Ingeniería Mecánica (Mag.)

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Diseño de una máquina plegadora de paneles corrugados para intercambiadores de calor en transformadores
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-05-25) Ángeles Vílchez, Ronald Alberto
En esta Tesis se diseña una Maquina Plegadora de Paneles Corrugados, con la finalidad de mejorar e incrementar la producción de Transformadores de Distribución, tema de interés para nuestra industria. El diseño se lleva a cabo empleando “El método generalizado de procedimiento en el proceso de diseño”, éste método optimiza cada una de sus fases con criterios de evaluación que conducen a la optimización del diseño. Se evalúa el estado de la tecnología, recurriendo a un sistema de patentes, rescatando la información necesaria para comprender el problema. A continuación se elabora una lista de exigencias que plantea los objetivos para el diseño, luego, a través de una abstracción se logra disgregar y ordenar la Estructura de Funciones que define el comportamiento de la maquina en cuestión; las mismas que deberán ser suplidas por portadores de función que son presentados en una Matriz Morfológica. Ordenada y asimilada la información, se elaborara y presenta, las posibles de combinaciones, a manera de esquemas cualitativos, mostrando una idea aproximada de la disposición de los portadores de función. De acuerdo a la lista de exigencias se evalúa las combinaciones y se procede a la elaboración del proyecto, enfocándolo en la función principal de “Plegado”. Se estima las cargas requeridas para el proceso de plegado, con la finalidad de dimensionar apropiadamente los componentes hidráulicos y estructurales. Posteriormente se establece la secuencia de trabajo, la selección y dimensionado de los componentes del circuito hidráulico responsable de dicha secuencia.
Diseño de una máquina experimental para la deformación en frío en una dirección de láminas no ferrosas, mediante fuerzas de comprensión
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-04-11) Bejarano Grández, Omar
En el presente trabajo se plantea la necesidad de diseñar una máquina experimental para la deformación en frío en una dirección de láminas no ferrosas, mediante fuerzas de compresión, para lograr reproducir las condiciones que influyen directamente en el procesos de deformación volumétrica, como son: la dirección, el porcentaje de deformación y la velocidad de deformación, luego se realiza a las láminas deformadas el ensayo de tracción y finalmente con los resultados obtenidos contrastarlos con las teoría de plasticidad. El diseño se realiza con “El método generalizado de procedimiento en el proceso de diseño”, se describe un estado actual de la tecnología, a continuación se desarrolla una lista de exigencias que plantea los objetivos para el diseño, por medio de una abstracción se consigue realizar la estructura de funciones donde se exploraran todas las funciones que la máquina debe de cumplir para llevar a cabo su función principal, para encontrar las posibles soluciones se presenta la “Matriz morfológica”, se evalúa las combinaciones técnica y económicamente obteniendo un proyecto definitivo a partir de la estructura de construcción óptima. En la elaboración de los detalles, se presentará la documentación necesaria para la fabricación y selección de cada una de las piezas. Finalmente se realizó un análisis de costos que determinó que la construcción de esta máquina experimental es económicamente factible. La ficha técnica de la máquina es: Dimensiones (2 164 x 724 x 1 746) mm Masa 228 Kg Potencia 3,0 kW Separación entre rodillos 0 a 45 mm Reducción máxima por pasada 0,05 mm
Schwingunesverhalten von Spinnennetzen
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-12) Baümer, Richard; Alencastre Miranda, Jorge Hernán; Witte, Hartmut
Wissenschaftliche Arbeiten zeigen einen Zusammenhang zwischen der Eigenfrequenz des Spinnennetzes, dessen Geometrie, dem Eigengewicht der Netzspinne und der äquivalenten Vorspannung. Hypothese dieser Masterarbeit ist, dass die Eigenfrequenz von Spinnennetzen konstant ist. Die vorliegende Masterarbeit zeigt jedoch, dass dies nur bedingt richtig ist. Wir belegen dies mit unseren Experimenten mit verschiedenen Individuen der Spinnenart Argiope Argentata durch Ermittlung derer Eigengewichte und der Eigenfrequenzen der erbauten Spinnennetze. Unsere Daten zeigen, dass die Webnetzspinne die Netzvorspannung nicht proportional zu ihrem Eigengewicht erhöht, so dass die Eigenfrequenz für verschiedene Netze nicht konstant bleibt. Es wird das Vorhandensein eines Eigenfrequenzbereichs vermutet, da ihr Gewicht und ihre Möglichkeiten zur Vorspannung in einem bestimmten Bereich liegen. Eigenfrequenzen von Spinnennetzen werden mit dem in dieser Arbeit erweiterten Schwingungsmodell und auf Basis verö entlichter Arbeiten berechnet.
