Ingeniería Mecánica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado 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 AbrahamLa 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.Ítem Texto completo enlazado Caracterización sobre telas tejidas de polipropileno con diferentes concentraciones de estabilizadores expuestas a radiación UV-B(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-02) Rodriguez Lao, Patrick Andre; Sakihama Uehara, José Luis HidekiEn todas las industrias, existe la necesidad de incrementar el tiempo de vida útil los materiales. Como se sabe, los polímeros son muy sensibles a la foto degradación producto de radiación solar, en donde las reacciones fotoquímicas dan como resultado la rotura de las cadenas poliméricas. El objetivo del presente trabajo de tesis es investigar los efectos generados por los estabilizadores anti UV presentes en diferentes formulaciones (de 0 a 6 % de aditivos) sobre las propiedades mecánicas de las telas tejidas de polipropileno utilizadas principalmente en las industrias de construcción y mineras. Del mismo modo, identificar y cuantificar la degradación UV presente, utilizando técnicas alternativas no destructivas para determinar el tiempo de vida útil sin la necesidad de recurrir a ensayos destructivos. La metodología utilizada en la presente tesis consiste en el desarrollo de múltiples ensayos aplicados al material de suministro, así como a las telas tejidas de polipropileno después de diferentes tiempos de exposición UV-B. Estos ensayos comprenden la espectroscopia UV-vis/IR, microscopia, ensayos mecánicos y termogravimétricos. Gracias al análisis de resultados se encontró una relación entre el tiempo de exposición a la radiación ultravioleta y la foto degradación presente en las telas de polipropileno. Las formulaciones menores al 2 % en contenido de estabilizadores presentan una caída hasta de un 50% de su resistencia a la tracción después de un tiempo de exposición de 200 horas; el resto de formulaciones superiores al 2% no presentan una caída tan notable, llegando a cumplir los requerimientos de la norma ISO-21898. En el análisis FTIR, se pudo identificar un incremento en los picos significativos de los grupos funcionales carbonilo (R-C=O) e hidroxilo (R-OH) a medida que aumentan las horas de exposición UV-B; sin embargo, este incremento se ve atenuado a medida que incrementa el porcentaje de estabilizadores anti UV. Finalmente, se verifico la presencia de otros aditivos gracias a las técnicas termogravimétricas y microscópicas. Además, se determinó el porcentaje óptimo de carbonato de calcio equivalente a 4% en peso y 1867 ppm de óxido de Titanio. Esta formulación demostró el mejor rendimiento mecánico.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 Desarrollo de modelo predictivo de desgaste basado en datos de ensayos según ASTM G-65 utilizando algoritmos de Machine Learning(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-01-24) Cabanillas Flores, Renato; Sakihama Uehara, Jose Luis HidekiLos ensayos de desgaste según la norma ASTM G-65 son realizados para determinar la resistencia al desgaste abrasivo de bajo esfuerzo de un material mediante su exposición al contacto con arena seca. Estos ensayos permiten la evaluación de recargues duros o hardfacing con la finalidad de encontrar los efectos de los elementos aleantes sobre la microestructura y la resistencia al desgaste. Por su parte, el aprendizaje automático, conocido como Machine Learning, es una técnica del campo de la inteligencia artificial que busca desarrollar modelos computacionales con la capacidad de realizar tareas de clasificación y regresión. La metodología utilizada para realizar el entrenamiento, y posterior evaluación de los modelos obtenidos, consiste en la digitalización de los registros de ensayos de desgaste ejecutados por la American Welding Society, el análisis del comportamiento de la pérdida de masa en función del porcentaje de la concentración de los elementos presentes en el depósito del recargue duro y el desarrollo de los siguientes algoritmos de modelos de aprendizaje automático: k-vecinos cercanos (KNN), red neuronal artificial (ANN) y máquina de aprendizaje extremo (ELM). Posterior al entrenamiento, se emplearon los modelos ya entrenados para calcular la pérdida de masa en probetas previamente ensayadas en el Laboratorio de Materiales de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y