En el presente trabajo de tesis se desarrolla el diseño energético de una turbina de impulso auto-rectificante de 15 W para el laboratorio de energía (LABEN) de la PUCP. Esto se hace en base a recomendaciones y datos experimentales de investigaciones previas, primero seleccionando el tipo de turbina a tratar en el trabajo y posteriormente definiendo la geometría tomando la base teórica sobre este tipo de turbomáquinas. El diseño se basa en teoría bidimensional de turbomáquinas, principalmente la fórmula de Euler, como también en correlaciones experimentales para la estimación de pérdidas a través de la turbina, como las de Soderberg, Ainley y Mathieson, entre otros. Se utiliza una metodología basada en las correlaciones de pérdidas y la teoría básica de turbinas auto-rectificantes para que con la ayuda de un software computacional (específicamente MathCad) se logre predecir el comportamiento de la turbina. Los resultados analíticos de esta metodología son comparados con datos experimentales de otros autores obteniendo resultados satisfactorios. Se realiza un cálculo iterativo para seleccionar el diámetro y obtener simultáneamente la potencia deseada. Este cálculo iterativo se realiza al reemplazar diferentes diámetros y aplicar el modelo de MathCad junto con los datos de la instalación del LABEN que se selecciona para el trabajo. Finalmente, habiendo verificado que la metodología empleada corresponde con la realidad y habiendo definido las dimensiones de la turbina, se procede a realizar el diseño en 3D de esta, como también los cálculos de resistencia para verificar que no falle mecánicamente. Para la turbina del proyecto, se propone la instalación para el LABEN como también los ensayos a realizar, equipos a utilizar y las gráficas a obtener en base a los datos. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / El tema a tratar en este trabajo de título corresponde al modelamiento fluidodinámico de una turbina en base al tornillo de Arquímedes que opere con relaves. Este trabajo está orientado a realizar un análisis por volúmenes finitos a una porción del fluido entre los álabes de la turbina, con el propósito de aprovechar eficientemente el recurso hidráulico disponible. Este tema está motivado principalmente por la búsqueda de nuevas fuentes de energía eléctrica limpia y rentable. El objetivo general de este trabajo de título es realizar un modelamiento fluido dinámico de una turbina en base al tornillo de Arquímedes (sinfín), con el fin de determinar la potencia máxima de generación en función de la RPM, para un caudal de relaves que transitan por un canal rectangular. Como objetivos específicos se tienen: elaborar un modelo basado en un volumen de control para determinar potencia; analizar la dependencia de la potencia respecto de la velocidad de rotación; desarrollar un modelo en CFD, para determinar esfuerzos sobre los álabe, carcasa y eje, calcular torque en turbina usando agua como fluido de trabajo; determinar revoluciones adecuadas para mejorar potencia; y modelar el comportamiento del relave en espacio entre álabes. La metodología cuenta como primera etapa la recopilación y análisis de los desarrollos actuales del tornillo de Arquímedes utilizado como turbina. También se analizan antecedentes de la turbina operando con agua, sus dimensiones y condiciones de operación. Posteriormente se implementa un modelo computacional usando volúmenes finitos en el software Ansys para determinar el comportamiento de un cubo de agua y su influencia sobre la potencia total de tornillo, tanto para la operación con agua como para la operación con relaves,. Los resultados de este análisis entregan las revoluciones adecuadas para lograr el máximo provecho del recurso. Como resultados se obtienen los esfuerzos de presión y de corte sobre todas las caras del volumen, se registra una disminución del momento total a medida que aumentan las revoluciones de operación. La componente del momento debido a la presión en el álabe inferior es la encargada de transmitir la mayor cantidad de momento al eje y esta depende mayormente del peso del fluido, Los esfuerzos de corte que se generan en la superficie del volumen se oponen al movimiento del mismo y este comportamiento se intensifica a medida que aumentan las revoluciones. Las conclusiones de este trabajo reflejan que en el caso de maximizar potencia son predominantes las revoluciones de operación por sobre los esfuerzos viscosos que se oponen al movimiento de la turbina. La máxima RPM posible para el caudal disponible del canal de relave es 10RPM.