Laser-assisted friction stir welding of magnesium and magnesium/aluminium dissimilar joints
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-20) Hennig, Martin; Bergmann, Jean Pierre
The present master thesis is dealing with the influence of workpiece temperature in the process loads, generated during the FSW process. The investigation is focused on welding of the magnesium alloy AZ31. To affect the initial temperature of the joining members, two different methods are investigated. by using a laser, the material is heated and soften local direct in front of the welding tool. In contrast, a heating element, located beneath the workpieces, enable the heating of a laser area. The consequences of both methods are regarded and compared in the investigation. In addition, the comparison to the conventional welding process is made. Thereby, main aspects are the rached load levels as well as surface appearance and tensile properties. the successfully reduction of process forces is obtained for both procedures; however, the tensile properties got worse.
Expresiones analíticas para determinar el límite de velocidad de vehículos en curvas y su aplicación en carreteras del Perú
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-10-29) Pérez Ballón, Luis Vicente; Rodríguez Hernández, Jorge Antonio
A partir del análisis mecánico teórico de la operación de un vehículo circulando en carreteras y/o curvas, este trabajo pretende definir las expresiones analíticas que relacionen las variables participantes y determinar los valores críticos de la velocidad de circulación para evitar el derrape (deslizamiento lateral) y/o evitar también el vuelco (volcadura). Para esto se identificarán las cargas actuantes sobre el vehículo (analizado como un sólido rígido); se presentarán las hipótesis y los puntos de partida para obtener esas expresiones analíticas y calcular la velocidad crítica de vuelco y la velocidad crítica de derrape a partir de las magnitudes, recomendadas para las carreteras del Perú, como son el radio mínimo de curvatura de la carretera, el coeficiente de fricción máximo con la pista y el peralte máximo aceptable, relacionadas con la velocidad de ingreso a una curva; se compararán esos valores teóricos, con las magnitudes presentadas y obtenidas a partir de las pruebas y ensayos experimentales mostradas y se concluirán y recomendarán los valores permisibles en la velocidad, para una operación del vehículo en curvas que presente seguridad para sus ocupantes. Los principales resultados obtenidos muestran una velocidad crítica de derrape que se encuentra en el intervalo de [20 ; 60](km h) mientras que para la velocidad crítica de vuelco se ubica en el intervalo de valores entre [42 ; 80](km h). Por otro lado, de los ensayos experimentales presentados se muestra que la velocidad de circulación máxima experimental en curvas es de 60 (km/h). Entre las conclusiones más importantes podemos afirmar que la velocidad de derrape y la velocidad de vuelco presentan expresiones análogas, pudiendo cambiar indistintamente la magnitud del coeficiente de fricción μ por la relación entre las magnitudes del Centro de Gravedad del sólido (l h) para obtener correspondientemente, la velocidad de derrape o la velocidad de vuelco. Además al comparar los intervalos obtenidos para la velocidad crítica de derrape y para la velocidad crítica de vuelco concluimos que el vehículo tenderá a derrapar antes que volcar y, en función de mantener la estabilidad del mismo y asegurar la integridad física de los pasajeros, concluimos que el valor máximo de ingreso a una curva sería de 60 (km h).
