Facultad de Ciencias e Ingeniería
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Item Diseño de un módulo educativo de un Molino SAG para el estudio de los mecanismos de molienda(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-26) Pérez Castillo, Kevin Giancarlo; Alencastre Miranda, Jorge HernánEsta investigación tiene como objetivo diseñar un módulo educativo de un molino SAG que permita observar y modificar los parámetros de operación para estudiar cualitativamente los mecanismos de molienda. El desarrollo de este módulo responde a la necesidad de mejorar la enseñanza de los procesos de conminución en los molinos SAG, un área crucial en la industria minera. El proyecto sigue la metodología de diseño VDI 2221, la cual abarca desde la recopilación de información sobre el estado del arte de los molinos hasta la elaboración de planos de fabricación. Se establecen requisitos claros para el diseño, se evalúan diversas alternativas de solución y se desarrolla la ingeniería de detalle que incluye simulaciones en 3D y análisis mediante el método de elementos finitos. Los resultados incluyen un diseño que permite la interacción con los parámetros operativos del molino, proporcionando una herramienta educativa útil tanto para la comprensión teórica como para la validación práctica de los cálculos. Además, el módulo ofrece la posibilidad de realizar experimentos que mejoran la eficiencia de los procesos de molienda al permitir la observación directa de los mecanismos involucrados. En conclusión, el módulo propuesto cumple con los objetivos planteados, facilita una mejor comprensión de los mecanismos de molienda y abre nuevas vías para futuras investigaciones en el ámbito de la minería.Item Diseño de una máquina enfardadora semiautomática de avena forrajera para pequeños productores del Perú con capacidad de 30 pacas por hora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-07) Condezo Rios, Melani Isabella; Alencastre Miranda, Jorge HernánEl objetivo principal de esta tesis es proporcionar a los productores ganaderos una solución para enfrentar la escasez de alimento en la región Suni. La máquina enfardadora semiautomática de avena forrajera diseñada permite compactar la avena de forma automática para su almacenamiento y posterior uso como alimento para el ganado. Aunque los procesos de suministro y amarrado de la paca se realizan manualmente, la compactación automatizada agiliza el proceso y facilita la conservación del forraje. El diseño de la máquina se ha concebido considerando las necesidades y las circunstancias específicas de los productores de pequeña y mediana escala, con el objetivo de proporcionar una solución eficaz y económica que contribuya a mejorar la ganadería en la región. En el diseño de esta máquina se toma en cuenta que este tipo de enfardadora necesita dos operarios: uno para suministrar avena y otro para realizar el amarrado de la paca. La máquina enfardadora ocupa un espacio específico de 3.64 m de largo por 0.9 m de ancho y 1.8 m de alto. La avena forrajera ingresará por el embudo ubicado sobre la cámara compactadora para ser compactada con una fuerza igual a 1215 N por una plancha reforzada. La máquina cuenta con un motor gasolinero para suministrar energía mecánica, el cual posee una potencia de 7.5 HP y 1800 rpm. Este motor accionará una transmisión por faja y por engranajes hasta un mecanismo de biela manivela para el empuje y retroceso de la plancha compactadora. Este trabajo se fundamenta en la metodología VDI 2221, que abarca desde la planificación de las ideas iniciales hasta la elaboración del proyecto definitivo. En el primer capítulo, se describe las propiedades de la avena forrajera, se investiga sobre la producción del ese cereal en el Perú, sus propiedades y el valor nutritivo que posee. El segundo capítulo, comprende el estado del arte, la lista de exigencias, conceptos de soluciones y la selección del proyecto definitivo. El tercer capítulo contiene los cálculos y la selección de cada componente de la máquina enfardadora. Por último, el cuarto capítulo presenta los planos y se lleva a cabo un minucioso examen económico en relación con la producción de la máquina.Item Diseño de un vehículo a tracción humana para participar en el NASA Human Rover Challenge(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-02) Lazo