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 órtesis que compense las vibraciones del conjunto muñeca-mano en pacientes con Parkinson(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-13) Aquise Leiva, Christian Noel Jr.; Elías Giordano, Dante ÁngelLa Enfermedad de Parkinson, caracterizada por síntomas como temblores disruptivos en muñecas y manos, representa un significativo desafío clínico. En respuesta a la falta de dispositivos ortopédicos especializados en Perú, se desarrolló una órtesis destinada a mejorar la autonomía y calidad de vida de los pacientes. Este dispositivo se distingue por su diseño accesible y su costo inferior al de las alternativas disponibles en el mercado, alineándose con la normativa alemana VDI 2221. La fase inicial del proyecto implicó un análisis detallado de los temblores musculares y de las tecnologías previas, resultando en una órtesis que fusiona un sistema de sujeción ajustable, una muñequera y un mecanismo de amortiguación económico para optimizar la comodidad del usuario. El estudio introduce un dispositivo innovador para tratar la enfermedad de Parkinson: un disipador de vibraciones de 2 grados de libertad que reduce de manera significativa los temblores en la mano. Este avance tecnológico funciona sincronizándose con las frecuencias específicas del temblor (4.5 Hz y 5.5 Hz), mejorando la precisión y el control de la mano en las actividades cotidianas. Adicionalmente, se realizó una estimación de costos que abarcó desde el diseño inicial hasta la fabricación del dispositivo, subrayando la importancia de la impresión 3D para una fabricación eficiente y personalizada. Este enfoque no solo redujo los costos, aumentando la probabilidad de contar con un dispositivo accesible, sino que también demostró la factibilidad de ofrecer soluciones ortopédicas innovadoras. De acuerdo con lo desarrollado, los costos de diseño y de fabricación son aproximadamente S/. 8,500.00 y S/. 800.00, respectivamente. El dispositivo, de tamaño compacto (62x96 mm) y peso ligero (menos de 500 g), ofrece una solución personalizada a los pacientes con Parkinson, representando una nueva alternativa para mejorar la calidad de vida de las personas que viven con la enfermedad.Item Diseño de una plataforma de elevación con una rampa automática como medio de acceso para personas con movilidad reducida al transporte público(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-13) Morales Bravo, Jesús Sebastian; Elías Giordano, Dante ÁngelEn este documento, se presenta el diseño de un sistema mecatrónico conformado por un sistema de elevación y un sistema de traslación, con finalidad de permitir el acceso a personas con movilidad reducida, especialmente aquellas que usan sillas de ruedas, hacia la entrada de los buses de la línea roja del corredor complementario peruano. El sistema tiene una capacidad máxima de carga de 400kg, la cual se eleva a una altura de 1.10 m con respecto a la acera con una velocidad de 0.50 cm/s, permitiendo que el usuario llegue a la entrada del bus situada en la puerta posterior. La geometría está diseñada para sillas de ruedas de uso común con dimensiones máximas de 1.30 m de largo y 0.8 m de ancho. El desarrollo del documento contempla inicialmente un breve resumen del trabajo de investigación con respecto al diseño conceptual del sistema propuesto siguiendo la metodología UFSC, resaltando conceptos claves, mecanismos existentes en el estado del arte, tesis, patentes y una solución conceptual representada en bocetos. A partir de este primer capítulo, se empieza a desarrollar el diseño mecánico teniendo en cuenta consideraciones preliminares para el desarrollo de los cálculos, los cuales junto con simulaciones en elementos finitos permiten seleccionar los distintos materiales y componentes mecánicos e hidráulicos. Luego se realiza el diseño eléctrico-electrónico y de control, donde se detalla el diagrama de funcionamiento, la lógica de control, y la selección de los distintos componentes eléctricos-electrónicos que se usaran para controlar y energizar el sistema. Por último, se realiza la integración del dominio mecánico y electrónico, presentando diseños 3D, planos y un balance de costos. El sistema de elevación se basa en un mecanismo tipo tijera los cuales son usados por su robustez y su alta capacidad de carga sin perder el equilibrio. Por otro lado, el mecanismo de traslación está basado en un mecanismo telescópico el cual permite el traslado horizontal de cargas en voladizo con una flexión despreciable. Asimismo, se dispondrá de un panel de control el cual contendrá el controlador, relés de estado sólido y contactores, los cuales controlaran la entrada y salida de información de los sensores. La integración del sistema en sus tres dominios no supera los US$ 12000 dólares estadounidenses, por lo que podemos concluir que su inversión está dentro del rango comercial.