Estudio de poleas motrices de sección T para fajas transportadoras clasificadas entre 800 y 2500 piw
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-11-24) Lengua Huertas, César Antonio; Álvarez Rojas, Miguel Ángel
Este documento de tesis tiene el propósito de desarrollar una herramienta gráfica de selección que permite dimensionar una polea motriz de sección T en un rango de 800 a 2 500 PIW para un ancho constante de correa de 1 800 mm (72 in). Esta herramienta se obtiene como resultado de estudiar y evaluar un total dieciocho (18) casos de poleas con variación contante de PIW y características similares de operación. Su desarrollo abarca cinco capítulos más las conclusiones y recomendaciones. En primer capítulo está dedicado al estado del arte, partiendo de la descripción de una faja transportadora, pasando por los sistemas y partes de la transmisión utilizados actualmente, para finalmente enfocarse en el diseño y clasificación de la polea motriz basada en una bibliografía especializada incluyendo publicaciones académicas entre tesis y artículos técnicos. El segundo capítulo desarrolla la ingeniería del proyecto donde se propone el rango de casos de estudio y se evalúa el caso 1 a 800 PIW, con el objetivo de determinar la configuración de su sistema de transmisión y los factores actuantes en el diseño de la polea motriz; para ello se inicia con el cálculo de la faja transportadora, para luego determinar mediante la metodología de diseño la configuración del sistema de transmisión a evaluar. En el tercer capítulo se desarrollan los cálculos analíticos de cada parte de la polea: árbol, cilindro, discos laterales y la selección del dispositivo de fijación utilizando metodologías existentes, además se calcula el ensamble de la polea utilizando un programa de elementos finitos, para finalmente realizar una comparación y análisis de resultados. En el cuarto capítulo se realiza el estudio de todos los casos, repitiendo la metodología del capítulo anterior y cuyo análisis de resultados permite obtener una racionalización de tamaños de cada parte de la polea con la que se desarrolla una herramienta de selección. Finalmente a través de las conclusiones y recomendaciones se dan a conocer los beneficios que traería el uso de la herramienta de selección de poleas motrices de sección T en la industria, la cual puede considerarse como una propuesta para su estandarización. Además permite la continuidad de la investigación por alumnos de pre grado y posgrado de la especialidad de Ingeniería Mecánica.
Modelling, simulation and experimental verification of a wheeled-locomotion system based on omnidirectional wheels
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-12-01) Flores Álvarez, Pedro Alonso; Rodríguez Hernández, Jorge Antonio
The following work focuses on the kinematic and dynamic study of a four-wheeled robot, which is equipped with omnidirectional Mecanum wheels. The main objective of the thesis is to obtain a mathematical model from which both the kinematics and kinetics of the robot can be analyzed. Furthermore, the study presents a methodology to optimize the torques (and subsequent associated voltages) provided by each of the motors on the robot for a given trajectory. A system in which a non-powered trailer pulled by the robot is also analyzed at a kinematic level. In this stage, four different cases are considered. The construction of the trailer is also described on this work. In the first chapter, the global state of the art on analysis and control of omnidirectional robots (with focus on robots with Mecanum wheels) is presented. In the second chapter, the physical considerations for the general movement of the robot are analyzed, in order to derive the kinematic constrain equations of the locomotion system. The differential equation of motion is then derived using Lagrange-equations with multipliers. This chapter presents as well the kinematic analysis for a robot-trailer system. The third chapter describes the general process on the design of the trailer, including the rejected ideas for its construction. The fourth chapter focuses on verifying the final results of the design process, as well as tests to check the mobility of the system. Conclusions and future work are analyzed on the final part of the document, as well as the references and the acknowledgments to all the people involved in the project.
Finite-elemente-analyse des schwingungsverhaltens eines Spinnennetz-analogen polymernetzes
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-07) Bottner, Paul; Alencastre Miranda, Jorge Hernán; Witte, Hartmut
Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Ausarbeitung eines Schwingungsmodells von Spinnen-netzen und deren Umsetzung in der kommerziellen Software ANSYS Workbench 15. Der bis-herige Wissensstand des Systems Spinnennetz ist dazu ebenso eingeﬂossen wie Kenntnisse der Materialeigenschaften. Einem Überblick über den bisherigen Forschungsstand bezüglich den besonderen Eigenschaften der Spinnenseide und des Netzes folgen die mathematischen Grundlagen der Modellbildung. Im weiteren Verlauf beschäftigt sich die Arbeit mit dem Aufbau und der Erläuterung des Material- und Schwingungsmodells sowie der zu untersu-chenden Geometrie des Netzes. Es folgt die Implementierung in ANSYS. Zur Umsetzung und Analyse werden Randbedingungen aus der Literatur zusammengetragen und sinnvolle Annahmen getroﬀen. Es folgt eine Validierung des Finite-Elemente-Modells (FE-Modells) mit bisherigen Messungen. Mit Hilfe der Software LTSPICE und unter Nutzung elektrischer Analogien können fehlende Parameter bestimmt und in Ansys implementiert werden. Der Vergleich mit den Messergebnissen zeigt eine sehr gute Übereinstimmung des FE-Modells. Mittels Parameterstudien kann der Einﬂuss verschiedener Größen auf die Schwingungs-frequenz einer symmetrischen Netzgeometrie nachgewiesen und quantiﬁziert werden. Im Anschluss erfolgen die Untersuchungen eines asymmetrischen Netzes sowie der Auswirkung unterschiedlicher Anregungspunkte auf den Schwingungsverlauf. Ergebnis dieser Arbeit ist ein belastbares und für weitere Untersuchungen nutzbares FE-Modell. Anregungen diesbe-züglich liefert die Arbeit im Ausblick. Des Weiteren werden weitere interessante Fragestel-lungen für zukünftige Forschungsaufgaben genannt.
