Ciencias con mención en Ingeniería Mecánica
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Item Turbina de corriente libre para bombeo de agua(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-28) Serván López, Raúl FernandoEl abastecimiento de agua para usos productivos y domésticos es uno de los problemas más graves en las zonas rurales de nuestro país. Estas necesidades energéticas pueden ser satisfechas gracias al empleo de energía renovable. El tema analizado en la presente tesis es la descripción y análisis de una turbina que aprovecha la energía cinética de un río. Este dispositivo se denomina turbina de corriente libre, y se presenta como una alternativa para la provisión de agua en zonas en los que no existe un salto disponible. Como se sabe, la energía cinética de un río es más "densa" (más energía por unidad de área) que la energía eólica pero no puede competir con la energía disponible en un pequeño salto. En este trabajo se describen los diferentes tipos de turbinas de corriente libre que han sido experimentados en varios lugares del mundo, y se selecciona un tipo que luego viene presentado en detalle. Para el análisis del comportamiento de la turbina en el agua se han utilizado las relaciones que gobiernan el comportamiento de los álabes en un medio fluido, haciendo uso extensivo de las relaciones que se emplean para el dimensionamiento de aerobombas, puesto que este tipo de dispositivos son conceptualmente similares a las turbinas de corriente libre. Entre las más importantes conclusiones a las que llega este estudio, es que una de las características geómetricas indispensables e importantes en el dimensionamiento del rotor es el ángulo de setting, el cual determina el modo en que cada parte del rotor contribuye a la generación de potencia. Se ha encontrado además que para tener la facilidad de manufacturar el álabe con cuerda constante, es necesario mantener un ángulo de curvatura a lo largo del mismo, lo que permite aprovechar al máximo la energía de la corriente. Para lograr la máxima potencia de un sistema como el propuesto se debe tratar que el proceso de fabricación del sistema dé dimensiones lo más cercanas posibles a las dimensiones determinadas teóricamente, y que esto sea posible de obtener a un costo razonable.Item Estudio de los procesos de reciclaje de los residuos de caucho(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-13) López Tinoco, Edison Jairo; Barriga Gamarra, Eliseo BenjamínLos caucho son materiales que están formados por 10 o más componentes. Estos compuestos poseen propiedades únicas que los hacen adecuados en distintas aplicaciones donde se requieren resistencia a la corrosión química y propiedades elásticas. Por ello, se hacen insustituibles en la producción de neumáticos, mangueras, cables, fajas de transmisión, sellos, etc. Es debido a estas propiedades que el reciclaje de sus residuos presenta diversos retos. El reciclado de estos materiales comienza por un proceso de reducción de tamaño y molienda, en el cual se obtienen partículas de caucho en tamaños que varían desde los milímetros hasta las micras. Para ello, se deben realizar diferentes procesos de molienda según el tamaño del residuo. Estos procesos se dividen en primario, secundario y terciario. Además, la molienda de caucho se puede realizar por diferentes métodos como son la molienda a temperatura ambiente y la molienda criogénica. En la molienda a temperatura ambiente, no se busca modificar la temperatura del residuo de caucho antes o durante el proceso de molienda; sin embargo, durante la molienda la temperatura de se puede elevar hasta los 130°C debido a las grandes fuerzas presentes en el proceso. La molienda criogénica, llamada así porque las temperaturas de los residuos del caucho se enfrían a temperaturas criogénicas para llevar al caucho a un estado vítreo. En ese estado, el caucho se vuelve un material frágil y facilita su molienda. Uno de los método para la reutilización de los cauchos se realiza mediante el proceso de desvulcanización. La desvulcanización, como su nombre lo indica, es un proceso en el cual se logra romper los enlaces creados en la vulcanización para obtener un producto similar al material virgen antes de ser vulcanizado. Este caucho desvulcanizado se puede volver a vulcanizar de la misma forma que un material virgen; sin embargo, la propiedades mecánicas obtenidas en el producto final suelen ser menores. Existen diferentes métodos de desvulcanización: la química, la cual viene siendo aplicada desde hace algunas décadas; la desvulcanización ultrasónica o por microondas, las cuales presentan un resultado prometedor; y la desvulcanización biológica, la cual se encuentra en un estado de investigación.Item Caracterización dieléctrica de películas bioplásticas extraídas de fuentes naturales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-29) Tejada Cardeña, Marco Antonio; Torres García, Fernando GilbertoDebido a la contaminación producida por el uso de plásticos convencionales, muchos polisacáridos son ahora objeto de estudio para el