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Diseño conceptual de un sistema automático para soldadura orbital para tuberías de 32” a 14”
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-01) Díaz Choque, César Steven; Sigüenza Astoquillca, Michel
En el Perú existe un escaso número de soldadores calificados; por ello, el país cuenta con mucha demanda de soldadores para los diferentes proyectos que se están realizando como la extensión de los gaseoductos sur peruano, entre otros, pero no se da abasto de soldadores. Esta situación conlleva, por parte de las concesionarias, a recurrir a mano de obra extranjera aumentando los precios de la mano de obra. Los objetivos del presente trabajo de investigación son el diseño conceptual de un sistema automatizado de soldadura orbital para tuberías de. Esto consiste en la pre-selección del diseño mecánico, la pre-selección del diseño electrónico y del sistema de control. Se utilizará la metodología VDI 2221 donde se desarrolla el planteamiento del problema, se desarrollan las propuestas de solución y se selecciona la solución optima. En el presente trabajo se realizó un extensivo estado del arte, el cual sirvió como base para la selección de los diferentes componentes mecánicos que contienen el sistema mecatrónico. Se obtuvieron cinco conceptos de soluciones y se seleccionó el optimo por medio de un análisis técnico vs económico. Del presente trabajo de investigación se concluye que es posible el diseño de un sistema orbital que cumpla con los requerimientos de la norma API 1104. Además, se concluye que para mejorar el sistema automatizado de soldadura orbital es necesario diseñar un sistema de seguimiento de soldadura o incluir alguno ya existente en el mercado.
Diseño conceptual de un vehículo autónomo para el traslado de una máquina de soldadura orbital
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-03) Vargas Núñez, Juan Diego; Sigüenza Astoquillca, Michel
Dado el incremento de demanda en energía que se puede observar en los países en desarrollo los últimos años, y siendo el gas natural una fuente confiable y con un costo reducido en comparación a otros hidrocarburos, se percibe una necesidad de aumentar la distribución de este a más regiones del país, pero para realizar esto, se requiere de implementación de ductos que transporten el hidrocarburo hacia zonas cercanas a las urbanizaciones. Por ello, el objetivo en del presente trabajo de investigación es encontrar una forma eficiente y veloz de realizar el proceso de soldadura, al reemplazar el sistema manual usado actualmente en el Perú al desarrollar un vehículo que traslade y posicione automáticamente una máquina de soldadura orbital. Una de las ventajas que se esperan de forma directa es la reducción de los fallos en la realización de uniones por soldadura, los cuales son aproximadamente el 8% de las uniones soldadas (Congreso de la República del Perú, 2006). La metodología usada para evaluar los conceptos de solución que se planteen será una aproximación general a la norma VDI 2206 y la VDI 2221, empleadas para el diseño de sistemas técnicos y productos (Pahl, Beitz, Feldhusen, & Grote, 2013). En este presente documento se abordarán los problemas actuales que presenta el proceso actual, luego se procederá a investigar sobre dispositivos que cumplan funciones similares a las deseadas o que puedan ser acoplados al diseño, luego con toda la información obtenida se busca crear tres posibles soluciones para compararlas y finalmente llegar al concepto óptimo que podría aplicarse para este problema.
