Ingeniería Mecánica (Lic.)
http://hdl.handle.net/20.500.12404/15
2024-03-28T08:36:01ZDesarrollo de métodos de fabricación de bioplásticos a partir de algas verdes
http://hdl.handle.net/20.500.12404/27196
Desarrollo de métodos de fabricación de bioplásticos a partir de algas verdes
Miranda Berrocal, Luis Eduardo
En la actualidad, existe interés en el desarrollo de bioplásticos a partir de fuentes naturales para
reemplazar los plásticos convencionales obtenidos a base de petróleo debido a la
contaminación que genera tanto la producción de estos, como su largo proceso de
descomposición. El presente proyecto de tesis se centra en las algas verdes de la especie Ulva
como fuente de desarrollo de láminas de bioplástico a partir del Ulvan, su componente
principal. Las variedades tomadas durante el desarrollo de este proyecto fueron las algas Ulva
Nematoidea. Se evaluaron distintos métodos para poder extraer el polisacárido Ulvan de cada
muestra de algas, explorando extracción por medio ácido, medio neutro y medio básico. De los
cuales, el primer grupo no pudo ser tomado en cuenta para los ensayos de caracterización,
FTIR, tracción, DSC y TGA, debido a que su consistencia viscosa no permitía su manipulación.
Se produjeron delgadas de 50g de Ulvan y se agregó el 10% en peso de glicerol. Se compararon
los resultados obtenidos entre cada grupo de muestras, divididos por método de extracción y
por contenido de plastificante. Se pudo ver que el porcentaje de plastificante agregado al Ulvan
no degradó la estructura molecular del mismo, dando como resultados valores muy cercanos
para muestras con 0% y 10% de glicerol. El proceso determinante para diferenciar el
rendimiento de las muestras fue el método de extracción, del cual se obtuvo que las muestras
de medio básico alcanzan una mayor deformación y una mayor estabilidad térmica.
Los resultados obtenidos demuestran que las algas verdes estudiadas de la especie Ulva pueden
ser tomadas en consideración para la producción de bioplástico, ya que representan una fuente
abundante en el medio ambiente, el método de producción de las láminas no genera residuos
tóxicos y muestran un bajo porcentaje de materia inerte o inorgánica.; To this date, there is interest in the development of bioplastics made out of natural sources to
replace petroleum-based conventional plastics, due to the pollution generated by their
production, as well as their long periods of decomposition. The present thesis project focuses
on green algae of the Ulva species as a source for developing thin bioplastic films made out
of Ulvan, their main component. The varieties used during the present project were Ulva
Nematoidea. Different extraction methods of Ulvan polysaccharide were evaluated for each
algae sample, exploring acid, neutral and basic extraction. From which, the first group was
discarded from characterization tests, FTIR, traction, DSC and TGA, because their viscous
consistency did not allow their manipulation.
Thin films of 50g of Ulvan were produced and 10% in weight of glycerol plasticizer was
added for each sample. Results were compared for each sample group, divided by extraction
method and plasticizer content. The added plasticizer content did not show damage to
Ulvan’s molecular structure, giving results close to each other for 0% and 10% glycerol
content. The main process for sample yield difference was the extraction method, from which
it was obtained that basic medium samples reached a higher elongation and thermal stability.
The obtained results show that the studied green algae from the Ulva species can be
considered for bioplastic production, because they are abundant in the environment, the
production process does not generate toxic residues and they show a low percentage of inert
or inorganic content.
2024-02-28T00:00:00ZFabricación de nanogeneradores triboeléctricos a partir de biopolímeros
http://hdl.handle.net/20.500.12404/27154
Fabricación de nanogeneradores triboeléctricos a partir de biopolímeros
Urtecho Benites, Adrián Isaac
En la búsqueda de fuentes de energía sostenibles y autónomas, los nanogeneradores
triboeléctricos (TENGs) han surgido como dispositivos prometedores capaces de convertir la
energía mecánica en electricidad. Estos dispositivos aprovechan el efecto triboeléctrico, que
ocurre cuando dos materiales diferentes se frotan entre sí y generan cargas eléctricas, debido
a esto es importante encontrar materiales apropiados para generar estas cargas.
Los biopolímeros como el almidón y carragenina, han ganado atención significativa como
una alternativa prometedora a los polímeros sintéticos convencionales que se usan como
superficies activas en forma de láminas para la fabricación de TENGs. Dichos biopolímeros
se obtienen de fuentes naturales renovables, como algas, plantas y microorganismos.
Además, los biopolímeros presentan propiedades únicas que los hacen altamente atractivos
para su implementación en estos dispositivos.
La presente tesis se enfoca en la exploración de la fabricación de nanogeneradores
triboeléctricos utilizando láminas triboeléctricas obtenidas de los biopolímeros carragenina,
almidón, ulvan y los exopolisacáridos de cianobacterias. Para ello, primero se evaluó las
propiedades mecánicas y químicas de las láminas de biopolímeros. Los resultados de las
pruebas de tracción revelaron que los biopolímeros alcanzaron diferentes deformaciones y
esfuerzos máximos en respuesta a la carga aplicada. La espectroscopia FTIR confirmó que
los biopolímeros obtenidos correspondían a los esperados según el proceso de extracción
realizado.
