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. / Tesis

La presente tesis comprende el diseño de una máquina plastificadora con polipropileno para termolaminación, la cual tiene como función principal lograr que los materiales posean una protección contra el polvo y humedad, brindándoles un buen acabado. La máquina ha sido diseñada para poder plastificar las dimensiones más comerciales actualmente en nuestro país, obteniendo además una máquina que sea fácil de transportar. El material a plastificar, papel o cartón, ingresa a la máquina en pliegos o en bobinas, siendo arrastrado el material por 2 rodillos, siendo uno fuente de calor para la adherencia del plástico al material y el otro de arrastre, este rodillo de arrastre cuenta con un sistema de nivelación de presión, finalmente el producto plastificado podrá ser embobinado o recolectado en una canastilla para su posterior corte. La máquina plastificadora ha sido diseñada de manera compacta, ocupando un espacio de 1160 mm de largo por 630 mm de ancho. Este trabajo está compuesto por 4 capítulos. El primer capítulo, Parámetros de funcionamiento, se menciona en el las características más importante en el proceso de plastificado, haciendo además una descripción de las máquinas existentes. El segundo capítulo, Proyecto preliminar óptimo, contiene toda la metodología del diseño, esto es: lista de exigencias, estructura de funciones, matriz morfológica, conceptos de solución, evaluación técnico económico y proyecto preliminar. En el tercer capítulo, Diseño de la máquina plastificadora, contiene el dimensionamiento y cálculos de todos los componentes de la máquina, es decir el diseño de los rodillos, el sistema de calentamiento y de presión, selección del motor, sistema eléctrico y de control. Por último, el cuarto capítulo denominado Costos de fabricación incluirá todo los costos involucrados en la elaboración de la máquina plastificadora, obteniéndose un costo de S/14292.00. / Tesis

La presente tesis tuvo por objetivo el procedimiento para el diseño y desarrollo de carcasas soldadas para cajas reductoras de ejes paralelos y engranajes cilíndricos. Si bien no se trató a profundidad el tema de los componentes internos de la transmisión, se realizaron cálculos aproximados de resistencia para el dimensionamiento general de los componentes para un caso particular de estudio. Se obtuvieron valores de fuerzas de reacción y dimensiones con lo cual se pudo obtener la geometría básica de la carcasa. A partir de dicha geometría se procedió a realizar una serie de análisis por elementos finitos buscando mitigar esfuerzos más altos y reduciendo áreas del diseño básico que no trabajaban bajo casi ningún esfuerzo. De esta forma se cambió la geometría de la carcasa sin cambiar los parámetros principales, realizando meramente cambios geométricos locales, con la finalidad de transmitir la mayor carga posible. Una vez establecidos los parámetros geométricos principales se procedió a optimizar los espesores, las fuerzas de pre ajuste, el número de tornillos, así como el tamaño de garganta de los cordones de soldadura. De esta forma se obtuvo un factor de seguridad no menor a 2 en cualquier punto de la carcasa, lo que traería consigo una reducción del material. Finalmente, dados los resultados obtenidos en la aplicación particular, se pudo concluir que el procedimiento desarrollado de forma teórica en los capítulos previos puede ser usado como referencia para el diseño de carcasas soldadas para cajas reductoras. / Tesis