Las ruedas hidráulicas representan una alternativa sencilla, confiable y ambientalmente amigable para la generación de potencia, mecánica o eléctrica. Utilizan como fuente energética un flujo de corriente de agua, no producen desperdicios significativos en la transferencia energética, ni requieren mayores trabajos de obras civiles que alteren el área donde se instalan. Además, dada su facilidad constructiva, no requieren conocimientos técnicos avanzados en su diseño, fabricación y manejo. El objetivo de este trabajo es establecer relaciones cuantitativas sencillas que permitan ponderar el comportamiento de una rueda hidráulica basándose en características básicas del mecanismo y la fuente del recurso energético. Se desea también obtener información cualitativa del funcionamiento de la rueda para una estructura en particular. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / El cosechamiento de energía, proveniente del inglés energy harvesting, es el proceso a través del cual se captura pequeñas cantidades de energía que de otro modo se perderían como calor, luz, sonido, vibración o movimiento. Esta energía puede ser utilizada en distintas aplicaciones, por ejemplo reinyectándose en sistemas que la estén perdiendo o reemplazando baterías en pequeños equipos electrónicos de baja potencia, tales como sensores de monitoreo remoto. En la presente memoria se estudia un sistema vibratorio del tipo wake galloping, con el objetivo de investigar experimentalmente el efecto de la geometría del generador de vórtices de sección cuadrada y tipo placa plana en la potencia obtenida. Para llevar a cabo dicho objetivo se plantean los siguientes objetivos específicos: implementar modificaciones al montaje experimental existente y validar el procedimiento experimental reproduciendo curva de aceleración y frecuencia versus velocidad del viento para el generador de vórtices cilíndrico de sección circular, estimar la potencia obtenida usando como generador de vórtices un cilindro de sección cuadrada y estimar la potencia obtenida usando como generador de vórtices una placa plana. Este sistema, a escala pequeña, puede aprovecharse por ejemplo en túneles de trenes subterráneos, alimentando sensores de monitoreo remotos, pudiendo clasificarse como un sistema de cosechamiento de energía. Las variables en estudio para cada geometría fueron: la velocidad del viento, y la razón de aspecto en distancia X=L⁄D, donde D es el diámetro del cilindro móvil y L es la distancia entre dicho cilindro y el generador de vórtices. Para el cilindro de sección cuadrada además se varía el ángulo de inclinación del mismo con respecto al flujo incidente. Se midió experimentalmente la aceleración del cuerpo vibratorio por medio de acelerómetros instalados al centro del mismo. A partir de los resultados obtenidos, se encuentra que la potencia máxima alcanzada es de ≈312 [mW], utilizando como generador de vórtices un cilindro cuadrado rotado en 12°, a una razón de distancia X=3 y a una velocidad de viento de 7 [m/s]. Para todos los generadores de vórtices estudiados, la máxima potencia se alcanza a la mayor velocidad de viento utilizada: 7 [m/s]. Aunque no es posible establecer un patrón que determine qué distancia X maximiza las potencias obtenidas, se observa sin embargo una tendencia en que los mayores valores de potencia se agrupan en el rango 5≤X≤7 para todos los generadores de vórtices.