Artificial tactile sensors for surface texture detection-finite element models and numerical treatment
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-07) Darnieder, Maximilian; Alencastre Miranda, Jorge Hernán; Behn, Carsten
The biological example of vibrissa-type sensors in the animal realm is attributed with impressive sensing capabilities. A recently discovered ability is the surface discrimination task. Preceding research on the topic elaborated certain hypotheses for the functionality of the sensor. The scientiﬁc work is predominantly based on an empirical approach closely related to the biological example. Complex and highly nonlinear mechanical interrelations and tribological aspects of the contact frequently remain unconsidered. In the interplay between the properties of the biological example and the desired technical realization of the sensor concept, the present thesis incrementally develops a complex mechanical model. Its purely numerical treatment is based on the ﬁnite element method framed in the software package ANSYS. Following three modeling stages, the nonlinear structural model is successively implemented ﬁrstly enhancing the contact formulation and secondly including dynamic eﬀects in the computation. The attributes of the biological example like elastic support, pre-curvature and conicity are incorporated and their eﬀects are related to the desired sensor function. Beside the characteristic of the sensor system, elaborated through parameter studies, special emphasis is placed on the determination of the working range and its limiting borderlines as well as the uncovering of problematic aspects of the concept. The complex picture of the static behavior of the sensor system is complemented by a ﬁrst dynamic calculation in close proximity to an experiment, which is conducted in parallel. The juxtaposition of the outcomes are interpreted and a proposal for a measurement strategy is outlined.
Modelamiento y edición de superficies de componentes mecánicos digitalizados mediante técnicas de interpolación y ajuste
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-02) Burga Fernández, Carlos Luciano; Walter Mariano, Tupia Anticona
El uso de moldes y matrices es imprescindible para la fabricación en serie de muchas piezas mecánicas; el desgaste en estos moldes y matrices hace que sea necesario su reemplazo por otros nuevos. La dificultad en la fabricación de estos moldes y matrices es cuando no se tiene información técnica, debido a la antigüedad de los mismos, por lo que la información para la fabricación se deberá obtener a partir del elemento original en ocasiones desgastado como única referencia de partida. Ante este problema, de falta de información técnica (planos), se desarrolló una metodología de modelamiento de superficies (utilizando métodos de interpolación, basados en spline cúbicos, o métodos de aproximación-NURBS); con la cual se generó una gran cantidad de puntos que representan a las superficies a modelar, partiendo del elemento ya desgastado. Para desarrollar esta metodología, en primer lugar se utilizó una Maquina de Medición por Coordenadas (CMM) para obtener un conjunto de datos discretos, llamados puntos dato, de dichas matrices los cuales representan las características geométricas de estos componentes; luego se procesó dichos puntos y se exportaron a Matlab. A continuación, en Matlab, se elaboró el programa de interpolación de Hermite, y el programa de aproximación (NURBS), con los cuales se analizó dichos puntos dato. Asimismo, con el fin de determinar qué método matemático fue el más adecuado, se comparó y validó estos puntos con una métrica de tolerancia previamente definida para, así validado, finalmente diseñar y simular la fabricación de dichas superficies utilizando software de CAD y CAM respectivamente. Con la aplicación de esta metodología a superficies teóricas (ecuaciones matemáticas definidas) y a superficies prácticas (componente mecánico real) se logró validar este procedimiento debido a que permitió diseñar un modelo de superficies optimizado, dentro del margen de error establecido y con características de forma suave, que se ajustan a la superficie real.
