Durante los últimos años, debido a la gran cantidad de edificaciones nuevas y obras urbanas que se pudieron observar no sólo en la capital, sino en todo el país, es seguro afirmar que el sector construcción ha encontrado una época de auge. Este incremento, aunque ahora desacelerado –respaldado por cifras de PBI del sector económico en cuestión–, trajo como consecuencia un aumento en el consumo del concreto. Este material se encuentra compuesto, principalmente, de cemento, agua y agregados, abarcando estos últimos un 82% del volumen total y aportando, de esta manera, una gran cantidad de propiedades importantes al resultado. El problema que surgió a partir de esta realidad es la necesidad de manejar de manera apropiada la demanda incrementada de uno de los agregados más importantes: la arena fina. Utilizando como información de entrada las propiedades físicas del material en mención, dictados por las normas ASTM C33, y el volumen de producción de la cantera más importante de este material en Lima –la de Jicamarca–, se tuvo como objetivo del presente trabajo alcanzar, mediante la aplicación de conocimientos y criterio en ingeniería mecánica adquiridos durante la carrera, un diseño estructural de un apilador o “stacker” radial que sea óptimo no sólo en resistencia, rigidez y estabilidad, sino también en funcionalidad y economía. El objetivo se alcanzó mediante el análisis y descarte de alternativas, utilizando cálculos de resistencia, rigidez y estabilidad, previa estimación de un sistema de faja transportadora que sería cargado por la armadura. Para esto, se empleó como base la norma ISO 5049 para el diseño de estructuras metálicas de equipos móviles para el manejo continuo de materiales a granel, el manual de construcción en acero de la AISC y bibliografía complementaria de diseño. Por último, se aproximaron los costos de las opciones en carrera con motivo de poder seleccionar la alternativa más viable. El resultado final fue el diseño general de una estructura de acero principalmente tubular con una viga principal de celosía que, mediante el cumplimiento de criterios normados de resistencia, rigidez y estabilidad, así como de economía en el suministro y fabricación, se encuentra en la capacidad de manejar el apilamiento radial al aire libre de un volumen de producción significativo de arena. / Tesis

El presente trabajo tiene como finalidad el desarrollo de una máquina automática que facilite el proceso de hilado de lana, en especial el hilado de lana de alpaca, a las personas y artesanos de zonas rurales, cuyo trabajo está relacionado al comercio y producción de dicha fibra. Con ayuda de este sistema mecatrónico, el artesano podrá ahorrar tiempo en el proceso de hilado y podrá invertirlo en otras actividades, como es el tejido o bordado. Además, gracias a este sistema, el hilo que se obtenga tendrá una mejor precisión con respecto al grosor de este, aumentando así su calidad; el usuario podrá seleccionar entre grosores de 1 mm, 2 mm o 3 mm de acuerdo al uso que él piense darle al hilo. También, debido a que ya no se invertirá demasiado tiempo en el proceso de hilado, las personas que exportan fibra de lana de alpaca en bruto y sin ningún acabado, podrán generar un valor agregado a sus exportaciones de una forma sencilla mediante el hilado de la fibra que exportan. En el capítulo 1 se plantea la problemática existente en el país con respecto al proceso del hilado y que el sistema mecatrónico debe resolver. En el capítulo 2 se mencionan los requerimientos y condiciones que el sistema mecatrónico debe cumplir, asimismo, se presenta el concepto de la solución que logrará cumplir tales requerimientos. En el capítulo 3 se explica detalladamente el funcionamiento del sistema, así como los elementos mecánicos y electrónicos que lo conforman, el detalle se muestra en los planos, esquemáticos y diagramas de flujo. En el capítulo 4 se hace el cálculo del presupuesto necesario para la implementación del sistema mecatrónico. Por último en el capítulo 5 se muestran las conclusiones a las que se llegaron al finalizar el presente trabajo. / Tesis