así evaluar la efectividad de los modelos en la sección de resultados. Para los modelos entrenados se identificaron las variantes con mejor efectividad en la predicción de pérdida de masa, las cuales fueron la red neuronal artificial de 3 capas entrenada en 1000 épocas, el modelo de k-vecinos cercanos con 6 vecinos y la máquina de aprendizaje extremo con 10,000 neuronas. Para la comparación con datos de ensayos realizado sen la PUCP se obtuvo un error medio absoluto de 0.086 g para ANN, 0.726 g para KNN 0.853 g para ELM; en contraste con los valores de 0.228 g, 0.321 g y 0.666 g obtenidos para los ensayos realizado por la AWS, respectivamente. De entre los 3 modelos entrenados, se identifica que la red neuronal artificial congrega la mayor cantidad de puntos cercanos a la igualdad entre el valor real de pérdida de masa y la predicción calculada mediante el modelo. Se concluye que la ANN puede predecir con éxito la pérdida de masa en función de la composición química del depósito y su dureza, alcanzando una precisión del 85.75%. Por otro lado, la ELM requiere elevados recursos computacionales para entrenarse por encima de las 500,000 neuronas, así como un análisis más profundo para evitar el sobreajuste del modelo a los datos de entrenamiento. El algoritmo KNN no calcula exitosamente la masa perdida en un ensayo de desgaste debido a que entrega valores de promedios locales para datos que no se estructuran de forma ordenada. Finalmente, los resultados alcanzados brindan validez a la aplicación de técnicas de aprendizaje automático para encontrar la pérdida de masa en ensayos de desgaste.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 Estudio de la influencia de los parámetros del ensayo de tracción en aceros de bajo carbono laminados en caliente(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-11-19) Yong Pasco, Alfredo; Rozas Gallegos, Anibal FreddyEn el presente trabajo se estudió la influencia de los parámetros del ensayo de tracción en los resultados obtenidos para aceros de bajo carbono laminado en caliente. Los parámetros de ensayo son la velocidad de ensayo (controlada por la velocidad de separación de las mordazas o por la velocidad de deformación), la temperatura de ensayo dentro de rangos típicos de variación ambiental y la geometría de la probeta; los resultados estudiados son el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo a la tracción y el alargamiento, así como el material empleado fue el acero ASTM A36. Los parámetros de ensayo están dentro de rangos especificados por las normas ASTM A370 - 19, ASTM E8/E8M - 16a e ISO 6892-1:2016, las cuales establecen las condiciones para que los resultados sean repetitivos y reproducibles. Sin embargo, en el presente estudio se ha encontrado evidencia de que, aun respetando las exigencias de las normas de ensayo, los resultados obtenidos varían. En el primer capítulo se proporcionará un enfoque global del ensayo de tracción según las normas anteriormente mecionadas en consideración de una serie de parámetros de ensayo que definen el comportamiento del material de estudio al ser traccionado. En el segundo capítulo se detallará el procedimiento seguido para el ensayo de tracción y en el tercer capítulo se procederá a mostrar y analizar los resultados obtenidos en la campaña experimental realizada en el presente trabajo. Luego de realizada la campaña experimental se encontraron variaciones porcentuales en las propiedades estudiadas teniendo una máxima variación de 21%, lo que comprueba que, aun respetando las exigencias de las normas de ensayo los resultados obtenidos varían.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de técnica de análisis para la determinación del tamaño de grano austenítico previo en aceros bonificados utilizados en bolas de molino(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-10-05) Anchante Sotelo, Dennis Steven; Nuñez Monrroy, Rolando MarioEn el presente trabajo de tesis se busca desarrollar una técnica y un protocolo de análisis para determinar el tamaño de grano austenítico previo en bolas de acero con tratamiento térmico de temple y revenido utilizadas en molienda de minerales. Se tiene como finalidad probar diversas metodologías para que a través del ensayo metalográfico se pueda revelar el tamaño de grano austenítico previo y realizar la cuantificación del tamaño de grano. Debido a la dificultad para