Ingeniería Mecánica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado Modelado y simulación de los parámetros respiratorios en pacientes con la COVID-19 bajo ventilación mecánica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-28) Llanos Juárez, Luis Antonio; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEn este trabajo de tesis se proponen dos modelos matemáticos que representan al sistema respiratorio ventilado mecánicamente. Uno en forma de un circuito eléctrico y otro en forma de un sistema de movimiento libre amortiguado (elástico-resistivo), ambos con una complejidad más simple en comparación a los presentados por otros autores en años pasados. Con nuestros conocimientos de ingeniería, se desarrolló una ecuación diferencial lineal de primer orden para cada uno de estos modelos y, utilizando el software MATLAB, obtuvimos resultados gráficos para analizar los parámetros respiratorios involucrados en la ventilación mecánica para pacientes con dificultades respiratorias inducidas por la COVID-19, contrastándolos con estudios realizados en los últimos 15 años. Asimismo, se realizó un contraste entre el desarrollo y resultado de las simulaciones del modelado en MATLAB de Al-Naggar (2015) con el modelado elaborado en la presente tesis. Desarrollando el modelo matemático basado en un circuito eléctrico en serie, se emplearon conceptos de la Ley de Kirchhoff y de la Ley de Ohm, debido a sus componentes eléctricos representan a las variables respiratorias más importantes para la ventilación mecánica. De igual manera, en el desarrollo del modelo matemático basado en un sistema de movimiento libre amortiguado, cuyos componentes principales son un plato móvil conectado a un resorte dentro de un contenedor en donde circula el aire, considerado como gas ideal para aplicación de la Teoría de Boltzmann y ecuaciones de cinemática. Se investigaron las metodologías de protección pulmonar para pacientes con la COVID-19 con el fin de establecer criterios para los parámetros respiratorios involucrados en el sistema respiratorio con ventilación mecánica para pacientes con insuficiencia respiratoria. Se introdujeron valores permitidos según la literatura médica a los parámetros predefinidos inicialmente, como la presión que suministra el ventilador (Pv(t)), la “PEEP”, la resistencia al paso del flujo respiratorio (R) y la “compliance” (C). Finalmente, se obtuvieron resultados gráficos de las tres simulaciones realizadas. Estos describen el comportamiento de la presión del flujo de gas que circula por el sistema respiratorio ventilado del paciente (P(t)), el comportamiento de la presión pleural al momento de la ventilación mecánica (Pmusc(t)), el comportamiento del volumen del gas que ocupan ambos pulmones (Vi(t)) y el comportamiento del flujo de aire respiratorio (V̇ (t) ). El rango de valores obtenidos al simular el comportamiento de estas variables está dentro de los criterios establecidos en concordancia con la literatura médica y se contrastaron con los resultados gráficos obtenidos por modelos más complejos investigados previamente. Además, se compararon los resultados gráficos de la simulación del modelado elaborado por Al-Naggar (2015) y de la simulación realizada del modelado sintetizado en la presente tesis, observándose un alto grado de aproximación de los valores de ingreso y de salida, los cuales se mantienen dentro de los parámetros válidos de la literatura médica, y una gran similitud en la forma de las curvas graficadas mediante MATLAB.Ítem Texto completo enlazado Estimación de los factores de emisión de gases contaminantes emitidos por cinco vehículos livianos a gasolina que transitan en Lima Metropolitana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-09) Chávez Quispe, Piero Alexandro; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEn el presente trabajo de tesis se realizó el análisis de los datos de las concentraciones de los gases de escape obtenidos mediante la experimentación en cinco vehículos livianos de gasolina diferentes modelos y año de fabricación. Se realizó las gráficas para analizar los consumos de combustible, aire para la combustión e índices de emisiones de gases de escape: CO2, CO, HC, NOx. Los vehículos bajo estudio fueron instrumentados. Un sistema de adquisición de datos permitió el registro en tiempo real de todas las variables de manera instantánea del consumo de aire, combustible y las concentraciones de los gases contaminantes. La velocidad del vehículo y las condiciones ambientales fueron obtenidas mediante el sistema GPS y un sensor de temperatura y humedad. Asimismo, se utilizó el dispositivo OBDLINK MX+ para conectarse a la unidad de control electrónico (ECU), a través del puerto OBD con el fin de obtener los datos medidos y calculados para el vehículo de estudio por la computadora del vehículo en estudio. Se elaboró un procedimiento para efectuar una campaña experimental, en diferentes vías de Lima Metropolitana. Se realizó, en promedio, 4 recorridos diferentes y aleatorios por vehículo al día en varias semanas. En total se registraron aproximadamente más de 10 variables durante más de 50000s en los cinco vehículos. Los factores de emisión contaminantes (g/km), para cada vehículo, fueron calculados y representados en gráficos y tablas. Se realizó el comparativo del factor de emisión de CO2 en g/km entre el estudio experimental y el resultado del OBDLINK MX+. Además, se realizó la comparativa del factor de emisión de CO2, en g/km, entre el modelo COPERT y el análisis experimental. Los resultados obtenidos de las pruebas realizadas presentan las concentraciones en porcentaje de los gases de combustión, los cuales fueron calculados como factores de emisión en g/km. Gracias a esto podemos observar cómo operan los vehículos en la actualidad, debido a que una mala quema de combustible o un mal funcionamiento del motor pueden producir mayor cantidad de hidrocarburos no quemado. Este documento presenta los comparativos y resultados de cinco vehículos en vías de Lima Metropolitana.