Trabajos de grado - Ingeniería Mecánica

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Diseño de máquina de 6 discos para desbaste y pulido metalográfico de probetas de acero 4140, con integración de brazo robótico
(Fundación Universidad de América, 2025-04-24) López Ceballos, Fernando Sebastian; Mateus Rocha, Juan David; Sanabria Sanabria, Juan Emilio; Chala Bustamante, Edgar Arturo
El presente trabajo busca diseñar un sistema de control, que ejecute la etapa de desbaste y pulido metalográfico de probetas de acero 4140, esto con ayuda de un brazo robótico. Para ello se realiza la respectiva investigación acerca del desbaste y pulido en la industria de laboratorios metalográficos, en donde las preparaciones de las muestras deben cumplir con los requerimientos de la norma ASTM E3-11 (2017). A partir de esto se establecen parámetros dimensionales y mecánicos respectivos a la probeta, los cuales son necesarios a tener en cuenta para una previa preparación antes de ejecutar las respectivas etapas. Para establecer estos parámetros se rige tanto a la norma como algunas indicaciones de la empresa STRUERS (líder mundial de equipos y preparación de muestras metalográficas), una vez identificado esto, se realiza el diseño de la máquina de desbaste/pulido metalográfico de 6 discos utilizando modelos CAD en Solidworks/SolidEdge. Teniendo este diseño se procede a seleccionar el brazo robótico adecuado, que cumpla con los requerimientos tanto de repetitividad como de movimientos críticos del proceso.
Análisis a nivel energético de una caldera convencional de 125 BHP versus una instalación de colectores solares térmicos mediante el sistema de ACS Para un hospital de tercer nivel en la ciudad de Bogotá D.C.
(Fundación Universidad de América, 2025-09-08) Piñeros Rivera, Daniel; Ramos Mendoza, Valentina; Navarro Arquez, Eric Fabien; Soler Soler, Rolando Guillermo
El estudio analiza una caldera convencional de 125 BHP utilizada para agua caliente sanitaria (ACS) en un hospital de tercer nivel en la ciudad de Bogotá D.C.; se propone comparar la integración de colectores solares térmicos para mejorar la eficiencia energética y reducir el impacto ambiental, donde busca minimizar el uso de combustibles fósiles y asegurar un suministro confiable. Se evalúan beneficios económicos, técnicos y ambientales alineados con los principios globales de sostenibilidad y eficiencia operativa en entornos críticos. El proyecto evalúa la viabilidad de sustituir un sistema convencional por un sistema eficiente y sostenible de ACS en un hospital. Se analiza cómo esta solución puede ser un referente en la transición energética, promoviendo prácticas que mejoran la eficiencia y reducen emisiones. Además de reducir la huella de carbono, intensifica el compromiso con el medio ambiente. Su implementación simboliza un progreso hacia sistemas de energía más sostenibles, apropiados para situaciones críticas como el sector hospitalario.
Diseño de una máquina automatizada separadora de rocas y sedimentos presentes en la arcilla empleada en el proceso de fabricación de artesanías en el municipio de Ráquira, Boyacá.
(Fundación Universidad de América, 2025-09-12) Vega Aguilar, Johan Darío; Veloza Forero, Cristian Camilo; Moreno Roballo, Nestor Ivan
El trabajo socializado en el actual documento se centra en el desarrollo de un equipo de tamizado industrial para mejorar la producción artesanal de arcilla en Ráquira. El proyecto identifica la necesidad de un proceso productivo más eficiente y de calidad, adecuado para un mercado globalizado. Se establecen objetivos claros y se revisan antecedentes relevantes. El marco teórico abarca conceptos de diseño de máquinas, análisis de sistemas estáticos y dinámicos, propiedades mecánicas y geométricas, diseño contra fallas y análisis de vibraciones mecánicas. La metodología describe las actividades y procesos necesarios para el diseño y desarrollo del equipo. Se presenta el diseño final con cálculos ingenieriles y simulaciones para validar su efectividad. El proyecto concluye con un análisis de resultados y recomendaciones para futuras implementaciones, subrayando la importancia de materializar el diseño en un equipo físico que resuelva la problemática del tamizado de arcilla en Ráquira y potencialmente a nivel nacional. Se incluyen las referencias bibliográficas, anexos y documentación complementaria.
Caracterización mecánica y microestructural de aluminios laminados (ANSI SAE 1050, 2024T3 y AL-MO), variando el ángulo de ensayo respecto a su orientación de laminado.
