Finalmente, se concluye de los ensayos realizados que la causa de falla del componente de estudio corresponde a un mecanismo de corrosión intergranular, originado principalmente por una incorrecta ejecución de soldadura, asimismo también se concluye que el material no es el adecuado para el servicio, dado que según los ensayos el material no es congruente con la información suministrada. Adicionalmente, se plantean recomendaciones como un mejor control de calidad tanto en el material como en los procesos de soldadura.
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Análisis de falla de cojinetes de biela de camiones de 2300 HP para minería
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-04-19) Zapata Velarde, Emilio Carlos; Rumiche Zapata, Francisco Aurelio
Los cojinetes de biela de los motores diesel de los camiones de acarreo de una mina de tajo abierto en el Perú deben presentar un buen estado hasta las 14000 horas de operación, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. Sin embargo, en la práctica se han producido constantes fallas y desgaste prematuro alrededor de las 5000 horas de trabajo. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo estudiar las características del material y los mecanismos de falla o desgaste de los cojinetes de biela seleccionados para la investigación. Estudiar el material contribuye al análisis de la causa-raíz de la falla de los cojinetes, ya que existen otros factores que también pueden ocasionar las fallas, como malas prácticas de mantenimiento, una inadecuada lubricación, severas condiciones de operación, un diseño incorrecto, entre otros. La metodología consistió en seleccionar las muestras representativas para llevar a cabo el estudio, recopilar información de literatura especializada, inspeccionar visualmente los cojinetes, realizar los ensayos de laboratorio correspondientes para determinar las propiedades de los cojinetes: ensayos de metalografía, ensayos de microscopia electrónica de barrido y ensayos de microdureza. El análisis se ha realizado a tres cojinetes: un cojinete en buen estado (Cojinete 1) y dos cojinetes con desgaste severo (Cojinete 2 y Cojinete 3). El cojinete en buen estado, Cojinete 1, se ha tomado como referencia para caracterizar el material. Por otro lado, los cojinetes con desgaste severo, Cojinete 2 y Cojinete 3, han sido utilizados para determinar y estudiar los mecanismos de desgaste y, asimismo, realizar los ensayos de laboratorio para comparar las características del material con las del Cojinete 1. Finalmente, se han planteado conclusiones y recomendaciones, desde el punto de vista del material, en base a los ensayos de laboratorio realizados y los mecanismos de degaste analizados.
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Análisis de falla de orejas fracturadas pertenecientes a stick de una excavadora hidráulica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-04-22) Pacheco Rivas, Mariano Alejandro; Hurtado Espejo, Raúl Carlos
La presente tesis se concentra en utilizar la metodología de un análisis de falla, para determinar la causa más probable que originó la rotura de las dos orejas pertenecientes al stick del brazo de una excavadora hidráulica, utilizada para cargar y depositar material en camiones de acarreo de una mina de oro. El análisis de falla de las orejas fue realizado en las instalaciones del Laboratorio de Materiales de la PUCP. El presente trabajo presenta en el primer capítulo la descripción de las partes principales y los fundamentos del funcionamiento de una excavadora hidráulica, así como también la definición de un análisis de falla y los ensayos comúnmente realizados para efectuarlos. El segundo capítulo presenta la metodología y el procedimiento de los ensayos efectuados durante la realización del presente análisis de falla, como son la inspección visual, análisis fractográfico, inspección por partículas magnéticas, inspección por radiografía industrial, análisis macrográfico, análisis químico, ensayo de tracción, análisis metalográfico, ensayo de dureza y ensayo de impacto. El tercer capítulo presenta información sobre el componente fallado, la cual fue suministrada por el solicitante del análisis de falla y también muestra los resultados de los ensayos realizados a las orejas fracturadas; utilizándose la evidencia recolectada para determinar la causa de la falla. Como conclusión, los resultados de los ensayos apuntan a que la causa de falla de las orejas se debe a un mecanismo de fatiga mecánica, iniciado en discontinuidades introducidas durante un procedimiento de reparación por soldadura efectuado al componente durante la realización de su mantenimiento. Adicionalmente, se plantean recomendaciones para evitar fallas similares en componentes semejantes sometidos a procesos de reparación por soldadura.
