Facultad de Ciencias e Ingeniería
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Ítem Texto completo enlazado Diseño de sistema de enfriamiento de uvas de mesa con capacidad nominal de 510 kg/h(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-04-09) Pacheco Callirgos, Marco Augusto; Barrantes Peña, Enrique JoséEn la actualidad, el sector agroindustrial en el país para la exportación de uva de mesa está creciendo; en un mercado competitivo nace la necesidad de mejorar la cadena de frío para la exportación de la uva de mesa y poder ofrecer un mejor producto de calidad. En ese sentido, se necesita fijar unas ciertas características al producto para su exportación mediante un adecuado enfriamiento. Con este propósito, se desarrolló el diseño y selección de componentes de un sistema de enfriamiento de uva de mesa con capacidad nominal de 510 kg/h. Se tomó como referencia las normas alimentaria CODEX STAN 255-2007 y NTP 0.11.12.2005 para cumplir con los requisitos finales de temperatura de la uva. Además, se consideró lo estipulado en los manuales de ASHRAE “Refrigeration 2018” y “Fundamentals 2017”; así como las directrices del Código Nacional de Electricidad y el uso de programas CAD. La propuesta es un sistema de enfriamiento rápido de tipo túnel estático de aire forzado con capacidad nominal de 510 kg/h, con una temperatura del aire del túnel de -15°C, la temperatura de evaporación es de -20°C y la de condensación es de 40°C. El tiempo de enfriamiento de 7,61 h, además de una capacidad de refrigeración de 31,43 kW y el uso de refrigerante R404a. Las dimensiones del sistema de enfriamiento son de 6 300 x 5 300 x 3 500 mm largo, ancho y alto respectivamente; y con costo total de USD 101 083,57.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de calefacción solar activo de 5,8 kw para viviendas unifamiliares rurales ubicadas en Mazocruz(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-30) Hoyos Avalos, Luis Alonso; Barrantes Peña, Enrique JoséEn el presente trabajo se ha desarrollado la ingeniería para el diseño de un sistema activo de calefacción solar cuyo objetivo será brindar condiciones de confort térmico durante las noches a una vivienda unifamiliar ubicada en Mazocruz. De esta manera, las familias podrán enfrentar las temperaturas mínimas ocasionadas en su mayoría durante el periodo de heladas. Para lograrlo, se utilizó el método de diseño en Ingeniería Mecánica basado en la recomendación VDI 2221 “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productos” como herramienta para obtener una propuesta de solución que cumpla con las exigencias particulares del proyecto. El diseño plasmado consiste en una unidad de 5,8 kW de capacidad térmica que logra mantener una temperatura interior de 20 °C, durante un periodo nocturno de 12 horas, gracias a la transferencia de calor de aire forzado a 40 °C. El sistema se encuentra conformado por un colector térmico solar de doble placa corrugada de 35,6 m2, dos acumuladores térmicos de 2,9 m3 cada uno, un ventilador en ducto de 1,13 kg/s a 395,7 Pa y un arreglo de ductos metálicos rectangulares, adecuados para su disposición sobre techo. En esta tesis se han incluido el cálculo de dimensionamiento de los equipos, las verificaciones mecánicas de los componentes y planos de ingeniería. El costo total por el diseño técnico, suministro de materiales y fabricación en taller se ha estimado en S/ 41 247.00.Ítem Texto completo enlazado Implementación de una cámara de refrigeración para almacenamiento de palta hass con una capacidad de 1680 toneladas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-31) Saldívar Galarza, Rafael Jorge; Barrantes Peña, Enrique JoséEl presente proyecto consiste en implementar una cámara de refrigeración para el almacenamiento de 1680 toneladas de palta Hass, la cual debe trabajar a una temperatura ambiente de +5° C. El producto es almacenado en paletas, las cuales se distribuyen en un sistema de almacenamiento conocido como estantes (racks) acumulativos. Para obtener la temperatura del aire al interior de la cámara, se usó un sistema de refrigeración con R-717 (Amoniaco) bombeado; debido a su alta eficiencia y bajo potencial de calentamiento global (de su sinónimo en inglés PCG) en comparación a los refrigerantes sintéticos (Cero Grados Celsius 2015). El diseño final se basó en las necesidades de producción del cliente en alta demanda (toneladas por día) y en el estudio de catálogos y manuales de refrigeración para la selección de equipos de la cámara frigorífica. El sistema de refrigeración con R-717 bombeado, tiene como principales componentes: un compresor de tornillo, un motor asíncrono trifásico, un condensador, evaporadores simple efecto, válvulas de expansión, tanques presurizados (tanque separador y tanque recibidor), bombas de amoniaco, dispositivos de seguridad (presostatos) y dispositivos de control (termostatos). Para el aislamiento, se consideraron paneles de poliestireno expandido de 100 mm de espesor. Finalmente, para la parte estructural se consideraron perfiles de acero galvanizado, teniendo como medidas finales de la cámara frigorífica: 53.5 m (L) x 23.2 m (A) x 9.6 m (H). El trabajo realizado contempló el cálculo de cargas térmicas, la selección de los principales equipos de refrigeración y el cálculo de tuberías. Adicionalmente, en los anexos se muestran ejemplos de selección usando softwares y catálogos. Finalmente, se muestra el detalle del costo estimado para la implementación de la cámara de refrigeración el cual asciende a $ 602,123.