Facultad de Ciencias e Ingeniería
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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 Soldadura a tope de tuberías API 5L X65QO de 10” SCH STD/40 para ducto submarino de transporte de hidrocarburos líquidos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-11) Chávez Yalles, Diego Alexis; Lean Sifuentes, Paul PedroEl presente trabajo tuvo como objetivo principal realizar un procedimiento preliminar de soldadura para la unión a tope de tuberías API 5L PSL2 de grado X65QO de 10 pulgadas de diámetro nominal y cedula STD/40 (espesor de 0.366 pulgadas), mediante dos procesos de soldadura por arco eléctrico: SMAW y FCAW, que conformaran un ducto submarino para la recepción de hidrocarburo blancos o refinados, tales como gasolinas, gasóleos, Diésel y turbos, para el abastecimiento del mercado local, basándose en la normativa nacional dada por el Decreto Supremo N°081-2007-EM “Reglamento de Transporte de Hidrocarburos”, y las nomas o códigos internacionales recomendadas en ella, como el código de fabricación ASME B31.4-2018 “Sistemas de Transporte de Hidrocarburos Líquidos y otros Líquidos por Ductos de Tubería” y la norma API 1104-2021 “Soldadura de Tuberías e Instalaciones Relacionadas”. Para la elaboración de este procedimiento preliminar de soldadura se tomó como punto de partida valores teóricos, tales como, composición química de la tubería, según lo estipulado en la norma API 5L, y los parámetros de soldeo que el fabricante recomendaba, para el caso del material de aporte. Posteriormente, estos valores fueron comprobados utilizando los métodos y/o formulas propuestas por distintos autores o asociaciones para predecir las características que tendrá el cordón de soldadura y con ello su comportamiento, obteniéndose resultados favorables Asu vez, este documento brinda los criterios de para la calificación del procedimiento de soldadura y para la calificación de soldadores a través de ensayos destructivos, tales como: ensayo de tracción, ensayo de doblado de cara y de raíz, Ensayo de rotura con entalla (Nick break) y el ensayo de impacto Charpy, siendo este último uno adicional para garantizar la tenacidad de la soldadura a una temperatura critica de 0°C y conocer la caracterización de la transición dúctil-frágil del mismo. Además, se detallan los puntos a seguir para una adecuada inspección en la producción del ducto.Ítem Texto completo enlazado Análisis económico y procedimiento de soldadura para tanque de almacenamiento de 1000 galones de petróleo fabricado de acero inoxidable AISI 304 según API 650(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-15) Rios Roque, Renzo Rai; Lean Sifuentes, Paul PedroEn el presente documento se realiza un análisis económico para seleccionar el proceso de soldadura en la fabricación de un tanque de 1000 galones de acero inoxidable AISI 304 según API650 para almacenamiento de petróleo. El análisis económico se realiza para dos alternativas: en la alternativa 1 se emplea el proceso FCAW para espesores mayores a 9 mm, y el proceso GTAW para espesores menores; en la alternativa 2, se emplea una combinación de procesos GTAW-SMAW, donde se emplea GTAW como pase de raíz y SMAW como pase de relleno. En base al resultado del análisis económico se selecciona la alternativa 1; debido a que presenta mayor rendimiento y menor costo de producción. Luego, se desarrolla los procedimientos de soldadura preliminares según el código ASME IX para la alternativa seleccionada, para ello se elaboran diseños de juntas según el código de fabricación API650. Además, se selecciona el material de aporte y se establecen los parámetros de soldadura en base a bibliografía y recomendaciones de fabricantes de materiales de aporte. Asimismo, en el presente trabajo, se desarrolla los lineamientos para la calificación de los procedimientos de soldadura preliminares; se describe la cantidad y medidas de los cupones, los tipos de ensayos y los parámetros de aprobación que las pruebas deben cumplir para calificar los procedimientos propuestos. Por último, se da los lineamientos para realizar la calificación de soldadores, se describe las variables esenciales, tipos de cupón y ensayos que se requiere para realizar la calificación de soldadores.