Facultad de Ciencias e Ingeniería
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Item Diseño de una picadora de plástico reciclado con capacidad de 25 kg/h(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-16) Ortiz Sáenz, Andrés Eduardo; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoDado que una gran parte del volumen total de residuos sólidos en el Perú proviene del constante uso de plásticos, se vienen realizando grandes esfuerzos para mejorar el reciclaje de estos y así poder reducir la contaminación ambiental. El proceso de reciclado de plásticos consta principalmente de las siguientes etapas: acopio y selección, picado, lavado, secado y embolsado; dando como resultado las hojuelas de plástico. El reciclado adecuado de los plásticos post-consumo suministrará la materia prima para la fabricación de otros productos como las fibras y cabos, láminas, láminas para termoformado, así como materiales compuestos de plástico y madera, entre otros. Así mismo, con el fomento de la industria del reciclaje de los plásticos de post-consumo local, no solo se otorgará valor agregado al material reciclado, sino también se generará empleo, beneficios sociales, educativos, ambientales, energéticos y económicos. En esta perspectiva, con este trabajo se pretende contribuir con la implementación de uno de los equipos necesarios para el picado de los productos de plástico reciclados. El objetivo del presente trabajo es diseñar una máquina picadora de botellas de plástico recicladas, de 25 kg/h de capacidad, para producir hojuelas o escamas de tamaño reducido aptas para someterlas a procesos de fabricación de nuevos productos. El diseño de la máquina picadora se realizó según la metodología recomendada por la Asociación de Ingenieros Alemanes (Verein Deutscher Ingenieure, VDI 2221). Inicialmente, se identificaron los requerimientos técnicos: lista de exigencias y parámetros de diseño. Luego de proponer los conceptos de solución se realizó la evaluación técnico-económica de los mismos y se seleccionó el proyecto óptimo. A continuación, se realizó el dimensionamiento, los cálculos y la selección de componentes del sistema. Finalmente, se elaboraron los planos de diseño detallados y se estimaron los costos de fabricación, asegurando que la máquina picadora de plástico sea eficiente y viable para su fabricación, montaje y operación en el Perú. Se ha diseñado una máquina picadora de plásticos reciclados con una capacidad de 25 kg/h, que produce hojuelas de 10 mm y opera con una potencia de 5 HP a 300 RPM. El diseño cumple con los principios ergonómicos y asegura que el material triturado sea adecuado para su reutilización en la fabricación de nuevos productos, fomentando la sostenibilidad y una economía circular en la industria.Item Diseño de un exoesqueleto con realimentación háptica para la rehabilitación pasiva de la coordinación neuromotora de los dedos de la mano en niños con parálisis cerebral(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-15) Saldarriaga Carranza, Alejandro Manuel; Elías Giordano, Dante ÁngelEn el presente trabajo se realiza el diseño de un exoesqueleto para la rehabilitación de los dedos de la mano en niños que poseen parálisis cerebral infantil, cuyas dimensiones se adaptan a un rango de edades entre 7 a 9 años. De esta manera, el dispositivo asiste en el movimiento pasivo de flexión y extensión de los dedos gracias al mecanismo de transmisión empleado, el cual posibilita tres grados de libertad en cada dedo, a excepción del pulgar, que cuenta con dos. Asimismo, se integra un sistema de realimentación háptica, constituido por 5 módulos de motores vibradores y sus respectivas carcasas. Este permite alertar al paciente acerca de la flexibilidad o rigidez de sus dedos a través de la emisión de vibraciones de cada módulo en forma de pulsos. Una característica destacable es el peso del sistema integrado, siendo este de 570 g, es capaz de posicionarse en el medio con respecto a otros dispositivos de rehabilitación, pues esta propiedad posee mayor relevancia tomando en cuenta que el usuario es un niño. Dicho resultado se obtiene gracias al uso de materiales livianos como el plástico PLA, mediante la técnica de manufactura aditiva en impresión 3D; además, estos materiales poseen propiedades mecánicas suficientes para satisfacer los requisitos de diseño. El proceso de diseño empieza con el análisis de la problemática y el estado del arte, donde posteriormente se realiza una propuesta conceptual, evaluando tanto el aspecto técnico como