Trabajos de grado - Ingeniería Mecánica

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Diseño de plan de mantenimiento preventivo para el taller de fabricación de moldes en la empresa Casald Ingeniería SAS
(Fundación Universidad de América, 2024-10-24) Ruiz Parroquiano, David Esteban; Cárdenas Flechas, Leydi Julieta
"El mantenimiento es de vital importancia en la industria actualmente, debido a todos sus aportes significativos en los procesos industriales, principalmente en la calidad y optimización de los procesos de fabricación reduciendo las fallas en la maquinaria y, por ende, el tiempo fuera de servicio, preservando los activos por mayor tiempo; todo esto conlleva beneficios económicos para la empresa. Es por esto que se plantea la implementación de un plan de mantenimiento ejecutado de acuerdo a las necesidades de la empresa CASALD INGENIERIAS SAS, se establece que sea de carácter preventivo con el fin de poder preservar la maquinaria en óptimas condiciones de operación reduciendo las fallas más comunes en las mismas, mejorando la disponibilidad y confiabilidad en el desarrollo de sus funciones. Se seleccionó el proceso de fabricación de moldes de inyección debido a las diversas operaciones que implica tales como cortes, fresados y lijados de los moldes. En este proceso intervienen las principales máquinas disponibles en la empresa, para los distintos procesos de transformación del acero siendo útil en todos los procesos productivos de la empresa. Inicialmente, se llevó a cabo un análisis detallado del proceso de elaboración de los moldes, así como las técnicas de mantenimiento que actualmente se emplean en la maquinaria, las cuales se caracterizan por ser de índole correctivo debido a la ausencia de un plan de mantenimiento estructurado. Se procedió a verificar la información general de los equipos durante el intervalo de tiempo de junio de 2023 a mayo de 2024 con el fin de identificar las principales fallas y la frecuencia de las mismas. Se elaboran las hojas de falla y componente crítico, con el fin de obtener la información de operación de manera accesible y precisa. Posteriormente se procede a caracterizar el comportamiento de la maquinaria que interviene en el proceso de fabricación de los moldes mediante los cálculos de los indicadores de mantenimiento propuestos como son mantenibilidad, disponibilidad y confiabilidad, creando la parametrización de los criterios de acuerdo al entorno de la empresa, siendo insumo para continuar con el desarrollo del plan de mantenimiento preventivo. Se optó por realizar la metodología, análisis de modo y efecto de falla (AMEF), con la cual se abarca de manera proactiva la identificación, mitigación y evaluación de las fallas potenciales en la maquinaria que intervienen en el proceso de fabricación de moldes, generando soluciones que ayuden a mejorar la disponibilidad y confiabilidad en el desarrollo de las funciones de los equipos, ahorrando tiempo y dinero en el proceso productivo. Mediante los análisis realizados se diagnosticó que la inyectora Haida y la fresadora CNC son las máquinas más críticas debido a que presentan más fallos y en el proceso no cuenta con una máquina de respaldo que cumpla sus mismas funciones, por su parte la inyectora HotPlast es la que presenta menor disponibilidad justificado en el largo tiempo de sus intervenciones correctivas, la fresadora de árbol y el torno presentan patrones de comportamiento similar en los indicadores de mantenimiento, reflejados en sus cifras totales de fallas y tiempos de intervención. Se propone llevar a cabo un cronograma de actividades de mantenimiento preventivo planificado a un año, fundamentado en tres actividades clave: inspección, limpieza y lubricación de las máquinas. El objetivo es reducir las frecuencias de falla, optimizar el proceso productivo, reducir costos asociados al mantenimiento y mejorar la calidad en los procesos aumentando los indicadores de mantenimiento previamente establecidos. Para cumplir estos objetivos en la implementación del plan se debe recolectar la totalidad de la información del proceso productivo para evaluar si las acciones están dando los resultados esperados. Además, se debe asegurar el cumplimiento de las actividades planificadas, siendo los operarios de las máquinas fundamentales para el éxito del plan de mantenimiento dando cumplimiento a las actividades asignadas e informando oportunamente cualquier anomalía en el funcionamiento. Para culminar, se presentan una serie de gráficas con el objetivo de continuar evolucionando en las actividades de mantenimiento logrando en el futuro que la totalidad de los activos de la empresa estén respaldados por una planificación de mantenimiento, implementando progresivamente actividades y técnicas mejoradas, mediante el aprovechamiento de herramientas tecnológicas de medición y detección de fallas con el fin de avanzar en el desarrollo de los procesos productivos, cumpliendo con los objetivos planteados y mantener una posición más competitiva en la industria."
