Ingeniería Mecánica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado Diseño del sistema de enfriamiento de un equipo de moldeo rotacional para laboratorio(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-06) Armijo Coronado, Miluska; Acosta Sullcahuaman, Julio Arnaldo; Tupia Anticona, Walter MarianoLa contaminación ambiental a causa del inadecuado manejo de los residuos ha alcanzado niveles alarmantes en la actualidad. Entre las principales acciones que se han venido realizando para mejorar esta situación, se encuentra el reciclaje; pero aún es necesario encontrar más aplicaciones en las que se puedan aprovechar los materiales reciclados. Frente a este escenario, el grupo de investigación Ingeniería de Polímeros y Materiales Compuestos de la Pontificia Universidad Católica del Perú decidió realizar el proyecto “Estudio y desarrollo de procesos de sinterizado en materiales compuestos de plástico reciclado y madera recuperada para la fabricación de piezas de formas diversas, económicamente viable para la industria”. Para el desarrollo del proyecto, se requería obtener muestras del material compuesto mencionado a través de un proceso de moldeo rotacional bajo condiciones variables; como la velocidad de giro, tiempo de calentamiento y enfriamiento. Por lo cual, surgió la necesidad de fabricar un equipo de moldeo rotacional de laboratorio conformado por un sistema mecánico, para la rotación de los moldes; un sistema de calentamiento y un sistema de enfriamiento. El objetivo del presente trabajo fue realizar el diseño térmico y mecánico del sistema de enfriamiento del equipo de moldeo rotacional de laboratorio requerido para la elaboración de muestras huecas, de espesor no mayor a 5 mm, obtenidas mediante el sinterizado de diferentes plásticos reciclados, tales como: HDPE, LDPE, PP o PVC y partículas de madera recuperada. Para el diseño del sistema de enfriamiento, se aplicó la metodología recomendada en la norma VDI 2221: “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productos”. Esta metodología se basa en 4 fases: Comprensión de la solicitud, con la lista de exigencias como principal resultado; Concepción de la solución, donde se obtiene la estructura de funciones y conceptos de solución; Elaboración del proyecto, cuyos principales resultados son los cálculos preliminares y planos de ensamble; e Ingeniería del detalle, fase en la cual se desarrollan los planos de despiece y la memoria de cálculo final. El equipo diseñado tiene la capacidad de enfriar 6 moldes, de sección circular o rectangular, hasta que estos alcancen una temperatura menor o igual a 40°C en un tiempo comprendido entre los 10 y 60 minutos. Se determinó que, para cumplir con el rango de tiempo requerido, la mejor solución sería contar con un subsistema de enfriamiento con aire, empleando ventiladores axiales tubulares; y otro subsistema con agua aplicada por aspersión utilizando toberas con boquillas de tipo cono lleno.Ítem Texto completo enlazado Estudio de propiedades físicas de películas semirrígidas transparentes de policloruro de vinilo (PVC) fabricadas por extrusión a partir de PVC virgen y PVC recuperado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-12) Hanco Conto, Edgar Gustavo; Acosta Sullcahuaman, Julio Arnaldo; Tupia Anticona, Walter MarianoEn las sociedades modernas, los plásticos son usados cada vez en un mayor número de aplicaciones, por lo que las industrias procesan más cantidad de materia prima y, como consecuencia, se generan más mermas y residuos. Esta situación llega a ser problemática cuando esas mermas y residuos se desechan sin antes recuperarlas o reciclarlas. Como respuesta al problema planteado, la PUCP desarrolló un proyecto de investigación, que propuso recuperar las mermas de películas semirrígidas transparentes de policloruro de vinilo (PVC) del proceso productivo de una empresa con la finalidad de obtener un material que fue usado como materia prima junto con la granza (pellets) de PVC virgen para la fabricación de nuevas películas. El objetivo de la presente tesis es estudiar propiedades físicas de las películas de PVC semirrígidas transparentes fabricadas por extrusión de PVC virgen y PVC recuperado para luego compararlas con las propiedades de las películas de PVC fabricadas solo con material virgen con el fin de validar su uso en la fabricación de artículos de uso escolar como forros de cuadernos, micas