Existe al presente una rueda hidráulica en la PUCP que no está siendo aprovechada eficientemente. En uno de los extremos del eje tiene una bomba que se acciona con el giro y al otro lado del eje simplemente está apoyado en una chumacera. Este proyecto inicia cuando se descubrió el potencial de elaborar un mecanismo que permitiría utilizar el giro del extremo libre para almacenar energía. Actualmente, la energía producida por ese lado del eje estaba en completo desuso y a través de esta iniciativa esta energía se podrá aprovechar y utilizar de manera eficiente. El proyecto se empleará a través de un sistema de embrague que fue diseñado con este propósito ya que se quiere acoplar un generador mientras el eje esté girando. Se efectuó un análisis físico, estático, técnico y económico, finalmente se diseñó un procedimiento que cumplió con las obligaciones propuestas. Esto se logró siguiendo los siguientes pasos: un estudio extenso del estado del arte, estudio de las funciones principales del sistema, las alternativas viables, las evaluaciones técnicas, evaluaciones económicas, cálculos, proceso de selección, esquemas representativos, finalizando con un estudio del mercado peruano. De acuerdo al reto asumido inicialmente, y después de la investigación, el diseño, la elaboración de planos y las respectivas revisiones se puede decir que se logró obtener los resultados previstos con este sistema de embrague. El embrague soportará el torque entregado por la rueda hidráulica de 1kW de potencia y 2m de diámetro sin esforzar al operario, prometiendo que el trabajo será seguro, liviano, confiable y económico. De esta manera se puede concluir que se cumplieron las metas establecidas logrando superar este desafío. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica. Ingeniero Civil Mecánico / Energy harvesting es la conversión de energía presente en el entorno a energía eléctrica. Dentro de esta clasificación la energía eólica puede ser capturada desde diferentes fuentes: naturales, como flujo de aire en campos libres; pseudo-artificiales, como corrientes de aire en ambientes urbanos; artificiales, como túneles de transporte, autopistas y ductos de ventilación. Este trabajo de Tesis tiene como objetivo principal estudiar la potencia capturable debido a la interacción fluido-estructura de un arreglo de dos cilindros circulares, rectos y paralelos, enfrentado a un flujo de aire perpendicular a su eje. Se estudian la influencia de separaciones, tamaños y velocidad de ataque en un dispositivo de captación de energía eólica, mediante vibraciones del tipo wake galloping. Se realiza un análisis computacional de vibraciones inducidas por vórtices para régimen laminar, en el programa ANSYS Fluent 14.5 y una implementación numérica de interacción fluido estructura, en el programa FORTRAN con el propósito de caracterizar el flujo y movimientos de un generador de vórtices. Posteriormente se construye un montaje experimental en el túnel de viento del Laboratorio de Procesos del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile para analizar la aceleración y potencia en un arreglo de wake galloping. El dispositivo consta de dos cilindros alineados, de diámetros D1 y D2, a una distancia L entre sus centros. Se estudia la razón de tamaño, Y=D2/D1, y razón de distancia, X=L/D1, para velocidades de viento en el rango 1-7[ms-1]. Los resultados experimentales muestran que la aceleración posee una relación directamente proporcional al cuadrado de la velocidad del viento y una potencia RMS máxima de ~4.5[mW], bajo una configuración de tamaño Y=0.7 y distancia X=3, lograda bajo el acoplamiento de la frecuencia natural y de la frecuencia del desprendimiento de vórtices sobre el cilindro aguas abajo. Frente a frecuencias no coincidentes el mayor desempeño se produce para una relación de tamaño Y=1.5 y distancia X=4 con un rango de potencia RMS de 0.1-0.4[mW]. La potencia generada puede ser fácilmente incrementada considerando para todas las razones de tamaño y distancia, excitar el sistema a su resonancia variando la frecuencia natural del sistema, por ejemplo, al modificar su rigidez.

El presente proyecto tiene como propósito conocer y determinar la viabilidad, rentabilidad económica y financiera de la empresa comercializadora la cual lleva de nombre “BATTERY TECHNOLOGY” E.I.R.L en la ciudad de Chiclayo y Departamento de Lambayeque, direccionando la investigación a los niveles socioeconómicos A, B y C. Se escogió esta variable psicográfica porque allí se encuentran personas que tienen una mayor aceptación para realizar la compra de dicho producto, además se cuenta con una demanda que aún no está siendo captada por ninguna empresa que brinde el mismo producto. El estudio de factibilidad de la investigación se desarrolló en función al objetivo principal, que es buscar la viabilidad del presente proyecto de inversión. Finalmente, se demostró que el proyecto de inversión es viable económica y financiera, teniendo un VANE de $ 140,431.52 y una VANF de $ 145,171.01, además las tasas de interés de retorno fueron 55% en cuanto a lo económico y 80.75% financiero. Y para finalizar se tomó una COK del 10%.