En el presente trabajo se desarrolla el proceso que se lleva a cabo para la solución a una necesidad de implementar un equipo en una línea de producción de 250 kg/h de puré de papa. El proceso parte con el análisis de las necesidades que se quiere atender y de los recursos con los que se cuenta para ello. Esta metodología permite la obtención de diversos modelos conceptuales quienes serán evaluados a fin de obtener un modelo que, evaluado bajo ciertos criterios, resulta tener los mejores calificativos de una terna de modelos. La obtención de este modelo es una etapa de gran importancia ya que permite seleccionar los fundamentos bajo los cuales se rigen los análisis energéticos y estructurales. Estos principios serán quienes describan el proceso desde el ingreso de la materia al sistema, puré de papa, hasta que se transforme en la materia de salida deseada, hojuelas deshidratadas de puré de papa. Con la base teórica se inician los cálculos tanto a nivel energético como estructural. En cuanto al primero, este concluye con el consumo energético por parte del sistema para la capacidad de producción especificada y, además, con unos datos de entrada para el inicio de los cálculos estructurales. Esta etapa culmina con el dimensionamiento y la selección de los componentes constructivos diversos tales como: perfiles, planchas, motores, entre otros los cuales permitirán su construcción garantizando que ningún componente falle una vez iniciado el funcionamiento. Finalmente, se realiza una estimación del costo de este equipo que incluye elementos como: la ingeniería desarrollada, materiales, mano de obra, supervisión para la construcción, entre otros. Con respecto a este monto total que resulta este equipo, 19139 nuevos soles, cabe recalcar que resulta mucho menor a los precios ofrecidos en el mercado para la aplicación y capacidad similares. Es importante mencionar que este trabajo finaliza con los planos de ensamble y despiece y no incluye una etapa de construcción. / Tesis

El presente trabajo de tesis tiene como objetivo diseñar un congelador de placas para pescado de capacidad 240 kg/h que pueda ser fabricado y ensamblado con la tecnología disponible en la industria nacional y que cuente con un sistema de refrigeración autónomo. Para el diseño del presente proyecto se consideraron las propiedades termofísicas de la especie caballa (meckerel), pues es de la única especie de la cual existe información confiable y disponible. Asimismo, se utilizó como metodología la norma de diseño VDI 2221 y 2225, dividiendo el diseño de la máquina en dos dominios: refrigeración y mecánico. En adición, se realizó la ingeniería básica y selección de componentes eléctricos e instrumentación. Como referencia para el cálculo y selección de equipos y mecanismos se utilizó lo impartido en los cursos de Termodinámica, Mecánica de Fluidos, Transferencia de Calor, Resistencia de Materiales, Elementos de Máquinas y Electricidad, siendo estos conocimientos complementados con normas técnicas de la American Society of Mechanical Engineers (ASME), los manuales de la American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) y recomendaciones de diversos fabricantes de máquinas. Finalmente, se obtuvo como resultado del diseño un congelador de placas en disposición horizontal accionado a través de un mecanismo hidráulico. El sistema de refrigeración utiliza R-404a y es capaz de congelar, hasta una temperatura de -26 °C en el centro, 600 kg de pescado tipo caballa en un tiempo de 2.36 horas, con dimensiones generales de 3.5 x 3.5 x 2.7 m, un consumo de agua fría a 5 °C de 13600 kg/h y un consumo eléctrico de 22.0 kW a un voltaje industrial trifásico de 440 VAC. El costo total del proyecto es de USD 73,300. / Tesis

Actualmente, en toda empresa de manufactura se requiere un estricto control de la calidad del producto final; por ello, constantemente, se desea implementar equipos de inspección que proporcionen un mayor detalle sobre las evaluaciones requeridas por el cliente. En el caso de las empresas de manufactura de botellas de vidrio, los controles de calidad deben ser los más rigurosos posibles; debido a que, el producto final tiene contacto directo con el cliente. Los envases de vidrio cuentan con un código en la parte inferior, que los identifica según el número de molde en el cual han sido fabricados. Si bien no se puede detectar el 100% de los tipos de defectos, sí se puede detectar este código con el cual según las evaluaciones realizadas en planta, se puede determinar que durante un periodo de tiempo definido, todos los envases pertenecientes a una moldura en particular, cuentan con defectos. Por ello, la propuesta del proyecto es un equipo que lea el número de molde de los envases en una línea de producción y según los requerimientos de planta se programe el descarte de los envases que cuenten con el número de molde que contengan defectos. El objetivo del proyecto es el diseño de un sistema mecatrónico que minimice la cantidad de posibles filtraciones de envases defectuosos en el empaque enviado al cliente. Esto involucra mitigar los problemas con los clientes y la reducción del alto sobre costo utilizado en personal externo a la empresa que se dedica a la inspección de cada envase dentro de un lote designado como defectuoso. / Tesis