Diseño y fabricación de un heliodón automatizado
(Fundación Universidad de América, 2024-10-23) Cortes Tovar, Ricardo Andres; Chala Bustamante, Edgar Arturo
"Este trabajo aborda el diseño y la fabricación de un heliodón automatizado, una herramienta fundamental para el estudio de la radiación solar en la arquitectura bioclimática. A diferencia de los heliodones manuales, este dispositivo automatizado permite simular con precisión la posición del sol en diferentes momentos del día y del año, lo cual es crucial para optimizar la iluminación natural y el confort térmico de los edificios. El desarrollo del heliodón automatizado se llevó a cabo mediante un enfoque sistemático que incluyó la definición del problema, la formulación de objetivos claros, el diseño técnico del dispositivo, la construcción del prototipo y la implementación de un sistema de control que facilita su operación. A través de pruebas exhaustivas, se verificó la efectividad del heliodón en la representación de la trayectoria solar, lo que no solo mejora la precisión de las simulaciones, sino que también reduce el error humano asociado con los modelos manuales. Este heliodón se convierte en un aliado esencial para arquitectos y urbanistas en la búsqueda de diseños sostenibles y energéticamente eficientes, contribuyendo a una mejor comprensión de la geometría solar y su aplicación en la práctica arquitectónica."
Análisis de estructuras construidas con filamento de acero H13 en el proceso FDMS con gas Argón
(Fundación Universidad de América, 2024-10-09) Quintero Soler, Nikolle Bibiana; Avendaño Rodríguez, Diego Fernando
"Este proyecto de investigación propone caracterizar, analizar y comparar materiales para la manufactura de estructuras construidas con filamento de acero H13 utilizando el proceso FDMS con argón y argón hidrogenado como atmósfera de gas inerte de densificación. En el documento se revisan conceptos previos sobre la impresión 3D y su aplicación en la construcción de piezas en acero H13, se detallan las generalidades del proceso FDMS para el diseño conceptual de las probetas, identificando los requerimientos de equipos y definición de parámetros importantes, como la geometría y otras consideraciones de diseño. Se describe el método de fabricación de las probetas para los procesos de densificación con atmósfera de gas. Obteniendo resultados de los ensayos para la caracterización óptica y mecánica de los materiales. Se estudia el acero H13 comparando la sinterización en dos atmósferas diferentes; argón, y atmósfera de argón hidrogenado. Se evalúan las propiedades físicas y a la vez se ha realizado un análisis microestructural con el fin de relacionar la microestructura con el resultado en las propiedades mecánicas. Se comparan los resultados para obtener conclusiones sobre las propiedades de los materiales, enfocándose en la resistencia a la deformación, capacidad de carga y microestructura. Esto permite evidenciar si hay diferencias significativas al producir piezas con filamento de acero H13 sinterizado con gas argón o gas argón hidrogenado."
Diseño de una turbina hidráulica, para la generación de energía eléctrica, para la comunidad arhuaca de gamake ubicada en el municipio de Pueblo Bello, Cesar.
(Fundación Universidad de América, 2024-08-13) Burgos Moreno, Edward Santiago; Terán Llorente, Leonel Alveyro
Se le denomina Sistema Interconectado Nacional (SIN), a la integración y conexión de plantas principales, equipos de generación, redes de distribución regionales e interregionales, que logran abastecer con energía eléctrica en mayor proporción a la población colombiana [1]. Para el año 2017, según el banco interamericano de desarrollo (BID) [2] debido principalmente a la dispersión de municipios, la deficiente, y en algunos lugares inexistente infraestructura de movilización y transporte, el SIN cubría el 34% de territorio nacional, en el cual habita el 96% de la población del país. Al 66% de aquellas áreas geográficas del territorio nacional donde no se presta el servicio público de electricidad a través del SIN se le conoce como Zonas No Interconectadas (ZNI) y en ellas residen el 4% restante de la población, para el año 2021 este porcentaje equivalía a 2 millones de colombianos.