económico y estableciendo las necesidades del usuario y los requisitos de diseño correspondientes. De esta manera, se aborda la selección de los componentes que constituyen el exoesqueleto, así como simulaciones mediante el método de elementos finitos y cálculos de condiciones de fatiga para los componentes diseñados, con el fin de verificar el funcionamiento de los mismos. Asimismo, se presentan los planos de ensamble, fabricación y diagramas esquemáticos respectivos. Finalmente, en relación a los costos del dispositivo, se dividen en diseño y fabricación. En el primero, se incluyen los honorarios del ingeniero mecatrónico y el supervisor. En el segundo, se abarcan los costos de componentes comerciales, procesos de manufactura y ensamblaje. De esta forma, el costo de diseño asciende a S/. 24,000.00, y el costo total de fabricación es de S/. 2,950.00.Item Fabricación y caracterización de bionanocompuestos a partir de Nostoc Commune(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-15) Cornejo Tafur, William Gianfranco; Torres García, Fernando GilbertoEl constante uso de polímeros comerciales derivados de petróleo en la industria ha traído a discusión problemas que estos pueden generar en el medio ambiente como su tardía degradación. A raíz de esto, los bioplásticos hechos de biopolímeros y materiales naturales han surgido como una alternativa al uso de plásticos comerciales. Por esta razón, en la presente tesis se desarrolla la fabricación y caracterización de un nuevo bionanocompuesto hecho a partir de Nostoc commune, una cianobacteria común que crece en la sierra andina de Perú, y nanorefuerzos de montmorillonita (MMT), una nanoarcilla. A través de un método de extracción sistemático se obtuvo los exopolisacáridos de N. commune con una eficiencia similar a otros métodos de extracción revisados en la literatura. Posteriormente, diferentes cantidades de MMT (0, 1, 2, 5 y 7 wt%) se agregaron para la fabricación de films del bionanocompuesto de N. commune con MMT. Las caracterizaciones fisicoquímicas mediante FTIR permitió conocer la presencia de grupos hidroxilos, polifenoles, carboxilos, hidrocarbonos y unidades de glucosa típicos de los exopolisacáridos. Además, se identificó un aumento de grupos OH al aumentar las cantidades de MMT. Las caracterizaciones térmicas de TGA demostraron que existe una mejor estabilidad térmica para los films de NC/MMT 5% y 7% cuando la pérdida de peso es de 50% al tener temperaturas de degradación de hasta 90ºC más respecto al film base. Por otra parte, el DSC realizado mostró que los picos endotérmicos asociados a la perdida de humedad no son afectados por la presencia de MMT. La caracterización morfológica demostró que agregar MMT al biopolímero hace que pierda su uniformidad debido al aumento de rugosidad en su superficie. Las caracterizaciones mecánicas demostraron que los films con MMT presentaron mejores propiedades mecánicas, siendo los films de NC/MMT 5 wt% los que tuvieron los valores más altos de módulo elástico y resistencia (20.02 MPa y 2.24 MPa, respectivamente). Es decir, un aumento de 20.02% y 50.33% de estas propiedades respecto al film base. Los resultados encontrados en el presente trabajo sugieren que estos nuevos bionanocompuestos a partir de N. commune puede servir como un material prometedor con potenciales aplicaciones biomédicas como recubrimientos o membranas.Item Sistema de ventilación para estacionamiento subterráneo de cinco niveles con extensión de 6850 m2(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-15) Herrera Prado, Jorge Javier; Barrantes Peña, Enrique JoséEsta tesis se centra en el diseño de un sistema de ventilación para un estacionamiento subterráneo de cinco niveles, que abarca una superficie de 6850 m², ubicado en un edificio comercial en San Isidro. El sistema de ventilación incluye dos sistemas de extracción equilibrados. El primero tiene como objetivo mantener la concentración de monóxido de carbono en los sótanos por debajo de 35 partes por millón. El segundo se encarga de la extracción de humos en caso de incendio, asegurando así rutas de evacuación seguras. El sistema, tiene como principio la ventilación mixta, el cual presenta equipos electromecánicos de inyección y extracción. Los caudales son calculados según el método recomendado por ASHRAE, la norma UNE-23585 y se muestran en el capítulo dos de la presente tesis. Los equipos de inyección tienen un caudal de 4.72 m3/s, el caudal de extracción de humos es de 17.46 m3/s y el caudal de extracción de monóxido