Facultad de Ciencias e Ingeniería

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Subject: search.filters.subject.Maquinaria--Diseño y construcción

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    Automatización del diseño de árboles de transmisión para cajas reductoras de engranajes cilíndricos y ejes paralelos
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-17) Delgado Marin, Alec Gonzalo; Franco Rodríguez, Rosendo
    El diseño de árboles de transmisión es una tarea habitual en la industria de maquinarias, para la cual se han desarrollado softwares especializados y procedimientos normalizados a lo largo de los años. No obstante, el nivel de automatización y optimización es limitado, tiene un enfoque general, y requiere de la intervención y experiencia de un diseñador en la mayoría de los casos. Por ello, el objetivo de la presente tesis consistió en desarrollar un algoritmo que diseñe árboles de transmisión con un alto grado de automatización, orientado específicamente a árboles para cajas reductoras de engranajes cilíndricos, ejes paralelos y distribución horizontal, para cajas reductoras de una, dos y tres etapas. El proceso de desarrollo del algoritmo implicó la recopilación de normativas y recomendaciones especializadas relacionadas con el diseño de árboles destinados a cajas reductoras. Luego, se estableció un conjunto de árboles tipificados teniendo en cuenta tanto su ubicación dentro de la caja reductora como los diversos tipos de uniones para transmitir potencia (uniones por chaveta, uniones estriadas y piñón solidario). Asimismo, con el fin de automatizar el proceso de diseño, se elaboraron los modelos CAD paramétricos de estos árboles, definiendo las variables dimensionales dependientes e independientes. Además, se estableció un procedimiento que permite automatizar los cálculos de tensiones y deformaciones mediante el modelado por elementos finitos (FEM). Sobre esta base, se implementó la verificación del diseño de los árboles según las normas técnicas DIN 743 para árboles, DIN 6885 para las uniones por chavetas y DIN-ISO 14 para uniones estriadas. A fin de optimizar el diseño, se incorporó un proceso iterativo que minimiza el volumen del árbol y asegura un factor de seguridad definido por el usuario, obteniéndose como resultado el modelo CAD del árbol óptimo. Todo el algoritmo fue implementado en el software comercial Autodesk Inventor, empleando el módulo Inventor Nastran para los cálculos por FEM. Por último, para verificar el trabajo realizado, se aplicó el algoritmo en el desarrollo de dos ejemplos relevantes. Los resultados obtenidos mostraron una tendencia similar en el diseño de cinco árboles, los cuales principalmente presentaron factores de seguridad mayores a los obtenidos mediante métodos analíticos, mostrando la capacidad de minimizar el volumen de material y evidenciando el carácter conservador de los métodos convencionales.
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    Diseño de una máquina orientada a la producción de pellets de PET reciclado
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-22) Vega Soria, Brandon Giovanni; Girón Medina, Víctor Sergio
    El presente proyecto de investigación es planteado con el objetivo de diseñar una máquina recicladora de plástico PET, proveniente en su mayoría de botellas hechas de este material, los cuales son uno de los desechos más abundantes en océanos y playas. Se determinó que el sistema mecatrónico diseñado tendrá como materia prima escamas de PET previamente lavadas y secas, las cuales serán calentadas, extruidas y cortadas para formar los pellets. Este diseño permite que la máquina pueda producir como máximo 80 kg de pellets por hora, a partir de 78 kg de escamas y 2 kg de masterbatch. Estos pellets, con σtracción = 32.5 MPa y σflexión = 63 Mpa (Sara Madadi, 2014), podrán ser utilizados para la producción de otros materiales, como, filamentos de impresión 3D, hilos de poliéster, etc. Con este fin, se elabora una matriz morfológica para la obtención de diferentes conceptos de solución, a los cuales se les realiza un análisis técnico y económico para determinar el concepto de solución óptimo. Luego, una vez obtenido el concepto de solución óptimo, se realizan cálculos para el diseño de los diferentes elementos que componen el sistema mecatrónico, así como para la selección de materiales, sensores y actuadores. Asimismo, el sistema diseñado tiene la posibilidad de ser utilizado para el reciclado de otros tipos de plástico que tengan propiedades mecánicas y físicas similares al PET, pero siempre realizando una limpieza previa de la máquina, evitando de esta forma residuos de material no deseado en el producto final.