revelar los granos de austenita en aceros con tratamiento térmico de temple y revenido con una metodología clásica de ataque metalográfico, se optó por evaluar distintos métodos que posibiliten la observación de los límites de grano de austenita previa a temperatura ambiente. Para ello, se contaron con varias muestras de distintas bolas de acero, las cuales fueron caracterizadas según su composición química, dureza volumétrica y microestructura para posteriormente utilizar los métodos que revelasen los límites de grano de austenita previa en ellas. Se probaron cinco primeros métodos, los cuales están basados en investigaciones realizadas por diversos autores y considerados en la norma ASTM E112-13, en dichos métodos se combinan reactivos como el “picral” y variaciones de este, en conjunto con procedimientos que involucran someter a las muestras a calentamiento en horno a elevadas temperaturas antes del ataque con reactivos. No se obtuvieron resultados exitosos luego de evaluar los cinco primeros métodos extraídos de la bibliografía, se desarrolló un método basado en el uso de la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y modificación de las condiciones de calentamiento en horno, con el cual se logró revelar notablemente los límites de grano en todas las muestras en las que fue aplicado. La calorimetría diferencial de barrido se usó para determinar las temperaturas críticas superior e inferior de los aceros y así determinar con precisión la temperatura para el tratamiento previo antes del ataque metalográfico sin inducir crecimiento de grano. Una vez obtenidas las micrografías de los granos de austenita previa de las muestras de bolas de acero, se procedió a determinar el tamaño de grano haciendo uso de los métodos comparativo y planimétrico detallados en la norma ASTM E112-13, con los que a través de patrones comparativos y software de cuantificación por el método planimétrico se logró determinar el tamaño de grano.Ítem Texto completo enlazado Evaluación de las propiedades de amortiguamiento de materiales fabricados por impresión 3D y reforzados con nanotubos y fibras de carbono(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-23) Tapia Cabrera, Jorge Eduardo; Rumiche Zapata, Francisco AurelioLa versatilidad que la tecnología de modelamiento por deposición fundida (FDM por sus siglas en inglés) presenta para la fabricación de componentes y piezas, no solo para fines decorativos sino para fines industriales, representa una nueva plataforma tecnológica para el desarrollo de nuevos materiales. En pos de tal avance, esta tesis busca describir empíricamente las relaciones entre los parámetros de fabricación por FDM y las propiedades de amortiguamiento de materiales nóveles para fines industriales en reducción de vibraciones, movimiento o sonido. En esta investigación se utilizarán dos materiales reforzados en una matriz de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el primero con refuerzos de nanotubos de carbono y segundo reforzado con fibras de carbono, de ahora en adelante “ABS + CNT” y “ABS + CF” respectivamente. La redacción de este estudio comienza con una revisión de la literatura acerca la impresión 3D. Asimismo, se realiza una introducción a la teoría del amortiguamiento utilizada en este estudio. Se introducen los conceptos de stick slip, fuerzas de excitación, análisis de datos mediante transformadas de Fourier, método 3dB ancho de banda para el cálculo del ratio de amortiguamiento, y una recopilación de diversas investigaciones realizadas a materiales reforzados con nanotubos y fibras de carbono. Finalmente, se exponen las hipótesis centrales de este estudio. El procedimiento experimental seguido en esta tesis contempló la impresión de las probetas en dos tipos de orientación: cruzada 45°-/45° y unidireccional, en tres niveles de porcentaje de relleno, 100 %, 80 % y 60 %, para cada material. La selección de estos parámetros de impresión se realizó de acuerdo a las mejores propiedades mecánicas obtenidas en investigaciones anteriores [1]. Luego, en el Laboratorio de Acústica de la sección de Física, se implementó un banco de ensayos de caracterización de amortiguamiento de material mediante método impacto. Finalmente, las probetas se caracterizaron mediante ensayos de tracción en el CITE Materiales PUCP. De acuerdo a los ensayos realizado se concluye que los refuerzos de nanotubos de carbono en la matriz