En la presente tesis se realizó un estudio comparativo del colapso de tubos rectangulares en ensayos de flexión de 3 puntos y viga en voladizo. Las curvas características de los tubos rectangulares fueron evaluadas mediante simulación numérica y modelos analíticos reportados en la literatura. Para validar los resultados de las simulaciones numéricas, se comparó las curvas características de bisagra plástica obtenidas computacionalmente con resultados experimentales presentados por Kecman (1979). Posteriormente, los modelos numéricos fueron utilizados para determinar el grado de correlación entre las curvas características con diferentes parámetros geométricos y de material. La tesis está dividida principalmente en tres partes. En la primera parte se presenta el fundamento teórico de las principales teorías de colapso por flexión de tubos rectangulares (Kecman (1979,1983), Wierzbickiycol. (1994b), y KimyReid (2001)). El cálculo del momento máximo y el análisis del mecanismo de colapso fue explicado detalladamente. En la segunda parte se analizó mediante simulación numérica el colapso de tubos rectangulares en ensayos de flexión de 3 puntos y viga en voladizo. Para generalizar las conclusiones de este trabajo, se clasificó los tubos rectangulares de acuerdo a su modo de colapso utilizando el parámetro adimensional Ocr/Oy. Después se realizó un estudio comparativo sobre el colapso en los ensayos de flexión. En general, los resultados demostraron que la carga transversal ejercida por el indentador en el ensayo de flexión de 3 puntos provoca que el perfil colapse prematuramente. Por último se comparó las curvas características generadas con modelos analíticos y numéricos para determinar en cuáles casos es recomendable utilizar las teorías de colapso. En la tercera parte se reportan las conclusiones del presente trabajo de investigación.

Las válvulas mariposa son componentes muy utilizados para el transporte de fluidos a través de tuberías. Dentro de estas válvulas, destacan las válvulas mariposas de doble excentricidad por tener ciertas ventajas como por ejemplo la reducción del desgaste de su sellado en comparación con las válvulas mariposas clásicas. Sin embargo, su asimetría origina un comportamiento más crítico en cuanto a las características hidráulicas del flujo, como son: la pérdida de carga, la distorsión del perfil de velocidades y el riesgo a la cavitación. Como es usual utilizar estas válvulas para control on-off de flujos, se desean bajas pérdidas de carga en su posición totalmente abierta. Cuando estas válvulas se sitúan directamente en el ingreso de turbomáquinas, es importante conocer el grado de distorsión del perfil de velocidades que entra en la máquina ya que ésto modifica los ángulos de ataque del flujo con los álabes y con ello el punto de operación. Y si se opera con presiones bajas también se debe considerar el riesgo de cavitación en partes de la válvula donde se eleve localmente la velocidad. Son estas tres características las que se estudiarán en una válvula mariposa previamente diseñada en la PUCP, con el fin de mejorar la geometría original y con ello su comportamiento hidráulico. Idealmente, se deben realizar ensayos experimentales para conocer el comportamiento hidráulico, pero estos métodos generalmente resultan muy costosos. Una alternativa utilizada hoy en día para la optimización de productos es el estudio computacional CFD (Computational Fluid Dynamics) el cual tiene ciertas ventajas, ya que entrega la información de todos los puntos del dominio y permite realizar cambios en la geometría o en el flujo de forma rápida y menos costosa. En el presente trabajo se realiza el análisis CFD de una válvula mariposa de doble excentricidad con un diámetro nominal de 610mm, en posición completamente abierta con un caudal aproximado de agua de 1 m3/s a 10ºC lo que implica una velocidad media en la tubería de aproximadamente 3.5 m/s. Para ello se utilizó el programa ANSYS CFX 14.0 y se empleó el modelo de turbulencia SST. Luego, se realizó una modificación del diseño original para obtener un diseño alternativo el cual es incluso un 2% más ligero. Lo más importante fue que se consiguió una reducción del 38.3% del coeficiente de pérdidas del diseño original y se aumentó un 40.4% la resistencia a la cavitación del diseño original. Sin embargo, al igual que en el diseño original, el flujo recién comienza a recuperar la forma que tenía antes de ingresar a la válvula después de 14 diámetros nominales aguas abajo de la misma. / Butterfly valves are components used for the transport of fluids through pipes. Among these valves, double eccentric butterfly valves have certain advantages, for example the reduction of wear in the sealing system compared to classic butterfly valves. However, its asymmetry originates some problems in the hydraulic characteristics of the flow such as: pressure loss, distortion of the velocity profile and the risk of cavitation. It is usual to use these valves in the control on-off of flows and because of that, minimum losses are desired when the valves are fully opened. When these valves are located directly at the inlet of turbomachinery, it is important to know the degree of distortion of the velocity profile that enters the machine because this can modify the angles of attack of the flow with the blades and thus the point of operation. And if the valve operates with low pressures, it will be necessary to study the risk of cavitation in the regions of the flow with high velocities. These three characteristics are going to be studied in a butterfly valve previously designed at PUCP, in order to improve the original geometry and its hydraulic behavior. Ideally, experimental methods are required in order to know the hydraulic behaviour, but these methods are usually very expensive. An alternative used today for the optimization of products is the computational study CFD (Computational Fluid Dynamics), which has certain advantages, since it gives information of all the points of the domain and allows the researcher to make fast and inexpensive changes in geometry or flow conditions. In this work, a CFD analysis of a double eccentric butterfly valve is done. The nominal diameter of the valve was 610mm and the valve was fully opened. Its nominal flow was approximately 1 m3/s of water at 10 °C which implied a mean velocity of the flow of 3.5 m/s. The CFD simulation was done using ANSYS CFX 14.0 and the SST turbulence model was used. Then, a modification of the original design was made in order to obtain an alternative design which was 2% lighter. The most important achievement was that the alternative design had a reduction of 38.3% of the loss coefficient of the original design and had an increased of 40.4% of the cavitation resistance of the original design. However, the same as the original design, the flow started to achieve a uniform velocity profile after 14 nominal diameters, downstream of the valve.