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    Diseño mecánico de máquina sembradora de semillas de maíz amiláceo blanco a tracción animal con una capacidad de 0,25 ha/h en el centro poblado de Cotarma, distrito de Pichirhua, provincia de Abancay, Apurímac
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-30) Torres Márquez, Diego Alfredo; Alencastre Miranda, Jorge Hernan
    El presente documento inicia resaltando la importancia del cultivo de maíz amiláceo en el centro poblado de Cotarma, donde su siembra funge como la principal actividad económica. Lamentablemente, el difícil acceso a la zona limita el ingreso de tecnología agraria, por lo que los agricultores se ven acorralados a seguir utilizando métodos tradicionales de siembra, generando pérdidas por bajos rendimientos y altos costos de producción. En el primer capítulo se presenta el estudio de la tecnología actual de siembra en Cotarma, donde se describe el proceso de cultivo del maíz amiláceo, los recursos de los que disponen y los parámetros de siembra recomendados. En el segundo capítulo se desarrolló el diseño conceptual de una máquina sembradora que realice la abertura del surco, el depósito de la semilla, y el tapado del surco de manera automática; para ello se empleó la metodología del diseño basado en la norma VDI 2221 y 2225, donde se revisó el estado de la tecnología, se bosquejaron conceptos de solución y evaluaron proyectos preliminares hasta obtener un diseño definitivo. El tercer capítulo presenta la ingeniería del detalle, donde se realizaron los cálculos pertinentes a los diferentes elementos mecánicos, así como la selección de piezas normadas. En el último capítulo se llevó a cabo una estimación de costos basado en los precios de los elementos seleccionados, así como de los materiales y de la fabricación de las piezas requeridas. Finalmente, se cumplió el objetivo general y los objetivos específicos de diseñar una máquina que cumpla la función de sembrar semillas de maíz de manera automática, siguiendo los parámetros de siembra recomendados; que sea de fácil transporte y montaje, y que se desempeñe en terrenos accidentados.
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    Diseño de una máquina clasificadora de truchas en piscigranjas aplicando visión por computadora
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-09) Vega de la Cruz, Luis Enrique; García Zevallos, Luis Enrique
    En los últimos años la producción de truchas en el Perú ha ido creciendo significativamente contribuyendo al sector exportación, al aumento del PBI y a una mayor empleabilidad en el sector rural. Esta actividad incluye procedimientos y técnicas para la crianza de las truchas durante todo su ciclo de vida, teniendo como una de las principales tareas la clasificación por tamaño, facilitando la supervivencia de las truchas más pequeñas. En el mercado internacional, existen máquinas automáticas de clasificación de peces por tamaño. Sin embargo, su alto costo obliga al productor peruano a mantener sus procedimientos de forma manual, lo que significa el empleo de recurso humano especializado. Por ello, se hace viable la propuesta de una máquina clasificadora de truchas por tamaño cuyo costo sea accesible al piscicultor local. La presente investigación tiene como objetivo el diseño de una máquina clasificadora de truchas por tamaño aplicando visión por computadora. Para ello, se utiliza la metodología alemana VDI 2206, mediante la cual se realiza una investigación en el proceso de crianza de truchas y las tecnologías existentes actualmente en la clasificación por tamaño. Sobre la base de lo anterior, se define una lista de requerimientos que delimita el diseño y se dispone algunas posibles soluciones mediante un análisis de cada función realizada por la máquina. Luego, se realizan cálculos y diseños preliminares que sustenten la elección de la solución óptima de acuerdo a las exigencias mencionadas anteriormente. Posteriormente, se elabora el diseño óptimo que incluye simulaciones y pruebas de visión por computadora que valide el diseño propuesto. Finalmente, se logra diseñar una máquina que clasifica truchas por tamaño aplicando visión por computadora, la cual selecciona tres tipos de tamaño (juvenil, engorde y reproductor) y cuenta con una capacidad de selección de 1920 truchas / hora.