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 panel enfriado para aplicación en cobertura de techo de 42m2 en la región de Arequipa, Perú(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-03-01) Busquets Elliot, Carlos Alfredo; Barrantes Peña, Enrique JoséEn Perú existen diversas poblaciones que no cuentan con acceso a viviendas, cuyo diseño contemple el clima de la zona habitada. Esto suele traducirse como una incomodidad por parte del ocupante de la vivienda, al verse obligado a permanecer en un ambiente con una temperatura alejada del rango considerado como de confort. Tras una investigación, se selecciona a la localidad de “La Joya”, provincia de Arequipa”. Esta Localidad al ser habitada por pobladores de escasos recursos, y al estar sometida a una irradiación solar anormalmente alta, que promedia hasta 8Kwh/ m2 según SENAMHI; reúne los factores causantes de una alta carga térmica por techo, la cual se traduce en una alta temperatura interior del recinto y la consecuente incomodidad del habitante. Para dar solución al problema, se propone la utilización de un “Techo enfriado”. Este tendría como característica principal el ser una única estructura alivianada provista de canales de refrigeración, capaz de sustituir el sistema convencional de techo de fibras naturales o láminas metálicas. Tras el diseño térmico y las comprobaciones mecánicas, se logra determinar que es posible evitar hasta un 61% de la carga térmica del recinto a través del techo, utilizando un caudal de agua de refrigeración de 270l/h. Para ejemplificar la aplicación, se recurre al modelo de vivienda utilizado en el proyecto “Inkaq Samanan”. Finalmente se analiza la posibilidad de aprovechar el calor antes problemático, llegándose así al diseño de una vivienda fresca y con agua caliente solar/eléctrica.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de climatización para un domo de 50m2 de uso familiar en la ciudad de Pisco(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-10-19) Auris Casma, Omar Tadeo; Barrantes Peña, Enrique JoséEn la presente tesis se diseña un sistema de climatización que proporcione condiciones de confort en época de verano e invierno para un domo geodésico de uso familiar. Este domo será diseñado solo para ser instalado en la ciudad de Pisco, ya que para la determinación de la radiación incidente se consideró la latitud y longitud del lugar mencionado. Por un lado, para la carga térmica de refrigeración, se considera al domo como un conjunto de placas de 1 m x 0.85 m dispuestas en 8 niveles para así estimar la irradiación total incidente sobre cada placa y consecuentemente sobre el domo. Además, teniendo en cuenta la misma suposición, se calcula los coeficientes globales de transferencia de calor para cada nivel ya que este es un factor importante en el cálculo de la carga térmica por transmisión de calor. Por otro lado, para la carga térmica de calefacción, el domo fue considerado como una esfera completa para la simplificación de los cálculos; sin embargo, se utilizaron factores de corrección debido a que el domo es semiesférico. A continuación, se procede a determinar la carga térmica de refrigeración y calefacción las cuales son 4370 W (14902 BTU/h) y 1011 W (3450 BTU/h) respectivamente. Asimismo, se estima un mínimo de 140 m³/h (81 CFM) de aire exterior para cumplir con los requerimientos de ventilación. Se utiliza la metodología propuesta por el Handbook Fundamentals de ASHRAE. De acuerdo a los valores obtenidos, se selecciona un extractor de pared para la renovación de aire y un conjunto de equipos de climatización compuesto por un split ducto y un calentador eléctrico para proporcionar confort térmico al ambiente. Finalmente, se realiza una evaluación económica referente al costo del sistema seleccionado, donde se incluyen diversos costos tales como: costo inicial, costo de instalación, costo de operación y costos de mantenimiento.