Uno de los componentes más importantes en la mayoría de máquinas que existen en el mundo son los ejes. Una falla en estos componentes, involucra un elevado costo, no solo por el costo del componente en sí mismo, sino también, porque al fallar dicho componente, puede parar toda una línea de producción por varias horas e incluso días y en trabajos como operaciones mineras, dichas paradas no programadas simbolizan grandes pérdidas económicas. El presente documento tiene como objetivo determinar mediante la realización de dos análisis de falla y el estudio de data del laboratorio las causas de falla más comunes en ejes de equipos industriales. Los componentes a los que se realizarán los análisis de falla pertenecen a los casos externos que llegan comúnmente al Laboratorio de Materiales de la PUCP. La secuencia del trabajo desarrollado fue recolectar información sobre la metodología que se sigue para realizar un análisis de falla, para que de esta manera se pueda llevar a cabo los análisis de falla a 2 ejes pertenecientes a una caja reductora de un molino de bolas. La secuencia que utiliza este documento sigue los alineamientos planteados por el Laboratorio de Materiales de la PUCP. Una vez realizado los reportes de los casos mencionados, se procede al estudio y análisis de otros 7 reportes que se encuentran en la base de datos del laboratorio, para que de esta manera se pueda presentar resúmenes de cada uno de estos casos siguiendo una secuencia planteada. Finalmente, se procede a analizar los resultados donde se encuentra que el problema más recurrente tiene que ver con deficiencias en el material empleado en la fabricación del componente. Con los resultados obtenidos se plantean recomendaciones y conclusiones. / Tesis

La perforación de roca es un proceso que se encuentra presente en la minería, la construcción y la extracción de hidrocarburos. Normalmente, para la perforación de roca, se utilizan taladros percusivos. Los taladros percusivos tienen dos componentes importantes: el elemento que genera el impacto, llamado martillo o pistón de impacto y el elemento que se encuentra en contacto con la roca, llamado indentador o bit que aloja el elemento perforante llamado inserto. Se presenta el diseño de un equipo de laboratorio que permite al investigador estudiar el daño en una muestra de roca utilizando distintos tipos de insertos (ya sea cónicos o balísticos de distintos diámetros), distintas configuraciones geométricas de los insertos en un taladro percusivo, así como distintos ángulos de barrido. El equipo de laboratorio consiste en un cilindro neumático cuyo pistón (martillo) se acelera hasta una velocidad de 5 m/s. Dicho pistón impacta contra el indentador, transfiriendo su energía a través del indentador hasta una muestra de roca. En el extremo del indentador se encuentran los insertos de carburo de tungsteno, quienes se encargan de perforar la roca. El peso combinado del equipo es aproximadamente 50 kg. El equipo fue diseñado de tal manera que sea posible controlar el ángulo de barrido por medio de un sistema de giro que utiliza un motor DC con escobillas con un torque nominal de 1,6 Nm y que consume una potencia de 0,48 W. El equipo, además, cuenta con distintos tipos de sensores para registrar datos relevantes a la investigación. La velocidad del pistón de impacto se mide por medio de dos sensores inductivos separados por una distancia conocida de 24 mm. El indentador cuenta con sensores extensiométricos que miden la deformación del elemento. La roca cuenta con un acelerómetro para registrar la energía recibida. El ensayo se encuentra semi-automatizado, el control está a cargo de un PLC en comunicación con una PC, donde se registra la velocidad de impacto, las deformaciones del indentador y la roca. El PLC gobierna el funcionamiento secuencial del ensayo, activando y desactivando las electroválvulas correspondientes. El costo aproximado (sin considerar los costos de anclaje) es de S./ 25000. Los dos conceptos de mayor costo son la fabricación de los elementos y los sensores utilizados. / Tesis