y cubiertas de fólderes. En primera instancia se procedió a caracterizar, según las normas ASTM, muestras de películas semirrígidas transparentes que son fabricadas con PVC virgen. Luego, se realizaron ensayos para determinar, primero, el mejor tipo de merma; luego, la mejor composición de aditivos y posteriormente, la mejor composición de merma a usar en el proceso de recuperación. Finalmente se procedió a caracterizar, considerando los resultados obtenidos previamente, las muestras fabricadas a partir de PVC virgen y PVC recuperado, este último obtenido en un sistema de recuperación diseñado especialmente para tal fin. Mediante los análisis efectuados se identificó que las películas obtenidas con mayor proporción de PVC recuperado disminuyen ligeramente su transparencia y propiedades mecánicas, además su estabilidad térmica, representada por su temperatura de degradación, tampoco varía mucho, por lo que se demuestra que es posible incorporar hasta 20% de material recuperado en el proceso de producción de películas de PVC que serán usadas en la fabricación de artículos escolares.Ítem Texto completo enlazado Estudio de las propiedades mecánicas de materiales compuestos sinterizados fabricados mediante moldeo rotacional a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-15) Mendez Zamora, Diego Alexander; Acosta Sullcahuaman, Julio Arnaldo; Tupia Anticona, Walter MarianoLa gran acumulación de desperdicios sólidos es un problema de carácter mundial y nacional. El número de botaderos y rellenos sanitarios es cada vez mayor y el volumen de los mismos aumenta considerablemente debido a la falta de proyectos para reciclar, reutilizar y recuperar estos residuos. Gran parte de estos son residuos plásticos que no han sido reutilizados y residuos de maderas provenientes de las mermas de diferentes procesos industriales. En respuesta a esta problemática, en la Pontificia Universidad Católica del Perú se viene desarrollando un proyecto de investigación que propone la reutilización de estos desperdicios en la fabricación de materiales compuestos de plástico y madera empleando procesos de sinterizado mediante moldeo con y sin presión. En esta perspectiva, se propone utilizar el moldeo por compresión y el moldeo rotacional como métodos de fabricación para la producción de piezas de geometría compleja. El objetivo de la presente tesis es estudiar las propiedades mecánicas de materiales compuestos sinterizados sin presión, fabricados mediante moldeo rotacional a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada. La metodología experimental de la presente tesis consistió en lo siguiente: En primer lugar, se determinaron las propiedades de los constituyentes del material compuesto. En segundo lugar, se fabricaron muestras cilíndricas del material compuesto, a partir de diferentes proporciones de contenido en volumen de polietileno de alta densidad y madera capirona. En tercer lugar, se fabricaron las probetas que se utilizaron para los ensayos de tracción, flexión e impacto. Finalmente, se realizaron los ensayos de tracción, flexión e impacto, así como ensayos de caracterización del material compuesto tales como ensayo de densidad y absorción de agua. Todos estos procedimientos se realizaron según las normas ASTM correspondientes. Las mejores propiedades obtenidas se presentaron para 10% en volumen de partículas de madera capirona y 25 minutos de tiempo de permanencia en el horno: 19 MPa de resistencia a la tracción; 1147 MPa de módulo elástico en tracción; 21 MPa de resistencia a la flexión; 742 MPa de módulo elástico en flexión; 0,53 J/cm2 de resistencia al impacto; 0,4% de absorción de agua y 0,95 g/cm3 de densidad, en promedio.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un equipo de volumen constante para caracterizar procesos físicos de la inyección de combustibles líquidos en un medio inerte(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-17) Bautista Salas, Julio César; Cuisano Egúsquiza, Julio César; Tupia Anticona, Walter MarianoLa presente tesis tuvo como objetivo diseñar un equipo de volumen constante para caracterizar los parámetros físicos en la inyección de combustibles líquidos en medios inertes (sin combustión). Para lograr este objetivo, primero se realizó una revisión de un consolidado de artículos relacionados con el trabajo de tesis desarrollado. Además, se relacionaron los conceptos de termo-fluidos y