Mechanical properties and degradation of starch-based biopolymers as a result of processing
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-03) Forsch, Philipp; Koch, Michael; Torres García, Fernando Gilberto
The development of plastics from renewable resources is a growing market. However, when processed, biopolymers undergo molecular weight degradation which influences their properties. In order to improve these properties and to increase the lifetime of a product based on biopolymers, the degradation behaviour during processing has to be identified. In this thesis, degradation mechanisms for starch-based biopolymers are described. Based on the relation between average molecular weight and zero shear viscosity, degradation of PHBV was examined. In preliminary testing, it was found out that PHBV is highly prone to thermal load resulting in degradation. Mechanical shear shows only minor effect on the change in zero shear viscosity. Hydrolysis and (thermo-)oxidative effects did not show significant influence on degradation of PHBV. It was found out that the parameters, temperature, screw speed and throughput affect degradation of PHBV in twin screw extrusion processing. A relation between degradation and influencing factors was formulated. The effect of degradation on mechanical properties, Young’s modulus, tensile strength, elongation at break and impact strength has been investigated.
Control of a hydraulic hexapod robot used in a rehabilitation application
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Bodenstein, Fabian; Tafur Sotelo, Julio César; Ströhla, Tom
In the last decades, the quantity of robot applications has increased enormously in various areas of operation. Their advantages like automation and accuracy are interesting for health care, as well. Besides of surgery and patient transportation, robots can be used for therapy, too. This master thesis presents an analytical model of a hydraulic hexapod robot, which is intended to be used as a gait trainer in a rehabilitation application. In order to prove the model, a measurement of all actuators is performed. They prove the linear plant characteristic caused by an installed pressure compensator. Consequently, a suitable decoupled state space control and an observer are developed and simulated. Considering the velocity and the control effort, the feedforward linear-quadratic state space controller shows the best system performance. The tests permit a model simplification and exhibit the negligible influence of small loads. The potential of the hexapod robot has to be considered regarding the further development of the periphery. Doing so, the presented controller can be implemented and the robot can be used in many areas.
Diseño y fabricación de un sistema prototipo para medición de la fuerza de remoción en fluidos viscosos adheridos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Chambergo Venegas, José Carlos; Barrantes Peña, Enrique José; Tupia Anticona, Walter Mariano
El propósito de este trabajo fue diseñar y fabricar un sistema prototipo de medición que adquiera, de manera experimental, la magnitud de la fuerza necesaria para remover fluidos viscosos adheridos a una superficie plana. Para esto, se estableció el comportamiento de un fluido en función de su viscosidad y la variación de ésta con respecto a la temperatura y presión. Además, se definieron los distintos tipos de fluidos no newtonianos, centrándose en los fluidos viscosos alimenticios, puesto que sus requerimientos por lo general, en cuanto a calidad, son más rigurosos en comparación de otros fluidos usados en la industria. También, se presentó el estado de la tecnología para equipos de enfriamiento de fluidos viscosos y equipos de medición de viscosidad. Luego, se propuso un modelo físico para la remoción de un fluido adherido a una superficie plana y se diseñó, bajo la norma VDI 2221, el sistema prototipo de medición. Después de lo mencionado, se verificó las características mecánicas principales del equipo del sistema prototipo fabricado, puesto que pueden o no cumplir las condiciones de diseño requeridas. Se denominó equipo del sistema prototipo de medición al dispositivo mecánico diseñado montado sin los sensores de medición (sensor de fuerza y sensor de movimiento) y sistema prototipo de medición al equipo acoplado con los sensores de medición mencionados. Habiendo verificado las características mecánicas del sistema prototipo de medición fue posible calcular su incertidumbre mediante ensayos experimentales. Esto ayudó a conocer si los datos adquiridos para la fuerza de remoción son exactos y precisos. Finalmente, con la incertidumbre calculada se hizo pruebas con un fluido de concentración y viscosidad conocidas (fluido caracterizado), y, se evaluó y comparó tanto la exactitud como la precisión de los resultados experimentales adquiridos.