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Análisis de falla de un cable metálico de 7/16” de diámetro de arreglo 6 x 36 con alma de acero usado en el izaje de cargas.
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-28) Flores Zúñiga, Rodrigo Alejandro; Hurtado Espejo, Raúl Carlos
La presente tesis considera las principales actividades llevadas a cabo durante el análisis de falla de un cable metálico de 7/16” de diámetro de arreglo 6 x 36 con alma de acero, cuya fractura se dio durante el izaje de una carga de 1 tonelada como parte del proceso de triturado de mineral de una empresa minera, en un puente grúa de 10 toneladas de capacidad nominal. Las muestras del cable recogidas llegaron al Laboratorio de Materiales de la PUCP con señales de desgaste y exceso de grasa. Este estudio describe la falla y las circunstancias que la rodean, examina la naturaleza de la rotura, evalúa la composición química y propiedades mecánicas del cable para comprobar que sus características cumplan las que se indican en las normas. Además, centra su atención, en las principales actividades llevadas a cabo durante el análisis de falla del cable de acero: inspección visual, análisis fractográfico, análisis metalográfico, ensayos de tracción y de análisis químico. Finalmente, los resultados indican que la causa más probable de falla es sobrecarga. Esto debido a las fracturas de tipo dúctil, encontradas en las superficies de fractura de los alambres, de los cuales está compuesto el cable. Esta sobrecarga indica que la falla es por el izaje de una carga de mucho mayor peso que la que indica el usuario. Asimismo, se plantean conclusiones y recomendaciones.
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Análisis de falla metalúrgico casos de aplicación en la industria peruana
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-10) Rumiche Zapata, Francisco Aurelio; Lean Sifuentes, Paul Pedro
En el presente informe se presentan tres casos de aplicación del análisis de falla metalúrgico para determinar la causa raíz de falla de componentes siniestrados pertenecientes a tres sectores de la industria peruana. Este informe se presenta como medio de verificación de la experiencia profesional del autor, quien se desempeña como Analista de Fallas Senior en el Laboratorio de Materiales PUCP; habiendo desarrollado en los últimos diez años más de 70 proyectos de análisis de falla y caracterización de materiales con diversas industrias: minería, hidrocarburos, alimentos, pesquería, farmacéutica, manufactura, entre otras. El informe inicia con la presentación de conceptos y definiciones asociadas al análisis de falla metalúrgico. Luego de ello, se presenta la metodología de análisis empleada en el Laboratorio de Materiales PUCP, la misma que ha sido utilizada para el desarrollo de los casos de aplicación. Posteriormente se desarrolla extensivamente cada uno de los casos, presentando los antecedentes, los ensayos realizados, los resultados obtenidos, y las conclusiones. El objetivo final en cada caso es determinar la causa de falla y emitir recomendaciones, factibles de implementar, para evitar que la falla vuelva a ocurrir. Los casos a presentar corresponden a una zapata de oruga de una pala de movimiento de tierras, perteneciente a la industria de maquinaria pesada; una placa soporte de un reactor de sulfato de cobre perteneciente a la industria química; y una viga principal de una zaranda vibratoria correspondiente a la industria minera. Finalmente, se presentan las conclusiones del informe profesional, haciendo énfasis en la importancia y eficacia del análisis de falla metalúrgico como una herramienta de la ingeniería para asistir en el desarrollo de la industria nacional.