(Fundación Universidad de América, 2025-09-24) Muñoz Sánchez, Juan Camilo; Vargas Rodríguez, Diego Alejandro; Avendaño Rodríguez, Diego Fernando
Este trabajo presenta una caracterización mecánica y microestructural comparativa entre las aleaciones de aluminio AISI 1050, 2024-T3 y una experimental de Al-Mo, con el objetivo de establecer correlaciones entre su composición, estructura interna y desempeño en ensayos de tención deformación, dureza y metalografía. El 2024-T3 demostró el mejor rendimiento mecánico con una resistencia a la tracción superior a 400 MPa y una dureza promedio de 50,48 HRB, atribuida a su tratamiento térmico y la presencia de fases endurecedoras como CuAl2. El aluminio 1050, con granos alargados y estructura sin recristalización, presentó menor resistencia, pero buena uniformidad, alcanzando una dureza media de 32,09 HRB y alta ductilidad. La aleación Al+Mo mostró alta dureza (84,93 HRB) y una anisotropía muy marcada, con diferencias de hasta 173% entre las orientaciones evaluadas.
Diseño y validación por el método de elementos finitos de una plataforma elevadora para el ensayo de estabilidad exigida según el reglamento 107 de las Naciones Unidas
(Fundación Universidad de América, 2025-10-27) Orduz Rojas, Nicolas; Ruiz Pineda, Luis Fernando
El presente proyecto de investigación busca ofrecer la posibilidad para que las empresas de fabricación o ensamble de buses tengan una propuesta de diseño de una plataforma hidráulica que les permita realizar pruebas de estabilidad para vehículos de transporte de pasajeros según lo exige el Anexo 3 del Reglamento 107 de las Naciones Unidas para el proceso de homologación de buses nuevos en Colombia. Para poder suplir esta necesidad se realizó el diseño de una estructura que logre soportar el peso del bus y de sus respectivos componentes hidráulicos para lograr la inclinación de 28° deseada. Una vez seleccionados los componentes hidráulicos el diseño de la plataforma se evaluó por medio del método de elementos finitos para comprobar la resistencia estructural del diseño y los materiales seleccionados. La selección de componentes hidráulicos se realizó en función de los cálculos del peso de plataforma y bus en conjunto, al igual que la validación por elementos confirma la resistencia del material escogido para la estructura de la plataforma resistirá bajo las condiciones de carga a la que estará sometida durante la prueba a máxima carga.
Evaluación del perfil aerodinámico aspa de una turbina eólica centrado en el aerogenerador marca IMPSA IWP-83-2100 en el Parque Guajira I Colombia
(Fundación Universidad de América, 2025-10-25) González Castro, Daniel Felipe; González Varela, Nicolas Andrés; Izquierdo Arias, Fernando
Este trabajo analiza el comportamiento aerodinámico y estructural de las aspas del aerogenerador IMPSA IWP-83-2100, ubicado en el Parque Eólico Guajira I, Colombia, con el objetivo de optimizar su rendimiento en condiciones ambientales adversas. Se utilizó la dinámica de fluidos computacional (CFD) para probar los perfiles NACA 4412, NACA 4415 y NACA 2410. Se analizaron los coeficientes de sustentación (CL), los coeficientes de resistencia (CD) y la eficiencia aerodinámica (CL/CD) para ver cuál convertía mejor la energía eólica. También se analizaron los materiales utilizados para fabricar las aspas, como la fibra de carbono y la fibra de vidrio mezclada con pegamento epoxi, para comprobar su resistencia al desgaste, la oxidación y los cambios de temperatura. Se estudió la posibilidad de aplicar capas nanotecnológicas para reducir la acumulación de partículas y la salinidad, lo que alargaría la vida útil de las aspas.
Elaboración de un plan de mantenimiento preventivo para máquinas de fabricación para la empresa Mumu S.A.S., Engativá, Colombia.
(Fundación Universidad de América, 2025-10-02) Lara Muñoz, Juan Felipe; Soler Soler, Rolando
Este trabajo se realizó mediante una metodología cualitativa de tipo exploratorio con el objetivo principal de analizar y comprender los procesos de gestión del mantenimiento en empresas manufactureras, con énfasis en la identificación de buenas prácticas, desafíos y oportunidades de mejora. La investigación permitió explorar las experiencias, percepciones y procedimientos del personal responsable del mantenimiento y las condiciones organizacionales que afectan la eficiencia y sostenibilidad de las operaciones.