Diseño conceptual de un vehículo submarino de apoyo para el mantenimiento preventivo de los cordones de soldadura en la carena de los buques
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-07) Bañón Espinoza, Martín Antonio; Sigüenza Astoquillca, Michel
En la actualidad, la inspección de los cordones soldados ubicados en la obra viva (carena) de los buques es un proceso raramente realizado debido al tiempo y costo que este implica. En respuesta a esto se han postulado distintas soluciones como el uso de buzos experimentados o desplazar el buque a un dique seco, pero estos siguen siendo poco eficientes. Por esta razón, en el presente trabajo de investigación se expone el diseño conceptual de un vehículo submarino capaz de sumergirse a aguas poco profundas; y de un algoritmo de visión con la capacidad de funcionar en un entorno tan variable como es el entorno marino. El vehículo constará de una serie de propulsores y sensores IMU, que le permitirán desplazarse en el agua, y mantenerse estable, o en una posición fija cuando se encuentre detenido. Además, contará con sensores de humedad, temperatura y profundidad, que permitirán monitorear al vehículo desde la interfaz, la cual será una laptop. Esta tendrá, un software que podrá procesar la imagen y clasificar los defectos de la imagen. Adicionalmente, el software permitirá comandar todas las acciones del vehículo. Para este trabajo de investigación, se realizó un análisis de los antecedentes, lo cual incluye definir los objetivos, la metodología y el alcance del trabajo de investigación. Además, de investigar acerca de las tecnologías existentes. Luego, se procedió a realizar el diseño conceptual del sistema. Y se finalizó, describiendo los diagramas que conforman el diseño preliminar del mismo.
Diseño de un sistema automático para soldadura orbital para tuberías de diámetros de 360 a 920 mm
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-09-21) Díaz Choque, César Steven; Sigüenza Astoquillca, Michel
El Perú tiene un déficit de soldadores calificados; en consecuencia, el país no se da abasto de soldadores ante la alta demanda de profesionales que se requieren para todos los proyectos; unos de estos es el desarrollo de los gaseoductos y oleoductos que se realizan en el país para una mejora energética. Por ello, las empresas encargadas de realizar los proyectos optan por contratar mano de obra extranjera aumentando los precios del proyecto; además, la falta de soldadores capacitados en el país conlleva a un retraso en la entrega de los proyectos. Los objetivos de la presente tesis son la elaboración del diseño mecánico, electrónico y de control del sistema automatizado de soldadura orbital para tuberías de 360 mm a 920 mm. Se utiliza la metodología VDI 2221 donde se desarrolla la Idealización, Desarrollo Conceptual y Desarrollo Avanzado. La presente tesis plantea el diseño del tractor soldador que se desplace por medio de un sistema de sujeción alrededor de la tubería; además, el sistema de sujeción debe permitir el acople de esta sobre un vehículo que lo desplace sobre los diferentes ductos. El resultado es el diseño de un tractor automatizado de bajo costo en comparación con los que se ofrecen en el mercado; esto se logró por medio de la integración de diferentes componentes mecánicos obtenidos del mercado nacional e internacional. Por otro lado, el sistema de sujeción es un diseño innovador que permite montar y desmotar todo el sistema de la tubería con facilidad reduciendo en un 90 % la asistencia de un operario. Además, se garantiza la resistencia del sistema de sujeción gracias al excelente desarrollo de las simulaciones de elementos finitos en comparación con otros trabajos realizados. En estas simulaciones se realizaron múltiples análisis estáticos, dinámicos, de pandeo y nodal lo que permitió reducir el peso de algunos componentes y validar la resistencia mecánica de los mismos. Por otro lado, se implementó un sistema electrónico, el cual permite accionar los actuadores para realizar las diferentes operaciones y detectar la junta de soldadura por parte del tractor. Finalmente, debido a que se conoce el modelo dinámico de los subsistemas, se desarrollaron sistemas de control PID en cascada para el tractor soldador lo cual le permite posicionarse automáticamente sobre la junta de soldadura. Por lo tanto, se concluye que es viable la implementación de la presente tesis para sistemas automatizados de soldadura orbital de ductos.