desarrollo de bioplásticos con diversas aplicaciones como, por ejemplo, en la industria biomédica, alimentaria, energética, entre otras. Las propiedades mecánicas, térmicas, morfológicas, estructurales y dieléctricas de un material, varían de acuerdo a la materia prima empleada. En este caso, las propiedades de un bioplástico elaborado a partir de un polisacárido van a variar de acuerdo al tipo de polisacárido y de acuerdo a la especie de la cual son extraídos. Por ello, es necesario realizar estudios que permitan caracterizar los polisacáridos extraídos de distintas fuentes naturales. En el presente estudio se extraerán tres tipos de polisacáridos (almidón, carragenina y ulvan) a partir de cinco fuentes naturales (Solanum tuberosum var. Negra, Solanum tuberosum var. Huamantanga, Solanum tuberosum var. Yungay, Chondracanthus chamissoi, Ulva papenfussii y Ulva nematoide) que se encuentran en el Perú. Se elaboraron bioplásticos a partir de dos de ellos (almidón y carragenina) y se caracterizaron dieléctricamente para estudiar su dinámica molecular ante una variación de temperatura y/o frecuencia, y con ello obtener información de su estructura interna. A partir de dichos resultados, se podría evaluar su uso como material para aplicaciones energéticas. El objetivo principal de este trabajo de investigación es caracterizar dieléctricamente los distintos bioplásticos elaborados con almidón y carragenina, extraídos de fuentes naturales. Para ello se empleó la técnica de Espectroscopia Dieléctrica de Banda Ancha (BDS) que permitió evaluar la permitividad en función de la frecuencia, a temperatura ambiente. A partir de los resultados obtenidos, se concluyó que las propiedades dieléctricas sí varían de acuerdo a la fuente de origen y que esto se debe a las diferentes características estructurales que poseen.Item Diseño mecánico de un husillo de sujeción por pinza para un torno de uso educativo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-23) Carreño Rojas, German Stefano; Girón Medina, Víctor SergioEn una máquina herramienta la parte más importante es el husillo pues se encarga de sostener a la pieza o a la herramienta de corte. En el caso de los tornos, el husillo sostiene el material a mecanizar y lo hace girar a elevadas revoluciones mientras la herramienta de corte se aproxima a esta y arranca material para darle la forma deseada. Un husillo está conformado principalmente por tres partes: El eje, los rodamientos y la carcasa. El presente trabajo muestra los pasos y las consideraciones tomadas para el diseño de este. Para comenzar el diseño del husillo primero se definen sus características generales como lo son el tipo y la forma de transmisión de potencia del motor. Basado en ello se partió con la idea de un husillo modular con un sistema de transmisión por fajas. Para conocer la potencia que el husillo necesitará durante el mecanizado se consideró un proceso de cilindrado con parámetros típicos en talleres de manufactura. Dado que se trata de un husillo de sujeción por pinza ER es necesario conocer la geometría de estas para poder acoplarlas al eje. Las dimensiones de las pinzas ER son establecidas por la norma ISO 15488 y estas son el punto de partida para definir la geometría final del husillo. Siguiendo esta normativa se definió el tamaño necesario de los rodamientos, el tipo de estos y la distancia entre el apoyo fijo y libre para aumentar la rigidez de todo el conjunto. Finalmente se presenta la forma final del husillo y los planos necesarios para la fabricación de este.Item Metodología para la obtención de la configuración de mínimas pérdidas tobera-inyector de una turbina Pelton para 33 l/s mediante simulación CFD(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-07) Calero Anaya, Sebastián; Assureira Espinoza, Estela de la GraciaEn el presente trabajo se desarrolla una metodología para determinar a la configuración de mínimas pérdidas entre 3 combinaciones distintas de ángulos tobera-aguja de una turbina Pelton: 110°-70°, 100°-70° y 110°-80°. Para ello, se simularon los 3 casos para un caudal de 33 l/s y un salto neto de 15 m en el paquete CFD Ansys Fluent. Se identificaron y modelaron las geometrías para cada caso, las cuales fueron subdivididas en mallas de elementos finitos más pequeños. El software resolvió las principales ecuaciones gobernantes de Mecánica de Fluidos (continuidad, cantidad de movimiento, turbulencia, entre otras) en cada elemento finito para poder determinar las pérdidas correspondientes a cada caso. Se encontró que la configuración de mínimas pérdidas es la de 110°-70° con unas pérdidas del 4.49% respecto de la presión total de entrada. Se contrastaron los resultados del presente estudio con los obtenidos por distintas fuentes. Finalmente, dado que se obtuvieron resultados similares a las fuentes, se valida la metodología. Se hubiera podido obtener resultados más similares y precisos de haber contado con mayores recursos computacionales.Item Estudio y comparativa de condiciones ambientales de almacenamiento óptimas para la preservación de