Evaluación de filtración magnética submicronica y sistema HPCR en una planta generadora Kohler J175U_208
(Fundación Universidad de América, 2025-09-22) Vega Moreno, Miguel Angel; Izquierdo Arias, Fernando
El objetivo principal del proyecto de investigación es evaluar la viabilidad de la filtración magnética submicrónica y sistema HPCR en una planta generadora KOHLER J175U_208,el estudio se concentran mayormente en el Motor John Deere que está incorporado al grupo electrógeno, el motor diésel pese a tener su filtro correspondiente en el sistema de combustible ,se ve afectado por la contaminación permitiendo el paso de partículas las cuales resultan siendo dañinas en los componentes internos, como sistema de inyectores y bomba. En la búsqueda de que esta planta generadora cumpla con el acuerdo de parís propuesto por las naciones unidas, el cual consta de abordar soluciones controladas para ayudar a los países a avanzar hacia una economía con bajas emisiones de carbono, con ello analizar la incorporación de un sistema HPCR(Sistema de riel común),esta tecnología fue creada para satisfacer las regulaciones de control de emisiones, los sistemas HPCR generalmente funcionan a presiones entre 27.000 y 45.000 psi ,con el objetivo de destruir partículas del tamaño de una bacteria la cual producen desgaste y erosión.
Determinación de los factores influyentes en la selección de materiales para la fabricación de ventanas antiruido, sus características mecánicas y el desempeño acústico, enfocados en proponer un mayor rendimiento de las mismas
(Fundación Universidad de América, 2025-09-06) Ruiz Naranjo, Juan Andrés; Gómez Sánchez, Jhonatan Camilo; Chamarravi Guerra, Oscar
La capital de Colombia, es una de las ciudades con mayor tráfico o congestión vehicular según estudios a nivel mundial, donde se ha enfrentado con un impacto muy significativo en la calidad de vida de sus habitantes, gracias a la contaminación auditiva como por ejemplo son las construcciones, el flujo vehicular, el comercio exterior, entre otras. Estas categorías no solo tienen una afectación importante al bienestar físico y mental de la persona, sino que también en la productividad laboral. La ingeniería ha dado respuesta con soluciones tecnológicas como lo son por ejemplo el vidrio acústico o aislantes acústicos, especialmente diseñados para mitigar las exposiciones a los contornos de mayor contaminación auditiva y mejorar la calidad de vida. En el presente proyecto se tiene como objetivo determinar los factores influyentes en la selección de materiales para la fabricación de ventanas antiruido, sus características mecánicas y el desempeño acústico, enfocados en determinar el rendimiento de las mismas.
Diseño de un molde por inyección para el gripper de una pinza en un brazo mecánico
(Fundación Universidad de América, 2025-09-01) Duque Acosta, Jonathan Steve; Rincón Gayón, Esteban David; Chala Bustamante, Edgar Arturo
El presente proyecto tiene como objetivo satisfacer la necesidad que enfrentan algunas empresas, talleres y plantas industriales al carecer de repuestos específicos de forma inmediata. Por esta razón, se enfocará en el desarrollo de un molde de inyección, dado que actualmente es posible fabricar una amplia variedad de piezas plásticas, ya sea para uso doméstico, aplicaciones empresariales o componentes de maquinaria. El proyecto surge a partir de la idea de sustituir el gripper de un brazo mecánico, originalmente fabricado con materiales metálicos, por uno elaborado en plástico, garantizando que cumpla con las características necesarias para soportar las cargas requeridas. Esta pieza es la encargada de agarrar, sujetar y manipular objetos, algo así como los dedos del equipo y que permite a los brazos realizar tareas de ensambles, transporte y empaquetados.
Análisis y selección de alternativa para la reparación de sellos en conexiones rotativas en tubería para la industria petrolera en Colombia.
(Fundación Universidad de América, 2025-08-12) Hernandez Sotelo, Ana Gabriela; Chala Bustamante, Edgar Arturo
Este trabajo analiza y compara diferentes alternativas para la reparación de sellos en conexiones rotativas de tuberías utilizadas en la industria petrolera colombiana. El objetivo principal es identificar un proceso eficiente que optimice tiempos de reparación, reduzca costos y garantice la seguridad operativa. Se evaluarán métodos convencionales, como el mecanizado por arranque de viruta, y soluciones más innovadoras, como el uso de dispositivos portátiles para reparaciones en campo. La investigación se enfoca en las normativas DS-1 y API, analizando su aplicación en el contexto colombiano, y busca establecer una metodología estandarizada para la selección de alternativas de reparación.
