Ingeniería Civil Mecánica

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  • Publication
    Aplicación de las tecnologías 4.0 para la mejora del mantenimiento industrial en rodamientos de bolas a través de un sistema de monitoreo con una máquina de simulación de fallos
    (2023-08)
    Caro Maturana, Felipe Javier Ignacio
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    Valdenegro Oyaneder, René Antonio (Profesor Guía)
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    Castejón Sisamón, Cristina (Profesor Guía Externo)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
    La motivación de este trabajo de titulación está orientada a la búsqueda de la mejora del mantenimiento por medio del uso de las tecnologías de la industria 4.0. El objetivo es plantear una propuesta de sistema de monitorización que contribuya positivamente a las tareas de mantenimiento. La propuesta corresponde a un sistema de monitorización el cual consta de; una forma para el tratamiento de la información, una para la visualización de información para operarios y finalmente, lineamientos sobre rangos empíricos de frecuencias fundamentales para detectar fallos en rodamientos. Para esto se emplearon señales vibratorias de rodamientos con diferentes condiciones y velocidades. El valor de este trabajo, además de servir como un apoyo académico para comprender el uso y la comprensión de estos sistemas, es que es posible ser utilizado en cualquier equipo rotativo el cual emplee rodamientos de bolas, a su vez entrega lineamientos para ser extrapolados a otras pruebas NDT como metodología para comenzar en las tareas de monitorización de la condición en sistemas mecánicos, amparado en el mantenimiento predictivo, apuntando a un desarrollo en el mantenimiento mejorado, lo cual permite reducir los costos de mantenimiento a través del tiempo. Se concluyó, en primer lugar, que los rodamientos utilizados durante las pruebas presentaban multidefectos, lo cual es más cercano a un caso real en la industria, pero a una baja velocidad de operación dificulta la tarea de determinar el grado de influencia de cada tipo de defecto en las señales colectadas. En segundo lugar, se decidió que la forma de presentar la información gráficamente más óptima, es la densidad de potencia espectral de la envolvente de la señal, pues acusa claramente tanto la frecuencia como la energía a la que esto sucede, siendo, por tanto, la mejor de las formas estudiadas para contribuir a la detección de fallos, aportando en el mantenimiento. Se determinó que se debía seguir explorando en el estudio, ampliando el rango de velocidades, a su vez que se debían emplear rodamientos que presentaran un solo tipo de defecto, para acusar más claramente las frecuencias fundamentales y como estas actúan a distintos tipos de velocidades de operación.
  • Publication
    Implementación de un sistema de manufactura aditiva de alto volumen y velocidad utilizando un cobot
    (2023-06)
    Valdés Azócar, Angel Iván
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    Rheinschmidt, Udo Rudolf (Profesor Guía)
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    Pérez Pozo, Luis Carlos (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
    En el contexto del presente trabajo se desarrolla un sistema de manufactura aditiva con el cual se busca crear piezas a partir de plástico reciclado fundido a gran volumen. Para esto se trabaja con un extruder de alto volumen para fundir el triturado de plástico, un brazo robótico (UR5) para guiar con las trayectorias que conforman al objeto 3D deseado y un brazo compensador, debido a que una problemática inicial es el peso del extrusor y la carga útil del cobot que son 5[kg], por ende el brazo compensador es crucial en el estudio y desarrollo, ya que soporta el peso total del dispositivo de extrusión de alto volumen, mientras que el UR5 solo sirve de guía. Estos 3 componentes más una mesa caliente conforman la impresora 3D de alto volumen. Las problemáticas en el estudio fueron en primera instancia aprender como funciona un brazo robótico a partir de cursos online que proporciona la misma empresa "Universal Robots". Luego de conocer su funcionamiento, se llega a la conclusión que es factible que pueda seguir trayectorias complejas y es aquí donde se explora el software "RoboDk" junto a los slicers "Ultimaker