El presente trabajo muestra el diseño de un mecanismo paralelo del tipo plataforma de seis grados de libertad y apoyos móviles que puede ser utilizado en un simulador de automóviles para el entrenamiento de conductores en nuestro país. El objetivo está centrado en lograr el diseño mecánico dejando pase a futuras investigaciones como el análisis de simulación mecánica, el diseño del sistema de control del mismo, entre otros que puedan complementar y optimizar el diseño de un simulador de manejo automatizado. A diferencia de muchos mecanismos utilizados para esta aplicación (tales como las plataformas Stewart Gough), este sistema no cuenta con actuadores de longitud variable, sino con barras de longitud constante cuyos apoyos en la base deslizan sobre rieles circulares. Para poder desarrollar este trabajo, se realizó una revisión de los fundamentos teóricos y el estado de la tecnología de los mecanismos en general, los robots paralelos y su aplicación hacia los simuladores de manejo. También se utilizaron investigaciones anteriores que analizaron el espacio de trabajo de este tipo de plataformas de barras que deslizan sobre un riel circular. Esta información fue de vital importancia para lograr el diseño conceptual pues brindó los requerimientos de movimiento que los simuladores de manejo poseen. A partir de ello se pudieron diseñar cada uno de los componentes del sistema de modo que puedan resistir los movimientos y cargas de la plataforma considerando sobre ella una carga de hasta 250 kg, la cual representa la masa de una persona y la de una estructura o cabina en donde ella pueda ubicarse. Este tipo de mecanismo es una buena alternativa para los simuladores porque logran incrementar el espacio de trabajo hasta 1,6 veces respecto a las plataformas convencionales como la Stewart Gough; además, su movimiento giratorio es menos restringido. Por otro lado, la utilización de un simulador para entrenamiento de conductores en nuestro país sería una buena alternativa frente a los peligros e inseguridad que enfrentan quienes conducen por primera vez, sobre todo en nuestra capital. / Tesis

El presente trabajo consiste en el diseño de un sistema de aireación para un silo de arroz cáscara con capacidad de 490 toneladas ubicado en la provincia de Lambayeque, el cual responde al requerimiento de la Empresa MOLINERA VULCANO E.I.R.L. con el fin de reducir las pérdidas durante la etapa del almacenamiento y mejorar la calidad del producto final, por medio del principio de convección forzada directa de aire tratado. La primera parte incluyó el marco teórico respecto a las características más importantes del producto y los procesos seguidos por la empresa. Luego se determinó las condiciones de humedad y temperatura a las que se debía llevar al arroz cáscara y las condiciones que debía tener el aire tratado a inyectar para garantizar una buena conservación del arroz y un correcto pilado. Después, se alcanzó un diseño óptimo el cual consiste en un equipo de tratamiento de aire, 4 ventiladores centrífugos y ductos de transporte, de distribución y de extracción. Posteriormente, se realizaron 4 tipos de cálculo de pérdidas de presión. Primero, en los ductos flexibles se siguió el método recomendado por la Asociación Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) y se aplicó un factor de corrección según la longitud real de los ductos. Luego, en los ductos de chapa zincada se siguió el mismo procedimiento inicial que en los ductos flexibles. El tercer tipo corresponde a la caída de presión en los ductos perforados, en donde se aplicó un modelo basado en las ecuaciones de conservación de momento y energía, y el método recomendado por ASHRAE para los tramos sin agujeros. Por último, para calcular la presión que requiere el aire para atravesar los granos se utilizó una expresión aprobada por la Asociación Americana de Ingenieros Agrónomos y Biólogos (ASABE). El proceso de aireación será en dos etapas con el fin de que el flujo requerido de inyección y presión estática sean menores y así reducir costos energéticos. Resultando así la necesidad de inyectar aire a 7950 m3/h y presión de 1600 Pa. Después se evaluó la distribución de temperatura y humedad que desarrolla el arroz durante el proceso. Como resultado se obtuvo que el arroz alcanza la temperatura de 19.87°C y humedad de grano de 13.54% al cabo de 64 horas efectivas de aireación, condiciones suficientes para un almacenamiento seguro del arroz de 20 a 140 días. Por último, se estimó que el costo total del sistema es S/ 228210.95 Soles. / Tesis