Baseado nas recentes abordagens sobre integração em Engenharia de Projeto, é proposto um sistema computacional de auxílio ao cálculo e desenho de elementos de máquinas, denominado Sistema EleMaq. O trabalho visa contribuir com a redução do ciclo de desenvolvimento do produto, além de propor uma ferramenta CAE de auxílio às disciplinas de projeto mecânico. Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica, que abrangeu o ciclo de projeto tradicional, a utilização do computador em algumas de suas etapas, uma visão geral dos sistemas CAD/CAE e a abordagem atual do ciclo de desenvolvimento do produto, auxiliado por diversos recursos computacionais. O Sistema EleMaq é proposto neste contexto, como uma ferramenta CAE voltada aos elementos de máquinas. Baseou-se nas metodologias tradicionais de dimensionamento e desenho mecânico, que viabilizou a implementação dos módulos individuais de cálculo e a geração de desenhos em um sistema CAD. Em uma segunda etapa, foi desenvolvido um programa gerenciador integrado à um banco de dados e aos módulos, formando um ambiente integrado para cálculo e desenho de elementos de máquinas. Como exemplo, tomou-se o caso de redutores de velocidades. / With a market more and more demanding in terms of efficiency and costs, one has the need to integrated all the possible information of a company, helping in this way to guarantee the quality of products and services. Moreover, nowadays there are plenty of resources to systematize the repetitive and tedious tasks, such as calculating a shaft or a pair of gears. By using them, the engineer will hold all the data he/she needs and, at the same time, will have more available time for more creative tasks. With this focus, this work presents the development of a manager system for calculations of machine elements for mechanical projects. It was devised under the context of EDM-Engineering Data Management. The system is constituted of a manager program, a database and modules of calculation of machine elements. The manager program controls the flow of calculations in the project through existence and consistency rules among the mechanical elements, and also provides the availability of the input and output data. Those rules are fired through consultations to the data stored into a relational database. As consistency rule one can cite, for example, the one stating that the lubricant used in the gears calculation be the same as that used in the calculation of the bearings. The database was designed by using a logical model based on ME-R, taylored to the assembly of a specific mechanical system : a gearbox. The calculations are performed by independent computational modules which use traditional methods of elements of machines calculation (NIEMANN, 1971).

En este trabajo de tesis se presentó el diseño de una planta piloto en la cual se utilizó CO2 supercrítico como solvente para poder extraer oleorresina de páprika. La planta piloto cuenta con un volumen de recipiente de extracción de 5 L, lo cual permite conseguir 0,25 kg/h de oleorresina de páprika utilizando como materia prima 2,6 kg/h de páprika en polvo y 13 kg/h de CO2, todo esto en procesos batch de 15 min cada uno. Se realizó la ingeniería requerida para que el CO2pueda alcanzar las condiciones óptimas de extracción de la oleorresina de páprika, las cuales son Textract = 55°C, Pextract = 400 bar, para luego separar la oleorresina de páprika del CO2, además, se realizó la cotización de cuánto costaría implementar la planta piloto con un control manual obteniéndose un costo de S/. 256,261.08 + IGV. Se seleccionó el CO2 supercrítico debido a las aplicaciones que este tiene como solvente en el campo de la extracción de sustancias debido a su particular comportamiento proveniente de sus propiedades físicas, las cuales son intermedias entre los líquidos y gases, como por ejemplo alta densidad y baja viscosidad, debido también aque tiene la peculiaridad de que su temperatura crítica es muy cercana a la temperatura ambiente (Tcrit = 30°C) y su presión crítica no es tan elevada(Pcrit = 73,8 bar), en comparación con las presiones críticas de otros fluidos, esto sumado a la facilidad que existe para extraer el CO2 y que además es una sustancia no tóxica ni corrosiva. Se propuso la extracción de oleorresina de páprikausando CO2 supercrítico como una alternativa para la exportación de páprika (CapsicumAnuum), la cual es un tipo de ají que es muy solicitado en el exterior, siendo el Perú el mayor importador mundial de páprika, pero con el inconveniente que se la comercializa prácticamente como se la cosecha, sin ningún valor agregado. / Tesis

Baseado nas recentes abordagens sobre integração em Engenharia de Projeto, é proposto um sistema computacional de auxílio ao cálculo e desenho de elementos de máquinas, denominado Sistema EleMaq. O trabalho visa contribuir com a redução do ciclo de desenvolvimento do produto, além de propor uma ferramenta CAE de auxílio às disciplinas de projeto mecânico. Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica, que abrangeu o ciclo de projeto tradicional, a utilização do computador em algumas de suas etapas, uma visão geral dos sistemas CAD/CAE e a abordagem atual do ciclo de desenvolvimento do produto, auxiliado por diversos recursos computacionais. O Sistema EleMaq é proposto neste contexto, como uma ferramenta CAE voltada aos elementos de máquinas. Baseou-se nas metodologias tradicionais de dimensionamento e desenho mecânico, que viabilizou a implementação dos módulos individuais de cálculo e a geração de desenhos em um sistema CAD. Em uma segunda etapa, foi desenvolvido um programa gerenciador integrado à um banco de dados e aos módulos, formando um ambiente integrado para cálculo e desenho de elementos de máquinas. Como exemplo, tomou-se o caso de redutores de velocidades. / With a market more and more demanding in terms of efficiency and costs, one has the need to integrated all the possible information of a company, helping in this way to guarantee the quality of products and services. Moreover, nowadays there are plenty of resources to systematize the repetitive and tedious tasks, such as calculating a shaft or a pair of gears. By using them, the engineer will hold all the data he/she needs and, at the same time, will have more available time for more creative tasks. With this focus, this work presents the development of a manager system for calculations of machine elements for mechanical projects. It was devised under the context of EDM-Engineering Data Management. The system is constituted of a manager program, a database and modules of calculation of machine elements. The manager program controls the flow of calculations in the project through existence and consistency rules among the mechanical elements, and also provides the availability of the input and output data. Those rules are fired through consultations to the data stored into a relational database. As consistency rule one can cite, for example, the one stating that the lubricant used in the gears calculation be the same as that used in the calculation of the bearings. The database was designed by using a logical model based on ME-R, taylored to the assembly of a specific mechanical system : a gearbox. The calculations are performed by independent computational modules which use traditional methods of elements of machines calculation (NIEMANN, 1971).