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Análisis de la falla en pernos de bombas KSB de 800 HP
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-22) Vega Guerovich, Rafael Rolando; Lazarte Gamero, Roberto
Minera Administradora Cerro SAC cuenta en su unidad con un sistema de bombeo de aguas de interior de mina el cual es indispensable para extraer el agua drenada en sus labores. La naturaleza del sistema hace que se sobre exijan los equipos ocasionando paradas de operación reiteradas que conllevan al riesgo de inundación de la mina, pudiendo esta terminar en cuantiosas pérdidas materiales, pérdidas humanas, y la paralización de operaciones en la mina, además de significar cuantiosos gastos en mantenimiento correctivo. El presente trabajo tiene como objetivo detectar la causa raiz en uno de los componentes que ocacionan las paradas de las bombas que operan, con el fin de reducir el riesgo que esto implica. El componente se elige entre todos por su mayor inferencia en la repetición de las paradas del equipo, siendo seleccionado el perno que va roscado en el extremo del eje de la bomba y que sujeta al impulsor de la misma. La metodología que se aplica consiste en la recolección de data histórica acerca de las ocurrencias de mantenimiento correctivo, a partir de lo cual se selecciona el componente y se recuperan 2 muestras falladas (nombradas como perno 2 y perno 3) a las cuales se les practica inspección visual, ensayos de dureza, metalografía y análisis químico, ademas del levantamiento de la historia previa a la falla de cada elemento. El resultado se compara con las características del perno descrito por fábrica, hallándose que el material no corresponde al descrito por fábrica. Finalmente se realiza la evaluación de resultados, con lo cual se concluye que ambos pernos fallan por fatiga y que la causa raiz es el material empleado en los pernos que difiere del especificado por fábrica.
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Análisis de la fluctuación de las cargas sobre el conjunto eje-impulsor de un agitador de eje vertical mediante simulación numérica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-03-23) Lozano Salas, Agustín Armando; Valverde Guzmán, Quino Martín; Franco Rodríguez, Rosendo
El presente trabajo de investigación está enfocado en realizar el estudio de las cargas fluctuantes generadas por el movimiento rotacional del conjunto eje-impulsor en un agitador vertical, a partir de los datos obtenidos del estudio fluido-dinámico en régimen transitorio del sistema utilizando simulación numérica. Este estudio se basa en la problemática del movimiento oscilatorio presente en el eje durante la operación del equipo. Para lograr este objetivo, se utilizó la metodología MRF (movil reference frame) utilizada en investigaciones precedentes de sistemas agitados. En primer lugar, los resultados obtenidos a partir del análisis numérico, utilizando el software ANSYS, fueron validados con las pruebas realizadas en el laboratorio. Estas pruebas fueron realizadas con un modelo a escala que cumple con todas las especificaciones técnicas de un análisis dimensional. Las variaciones presentes en el análisis son inferiores al 12% lo que comprueba el correcto trabajo realizado en el sistema numérico. Una vez realizada la validación y el estudio de las cargas dinámicas, se pueden obtener conclusiones que permiten cuantificar efectos pocas veces tomados en cuenta como el comportamiento de las cargas generadas en cada uno de los álabes, este efecto es bastante estable a lo largo del tiempo debido a que cada uno de los álabes aplica esfuerzos cortantes al fluido generando campos turbulentos a lo largo de su recorrido. Por lo tanto, la frecuencia de aplicación de las cargas coincide con la frecuencia del movimiento rotacional del eje. Una vez cuantificado este efecto, se determina que el álabe tiene un factor de seguridad cercano a la unidad cuando se lo verifica utilizando la teoría debido a la fatiga, lo cual exige un mayor análisis y cuidado durante su diseño. Además, se comprueba que el impulsor tiene una frecuencia cuyo valor es exactamente el triple de la frecuencia a la que gira el eje y el comportamiento de sus cargas está relacionado con su número de álabes. A su vez, mediante la verificación del cálculo de la falla debido a la fatiga se demuestra que el sistema está sobredimensionado excesivamente cuando se analiza el eje.