Non-linear beam theory in context of bio-inspired sensing of flows
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-31) Lavayen Farfán, Daniel; Behn, Carsten; Elías Giordano, Dante Ángel
The thesis at hand is part of a research project that attempts to study and develop vibrissa inspired tactile sensors for object and fluid flow detection. The main focus of the thesis is on the development of a model for a vibrissa-like sensor for obstacle contour recognition under fluid loads. To this end, a mechanical model – based on the non-linear Euler-Bernoulli beam theory – is established. The model includes the main characteristics found in a natural vibrissa, such as elasticity of the base, that acts as the vibrissa follicle; the intrinsic curvature; and conicity. The characteristics are represented as parameters of the model. The model is subjected to a contact load and a fluid flow load, represented by a concentrated load and a distributed load, respectively. Then, the model is transformed into a dimensionless representation for further studies to achieve more general assertions. A variation of the magnitude of these loads, as well as the vibrissa parameters is also analyzed. A direct numerical approximation using the finite difference method, along with the shooting method, is used to obtain a solution of the model. Subsequently, the model is used to simulate an ideal contact between an obstacle and the vibrissa. This simulation considers a quasi-static sweep of the artificial vibrissa with the contour of a profile, while measuring and recording the forces and moment at the base. This procedure is then repeated in combination of a distributed force acting on the vibrissa, simulating the effect of a fluid flow. Two types of contact phases are identified and the conditions for each one are set. Finally, the measured quantities, which represent the observables an animal solely relies on, are used to obtain the magnitude of the fluid load and to reconstruct the profile contour of the obstacle. The developed model is used again for the reconstruction, an analysis of the observables is performed to identify and predict which contact phase the vibrissa is in. The results successfully show identification of the fluid flow load as well as reconstruction of the profile, the difference between the reconstructed profile and the original profile is then calculated as a measure of reconstruction quality.
Evaluación de los factores de intensificación de esfuerzo SIF en accesorios laterales no reforzados de tuberías para relave minero
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-26) Morales Ortiz, Jorge Arturo; Jiménez de Cisneros Fonfría, Juan José
En este proyecto de tesis, se propone obtener los SIF de un accesorio lateral con ángulo entre ramal y cabezal de 30°, 45°, 60°, 75° y 90°; el mismo que no está reforzado y no estandarizado, fabricado con tubería de acero al carbono ASTM A53 grado B, con soldadura por arco eléctrico con penetración completa, mediante el desarrollo de un modelo matemático complementado con simulaciones numéricas y calibrado con ensayos existentes en la bibliografía [9]. Esto permite la elaboración de una herramienta de selección y diseño, que muestre los SIF para una variedad de geometrías no normadas de accesorios laterales propuestos en este proyecto de tesis. Además, se propone evaluar su variación respecto a parámetros geométricos establecidos acordes a la práctica.
Theoretical and practical approaches for novel composite evolute springs
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-03-14) Llimpe Rojas, Jorge Enrique; Torres, Fernando
A combined experimental/analytical approach for an efficient evaluation of stiffness and characteristic curves of fiber reinforced plastic volute springs is presented in this work. Before performing the analysis mentioned in previous lines, in the early chapters, it can find the most common types of fibers, resins (matrices) and manufacturing processes used to produce composite laminates been briefly described. It also describes the analytical approaches that currently exist to determine the elastic constants of composites such as the longitudinal and transversal modulus, Poisson’s ratios and shear moduli; it also describes the improved and semi-empirical formulas to calculate the effective shear moduli and the transversal modulus. At the end of the chapter, some manufacturing methods of fiber reinforced plastic springs are described. Since fiber reinforced plastic volute springs are novel products, the fourth chapter presents and describes basic considerations that it must be taken into account when selecting material (fibers, resins, and additives) to manufacture these springs. At the end of the chapter, a method to produce volute springs is presented. The fifth chapter presents the elastic constant calculations for laminates used to manufacture volute springs. An experimental/analytical method has also been performed to determine in-plane and out-of-plane shear moduli since these material constants are of greater importance in the rate spring calculation hence any crosssection of these springs shows the major load being torsional. On the one hand the analytical method to calculate these shear moduli is based on Sumsion’s guidelines that use the theory developed by Lekhnitskii for anisotropic materials; on the other hand, it has been done torsion test of rectangular bars, which were manufactured using vacuum infusion method, to obtain shear moduli experimentally. Finally, calculated values of shear moduli are used to determine stiffness and characteristic curves of volute springs in an analytical and experimental method. It is proposed to use the in-plane shear modulus in the classical calculation method for steel volute springs and to compare results obtained with compression test results carried out on fiber reinforced plastic volute springs. Consistent results are achieved by performing this combined analytical and experimental method concluding that the best behavior of fiber reinforced plastic volute springs is when fibers have an orientation of +/ 45° concerning the main axis of the laminate.