resistencia de los materiales para construcción del equipo de volumen constante. Mediante la norma VDI 2221 se evaluaron distintos diseños preliminares con el objetivo de encontrar el diseño óptimo de este equipo. Luego, se definieron los parámetros para el diseño del equipo: presión interna de 10 MPa y volumen interno de 4L. Con estos parámetros se procedió a dimensionar el equipo de volumen constante usando el código ASME para recipientes a presión. Debido a que el código ASME no está enfocado directamente al diseño de este tipo de equipos, se validó dicho diseño mediante un análisis por el método de elementos finitos, con el cual se verificó que el equipo cumplía con las exigencias mecánicas. Luego, se procedió a realizar los planos de ingeniería y de detalle del equipo. Finalmente, se realizó un metrado de los materiales y posterior proceso de fabricación con la finalidad de realizar un análisis de costos de fabricación del equipo, en el cual se obtuvo un valor de S/. 59 437.70 nuevos soles.Ítem Texto completo enlazado Diseño mecánico de una lavadora de botellones plásticos de 20 litros con una producción aproximada de 250 botellones por hora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-15) Roncal Vivanco, Marco André; Tupia Anticona, Walter MarianoEn el presente trabajo se brinda una alternativa más apropiada a la necesidad del mercado peruano de una lavadora de botellones de capacidad media. Esto se realizó mediante el diseño mecánico de una lavadora que cumple con una frecuencia de lavado aproximada de 250 botellones por hora, lo cual se determinó en función a la duración de cada una de las etapas del lavado y del tiempo de transición entre ellas. Adicionalmente, se diseñó teniendo en mente obtener una máquina más económica que otras opciones del mercado, para lo cual todos los componentes para su construcción se seleccionaron con la condición de que se encuentren disponibles en el mercado local, evitando así gastos de importación. Este tipo de máquinas es sin duda bastante requerido por las industrias peruanas como lo demuestra el estudio realizado por el ICON Group Ltd. (1) el cual señala a Perú como el principal importador de máquinas lavadoras en Sud América, lo cual demuestra la alta demanda que existe en el mercado local. Para lograr los objetivos planteados por la tesis se siguió el método de diselio VDI 2222, en donde se determinaron los requerimientos y alcances de la máquina y se llegó a un concepto de solución único que se utilizó para el desarrollo del mismo. Se tomó en consideración que la máquina será parte de una línea de producción cuya siguiente fase sería el proceso de llenado de los botellones. Para esto, el diseño contempló la implementación de un transportador de rodillos que recibirá los botellones limpios y podrá conectar ambas máquinas. Se consideró además la reutilización del agua de lavado para la limpieza de la planta y su recirculación y reutilización en la misma máquina, no solo por economía, pero pensando también en la conservación del medio ambiente.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un molde para la fabricación de superficices de carpetas ergonómicas utilizando termoplásticos reciclados y madera recuperada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-11-04) Burga Pereyra, César Augusto Jesús; Acosta Sullcahuaman, Julio Arnaldo; Tupia Anticona, Walter MarianoEn la actualidad, debido al constante crecimiento que está experimentando la economía nacional y en consecuencia el aumento de la producción industrial, se generan elevados volúmenes de residuos sólidos que son desechados sin ser reciclados, recuperados o reutilizados. Existen altos porcentajes de residuos de plástico y de madera, los cuales se producen en las casas, industrias, comercios y áreas públicas. Por lo general, la eliminación de estos residuos aún no se realiza de manera adecuada generándose una problemática ambiental complicada de solucionar. En esta perspectiva, se viene desarrollando un proyecto de investigación en la PUCP, denominado QAUCHU KULLU, y entre sus objetivos se pretende diseñar y fabricar un sistema de moldeo para la fabricación de piezas de material compuesto utilizando residuos de plástico y madera. En el mismo sentido, se ha determinado que el rubro de la industria mobiliaria es un campo apropiado para la aplicación de este nuevo material. El objetivo del presente trabajo fue