En la actualidad, se emplean sistemas destinados a la carga de grandes volúmenes en espacios determinados con la finalidad de ordenar, mover, sujetar o ensamblar objetos. En caso de objetos en pequeños talleres, almacenes o habitaciones, la mayoría de veces, la acción de carga es asumida por el usuario, debido a que el peso es relativamente ligero y una o varias personas pueden realizar esta acción. Esto conlleva a sobresfuerzos en el operario durante la acción de carga, uso innecesario de tiempo y recurso humano. Por otro lado, los dispositivos de carga usados actualmente ocupan espacios considerables. Por ello, se propuso el diseño de un sistema mecatrónico con tres grados de libertad basada en cables y controlada por dispositivo móvil: GM-LK. Este sistema es capaz de mover una carga máxima de 50 kg a lo largo de un área flexible, previamente determinada por el operario, de hasta 16 m2; el movimiento de la carga será controlada por el usuario a través de una interfaz gráfica desarrollada para tablets o smartphones. La interfaz mostrará la disposición de los elementos del sistema, distribuidos en el área útil de carga, de modo que el usuario se oriente, es decir, tenga una visión general del espacio de trabajo para decidir la posición final del objeto. El sistema consiste en 4 soportes telescópicos que ejercen presión sobre el piso y el techo para mantenerlos erguidos y estáticos durante su funcionamiento. Dichos soportes se unen mediante cuatro cuerdas que coinciden en el manipulador, el cual se encarga de sujetar y desplazar la carga en las tres direcciones del plano cartesiano dentro del área efectiva. Esta propuesta puede ser instalada en ambientes con un techo de 3m de altura como máximo. El peso de cada soporte es de 9 kg y sus dimensiones de traslado son de 0.18 m x 0.18 m x 1.3 m. / Tesis

La población representada por las personas de edad avanzada cada vez es mayor. Muchos de ellos poseen problemas propios de su edad tales como motrices y cardiacos. Impidiéndoles, según el grado de discapacidad, la accesibilidad tanto a lugares públicos y privados como consecuencia de esa limitación. Es por eso que debido a las razones expuestas, es necesario desarrollar un sistema de asistencia técnica que permita que estas limitaciones en cuanto a la accesibilidad del usuario a cualquier espacio disminuyan. Los objetivos del proyecto son desarrollar un sistema que permita que el usuario se sienta cómodo y seguro al usarlo, posibilite a sus apoderados tener conocimiento de su estado cardiovascular y ayude a subir o bajar escaleras. La presente tesis propone el desarrollo de un sistema mecatrónico de asistencia técnica para las personas de edad avanzada. Para lograr los objetivos expuestos, se establecieron 6 subsistemas. Entre ellos tenemos a los siguientes: El primer subsistema es el de la alimentación con energía eléctrica del diseño mecatrónico. Este permitirá suministrar los valores de tensión y corriente adecuados para los sensores y actuadores utilizados. Luego tenemos al subsistema de interfaz. Este posibilitará que el usuario interactúe con el sistema mecatrónico. El tercer subsistema es el sensado de la frecuencia cardiaca y el posicionamiento satelital. A través de un monitoreo se enviará información por mensaje de texto sobre el estado cardiovascular del usuario. Además, permitirá registrar anomalías que ocurren cuando la frecuencia muestreada es mayor a los 100 bpm o menor a los 60 bpm. Por lo que el sistema diferenciará 3 estados: alta, normal y baja. El posicionamiento satelital permitirá obtener la longitud y latitud de la ubicación de la persona. El cuarto subsistema es el de detección de desniveles. Permitirá que el nivel de sujeción de la andadera se acomode al nivel adecuado, valor cercano a la altura a la que se encuentra la cadera, cuando el usuario suba o baje desniveles. El quinto es el control de los motores del Tri-star. Este mecanismo permitirá que el usuario pueda subir o bajar las escaleras a través del diseño mecatrónico. Finalmente, la función del último subsistema es el del control del frenado. Este permitirá disminuir la velocidad de traslado. El trabajo se presenta en cinco capítulos. El primer capítulo plantea la problemática que afronta el sistema mecatrónico. El segundo capítulo describe los requerimientos del sistema y así mismo explica detalladamente los subsistemas que lo conforman. El tercer capítulo explica el concepto electrónico, mecánico y de control del sistema mecatrónico a través de los sensores, actuadores, planos y diagramas de flujo. El cuarto capítulo presenta el análisis de costo del sistema mecatrónico. Por último, el quinto capítulo muestra las conclusiones que se han obtenido al finalizar este proyecto. / Tesis