Diseño de un dispositivo para aspirar viruta residual de un garrafón de 20 litros de plástico
(Fundación Universidad de América, 2025-08-01) Gutierrez Lopez, Juan Diego; Rosero Mármol, David Sebastian; Navarro Arquez, Eric Fabien; Soler Soler, Rolando
El presente documento tuvo como objetivo presentar el diseño de un dispositivo capaz de aspirar la viruta plástica generada en garrafones de 20 litros fabricados mediante procesos de soplado. Esta solución busco atender la problemática de residuos plásticos en el interior de los garrafones, ocasionados principalmente por operaciones como el roscado de la boquilla y el taladrado para la instalación del chasis o algún otro proceso externo al que se someta el garrafón con el que se genera residuo interno, asimismo, se revisaron los dispositivos actualmente utilizados para este propósito en productos similares. Este análisis permitió identificar oportunidades de mejora y establecer criterios técnicos para el diseño de un sistema más eficiente y adaptado a las necesidades específicas del entorno industrial en cuestión.
Diseño memorias de cálculo para la implementación de criterios hidráulicos, sistema de extinción de incendios por agua nebulizada, para espacios de maquinaria industrial, mediante simulación de software especializado en la empresa Roch Ingeniería S.A.S
(Fundación Universidad de América, 2025-08-22) Rincon Cardenas, Stefany Kamila; Rodriguez, David Julian; Izquierdo Arias, Fernando
El presente trabajo de investigación se centra en el diseño de memorias de cálculo para la implementación de criterios hidráulicos en sistemas de extinción de incendios mediante agua nebulizada. Este enfoque se encuentra orientado hacia la protección de espacios de maquinaria industrial, optimizando la seguridad en condiciones críticas. El estudio se realizó en la empresa Roch Ingeniería S.A.S., una empresa especializada en soluciones de ingeniería aplicada. La metodología se centra en la simulación mediante software especializado, que permite evaluar y optimizar criterios hidráulicos conforme a normativas internacionales como NFPA 750, así como estándares nacionales aplicables [12] [7].
Caracterización mecánica y microestructural del acero AISI-SAE 4340 en estado de entrega y con tratamientos térmicos.
(Fundación Universidad de América, 2025-02-19) Andapiña Lombana, Santiago Andrés; Avila Toro, Andrés Felipe; Chamarravi Guerra, Oscar
El acero AISI SAE 4340 constituye una aleación de alta resistencia utilizada en aplicaciones mecánicas y estructurales [1]. Debido a su templabilidad, tenacidad y resistencia a la tracción, el comportamiento mecánico y microestructural de este acero varía según los tratamientos térmicos que se apliquen como, el temple, el normalizado, el recocido y el bonificado [3]. La templabilidad del acero AISI SAE 4340 es una propiedad que destaca en ser capaz de endurecer progresivamente el acero internamente [4]. Dando lugar al ensayo de Jominy para evaluar la dureza en función de la distancia. El acero 4340 se considera un acero de alta templabilidad por su contenido en níquel, cromo y molibdeno resalta la aparición de ferrita y perlita, facilitando la transformación a martensita y el desarrollo de la dureza [5].
Diseño de un plan de mantenimiento preventivo para máquina de lavado de canastillas reutilizables en cadena de suministro de alimentos para la empresa IFCO.
(Fundación Universidad de América, 2025-02-19) Bermudez Fajardo, Diana Carolina; Guevara Villate, Nicolás Andrés; Cardenas Flechas, Leydi Julieta
En el presente proyecto de investigación se diseñó un plan de mantenimiento preventivo para la máquina de lavado Brüel de la empresa IFCO, la cual se encuentra ubicada en la bodega de dicha empresa en la vía Siberia-Cota. Los conocimientos adquiridos en el transcurso de la carrera de ingeniería mecánica de la Universidad de América, proporcionaron las bases necesarias para plantear, desarrollar y estructurar un plan de mantenimiento preventivo para ser ejecutado a lo largo de un año. Gracias a esto, la empresa podrá planificar actividades sobre los principales componentes de la máquina Brüel, antes de que ocurra una avería o falla sobre estos, colaborando con la reducción de costos y de tiempos no operativos.
Diseño de una red de tubería para aceite térmico en un equipo termofijador de la empresa Protela S.A.
(Fundación Universidad de América, 2025-02-19) Palacios Espinosa, Andrés Felipe; Izquierdo Arias, Fernando
El presente proyecto tiene como objetivo el diseño de una red de tuberías para el suministro de aceite térmico en el equipo termofijador de la empresa textil Protela S.A. La implementación de este sistema permitirá mejorar la eficiencia energética del proceso de secado de telas, reduciendo problemas como la contaminación de textiles claros y las pérdidas térmicas asociadas con métodos anteriores basados en quemadores de gas. Para el diseño del sistema, se realizó un levantamiento de información del área y los equipos, considerando aspectos como la resistencia térmica, la flexibilidad de la tubería, las pérdidas de presión y la seguridad estructural. Se emplearon normativas como ASME B31.1 y B16, así como herramientas de software especializadas, incluyendo Autodesk AutoCAD Plant 3D, Pipe Flow Expert y CAESAR II, para el modelado, el análisis de esfuerzos y el diseño de soportes.