archivos magnéticos, ópticos y fílmicos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-02) Farfán Burga, Eduardo Alejandro; Barrantes Peña, Enrique JoséActualmente en el Perú no se presta mucha importancia hacia lo que es la preservación de la documentación y menos aun cuando se trata de archivos de décadas pasadas tales como archivos magnéticos (VHS, casetes, discos duros), material fílmico (fotografías analógicas, archivos de películas) o hasta formatos más recientes como lo son los medios ópticos (CDs, DVDs, Blu-Ray). El presente trabajo busca definir los parámetros que afectan en el deterioro de estos archivos y a partir de ello, comparar las condiciones ambientales óptimas que favorecen a una adecuada preservación de cada medio de almacenamiento. En primer lugar, se describirá el principio de funcionamiento de cada tipo de archivo/documentación, a partir del cual se podrá explicar cómo es que este podría verse afectado negativamente por el ambiente que lo rodea. Se mencionará cuál es la interacción del ambiente con el medio de almacenamiento y cómo es que este afecta a sus propiedades físicas como químicas acelerando así su deterioro. Después de ello, se listarán aquellos parámetros que son los responsables de los distintos mecanismos de deterioro presentados y se definirán los rangos de valores adecuados de estas variables para la óptima preservación de estos archivos y lograr alargar el tiempo de vida de ellos. A su vez, se hará una comparativa de los rangos óptimos de los parámetros de cada medio para verificar si podrían almacenarse conjuntamente. Finalmente se recomendarán valores de estos parámetros de acuerdo a diferentes contextos como lo son: Las condiciones ambientales externas, si se desea una preservación a mediano plazo o a largo plazo, si la preservación se desea lograr a nivel de institución o a nivel doméstico.Item Determinación de parametros de conservación para la uva de mesa(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-23) Pacheco Callirgos, Marco Augusto; Barrantes Peña, Enrique JoséEn la actualidad, la producción de uva de mesa para la exportación en el Perú está en un continuo crecimiento. Este sector está marcado por fuertes competidores, es por ello que se necesita proporcionar ciertos requerimientos y características al producto para la exportación. El presente trabajo hace una revisión de los sistemas de cosecha y post cosecha que se siguen para la uva de mesa, con el fin de determinar parámetros para una adecuada conservación post-cosecha de la uva; es decir, el enfriamiento y la conservación en almacenes refrigerados para la uva de mesa. Se revisaron diversos estudios, guías y referencias para determinar parámetros de velocidad de aire en enfriamientos por aire forzado, velocidad de aire en los almacenes refrigerados, condiciones de humedad relativa, influencia del empaquetado en tiempo de enfriamiento y perdida del agua en la uva. Finalmente, se concluyó que para un enfriamiento rápido y eficiente se necesita un enfriamiento de aire forzado con velocidades entre 2.0 a 3.5 m/s, 90 a 95% de humedad relativa y temperatura final de la uva de -0.5 a -2°C. Para las condiciones de almacén refrigerado, velocidades de 0.2 a 0.5 m/s, temperaturas de -0.5 a -2°C, con humedad relativa entre 90 a 95% de humedad relativa, además de un tratamiento periódico de SO2 para el control fungicida. Finalmente, se concluyó que usar bolsas de polietileno o envases rígidos de polietileno (clamshell) va a depender de las prestaciones de la instalación. Usar bolsas de polietileno favorecen a una mejor conservación de la uva, al tener una menor perdida de agua que con envases rígidos de polietileno. Por otro lado, el uso envases rígidos de polietileno (clamshell) favorecen a un menor tiempo de enfriamiento que usar bolsas de polietileno. Estos parámetros van a ser esenciales a la hora de definir las condiciones de operación de un enfriador de aire forzado. En el análisis de tiempo enfriamiento para la uva Red Globe se obtuvo un tiempo de 7 horas y 36 minutos para enfriar la uva desde 30°C a -2°C con una temperatura de medio de -15°C y velocidad de aire de 2.0 m/s.Item Estado de la tecnología del proceso de moldeo rotacional de polímeros reforzados con fibras naturales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-23) Vilcayauri Rios, Ademir Alejandro; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoEl moldeo rotacional de polímeros es un proceso seleccionado únicamente con el objetivo de fabricar objetos huecos, mediante la rotación de un molde dentro de un horno. La aparente simplicidad del proceso no incentivó la investigación ni su desarrollo. En los últimos 20 años se ha perfeccionado este proceso y sus productos, asimismo se ha ampliado la diversidad de materiales que pueden ser empleados como materia prima. Con el fin de reducir costos y tener buenas propiedades mecánicas en los productos, se fabricaron materiales compuestos reforzados con fibras naturales tales como: sisal, linaza, hoja de plátano, cáscara de arroz, salvado de trigo, agave, coco, abacá