Ingeniería Mecánica (Lic.)
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/20.500.12404/15
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Item 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.Item Diseño de un sistema de energía solar eléctrica y térmica en una edificación multifamiliar de la ciudad de Ayacucho(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-11) Barbaran Barbaran, Didier Niko; Jimenez Ugarte, Fernando OctavioLa realización del presente proyecto de tesis tiene como objetivo principal la investigación de una alternativa sostenible y limpia a la generación de energía eléctrica y térmica mediante el diseño de un sistema fotovoltaico y termo solar en una edificación en la ciudad de Ayacucho. Se compilaron principios teóricos importantes como el aprovechamiento de la radiación solar y los componentes de ambos sistemas, así como también la problemática y las justificaciones meteorológica, eléctrica, económica, ambiental, social y legal. Se midió la energía eléctrica en el mes de agosto del 2023 (12,190.00 Wh), cuyas tomas fueron realizadas con el medidor electrónico de cada piso, y la potencia activa (3,622.05 W), midiendo la corriente y la tensión de cada piso con un instrumento (multímetro), asimismo, se estimó el volumen de ACS para la edificación multifamiliar es 420 L y el porcentaje de uso de acuerdo a la estación y el mes de cada año. Se diseñó el sistema fotovoltaico para cubrir completamente la demanda de energía eléctrica de la edificación, obteniendo como resultado un conjunto de 8 paneles monocristalinos de 500 Wp, 5 baterías de litio de 3,5 kWh cada una, 01 controlador de MPPT de 250 V y 01 inversor cargador de 5200 W. Asimismo, se calculó el calibre del cableado eléctrico para cada tramo según la intensidad de corriente. En el cuarto capítulo se diseñó el sistema térmico solar para abastecer la demanda de ACS, obteniéndose una necesidad de 17 tubos solares Heat Pipe por cada terma solar (4 en total) y un tanque térmico de almacenamiento de 1.60 m de largo y 0.25 m de diámetro por terma. Se determinó la reducción anual de la huella de carbono para cada sistema: 980.15 kg CO2 eq. al implementar el sistema fotovoltaico y 1,490.0 kg CO2 eq. al implementar el sistema térmico solar. Finalmente, se determinaron los costos netos de la implementación de ambos sistemas, el costo estandarizado de generación (LCoE) y el análisis de viabilidad y sostenibilidad mediante los indicadores VAN y TIR, se obtuvieron cálculos que justifican la inversión económica para la implementación de ambos sistemas y un costo de generación eléctrica y térmica más económico y competitivo con respecto al costo de acceso al servicio de la red pública.Item 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(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-02-21) Cieza Casamayor, Carlos Enrique; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEstudios 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.Item 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.Item Análisis de falla de un cable metálico de 7/16” de diámetro de arreglo 6 x 36 con alma de acero usado en el izaje de cargas.(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-28) Flores Zúñiga, Rodrigo Alejandro; Hurtado Espejo, Raúl CarlosLa presente tesis considera las principales actividades llevadas a cabo durante el análisis de falla de un cable metálico de 7/16” de diámetro de arreglo 6 x 36 con alma de acero, cuya fractura se dio durante el izaje de una carga de 1 tonelada como parte del proceso de triturado de mineral de una empresa minera, en un puente grúa de 10 toneladas de capacidad nominal. Las muestras del cable recogidas llegaron al Laboratorio de Materiales de la PUCP con señales de desgaste y exceso de grasa. Este estudio describe la falla y las circunstancias que la rodean, examina la naturaleza de la rotura, evalúa la composición química y propiedades mecánicas del cable para comprobar que sus características cumplan las que se indican en las normas. Además, centra su atención, en las principales actividades llevadas a cabo durante el análisis de falla del cable de acero: inspección visual, análisis fractográfico, análisis metalográfico, ensayos de tracción y de análisis químico. Finalmente, los resultados indican que la causa más probable de falla es sobrecarga. Esto debido a las fracturas de tipo dúctil, encontradas en las superficies de fractura de los alambres, de los cuales está compuesto el cable. Esta sobrecarga indica que la falla es por el izaje de una carga de mucho mayor peso que la que indica el usuario. Asimismo, se plantean conclusiones y recomendaciones.Item Diseño de banco de ensayo de transporte neumático para materiales granulares con una capacidad máxima de 200 Kg/H.