es de 9.77, 6.66, 6.88 y 7.60 m3/s por sótano respectivamente. Las dimensiones de los ductos se determinaron considerando la caída de presión por longitud (0.816 Pa/m o 0.1 in. WC/100 ft) y manteniendo la velocidad del aire por debajo del límite recomendado por expertos (1.52-2.03 m/s o 300-400 fpm). Con el cálculo del caudal y la caída de presión, se seleccionó los equipos de ventilación del proyecto. Para la inyección de aire se seleccionó 12 equipos axiales, para la extracción de monóxido y humos se seleccionó 2 equipos de flujo mixto. Para el traslado del aire contaminado hacia la mampostería de extracción de monóxido se seleccionó 39 equipos Jet Fans centrífugos. El diseño del sistema eléctrico se basó en el código nacional de electricidad del Perú, lo que permitió determinar las dimensiones de los conductos NH80, tuberías EMT y dispositivos eléctricos, entre otros, los cuales se detallan en el capítulo 2 de esta tesis. Finalmente, en el capítulo 3 se expone el presupuesto del proyecto, que incluye el cálculo de los equipos necesarios para la implementación del sistema de ventilación, así como los costos de ingeniería, materiales e instalación. El costo total del proyecto se estima en 292,565 dólares, incluyendo el I.G.V.Item Diseño de una articulación protésica basada en robótica paralela que emule los movimientos de la articulación del hombro(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-15) Linares Warthon, Misael David; Elias Giordano, Dante ÁngelEn el presente trabajo se realizó el diseño conceptual de una articulación protésica de hombro basada en robótica paralela, empleando la metodología VDI. En base a las diferentes alternativas de solución planteadas se escogió hacer uso de pistones hidráulicos telescópicos como actuadores del mecanismo paralelo. Se planteó utilizar un sistema electromecánico para accionar los actuadores del mecanismo. Cada actuador estará impulsado por un motor Brushless y un mecanismo escalamiento de la relación de transmisión. Se hará uso de un controlador PID para cada actuador, donde las señales de realimentación serán dadas por un sensor de luz infrarroja, para detectar la longitud de cada actuador; y un sensor de corriente para cada motor. Este sistema electromecánico posee un rápido tiempo de respuesta con un tiempo de respuesta menor a 1s considerando el error en estado estable de 1mm. El objetivo de este diseño es brindar una alternativa de desarrollo de prótesis diferente a los modelos de dinámica seriales que dominan el campo. Se establecieron los requerimientos de diseño en base parámetros como ergonomía, costo, velocidad angular, capacidad de carga, peso, alimentación, autonomía, fabricación, rango de movimiento, materiales y montaje. Además, se construyó un modelo matemático utilizando el software de MATLAB y matrices de transformación homogénea. Este modelo matemático se desarrolla en base a la cinemática inversa del mecanismo. Sobre este modelo se simularon trayectorias que emulan movimientos de la articulación del hombro. En base al análisis antropométrico y cinemático de dicha articulación se buscó una configuración geométrica que optimice el rango de movimiento de la articulación protésica. El rango de movimiento alcanzado por la articulación protésica es un 70% del rango de movimiento del hombro biológico. Adicionalmente, se plantearon condiciones preliminares de diseño y se realizaron modelos CAD del mecanismo paralelo. Finalmente se elaboraron planos mecánicos y electrónicos para su posible implementación. El costo total, tomando en cuenta los costos de fabricación y diseño se estiman en S/. 35,400. En este trabajo se concluye que el uso de los mecanismos paralelos en el desarrollo de prótesis es una alternativa para incrementar el desempeño de las mismas.Item Diseño de una máquina de carga y descarga de bolsas de cemento para lugares de limitada área de almacenamiento(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-14) Vargas Guerra, Herbert Ysai; Barriga Gamarra, Eliseo BenjamínEste trabajo es el resultado de una iniciativa personal, motivada por mi experiencia en la industria ferretera y, en particular, en la venta de materiales de construcción. En un entorno marcado por la alta informalidad, especialmente en la edificación de viviendas y la comercialización de productos esenciales como el cemento y los aceros, surgió la necesidad de desarrollar una máquina, conforme a la normativa VDI 2221, cuyo objetivo principal es mejorar el traslado de bolsas de cemento de manera ergonómica