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 concentrador solar Scheffler de 2,7 m2 , modular y transportable, con mecanismo de repliegue y despliegue(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-07) Ponce Torres, Nestor Alberto; Pujada Gamarra, EnriqueLa presente tesis trata sobre el diseño de un concentrador solar Scheffler de 2.7 m2 con mecanismo de repliegue y despliegue, modular y transportable. La ventaja de este diseño es que, al reducir su tamaño y volumen, se vuelve fácilmente transportable, lo que hace que esta tecnología sea accesible incluso en zonas de difícil acceso en el Perú, donde la falta de buenas vías y los altos costos de transporte representan barreras significativas. Esto es especialmente relevante, dado que el diseño original del equipo implica elementos frágiles, como los espejos. Para lograr este objetivo, en primera instancia se define el alcance de la tesis y se lleva a cabo una investigación sobre el estado de la tecnología relacionada con concentradores solares y sistemas desplegables, como el origami, que permite reducir en área y volumen cualquier sistema usando patrones definidos. Luego, siguiendo la metodología de diseño según las normas alemanas VDI 2221 y VDI 2225, se elabora una lista de requerimientos y se proponen diseños conceptuales, seleccionando finalmente el proyecto preliminar definitivo teniendo en cuenta aspectos técnicos y económicos. Por último, se realizan los cálculos necesarios para dimensionar el equipo y se elaboran los planos de fabricación y ensamblaje correspondientes. Los resultados de esta investigación muestran que se logró diseñar un concentrador solar de 2.7 m2 que reduce su volumen en más del 75% al plegarse, además de diseñarlo con una ergonomía adecuada para su uso, ya que el foco se encuentra a 1 metro del suelo. El costo total estimado para el diseño y la fabricación del primer prototipo es de S/. 11,401.58.Item Diseño de un sistema automático para el cultivo vertical de hortalizas e inspección por visión artificial(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-16) Aguilar Paredes, David Moisés; Crisóstomo Romero, Pedro MoisésLa incertidumbre en la producción de alimentos se intensifica debido a la contaminación del suelo, el cambio climático y el inminente aumento de la población a 9.8 mil millones de personas. La agricultura convencional, con su uso intensivo de químicos, ha contribuido a perder el 30% de las tierras arables a nivel mundial en las últimas cuatro décadas. Esta situación destaca la urgencia de replantear los métodos de producción para abordar la creciente demanda, preservar los recursos y garantizar la sostenibilidad a largo plazo. En respuesta a este desafío, la agricultura vertical ha surgido como una solución tecnológica que ofrece protección contra insectos y enfermedades, además de posibilitar la producción independientemente de los factores climáticos. Este estudio de investigación se propone analizar el estado actual de la agricultura vertical, diseñar un sistema que permita el cultivo e inspección a través de visión artificial, y seleccionar dicho sistema mediante criterios técnicoseconómicos y un análisis de costos. En el primer capítulo, se presenta la problemática abordada, los objetivos, la metodología, y el alcance del trabajo. Se realiza un análisis exhaustivo del estado del arte sobre las tecnologías en cultivos verticales y proyectos anteriores. En el segundo capítulo, se aborda el proyecto conceptual, destacando la elección de una solución basada en un análisis técnico-económico. Esta solución implica la propuesta de una estructura metálica para alojar niveles de cultivos, integrando sensores para monitorear los parámetros de las plantas y actuadores para la distribución de la solución nutritiva. En el tercer capítulo, se diseña y simula la estructura metálica para garantizar el cumplimiento de los requerimientos establecidos. Además, se eligen los sensores, actuadores, fuentes de energía y una cámara para el subsistema propuesto. Finalmente, se simula el algoritmo de procesamiento de imágenes, se realizan pruebas del subsistema de transporte de la cámara, se estima el costo y se presentan las conclusiones del proyecto. En resumen, esta investigación propone una solución innovadora que integra la agricultura vertical y visión artificial para abordar los desafíos de la agricultura tradicional, siendo clave para asegurar