Ingeniería Mecánica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado Diseño de una órtesis que compense las vibraciones del conjunto muñeca-mano en pacientes con Parkinson(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-13) Aquise Leiva, Christian Noel Jr.; Elías Giordano, Dante ÁngelLa Enfermedad de Parkinson, caracterizada por síntomas como temblores disruptivos en muñecas y manos, representa un significativo desafío clínico. En respuesta a la falta de dispositivos ortopédicos especializados en Perú, se desarrolló una órtesis destinada a mejorar la autonomía y calidad de vida de los pacientes. Este dispositivo se distingue por su diseño accesible y su costo inferior al de las alternativas disponibles en el mercado, alineándose con la normativa alemana VDI 2221. La fase inicial del proyecto implicó un análisis detallado de los temblores musculares y de las tecnologías previas, resultando en una órtesis que fusiona un sistema de sujeción ajustable, una muñequera y un mecanismo de amortiguación económico para optimizar la comodidad del usuario. El estudio introduce un dispositivo innovador para tratar la enfermedad de Parkinson: un disipador de vibraciones de 2 grados de libertad que reduce de manera significativa los temblores en la mano. Este avance tecnológico funciona sincronizándose con las frecuencias específicas del temblor (4.5 Hz y 5.5 Hz), mejorando la precisión y el control de la mano en las actividades cotidianas. Adicionalmente, se realizó una estimación de costos que abarcó desde el diseño inicial hasta la fabricación del dispositivo, subrayando la importancia de la impresión 3D para una fabricación eficiente y personalizada. Este enfoque no solo redujo los costos, aumentando la probabilidad de contar con un dispositivo accesible, sino que también demostró la factibilidad de ofrecer soluciones ortopédicas innovadoras. De acuerdo con lo desarrollado, los costos de diseño y de fabricación son aproximadamente S/. 8,500.00 y S/. 800.00, respectivamente. El dispositivo, de tamaño compacto (62x96 mm) y peso ligero (menos de 500 g), ofrece una solución personalizada a los pacientes con Parkinson, representando una nueva alternativa para mejorar la calidad de vida de las personas que viven con la enfermedad.Ítem Texto completo enlazado Diseño de una máquina enfardadora semiautomática de avena forrajera para pequeños productores del Perú con capacidad de 30 pacas por hora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-07) Condezo Rios, Melani Isabella; Alencastre Miranda, Jorge HernánEl objetivo principal de esta tesis es proporcionar a los productores ganaderos una solución para enfrentar la escasez de alimento en la región Suni. La máquina enfardadora semiautomática de avena forrajera diseñada permite compactar la avena de forma automática para su almacenamiento y posterior uso como alimento para el ganado. Aunque los procesos de suministro y amarrado de la paca se realizan manualmente, la compactación automatizada agiliza el proceso y facilita la conservación del forraje. El diseño de la máquina se ha concebido considerando las necesidades y las circunstancias específicas de los productores de pequeña y mediana escala, con el objetivo de proporcionar una solución eficaz y económica que contribuya a mejorar la ganadería en la región. En el diseño de esta máquina se toma en cuenta que este tipo de enfardadora necesita dos operarios: uno para suministrar avena y otro para realizar el amarrado de la paca. La máquina enfardadora ocupa un espacio específico de 3.64 m de largo por 0.9 m de ancho y 1.8 m de alto. La avena forrajera ingresará por el embudo ubicado sobre la cámara compactadora para ser compactada con una fuerza igual a 1215 N por una plancha reforzada. La máquina cuenta con un motor gasolinero para suministrar energía mecánica, el cual posee una potencia de 7.5 HP y 1800 rpm. Este motor accionará una transmisión por faja y por engranajes hasta un mecanismo de biela manivela para el empuje y retroceso de la plancha compactadora. Este trabajo se fundamenta en la metodología VDI 2221, que abarca desde la planificación de las ideas iniciales hasta la elaboración del proyecto definitivo. En el primer capítulo, se describe las propiedades de la avena forrajera, se investiga sobre la producción del ese cereal en el Perú, sus propiedades y el valor nutritivo que posee. El segundo capítulo, comprende el estado del arte, la lista de exigencias, conceptos de soluciones y la selección del proyecto definitivo. El tercer capítulo contiene los cálculos y la selección de cada componente de la máquina enfardadora. Por último, el cuarto capítulo presenta los planos y se lleva a cabo un minucioso examen económico en relación con la producción de la máquina.