En el presente trabajo se realiza un análisis numérico de vibración inducida por flujo (FIV) sobre una tubería horizontal que transporta flujo bifásico agua-aire. Para el estudio del fluido se consideró un dominio de estudio de 3m de longitud en el que se analizaron diferentes modelos de turbulencia con la finalidad de seleccionar el más adecuado para el estudio FIV. Se tomó como criterio de comparación el comportamiento de la presión variable sobre la pared de la tubería. Los resultados obtenidos muestran que el modelo RANS K-ω SST es capaz de representar con buena precisión el comportamiento del flujo bifásico analizado, pues capta los patrones de flujo y las fluctuaciones de presión en concordancia con resultados experimentales reportados en la literatura, por lo que fue seleccionado para el análisis FIV. Seguidamente se procedió a determinar el método de análisis de vibración más adecuado para el objeto en estudio (tubería), en el cual se consideró un dominio de estudio de la tubería de 1.53 m de longitud, empotrada en ambos extremos. Es así que se determinó que el análisis dinámico transitorio acoplado bidireccional de interacción fluido-estructura (FSI), que contempla los efectos del campo de fluidos sobre el campo estructural y viceversa, representa de manera adecuada el fenómeno en estudio por considerar que son los esfuerzos, desplazamientos, aceleraciones y frecuencias las variables a determinarse en este análisis. Para las condiciones de flujo analizadas se captaron vibraciones, desplazamientos en el rango de -48 μm a 18 μm, aceleraciones en el rango de -0.07 m/s2 a 0.8 m/s2 y frecuencias máximas en el rango de 10 Hz a 35 Hz. / Tesis

En el Perú existe un escaso número de soldadores calificados; por ello, el país cuenta con mucha demanda de soldadores para los diferentes proyectos que se están realizando como la extensión de los gaseoductos sur peruano, entre otros, pero no se da abasto de soldadores. Esta situación conlleva, por parte de las concesionarias, a recurrir a mano de obra extranjera aumentando los precios de la mano de obra. Los objetivos del presente trabajo de investigación son el diseño conceptual de un sistema automatizado de soldadura orbital para tuberías de. Esto consiste en la pre-selección del diseño mecánico, la pre-selección del diseño electrónico y del sistema de control. Se utilizará la metodología VDI 2221 donde se desarrolla el planteamiento del problema, se desarrollan las propuestas de solución y se selecciona la solución optima. En el presente trabajo se realizó un extensivo estado del arte, el cual sirvió como base para la selección de los diferentes componentes mecánicos que contienen el sistema mecatrónico. Se obtuvieron cinco conceptos de soluciones y se seleccionó el optimo por medio de un análisis técnico vs económico. Del presente trabajo de investigación se concluye que es posible el diseño de un sistema orbital que cumpla con los requerimientos de la norma API 1104. Además, se concluye que para mejorar el sistema automatizado de soldadura orbital es necesario diseñar un sistema de seguimiento de soldadura o incluir alguno ya existente en el mercado.