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. / Tesis

La presente tesis comprende el diseño de una máquina centrífuga, la cual posee como objetivo y función principal el aprovechamiento absoluto de las proteínas del suero de leche, mediante la producción del requesón a una humedad relativa cercana al 60%. La máquina ha sido proyectada exclusivamente para el sector rural por lo cual el motor seleccionado es monofásico con una potencia de 1.5 kW, esto se debe a que en muchas zonas rurales no se cuenta con un sistema trifásico, por ello se deja la opción directa para el motor monofásico; por otro lado, la máquina centrífuga es un prototipo, lo que condiciona que su capacidad de trabajo sea baja, esto es de 1kg/hora de requesón. A su vez se ha diseñado lo más compacta posible, por lo cual ocupa un espacio de 1064mm de largo por 500mm de ancho y una altura de 1147mm. El encendido de la máquina será por medio de un tablero de control, en el cual se ha incorporado el cambio de velocidades. Se ha propuesto dos velocidades de trabajo: una baja de 1200 rpm y otra alta de 2600 rpm. La transmisión de potencia se realizará a través de un sistema de poleas y fajas trapezoidales. La máquina cuenta con una canasta rotor en la cual se verterá el suero de leche precalentado y por medio de un filtro se realizará la separación de la precipitación de caseína (requesón), dicha separación se intensificará y se acelerará con la ayuda de la fuerza centrífuga debido a que el rotor estará girando a altas revoluciones (1200 rpm o 2600 rpm). El tiempo de centrifugado es aproximadamente de 20 minutos, tiempo en el cual la máquina estará trabajando sin interrupciones, cerrada en su totalidad. Luego se procederá a apagar la máquina para descargar el requesón obtenido en la canasta rotor, para finalmente vaciar el contenido de manera manual. / Tesis

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. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería - Mención Mecánica / La impresión 3D es una tecnología de manufactura aditiva que ha revolucionado la industria, debido a todas sus bondades y ventajas que posee con relación a la manufactura convencional, ventajas como la facilidad de fabricar objetos sin restricción de forma, variedad de materia prima, bajo costo de producción, optimización del tiempo de producción, etcétera. Una desventaja que poseen las impresoras 3D convencionales, es que su volumen de impresión está limitado por la estructura de la máquina, pudiendo fabricar partes casi tan grandes como la misma máquina pero no mayor a esta. Este trabajo de tesis tiene como principal objetivo desarrollar una máquina de manufactura aditiva, que posea la capacidad de desplazarse verticalmente y sin restricción por una columna de sección cuadrada fabricada continuamente por la misma máquina, utilizando como materia prima un filamento de PLA. El diseño propuesto para el desarrollo de la máquina podrá fabricar estructuras más grandes que la misma máquina, logrando de esta manera superar el problema que poseen las impresoras convencionales con relación a su volumen de trabajo limitado. La máquina utiliza para el desplazamiento vertical el mecanismo piñón-cremallera, que consiste en fabricar una cremallera en una cara de la columna, la cual sirve para que el piñón motriz que se encuentra ensamblado a la estructura del mecanismo de impresión, pueda engranar en la misma y genere el desplazamiento de la máquina. El movimiento del eje X-Y es generado mediante el uso de un tornillo sin fin. La máquina es compacta y de fácil de manejo, se desplaza de manera continua sobre la columna. Los mecanismos de cada eje funcionan correctamente y sin problemas. La velocidad establecida como nominal para el funcionamiento de los ejes de impresión es de 50 mm/s para el perímetro y 20 mm/s para el relleno, a una resolución de 0.30 mm, obteniendo una rugosidad superficial de 33.42 µm.