Ítem Texto completo enlazado Diseño y optimización de carcasas soldadas para cajas reductoras de engranajes cilíndricos y ejes paralelos mediante el uso de herramientas computacionales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-24) Li Dejo, Gustavo Roberto; Franco Rodriguez, RosendoLa presente tesis tiene por objetivo desarrollar un procedimiento de diseño automatizado de carcasas soldadas de reductores de velocidad de engranajes cilíndricos, ejes paralelos y disposición horizontal. En el primer capítulo se identifican los componentes constructivos de las carcasas y sus variantes. Asimismo, se distinguen los componentes normalizados y se reúne información sobre las consideraciones constructivas que se deben de tener en cuenta al momento de diseñar la carcasa. En el segundo capítulo se utiliza la información recolectada para tipificar las carcasas. Asimismo, se establecen las variables independientes y dependientes y se procede a elaborar el modelo CAD paramétrico correspondiente. En el tercer capítulo se define el modelo de elementos finitos para analizar la carcasa, se determina una estrategia de mallado y se establecen las cargas y restricciones de desplazamiento. El modelo computacional elaborado se utiliza para realizar un análisis preliminar con la finalidad de reducir el número de casos a analizar en el algoritmo final. En el cuarto capítulo se implementa y describe el algoritmo desarrollado para la automatización y optimización del diseño. Toda la implementación fue realizada en el entorno del software Autodesk Inventor, empleando el módulo Inventor Nastran para el análisis por elementos finitos. Finalmente, en el quinto capítulo se pone en práctica el programa elaborado mediante dos ejemplos de aplicación y se comparan los resultados respecto a sus diseños originales. Se concluye que los espesores obtenidos por el algoritmo en todos los casos son menores que el espesor recomendado para carcasas fundidas. Además, se constató que la optimización de los espesores implica un ahorro significativo del volumen de material, el cual alcanza valores de hasta un 45% respecto a carcasas fundidas.Ítem Texto completo enlazado Metodología para inspección visual remota en juntas soldadas de tuberías de acero inoxidable mayores a 4" de diámetro y con espesores hasta 3 mm empleando el videoscopio lenox modelo PVS(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-03) Carbajal Olivera, Carlos Humberto; Merino Ponce, DanielEn el Laboratorio de Materiales de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) se vienen brindando servicios a la industria desde 1973. Actualmente el Laboratorio de Materiales de la PUCP cuenta con un prestigio ganado a lo largo de su trayectoria y brinda los servicios de los ensayos no destructivos como: Inspección Visual, Líquidos penetrantes, Partículas Magnéticas, Radiografía Industrial y Ultrasonido a las empresas más importantes del medio. En las empresas de rubro alimentario, en especial la empresa Backus tiene la necesidad de supervisar que las juntas soldadas de las tuberías de acero inoxidable, por donde se transporta miles de litros de cerveza, se encuentren bien elaboradas. Es cierto que mediante el uso de la radiografía industr ial se puede corroborar la sanidad de la junta soldada, pero lo que no detecta la radiografía es la posible oxidación (carbonización), que puede presentarse cuando no se realiza un aislamiento adecuado de argón al interior de la tubería antes de proceder a soldar, pero con el Videoscopio Lenox, del laboratorio de materiales de la PUCP, mediante la inspección visual remota si se puede hacer, pero no existe una metodología para la inspección por medio de este equipo. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo desarrollar una metodología para inspeccionar visualmente las juntas soldadas de tuberías de acero inoxidable mayores a 4" de diámetro y con espesores hasta 3mm, empleando el Videoscopio Lenox modelo PVS. Para conseguir el objetivo planteado, la tesis detalla los criterios de aceptación y rechazo de uniones soldadas en tuberías de acero inoxidable, que nos servirá para elaborar las imágenes patrones de discontinuidades no permitidas por el código AWS D18.1. Se preparó 02 prototipos, uno para realizar el so Ideo sin purga con gas argón, el cual permitirá capturar la imagen patrón de la oxidación en una unión soldada al interior de la tubería y el segundo prototipo para realizar el soldeo con previa purga de gas argón, el cual permitirá demostrar que es indispensable purgar las tuberías de acero inoxidable para garantizar la sanidad de la junta soldada, a pesar que sea costoso por el número de metros de tubería que normalmente tienen las empresas de rubro alimentario. Se detalla las características técnicas de cada equipo que conforman el Videoscopio Lenox modelo PVS, así como sus partes más importantes, que permitirá familiarizarse con el equipo antes de usarlo. Finalmente se elabora el procedimiento para el uso del Videoscopio Lenox modelo PVS en la inspección visual remota para tuberías de acero inoxidable mayores a 4" de diámetro y con espesores hasta 3mm y se elaboran las imágenes patrones de discontin uidades no permitidas por el código AWS D18.1 haciendo uso de los prototipos preparados.