El presente trabajo tiene por objetivo el diseño de un dispositivo que permita realizar los ensayos funcionales recomendados según estándares internacionales a los implantes columnares interespinosos. No obstante, dada la complejidad del comportamiento columnar, se restringe a la representación del movimiento de flexoextensión dentro del plano sagital, centrando el diseño en la posibilidad de comparar implantes de manera estandarizada. En este sentido, se presenta un modelo vertebral compuesto por los cuerpos y apófisis superior e inferior con 4 resortes que simulan la rigidez del disco intervertebral. Este modelo es soportado por la estructura del dispositivo que convierte la fuerza axial de la máquina de ensayo en un torque que genera la flexión y extensión requerida. Como primera parte, se realizó la revisión de la fisiología, alteraciones, biomecánica, implantes columnares, dispositivos y protocolos de ensayo para poder elaborar la lista de requerimientos. A pesar de no encontrarse dispositivos, ni estándares especializados en implantes interespinosos, se realizó el diseño en base a las recomendaciones dadas por los estándares ISO y ASTM para ensayos de similar naturaleza. En base a la lista de requerimientos se formularon diversos conceptos solución, de los cuales se escogió la solución más óptima mediante un análisis técnico-económico. El procedimiento de diseño mecánico partió de la geometría recomendada por los estándares. Se necesitó realizar el cálculo geométrico de la posición del cuerpo móvil del dispositivo, para obtener el giro en función al desplazamiento axial de la máquina de ensayo. En base al movimiento generado, se calcularon las reacciones por compresión en los resortes y el implante, y mediante las ecuaciones de equilibrio se pudo obtener la fuerza del actuador axial necesaria y las fuerzas generadas en cada elemento. Posteriormente se calcularon los esfuerzos críticos, verificando cada elemento a fluencia y fatiga, así como las deformaciones permisibles del dispositivo. Finalmente, como resultado del trabajo se obtuvo el diseño del sistema mecánico: formas geométricas y materiales definidos, selección de componentes estandarizados, así como los planos de despiece y ensamble del diseño. El costo total para desarrollar este proyecto se ha estimado en alrededor de USD 4,850, tomando en cuenta los costos de diseño, compra de materiales y componentes, costos de fabricación e imprevistos. / Tesis

En el mundo existen alrededor de mil millones de personas con algún tipo de discapacidad según lo indica la Organización Mundial de la Salud (World Healt Organization - WHO). Como respuesta a esta necesidad existe una línea de investigación orientada a la salud (física y emocional) que cada vez cobra mayor interés. El presente trabajo sigue esta línea de investigación y propone una integración de un sistema mecatrónico que permita el libre traslado de un lugar a otro a personas que tengan impedimento para el uso de brazos y piernas, y sin necesidad de la ayuda de una segunda persona. Esta solución es basada en un algoritmo que interpreta los movimientos cervicales y los traduce a órdenes de movimiento para una silla de ruedas motorizada, que cuenta además con sensores de obstáculos para facilitar la navegación del usuario; y tiene como propósito generar un sentimiento de autosuficiencia que repercuta positivamente en su salud. Finalmente se presentarán los resultados obtenidos durante la etapa de experimentación que valide la propuesta planteada. / Tesis

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.

En el presente trabajo se ha realizado el diseño mecánico de una planta piloto de extracción por fluido supercrítico que utiliza dióxido de carbono (CO2) en estado supercrítico como solvente. La planta piloto está diseñada para poder procesar 5 litros de biomateria por cada corrida y trabajar con una presión de hasta 300 bar y una temperatura de 100C con un flujo de CO2 de 1 kg/min, los parámetros de estado han sido determinados a partir de un análisis de la biomateria disponible en el Perú con potencial para beneficiarse de la extracción por fluido supercrítico, en el cual destaca el Sacha Inchi, con alto contenido de Omega-3 como componente minoritario, como el material de referencia debido a que sus parámetros de extracción son los más altos del grupo encontrado (Pext = 300 bar y Text = 60 C), de modo que la planta sea capaz de procesar productos cuyos parámetros de extracción se encuentren por debajo del rango mencionado. El uso de CO2 supercrítico como solvente está justificado debido a la relativa facilidad para alcanzar su condición de fluido supercrítico (Pcrit = 73:8 bar y Tcrit = 31 C) respecto de otros fluidos cuyas presiones y temperaturas críticas son mucho más altas lo cual impacta directamente en el costo de la planta y en el caso de la temperatura posiblemente en la integridad de los extractos obtenidos. Por otra parte, el CO2 es un gas relativamente barato y no genera residuos dañinos ni para el producto deseado ni para el medio ambiente. El presente trabajo está enfocado en el diseño y la selección de los componentes principales de la planta piloto, a partir de lo cual se ha realizado la cotización de la planta obteniendo un costo de US$ 60812.27 incluido IGV. Cabe indicar que el apartado del control y automatización de la planta se ha planteado únicamente a nivel de ingeniería básica por lo cual su desarollo está previsto como trabajo a futuro. / Tesis