Talavera, Cristian Alfredo; Alencastre Miranda, Jorge HernánEn este trabajo de tesis, se presenta la descripción sobre el diseño de un vehículo a tracción humana tripulado por dos personas para participar en la competencia del Nasa Human Rover Challenge. El vehículo ha sido diseñado para que recorra sobre una superficie que simula el terreno de Marte. El vehículo, capaz de plegarse, ocupa un espacio de 1.5 m de largo por 1.5 de ancho y 1.5 de alto. El chasis tendrá la capacidad de soportar y albergar a las dos personas, y en conjunto con el sistema de suspensión poder absorber las reacciones producidas en las ruedas por las desigualdades y obstáculos del terreno. La energía mecánica es suministrada por los dos conductores del vehículo, la cual será transmitida a través de engranajes hacia las llantas para lograr el movimiento correspondiente. Se utilizó la metodología del diseño VDI 221 para el desarrollo de todo el trabajo de tesis desde planeamiento de los conceptos de solución hasta el desarrollo del proyecto óptimo definitivo. En el primer capítulo, se realiza el estado del arte donde se contemplan diferentes vehículos tripulados y no tripulados utilizados por la NASA. El segundo capítulo contiene la elaboración de los conceptos de solución y selección del proyecto preliminar óptimo. El tercer capítulo comprende los cálculos de los sistemas que componen el vehículo y la selección de elementos correspondientes. La memoria del diseño es acompañada de los planos de ensamble y despiece. Posteriormente, en el cuarto capítulo se realiza el análisis económico de la fabricación del vehículo. Finalmente, se redactan las conclusiones del diseño del vehículo a tracción humana, así como las recomendaciones que se deben tomar en cuenta desde el aspecto de diseño.Item Diseño y fabricación de un exprimidor de fibra de vicuña de 5 kg/h(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-10-31) Quispe Casazola, Oscar Abel; Alencastre Miranda, Jorge HernánEn el presente trabajo se diseñó y se desarrolló una máquina para el exprimido de la fibra de vicuña después del lavado. El exprimido consiste en reducir la cantidad de agua que se tiene en la fibra. La máquina fue diseñada para usarse con fibra de vicuña. Sin embargo, cabe la posibilidad de poder usarse en otras fibras de auquénidos. Para el diseño de la máquina se utiliza la metodología sistemática del diseño según la norma alemana VDI 2221, luego de la etapa de diseño se pasó a la fabricación del prototipo de funcionamiento, en dicho prototipo se realizaron las pruebas de exprimido y se observaron algunos aspectos que mejorar para la fabricación de la maquina final. Sin embargo, cabe mencionar que el prototipo fabricado cumple con todas las exigencias planteadas en el proyecto. El diseño de la máquina se ubica en el marco de las tecnologías apropiadas y está orientada a mejorar el proceso de producción de las comunidades dedicadas a la fibra de vicuña satisfaciendo, también, las necesidades y los requerimientos por estas. Usualmente, estas comunidades no lavan ni exprimen la fibra de vicuña. Sin embargo, si lo hacen, el exprimido es de manera manual lo que lo hace muy trabajoso y complicado debido a lo delicado que es esta. El prototipo diseñado es accionado por energía eléctrica y permite exprimir 5kg/h de fibra de vicuña. El prototipo, de medidas generales, de 840x845x1245 mm es pequeño por lo que lo hace versátil y de fácil transportación. Se espera que este prototipo experimental sea optimizado y sirva para mejorar la calidad de vida de las comunidades andinas dedicadas a este rubro.Item Diseño de un módulo educativo para el estudio de las vibraciones mecánicas mediante la variación de los parámetros inercia, rigidez y fuerza de excitación(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-10) Cabrera Centurión, José Gonzalo; Alencastre Miranda, Jorge HernánEl presente documento inicia resaltando la importancia de la disciplina ingeniería de vibraciones y sus aplicaciones en la industria, en consecuencia, se identifica la necesidad de proveer a los estudiantes de ingeniería, el conocimiento necesario para garantizar un buen desenvolvimiento en su desarrollo profesional, es por ello que, se propuso el diseño de un módulo de laboratorio para el estudio de las vibraciones mecánicas, esto