Después de evaluar las características iniciales de las láminas de biopolímeros, se
desarrollaron prototipos de TENGs utilizando diferentes pares de láminas triboeléctricos. Se
fabricaron ocho prototipos de TENGs combinando las láminas de biopolímeros con
superficies de Kapton® y Teflón®. Se obtuvieron valores máximos de voltaje de 66.40 V en
el par triboeléctrico de Teflón® (PFTE) + carragenina, mientras que el par triboeléctrico de
kapton + ulvan generó el valor mínimo de 2.12 V. Estos resultados indican que los TENGs
pueden generar suficiente voltaje para su aplicación en dispositivos electrónicos portátiles de
bajo consumo, relacionados a LEDs, relojes o sensores. Los resultados obtenidos muestran el
potencial de los TENGs basados en biopolímeros como una fuente de energía sostenible y
autónoma.
2024-02-22T00:00:00ZAnálisis exergético de los efectos de la restricción parcial del aire de admisión e incremento de la temperatura de la mezcla aire - gas natural en un motor diésel funcionando en modo diésel/gas
http://hdl.handle.net/20.500.12404/27144
Análisis exergético de los efectos de la restricción parcial del aire de admisión e incremento de la temperatura de la mezcla aire - gas natural en un motor diésel funcionando en modo diésel/gas
Cieza Casamayor, Carlos Enrique
Estudios energéticos revelan que el rendimiento de los motores de combustión interna (MCIA) disminuye con el incremento de altitud de operación; asimismo, es relevante destacar que el Perú importa grandes volúmenes de combustibles líquidos, cuyo precio se establece en mercados internaciones. Por lo expuesto, resulta importante buscar métodos que mejoren el desempeño de los MCIA en condiciones de elevación, así como promover el estudio de combustibles alternativos a los derivados del petróleo que brinden mayor seguridad energética al país.
Con la finalidad de encontrar los procesos de mayor desaprovechamiento energético de los MCIA, se plantea el presente trabajo de tesis. La investigación tiene como objetivo realizar el análisis exergético de un motor Diesel en operación diesel - gas natural (D/GN), simulando condiciones de altitud en laboratorio mediante la restricción parcial del aire de admisión al motor (D/GN+RA), sumado al efecto de incremento de temperatura de mezcla aire - gas natural (D/GN+RA+T), sometido a dos velocidades de giro (1500 rpm y 2000 rpm) y tres niveles de carga (40 Nm, 80 Nm y 120 Nm).
Los resultados del estudio comprenden el cálculo de las exergías de ingreso al sistema, calor transferido, gases de escape, irreversibilidades, eficiencia exergética y rendimiento exergético. Además, se determina y cuantifica la causa de las irreversibilidades, las cuales se han dividido en tres: pérdidas por fricción, deficiencias en el proceso de combustión y exergía no contabilizada. El estudio concluye que el modo de operación diesel presenta mejor eficiencia exergética que los modos diesel – gas natural; de la misma manera, es el modo que presenta menores pérdidas por irreversibilidades. Por otro lado, se determina que el modo de operación D/GN+RA+T muestra los mejores resultados exergéticos de los modos bicombustible.
2024-02-21T00:00:00ZAutomatización del diseño de árboles de transmisión para cajas reductoras de engranajes cilíndricos y ejes paralelos
http://hdl.handle.net/20.500.12404/26813
Automatización del diseño de árboles de transmisión para cajas reductoras de engranajes cilíndricos y ejes paralelos
Delgado Marin, Alec Gonzalo
El diseño de árboles de transmisión es una tarea habitual en la industria de maquinarias,
para la cual se han desarrollado softwares especializados y procedimientos normalizados a lo
largo de los años. No obstante, el nivel de automatización y optimización es limitado, tiene un
enfoque general, y requiere de la intervención y experiencia de un diseñador en la mayoría de
los casos. Por ello, el objetivo de la presente tesis consistió en desarrollar un algoritmo que
diseñe árboles de transmisión con un alto grado de automatización, orientado específicamente
a árboles para cajas reductoras de engranajes cilíndricos, ejes paralelos y distribución
horizontal, para cajas reductoras de una, dos y tres etapas. El proceso de desarrollo del
algoritmo implicó la recopilación de normativas y recomendaciones especializadas
relacionadas con el diseño de árboles destinados a cajas reductoras. Luego, se estableció un
conjunto de árboles tipificados teniendo en cuenta tanto su ubicación dentro de la caja reductora
como los diversos tipos de uniones para transmitir potencia (uniones por chaveta, uniones
estriadas y piñón solidario). Asimismo, con el fin de automatizar el proceso de diseño, se
elaboraron los modelos CAD paramétricos de estos árboles, definiendo las variables
dimensionales dependientes e independientes. Además, se estableció un procedimiento que
permite automatizar los cálculos de tensiones y deformaciones mediante el modelado por
elementos finitos (FEM). Sobre esta base, se implementó la verificación del diseño de los
árboles según las normas técnicas DIN 743 para árboles, DIN 6885 para las uniones por
chavetas y DIN-ISO 14 para uniones estriadas. A fin de optimizar el diseño, se incorporó un
proceso iterativo que minimiza el volumen del árbol y asegura un factor de seguridad definido
por el usuario, obteniéndose como resultado el modelo CAD del árbol óptimo. Todo el
algoritmo fue implementado en el software comercial Autodesk Inventor, empleando el
módulo Inventor Nastran para los cálculos por FEM. Por último, para verificar el trabajo
realizado, se aplicó el algoritmo en el desarrollo de dos ejemplos relevantes. Los resultados
obtenidos mostraron una tendencia similar en el diseño de cinco árboles, los cuales
principalmente presentaron factores de seguridad mayores a los obtenidos mediante métodos
analíticos, mostrando la capacidad de minimizar el volumen de material y evidenciando el
carácter conservador de los métodos convencionales.
2024-01-17T00:00:00Z