Ingeniería Mecánica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado Determinación de parámetros de manufactura en el proceso de modelado por deposición fundida a partir de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y acrilonitrilo butadieno estireno reforzado con fibras de carbono (ABS/CF)(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-12-05) Torres Cerron, Jose Alejandro; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoEl presente proyecto pretende determinar los efectos de los principales parámetros de impresión sobre las propiedades mecánicas de los productos obtenidos mediante la técnica de modelado por deposición fundida a partir de ABS y ABS/CF. El objetivo del presente trabajo es determinar los parámetros de fabricación óptimos del proceso de modelado por deposición fundida usando acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y acrilonitrilo butadieno estireno reforzado con fibras de carbono (ABS/CF), así como determinar la influencia de cada parámetro sobre las propiedades mecánicas, con el fin de fabricar productos terminados. En la investigación se determinaron los parámetros de fabricación más importantes que influyen en el proceso FDM: altura de capa, patrón de impresión, temperatura de impresión y velocidad de movimiento del cabezal de impresión. Luego se usó la metodología de Taguchi (arreglo L9) para analizar la influencia de los parámetros de impresión sobre la resistencia a la tracción y el módulo elástico, para determinar la combinación que maximice dichas propiedades. Esta metodología permitió reducir considerablemente el número ensayos de tracción (según ISO 527) necesarios debido a que concentró su análisis sobre los efectos principales. Luego se realizó una comprobación experimental y teórica de las combinaciones óptimas halladas. Finalmente se evaluó el efecto del porcentaje de relleno sobre las propiedades de los productos impresos de ABS y ABS/CF. La combinación óptima para maximizar la resistencia a la tracción en probetas de ABS (35.5 MPa con un módulo de 2105 MPa) fue: altura de capa de 0.2 mm, patrón de líneas, temperatura de impresión de 260°C y velocidad de impresión de 40 mm/s. Mientras para el ABS/CF se usó 0.1mm de capa, patrón de líneas 280°C y 30mm/s, resultando una resistencia de 35.2 MPa y un módulo de 3460 MPa.Ítem Texto completo enlazado Determinación de parámetros de fabricación mediante el proceso de modelado por deposición fundida con poliamida y poliamida reforzada con fibras de carbono según la metodología de Taguchi(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-16) Cam Chiang, Luis Felipe; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoLa aplicación en la ingeniera del modelado por deposición fundida (FDM: Fused Deposition Modeling o FFF: Fused Filament Fabrication) está limitada a un uso a nivel de prototipos, en tanto que los productos fabricados presentan anisotropía y no cumplen con las solicitaciones mecánicas esperadas. Actualmente, debido al constante desarrollo de nuevos materiales compatibles con esta tecnología, se está considerando utilizar éstos en la fabricación de productos terminados, cuyas propiedades dependerán directamente de los parámetros de fabricación del proceso de FDM. En esta perspectiva, este trabajo pretende contribuir con el proyecto: “Optimización del uso de polímeros sintéticos en procesos de manufactura aditiva mediante modelos de simulación computacional y técnicas de caracterización de materiales. Caso de estudio: aplicaciones médicas prótesis de mano” que inició en el 2017. Específicamente, el objetivo del presente trabajo es determinar los parámetros de fabricación del proceso de modelado por deposición fundida con poliamida (PA) y poliamida reforzada con fibras de carbono (PA/CF), para establecer el grado de influencia de cada parámetro sobre las propiedades mecánicas, con el fin de aplicarlos en la fabricación de productos terminados. La investigación se desarrolló en tres etapas: 1) Se determinaron los parámetros de fabricación más importantes que influyen en el proceso FDM. 2) Con la ayuda de un arreglo “L9” de la metodología de Taguchi, la cual permite estudiar la influencia e interacción de las variables con la menor cantidad de ensayos posibles, se estudió el efecto de los parámetros de impresión sobre las propiedades mecánicas de los materiales en probetas de tracción fabricadas según la norma ISO 527 y, al mismo tiempo, se determinaron los parámetros óptimos de fabricación que maximizan dichas propiedades. 