Efecto de la temperatura de revenido en la resistencia a la corrosión por picaduras y localizada de un acero inoxidable austenítico AISI304.
(Fundación Universidad de América, 2024-08-08) Pérez Valencia, Miguel Ángel; Cárdenas Flechas, Leydi Julieta
Este proyecto de grado investiga el efecto de la temperatura de revenido en la resistencia a la corrosión por picaduras e intergranular de un acero inoxidable austenítico AISI 304. El acero fue sometido a solubilización a 1100°C y revenido a 500°C, 550°C, 600°C, 650°C y 700°C, seguido de pruebas potenciodinamicas y de polarización cíclica en NaCl al 3.5%. Los resultados mostraron que la temperatura de revenido impacta significativamente la resistencia a la corrosión: temperaturas más bajas mejoraron la resistencia a picaduras, mientras que temperaturas más altas mejoraron la resistencia intergranular debido a la formación y distribución de carburos de cromo. Estos hallazgos son cruciales para la selección de materiales en aplicaciones industriales que requieren alta resistencia a la corrosión, optimizando los procesos de tratamiento térmico para mejorar la durabilidad y fiabilidad de los componentes.
Puesta a punto de la embotelladora didáctica de la Universidad de América
(Fundación Universidad de América, 2024-08-09) Ordoñez Molina, Cristian Daniel; Zarate Marín, Andrés Felipe; Martínez Urrutia, Wilmar
El presente proyecto de grado se enfoca en la puesta a punto de la máquina embotelladora planteada en la tesis “Diseño y Desarrollo tecnológico de un equipo de envasado didáctico para el laboratorio de control de producción de la Fundación Universidad de América” [1], elaborada en el 2018 por Jeison Palacios y Angie Salinas; para posteriormente ser intervenida por la empresa Ingenium. Al realizar un análisis inicial del sistema se determinó que no se encontraba en las condiciones necesarias para su operación, por lo cual se parte de una caracterización del funcionamiento inicial de la máquina embotelladora, además de realizar los diferentes planos que abarcan la secuencia de operación de cada uno de los componentes; y un diagnóstico por cada una de las zonas del equipo, las cuales se encuentran segregadas por el tipo de proceso que llevan a cabo. Esto se realiza con el fin de identificar las problemáticas que se deben solucionar.
Determinación de la fuerza cortante necesaria para seccionar llantas usadas
(Fundación Universidad de América, 2024-08-05) Hernández Puerto, Santiago Andrés; Chamarravi Guerra, Oscar
En la actualidad, se ha tomado gran interés en la reutilización de las llantas debido a su impacto ambiental negativo, debido a que no se descomponen y emiten gases de efecto invernadero como el metano. Según la Unión Internacional para la conservación de la Naturaleza, las llantas representan el 28% de los desechos micro plásticos en los océanos [20]
Análisis comparativo de la velocidad de corrosión de un inhibidor verde en un acero API 5LX65
(Fundación Universidad de América, 2024-08-02) Rendón Ballesteros, Juan Sebastián; Chamarravi Guerra, Oscar
La corrosión, un proceso natural que deteriora los metales por reacciones electroquímicas en presencia de humedad y agentes corrosivos, puede ser combatida mediante inhibidores. Estos actúan como modificadores de las reacciones electroquímicas, reduciendo significativamente la velocidad de corrosión y protegiendo los metales de su deterioro. En el siguiente proyecto se presentarán diversos temas acerca de la corrosión y sus consecuencias, los inhibidores de corrosión junto con tipos, categorías y usos industriales. Simultáneamente, la exposición respecto a los estudios que son realizados para evaluar la corrosión mediante diferentes técnicas electroquímicas y el seleccionamiento del inhibidor verde a base de un extracto de hoja de guayaba, ahondando acerca la polarización potenciodinámica y su aplicación para el tipo de acero específico a trabajar el cual es el API 5L X65, a este acero se le realizó una caracterización metalográfica de su micro estructura con y sin el inhibidor evidenciando que hubo una disminución en la corrosión generalizada y por picaduras. Finalmente, tras realizar las pruebas electroquímicas, se determinó que el inhibidor verde seleccionado reduce la velocidad de corrosión en el acero API 5L X65 en un medio acuoso salino de NaCl al 3.56 %.