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.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de un algoritmo para el diseño de carcasas soldadas para cajas reductoras de engranajes cilíndricos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-07-05) Blas Cajas, Michael Anderson; Franco Rodríguez, RosendoLa presente tesis tuvo como objetivo desarrollar e implementar un algoritmo que permita realizar el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de engranajes cilíndricos. Se realizó una revisión del estado del arte de carcasas soldadas de cajas reductoras, lo cual permitió tipificar los modelos de este tipo de carcasas a considerar en este estudio. Se constató que el diseño de la carcasa se realiza en función de la geometría de los componentes que aloja y de las cargas que soporta, sin embargo, no se encontró un método confiable para el cálculo del espesor de pared de la carcasa. Para determinar este espesor se desarrolló un procedimiento basado en expresiones analíticas y en resultados de simulación numérica. El procedimiento permite calcular el espesor de la plancha lateral y determinar el tipo de nervio rigidizador a emplearse, considerando un factor de seguridad igual a 2. Se pudo apreciar que la zona crítica de la carcasa corresponde al nervio rigidizador que se encuentra ubicado en el alojamiento del árbol de salida. Este procedimiento fue incorporado dentro de un algoritmo que se implementó para dimensionar carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas. Los datos de entrada del algoritmo son las dimensiones principales de los componentes internos y las cargas sobre los apoyos de los rodamientos, ofreciendo como resultados de salida todas las dimensiones de la carcasa y su modelo 3D. El algoritmo se implementó en el software Autodesk Inventor, el cual cuenta con la plataforma de programación Visual Basic for Applications (VBA), lo que permitió realizar algunas pruebas mediante ejemplos de aplicación. Las pruebas realizadas permiten concluir que el algoritmo propuesto es viable para el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas.Ítem Texto completo enlazado Evaluación del procedimiento de soldadura de la unión disímil entre aceros API 5L X70 PSL1 y ASTM A707 L5 F65(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-14) Luna Tejada, Renzo André; Rozas Gallegos, Aníbal FreddyEn el presente trabajo se evaluó la especificación de procedimiento de soldadura para la unión disímil entre una brida y una tubería de materiales API 5L X70 PSL1 y ASTM A707 L5 F65 (no homologado por ASME) respectivamente, ambas de 24 pulgadas de diámetro y 21.5 milímetros de espesor. Los procesos de soldadura empleados fueron GTAW y SMAW, el primero para el pase de raíz y el segundo para los pases de relleno. El objetivo general de la tesis es el de calificar el procedimiento de soldadura para la unión entre la brida y la tubería antes mencionadas, con la finalidad de asegurar su implementación en el sistema de transporte de gas natural por ductos. La caracterización de los materiales base se realizó a través de ensayos de análisis químico y de tracción. El análisis químico reveló que el acero ASTM A707 L5 F65 presenta variaciones con respecto a la composición química nominal del acero ASTM A707 L5 Cl4, particularmente, en los porcentajes en peso de manganeso y molibdeno. Asimismo, se realizaron ensayos de calificación del procedimiento de soldadura. Del cupón soldado se extrajeron dos probetas para ensayos de tracción, cuatro probetas para ensayos de doblez lateral y nueve probetas para ensayos de impacto. En los ensayos de tracción la fractura se presentó en el material base y los esfuerzos máximos obtenidos fueron ligeramente mayores al esfuerzo de tracción de la junta soldada, los ensayos de doblado no revelaron defectos relevantes y en los ensayos de impacto los valores de energía absorbida por el material fueron mayores al mínimo establecido por la especificación técnica API 5L. Por otro lado, se realizaron ensayos de inspección visual y de macrografía, los cuales no revelaron discontinuidades en el cordón que afectaran la calidad del mismo. Sobre la base de los resultados obtenidos se concluyó que, según lo estipulado en el código ASME sección IX, el procedimiento de soldadura propuesto se encuentra calificado y, por consiguiente, la ejecución del cordón de soldadura entre la brida y la tubería mencionadas debe realizarse en función de dicho procedimiento.