3) Se ensayaron probetas fabricadas con los parámetros óptimos, con el propósito de verificar si sus propiedades son realmente máximas y finalmente, con los mismos parámetros óptimos, se estudió el efecto del porcentaje de relleno sobre las propiedades mecánicas. Como resultado, se determinó que las probetas de PA adquieren su mayor resistencia al imprimirlas con los siguientes parámetros: patrón de líneas; 0,1 mm de altura de capa; 30 mm/s de velocidad y 280°C de temperatura de impresión; alcanzando una resistencia de 38,3 MPa y un módulo de 1633 MPa. Para el caso de la PA/CF se mantiene los mismos valores de los parámetros de impresión de la PA excepto que debe usarse una velocidad de deposición de 40 mm/s para lograr valores óptimos de 82,8 MPa de resistencia y 4229 MPa de módulo elástico.Ítem Texto completo enlazado Diseño del sistema mecánico de rotación biaxial de un equipo de moldeo rotacional para laboratorio(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-14) Paredes Yañez, José Luis; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoEn la actualidad, los diversos procesos industriales generan grandes cantidades de residuos sólidos que, en su mayoría, no son reciclados y ocasionan daños irremediables al medio ambiente. En respuesta a esta problemática, la Pontificia Universidad Católica del Perú, financiada por el Fondo para la Innovación, Ciencia y Tecnología (FINCyT), desarrolla un proyecto de investigación que estudia el sinterizado de plásticos reciclados y madera recuperada para obtener materiales compuestos útiles para la industria. Como parte de este estudio, en el presente trabajo se diseña el sistema mecánico de rotación biaxial de un equipo de moldeo rotacional para laboratorio que, en conjunto con los sistemas de calentamiento y enfriamiento, elabora productos huecos de este material compuesto con forma cilíndrica o prismática rectangular. Este sistema mecánico sujeta los moldes, proporciona los giros necesarios para el moldeo durante el calentamiento y enfriamiento del material, y los transporta hacia las otras estaciones para cumplir con todas las etapas del proceso. El diseño óptimo fue el resultado de la aplicación de la metodología según la norma VDI 2221 y se siguieron las etapas especificadas para el diseño hasta obtener una solución óptima: Comprensión de la solicitud, concepción de la solución, evaluación de posibles alternativas, y desarrollo del proyecto óptimo definitivo. Se realizaron los cálculos necesarios para determinar y estimar las fuerzas dinámicas y estáticas que se ejercen en la operación. De esta manera, se verificó la resistencia de los materiales a los esfuerzos que se generan y se dimensionaron los componentes del sistema mecánico de rotación biaxial para cumplir su función. Como resultado, se obtuvo un brazo mecánico cuyos elementos expuestos al calor soporten una temperatura superficial de 300°C. El giro principal lo proporciona un motorreductor de 0,55 kW y el secundario, otro motorreductor de 0,37 kW. Ambas velocidades de rotación son reguladas por un variador de frecuencia de control vectorial. Además, el sistema trabaja con una carga máxima de 70kg y la traslada hacia la estación de calentamiento o enfriamiento según se requiera sobre rieles antivolteo.Ítem Texto completo enlazado Estudio de materiales compuestos obtenidos a partir de lodos celulósicos de la industria papelera, cemento y arcilla(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-08-12) López Mayo, Jesús; Acosta Sullcahuamán, Julio Arnaldo; Rumiche Zapata, Francisco AurelioLa eliminación de los desechos de la industria papelera es un problema de creciente importancia en el mundo debido a que aumenta con la demanda de papel y productos similares. Entre estos desechos se tienen a los lodos celulósicos, cuyo transporte hacia los rellenos sanitarios genera un gasto considerable a las empresas papeleras y un impacto negativo en el medio ambiente por la emisión de gases de efecto invernadero durante su descomposición. No obstante en los últimos quince años se han llevado a cabo investigaciones sobre los posibles usos de los lodos de