Caracterización de materiales en el avellan de agujero de fijación del disco para un rin de automóvil de 14” fabricado en una empresa colombiana para su mercado automotriz
(Fundación Universidad de América, 2024-08-02) Navarro Velosa, Julián Esteban; Chala Bustamante, Edgar Arturo
En el presente trabajo se realizó la caracterización de materiales SAPH 440 y SFPH 540, en el avellan de los agujeros de fijación de un disco para un rin de automóvil de 14” fabricado en Colombia para el mercado automotriz. Se realizó una prueba de torque en los agujeros de fijación a un disco de lámina SAPH 440, donde se simula un montaje de rin en un vehículo y se aprieta y suelta la tuerca 25 veces continuas a 25 Nm, luego a 140 Nm 25 veces continuas. Posterior a este ensayo, se preparan las piezas del avellan para ser sometidas a microindentación y observar la dureza que hay en el material luego de la prueba de torque. El análisis y obtención de resultados de dureza Vickers dieron una solución para la elección del material que mejor se adaptó al proceso de fabricación de disco de 14”, la cual es el acero SFPH 540. Para ello, en este proyecto realizaron diferentes tomas de muestras de la lámina SAPH 440, de con un espesor de 3.6 mm y láminas del y material SFPH 540 con espesor 3.5 mm, para conocer el comportamiento de los dos materiales bajo esfuerzos de deformación y perforación en frío.
Síntesis y caracterización de vanadio a partir de anodización electroquímica
(Fundación Universidad de América, 2024-08-01) Hernández Bernal, Eric Santiago; Cárdenas Flechas, Leydi Julieta
La presente investigación se enfoca en la anodización de láminas de vanadio, material que ha sido fuente de estudios por su caracterización y estados de oxidación gracias a sus posibilidades aplicativas y capacidad de síntesis. Se va a usar molibdeno como dopante (material que tiene citotoxicidad y estructura similar al vanadio) para analizar las alteraciones que sufrirían las corrientes iónicas a través del óxido anódico sobre el vanadio y el campo electrostático producido. Finalmente se caracterizarán las láminas a partir de RAMAN, difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido con el fin de identificar sus propiedades tanto estructurales, ópticas como también morfológicas. Entre los resultados más destacados se observa la presencia predominante de dióxido de vanadio, aunque algunas áreas sugieren la presencia de óxido de vanadio (V), posiblemente debido a la fragmentación de la estructura ortorrómbica del pentóxido, que conduce a una nueva estructura. Las muestras también contaron con la aparición de nanohilos, lo cual hace que se puedan potenciar las capacidades de conductividad en circuitos electrónicos para impulsarlo como un material inteligente.
Efecto de la velocidad de ensayo en las curvas de tensión-deformación de aluminio compuesto y fibra de vidrio
(Fundación Universidad de América, 2024-08-01) Alfonso Peñaloza, Juan Esteban; Guerrero Alcazar, Daniel Eduardo; Avendaño Rodríguez, Diego Fernando
En este proyecto de grado se analiza el efecto de la velocidad en los ensayos de tracción realizados en dos materiales compuestos, como el Alucobond y la fibra de vidrio, por medio de pruebas de laboratorio en probetas basándonos en la norma más adecuada, en la cual se variara la velocidad a la cual se realiza el ensayo para determinar la relación de la velocidad con sus propiedades mecánicas y de la misma forma identificar el material y realizar su caracterización, dado que la variación de la velocidad asemeja a las condiciones de fallo en los materiales ya que el azar de las condiciones a las que se enfrenta un material en ciertas situaciones puede hacer que este llegue a enfrentarse a más de una velocidad de deformación y de esta manera conocer el comportamiento en estos escenarios y no solamente con los parámetros que se guían al realizar los ensayos bajo normas y poder prevenir o evitar fallas tempranas o fatigas inesperadas en los materiales
Sistema de asistencia de reparaciones por soldadura adscrito a departamento de mantenimiento de maquinaria amarilla.