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Análisis de la relación entre la Potencia Específica Vehicular y las emisiones en un vehículo liviano que opera con dos composiciones de gasolina - etanol
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-03) Rondón Villanueva, Andrea Estefanía; Cuisano Egúsquiza, Julio César
En la actualidad la ciudad de Lima Metropolitana cuenta con cinco estaciones de monitoreo de la calidad de aire; sin embargo, los valores que se obtienen en determinados momentos se encuentran por encima de los valores que se consideran saludables. La principal causa de esto es el tránsito vehicular; ya que, el 60% de la contaminación en esta ciudad proviene del parque automotor. Además, al consultar la literatura y las regulaciones existentes en el país, se ha notado que no existe un control práctico sobre las emisiones de los vehículos importados. De momento, la normativa indica que para importar un vehículo nuevo se debe presentar una Declaración Aduanera de Mercancías; la cual, debe incluir el número de homologación del vehículo a importar. Dicho número certifica las características base del vehículo que ingresa al país, incluyendo las emisiones de contaminantes. Sin embargo, al realizar una medición en ruta de las emisiones en un vehículo liviano, se encontró que los valores son superiores a los límites establecidos por la legislación actual, la cual está basada en las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud. Asimismo, cabe mencionar que la documentación del vehículo se encontraba vigente y este había pasado el control anual. Entonces se identificó que, uno de los puntos que explicaría las discrepancias entre la Declaración Jurada y las mediciones experimentales es que, los valores de la declaración son tomados a partir de ensayos realizados en ciclos de conducción que no reflejan la realidad del tránsito vehicular de la cuidad de Lima. Por otro lado, uno de los parámetros utilizados en la caracterización de la relación entre el transito vehicular y las emisiones es la Potencia Específica Vehicular (VSP). Este parámetro fue propuesto por Jiménez-Palacios en 1999 y, de acuerdo al autor, permite realizar la comparación entre las emisiones de distintos vehículos y ciclos de conducción. Además, engloba otros factores asociados al comportamiento del vehículo. En este trabajo, dicho parámetro fue utilizado para realizar la comparación entre los ensayos realizados para dos composiciones gasolina-etanol. Esto con dos objetivos; en primer lugar, evaluar el comportamiento del VSP para el ensayo realizado en la cuidad de Lima Metropolitana y; en segundo lugar, para evaluar la diferencia en el uso de dichas mezclas gasolina-etanol. iv Finalmente, a partir de los cálculos realizados se llegó a la conclusión de que el VSP es un parámetro que puede ser utilizado para caracterizar el transito en la ciudad de Lima; dado que, los resultados obtenidos son consecuentes con la experiencia del manejo en esta ciudad; y, el comportamiento del VSP es consistente con lo encontrado en la literatura. En cuanto a la evaluación de las composiciones gasolina-etanol, se notó que la concentración de CO2, CO, HC, NOx, no presenta una variación importante entre ambos combustibles. Por otro lado, el uso de los flujos másicos permite establecer una relación entre ambas variables. Sin embargo, se requiere que la investigación continúe para otras concentraciones gasolina-etanol para determinar si el aumento en la concentración de etanol tiene un mayor impacto en el flujo de emisiones.
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Análisis de los componentes estructurales de un aerogenerador de 3 kW mediante simulación numérica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-02) Lavayen Farfán, Daniel; Yépez Castillo, Herbert; Franco Rodríguez, Rosendo
En el mundo actual es cada vez más evidente la tendencia de cambiar las fuentes de energías tradicionales por otras que sean más limpias, eficientes, y que además estén al alcance del sector rural. Una de estas alternativas energéticas es la energía eólica, para la cual se utilizan máquinas conocidas como aerogeneradores; los cuales convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Dado que la velocidad del viento aumenta con la altura, se prefiere que los aerogeneradores se ubiquen a cierta distancia suelo, para lo cual cuentan con estructuras que las posicionan a la altura ideal. Dichas estructuras son típicamente torres esbeltas y deben soportar el peso de los equipos, el empuje del viento a lo largo de la estructura, cargas sísmicas, entre otras; por tal motivo el diseño de estos componentes estructurales debe tener en cuenta todos los factores de diseño para asegurar el correcto funcionamiento del aerogenerador. La presente tesis tiene como objetivo conocer el comportamiento estático y dinámico de un aerogenerador prototipo de 3kW, como una iniciativa de apoyo al sector rural, utilizando simulación numérica por el método de elementos finitos (MEF). Para lograr el objetivo planteado se realizó un estudio previo analítico de los componentes estructurales para poder obtener valores de esfuerzos, desplazamientos y reacciones referenciales, así como un estudio vibratorio de la torre para obtener valores de frecuencias naturales referenciales. Al comparar los valores obtenidos se encontró que los errores porcentuales entre los distintos métodos estuvieron alrededor de 10% Posteriormente se realizaron diversos ensayos en modelos cada vez más complejos hasta llegar a modelos que se asemejaron en gran medida a la estructura del aerogenerador y que también cumplieron los criterios y resultados analíticos. Luego de tener un modelo totalmente validado se procedió a cargar el modelo con distintas combinaciones de carga para evaluar el comportamiento de la estructura bajo diversas condiciones. Después de evaluar los diversos resultados obtenidos se determinó que el mayor problema de la torre se encuentra en la unión entre la torre y cables tensores (factor de seguridad de 1.14); las cuales en caso de fallar comprometerían toda la estructura de la torre. Por lo tanto se propusieron modificaciones para evitar un colapso inmediato en caso alguna de las uniones falle.
