Ingeniería Mecánica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado Metodología para estudiar el proceso de la combustión en un motor diésel a través de la señal de presión al interior de un cilindro(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-10) Flores Alva, Freddy Renzo; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl presente documento expone una metodología para estudiar el proceso de la combustión a través de la señal de presión al interior de un cilindro (pcil), procesada digitalmente, registrada en un motor Diesel - de aplicación industrial - instalado en un banco de pruebas. La señal de presión se obtuvo a través de un sensor piezoeléctrico que registró varios ciclos termodinámicos para cada ensayo realizado a distintos regímenes de giro y diferentes grados de carga (desde la condición de vacío hasta plena carga) identificando los puntos de funcionamiento más estables y más inestables del motor bajo ensayo. En el documento se mencionan las consideraciones necesarias, propuestas por otros investigadores, para la adecuada medición de la señal de pcil y su respectivo procesamiento. Basados en los distintos estudios, se propone una metodología para el procesamiento de la señal de pcil con la finalidad de eliminar el error aleatorio y sistemático presente en la señal de presión; este objetivo se logró a través del promediado y filtrado de una muestra definida de ciclos termodinámicos. Para la etapa del promediado se aplicaron conceptos de estadística inferencial para definir la precisión de la muestra de los datos adquiridos. La etapa del filtrado redujo el ruido alojado en alta frecuencia obteniendo como resultado una menor variabilidad en la señal de pcil. La principal motivación del presente trabajo experimental consistió en obtener la caracterización del fenómeno de la combustión a través de la evolución de la curva de tasa del calor liberado. Los resultados del procesamiento de la señal muestran consistencia con los estudios experimentales de otros autores y proyecta la posibilidad futura de emplearse para el análisis de la combustión y de los parámetros indicados utilizando combustibles alternativos, con el fin de emplear diversas estrategias de control para evaluar el rendimiento térmico del motor y la generación de productos de la combustión al medio ambiente a distintas condiciones de operación.Ítem Texto completo enlazado Propuesta de cocina a gas licuado de petróleo de dos hornillas para uso doméstico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-08-28) Castillo Velarde, Gustavo Adolfo del; Jímenez Ugarte, Fernando OctavioLa presente tesis tiene como objetivo desarrollar un prototipo de cocina tipo anafe (cocina pequeña y transportable) de 1.5 kW de bajo costo y alta eficiencia que opera en la Ciudad de Lima. En un primer capítulo se determinan los requerimientos de diseño para un hogar peruano promedio y las características de las cocinas comerciales en base a normativa extranjera. Luego, en un segundo capítulo, se evalúa cada elemento de la cocina anafe de forma independiente para determinar su relevancia en aspectos como consumo, eficiencia y emisiones y economía. Finalmente, se genera un prototipo de cocina anafe y se evalúa tanto de manera energética como ambiental. Los resultados muestran que el rendimiento supera el valor mínimo recomendado por la norma extranjera, 58%; alcanzando 64.1% superando a las cocinas comerciales que se distribuyen a nivel nacional (alrededor de 46%). Con ello se reduce el tiempo de cocción de 1.4 horas a 1.1horas diarias de cocción y prolongar la autonomía en 11 días. A nivel nacional implica una reducción de 146.13 millones de kg de GLP y un ahorro de 40.28 millones de soles. Respecto al aspecto ambiental, la concentración de CO neutro se reduce a 0.052 %CON, valor por debajo de lo recomendado por la norma extranjera (0.1 %CON) y siendo 5 veces menos contaminante que las cocinas comerciales (0.283%CON). A nivel nacional, de implementarse un cambio de las cocinas anafe, se generaría una reducción de142.32 millones de kg de emisiones de CO2, esto implica un ahorro de 3.1 millones de soles. También se reduce la concentración de monóxido de carbono en 8.57 millones de kg. Finalmente, se presenta un análisis económico básico de los costos de fabricación de este prototipo, llegando a un costo de fabricación de S/ 25.6 soles. En conclusión, se presenta una cocina prototipo que logra tener un rendimiento superior al de las cocinas comerciales y reducir los GEI y contaminantes; sin superar los costos de fabricación de las cocinas que se distribuyen a nivel nacional. Todo ello bajo la recomendación de combustión, operación, construcción y de salud de las Normas internaciones.