O foco do presente trabalho é estudar a intensificação da pressão de contato entre os dentes de duas engrenagens cilíndricas de dentes retos, que ocorre por causa do deslocamento dos componentes de um redutor de velocidades. Essa intensificação ocorre inclusive em um redutor fabricado sem quaisquer erros de usinagem ou de montagem. A correção de hélice é uma usinagem realizada na superfície do dente da engrenagem que compensa os deslocamentos dos eixos e engrenagens, devido à flexão e à torção, e os deslocamentos dos dentes das engrenagens, devido à flexão e à pressão de contato. Foram estudados efeitos importantes para essa correção de hélice em um redutor de velocidades. Com isso, foi desenvolvido um modelo analítico que calcula a correção necessária para diminuir esse intensificador de pressão de contato em função dos deslocamentos citados acima. Esse modelo analítico foi comparado com um modelo analítico da literatura e com o software comercial RIKOR®. Os resultados de correção de hélice propostos são similares aos da literatura e do RIKOR® com exceção das bordas das engrenagens, aonde existem algumas divergências. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo sólido de engrenagem com o perfil evolvente e com as correções de hélice calculadas analiticamente. Este modelo tridimensional (3D) foi elaborado usando os softwares SolidWorks® e Inventor® e simulado por elementos finitos por meio do software ANSYS®. Verificou-se que as três correções de hélice - a proposta, a da literatura e a do RIKOR® - realmente diminuem a intensificação de pressão de contato no flanco do dente da engrenagem. Por fim, foi possível visualizar que a correção proposta nesta dissertação é 3% mais efetiva que a proposta pela literatura e pelo RIKOR® para o caso analisado. / This work will study the contact pressure intensifier between two spur gears teeth, which exists due to the displacement of the components of the gearbox. This effect occurs even in gearboxes manufactured without any machining and/or assembling errors. The lead correction is a machining operation conducted at the gear tooth surface that compensates the displacement of shafts and gears, due to bending and torsion, and the gear teeth displacement, due to bending and contact pressure. Factors that are important to the lead correction in gearboxes were studied. An analytical model was proposed in order to evaluate the lead correction necessary to diminish the contact pressure intensifier as a function of the displacements mentioned above. This analytical model was compared to a literature one and to the commercial software RIKOR®. The results of the proposed lead correction are similar to the literature and RIKOR® ones, although there are differences at the borders of the gears. This work also describes the development of a solid model of the gears and shafts with the involute profile and the lead correction evaluated analytically. This model is tridimensional (3D) and was designed using SolidWorks® and Inventor software. It was simulated using finite element analysis software ANSYS® and it was possible to verify that the three lead corrections - proposed, from literature and from RIKOR® - diminished the contact pressure intensifier at the gears tooth flank. It was also possible to verify that the lead correction proposed is 3% more effective than the other ones for the case analyzed.

A indústria automobilística trabalha com diferentes tipos de revestimentos para elementos de fixação (porcas, parafusos e etc.) buscando alta resistência à corrosão com baixas espessuras, eliminar o risco de fragilização pelo hidrogênio e melhoria nas propriedades tribológicas. O trabalho tem como objetivo determinar a influência das interações entre o tratamento superficial dos fixadores e das contra-peças na variação dos coeficientes de atrito atuantes no processo de montagem. A variação do coeficiente de atrito tem grande importância na força de montagem, uma vez que, para um mesmo torque e quanto maior o atrito, menor será a força tensora. Pela realização de ensaios no Equipamento de Torque e Tensão, obtêm-se os dados de força de tensora, torque total, torque na face de assentamento da flange da porca, torque na rosca e os respectivos coeficientes de atrito. Com os dados dos coeficientes de atrito obtidos dos ensaios com diferentes revestimentos e contra-peças, é possível determinar para cada junta aparafusada específica que variação ocorre e qual deve ser a alteração necessária a fim de manter a dispersão da força de montagem (força tensora). Após a realização dos ensaios e apresentação dos dados é possível avaliar que o revestimento organometálico mais selante possui maior compatibilidade em superfícies sem revestimento. Em superfícies que são revestidas em KTL essa compatibilidade reduz significativamente, mas com a adição do óleo controlador de atrito torque'n tension a condição é revertida para valores bem próximos de uma superfície sem revestimento.