y eficiente. Para abordar este desafío, en la primera fase del proyecto se realizó un análisis exhaustivo del estado de la tecnología y de las prácticas actuales en la manipulación de estos productos. Luego se analizó los posibles conceptos solución para obtener, finalmente, el proyecto preliminar óptimo. Se optó por un sistema de sujeción basado en el principio de Venturi, con un nivel de vacío por debajo del 60 %, siguiendo las recomendaciones de los fabricantes, con la finalidad de evitar costos adicionales asociados al consumo energético. Además, se incorporó un winche eléctrico de 1.5 caballos de fuerza seleccionado para gestionar la elevación de la carga. Finalmente, con el objetivo de lograr un diseño óptimo y validar su eficacia, se desarrolló un producto mínimo viable (MVP) a escala 1:10. Este prototipo permitió la medición de parámetros como la presión de vacío y la presión de trabajo, así como la realización de pruebas de control básicas en un motor de corriente continua, el cual incluyó reductores fabricados mediante impresión 3D. Además, se desarrollaron moldes y modelos para la fabricación de ventosas de vacío utilizando elastómeros como silicona y poliuretano, en diversos tamaños y niveles de dureza. Es importante destacar que este proceso de mejora continua tiene el potencial de reducir los costos de manufactura mediante el uso de fabricación aditiva. Asimismo, permite visualizar el proceso y proponer futuras mejoras para lograr un diseño ergonómico y eficaz para el usuario.Item Diseño de una plataforma educativa modular para fomentar el interés académico hacia la robótica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-14) Ruiz Figueroa, Sebastian; Balbuena Galván, JoséEn las carreras universitarias, es común encontrar a alumnos que no se sientan a gusto con la carrera que estudian. Muchos de ellos sienten que no les motiva aprender conceptos teóricos y sienten haber perdido su tiempo. Mediante una encuesta rápida realizada a 35 alumnos de la carrera de mecatrónica en la PUCP, se corroboró que en efecto, aproximadamente el 50% de los alumnos no se siente motivado durante las clases. Así mismo, más del 50% de los alumnos dijo que de no perder el tiempo ya invertido, cambiarían de carrera. Si hubo algo en lo que la basta mayoría estuvo de acuerdo, fue en que más experiencias prácticas permitirían generar un mayor interés en carreras relacionadas con la robótica. El problema con las experiencias prácticas relacionadas con la robótica es la falta de conocimientos de estudiantes que recién empiezan la carrera. Muchos no tienen conocimiento en circuitos eléctricos, programación o mecánica alguna. Existen los llamados robots modulares, los cuales permiten participar de estas experiencias prácticas por medio de la simplificación del armado de un robot sin conocimiento previo en robótica. Sin embargo, muchos de estos robots o bien son muy costosos, como es el caso del Turtle bot, o no están especializados en el aprendizaje robótico, como es el caso de los Cubelets. De esta manera, nació la idea de REM bot, una plataforma robótica móvil de bajo costo, diseñada para brindar experiencias prácticas a alumnos de ingeniería interesados en aprender más sobre robótica. Este robot cuenta con 4 tipos de módulo, comenzando por el módulo principal al cual se le pueden acoplar diferentes tipos de configuración móvil (omnidireccional, diferencial, etc.). Otros tipos de módulo incluyen al módulo de control (encargado de conectar todos los diferentes módulos y detectar automáticamente el cambio), módulo de sensores (módulo que permite navegación autónoma por medio de un arreglo de sensores), y finalmente el módulo de actuadores (con un mecanismo de empuje de biela manivela). Al ser software de código abierto, el docente a cargo de la experiencia práctica puede decidir qué tanta libertad le da a sus estudiantes para configurar al robot. Por ejemplo, manteniéndolo simple con la configuración más básica, conectando el módulo principal y el de control, o algo más complejo involucrando un algoritmo de control y la conexión de los 4 tipos de módulo. De esta manera se pueden brindar experiencias prácticas a alumnos con diferentes niveles de conocimiento y así fomentar el interés en la robótica. Este trabajo incluye toda la etapa del diseño del robot, planos mecánicos, diseño de una interfaz gráfica para interactuar con el mismo, y algunas pruebas hechas en un prototipo parcialmente funcional del REM bot.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.