Este proyecto de inversión para la instalación de un centro de ensamblaje de baterías cinéticas en la ciudad de Chiclayo, direccionando a la investigación a los NSE A, B y C. Se escogió esta variable psicográfica porque allí se encuentran una mayor demanda para este producto y que aún no está siendo captada por ninguna empresa. Así mismo, se realizó un estudio para conocer la viabilidad del proyecto de inversión, utilizando indicadores como el Van, Tir, análisis de sensibilidad, punto de equilibrio y estados financieros. El estudio de factibilidad de la investigación se desarrolló en función al objetivo principal, que es buscar la viabilidad de este proyecto de inversión. Finalmente, se demostró que es viable económica y financiera, teniendo un VANE de $ 469207.67, VANF de $457562.59 y las tasas de interés de retorno fueron 57% económico y 86.67% financiero.

La presente investigación “DISEÑO DE UNA BOMBA BARSHA PARA IRRIGACIÓN DE CULTIVOS DE LAS TIERRAS UBICADAS PRÓXIMAS AL CANAL TAYMI-DISTRITO DE PÁTAPO” tiene como objetivo mostrar que es viable diseñar una Bomba Barsha movida con la energía cinética del agua y lograr elevar el fluido a pequeñas alturas para el beneficio de los agricultores. Por lo tanto, la investigación fue descriptiva experimental observacional. Se utilizó el método científico inductivo para el logro de resultados. Luego, se originaron 4 conceptos lo cual se planteó en una matriz morfológica, siendo vencedor la bomba en forma de espiral con 2 capas de espiras. Se diseñó una Bomba Barsha que impulsara agua a una altura de 6,4 metros, usando una rueda hidráulica de 1,5 m de diámetro accionada con 6 paletas, 5 espiras en cada costado de la rueda, un diámetro de tubería de 0,0381 m, el material usado para el chasis, eje, álabes y rueda hidráulica fue el acero inoxidable AISI 304 y para las espiras poliuretano negro. Luego se examinaron las fuerzas que perjudican a la bomba del diseño a través del software SolidWorks el cual nos permitió examinar las deformaciones, esfuerzos máximos y un factor de seguridad que se encuentran en la parte trasera del diseño. El precio del diseño es S/. 3 952,00 soles, relacionando el riego actual y el sistema Barsha se obtuvo un VAN de S/. 3 825,5 soles y un TIR del 70%. Del estudio económico se concluye que el diseño de la Bomba Barsha es rentable.

La presente tesis está enfocada en el diseño energético de un horno para el curado de pintura electrostática, que forma parte de una línea de acabados que contempla la implementación de la tecnología de plaforización. El diseño toma como punto de partida las necesidades de una empresa dedicada a la manufactura de estructuras comerciales, así como las exigencias energéticas que se deben cumplir para el funcionamiento del horno. Descrita a grandes rasgos, la metodología seguida inició con la etapa de investigación, que consiste en empaparse de las tecnologías involucradas en el proyecto y conocer los parámetros que lo delimitan; luego se realizaron los cálculos preliminares (dimensionamiento) de la línea de producción; después se pasó a la selección de tecnologías y equipos en base a los cálculos realizados; a continuación se estableció la configuración definitiva. Por último, se construyó la línea piloto, donde los resultados fueron validados y analizados. En el capítulo 3 de este documento se exponen los cálculos. Se realizaron análisis para funcionamiento en continuo en base a un volumen de control definido, el cálculo de cargas térmicas, el cálculo de potencia de las fuentes seleccionadas, el diseño del sistema de convección, equilibrio de presiones y flujos, entre otros. Finalmente, en el capítulo 4 se describe la propuesta elaborada, la misma que fue implementada y sometida a pruebas de campo, de modo que se pudiera validar el cumplimiento de los requerimientos planteados. En torno a la evaluación de resultados obtenidos se elaboraron conclusiones y observaciones de calidad presentados en el capítulo 5.