Esta tesis tuvo como objetivo lograr la automatización del modelamiento geométrico y de la generación de planos de engranajes cilíndricos de ejes paralelos y dentado exterior con aplicación en cajas reductoras de media y alta potencia. Para ello fue necesario realizar una tipificación de los engranajes objeto de estudio siguiendo recomendaciones geométricas recogidas de la bibliografía de diversos autores, especializados en el tema de diseño de elementos de máquinas. Luego se definieron los parámetros que definen la geometría del engranaje y las relaciones con los parámetros que se obtienen de los cálculos de comprobación. A continuación, con la información obtenida hasta este punto se crearon cuatro modelos paramétricos tridimensionales que son capaces de representar las diferentes tipificaciones definidas anteriormente. Seguidamente se recopiló la información necesaria para completar los datos que requiere un plano de fabricación de un engrane, creándose también cuatro plantillas de planos. Finalmente, se desarrolló e implementó un algoritmo que permite automatizar la obtención de los modelos 3D y la generación de los planos de fabricación. Se decidió realizar esta tarea en la plataforma de Visual Basic for Applications (VBA) del software comercial de diseño asistido por computadora Autodesk Inventor. El programa desarrollado comprende tareas como el dimensionamiento de los engranajes a partir de los datos de entrada introducidos por el usuario de una transmisión verificada, la selección de la escala más adecuada para el plano, la modificación de las vistas del engrane, la realización del acotado dimensional, la indicación de tolerancias y el llenado de los bloques de datos de la pieza, entre otros. La herramienta obtenida como resultado de este trabajo fue utilizada en tres ejemplos de aplicación de manera satisfactoria. / Tesis

Este documento de tesis tiene el propósito de describir una metodología para obtener nubes de puntos que representen a superficies (o parches de geometría compleja) de piezas mecánicas que pueden ser replicadas en la industria. Estos puntos se obtuvieron utilizando el método de interpolación superficial B-Spline que deben cumplir un margen de error conocido y controlado de acuerdo a las tolerancias de fabricación utilizados en estos procesos de fabricación. En primer lugar en este documento se describió los antecedentes y estudios previos respecto a este tema a desarrollar; los problemas presentes en la fabricación de réplicas de piezas mecánicas y la propuesta solución que establece esta metodología de investigación para solucionarlos a través de una hipótesis dada. A continuación se realizó una descripción de los diversos conceptos teóricos necesarios para poder interpolar con este tipo de superficie (curvas paramétricas, curvas Spline, superficie de Bézier, superficie B-Spline, etc.) y las tecnologías utilizadas en el proceso de digitalización especialmente si se digitalizó en una Máquina de Medición por Coordenadas (MMC). Después se describió las dos etapas para desarrollar esta metodología de investigación a partir de una hipótesis planteada. También se explicó cómo se realizó la validación este método a través de la definición del margen de error matemático aplicado en casos teóricos y en superficies de dos moldes mecánicos. Con este método de trabajo que he propuesto planteo optimizar el proceso de fabricación de réplicas de piezas mecánicas que contengan superficies básicas geométricas y superficies complejas. Enseguida se analizó superficies de modelos básicos geométricos con definición matemática conocida (esfera, cono y cilindro), muy comunes en piezas mecánicas industriales. Se calculó ciertos puntos de control1 representativos de la superficie siguiendo sus directrices (estos puntos tuvieron una relación directa con las direcciones de digitalización de los mismos).Luego se realizó la interpolación superficial B-Spline con el programa en MATLAB2 teniendo en cuenta los grados de libertad de este tipo de superficies. Después se estimó el error matemático utilizando el programa MATLAB a partir del concepto de traslación y rotación de ejes coordenados o de ejes locales. Este error se calculó con las distancias verticales en este sistema local desde los puntos interpolados con respecto a los puntos que pertenecen a la superficie de referencia. Posteriormente se seleccionó la nube de puntos que no exceda un margen de error admisible por lo que fue exportado a un programa CAD3 – CAM4 logrando obtener un molde que contenga esta superficie. Finalmente se realizó la simulación de fabricación de este molde en una máquina de control numérico CNC5. Al finalizar esta primera etapa de este método de investigación se comprobó que es tipo de superficies B-Spline es adecuado para replicar superficies de piezas mecánicas no sólo en superficies básicas sino que estás convertidas en parches pueden representar a superficies más complejas como se va a ver más adelante. Luego se analizó las superficies de dos componentes mecánicos para obtener las réplicas de estas superficies a través de una nube de puntos. Se digitalizó los puntos representativos o de control en estas piezas mecánicas de acuerdo a direcciones compatible con el método de interpolación; obteniendo la información de un palpador de contacto que se encuentra en una Máquina de Medición por Coordenadas. También se interpoló la nube puntos utilizando superficies B-Spline. Como en los casos anteriores se determinó el error matemático, obteniendo la nube de puntos definitivos, que con la ayuda de una interfaz gráfica CAD-CAM se determinaron los moldes respectivos que fueron finalmente simulados en su manufactura con una máquina CNC. Al finalizar esta segunda etapa se validó esta metodología de trabajo que se puede aplicar en el proceso de manufactura de réplicas de superficies de piezas mecánicas. Finalmente a través de las conclusiones y recomendaciones de este documento se planteó la necesidad de aportar este método de trabajo de investigación para estos procesos de fabricación muy útiles en la industria. Además les va servir de aporte a los alumnos de pregrado y maestría de la especialidad de Ingeniería Mecánica para que los que deseen sigan investigando la aplicación de estas superficies en la industria. / Tesis