Cura" y "Slic3r". Estos se trabajaron durante el presente trabajo para encontrar y acomodar las configuraciones de manera digital para que calcen a las condiciones de trabajo real. Donde al tener un brazo compensador se tiene restricciones del movimiento del brazo robótico. Por lo cual se encuentra la solución de utilizar una bisagra que proporciona grados de libertad que disminuyen los esfuerzos en el robot, si bien se obtienen resultados positivos con esta solución se recomienda que sea temporal y en un futuro utilizar una unión más apropiada para el trabajo. Así entonces, se realizan pruebas para recrear un cilindro de 50 [mm] de diámetro, 3 [mm] de espesor y 15 [mm] de alto. Los resultados al solucionar las problemáticas son favorables y se acercan a las medidas del cilindro que fue parte del estudio. Y se recomienda que la mesa este nivelada y paralela a las trayectorias horizontales del extruder, además de utilizar inyección de aire para aumentar la dureza del material fundido al ser depositado. Finalmente, se concluye que es factible crear una impresora 3D con el sistema total, es decir el cobot (UR5), extrusor de alto volumen y brazo compensador. Además, una recomendación de una nueva configuración del sistema para aprovechar al máximo los movimientos y disminuir los esfuerzos al cobot. Terminando con una guía de uso y mantenimiento del sistema.
  • Publication
    Desarrollo constructivo optimizado de desalinizador solar por bandejas
    (2023-08)
    Del Canto Pacheco, Nallip Alejandro
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    Espinoza Silva, Jaime (Profesor Guía)
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    Rheinschmidt, Udo Rudolf (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
    El presente trabajo documenta el análisis crítico, pruebas y modificaciones implementadas a un prototipo de desalinización de agua de mar cuya característica principal es el funcionamiento utilizando la radiación solar para evaporar el agua salada y condensar el vapor producido, recolectando el agua para su consumo. Con las modificaciones y pruebas realizadas se pueden verificar los múltiples aspectos mejorados en especial en su rendimiento y confiabilidad en su operación. El equipo funciona bajo el principio establecido en el trabajo de doctorado de Eduardo Gálvez S. /1/ relacionado a un desalinizador solar de múltiples efectos a alta temperatura (2001). Este consiste fundamentalmente en el uso de un colector solar para suministrar el calor a la bandeja de doble fondo (llamada “colector” en los gráficos), donde el calor produce evaporación, la que se usa para generar un intercambio de calor con las bandejas superiores y de este modo condensar el vapor generado e inducir evaporación en las bandejas. El equipo de estudio está funcionando solo con las bandejas 1 y 2 ya que las dimensiones de esta versión del equipo son mayores y la evaporación disminuye conforme se llega más arriba. Como resultado de las múltiples mejoras y pruebas realizadas y considerando el lugar en el que trabajará el equipo se resolvió eliminar todos los vidrios que formaban parte de las paredes, excepto el frontal (vidrio térmico), que será el que reciba la mayor cantidad de sol durante el día. Se mantiene el techo plano donde se ubica el estanque de abastecimiento de agua salada. Se reducen las dimensiones del estanque intercambiador de calor para disminuir a 30 litros la cantidad de agua salada a ser calentada, disminuyendo así el tiempo requerido para alcanzar la temperatura óptima de evaporación. Por último, se hace necesario cambiar el sistema de abastecimiento para las bandejas, de modo que puedan recibir agua salada dependiendo del nivel individual de agua en cada bandeja en lugar de depender de la bandeja de doble fondo. Teniendo como referencia que el prototipo producía unos 20 litros/día, se espera que el nuevo modelo pueda superar esta cantidad. Se estima un tiempo de mantenimiento de 1 vez por semana, con una duración de unas 3 horas aprox. si es hecho por una sola persona. El agua destilada del proceso debe ser mezclada con sales minerales para adaptarla al consumo. Por otro lado, la sal de mar obtenida en el proceso puede ser usada para consumo previa una sanitización. El costo de este prototipo es de $1.240.000 (US $1500), estimándose un valor comercial de mínimo $1.700.000.