(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-01-26) Huerta Moreyra, Heider Jhordano; Chirinos García, Luis RicardoEn la presente tesis, se ha realizado el diseño de ingeniería básica de un banco de ensayo de transporte neumático para materiales granulares, el cual satisface los requerimientos para realizar ensayos de transporte neumático con una capacidad de 200 kg/h en fase diluida y fase densa. De los resultados de los ensayos, se hallarán los parámetros para la evaluación energética del transporte y la selección de la operación del sistema. Para el diseño del banco de ensayo, se definió los procesos que debe tener el banco de ensayo. Luego, se determinó la disposición relativa entre los elementos del banco de ensayo considerando las longitudes de aceleración y las zonas de medición. Una vez determinado el diseño conceptual y dimensional, se calculó la disminución de presión y el caudal requerido para el transporte neumático de materiales a granel con una capacidad indicada en ambas fases. Con la determinación de los parámetros energéticos, se seleccionó el soplador regenerativo que proporcionará el aire con la presión y caudal requerido. Para el diseño del sistema de alimentación de material, se realizó la ingeniería básica de una válvula rotativa y, para el sistema de separación del aire y material, se realizó la ingeniería básica de un ciclón de alta eficiencia Stairmand. Asimismo, se seleccionó los instrumentos de medición de presión, caudal del aire de ingreso y flujo másico de material. Posteriormente, se realizó los protocolos requeridos para los ensayos a realizar. Finalmente, se realizó la estimación de costos para la adquisición, construcción y puesta en marcha del banco de ensayo de transporte neumático.Item Diseño de una silla de ruedas con mecanismo de posicionamiento bípedo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-17) Atarama Del Águila, Carlos Mauricio; Elías Giordano, Dante ÁngelEn este trabajo se presenta el diseño de una silla de ruedas, siguiendo la metodología de diseño VDI 2221, que permite posicionar verticalmente al usuario, con la finalidad que el usuario pueda relajar los músculos y ayudar a circular la sangre previniendo la formación de escaras. Además, ayuda al usuario a alcanzar otros objetos que escapan fueran de su radio desde la posición sentado. Esta silla de ruedas cuenta con un mecanismo capaz de levantar al usuario y colocarlo en una posición bípeda sin arriesgar su seguridad y comodidad. Cuenta con cinturones de seguridad, uno a la altura de la cintura, otro a la altura del pecho y otro a la altura de las rodillas, estos tres cinturones mantienen al usuario seguro en la posición bípeda. La elevación del usuario se realiza con un actuador de gas comprimido. En la posición sentada del usuario, este actuador se encuentra comprimido y la presión dentro del mismo es lo suficiente como elevar al usuario, y al momento de activar el mecanismo este actuador se descomprime y eleva al usuario disminuyendo la presión dentro del mismo. Para activar el conjunto del mecanismo, y por ende al actuador, se cuenta con unas palancas de mando que el usuario puede manejarlo de acuerdo a sus requerimientos. Este mecanismo de levante cuenta con un reposapiés que se regula de acuerdo al giro del asiento. Este reposa pies queda al ras del piso cuando el usuario está en posición bípeda ayudando a mantener el equilibrio del usuario. Por otro lado, el costo de esta silla de ruedas se estima en S/. 3,300, lo cuál es menor al monto previsto en los parámetros de diseño. Aun así, el diseño no está libre de ser sujeto de modificaciones que ayuden a mejorar la comodidad del usuario y la practicidad de la silla de ruedas.Item Diseño del sistema de enfriamiento de un equipo de moldeo rotacional para laboratorio(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-06) Armijo Coronado, Miluska; Acosta Sullcahuaman, Julio Arnaldo; Tupia Anticona, Walter MarianoLa contaminación ambiental a causa del inadecuado manejo de los residuos ha alcanzado niveles alarmantes en la actualidad. Entre las principales acciones que se han venido realizando para mejorar esta situación, se encuentra