con el objetivo que, en él, se aprecie experimentalmente el cambio en las vibraciones al variar los parámetros inercia, rigidez y fuerza de excitación. El primer capítulo explica los conceptos básicos para comprender las vibraciones mecánicas, describiendo sus parámetros y como interactúan entre sí, estableciendo las propiedades de un sistema mecánico. El segundo capítulo presenta el desarrollo del diseño de un módulo que permita, mediante el cambio de sus piezas, la variación de sus parámetros; se empleó la metodología de diseño basado en la norma VDI 2221 y 2225, donde se investigó el estado de la tecnología, se esbozaron conceptos de solución y evaluaron proyectos preliminares hasta optar por el definitivo, posteriormente, se desarrollaron los cálculos finales y los planos para la fabricación en la ingeniería de detalle. El último capítulo concluye el trabajo presentando los costos de diseño y fabricación del módulo de laboratorio para el estudio de las vibraciones mecánicas. Finalmente, se cumplió el objetivo general y los objetivos específicos al culminar el diseño de un módulo que permita a los estudiantes analizar, mediante la experimentación, los cambios en las vibraciones mecánicas al variar los parámetros inercia, rigidez y fuerza de excitación.Item Diseño, fabricación y análisis dinámico de un rotor rígido sobre cojinetes magnéticos radiales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-07-16) Aguilar Juscamaita, Enrique; Alencastre Miranda, Jorge Hernán; Barriga Gamarra, Eliseo BenjamínEl presente trabajo de tesis forma parte de una iniciativa de investigación multidisciplinaria enfocada en estudiar los cojinetes magnéticos y sus aplicaciones, en este contexto, los objetivos planteados para este proyecto son diseñar un prototipo del sistema formado por un rotor rígido suspendido sobre cojinetes magnéticos radiales; fabricar el prototipo diseñado y caracterizar su comportamiento dinámico mediante un análisis modal teórico. El alcance contempla el desarrollo de la ingeniería conceptual, ingeniería básica, ingeniería de detalle del prototipo así como su posterior manufactura. Asimismo, se incluye la caracterización dinámica del sistema usando la teoría de sistemas de varios grados de libertad. Dentro de este alcance no se contempla la ingeniería básica y de detalle de los actuadores electromagnéticos; la ingeniería, programación, electrónica y automatización del sistema de control de los actuadores así como su respectiva instalación, ya que son tópicos que corresponden a temas de tesis paralelos. Como resultado de este trabajo de tesis se obtuvo un prototipo de fabricación local, cuyas dimensiones son 1400 mm x 505 mm x 960 mm con un rotor rígido de 6 kg de masa accionado por un motor eléctrico que puede girar entre 1800 rpm y 2340 rpm gracias a un variador de frecuencia incorporado. La carga se regula a través de masas calibradas de 1kg, 2kg y 3kg según el operador lo requiera. Para la verificación de rigidez del rotor se utilizó la teoría de vibraciones en sistemas contínuos y se validó con ayuda del método de elementos finitos arrojando una frecuencia natural de 1158,2 Hz, lo cual garantiza que a la frecuencia de giro, el rotor tendrá un comportamiento rígido. Asimismo, se realizó una verificación dinámica de la estructura de soporte y la base del motor arrojando frecuencias de 19.37 Hz y 689.22 Hz, lo cual, en base a la verificación dinámica indica que funcionará adecuadamente y no habrá frecuencias externas que dificulten el control. La última etapa del trabajo consistió en el análisis dinámico del comportamiento del rotor en el plano bidimensional, a través de un análisis modal contínuo de donde se obtuvieron frecuencias de 46.38 Hz y 62.74 Hz para cada uno de sus modos de vibración.Item Diseño de una mini planta móvil para la fabricación de 100 adobes por hora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-01) Javier Cortez, Julio Ernesto; Barriga Gamarra, Eliseo Benjamín; Alencastre Miranda, Jorge HernánLa presente tesis está orientada a la rama del diseño en Ingeniería Mecánica. Se identificó la necesidad de mejorar la producción de adobe en las diferentes zonas altoandinas del Perú. Actualmente con métodos tradicionales se logra producir en el mejor de los casos 250 adobes diarios, demandando además un excesivo esfuerzo