realizar el diseño mecánico de un molde para la fabricación de superficies de carpetas ergonómicas (tablero, asiento y respaldo) utilizando termoplásticos reciclados y madera recuperada; así como el diseño térmico de sus sistemas de calentamiento y enfriamiento. Para conseguir los objetivos planteados, se propuso el siguiente procedimiento metodológico: en primer lugar, la definición de los parámetros de diseño relacionados con las propiedades de los componentes del material compuesto y las variables de moldeo, asimismo, la evaluación de las alternativas de solución para cada función parcial del proceso; posteriormente, el diseño mecánico del molde y térmico de los sistemas complementarios (calentamiento y enfriamiento), realizando los cálculos mecánicos y térmicos correspondientes y, finalmente, la realización de los planos de fabricación y la determinación de los costos involucrados. El trabajo concluye que el molde diseñado es capaz de producir superficies de carpetas ergonómicas que cumplen con los requisitos de dimensiones y tolerancias establecidos y que, a su vez, brindan la resistencia adecuada para garantizar la seguridad del usuario durante su empleo.Ítem Texto completo enlazado Diseño mecánico de un sistema de rotación biaxial de 400 Kg de capacidad para la fabricación de juguetes de plástico mediante moldeo rotacional(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-08-12) Arribasplata Seguin, Adan Smith; Acosta Sullcahuamán, Julio Arnaldo; Tupia Anticona, Walter MarianoDesde hace 25 años la empresa familiar “Arribasplata Seguin” viene produciendo juguetes, cuyas partes principales son fabricadas artesanalmente mediante moldeo rotacional, en el que se emplean polímeros termoplásticos como materia prima. Dado que todo el proceso se hace a mano, no se pueden controlar los parámetros del proceso ni las características del producto; asimismo, el tamaño y la cantidad de los juguetes que se fabrican están limitados por la destreza, experiencia y condición física de la persona que realiza el trabajo. Para resolver estos problemas y mejorar la producción de juguetes, la empresa ha decido implementar un equipo de moldeo rotacional, capaz de hacer girar un arreglo de moldes huecos simultáneamente en dos ejes perpendiculares, al mismo tiempo que se calienta dentro de un horno para que el material contenido en los moldes pueda adherirse homogéneamente a la superficie interior de los mismos y, luego de ser enfriados, den como resultado productos huecos de espesor más uniforme, mejor calidad y en mayor cantidad. El objetivo del presente trabajo es diseñar un sistema mecánico de rotación biaxial, de 400 kg de capacidad de carga y 300°C de temperatura máxima de trabajo, para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El diseño del sistema mecánico de rotación biaxial se realizó según la metodología recomendada por la Asociación de Ingenieros Alemanes (Verein Deutscher Ingenieure, VDI 2221) cuyo título es “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productivos”. Con ayuda de la recomendación, el proceso de diseño se llevó a cabo de forma ordenada y según las cuatro etapas que sugiere el documento. Durante la primera etapa se identificaron las características generales de todo el equipo de moldeo rotacional, con el fin de conocer su influencia sobre el sistema de rotación. En la segunda etapa se plantearon cuatro conceptos de solución que fueron evaluados con ayuda de un análisis técnico-económico para identificar el concepto de solución óptimo. Finalmente, durante la tercera y cuarta, se desarrollaron todos los detalles del diseño concernientes al sistema de rotación. En conclusión, se ha diseñado un sistema mecánico de rotación biaxial para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El sistema mecánico es capaz de hacer girar un conjunto de moldes en dos direcciones perpendiculares con una velocidad máxima de 20 rpm, al mismo tiempo que se calientan dentro de una cámara que puede llegar hasta los 300 °C.