Ítem Texto completo enlazado Sistema de calefacción doméstico rural basado en energía solar para la localidad de Acobambilla, Huancavelica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-08-23) Acuña Urbina, Darío Enrique; Barrantes Peña, Enrique JoséEn el presente trabajo tuvo como objetivo diseñar un sistema de calefacción doméstico rural basado en energía solar para una vivienda ubicada en la localidad de Acobambilla, Huancavelica. Se consideró una vivienda de aproximadamente 50m2 ocupada por 6 habitantes. Inicialmente se evaluaron las condiciones ambientales y las características actuales de las viviendas. Luego se analizaron varios propuestas de calefacción, y se estableció un diseño basado en un intercambiador de calor ubicado en el techo de la vivienda, el cual usa la energía solar para calentar un fluido caloportador que luego circulara dentro de la vivienda, transfiriendo calor en el ambiente interior, por medio de radiadores o intercambiadores de calor, para alcanzar las condiciones de confort deseadas. Como resultado se ha propuesto un sistema de calefacción que opera con aceite térmico (Shell Termia Oil), con una vida útil superior a las 25000 horas de trabajo, empleando un caudal de 1.01 L/s. Dicho sistema de calefacción desarrolla una potencia de 1009 Watts, transfiriendo 1400kJ de energía que permite mantener temperaturas internas de 18°C dentro de las viviendas, con temperaturas exteriores de 5°C. Finalmente se ha evaluado el costo de la elaboración del proyecto, costo de instalación y la fabricación, dando por resultado un valor total de S/ 1,117 para la elaboración del Proyecto y de S/. 10,376.95 para la construcción y montaje del sistema de calefacción.Ítem Texto completo enlazado Diseño de válvula reguladora de caudal de chorro hueco para un salto neto máximo de 20 m y un caudal máximo de 15 m3/s(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-06-03) Taco López, John Oliver; Barriga Gamarra, Eliseo BenjamínLas represas son una de las grandes construcciones que se hacen tanto en el Perú como en el mundo. Estas grandes construcciones de concreto cumplen funciones como retener el agua para generar energía, para irrigación y para abastecer de agua para la población. Como uno de los componentes principales de la represa se encuentra la válvula reguladora de caudal de chorro hueco, también conocida como válvula Howell Bunger, la cual está situada en la parte baja o media de la represa. Esta válvula cumple funciones tales como: descargar agua de las represas en situaciones de emergencia, abastecer de agua para el consumo humano y regular el caudal de agua abajo de las represas para mantener el equilibrio ecológico. El objetivo principal de la presente tesis es diseñar y analizar el comportamiento y los parámetros óptimos de la válvula Howell Bunger para que pueda operar con un caudal máximo de 15 m3/s y un salto neto máximo de 20 m. El objetivo específico es elaborar toda la documentación para la fabricación de la válvula lo cual incluye: diseño conceptual, cálculos de diseño, planos y estimación de costos de fabricación. Con esta documentación se podrá tener pleno conocimiento de la tecnología usada para la válvula. En consecuencia, se podrá construir esta válvula y existirá la posibilidad de que se manufacturen los repuestos correspondientes. Además, esta documentación puede ser usada para diseñar válvulas de chorro hueco para diferentes condiciones de caudal y salto neto. En la primera parte de la tesis se muestra la tecnología existente y aspectos de fundamentos teóricos. En la segunda parte se procede a diseñar la válvula de manera conceptual y preliminar. En la tercera parte se proceden a presentar los cálculos de diseño. Finalmente, en el capítulo 4 se muestra la estimación de costo total.Ítem Texto completo enlazado Diseño de los mecanismos de excitación y centrado de una máquina de ensayos de fatiga por flexión pura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-05-29) Rodriguez Bravo, Harold; Rodriguez Hernandez, Jorge Antonio; Muñoz-Guijosa, Juan ManuelEl presente Trabajo de Fin de Máster busca desarrollar los modelos teóricos y especificaciones técnicas para la puesta en marcha de una máquina de ensayos de fatiga por flexión pura, perteneciente a la División de Ingeniería de Máquinas de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y diseñada por el Dr. Ing. Juan Manuel Muñoz-Guijosa. Los ensayos de flexión pura presentan una descripción muy precisa sobre las características mecánicas de los materiales examinados; sin embargo, actualmente el mercado no cuenta con una gama amplia de máquinas ofertadas a precios razonables y con principios físicos de aplicación sencillos. El capítulo 1 de este documento presenta el panorama