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Análisis de microestructura en hierro fundido nodular y evaluación de superficie de fractura en probetas de impacto Charpy mediante el uso del software Image-Pro Plus
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-05-09) Canzio Ildefonso, Carlos Anzani
El presente trabajo es la integración de un conjunto de elementos en un Sistema de Captura, Procesamiento y Análisis Digital de Imágenes, que nos permita la solución de problemas relacionados a la caracterización microestructural y/o macroestructural de materiales, obteniéndose con esto una mejora cualitativa y cuantitativa en los resultados de la solución de dichos problemas, desarrollados en la actualidad, generalmente mediante métodos visuales basados en la comparación con información gráfica proporcionada por normas internacionales especializadas.
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Análisis de una estructura de costos de un servicio de mantenimiento y reparación de maquinaria pesada bajo lineamiento de un FULL MARC para minería superficial
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-05-21) Auris Casma, Juan Alonso; Apaza Nina, José Enrique
Los equipos autónomos para minería han demostrado incrementar la productividad y rentabilidad significativamente de la operación minera. Por ello, las compañías mineras buscan invertir óptimamente sus recursos en mantener la confiabilidad de estos equipos. Una de las estrategias empleadas por estas organizaciones es tercerizar el servicio de mantenimiento a las empresas que fabrican dichos equipos, pues estas son las más aptas y especializadas para dicho propósito. Por lo general, se opta por tercerizar este servicio bajo lineamiento de un contrato MARC. El presente documento tiene como objetivo analizar, mediante el estudio de una estructura de costos de un contrato FULL MARC para una flota de perforadoras de producción y precorte DTH autónomas, los costos del contrato de incluirse o no el servicio de mantenimiento del sistema autónomo de los equipos. La información del caso se obtuvo mediante participación en la elaboración de dicho contrato. Por motivos de confidencialidad, los costos involucrados se presentarán en porcentajes respecto al costo total que corresponden a sus categorías. La secuencia del trabajo desarrollado fue determinar y explicar los fundamentos de gestión de mantenimiento y los elementos básicos de un FULL MARC, para que se pueda comprender y llevar a cabo el desarrollo del caso de estudio. Además, se realizó un resumen ejecutivo externo de los costos involucrados de esta propuesta para poder presentar un panorama general de la estructura de costos propios del contrato. Finalmente, se procede a analizar cada ítem de la estructura de costos y separar aquellos relacionados con el sistema autónomo de los equipos. De esta manera, con los resultados obtenidos se presenta el recurso adicional a invertir para poder contar con el servicio de mantenimiento y reparación de dicha tecnología.
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Análisis de vías de agua de brocas de perforación diamantina mediante simulación numérica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-10-28) Garay Gómez, Haekel Zósimo; Valverde Guzmán, Quino Martín
El presente documento detalla la variación de las condiciones de trabajo que se obtiene al modificar la geometría de las vías de agua de las brocas de perforación diamantinas, las cuales son utilizadas como herramientas de corte durante los procesos de perforación. En la primera etapa de la investigación, el análisis de la problemática se realiza mediante simulaciones numéricas, siendo el alcance la comparación de las características fluido-dinámicas del flujo de enfriamiento tanto de las brocas con vías de agua estándar (radiales), como de las brocas con las vías de agua modificada (con un ángulo de inclinación). Posteriormente, con el objetivo de probar el desempeño de las brocas y el desgaste que se presenta en cada geometría, se realizaron ensayos experimentales (ensayos de perforación) en las instalaciones de la empresa Boyles Bros Diamantina. En esta etapa, es importante mencionar que la empresa dispuso de una máquina de perforación y de un área de sus instalaciones para el desarrollo de las pruebas experimentales. Finalmente, según los resultados obtenidos, se logra verificar que la modificación de la geometría de vías de agua influye en el desempeño de la broca de perforación de manera positiva. En el caso de la simulación numérica se observa un desarrollo del fluido más eficiente, con vectores de velocidad de mayor magnitud y con zonas de intensidad de turbulencia más uniformes, lo cual se traduce en una mejor capacidad de enfriamiento de la broca de perforación. En cuanto a los resultados de los ensayos experimentales, se observó una reducción aproximada del desgaste de la corona de 54 % durante los primeros 25 metros de perforación, así como un menor desgaste del casquillo de acero producto de una mejor evacuación de detritos (conglomerado de partículas rocosas y partículas de la matriz de la broca). Estos resultados demuestran que el diseño propuesto de vías de agua inclinadas es una alternativa viable con grandes beneficios, pues proporciona una mayor eficiencia en la capacidad de enfriamiento, y reduce tanto el calentamiento de la broca como la ductilidad de la matriz metálica, lo que en consecuencia permite disminuir las posibilidades de desgaste prematuro de la matriz y del casquillo de acero, lográndose mayores metrajes de perforación.