el reciclaje; pero aún es necesario encontrar más aplicaciones en las que se puedan aprovechar los materiales reciclados. Frente a este escenario, el grupo de investigación Ingeniería de Polímeros y Materiales Compuestos de la Pontificia Universidad Católica del Perú decidió realizar el proyecto “Estudio y desarrollo de procesos de sinterizado en materiales compuestos de plástico reciclado y madera recuperada para la fabricación de piezas de formas diversas, económicamente viable para la industria”. Para el desarrollo del proyecto, se requería obtener muestras del material compuesto mencionado a través de un proceso de moldeo rotacional bajo condiciones variables; como la velocidad de giro, tiempo de calentamiento y enfriamiento. Por lo cual, surgió la necesidad de fabricar un equipo de moldeo rotacional de laboratorio conformado por un sistema mecánico, para la rotación de los moldes; un sistema de calentamiento y un sistema de enfriamiento. El objetivo del presente trabajo fue realizar el diseño térmico y mecánico del sistema de enfriamiento del equipo de moldeo rotacional de laboratorio requerido para la elaboración de muestras huecas, de espesor no mayor a 5 mm, obtenidas mediante el sinterizado de diferentes plásticos reciclados, tales como: HDPE, LDPE, PP o PVC y partículas de madera recuperada. Para el diseño del sistema de enfriamiento, se aplicó la metodología recomendada en la norma VDI 2221: “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productos”. Esta metodología se basa en 4 fases: Comprensión de la solicitud, con la lista de exigencias como principal resultado; Concepción de la solución, donde se obtiene la estructura de funciones y conceptos de solución; Elaboración del proyecto, cuyos principales resultados son los cálculos preliminares y planos de ensamble; e Ingeniería del detalle, fase en la cual se desarrollan los planos de despiece y la memoria de cálculo final. El equipo diseñado tiene la capacidad de enfriar 6 moldes, de sección circular o rectangular, hasta que estos alcancen una temperatura menor o igual a 40°C en un tiempo comprendido entre los 10 y 60 minutos. Se determinó que, para cumplir con el rango de tiempo requerido, la mejor solución sería contar con un subsistema de enfriamiento con aire, empleando ventiladores axiales tubulares; y otro subsistema con agua aplicada por aspersión utilizando toberas con boquillas de tipo cono lleno.Item 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.Item Análisis de falla metalúrgico casos de aplicación en la industria peruana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-10) Rumiche Zapata, Francisco Aurelio; Lean Sifuentes, Paul PedroEn el presente informe se presentan tres casos de aplicación del análisis de falla metalúrgico para determinar la causa raíz de falla de componentes siniestrados pertenecientes a tres sectores de la industria peruana. Este informe se presenta como medio de verificación de la experiencia profesional del autor, quien se desempeña como Analista de Fallas Senior en el Laboratorio de Materiales PUCP; habiendo desarrollado en los últimos diez años más de 70 proyectos de análisis de falla y caracterización de materiales con diversas industrias: minería, hidrocarburos, alimentos, pesquería, farmacéutica, manufactura, entre otras. El informe inicia con la presentación de conceptos y definiciones asociadas al análisis de falla metalúrgico. Luego de ello, se presenta la metodología de análisis empleada en el Laboratorio de Materiales PUCP, la misma que ha sido utilizada para el desarrollo de los casos de aplicación. Posteriormente se desarrolla extensivamente cada uno de los casos, presentando los antecedentes, los ensayos realizados, los resultados obtenidos, y las conclusiones. El objetivo final en cada caso es determinar la causa de falla y emitir recomendaciones, factibles de implementar, para evitar que la falla vuelva a ocurrir. Los casos a presentar corresponden a una zapata de oruga de una pala de movimiento de tierras, perteneciente a la industria de maquinaria pesada; una placa soporte de un reactor de sulfato de cobre perteneciente a la industria química; y una viga principal de una zaranda vibratoria correspondiente a la industria minera. Finalmente, se presentan las conclusiones del informe profesional, haciendo énfasis en la importancia y eficacia del análisis de falla metalúrgico como una herramienta de la ingeniería para asistir en el desarrollo de la industria nacional.