Diseño accesorio de mecanizado esférico y piezas semiesféricas para tornos de banco C6236X1000
(undación Universidad de América, 2025-02-19) Bustos Martínez, María Alejandra; Franco Arias, Jerry Leonardo; Soler Soler, Rolando Guillermo
El presente proyecto desarrolla el diseño de un dispositivo para el mecanizado de piezas esféricas y semiesféricas en tornos de banco modelo C6236X1000, con el objetivo de ofrecer una solución accesible y precisa para talleres metalmecánicos. El dispositivo integra un sistema sinfín- cremallera que permite controlar los radios de curvatura con alta precisión, asegurando la calidad dimensional y el acabado superficial de las piezas mecanizadas. La metodología empleada abarcó cálculos teóricos, simulaciones numéricas y criterios normativos basados en la AGMA y los principios de diseño de Norton. Se evaluaron tres alternativas mediante una matriz de factores ponderados, seleccionando el diseño final por su equilibrio entre precisión, costo y viabilidad técnica. Los cálculos incluyeron la determinación de la fuerza de corte necesaria, el dimensionamiento del sistema sinfín-corona y la evaluación de los esfuerzos actuantes en el tornillo sinfín, aplicando la teoría de Von Mises para garantizar la seguridad estructural del dispositivo.
Diseño de un mecanismo robótico bípedo antropomórfico validado por señales biomecánicas
(Fundación Universidad de América, 2025-02-14) Castañeda Gaevska, Ian Alejandro; Sierra Carreño, Alvaro Ivan; Sanabria Sanabria, Juan Emilio
Los robots humanoides son sistemas con múltiples articulaciones que cuentan con dos piernas para la locomoción y dos brazos para la manipulación, siendo considerados ideales para colaborar con los humanos en entornos operativos compatibles con herramientas humanas. Algunos ejemplos notables de robots humanoides incluyen HUBO, Atlas, Asimo, HRP y Schaft. [1]. Inicialmente, estos robots se diseñaron para entornos estructurados y limitados; sin embargo, la necesidad de realizar tareas en entornos no estructurados y peligrosos, como en casos de desastres, ha impulsado la investigación en hardware y algoritmos de control más avanzados.
Construcción de un análisis técnico del banco de reactores en el Centro de Procesos e Innovación para la Industria Sostenible CEPIIS de la Universidad de América
(Fundación Universidad de América, 2025-02-14) Castillo Abello, Juan Felipe; Martínez Urrutia, Wilmar
En la Universidad de América, el Centro para la Industria Sostenible (CEPIIS) cuenta con un banco de reactores adquirido por Process Solutions and Equipment (PSE SAS). Este equipo fue entregado junto con su respectivo manual de operación, el cual incluye información sobre los aspectos clave para su manejo seguro, como las generalidades del proceso, la descripción del equipo, las especificaciones técnicas, los requerimientos de instalación y operación, las precauciones importantes, la operación de la unidad y la compatibilidad química.
Diseño de una máquina compactadora de ladrillos automática con sistema de mando y moldes intercambiables
(Fundación Universidad de América, 2025-02-13) Polanco Arias, Daniel Andrés; Chala Bustamante, Edgar Arturo
El presente trabajo de grado tiene como objetivo el desarrollo de una máquina compactadora de ladrillos automática con un sistema de mando y 3 moldes diferentes intercambiables para la facultad de arquitectura de la universidad de América, para que los estudiantes realicen ensayos prácticos del proceso de fabricación de ladrillos estándar y de calidad, el desarrollo de esta máquina partirá del diseño detallado apropiado a esta necesidad, para esto incorporaremos tres sistemas; por un lado, tenemos el sistema mecánico o conjunto motriz que transmitirá el movimiento, convertirá la energía potencial en energía mecánica y soportara el sistema comprendido por el cuerpo hidráulico, cargas, articulaciones y componentes, en relación con el anterior, el segundo sistema integrado constara de un circuito hidráulico controlado por mando automático, que darán en primer lugar, la alimentación de la materia prima y permitirá que los elevadores de bloques vuelvan a su posición inicial, después procederá su compactación y restablecimiento de la carga, teniendo en cuenta su final de carrera mecánico y por ultimo realizara la extracción y ubicación del bloque. Simultáneamente, el tercer sistema que integraremos, estará ligado a la parte mecánica ya que integraremos tres tipos diferentes de moldes intercambiable y de diferentes tamaños.

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