de los productores. A raíz de este déficit en la producción se diseñó de una mini planta móvil para la fabricación de adobes con una capacidad de 100 adobes por hora que además ayude a disminuir el esfuerzo humano. La máquina adobera posee unas dimensiones de 1.5 metros de ancho, 2.36 metros de alto y un largo de 2.28 metros. La máquina funciona aprovechando el principio de la energía hidráulica para ejercer una presión de 12.5 kg/cm2 sobre el barro premezclado para que este pueda adoptar las dimensiones finales deseadas de 400 x 200 x 150 milímetros. Para determinar la presión necesaria que se necesita ejercer sobre el adobe, se realizaron diferentes ensayos de compresión y humedecimiento de tierra. Estos ensayos se realizaron a diferentes presiones desde los 5 kg/cm2 hasta los 20 kg/cm2, concluyendo posteriormente que la presión adecuada para la fabricación de adobes era 12 kg/cm2. La unidad hidráulica es accionada por un motor de combustión interna de 15 HP, que usa como fuente de combustión gasolina de 90 octanos, cuya potencia está sobredimensionada en un 30% aproximadamente. El sobredimensionamiento del motor responde a la pérdida de eficiencia que sufren los motores cuando se trabaja en zonas con alturas superiores a los 3000 metros sobre el nivel del mar. La máquina se encuentra diseñada principalmente en acero, por lo que se recomienda el uso de pintura anticorrosiva para su protección de la humedad del barro con el que trabajará y de las constantes precipitaciones que se producen en la zona andina. Adicionalmente dentro del cuerpo y los anexos de la presente tesis se encontrará la información necesaria para corroborar el desarrollo de esta, así como la descripción del proceso de selección de la tierra, proceso de preparación del adobe y los ensayos necesarios para verificar si el adobe producido es de buena calidad.Item Diseño de una máquina sembradora de semillas de quinua con capacidad de 01 Ha/h traccionada por un tractor agrícola de 55 HP(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-02-19) Salvá Ramos, Luis Alonso; Alencastre Miranda, Jorge HernánEl presente trabajo presenta el diseño de una máquina sembradora de semillas de quinua con abono, cuya función es diseminar abono y sembrar semillas de quinua en los terrenos de cultivo ayacuchanos. La máquina ha sido diseñada para sembrar semillas de quinua de los principales tipos del departamento de Ayacucho: Blanca de Junín y Amarilla de Maranganí. La máquina sembradora ocupa un espacio de 1,6 m de largo por 1,8 de ancho y 1 m de alto. Las semillas de quinua y el abono serán almacenadas en tolvas y dosificadas mediante rodillos acanalados. En las zonas donde estarán las cadenas, se instalará cobertores para evitar algún daño del mecanismo y/o daño a las personas que operen la máquina. La energía mecánica es suministrada por medio de un tractor SHANGAI 504, el cual posee una potencia de 55 HP. Dicho tractor tendrá por función jalar a la máquina y que esta realice su labor de siembra en los terrenos de cultivo, con una velocidad de avance de 1,39 m/s (5km/h). Se utilizó la metodología del diseño VDI 2221 para el desarrollo de todo el trabajo desde el planeamiento de los conceptos de solución hasta el desarrollo del proyecto definitivo. En el primer capítulo de la presente tesis se describe las características de la quinua y parámetros importantes sobre el cultivo. El segundo capítulo, denominado “Concepción del diseño”, contiene la elaboración de los conceptos de solución y selección de concepto de solución óptimo. El tercer capítulo comprende los cálculos de los componentes de la máquina y la selección de elementos normalizados La memoria del diseño es acompañada de los planos de ensamble y despiece. Finalmente, se realizará un análisis económico de la fabricación de la máquina en base a precios, proformas realizadas por empresas de metal mecánica de nuestro medio, etc. Se adjuntará al trabajo, observaciones, conclusiones y anexos utilizados.Item Implementación de un módulo de laboratorio para el estudio dinámico en estructuras metálicas de equipos mecánicos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-01-28) Arzapalo Barrera, Ed Freddy; Alencastre Miranda, Jorge HernánEn la actualidad, el Perú presenta una gran demanda en la utilización de estructuras metálicas que trabajan con equipos mecánicos tales como zarandas, chancadoras, fajas transportadoras, entre otros. El campo de aplicación abarca todo tipo de industrias, donde la que más resalta es la minería, ya que el Perú es considerado un país minero (actividad principal). Es por ello, la importancia de conocer el comportamiento dinámico de dichas estructuras tiene un valor agregado muy importante. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo implementar un módulo de laboratorio en base a una estructura metálica, la cual trabaje con equipos mecánicos. Para así poder mostrar la influencia y mejorar la comprensión sobre la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. La primera parte abarcó todos los conceptos necesarios para poder abordar los problemas de vibraciones mecánicas en las estructuras metálicas. Se explicó con mayor detalle los conceptos de los parámetros que influyen y estén relacionados con el comportamiento dinámico y la estabilidad. También se indicaron las herramientas necesarias para determinar las frecuencias naturales en n GDL mediante el análisis modal. En cuanto a la parte del diseño, se contemplaron las recomendaciones mencionadas por la norma VDI 2225; desde el estudio del arte, hasta obtener el concepto de solución óptimo, para luego realizar los planos de fabricación. La siguiente parte abarcó la experimentación que se realizó en el Laboratorio de Física de la PUCP, con ello se obtuvo datos experimentales (análisis modal) para luego contrastarlos con los elementos finitos. Luego, se comprobó que hay una variación menor al 10 % en el primer modo de los datos conceptuales con los experimentales. También, se mostró la influencia del tipo de uniones y cómo estos afectaron a las condiciones de borde. Además, se logró mostrar la diferencia de los modos y frecuencias naturales al cambiar cambió la configuración del sistema. Por último, se logró cumplir con los objetivos planteados al mostrar la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. Como también se resaltó, la importancia de las condiciones de borde para tener una mejor representación del modelo actual, en este caso se resaltó la influencia del tipo de uniones.Item Diseño de una máquina centrífuga para el aprovechamiento de las proteínas del suero de leche mediante la producción del requesón a una humedad relativa aproximadamente del 60% con una capacidad de 1 Kg/hora, para el sector rural(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-14) Huamaní Tapia, Angel Jhan Franco; Alencastre Miranda, Jorge HernánLa presente tesis comprende el diseño de una máquina centrífuga, la cual posee como objetivo y función principal el aprovechamiento absoluto de las proteínas del suero de leche, mediante la producción del requesón a una humedad relativa cercana al 60%. La máquina ha sido proyectada exclusivamente para el sector rural por lo cual el motor seleccionado es monofásico con una potencia de 1.5 kW, esto se debe a que en muchas zonas rurales no se cuenta con un sistema trifásico, por ello se deja la opción directa para el motor monofásico; por otro lado, la máquina centrífuga es un prototipo, lo que condiciona que su capacidad de trabajo sea baja, esto es de 1kg/hora de requesón. A su vez se ha diseñado lo más compacta posible, por lo cual ocupa un espacio de 1064mm de largo por 500mm de ancho y una altura de 1147mm. El encendido de la máquina será por medio de un tablero de control, en el cual se ha incorporado el cambio de velocidades. Se ha propuesto dos velocidades de trabajo: una baja de 1200 rpm y otra alta de 2600 rpm. La transmisión de potencia se realizará a través de un sistema de poleas y fajas trapezoidales. La máquina cuenta con una canasta rotor en la cual se verterá el suero de leche precalentado y por medio de un filtro se realizará la separación de la precipitación de caseína (requesón), dicha separación se intensificará y se acelerará con la ayuda de la fuerza centrífuga debido a que el rotor estará girando a altas revoluciones (1200 rpm o 2600 rpm). El tiempo de centrifugado es aproximadamente de 20 minutos, tiempo en el cual la máquina estará trabajando sin interrupciones, cerrada en su totalidad. Luego se procederá a apagar la máquina para descargar el requesón obtenido en la canasta rotor, para finalmente vaciar el contenido de manera manual.