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Análisis del esfuerzo de contacto en engranajes cilíndricos de ejes paralelos de perfil evolvente mediante el método de los elementos finitos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-12-06) Infanzón García, Hernán Luis
Los engranajes han sido desde hace mucho tiempo uno de los elementos de máquinas más usados para la transmisión de potencia mecánica en la industria. Esto ha impulsado su estudio para optimizar su funcionamiento y poder calcular la capacidad de carga de estos elementos de máquinas y así evitar su falla o desgaste prematuro. Una de las principales fallas que se presentan es estos elementos es la picadura progresiva o pitting en el flanco de los dientes que tiene como causa fundamental el excesivo esfuerzo de contacto entre los dientes producido durante el engrane. En la presente tesis se desarrolla el estudio del esfuerzo de contacto en los flancos de los dientes de engranajes cilíndricos de ejes paralelos (rectos y helicoidales) y perfil de evolvente determinados a partir de dos metodologías distintas: 1) Mediante el método de los elementos finitos, donde se definió la geometría real del diente con ecuaciones paramétricas para así poder modelar los engranajes en un software CAD y luego realizar la simulación del engrane en un software CAE. 2) Mediante cálculos analíticos según las normas técnicas ISO 6336, DIN 3990 y AGMA2105-C95, donde se determinó el esfuerzo de contacto actuante a partir de las expresiones que proponen cada una de estas normas pero solo tomando en cuenta los factores que hacen referencia a la geometría del diente y a las características de la transmisión y no a las que tienen que ver con otros parámetros que afectan el esfuerzo de contacto como las características de montaje de los engranajes y otros. Se realizaron cálculos del esfuerzo de contacto sobre una muestra de pares de engranajes con distintos parámetros geométricos y de carga para poder comparar los resultados de las dos metodologías de cálculo, y se encontró que los esfuerzos determinados a partir de las normas técnicas son de 2 a 5 veces mayores que los hallados por el método de los elementos finitos. Lo que refleja a un sobredimensionamiento de los engranajes contra la falla por picadura en el flanco del diente en los procedimientos de las normas técnicas.
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Análisis económico de procedimientos de soldadura para tanque de almacenamiento GLP fabricado de acero SA612 GR. 90
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-30) Ríos Cerdán, Diego André; Sakihama Uehara, José Luis Hideki
En el siguiente trabajo se analiza económicamente diferentes procesos de soldadura a fin de determinar la mejor opción para la fabricación en serie de tanques de acero SA612 Gr. 90 para el almacenamiento de 5200 galones de GLP. Además se determina el material de aporte apropiado que sea disponible con proveedores locales. La fabricación es realizada según el con el código ASME Sección VIII División I “Reglas para la construcción de Recipientes a Presión” y para la calificación del procedimiento de soldadura y soldador se utiliza el código ASME Sección IX “Procedimientos para calificaciones de soldadura, soldadura fuerte y fusión”. Los parámetros a usar para conseguir una soldadura sana y reproducible en serie se consiguieron por recomendaciones según el espesor y el diseño de junta, éstos se deben validar con un registro de ensayos a las probetas para verificar las propiedades mecánicas requeridas antes de la producción en serie. Por último, se muestran dos procedimientos de soldadura preliminares para la fabricación del tanque de almacenamiento. El primero procedimiento se usa para la unión virola-virola y virolafondo; el segundo se usará para la última unión virola-fondo.