la futura seguridad alimentaria.Item Análisis de falla correspondiente a un codo de 2” de 90° de grado sanitario de AISI SAE 304 L perteneciente a una línea de transporte de ácido carmínico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Mejia Veramendi, Eduardo; Fosca Pastor, Carlos AbrahamLa presente investigación describe la metodología aplicada y los resultados obtenidos en el desarrollo del análisis de falla de un codo de 90° de 2” de diámetro de grado sanitario de un de material AISI SAE 316L, la cual pertenecía a una línea de transporte de ácido carmínico al 2.5% en volumen, insumo usado para la fabricación de colorante rojo de origen natural, esta tuvo un tiempo de trabajo de aproximadamente 30 días, la que presentó una acelerada corrosión. Se ejecutaron diversos ensayos cuya finalidad fue determinar el mecanismo de falla y la causa más probable de la falla. Todos los ensayos realizados en la presente investigación han sido realizados en el laboratorio de Materiales de la Sección de Ingeniería Mecánica de la Pontificia Universidad Católica del Perú. En el primer capítulo los usos y aplicaciones del ácido carmínico, conceptos introductorios de los aceros inoxidables, así como los diferentes mecanismos de corrosión que afectan a estos, asimismo se presentan los conceptos previos acerca de la metodología de análisis de falla. En el segundo capítulo se presentan la metodología y también el procedimiento de los ensayos a realizar los cuales son inspección visual, análisis químico, análisis metalográfico, ensayo de polarización anódica y ensayos de reactivación electroquímica potenciocinética. El tercer capítulo presenta los resultados y el análisis de estos. Finalmente, se concluye de los ensayos realizados que la causa de falla del componente de estudio corresponde a un mecanismo de corrosión intergranular, originado principalmente por una incorrecta ejecución de soldadura, asimismo también se concluye que el material no es el adecuado para el servicio, dado que según los ensayos el material no es congruente con la información suministrada. Adicionalmente, se plantean recomendaciones como un mejor control de calidad tanto en el material como en los procesos de soldadura.Item Diseño de un dispositivo para monitoreo de balones de gas licuado de petróleo domésticos mediante una aplicación móvil(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Avalos Alba, José Diego; Rivera Calagua, Bryan JoelEn el Perú, el gas licuado de petróleo (GLP) es el combustible más utilizado para cocción de los alimentos, con cerca del 70% de familias peruanas dependiendo de él. Sin embargo, actualmente existen pocas tecnologías que permitan monitorear con precisión la cantidad de gas restante en los balones y detectar posibles fugas, lo cual compromete la seguridad, bienestar y comodidad de las familias. Disponer de información precisa sobre el nivel de gas y la detección de fugas resulta en un uso más eficiente y seguro de este recurso, por lo cual, el presente trabajo plantea el diseño de un dispositivo que pueda determinar el nivel del gas y detectar fugas en balones de GLP domésticos, siguiendo la metodología del diseño mecatrónico, desarrollada en conjunto entre la PUCP y la UFSC. El trabajo está dividido en dos sistemas: el de medición y el de software. El sistema de medición, que se colocará en el balón, incluye el diseño mecánico, electrónico y de control. Simulaciones con el método de elementos finitos utilizando Autodesk Inventor determinarán si el dispositivo puede soportar el peso de un balón. El sistema de software contempla una arquitectura de cloud computing y una aplicación móvil que almacena las mediciones del nivel de gas en la nube, permitiendo al usuario acceder a esta información en su celular para Android e iOS. Se simulará el funcionamiento de la base de datos en la nube enviando datos artificiales y verificando que la aplicación móvil recibe esta información. También se utilizarán estos datos para predecir la fecha aproximada en la que se agotará el gas. Finalmente, se concluye que el dispositivo desarrollado es capaz de monitorear eficazmente el nivel de gas, mejorando la seguridad y eficiencia en los hogares peruanos. La implementación de este dispositivo puede prevenir accidentes domésticos y optimizar el uso del GLP, ofreciendo una solución viable y con un costo estimado de 1700 soles.Item Caracterización sobre telas tejidas de polipropileno con diferentes concentraciones de estabilizadores expuestas a radiación UV-B(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-02) Rodriguez Lao, Patrick Andre; Sakihama Uehara, José Luis HidekiEn todas las industrias, existe