de ABS aumentan las capacidades de amortiguamiento del material. Sin embargo, las propiedades de amortiguamiento son inferiores a las de otros materiales utilizados en la industria de impresión 3D. Con respecto a los parámetros de impresión, se muestra la predominancia de la orientación cruzada por sobre la orientación unidireccional en propiedades de amortiguamiento y se sugiere una correlación entre la reducción de la densidad y el aumento de las propiedades de amortiguamiento en los materiales ensayados. Finalmente, se dan detalles acerca del proceso de fabricación de las probetas además de un análisis de las propiedades mecánicas en función de la densidad y de la orientación.Ítem Texto completo enlazado Estudio de la resistencia a la tracción y a la flexión de materiales compuestos de matriz polimérica fabricados mediante impresión 3D(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-12-14) Maz Vargas, Héndrick; Rumiche Zapata, Francisco AurelioLa tecnología de manufactura aditiva, AM (additive manufacturing) se está usando con gran éxito en las diversas aplicaciones del modelado por deposición fundida, FDM (fused deposition modeling). Esta es la tecnología más usada en la fabricación 3D principalmente en el área de ingeniería mecánica que la incorpora a sus procesos de producción de prototipos rápidos para pruebas funcionales de bajo costo, componentes complejos, piezas, accesorios, fabricados a partir de modelos digitales. Debido a la necesidad de mejorar las propiedades mecánicas de la materia prima usado para la fabricación de componentes, existe la exigencia de buscar nuevos materiales que puedan ser usados con la tecnología de impresión 3D. Uno de los posibles métodos es la adición de refuerzos de nanotubos de carbono y fibras de carbono a materiales poliméricos como el ABS (acrilonitrilo butadieno styrene). Así, formar materiales compuestos de matriz polimérica que podrían ser utilizados directamente en aplicaciones reales como en la industria aeronáutica y automotriz. El presente trabajo tiene como objetivo la fabricación y caracterización de materiales compuestos de matriz polimérica usando impresión 3D para luego evaluar y comparar sus propiedades mecánicas. Para la fabricación se utilizó la tecnología de impresión FDM y los siguientes materiales: ABS puro, compuestos de ABS más nanotubos de carbono y ABS más fibra de carbono. La metodología seguida para el desarrollo del trabajo primero fue el diseño de las muestras, para ello se utilizó la norma ASTM D638 para las probetas de tracción y ASTM D790 para las probetas de flexión; luego se determinó los parámetros de fabricación variando alturas de capas de deposición a 0,4 mm y 0,2 mm; y cinco diferentes tipos de mallado interno variando las orientaciones de deposición de capas a 90°, 0°, 45°, 0°/90° y 45°/-45°. Luego se procedió a la determinación de las propiedades mecánicas mediante ensayos de tracción y flexión. Finalmente, se realizó una caracterización estructural a la superficie de fractura mediante microscopía electrónica de barrido, SEM (scanning electron microscope). Como resultado final de los ensayos de tracción y flexión se tiene que en general los especímenes fabricados con ABS tienen mayor resistencia que los compuestos de ABS más nanotubos de carbono y ABS más fibra de carbono. Siendo los especímenes fabricados con 0,2 mm de altura de capa más resistentes que los de 0,4 mm. Además, los especímenes fabricados con 0,2 mm de altura de capa tienen resistencia igual a la del filamento base utilizado para la fabricación. Este caso se cumple solo en el ABS y ABS más nanotubos de carbono. En el compuesto ABS más fibra de carbono se refleja una notable disminución de la resistencia. Aunque los resultados del módulo de elasticidad tienen una elevada variabilidad, en todos los casos los materiales compuestos tienen una mayor rigidez respeto al ABS; sin embargo, la rigidez del compuesto ABS más fibra de carbono disminuye a la mitad respecto a su filamento base. Finalmente, los resultados del SEM indican que en el compuesto ABS más fibra de carbono, estas micro partículas no se adhieren de manera correcta a la matriz polimérica creando cavidades entre matriz y aditivo, debilitando la acción del refuerzo al momento de la transferencia de esfuerzos. Resultado que se reflejó durante de los ensayos mecánicosÍtem 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.