Geos Ingenieros es una empresa cajamarquina que brinda servicios de instalación de tuberías HDPE y geosintéticos al sector minero de la región, fue creada el año 2002, su principal cliente fue Minera Yanacocha hasta el año 2016 y luego Minera Gold Fields; tiene como fortalezas la sólida experiencia de casi dos décadas de gestión empresarial, ha formado personal técnico especializado del ámbito local, cuentan con equipos y maquinaria de buen desempeño; como oportunidades resaltan el incremento de obras de construcción para el cuidado del medio ambiente con materiales geosintéticos, mayor demanda de servicios luego de la pandemia para reactivar la economía y disminución del costo financiero para alentar la inversión. El propósito de la consultoría fue diagnosticar la situación de la empresa e identificar el problema más relevante, analizar las causas y proponer soluciones que le permitan crecer en el mediano y largo plazo. El problema central encontrado fue que Geos Ingenieros tiene poca eficiencia en la gestión y bajo enfoque en el mercado, se realizó el análisis de causas utilizando el método de Ishikawa y se determinó que la empresa centraliza y sobre carga varias funciones en el gerente general ocasionando una serie de problemas internos; asimismo no se identifican plenamente las necesidades del cliente para ofrecer nuevos servicios. Se ha planteado la implementación de dos alternativas de solución para abordar el problema integral de Geos Ingenieros: (a) enfoque de mercado con el desarrollo de nuevos servicios y la creación del área comercial y (b) implementación de un sistema ERP para centralizar la información y tomar decisiones oportunas. El plan de implementación de las alternativas de solución tomará un plazo de un año y los resultados esperados han sido proyectados hasta el año 2026, donde se muestra que la empresa alcanzará su objetivo de largo plazo en nivel de ventas, rentabilidad y número de contratos de servicios con clientes mineros. / Geos Ingenieros is a local company that provides HDPE and geosynthetic pipe installation services to the region's mining sector, it was created in 2002, its main client was Minera Yanacocha until 2016 and then Minera Gold Fields; Its strengths are the solid experience of almost two decades of business management, it has trained specialized technical personnel from the local area, they have good performance equipment and machinery; Opportunities include the increase in construction works for the care of the environment with geosynthetic materials, greater demand for services after the pandemic to reactivate the economy and a decrease in the financial cost to encourage investment. The purpose of the consultancy was to diagnose the situation of the company and identify the most relevant problem, analyze the causes and propose solutions that allow it to grow in the medium and long term. The central problem found was that Geos Ingenieros has little efficiency in management and low focus on the market, the analysis of causes was carried out using the Ishikawa method and it was determined that the company centralizes and overloads several functions in the general manager causing a series of internal problems; likewise, the client's needs to offer new services are not fully identified. The implementation of two alternative solutions has been proposed to address the integral problem of Geos Ingenieros: (a) market approach with the development of new services and the creation of the commercial area and (b) implementation of an ERP system to centralize the information and make timely decisions. The implementation plan of the solution alternatives will take a period of one year and the expected results have been projected until 2026, where it is shown that the company will reach its long-term objective in terms of sales, profitability and number of contracts for services with mining clients.

El presente trabajo pretende caracterizar experimentalmente el fenómeno de la pérdida de presión en dos tipos de tubería: acero al carbono con costura y acero al carbono sin costura, adquiridos en el mercado nacional peruano. Esta caracterización se realiza utilizando aire comprimido, seco y regulado para presiones manométricas entre 1 y 7 bar, bajo condiciones de incompresibilidad en la línea de pruebas y con un rango de número Reynolds entre 9x104 y 8x105. El trabajo comprende la determinación experimental del factor de fricción, mediante un ensayo de pérdida de presión, con la finalidad de comprobar que su comportamiento, para las dos tuberías, obedece al modelo monotónico de Colebrook que se suma a las afirmaciones de Kemler en 1933, Moody en 1944, Schlichting en 1979, Bradshaw en 2000, Perry en 2001 y Langelandsvik en 2008. Esto permite calcular la rugosidad hidráulica para los dos tipos de tubería, resultando que la tubería de acero al carbono con costura tiene una rugosidad hidráulica experimental igual a 0,186 mm, siendo el parámetro de rugosidad Rz y el modelo de Afzal en 2007, las mejores opciones para estimar el valor experimental. Del mismo modo, la tubería de acero al carbono sin costura tiene una rugosidad hidráulica experimental igual a 0,018 mm, siendo el parámetro de rugosidad Rq y los modelos de Langelandsvik en 2008 y Botros en 2016, las mejores opciones para estimar el valor experimental. Así, es posible determinar, con mayor acercamiento, la rugosidad hidráulica (ks) para las tuberías de acero al carbono con y sin costura, conociendo solamente los parámetros de rugosidad superficial (Ra, Rz y Rq). Además, se puede tener la seguridad de utilizar el modelo monotónico de Colebrook para realizar el cálculo del factor de fricción (Λ). Con esto, la estimación de pérdida de presión y el gasto de energía involucrado es mucho más próximo a lo requerido.