general de desarrollo del proyecto y realiza énfasis en la actualidad de las máquinas de ensayos de fatiga por flexión pura y en especial en los mecanismos requeridos para la puesta en marcha de la máquina en cuestión. En los capítulos 2 y 3 se desarrolla la modelización teórica de la máquina y su posterior validación mediante ensayos e interpretaciones de los resultados obtenidos. Esto se lleva a cabo con el fin de reconocer el comportamiento de la máquina -que se encuentra inoperativa y proponer las soluciones de diseño a los problemas que presenta. Finalmente, en el capítulo 4 se desarrolla la metodología de diseño aplicada a los mecanismos de excitación y centrado necesarios. Con esto se elaboran los planos requeridos para la posterior fabricación de dichos mecanismos y futura puesta en marcha de la máquina.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de fundición de 12 kg/día de trozos de latas de aluminio utilizando un concentrador solar tipo disco parabólico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-05-24) Lombardi Franco, Adriana María; Chirinos García, Luis RicardoAnualmente, en Perú se producen alrededor de 7 millones de toneladas de basura al año, de los cuales el 18.5% corresponde a material reciclable, donde solo el 3.6% llega a ser reciclado. El aluminio es un material reciclable, cuyo proceso para su reutilización consume menos del 95% de energía que se requeriría para producir la misma cantidad de aluminio. Actualmente, Perú no cuenta con alguna empresa u organización que se encargue del reciclaje de las latas de aluminio, a pesar de que al año se consumen, por lo menos, 322 millones de latas; solo se cuenta con organizaciones que acopian las latas desechadas, las compactan y las venden a empresas extranjeras para su reciclaje. Esto ocasiona que las latas ocupen hasta 20 veces el volumen que ocuparían si el aluminio fuera transportado en lingotes en lugar de cubos de latas compactadas. El presente trabajo tiene como objetivo diseñar una alternativa para la reducir los residuos ocasionados por las latas de aluminio que no son recicladas, específicamente, para ser utilizada en la ciudad de Puno, con una capacidad para fundir 12 kg/día de trozos de latas de aluminio utilizando un concentrador solar tipo disco parabólico. Según los cálculos realizados para el diseño energético y estructural del sistema de fundición, se necesitan alrededor de 4.6 kW de energía térmica durante todo el horario de operación del sistema (10:00 a 14:00 horas) para lograr fundir 12 kg de trozos de latas de aluminio. El concentrador solar tipo disco parabólico utilizado en el sistema de fundición tiene 4 m de diámetro y es capaz de entregar al proceso alrededor de 5.8 kW energía solar concentrada, lo cual se traduce en un factor de seguridad de, al menos, 1.26 para el proceso de fundición y colada de los trozos de aluminio. El mes con menor irradiancia solar es Junio, por lo tanto, se tomaron los datos calculados para el día 11 de ese mes a las 14:00 horas, resultado que indica que la radiación solar en ese momento es de 834 W/m2. Los trozos de latas de aluminio ingresan al sistema de fundición en lotes de 2 kg, por lo que, dentro de las 4 horas de operación, se realizan 6 cargas de material y, es al final, que se termina el proceso al llevar los 12 kg de aluminio fundido a la temperatura de colada (760°C) y vaciar la fundición en moldes de lingotes. El sistema de fundición tiene las siguientes dimensiones principales: ancho de 4.28 m, largo de 5.07 m y una altura de 5.08 m. El sistema presenta una masa de 980 kg y el costo total del sistema es de 52 mil soles, aproximadamente.Ítem Texto completo enlazado Diseño de una máquina de ósmosis inversa para producir agua ultra pura en el laboratorio de manufactura de la PUCP(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-05-15) Rivas Nieto, Pedro Daniel; Ezeta Ferrand, FernandoEl presente trabajo consistió en explorar y encontrar una opción energéticamente y económicamente más eficiente que el proceso de destilación simple para la producción de agua ultra pura en el laboratorio de manufactura de la PUCP. La opción alternativa elegida fue una máquina de ósmosis inversa y deionización de agua suministrada por la red de agua potable. Esta tesis desarrolló el diseño mecánico de una máquina que utilice los procesos de purificación del agua mediante una membrana de ósmosis inversa y cartuchos de resina iónica, la selección de componentes, la elaboración de los planos necesarios y la estimación de los costos de fabricación, armado y funcionamiento de la máquina. Para realizar el diseño, primero se definió el caudal y calidad de agua requeridas por el laboratorio y también la calidad y propiedades físicas