(Fundación Universidad de América, 2024-07-31) Guerra Campos, Esteban Ignacio; Soler Soler, Rolando
En el presente trabajo se buscó proponer un sistema de asistencia de reparaciones por soldadura que se puede implementar como un área adscrita a un programa de mantenimiento existente en una compañía que trabaja con maquinaria amarilla. Se estudiaron diferentes fallas en este tipo de equipos dependiendo de su categoría y organización en un diagrama de Pareto. Al 20% de los casos más frecuentes se les realizó un estudio de defectos para estimar las causas de las fallas e investigar los procedimientos tecnológicos más adecuados para su recuperación por soldadura. Es importante mencionar, que las estadísticas obtenidas sirvieron para hacer una proyección de los costos estimados para realizar reparaciones a la maquinaria. Por otro lado, se analizó un programa de mantenimiento preventivo para diseñar el sistema de asistencia a reparaciones por soldadura para que opere de forma integrada. Con las acciones propuestas en la recuperación de componentes se espera mejorar y prolongar la vida útil de los mismos, disminuyendo las frecuencias de recambio de piezas y la cantidad de desechos.
Análisis termodinámico de un ciclo rankine orgánico usando biogás generado por digestión anaerobia de residuos de cosecha de banano
(Fundación Universidad de América, 2024-08-01) Delgado Martínez, David Andrés; Chamarravi Guerra, Oscar; Navarro Arquez, Eric Fabien
El presente trabajo de grado fue realizado para evaluar la viabilidad de producir energía eléctrica con un Ciclo Rankine Orgánico en zonas no interconectadas de Colombia. Lo anterior usando biogás como combustible, producto de la Digestión Anaeróbica de Residuos de Cosecha de Banano. Para esto se diseñó y simuló un Ciclo Rankine Orgánico por medio del software EES, midiendo su desempeño por medio de un balance de energía y exergía. El Ciclo Rankine Orgánico se diseñó para un calor disponible de 11,62 kW, teniendo en cuenta que la biomasa tenía un rendimiento de biogás de 271 ml/kg ST. El CRO diseñado genera 1,48 kW de energía eléctrica con una eficiencia de 12,2%. Este se diseñó a partir de los desechos de una plantación de banano de 3,5 ha, pudiendo generar 12.999 kWh anuales. Se analizaron varios parámetros de exergía y la eficiencia exergética del ciclo fue de 66,37%, donde la caldera y el condensador son los equipos con mayor destrucción de exergía.
Rediseño geométrico de un resorte de ballesta para un vehículo de transporte de pasajeros Euro V
(Fundación Universidad de América, 2024-07-30) González Alarcón, Kevin Stevan; Avendaño Rodríguez, Diego Fernando
Los sistemas de suspensión en vehículos desempeñan un papel fundamental en la mejora de la comodidad y la seguridad durante la conducción. Sin embargo, en el caso de los vehículos tipo Euro V utilizados en el transporte público de Bogotá, específicamente en el Sistema Integrado de Transporte Público (SITP), se han identificado ciertos inconvenientes en el rendimiento de los resortes de ballesta. Estos inconvenientes han llevado a un desgaste prematuro en algunos de los componentes de dichos resortes.
Degradación fotocatalítica de residuos industriales que contaminan afluentes de la región cundiboyacense por medio de pentóxido de vanadio y niobio.
(Fundación Universidad de América, 2024-07-26) Ríos Niño, Sara Nicol; Cárdenas Flechas, Leydi Julieta; Fernández Barrero, Nelson
El agua es uno de los recursos más importantes que posee tanto la tierra como el ser humano, sin embargo, a lo largo de los años, esta se ha venido contaminando por efecto del ser humano, sus invenciones, la industria, la revolución, desechos y demás factores que han afectado. En la ciencia de los materiales se han estudiado varios métodos y procesos que permiten mejorar la calidad del agua, degradando partículas, separando diversas partículas por diferentes métodos y procesos, implementado distintos materiales, que al final permiten el desarrollo de mejora. La degradación fotocatalítica de desechos industriales por medio de pentóxido de vanadio y niobio tiene una eficiencia al degradar materiales contaminantes presentes en el agua como lo son: rodamina, naranja de metilo y negro de eriocromo, contaminantes que se descargan en diferentes sectores como la industria: carbonera, textil, alimentos, entre otras, a causa de esto se ha llegado a niveles de contaminación altos, dando como resultado aguas con una calidad muy baja y no aptas para el consumo humano, no obstante algunos de los sectores como el agricultor, aun utilizan estas aguas para el riego en los diferentes cultivos de alimentos, exponiendo a los usuarios a distintas cantidades de estos contaminantes, causando el desarrollo de enfermedades.