Ítem Texto completo enlazado Procedimiento para el diseño de carcasas soldadas para cajas reductoras de media y alta potencia con optimización de los parámetros geométricos principales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-02) Reghellin Palacios, Giacomo Franco; Franco Rodríguez, RosendoLa presente tesis tuvo por objetivo el procedimiento para el diseño y desarrollo de carcasas soldadas para cajas reductoras de ejes paralelos y engranajes cilíndricos. Si bien no se trató a profundidad el tema de los componentes internos de la transmisión, se realizaron cálculos aproximados de resistencia para el dimensionamiento general de los componentes para un caso particular de estudio. Se obtuvieron valores de fuerzas de reacción y dimensiones con lo cual se pudo obtener la geometría básica de la carcasa. A partir de dicha geometría se procedió a realizar una serie de análisis por elementos finitos buscando mitigar esfuerzos más altos y reduciendo áreas del diseño básico que no trabajaban bajo casi ningún esfuerzo. De esta forma se cambió la geometría de la carcasa sin cambiar los parámetros principales, realizando meramente cambios geométricos locales, con la finalidad de transmitir la mayor carga posible. Una vez establecidos los parámetros geométricos principales se procedió a optimizar los espesores, las fuerzas de pre ajuste, el número de tornillos, así como el tamaño de garganta de los cordones de soldadura. De esta forma se obtuvo un factor de seguridad no menor a 2 en cualquier punto de la carcasa, lo que traería consigo una reducción del material. Finalmente, dados los resultados obtenidos en la aplicación particular, se pudo concluir que el procedimiento desarrollado de forma teórica en los capítulos previos puede ser usado como referencia para el diseño de carcasas soldadas para cajas reductoras.Ítem Texto completo enlazado Estudio de la soldabilidad de la unión disimilar de un cobre con 5 % de Zn con acero estructural ASTM A36(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-16) Ramos Llerena, Ricardo André; Lean Sifuentes, Paul PedroDebido a la poca práctica en el soldeo y obtención de uniones disimilares (materiales de diferente composición química y propiedades mecánicas), los conocimientos sobre estos tipos de uniones son muy reducidos en comparación con las uniones similares. El problema principal de este tipo de uniones es que las características de cada unión son muy particulares según los metales bases que se quieran unir y el material de aporte que se use. En el presente trabajo se estudió la soldabilidad de una unión disimilar formada por una aleación de Cu-5Zn y acero estructural ASTM A36, ambos de 3,0 mm de espesor. El proceso de soldeo empleado fue SMAW. Luego de ensayos previos, se obtuvieron uniones soldadas con propiedades mecánicas satisfactorias empleando como aportes (electrodos) ECuSn-A (Cu-6Sn) y ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni). Las uniones soldadas obtenidas con ambos aportes, fueron ensayadas a tracción, rompiendo en el metal Cu-5Zn. Estas uniones presentan una resistencia máxima a tracción promedio que varía entre el 80% y 84% de la resistencia del metal base Cu-5Zn. Las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-C alcanzan una resistencia a la tracción de 243 MPa; mientras que, las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-A logran alcanzar 234 MPa. Los valores de elongación (ductilidad) obtenidos a través del ensayo de tracción muestran que con ambos aportes se alcanzan valores muy similares (22 %). De los ensayos de microdureza Vickers realizados, se aprecia que no existe mayor diferencia en los valores de dureza encontrados en ambas ZACs y metales de aporte. De acuerdo a los resultados encontrados en la presente tesis, se recomienda el empleo del aporte ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni) para las uniones soldadas mediante el proceso SMAW entre el acero estructural ASTM A36 y la aleación Cu-5Zn, ambos de 3,0 mm de espesor. Este aporte presenta un costo que es un 8% menor que el aporte ECuSn-A (Cu-5Sn); además, que las uniones presentan un mejor acabado superficial.