Desarrollo de modelos matemáticos para predecir el comportamiento de conexiones viga-columna tipo chapa frontal extendida basados en datos obtenidos mediante FEA
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-01-21) Llatas Ontaneda, Ysmael David; Franco Rodriguez, Rosendo
La presente tesis se enfoca en el comportamiento estructural de la conexión vigacolumna tipo chapa frontal extendida, con el objetivo de construir modelos matemáticos capaces de predecir su comportamiento en base a datos obtenidos mediante simulaciones numéricas. Para este fin se construyó un modelo numérico de elementos finitos de la conexión, donde sus propiedades geométricas y mecánicas fueron parametrizadas empleando el lenguaje APDL del software ANSYS Mechanical. Este modelo se validó con ensayos experimentales reportados por otros autores y se utilizó para elaborar una base de datos con 140 casos de estudio. Como resultados de las simulaciones se obtuvo el comportamiento de la curva momentorotación, así como la resistencia y la rigidez de la conexión para distintos valores de los parámetros geométricos y del momento. Finalmente, se aplicó análisis de regresión no lineal múltiple a esta base de datos con el fin de obtener los modelos matemáticos requeridos. Para validar los modelos matemáticos se realizaron 10 nuevas simulaciones con parámetros geométricos diferentes a los contemplados en la base de datos de los 140 casos. El coeficiente de determinación mínimo encontrado fue de 0.59 y el máximo de 0.99, lo que indica un ajuste aceptable entre los modelos matemáticos y las variables geométricas de la base de datos, si se considera el complejo comportamiento no lineal de esta conexión. Los modelos matemáticos obtenidos permiten calcular de forma práctica el comportamiento estructural de la conexión tipo chapa frontal extendida, que puede controlarse variando los parámetros geométricos y de esta forma adecuarse a los requerimientos del diseño solicitado.
Diseño de mecanismo de dedo de 2 grados de libertad para prótesis mioeléctrica transradial
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-01-21) Abarca Pino, Victoria Elizabeth; Elías Giordano, Dante Angel
En la presente tesis se ha realizado el diseño de un mecanismo de dedo de 2 grados de libertad para una prótesis mioeléctrica transradial, este diseño tiene como característica que es antropomorfo, reduciendo el impacto visual de una prótesis común ya que las características en cuanto a tamaño y forma se asemejan a las dimensiones de una mano promedio. Se concluyó que el diseño sea por medio de cuerdas y poleas, cuyo movimiento de los dedos se encuentran restringidos por los ángulos entre falanges en cada articulación. Este diseño permite la sujeción de un objeto de forma cilíndrica de aproximadamente de 500 gramos, abordando así cálculos de diseño de elementos mecánicos, análisis del movimiento del mecanismo validado mediante simulaciones computacionales, selección de componentes, fabricación del diseño mediante impresión 3D con filamento ABS, evaluación de la funcionalidad, planos de ensamble y despiece para su fabricación. El costo estimado de diseño y fabricación de los dedos pulgar, índice, medio, anular y meñique, incluyendo el mecanismo de dos grados de libertad diseñado, y todo esto integrado en una mano protésica, es de S/. 14,000 aproximadamente.