Ítem Texto completo enlazado Sistema de enfriamiento de los cojinetes de los molinos de un proyecto minero para 454 litros/min de aceite(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Soria Pazos, Giuliano César; Barrantes Peña, Enrique JoséEn el presente trabajo se ha realizado el diseño térmico de un sistema de enfriamiento y la selección de los equipos principales de dicho sistema, el cual está encargado de realizar el enfriamiento de 454 l/min de aceite empleado para disipar el calor generado por la fricción en los cojinetes de los molinos SAG y de bolas de una planta de procesamiento de cobre. El procedimiento está basado, principalmente, en realizar el cálculo de la transferencia de calor que se requiere para llevar las temperaturas de los fluidos a unos valores tales que puedan realizar su función tanto de calentar como disipar el calor de los componentes y fluidos con los cuales están en contacto. El trabajo está dividido en cuatro partes, una de ellas incluye el estado del arte en el sector minero sobre los procesos de molienda, específicamente para la obtención de cobre y la información general de los aceites utilizados industrialmente; en la segunda se encuentra la metodología que se siguió para realizar el cálculo térmico de los equipos principales; en la tercera se tiene el desarrollo de la metodología para el caso específico y la selección de dichos componentes; y en la última se detalla los costos y presupuesto de adquisición de los componentes principales del sistema. El sistema de enfriamiento está formado, principalmente, por tres equipos: un intercambiador de calor del tipo de carcasa y tubos de 198 mm de diámetro y 1200 mm de largo, cuya área de transmisión de calor es de 13.76 m2 y su capacidad térmica es de 323 kW; en el cual se intercambia el calor entre el fluido caliente que, en este caso, es el aceite, y el fluido frio, el cual es el agua; una torre de enfriamiento de tipo tiro mecánico a contracorriente, cuya carga térmica es de 493 kW y potencia nominal de 3.73 kW; en la cual se realiza el enfriamiento del agua que ha sido calentada al estar en contacto con el aceite; y una bomba de agua, que trabajará con 7 l/s y una altura de 11 m.c.a. y cuya potencia nominal es de 1.42 kW; la cual se encarga de permitir la recirculación del fluido; y por un sistema de tuberías, por donde circula el agua. Se puede establecer un valor comparativo entre el costo de inversión inicial y la capacidad de enfriamiento que tiene el sistema. Dado que se tiene que la inversión es de 16647.33 US$ y la capacidad de enfriamiento del sistema es de 323 kW, se tendría la siguiente información: 51.54 US$/kW.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un horno de crisol para la fundición de 600 kg. de aluminio reciclado utilizando gas natural(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-14) Pillaca Burga, Ricardo; Barrantes Peña, Enrique JoséEn la presente tesis se realiza el diseño de un horno basculante de crisol con capacidad para fundir 600 kg de aluminio reciclado en forma de trozos o a granel. El sistema de combustión utiliza gas natural como combustible proveniente de la red de distribución pública de Lima Metropolitana. La temperatura a la que trabaja el equipo será de 760°C (temperatura de colada del aluminio) y el tiempo para realizar todo el proceso no deberá ser mayor a 1 hora para lo cual se utiliza un quemador de alta velocidad con un rango de potencia de operación de 85kW hasta 590 kW. Para obtener el diseño final, primero se realizó una introducción a los parámetros básicos de diseño (propiedades físicas del aluminio, flujos de calor, descripción de los fenómenos de transferencia de calor, entorno de trabajo, etc.) que fueron necesarios para la realización de los cálculos tanto energéticos como mecánicos. Se aplicó la metodología de diseño que permitió conocer el concepto de solución óptimo para las consideraciones de operación establecidas. A partir de esta concepción se realizó el diseño térmico que posibilitó determinar la dimensión de la cámara del horno cuyo diámetro interior es 1083mm; también se definió que el espesor de paredes de aislamiento es de 127mm y se conoció cuál es el flujo de calor necesario para realizar el proceso de fundición encendiendo el horno desde frío (compensación por pérdidas y absorción de calor a través de las paredes). Asimismo, también se realizó el cálculo de la cavidad para la chimenea y de los flujos necesarios de combustible y aire que determinaron el diámetro de tuberías a utilizar para el suministro hacia el quemador con valores de 2 y 4 pulgadas respectivamente. Por otra parte, se hizo el cálculo para los elementos estructurales y de apoyo tales como vigas, ejes, cordones de soldadura, rodamientos y pistones hidráulicos; dichos elementos son la base en donde se soportan todos los demás elementos mencionados además de permitir el giro de la cámara del horno (basculación) para verter el aluminio una vez que este haya alcanzado su temperatura de colada. Finalmente, se realizó el presupuesto del proyecto cuyo monto aproximado es de US$ 57,712.93 para la adquisición de equipos, materiales además de la mano de obra y servicios necesarios para ejecutar la fabricación y montaje del equipo.