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un grupo hidroenergético Michell-Banki de 120 kW(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-07-23) Benites Príncipe, Johel Víctor; Assureira Espinoza, Estela de la Gracia; Tupia Anticona, Walter MarianoEl presente trabajo busca ser una buena alternativa en la instalación de grupos hidroenergéticos en las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas que se construyen en el Perú y de este modo cubrir el déficit de electrificación en zonas rurales. Para ello, se ha planteado el diseño de un grupo hidroenergético que opere con una turbina estandarizada Michell- Banki debido a que esta turbina tiene una buena eficiencia dentro de un amplio rango de caudal, bajo costo y es de fácil fabricación local. La función principal del grupo hidroenergético es aprovechar la energía cinética de una caída de agua y transformar el trabajo técnico en el eje de la turbina en energía eléctrica para su uso en zonas rurales, de manera que se pueda mejorar la calidad de vida de los habitantes de estas localidades. Para el desarrollo de este trabajo se ha realizado el diseño hidráulico del rodete y del inyector, que son los principales componentes de la turbina. Esto se ha realizado mediante una metodología en la cual los únicos parámetros de entrada son la potencia de 120 kW generada en el eje de la turbina y el rango de variación de la velocidad específica de la turbina Michell-Banki. Las características nominales de la turbina son las siguientes: 120 kW generados en el eje de la turbina Michell-Banki, velocidad de giro igual a 1800 rpm, 82% de eficiencia hidráulica a plena carga, velocidad específica de la turbina igual a 100, caudal de diseño igual a 0.19 m3/s y salto neto igual a 75.4 m. Debido a las características de las turbinas Michell-Banki el grupo hidroenergético puede trabajar conservando una buena eficiencia en un rango de potencias desde 63.8 kW hasta 120 kW, en un rango de salto neto desde 50.8 m hasta 113.8 m y en un rango de caudal desde 0.11 m3/s hasta 0.22 m3/s. Una vez finalizado el diseño hidráulico se ha realizado el diseño mecánico de todos los componentes del grupo hidroenergético como eje del rodete, apoyos del eje del rodete, carcasa, bastidor, además de la verificación por resistencia del rodete y del inyector. Por otro lado, se ha diseñado la pieza de transición entre la salida de la tubería de presión de sección circular y la entrada del inyector de sección rectangular. Además, se ha seleccionado el generador eléctrico y se ha diseñado el sistema de transmisión de potencia entre la turbina y el generador, de tal manera que este gire a su velocidad de sincronismo. El costo del grupo hidroenergético de 120 kW utilizando una turbina Michell-Bank es aproximadamente S/. 40,391.97 considerando costos ingeniería, costos de fabricación y costos de equipos de compra directa.Ítem Texto completo enlazado Diseño de adaptación y elaboración de un manual de procedimientos para transformar sillas de ruedas convencionales en sillas para pacientes con problemas neurológicos y escasos recursos económicos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-03-27) Torres Roman, Max Julio; Tupia Anticona, Walter MarianoLa presente tesis consiste en el diseño del manual de adaptación de una silla de ruedas convencional a una silla de ruedas para pacientes con enfermedades neurológicas, teniendo en consideración la seguridad, comodidad, bajo costo económico de fabricación y el empleo de procesos con los cuales se pueda contar en cualquier taller mecánico. Las modificaciones planteadas se distribuyen en tres sistemas: guía, respaldar, reposabrazos-base asiento; respecto al primer sistema se ensambla una estructura metálica en cada uno de los mangos conductores de la silla con la finalidad de aumentar la altura de conducción de la silla, en relación al sistema respaldar se acopla otra estructura metálica que permite la inclinación del respaldar y una sujeción para la nuca del paciente (niño), respecto al sistema reposabrazos se coloca una base metálica para el soporte y sujeción de las extremidades superiores del niño además de la posibilidad de la inserción de un par de correas para la sujeción de los pies. El manual de adaptación contiene una secuencia de pasos de fabricación e instalación, así como los materiales de cada pieza, también indica el proceso de tapizado y el lugar de la aplicación; por tal motivo la silla adaptada cumple requisitos de funcionabilidad, entre ellos figura la seguridad y ergonomía. El costo estimado para la adaptación es de S/. 200, por lo tanto el costo de una silla nueva adaptada será de S/. 461(incluido el valor de la silla simple de S/. 261); el cual ya representa un ahorro total del 56 % del valor actual en el mercado médico (S/. 1040).