Construcción de un prototipo de robot velocista desde un estudio aerodinámico
(Fundación Universidad de América, 2024-07-26) Nieto Suarez, Miguel Ángel; Martínez Urrutia, Wilmar
Este trabajo de grado se enfoca en la construcción de un prototipo de robot velocista desde un estudio aerodinámico utilizando dichos principios, con el objetivo de mejorar su velocidad y eficiencia energética. El estudio se estructura en tres capítulos que abordan desde la caracterización de referentes de competencias mundiales en la categoría de robots velocistas, pasando por el diseño aerodinámico del vehículo robótico, hasta la construcción y evaluación del prototipo de robot velocista.
Síntesis y caracterización de pentóxido de vanadio y niobio
(Fundación Universidad de América, 2024-07-24) Bravo Avellaneda, Laura Daniela; Cárdenas Flechas, Leydi Julieta
Esta investigación presenta las síntesis de cinco muestras de pentóxido de vanadio (V2O5) con contenido de óxido de grafeno reducido (rGO) y diferentes porcentajes de dopaje de pentóxido de niobio (Nb2O5) por medio de la técnica hidrotermal, al incorporar dos o más compuestos se busca estimar la microestructura, composición química y modos vibracionales de las muestras sintetizadas. Así, con apoyo de equipos de Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía Raman y Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) se hallaron estructuras cristalinas, indicios de una red cristalina bien definida y formación de nanopartículas aglomeradas y dispersas.
Efecto del acabado superficial en la resistencia a corrosión por picadura en un acero inoxidable martensítico
(Fundación Universidad de América, 2024-07-19) Sánchez Insuasti, Juan José; Guillermo Soler, Rolando; Cárdenas Flechas, Leydi Julieta
Este trabajo investiga el impacto del acabado superficial en la resistencia a la corrosión por picaduras de un acero inoxidable martensítico. Dado que la corrosión por picaduras es un fenómeno crítico que compromete la integridad estructural de los materiales en ambientes corrosivos, se ha llevado a cabo un análisis detallado para comprender cómo influyen los distintos acabados superficiales en la susceptibilidad a este tipo de corrosión.
Detección y prevención de fallas de una bomba de tres pistones a partir de la simulación en un modelo de gemelo digital
(Fundación Universidad de América, 2024-07-18) Porras Pedreros, Samantha; Ruiz Pineda, Luis Fernando; Izquierdo Córdoba, Luis Miguel
La detección y prevención de fallas son fundamentales para monitorear el ciclo de vida de una máquina, especialmente en bombas de tres pistones que operan en entornos hostiles y su función es vital en diversas operaciones industriales, por lo que cualquier error en su rendimiento puede acarrear repercusiones serias, incluyendo la detención de la producción, daños a equipos y riesgos laborales. Con el fin de mejorar la precisión y eficiencia de la detección y gestión del estado de las bombas triple, se propone el gemelo digital, una tecnología emergente que busca lograr la convergencia entre el mundo físico y virtual.
Diseño y desarrollo de un equipo “workover” helitransportable
(Fundación Universidad de América, 2024-07-09) González Garzón, Nicolás; Páez Ríos, Daniel Santiago; Tafur Preciado, Wilson
La ingeniería de equipos workover desempeña un papel crucial en la optimización y mantenimiento de pozos petroleros. Este campo se centra en el diseño y desarrollo de equipos especializados para intervenir y mejorar la productividad de los pozos existentes. Un equipo workover es esencialmente un conjunto de herramientas y maquinaria utilizado para realizar operaciones de mantenimiento y reparación en pozos petroleros con el objetivo de prolongar su vida útil y maximizar la producción.

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