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Análisis económico y procedimiento de soldadura para tanque de almacenamiento de 1000 galones de petróleo fabricado de acero inoxidable AISI 304 según API 650
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-15) Rios Roque, Renzo Rai; Lean Sifuentes, Paul Pedro
En el presente documento se realiza un análisis económico para seleccionar el proceso de soldadura en la fabricación de un tanque de 1000 galones de acero inoxidable AISI 304 según API650 para almacenamiento de petróleo. El análisis económico se realiza para dos alternativas: en la alternativa 1 se emplea el proceso FCAW para espesores mayores a 9 mm, y el proceso GTAW para espesores menores; en la alternativa 2, se emplea una combinación de procesos GTAW-SMAW, donde se emplea GTAW como pase de raíz y SMAW como pase de relleno. En base al resultado del análisis económico se selecciona la alternativa 1; debido a que presenta mayor rendimiento y menor costo de producción. Luego, se desarrolla los procedimientos de soldadura preliminares según el código ASME IX para la alternativa seleccionada, para ello se elaboran diseños de juntas según el código de fabricación API650. Además, se selecciona el material de aporte y se establecen los parámetros de soldadura en base a bibliografía y recomendaciones de fabricantes de materiales de aporte. Asimismo, en el presente trabajo, se desarrolla los lineamientos para la calificación de los procedimientos de soldadura preliminares; se describe la cantidad y medidas de los cupones, los tipos de ensayos y los parámetros de aprobación que las pruebas deben cumplir para calificar los procedimientos propuestos. Por último, se da los lineamientos para realizar la calificación de soldadores, se describe las variables esenciales, tipos de cupón y ensayos que se requiere para realizar la calificación de soldadores.
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Análisis energético de un tornillo de Arquímedes para canales de regadío con una caída de 2m y caudal de 2m3/s
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-01-23) Santa Cruz Herrera, José Eduardo; Hadzich Marín, Miguel Ángel
El Tornillo de Arquímedes o Tornillo sin fin, tiene un gran número de aplicaciones como transportador y dosificador, elementos de transmisión usándolo junto a una corona, bomba de Tornillo y para generación de energía eléctrica. El uso para la generación de energía eléctrica es reciente; Se tiene como proyectos más representativos los implementados en la reforma al Dique del Río Tess y el proyecto Morden Hall Park, ambos implementados en Inglaterra en el año 2012. La aplicación del Tornillo de Arquímedes para la generación de energía eléctrica se presenta como una alternativa importante para aprovechar los recursos hídricos a pequeña escala, en centrales pico y mini hidroeléctricas, y en recursos hídricos como pequeños ríos o canales de regadío con saltos de agua menores. La presente tesis consistió en el análisis energético de un Tornillo de Arquímedes para la generación de energía eléctrica capaz de implementarse en un canal de regadío con un caudal de agua de 2 m3/s y un salto de 2 m, a modo de caso de estudio. Para realizar el análisis energético se recopilo información acerca del rango de operaciones de las tecnologías existentes para centrales hidroeléctricas, se establecieron consideraciones previas, se realizaron cálculos de diseño de los elementos del sistema y se seleccionó los equipos necesarios para la fabricación e implementación de un Tornillo de Arquímedes en las condiciones mencionadas. Al finalizar el desarrollo de esta tesis, se obtuvo información que demuestra técnicamente la viabilidad del uso de un Tornillo de Arquímedes para aprovechar fuentes hídricas de baja escala. Bajo las condiciones del caso de estudio se ha obtenido una potencia de 26 kW y eficiencia total del sistema de 76%. Adicionalmente, se deben tener consideraciones técnicas para el correcto funcionamiento tales como: la necesidad de usar una caja multiplicadora de velocidad por la baja velocidad de funcionamiento del Tornillo de Arquímedes y el uso de un árbol de transmisión hueco por las dificultades que representaría utilizar un árbol macizo, para esta aplicación.