O foco do presente trabalho é estudar a intensificação da pressão de contato entre os dentes de duas engrenagens cilíndricas de dentes retos, que ocorre por causa do deslocamento dos componentes de um redutor de velocidades. Essa intensificação ocorre inclusive em um redutor fabricado sem quaisquer erros de usinagem ou de montagem. A correção de hélice é uma usinagem realizada na superfície do dente da engrenagem que compensa os deslocamentos dos eixos e engrenagens, devido à flexão e à torção, e os deslocamentos dos dentes das engrenagens, devido à flexão e à pressão de contato. Foram estudados efeitos importantes para essa correção de hélice em um redutor de velocidades. Com isso, foi desenvolvido um modelo analítico que calcula a correção necessária para diminuir esse intensificador de pressão de contato em função dos deslocamentos citados acima. Esse modelo analítico foi comparado com um modelo analítico da literatura e com o software comercial RIKOR®. Os resultados de correção de hélice propostos são similares aos da literatura e do RIKOR® com exceção das bordas das engrenagens, aonde existem algumas divergências. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo sólido de engrenagem com o perfil evolvente e com as correções de hélice calculadas analiticamente. Este modelo tridimensional (3D) foi elaborado usando os softwares SolidWorks® e Inventor® e simulado por elementos finitos por meio do software ANSYS®. Verificou-se que as três correções de hélice - a proposta, a da literatura e a do RIKOR® - realmente diminuem a intensificação de pressão de contato no flanco do dente da engrenagem. Por fim, foi possível visualizar que a correção proposta nesta dissertação é 3% mais efetiva que a proposta pela literatura e pelo RIKOR® para o caso analisado. / This work will study the contact pressure intensifier between two spur gears teeth, which exists due to the displacement of the components of the gearbox. This effect occurs even in gearboxes manufactured without any machining and/or assembling errors. The lead correction is a machining operation conducted at the gear tooth surface that compensates the displacement of shafts and gears, due to bending and torsion, and the gear teeth displacement, due to bending and contact pressure. Factors that are important to the lead correction in gearboxes were studied. An analytical model was proposed in order to evaluate the lead correction necessary to diminish the contact pressure intensifier as a function of the displacements mentioned above. This analytical model was compared to a literature one and to the commercial software RIKOR®. The results of the proposed lead correction are similar to the literature and RIKOR® ones, although there are differences at the borders of the gears. This work also describes the development of a solid model of the gears and shafts with the involute profile and the lead correction evaluated analytically. This model is tridimensional (3D) and was designed using SolidWorks® and Inventor software. It was simulated using finite element analysis software ANSYS® and it was possible to verify that the three lead corrections - proposed, from literature and from RIKOR® - diminished the contact pressure intensifier at the gears tooth flank. It was also possible to verify that the lead correction proposed is 3% more effective than the other ones for the case analyzed.