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un congelador de placas para pescado con capacidad de 240 kg/h(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-01) Yépez Sánchez, Miguel Ángel; Barrantes Peña, Enrique JoséEl presente trabajo de tesis tiene como objetivo diseñar un congelador de placas para pescado de capacidad 240 kg/h que pueda ser fabricado y ensamblado con la tecnología disponible en la industria nacional y que cuente con un sistema de refrigeración autónomo. Para el diseño del presente proyecto se consideraron las propiedades termofísicas de la especie caballa (meckerel), pues es de la única especie de la cual existe información confiable y disponible. Asimismo, se utilizó como metodología la norma de diseño VDI 2221 y 2225, dividiendo el diseño de la máquina en dos dominios: refrigeración y mecánico. En adición, se realizó la ingeniería básica y selección de componentes eléctricos e instrumentación. Como referencia para el cálculo y selección de equipos y mecanismos se utilizó lo impartido en los cursos de Termodinámica, Mecánica de Fluidos, Transferencia de Calor, Resistencia de Materiales, Elementos de Máquinas y Electricidad, siendo estos conocimientos complementados con normas técnicas de la American Society of Mechanical Engineers (ASME), los manuales de la American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) y recomendaciones de diversos fabricantes de máquinas. Finalmente, se obtuvo como resultado del diseño un congelador de placas en disposición horizontal accionado a través de un mecanismo hidráulico. El sistema de refrigeración utiliza R-404a y es capaz de congelar, hasta una temperatura de -26 °C en el centro, 600 kg de pescado tipo caballa en un tiempo de 2.36 horas, con dimensiones generales de 3.5 x 3.5 x 2.7 m, un consumo de agua fría a 5 °C de 13600 kg/h y un consumo eléctrico de 22.0 kW a un voltaje industrial trifásico de 440 VAC. El costo total del proyecto es de USD 73,300.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de extracción y tratamiento de gases de un ambiente de forja y soldadura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-08-03) Delgado Yaranga, Marco Alonso; Barrantes Peña, Enrique JoséEn la actualidad, el oficio de cerrajería en el Perú tiene cada vez mayor incentivo a nivel nacional. Sin embargo, su práctica todavía se desarrolla a niveles artesanales. Por ello, es importante determinar cómo son las condiciones de trabajo bajo las cuales operan los cerrajeros. Los procesos que se emplean en cerrajería son la soldadura y el calentamiento de piezas metálicas. Este último proceso se lleva a cabo generalmente en fraguas de carbón. Luego del calentamiento, la pieza está en condiciones para ser forjado de manera manual. Los procesos de soldadura y forja generan desechos, tales como gases de combustión, humos, material particulado, etc. que son dañinos tanto para el trabajador como al medioambiente. En el Laboratorio de Manufactura de la Sección de Ingeniería Mecánica de la PUCP se llevan a cabo los cursos de Taller Mecánico 1 y Taller de Procesos de Manufactura, en los cuales se dictan las sesiones de soldadura y forja. Es por ello, que fue necesaria una evaluación de las condiciones de trabajo del personal técnico y de los alumnos durante estas sesiones. Para el siguiente trabajo de tesis, se realizaron lecturas de concentración de gases en los ambientes de soldadura y forja del Laboratorio, mediante un analizador de gases TESTO 350-XL brindado por el Departamento de Energía de la PUCP. Se detectaron valores de concentración de monóxido de carbono (CO) mayores a 520 ppm en el ambiente de forja y de 195 ppm de la familia de monóxidos de nitrógeno (NOx) en el ambiente de soldadura. Ante los resultados obtenidos, se concluyó que el ambiente de forja y soldadura del Laboratorio cuenta con una necesidad de extracción y tratamiento de los gases emitidos en ambos procesos. Se realizó el diseño de dos sistemas de extracción independientes para cada ambiente de trabajo. Para la fragua, se diseñó un sistema con un caudal de aspiración total de 0,32 m3/s y presión de 58,92 mmH2O, dos depuradores húmedos tipo torre empacada de 0,83 m de diámetro y 1,9 metros de altura, con una capacidad de absorción de 79,6% y 139,8 Pa cada una. Para el ambiente de soldadura, el sistema cuenta con un caudal de aspiración total de 1,46 m3/s y presión de 75,96 mmH2O y un depurador húmedo tipo Venturi de 156,25 Pa. El presupuesto correspondiente al diseño, fabricación e instalación de los dos sistemas fue de $ 44 821.
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