  • Publication
    Implementación y ensayos de puesta en marcha de quemador de flujos opuestos para el estudio de llamas difusivas
    (2023-08)
    Nahuelhual Flores, Gabriel Omar
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    Toledo Torres, Mario Gonzalo (Profesor Guía)
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    Amador Díaz, Germán Javier (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
    En el marco del proyecto FONDEF-VIU denominado "innovador quemador de hidrógeno verde para la industria minera", el objetivo general del presente trabajo es implementar y desarrollar ensayos de puesta en marcha de un quemador de flujos opuestos de combustible y oxidante, que permita la obtención de una llama plana para su investigación y análisis. En base a un quemador de flujos opuestos previamente desarrollado y en desuso, se diseña y construye una base-soporte que permite el movimiento vertical de sus componentes. Se implementan sistemas de control y medición de combustible y oxidante, y de refrigeración por agua. Se llevan a cabo ensayos experimentales que varían las distancias entre las boquillas y ajustan varias tasas de deformación, para examinar la morfología de la llama resultante. Los resultados confirmaron el buen funcionamiento del quemador, generando llamas laminares con una predominante zona amarilla, y una fina capa azul, coincidiendo con investigaciones en el área. Además, a tasas de deformación altas se logra la característica de unidimensionalidad, confirmando que el quemador cumple su función para fines de investigación, quedando disponible para futuros estudios, como por ejemplo la combustión de hidrógeno verde.
  • Publication
    Implementación de adquisición de datos y análisis térmico en túnel de ensayo de intercambiadores de calor
    (2023-08)
    Pablo Vergara Vásquez, Felipe Juan
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    Rosales Huerta, Carlos Humberto (Profesor Guía)
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    Espinoza Silva, Jaime (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
    El presente trabajo se centra en la reactivación del túnel de ensayo de intercambiadores de calor donado por la empresa INTERCAL al departamento de Ingeniería Mecánica de esta Universidad en el marco del proyecto INGENIERÍA 2030. El objetivo de la empresa en este equipo es evaluar el rendimiento del intercambiador de calor de tubos con aletas planas utilizado como evaporador en el ciclo de refrigeración, cuantificar su coeficiente global de transferencia de calor y a futuro explorar mejores diseños para mejorar su eficiencia y la implementación de otros fluidos refrigerantes con adaptaciones en el sistema. Asimismo, por parte de Laboratorio de Termofluidos, donde se instaló el equipo, se busca generar una base para futuros diseños de experiencias de laboratorio docentes. Junto al equipo técnico de INTERCAL, se realizó la mantención integral en el sistema para corregir inestabilidades y mejorar la toma de datos de los sensores instalados. Se implementó un sistema de adquisición de datos y nuevos sensores para caracterizar el sistema en sus tres modos operativos según la carga térmica. Sobre la base del diagrama de Mollier y el método P-NTU, se obtuvieron resultados para la efectividad de temperatura y rendimiento, siendo de 67,5%, 69,6% y 68,3% respectivamente para potencias suministradas de 6,64 [kW], 7,84 [kW] y 9,04 [kW]. Los valores del coeficiente global de transferencia de calor (U) resultaron en 248,3 [W/m2 *K], 635,4 [W/m2 *K], y 291 [W/m2 *K] respectivamente. Se logró obtener estimaciones aproximadas para el intercambiador de calor debido a la naturaleza bifásica del refrigerante, lo que evidencia su eficacia en el caso de fluidos de una fase. Se recomienda adicionalmente realizar un mantenimiento para el flujómetro de refrigerante, dada la presencia de inconsistencias en los valores del calor absorbido por el refrigerante. Además, se sugiere la instalación de sensores de presión diferencial con rangos apropiados en el evaporador para permitir un análisis más preciso y exhaustivo del proceso. En adición, se propone la implementación de un controlador de velocidad en el ventilador del túnel, con el objetivo de variar el flujo másico del aire y ampliar así el rango de aplicaciones posibles