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    Diseño de una máquina trituradora de 160 kg/h de tapas de botellas de plásticos
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-11-09) Portugal Zevallos, Walker Mauricio; Barriga Gamarra, Eliseo Benjamin
    La industria del procesado y reutilización de polímeros ha crecido en los últimos años y seguirá incrementándose conforme la sociedad continúe en este proceso de consumo masivo de productos. En el Perú, el proceso de reutilización de polímeros tiene el potencial de desarrollar oportunidades de negocios e industrialización en las personas encargadas de estas actividades. Sin embargo, la mayoría de procesos realizado por pequeños recolectores peruanos son, en su mayoría, artesanales. La industria de reciclaje peruana tiene que mejorar sus procesos para que esta actividad pueda ser más rentable para las personas encargadas y que esto genere una cultura de cambio en la idiosincrasia peruana. Es por ello que se ha visto la oportunidad de poder ser parte de este proceso diseñando un equipo que puedan mejorar sus actividades de procesamiento. Para el presente trabajo, se requiere un equipo que permita triturar tapitas de botellas de envases plásticos. El material de estas tapitas es, en su mayoría, polietileno de alta densidad (HDPE). En este trabajo, se describe el proceso para el desarrollo de un problema medioambiental aplicando conceptos de ingeniería utilizando la norma VDI 2221. Se diseñarán componentes de estructura y elementos de máquinas en el proceso de trituración. Primero, se inicia el trabajo con una búsqueda de tecnologías similares; luego, se definen los requerimientos necesarios que debe tener el prototipo. Después, se pasa por un proceso de selección de alternativas para obtener la mejor opción de acuerdo a criterios técnicos y económicos. A continuación, se desarrollan los cálculos y ecuaciones con los que se dimensionarán los elementos de máquinas, geometrías de elementos de máquinas y selección de componentes para su compra. Finalmente, se elaborarán planos de ensamble y despiece para la posterior construcción del equipo. Asimismo, el trabajo finaliza con la cotización de los materiales, elementos de máquinas y mecanizado de las piezas. El resultado del presente trabajo es un equipo de dimensiones de 1583 mm x 501 mm x 1175 mm con un motorreductor de 3 kW de potencia para el proceso de trituración.
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    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 Hernán
    En 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.
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    SYSML como herramienta para garantizar la trazabilidad de requerimientos en el diseño mecatrónico
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-02-12) Vidal Sandoval, Jesus Enrique; Villota Cerna, Elizabeth Roxana
    La trazabilidad de requerimientos durante el proceso de diseño mecatrónico es de suma importancia ya que permite rastrear, ubicar y verificar eficazmente el cumplimiento de los requisitos establecidos por el cliente, o interesados. Si se introduce o aplica durante las primeras etapas de diseño es posible garantizarla, permitiendo resolver a priori problemas de diseño que de otra forma no se hacen evidentes hasta etapas posteriores. En ese sentido, la presente tesis muestra cómo los requisitos de trazabilidad para el diseño mecatrónico se pueden lograr mediante el empleo de una metodología de ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) y la herramienta asociada, Systems Modeling Language (SysML). SysML es un lenguaje de multivista de propósito general para el modelado de sistemas capaz de vincular los requisitos a los elementos del sistema al capturar los requisitos textuales y colocarlos en los modelos de diseño. Además, SysML se puede acoplar a otras herramientas, incluidas las hojas de cálculo y el software de diseño y simulación, como Matlab o Modelica, lo que permite la verificación de los requisitos. Un actuador electromecánico (EMA), actuador de superficie del avión, se elige como caso de estudio de sistema mecatrónico. Al unirse a SysML y Matlab/Simulink, fue posible rastrear los requisitos para el diseño mecatrónico de EMA y, por lo tanto, verificar el cumplimiento de los principales requisitos asociados al diseño de control. Finalmente, esta tesis cierra proponiendo un trabajo futuro que contempla la necesidad de trabajar una lista más completa de requerimientos, los cuales llaman al uso de herramientas computacionales de ingeniería del tipo CAD como Autodesk Inventor o CadSoft Eagle, entre otros.
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    Diseño mecánico de una máquina para ensayos de desgaste del tipo pin on disk
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-01-22) García Valdez, Omar; Rumiche Zapata, Francisco Aurelio
    El diseñado planteado en el siguiente proyecto demuestra una propuesta bastante económica y versátil de una máquina para ensayos de desgaste del tipo pin on disk, ya que puede adaptarse a cualquier modificación planteada posteriormente sin afectar su buen funcionamiento durante los ensayos que se realicen. Esta máquina simula fenómenos de desgaste adhesivo, de esta manera permitiendo conocer las propiedades tribológicas de estos bajo ciertas condiciones de trabajo. El alcance de la tesis abarca desde el diseño mecánico de todos los componentes necesarios para el funcionamiento de la máquina hasta la elaboración de planos de despiece y ensamble de esta misma. Otro tema que incluye la tesis es la elaboración de un balance de costos que nos permite estimar el precio por la fabricación de la máquina de desgaste y comparar con los precios de otras máquinas que presenten similares funciones. La propuesta para el diseño de la máquina incluye un pin, el cual será forzado a hacer contacto con un disco giratorio y generar contacto sobre el mismo. El contacto entre el pin y el disco originará una huella, la cual se acentuará mientras va transcurriendo el ensayo, y brindará información del comportamiento del material frente al desgaste. Para el diseño se tomó como referencia los parámetros exigidos por la norma ASTM G-99 “Standard test method for wear testing with pin on disk apparatus”, los cuales nos indicaban que la velocidad de giro de la probeta debe encontrarse entre 60 a 600 rpm. Para la regulación de la carga se utilizarán pesas que nos permitan cuantificar la fuerza ejercida del pin hacia el disco.