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un concentrador solar Scheffler de 2,7 m2 , modular y transportable, con mecanismo de repliegue y despliegue(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-07) Ponce Torres, Nestor Alberto; Pujada Gamarra, EnriqueLa presente tesis trata sobre el diseño de un concentrador solar Scheffler de 2.7 m2 con mecanismo de repliegue y despliegue, modular y transportable. La ventaja de este diseño es que, al reducir su tamaño y volumen, se vuelve fácilmente transportable, lo que hace que esta tecnología sea accesible incluso en zonas de difícil acceso en el Perú, donde la falta de buenas vías y los altos costos de transporte representan barreras significativas. Esto es especialmente relevante, dado que el diseño original del equipo implica elementos frágiles, como los espejos. Para lograr este objetivo, en primera instancia se define el alcance de la tesis y se lleva a cabo una investigación sobre el estado de la tecnología relacionada con concentradores solares y sistemas desplegables, como el origami, que permite reducir en área y volumen cualquier sistema usando patrones definidos. Luego, siguiendo la metodología de diseño según las normas alemanas VDI 2221 y VDI 2225, se elabora una lista de requerimientos y se proponen diseños conceptuales, seleccionando finalmente el proyecto preliminar definitivo teniendo en cuenta aspectos técnicos y económicos. Por último, se realizan los cálculos necesarios para dimensionar el equipo y se elaboran los planos de fabricación y ensamblaje correspondientes. Los resultados de esta investigación muestran que se logró diseñar un concentrador solar de 2.7 m2 que reduce su volumen en más del 75% al plegarse, además de diseñarlo con una ergonomía adecuada para su uso, ya que el foco se encuentra a 1 metro del suelo. El costo total estimado para el diseño y la fabricación del primer prototipo es de S/. 11,401.58.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 Diseño del sistema de extrusión de una peletizadora de matriz plana giratoria para procesar 10 Kg/h de aserrín(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-20) Norabuena Sotelo, Manuel Francisco; Assureira Espinoza, Estela de la GraciaSe presenta el diseño del sistema de extrusión de una máquina peletizadora de matriz plana giratoria para procesar 10 kg/h de aserrín, cuyo producto final es un pellet de 6 mm de diámetro y 20 mm de largo. El sistema de extrusión, que es el corazón del equipo de peletizado, se compone de dos rodillos, una matriz plana y sistema de corte. El diseño permite la producción, a baja escala, de biocombustibles a partir de aserrín, de modo que su uso sea factible para procesos que requieran calor en lugares de generación de aserrín, como en aserraderos. El trabajo comprendió el análisis de los factores que afectan al diseño del sistema de extrusión, considerando las propiedades de la materia prima, las variables del proceso de peletizado y los atributos del pellet como producto final. De los factores estudiados, se identificó que la presión es el más importante, ya que influye en la densidad y la durabilidad del pellet. El valor de la presión depende de la resistencia del material y del área de contacto de los agujeros dentro de la matriz, el cual varía según la longitud y el diámetro. El funcionamiento del sistema de extrusión se basa en la rotación de la matriz para comprimir el aserrín a través de los agujeros gracias a los rodillos, formando pellets que serán cortados por una cuchilla. El diseño produce 15 780 pellets por hora y requiere aproximadamente de 2.03 kW de potencia para la compactación. Cuenta con una matriz plana fabricada de acero AISI 3215, de 150 mm de diámetro, 32 mm de espesor y tiene 24 agujeros con profundidad de avellanado de 60° de 3 mm, una longitud efectiva de 12 mm con 6 mm de diámetro y un alivio de 17 mm con 8 mm de diámetro. Por otro lado, los rodillos, fabricados de acero aleado AISI 3215 con superficie corrugada de extremos abiertos, tienen 80 mm de diámetro y 30 mm de ancho. Para el mecanismo de corte se usará una cuchilla de acero rápido AISI M2 de 2 mm de grosor, 80 mm de largo y 20 mm de ancho con un ángulo de filo de 45°.Ítem Texto completo enlazado Estudio del comportamiento mecánico del acero EN 10025-6 S690QL por medio del ensayo de impacto instrumentado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-10) Isla Causso, Juan Jesús; Hurtado Espejo, Raúl CarlosLa presente tesis aborda el estudio del comportamiento mecánico del acero de alta resistencia y baja aleación EN 10025-6 S690QL en respuesta a cargas de impacto, considerando la variación de la temperatura como un factor clave. Para lograrlo, se llevó a cabo una revisión de la literatura relacionada con aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA), su comportamiento mecánico, los distintos tipos de fractura, la caracterización de materiales y los ensayos de impacto instrumentado. El estudio se inició con la caracterización del material. Posteriormente, se procedió a evaluar la influencia de la temperatura en el comportamiento mecánico del material frente a cargas de impacto. Se llevaron a cabo ensayos de impacto instrumentado a diversas temperaturas (-80°C, -60°C, -50°C, - 40°C, -30°C, -20°C, 0°C y 20°C). Finalmente, se realizó un análisis de los resultados y se examinaron los gráficos obtenidos en dichos ensayos. Se logró establecer una relación directa entre la disminución de la temperatura y los siguientes efectos en el material: una reducción en su capacidad para absorber energía, un aumento en su comportamiento frágil y una disminución en su tenacidad. Además, se verificó que la temperatura de transición calculada a partir de la curva Energía absorbida vs. temperatura se encuentra en proximidad al valor especificado en la especificación técnica del material.