la necesidad de incrementar el tiempo de vida útil los materiales. Como se sabe, los polímeros son muy sensibles a la foto degradación producto de radiación solar, en donde las reacciones fotoquímicas dan como resultado la rotura de las cadenas poliméricas. El objetivo del presente trabajo de tesis es investigar los efectos generados por los estabilizadores anti UV presentes en diferentes formulaciones (de 0 a 6 % de aditivos) sobre las propiedades mecánicas de las telas tejidas de polipropileno utilizadas principalmente en las industrias de construcción y mineras. Del mismo modo, identificar y cuantificar la degradación UV presente, utilizando técnicas alternativas no destructivas para determinar el tiempo de vida útil sin la necesidad de recurrir a ensayos destructivos. La metodología utilizada en la presente tesis consiste en el desarrollo de múltiples ensayos aplicados al material de suministro, así como a las telas tejidas de polipropileno después de diferentes tiempos de exposición UV-B. Estos ensayos comprenden la espectroscopia UV-vis/IR, microscopia, ensayos mecánicos y termogravimétricos. Gracias al análisis de resultados se encontró una relación entre el tiempo de exposición a la radiación ultravioleta y la foto degradación presente en las telas de polipropileno. Las formulaciones menores al 2 % en contenido de estabilizadores presentan una caída hasta de un 50% de su resistencia a la tracción después de un tiempo de exposición de 200 horas; el resto de formulaciones superiores al 2% no presentan una caída tan notable, llegando a cumplir los requerimientos de la norma ISO-21898. En el análisis FTIR, se pudo identificar un incremento en los picos significativos de los grupos funcionales carbonilo (R-C=O) e hidroxilo (R-OH) a medida que aumentan las horas de exposición UV-B; sin embargo, este incremento se ve atenuado a medida que incrementa el porcentaje de estabilizadores anti UV. Finalmente, se verifico la presencia de otros aditivos gracias a las técnicas termogravimétricas y microscópicas. Además, se determinó el porcentaje óptimo de carbonato de calcio equivalente a 4% en peso y 1867 ppm de óxido de Titanio. Esta formulación demostró el mejor rendimiento mecánico.Item Diseño de un robot autónomo de limpieza utilizando aprendizaje de máquina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-02) Susanibar Sipan, Grover Hernando; Portella Delgado, Jhon ManuelEn la actualidad existen varias marcas de robots limpiadores en el mercado, sin embargo, estos robots no realizan su misión de forma eficiente, debido a que presentan errores sistemáticos al momento de desplazarse en un ambiente requerido, por lo que no logran limpiar adecuadamente la suciedad. Se realizó un estudio de los motivos por los cuales los robots actuales presentan problemas y se determinó que los algoritmos de control que usan para desplazarse sobre una habitación no son del todo eficientes, por lo que es necesario plantear otros algoritmos que complementen y así se puedan disminuir los errores. La presente tesis es desarrollada con el objetivo de diseñar un robot de limpieza que sea capaz de desplazarse de forma autónoma sobre todos los espacios de una habitación y limpie de forma eficiente todas las partículas de suciedad presentes en el interior de dicha habitación. Asimismo, se propone el uso de un algoritmo de Aprendizaje de Máquina a través del entrenamiento de una Red Neuronal Convolucional que le permite al robot aprender a reconocer objetos y partes de la habitación para que en su recorrido de limpieza se pueda guiar y le sirva como retroalimentación en su propósito de localizarse. En el documento se detalla el diseño mecatrónico del robot limpiador describiendo los componentes mecánicos y de desplazamiento del robot; los sensores, actuadores y circuitos de alimentación de energía; así como la arquitectura de control y diagramas de flujo de los algoritmos involucrados. Con el objetivo de validar el funcionamiento del diseño de robot planteado, se realizaron simulaciones computacionales del recorrido y limpieza de un robot dentro de una habitación requerida. Con los resultados obtenidos se concluye que es posible mejorar el desempeño de los robots actuales a través del uso de algoritmos de Inteligencia Artificial que le permiten al robot ir aprendiendo a reconocer objetos a lo largo de su desplazamiento. Finalmente, el robot propuesto tiene un costo estimado del sistema mecánico y electrónico de S/. 5’610 y un costo de diseño de S/. 5’625 para el proyecto, teniendo en cuenta que el costo de diseño va a disminuir conforme el robot sea fabricado en grandes volúmenes de producción.