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    Diseño de un equipo para el centrifugado de madejas alquitranadas para la pesca de 400 kg de capacidad
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-11-28) Peña Farfán, Daniel Arturo; Cotaquispe Zevallos, Luis Orlando
    En la industria de la pesca existen empresas dedicadas a la fabricación de madejas, enrollados de nylon utilizados para la reparación y mantenimiento de las grandes mallas de arrastre. En una de las etapas de fabricación, las madejas son sumergidas en una solución alquitranada mediante inmersión por Bach. A la salida del baño, se deberá remover el excedente de solución en el producto para finalmente llevarlas a un túnel de secado. Una de las empresas dedicadas a la fabricación de madejas realiza la remoción del excedente de alquitrán mediante un escurrido por gravedad, proceso lento y con necesidad de un espacio considerable en la planta. En el presente trabajo se realizó el diseño de un equipo que aproveche la fuerza centrífuga generada por la rotación de cuerpos para remover el excedente de la solución, con la finalidad de reducir el tiempo empleado en el escurrido por gravedad, reducir el espacio utilizado y dejar abierta la posibilidad de la recolección del excedente liberado para que pueda ser utilizado posteriormente. La primera parte de esta tesis describe las madejas y su proceso de fabricación. En este parte también se establecen las condiciones de tiempo y velocidad de centrifugado a partir de datos tomados de equipos análogos en visitas hechas a otras plantas que realizan el mismo trabajo. En el segundo capítulo se explica el funcionamiento del equipo, así como su ciclo de trabajo. Los procesos de carga, ciclo de centrifugado, frenado y descarga. En los capítulos 3 se desarrolla todo el sistema motriz del equipo y en el capítulo 4 se desarrolla todo la estructura que soporte. Para esto, se aplicaron los conceptos fundamentales de la ingeniería para el dimensionado y selección de los componentes y también se consideraron factores como mantenimiento del equipo, posibilidad de un mal manejo del operador y comodidad del mismo. Finalmente se presentan las conclusiones que podemos sacar de la aplicación de este equipo en el proceso de fabricación de la planta y las recomendaciones para su correcto funcionamiento.
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    Diseño de un equipo de volumen constante para caracterizar procesos físicos de la inyección de combustibles líquidos en un medio inerte
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-17) Bautista Salas, Julio César; Cuisano Egúsquiza, Julio César; Tupia Anticona, Walter Mariano
    La presente tesis tuvo como objetivo diseñar un equipo de volumen constante para caracterizar los parámetros físicos en la inyección de combustibles líquidos en medios inertes (sin combustión). Para lograr este objetivo, primero se realizó una revisión de un consolidado de artículos relacionados con el trabajo de tesis desarrollado. Además, se relacionaron los conceptos de termo-fluidos y resistencia de los materiales para construcción del equipo de volumen constante. Mediante la norma VDI 2221 se evaluaron distintos diseños preliminares con el objetivo de encontrar el diseño óptimo de este equipo. Luego, se definieron los parámetros para el diseño del equipo: presión interna de 10 MPa y volumen interno de 4L. Con estos parámetros se procedió a dimensionar el equipo de volumen constante usando el código ASME para recipientes a presión. Debido a que el código ASME no está enfocado directamente al diseño de este tipo de equipos, se validó dicho diseño mediante un análisis por el método de elementos finitos, con el cual se verificó que el equipo cumplía con las exigencias mecánicas. Luego, se procedió a realizar los planos de ingeniería y de detalle del equipo. Finalmente, se realizó un metrado de los materiales y posterior proceso de fabricación con la finalidad de realizar un análisis de costos de fabricación del equipo, en el cual se obtuvo un valor de S/. 59 437.70 nuevos soles.