papel, llegando hoy en día a tener aplicaciones en la agricultura, en la industria cerámica y fuentes energéticas, entre otros. El objetivo del presente trabajo es el estudio de las propiedades de mezclas de lodos de papel, cemento y arcilla del tipo bentonita sódica, en la perspectiva de obtener un material compuesto de propiedades adecuadas para la fabricación de materiales de construcción de bajo costo en el Perú. La metodología para el este estudio incluye la elaboración de muestras con distintas composiciones de mezcla de lodos de papel, pasta de cemento y pasta de bentonita sódica, de acuerdo al diseño experimental. Dichos constituyentes se mezclan para posteriormente comprimirlos en un molde a una presión determinada y eliminar el exceso de agua, así como conseguir una mejor compactación y acabado de la muestra. Las muestras resultantes fueron sometidas a ensayos de flexión, compresión, densidad y absorción de agua, para conocer las propiedades respectivas del material compuesto y establecer la posibilidad de su uso en la fabricación de paneles, calaminas y ladrillos teniendo como referencia las normas ASTM (American Society for Testing Materials). Como resultado, se determinó que el material compuesto con la mejor combinación de propiedades mecánicas para la fabricación de paneles y calaminas fue el obtenido a partir de 45% de cemento, 40% de lodos de papel y 15% de bentonita sódica, superando los valores de resistencia a la flexión, momento de rotura y manipulabilidad requeridos por la norma ASTM C1225. Así mismo el material compuesto de 50% de cemento, 30% de lodos de papel y un 20% de bentonita sódica supera la resistencia a la compresión mínima establecida por la NTP.399.611 y NTP 399.613, normas técnicas peruanas de pavimentos y ladrillos respectivamente.Ítem Texto completo enlazado Estudio de materiales compuestos de cuero recuperado aglomerados con resina polimérica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-20) Arias Fernández, Alejandro José; Acosta Sullcahuamán, Julio Arnaldo; Rumiche Zapata, Francisco AurelioActualmente la producción de calzados de cuero es una actividad económica que crece principalmente al ritmo de la población de las grandes ciudades. En distintas etapas de la producción del calzado se realiza el corte del cuero y como producto de este proceso se obtienen grandes cantidades de mermas no utilizadas en la confección del calzado; éstas representan un 4% del total del cuero utilizado, los cuales normalmente son desechados incrementando el volumen de los residuos sólidos y, con ello, los problemas medioambientales. Entre las soluciones a este problema se plantea el recuperado de los residuos de cuero con el propósito de agregar valor a la cadena de producción del calzado; así, por ejemplo, producir a partir de estos residuos un material capaz de ser utilizado como suela falsa de botas de seguridad industriales. El objetivo de este trabajo es el estudio de las propiedades de los materiales compuestos de cuero recuperado aglomerados con resina polimérica. Con este propósito, se ha desarrollado este trabajo según las siguientes etapas: en primer lugar, se estudian los fundamentos teóricos relacionados con los materiales compuestos y procesos existentes que involucren residuos de cuero; seguidamente, se estableció la metodología experimental a seguir para la fabricación del material compuesto de cuero y resina polimérica, verificando mediante ensayos el proceso más adecuado para la obtención de las diferentes mezclas a evaluar y, finalmente, se fabricaron las muestras según el diseño experimental que considera la variación de la composición de las mezclas y del tamaño de partículas de cuero y se realizaron los distintos ensayos para determinar el material compuesto que posea las mejores propiedades mecánicas y otras físicas. Finalmente, se ha determinado un proceso de fabricación para la obtención de materiales compuestos de cuero recuperado aglomerados con resina poliéster; identificando las variables involucradas en las etapas de este proceso: Preparación del cuero y la resina, mezcla de los constituyentes, curado y prensado a temperatura ambiente y curado en horno. Asimismo, se determinaron las propiedades mecánicas de los materiales compuestos resultantes y además la densidad y absorción de agua de los mismos.