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 Estudio numérico de la propagación de llamas en flujos confinados subsónicos y supersónicos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-27) Illacanchi Guerra, Fernando; Celis Pérez, CésarDado que la aceleración de la llama determina las condiciones para el inicio de la detonación a través del fenómeno de transición de deflagración a detonación (DDT), la aceleración de la llama desempeña un rol crucial en diversas aplicaciones de la ingeniería, incluyendo los motores de detonación rotativos (RDE). En ese sentido, en el presente trabajo, para comprender la dinámica de propagación de llamas en regímenes subsónicos y supersónicos, dos dominios computacionales son estudiados: (i) canal sin obstrucciones y (ii) canal obstruido con obstáculos rectangulares distribuidos equidistantemente. Las simulaciones numéricas presentadas son obtenidas utilizando la herramienta computacional AMReX-Combustion PeleC, un solucionador numérico de flujos compresibles reactivos. En el primer dominio, la influencia de la condición de la pared en el régimen subsónico es explorado utilizando dos condiciones de pared diferentes: (i) adiabática antideslizante y (ii) adiabática de libre deslizamiento. En el segundo dominio, el efecto de diferentes ratios de obstrucción (BR) sobre la aceleración de la llama es analizado, así como su influencia en el inicio de la detonación a través del fenómeno DDT. El resultado de este trabajo muestra una diferencia sustancial en los mecanismos que controlan la propagación de llamas a diferentes regímenes de combustión. En régimen subsónicos, la condición de pared juega un papel crucial en la aceleración de la llama y la formación de la DTF, las cuales están también influenciadas por las ondas de presión reflejadas por las paredes, lo que conduce a inestabilidades tipo Rayleigh-Taylor (RT). En el régimen supersónico, los vórtices formados delante de los obstáculos incrementan el área de la llama, controlando así la dinámica de propagación de esta en las etapas iniciales. En las etapas posteriores, sin embargo, las ondas de choque son el principal mecanismo de aceleración de llamas, lo que conlleva a las inestabilidades de tipo Richtmyer-Meshkov (RM).Ítem Texto completo enlazado Diseño y evaluación de la implementación de un sistema eléctrico híbrido fotovoltaico/diesel de 1,1 mw en la localidad de Caballococha(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-12) Salazar Díaz, Martín Fernando; Jiménez Ugarte, Fernando OctavioEl presente estudio se centró en el diseño e implementación de un sistema híbrido Fotovoltaico/Diesel (FV/Diesel) para optimizar el suministro de energía eléctrica en la ciudad de Caballococha, Loreto, Perú. La investigación abordó el desafío de electrificar una zona aislada de la selva peruana de manera sostenible y eficiente, considerando los aspectos económicos, técnicos y ambientales. Para alcanzar este objetivo, se desarrolló una metodología de optimización para el diseño y dimensionamiento del sistema híbrido FV/Diesel. Esta metodología se basó en la aplicación de dos herramientas: el software Homer Pro y un algoritmo desarrollado en MATLAB. La combinación de estas herramientas permitió realizar un análisis exhaustivo de la viabilidad del sistema, considerando diferentes escenarios de demanda, generación solar y costos de los componentes. Los resultados obtenidos demostraron la viabilidad técnica y económica del sistema híbrido FV/Diesel propuesto. Se evidenció que la implementación de este sistema permitiría: Reducir significativamente las emisiones de CO2, pasando de 192 321,73 toneladas a 37 930,54 toneladas en un período de 25 años. Esto representa una reducción del 80% en las emisiones de gases de efecto invernadero. Disminuir sustancialmente los costos de producción de energía, de $57 707 902 dólares a $15 231 050 dólares en 25 años. Esto significa una reducción del 73% en los costos de generación eléctrica. Garantizar la confiabilidad del suministro eléctrico y atender toda la demanda de energía de la ciudad. El sistema híbrido propuesto puede suministrar energía de manera confiable incluso durante los períodos de baja generación solar, gracias al respaldo del generador Diesel y al banco de baterías. Adicionalmente, se compararon los resultados obtenidos del software Homer Pro y del algoritmo desarrollado en MATLAB, encontrando una alta coincidencia entre ambos métodos. Esto valida la metodología propuesta y la convierte en una herramienta útil para el diseño y dimensionamiento de sistemas híbridos FV/Diesel en otras zonas aisladas.