Diseño de un sistema mecatrónico autónomo y teleoperado para la limpieza y vigilancia de playas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-07-05) Sigüenza Astoquillca, Michel; Cuéllar Córdova, Francisco Fabián
En los últimos años, la contaminación se ha convertido en un problema de nuestra sociedad moderna, actividades como generación de desperdicios por medio de desechos o residuos, descargas de aguas residuales, plantas de tratamiento ineficientes, residuos de botes y embarcaciones ha incrementado la contaminación especialmente en la zona litoral de diversos países, siendo las playas las más afectadas, donde el hombre tiene mayor impacto cuyos vertidos alcanzan el 80% de la totalidad de desechos marinos. Por otro lado existen otras causas como la marea o los desastres naturales que contribuyen en parte a la contaminación. Estos problemas que se han mencionado tiene un gran impacto en nuestro ecosistema; ello constituye un serio impacto en la vida marina, destruyendo sus ecosistemas, el medio ambiente; poniendo en riesgo la salud de los seres humanos. Ante la necesidad de controlar mejor la disposición de basura y otros desechos, en ríos, arroyos y océanos se busca minimizar los vertidos terrestres de los desechos marinos, en la cual su mayoría corresponde al plástico, y crear una cultura de concientización de la contaminación en las personas. La tecnología actual busca desarrollar nuevos métodos en el desarrollo de robots limpiadores. No obstante, se ha visto un mayor enfoque en mecanismos diseñados exclusivamente para interiores, dejando a un lado por el momento a la problemática presente fuera de nuestros hogares. La presente tesis está enfocada en el diseño de un sistema mecatrónico, el cual basa su funcionamiento en el desarrollo de un vehículo con un mecanismo de recolección de residuos, una suspensión mecánica independiente y una autonomía completa que le permite evadir obstáculos presentes en una playa como personas, sombrillas, sillas o la orilla misma. El vehículo contará con una cámara, la cual será el dispositivo que le permite la capacidad de buscar, recolectar y depositar en un respectivo contenedor desechos de residuos tales como latas de aluminio, botellas de plástico. Habilitado para navegar a través de todo tipo de terreno irregular de una playa ya sea sobre un terreno seco o húmedo gracias a su suspensión mecánica independiente que posee cada rueda. Por otro lado, el vehículo contará con diversas características que lo volverá un robot atractivo para los seres humanos, en busca de una interacción natural. Para lograr ese efecto, el robot contará con un rostro que emule estados de ánimo y en su conjunto con el vehículo será una herramienta que enseñe a las personas como proteger el medio ambiente.
Diseño e implementación de un sensor híbrido de bajo costo para seguimiento de uniones en soldadura MIG
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-24) Sigüenza Astoquillca, Michel; Lean Sifuentes, Paul Pedro
El presente trabajo muestra el desarrollo de un sistema de sensado híbrido de bajo costo para el seguimiento de uniones soldadas mediante el proceso GMAW, para la unión de planchas con junta a tope sin preparación de bordes y con junta tipo “V” de acero estructural ASTM A36. El desarrollo del sistema se dividió en cuatro fases como se indica a continuación: i) diseño mecánico, ii) diseño electrónico, iii) diseño de algoritmo de control para el seguimiento de juntas, e iv) integración del sistema con sus respectivas pruebas de laboratorio para verificar el funcionamiento correcto del sistema híbrido de sensado. El sistema contó con una interfaz de usuario gráfico (GUI) que ayudó al operador en la ejecución de la tarea de soldadura con el fin de obtener valores que se utilicen para el control de calidad del producto final soldado. El sistema de sensado híbrido permite ubicar y seguir la junta a soldar mediante un barrido de un diodo láser y la proyección del láser es capturada por una cámara digital. El sistema permite realizar inspección visual de la junta a través de una comparación de dimensión del cordón soldado. Además, controla la trayectoria y alineación de la antorcha de soldadura de un robot industrial por medio de un algoritmo de control que detecta la desalineación de la antorcha a través de la imagen capturada por la cámara. Finalmente, en la verificación del funcionamiento del sistema en tiempo real para el seguimiento de juntas e inspección de cordones de soldadura, se obtuvo como resultado un error mínimo de inspección en tiempo real de 0.18 mm en una junta a tope sin preparación, y junta en tipo “V”. En el sistema de seguimiento de juntas se obtuvo un error mínimo de 0.23 mm en la corrección cartesiana de desfase entre la antorcha de soldadura y el punto medio de la junta a soldar. Sobre los resultados se concluyó que los errores presentados en los resultados son mínimos, por lo que cumpliría con el requisito de corrección e inspección de soldadura en tiempo real, en acorde a los criterios de aceptación de inspección visual de la AWS D.1.