del agua suministrada por la red. Con esos datos, se procedió a seleccionar una membrana de ósmosis inversa que pudiera producir dicho caudal con una alta tasa de purificación del agua. El siguiente paso fue aplicar la teoría de mecánica de fluidos para calcular las pérdidas de energía del fluido en tuberías y accesorios para el caudal requerido. Una vez conocido el caudal necesario y las pérdidas en el sistema, se procedió a seleccionar una bomba que pudiera cumplir con los requerimientos necesarios de presión y caudal, y que también use la energía eléctrica y el agua potable con la mayor eficiencia posible. A continuación, se aplicaron conceptos químicos de soluciones iónicas, para calcular la vida útil y la composición necesaria de una cama de resina desionizadora mixta que produjera agua ultra pura con un pH neutro, a partir de la composición aproximada del agua producida por la ósmosis inversa. Una vez dimensionados y seleccionados los componentes, se procedió a desarrollar los planos y calcular los costos de adquisición, armado y operación de la máquina. La bomba seleccionada fue una bomba de desplazamiento positivo tipo diafragma y la membrana de ósmosis inversa una membrana en espiral de poliamidas. El costo total de adquisición de componentes, diseño y ensamblaje asciende a S/.6500.Ítem Texto completo enlazado Diseño y evaluación experimental de mezcladores aire-gas combustible para un quemador de premezcla doméstico de 1.7 KW(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-23) Álvarez Olivares, José Alexis; Rojas Chávez, Freddy JesúsEl trabajo desarrollado presenta el diseño energético y la evaluación experimental de once mezcladores de aire-gas combustible para un quemador de premezcla doméstico de 1,7 kW, usando gas natural o gas licuado de petróleo (GLP) como combustible. Se busca contribuir con una investigación centrada en los diferentes modelos que puede poseer un mezclador para quemadores de pre-mezcla con gas inductor en una cocina a gas, así como en los efectos que pueden generarse debido a las disimilitudes en sus diseños. Para lo cual se realizaron ensayos con los mezcladores propuestos en un módulo de pruebas, siguiendo lo establecido por la norma técnica chilena NCh927/1, variando la distancia entre el inyector y el mezclador, así como la correspondiente a la hornilla del quemador respecto al recipiente de pruebas (olla con agua). Por lo tanto, la elaboración del presente trabajo se fundamenta en su aporte experimental al reconocimiento de las consecuencias que diversos cambios en las características de los mezcladores pueden provocar, centrándose solo en el rendimiento térmico y las emisiones de monóxido de carbono (CO) como producto de la combustión exenta de aire y vapor de agua (combustión neutra), denominado como monóxido de carbono neutro (CO)N. Para esto se requirió reconocer cuáles son las condiciones de trabajo en las que las cocinas domésticas suelen operar en Lima, así como las características físico-químicas de los combustibles a utilizar, lo que permitió determinar las dimensiones de los mezcladores. Posteriormente, se prosiguió con la fabricación de los mezcladores planteados. De este modo, como resultado, se obtuvieron once diferentes modelos de mezcladores; siendo cinco de ellos diseñados para su uso solo con gas licuado de petróleo, otros cinco solo para gas natural y el último para ambos gases combustibles. Finalmente, se prosiguió con las pruebas experimentales correspondientes, cuyos resultados permitieron la elaboración de los respectivos gráficos para los diferentes mezcladores propuestos, permitiendo evaluar las condiciones que ofrecen los mejores resultados, para luego compararlos con los límites establecidos por la norma NCh927/1. Según lo observado, un aspecto influyente en el arrastre de aire es la distancia que existe entre el inyector y el mezclador; de manera que al alejar el inyector, la cantidad de aire en la mezcla se incrementó; permitiendo una reducción del porcentaje de monóxido de carbono neutro (CO)N. Además, se tiene que los mezcladores desarrollados para gas natural permiten obtener mayores rendimientos térmicos y menores valores de monóxido de carbono neutro, a comparación de los fabricados para gas licuado de petróleo, cumpliendo con los límites establecidos por la norma NCh927/1 en algunos casos. De tal forma que el mezclador GN-5 es el único que permite cumplir los requerimientos de rendimiento y emisiones.