La soldadura por fricción batido FSW, es un nuevo método en la tecnología de unión de plásticos; a diferencia de las aplicaciones tradicionales en aleaciones de aluminio en el caso de los plásticos requiere el desarrollo de herramientas y procedimientos para conseguir uniones de la calidad requerida. La investigación en FSW de polímeros se ha enfocado hasta ahora en la unión de planchas planas, en este documento se presenta un método para unir mediante FSW tuberías plásticas de polietileno para gas natural, las propiedades mecánicas de la unión se evalúan mediante ensayos de resistencia a la tracción, se estudiaron además las superficies de fractura y se analizó la microestructura de las uniones soldadas. / Tesis

El presente estudio analizó el comportamiento de las tuberías de acero de diámetros nominales desde 36” hasta 48” las cuales se encuentran enterradas en cruces de caminos mineros (Haul Road) sometidas a cargas superficiales de vehículos con carga bruta máxima de 625 toneladas (Peso bruto, incluye peso de material acarreado). Se desarrolló un análisis para determinar las variables más relevantes de una instalación que afectan los resultados de cálculo de esfuerzos y deflexiones por medio de un estudio paramétrico por el método de los elementos finitos. En general las zanjas se componen de una tubería apoyada sobre una cama de arena fina o material similar, por un relleno lateral instalado por medio de capas delgadas compactadas y un relleno superior compactado sobre la tubería. Para el estudio de la investigación se propuso un modelo de elementos finitos que considera la no linealidad del material de suelo, la no linealidad del contacto entre la tubería y el suelo, la no linealidad de la geometría del suelo y las cargas laterales residuales debido a la compactación de distintas capas del suelo durante la etapa constructiva y para su validación se utilizaron datos experimentales desarrolladas en el centro de investigación de infraestructuras enterradas (CUIRE) de la Universidad de Texas Arlington (UTA). El estudio demostró la importancia que tiene una adecuada selección de las propiedades de los materiales de suelos que componen una zanja, así como la importancia de considerar adecuadas condiciones de instalación de las tuberías a fin de obtener en lo posible menores costos de una instalación que permita tener esfuerzos en la tubería por debajo de los admisibles. Los mejores resultados se mostraron durante la variación del ancho de la zanja y la elección de materiales de relleno lateral con mayor grado de elasticidad, sin embargo, existen otros factores que podrían llegar a incrementar las deflexiones en la tubería tales como la variación de la altura de cama de tubería o la altura del relleno superior. Adicionalmente, se verificó en dónde se ubica la mayor carga de esfuerzos en la tubería luego de la aplicación de las cargas muertas y cargas vivas. Así mismo, se determinó en qué nivel afecta la relación del diámetro y el espesor de la tubería y para cuál de estas relaciones será necesario tener un mayor cuidado durante el análisis. El presente estudio paramétrico permitió comprender las afectaciones en los resultados de deflexión y esfuerzos de la tubería y cuyas conclusiones se pueden generalizar para instalaciones convencionales ya que dependen de las mismas variables.

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Calcula la red interna de abastecimiento de gas natural y selección del equipo, para que puedan ser utilizados en termas, cocinas y calentador de piscina en hoteles. Para ello elabora el esquema de distribución interna de GN, calcula la red interna de distribución de gas, selecciona de termas y calentador de agua para la piscina del hotel y calcula las caídas de presiones en la red interna de gas natural. / Trabajo de suficiencia profesional

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Diseña un sistema automático de protección ante posibles incendios, respetando estándares internacionales, tomando en cuenta que las fajas en su mayoría son de gran longitud, la demanda de agua para evitar un incendio sería enorme, por ello se ha dimensionado tratando de reducir esta demanda. Se plantea para este caso un sistema automatizado que pueda apagar el motor de la faja, ya que ante un evento si no se apaga el motor el fuego se extendería por toda la faja. Con este sistema; el fuego se localizaría en un área específica y sin movimiento, porque el fuego tiende a expandirse con el movimiento. La longitud de diseño será desde el momento que se identifique el fuego hasta que el motor se detenga, un panel inteligente enviará una señal para que el motor se detenga alarmando el sistema, sin embargo el motor seguirá girando por inercia hasta que se detenga, por ello esta distancia (desde el evento hasta que se apague el motor) será la distancia de diseño, sin embargo por seguridad se apertura 3 válvulas, la del área del evento, una anterior y otra posterior, esto debido a que si existiera un evento en el límite de los sistemas debido a la inercia el fuego avanzaría al siguiente sistema, por ello se define la apertura de los tres sistemas dimensionados correctamente. / Trabajo de suficiencia profesional