Ítem Texto completo enlazado Análisis exergético de los efectos de la restricción parcial del aire de admisión e incremento de la temperatura de la mezcla aire - gas natural en un motor diésel funcionando en modo diésel/gas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-02-21) Cieza Casamayor, Carlos Enrique; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEstudios energéticos revelan que el rendimiento de los motores de combustión interna (MCIA) disminuye con el incremento de altitud de operación; asimismo, es relevante destacar que el Perú importa grandes volúmenes de combustibles líquidos, cuyo precio se establece en mercados internaciones. Por lo expuesto, resulta importante buscar métodos que mejoren el desempeño de los MCIA en condiciones de elevación, así como promover el estudio de combustibles alternativos a los derivados del petróleo que brinden mayor seguridad energética al país. Con la finalidad de encontrar los procesos de mayor desaprovechamiento energético de los MCIA, se plantea el presente trabajo de tesis. La investigación tiene como objetivo realizar el análisis exergético de un motor Diesel en operación diesel - gas natural (D/GN), simulando condiciones de altitud en laboratorio mediante la restricción parcial del aire de admisión al motor (D/GN+RA), sumado al efecto de incremento de temperatura de mezcla aire - gas natural (D/GN+RA+T), sometido a dos velocidades de giro (1500 rpm y 2000 rpm) y tres niveles de carga (40 Nm, 80 Nm y 120 Nm). Los resultados del estudio comprenden el cálculo de las exergías de ingreso al sistema, calor transferido, gases de escape, irreversibilidades, eficiencia exergética y rendimiento exergético. Además, se determina y cuantifica la causa de las irreversibilidades, las cuales se han dividido en tres: pérdidas por fricción, deficiencias en el proceso de combustión y exergía no contabilizada. El estudio concluye que el modo de operación diesel presenta mejor eficiencia exergética que los modos diesel – gas natural; de la misma manera, es el modo que presenta menores pérdidas por irreversibilidades. Por otro lado, se determina que el modo de operación D/GN+RA+T muestra los mejores resultados exergéticos de los modos bicombustible.Ítem Texto completo enlazado Metodología experimental para identificar oportunidades de mejora de la eficiencia energética en el proceso de molienda del mineral de cobre utilizando un molino de bolas de 0,5 HP(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-07-13) Leyton Arce, Juan José; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl presente trabajo de tesis propone una metodología experimental para mejorar la eficiencia energética en el proceso de molienda en batch de mineral de cobre en un molino de 0,5 HP. Para esta propuesta se realizaron ensayos en el molino de bolas del laboratorio de mineralurgia ubicado en la sección de Ingeniería de Minas de la Pontificia Universidad Católica del Perú, en el cual se tuvieron que realizar mejoras con el objetivo de cumplir con el alcance del presente trabajo de tesis. En primer lugar, se obtuvo de las fuentes bibliográficas que algunos de los factores que influyen en el proceso de molienda son: la velocidad de giro del molino y el porcentaje de solidos en la pulpa mineral. De acuerdo con esto, se optó por variar estos dos factores operacionales para poder cuantificar la influencia de los mismos en dos respuestas: (i) porcentaje pasante de la malla 200 y (ii) energía eléctrica consumida a lo largo de todo el ensayo. Cada factor fue evaluado en 3 niveles de acuerdo con la recomendación de la bibliografía. Por un lado, para la velocidad de giro se analizaron los tres niveles de velocidad de giro (56, 70 y 84 RPM). Por otro lado, los niveles del porcentaje de solidos en la pulpa fueron 56%, 66% y 76%. En segundo lugar, para el análisis de los resultados se llevó al cambo una división de los análisis, gráfico y estadístico mediante el DOE factorial. Esta división fue considerada la más apropiada por la naturaleza de las variables monitoreadas. Finalmente, se verificó que los rangos de operación recomendados por las fuentes bibliográficas y las utilizadas en los ensayos se corresponden. Permitiendo de esta manera recomendar un punto óptimo de funcionamiento para este molino de 0,5 HP cuando el molino gira a una velocidad de 56 RPM y con una concentración de solidos en la pulpa del 66%.Ítem Texto completo enlazado Diseño de sistema de freno regenerativo para bicicleta impulsada por motor eléctrico de 500 W(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-21) Vilcahuamán Hinostroza, Luis André; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl presente trabajo de tesis tuvo como objetivo el diseñar un sistema de freno regenerativo para bicicleta, el cual permite recuperar energía de la acción de frenado por medio de un motor eléctrico. En primer lugar, se revisaron artículos relacionados con el desarrollo de frenos regenerativos en bicicletas, así como ciclos de conducción de bicicletas en zonas urbanas. Luego, se establecieron las ecuaciones y modelos matemáticos del conjunto bicicleta y motor eléctrico, los cuales permitieron definir y analizar su comportamiento dinámico. Se usó la metodología de diseño basada en las normas DIN VDI 2221 y 2225 para desarrollar un proyecto óptimo del sistema de freno regenerativo. Se determinaron los parámetros característicos del sistema propuesto y, utilizando las ecuaciones definidas para su comportamiento dinámico, se evaluó su comportamiento en distintas condiciones de frenado mediante simulación numérica en Simulink de MATLAB. Los resultados indican que es posible recuperar hasta 1.32 kJ frenando desde 25 km/h hasta 8 km/h en 11.25 segundos, con un torque de freno constante de 10.8 Nm y considerando una superficie sin pendiente. Finalmente, se desarrolló un proyecto definitivo con la selección de los componentes principales del sistema: motor eléctrico, batería, elementos de electrónica de potencia, y módulo de control. Se desarrolló la programación del módulo de control, los planos de detalle, y una estimación de costos del proyecto, resultando en un total aproximado de USD 5,476.