Diseño de un módulo de enseñanza del sistema motriz de fajas transportadoras
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-01-21) Neira Alatrista, Gustavo Alberto; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
Este documento de tesis tiene el propósito de diseñar un módulo de enseñanza del sistema motriz de fajas transportadoras, con el objeto de analizar su comportamiento bajo la variación de algunos parámetros de trabajo. Se hace una descripción y análisis de su comportamiento, trabajando en condiciones de diseño, y variando dichas condiciones en rangos que el equipo pueda soportar. El desarrollo del presente estudio se hace en seis capítulos. En el primer capítulo se muestra el estado del arte, iniciando en la descripción de una faja transportadora, sus usos y clasificación, así como mostrando sus partes principales, tanto del sistema motriz como del equipo. El segundo capítulo se enfoca en el análisis de la posición del brazo de torque y como esto afecta a las reacciones que se generan en los apoyos del sistema motriz, de igual manera se analiza el sentido de giro que el sistema motriz debe entregar a la polea motriz de la faja transportadora. En el tercer capítulo se desarrolla la influencia de la variación de la velocidad; esto es posible lograr a través de un variador de frecuencias; y su influencia en el funcionamiento del equipo, así como las fuerzas que estas generan en los apoyos. En el cuarto capítulo se analiza las implicancias que tiene la variación de la carga transportada en el equipo y estructura de soporte, de igual manera se presenta en gráficos comparativos los valores de las reacciones para distintos valores de carga. En el quinto capítulo se desarrolla la importancia de la teoría de escalamiento mecánico, como herramienta de diseño y de predicción de fallos y errores de diseño, y también se desarrollan las simulaciones con herramientas computacionales tanto del sistema real como del modelo a escala. Se verifica el resultado en el modelo computacional con el desarrollo analítico para la primera frecuencia del sistema real. Finamente, en el capítulo seis, se desarrolla un análisis de los costos que supone la fabricación del modelo a escala, detallándolo por partidas.
Diseño y optimización de un arado reversible por gravedad
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-02-08) Rubio Valle, Alexis Enrique; Barriga Gamarra, Eliseo Benjamín
El aumento en la producción agrícola de exportación ha incrementado la importación de maquinaria agrícola de gran envergadura. Por otro lado, las zonas andinas del país albergan empresas agrícolas cuyo producto tiene como destino el mercado interno. Ante esto su demanda de maquinaria agrícola es distinta a las grandes empresas, no tan cara, tanto en sus costos como en su mantenimiento. Esta demanda es cubierta por empresas metalmecánica, fabricando esta maquinaria en forma artesanal. No se ha encontrado un estudio serio y completo referido a este tipo de maquinaria agrícola, Solo se encuentran planos de construcción realizados de forma artesanal y copiada una y otra vez por las empresas metalmecánicas mencionadas. Debido a esto los objetivos trazados en el presente proyecto son: Diseñar un arado reversible por gravedad, de tecnología intermedia y hecho de los materiales más comunes y económicos, aplicando correctamente los conceptos del diseño mecánico, las leyes de la mecánica, la ciencia de los materiales y las matemáticas. Así también se busca el almacenamiento y sistematización de la información acumulada durante el desarrollo del presente trabajo (base de datos digitales de cálculos, planos de despiece y ensamble) y finalmente la validación de los resultados durante y al final del proyecto. Los supuestos teóricos o metodológicos en la que se sustenta el presente trabajo están en la obra Engineering Design, a Systematic Approach escrito por Pahl and beits en el que explica cómo debido a la compleja naturaleza de la tecnología moderna es ahora raramente posible para un individuo lograr el diseño y desarrollo de un nuevo o mejor producto por sí solo. Para incrementar la probabilidad de éxito de un producto, el proceso del diseño debe ser planificado cuidadosamente y ejecutado sistemáticamente, en particular se necesita un método de diseño en ingeniería el cual debe dividirse primero en fases y luego en distintas etapas cada cual con su propio método de trabajo, con estos objetivos en mente es que Pahl y beitz nos proporcionan un extensivo conjunto de conocimiento acerca del diseño sistemático y sus principales fases: Planificación del producto y clarificación de la labor; Diseño conceptual; Desarrollo o elaboración del proyecto y Diseño de detalle. Los términos son usados en BS 7000, The Management of Product Design y publicados por la British Standards Institution en 1989. Hay un progreso paso a paso del estado cualitativo del proyecto al estado cuantitativo del proyecto y finalmente hay una deliberada variación y combinación de los elementos solución de diferente complejidad. El método o procedimiento realizado se resume en el siguiente Diagrama.