y madera, entre otras. Los investigadores estudiaron el sinterizado de diferentes matrices y fibras natural, así como el tratamiento químico del refuerzo y determinaron los parámetros de fabricación para obtener el mejor comportamiento mecánico. El objetivo del presente trabajo de investigación es realizar una revisión sobre el estado de la tecnología del proceso de moldeo rotacional de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras naturales. En esta perspectiva, para todas las investigaciones exploradas, inicialmente se revisó acerca de los constituyentes empleados, así como la preparación y el tratamiento químico al que fueron sometidos. Luego, se identificó las condiciones de fabricación y los parámetros de moldeo: velocidades de giro de los ejes, temperaturas del horno, tiempos de calentamiento y enfriamiento. A continuación, se abordaron los diseños experimentales utilizados. Se presentaron los ensayos, las normas y las maquinas utilizadas. Finalmente, se realizó una comparación de las propiedades de los materiales resultantes. Como resultado de este trabajo se ha concluido que las muestras óptimas se encuentran en el rango de 10% y 20% en peso de refuerzo, ya que con cantidades mayores a 20% de fibras no se genera una buena adhesión entre matriz y refuerzo. Se alcanzaron incrementos en el módulo elástico fue de hasta 25% respecto a la matriz e incluso de hasta 56% cuando se trata químicamente el refuerzo. Sin embargo, la reducción de la resistencia a la tracción y a la flexión pertenecen al rango de 3% a 26% y de hasta 75%, en el caso de la energía absorbida al impacto; en todos los casos, el incremento por tratamiento químico es bajo o nulo. Para obtener una muestra con alto contenido de refuerzo, con el propósito de mejorar considerablemente sus propiedades, es necesario recurrir a un tratamiento químico; pero en muestras con cantidades menores a 20% de refuerzo, dicho tratamiento no brinda beneficios y solo representa un gasto económico.Item Determinación de la configuración básica para el diseño del sistema motriz de un ómnibus eléctrico para Corredor de Lima Metropolitana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-20) Morón Silva, Sebastián Mauricio; Jiménez Ugarte, Fernando OctavioEl presente trabajo de investigación estudia el estado de la tecnología de los vehículos eléctricos con el objetivo de determinar qué tecnología emplear en el diseño de un bus eléctrico para cubrir la ruta del Corredor Rojo planteada por la Autoridad de Transporte Urbano en la ciudad de Lima. En primer lugar, se determina qué tipos de vehículo eléctrico se tomará en cuenta y se realiza una breve descripción de estos y su uso como buses de transporte público. Luego se compara cada una de las tecnologías estudiadas tomando en cuenta tres aspectos importantes: autonomía del vehículo, tiempo de recarga de la fuente de energía e infraestructura requerida para la implementación de cada uno de estos vehículos. Finalmente, considerando las ventajas y desventajas de cada tecnología y las características del lugar del proyecto (ciudad de Lima), se determina cuál de ellas es la mejor alternativa para cumplir con el objetivo planteado.Item Determinación analítica de un sistema motriz híbrido de una pick-up todo terreno para zonas altoandinas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-19) Olivera Alberto, Andrés Lyncol; Jiménez Ugarte, Fernando OctavioActualmente, la constante innovación y competencia entre marcas automotrices a nivel mundial se centra, no solo en ofrecer un producto con mejor desempeño o diseño, sino también en la reducción de emisiones contaminantes producidas por sus vehículos. Esto a raíz del progresivo aumento de restricciones medioambientales por parte de identidades gubernamentales año a año. Es así que, en las últimas décadas, el avance tecnológico en cuanto a electrónica y baterías ha conllevado a un desarrollo notable a la industria de vehículos eléctricos. Los cuales, por su nula generación de gases contaminantes durante su uso, se han vuelto una alternativa a tener presente en pro de la conservación del medio ambiente. Desafortunadamente, su todavía poca presencia en el mercado y alta inversión en cuanto a infraestructura, disminuyen la probabilidad del uso de esta tecnología a mediano o corto plazo. Sin embargo, en tanto ocurra la transición entre los vehículos a combustión convencionales y los eléctricos, es posible emplear una tecnología existente que recoge y combina las ventajas de ambos sistemas: los vehículos híbridos. El torque instantáneo y a alta eficiencia, sin importar la altitud de operación, hacen ideal el uso de motores eléctricos en vehículos todo terreno que circularán por la muy variada geografía del país. El objetivo del presente trabajo de investigación es de determinar el sistema motriz híbrido más adecuado para una operación en todo terreno de una camioneta pick up. Para ello, se identificarán las principales tecnologías actuales. Luego, se determinarán los parámetros
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