Ítem Texto completo enlazado Diseño de una mini planta móvil para la fabricación de 100 adobes por hora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-01) Javier Cortez, Julio Ernesto; Barriga Gamarra, Eliseo Benjamín; Alencastre Miranda, Jorge HernánLa presente tesis está orientada a la rama del diseño en Ingeniería Mecánica. Se identificó la necesidad de mejorar la producción de adobe en las diferentes zonas altoandinas del Perú. Actualmente con métodos tradicionales se logra producir en el mejor de los casos 250 adobes diarios, demandando además un excesivo esfuerzo de los productores. A raíz de este déficit en la producción se diseñó de una mini planta móvil para la fabricación de adobes con una capacidad de 100 adobes por hora que además ayude a disminuir el esfuerzo humano. La máquina adobera posee unas dimensiones de 1.5 metros de ancho, 2.36 metros de alto y un largo de 2.28 metros. La máquina funciona aprovechando el principio de la energía hidráulica para ejercer una presión de 12.5 kg/cm2 sobre el barro premezclado para que este pueda adoptar las dimensiones finales deseadas de 400 x 200 x 150 milímetros. Para determinar la presión necesaria que se necesita ejercer sobre el adobe, se realizaron diferentes ensayos de compresión y humedecimiento de tierra. Estos ensayos se realizaron a diferentes presiones desde los 5 kg/cm2 hasta los 20 kg/cm2, concluyendo posteriormente que la presión adecuada para la fabricación de adobes era 12 kg/cm2. La unidad hidráulica es accionada por un motor de combustión interna de 15 HP, que usa como fuente de combustión gasolina de 90 octanos, cuya potencia está sobredimensionada en un 30% aproximadamente. El sobredimensionamiento del motor responde a la pérdida de eficiencia que sufren los motores cuando se trabaja en zonas con alturas superiores a los 3000 metros sobre el nivel del mar. La máquina se encuentra diseñada principalmente en acero, por lo que se recomienda el uso de pintura anticorrosiva para su protección de la humedad del barro con el que trabajará y de las constantes precipitaciones que se producen en la zona andina. Adicionalmente dentro del cuerpo y los anexos de la presente tesis se encontrará la información necesaria para corroborar el desarrollo de esta, así como la descripción del proceso de selección de la tierra, proceso de preparación del adobe y los ensayos necesarios para verificar si el adobe producido es de buena calidad.Ítem Texto completo enlazado Diseño de una máquina hidráulica astilladora de troncos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-04) Campodónico Morales, Carlos Enrique; Barriga Gamarra, Eliseo BenjamínLa leña es una fuente de energía empleada frecuentemente en zonas rurales o en lugares de escasos recursos. En el departamento de Ancash se obtiene leña a partir de los árboles de eucalipto debido a su abundancia y rápido crecimiento. Dentro de los procesos que involucra la elaboración de leña, el astillado, el cual consiste en realizar un corte longitudinal al tronco seccionado de manera que exponen las fibras, es el proceso que presenta las mayores dificultades puesto que, para llevarlos a cabo, se utilizan hachas manuales que requieren de un gran esfuerzo físico y además de un tiempo considerable, lo que puede perjudicar a los trabajadores. Es por esto que en el presente trabajo se diseñó una máquina hidráulica astilladora de troncos de eucalipto en el departamento de Ancash para acelerar dicho corte. Esta máquina procesa troncos cortados en tramos de 50 cm de longitud y diámetros variables entre 20 y 30 cm para obtener 4 partes simétricas las cuales serán utilizadas como leña. El proyecto inició con la elaboración del estado del arte, el cual incluye como parámetro la fuerza necesaria para poder cortar el tronco para la cual se tuvo que realizar ensayos de corte variando las condiciones. El resultado del ensayo fue una fuerza mínima de 30000 N con una cuchilla de ángulo de 30° con poca influencia en el rango de diámetros. Luego, se elaboró la lista de exigencias en conjunto con representantes de los trabajadores de la zona. En base a la producción actual, se estimó la capacidad de la máquina astilladora a 450 troncos por día como mínimo. Posteriormente se elaboró la estructura de funciones y la matriz morfológica a partir de las cuales se diseñaron los conceptos de solución y finalmente el proyecto preliminar óptimo. Una vez logrado este paso, se procedió a calcular y a dimensionar las piezas y equipos que involucra la máquina. Finalmente, se elaboraron los planos de despiece y ensamble, así como la lista de costos. El resultado del proyecto fue una máquina astilladora la cual impulsa troncos con un cilindro hidráulico contra una cuchilla y que además cuenta con un sistema de alimentación de tronco. El elemento de corte tiene una forma de cruz y puede regular su altura de manera que el corte sea de cuatro partes simétricas con una capacidad mínima de 450 troncos de 50 cm de longitud. El costo total de la máquina asciende a USD 15715.