Ingeniería Mecánica, Mecánica–Eléctrica y Mecatrónica

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Acceso Abierto
Análisis del suministro eléctrico para la optimización energética en Trade SANDDER Group S.A.C.
(Universidad Católica de Santa María, 2026-10-05) Amaht Fuentes, César Augusto
El presente trabajo de investigación tiene como objetivo analizar el suministro eléctrico de Trade SANDDER Group S.A.C., empresa industrial dedicada a la fabricación de calzado de seguridad y derivados de caucho y plástico, mediante una auditoría energética que comprendió el análisis del consumo histórico de 2024, mediciones eléctricas, inspección termográfica, levantamiento técnico y modelamiento de circuitos. Durante 2024 se registró un consumo de 794 072.81 kWh, con un costo de s/. 393 844.88, mientras que la demanda máxima medida alcanzó 248.48 kW, equivalente al 99.4% de la potencia contratada den Horas Punta. La evaluación determinó que los parámetros de tensión, frecuencia y distorsión armónica se mantuvieron dentro de los límites establecidos. El principal problema correspondió al factor de potencia, con un valor de 0.90, asociado a un consumo anual de 376 045.46 kVARh y penalizaciones de s/. 6 717.28. Asimismo, se identificaron condiciones críticas en el tablero general y sobrecalentamientos en los circuitos de la lavadora industrial y el chiller, representando riesgos para la confiabilidad del sistema eléctrico. Como principal medida de mejora, se propone instalar un banco automático de capacitores de 60 kVAR, en seis pasos de 10 kVAR a 380 V, con reactor de amortiguamiento de 4.7% para elevar el factor de potencia a valores superiores a 0.97 y reducir las penalizaciones por energía reactiva. Complementariamente, se plantea la remodelación del tablero general, corrección de los circuitos críticos y mantenimiento preventivo semestral, orientados a mejorar la eficiencia, seguridad y confiabilidad del sistema eléctrico.
Acceso Abierto
Diseño estructural de un sistema de captación solar y de seguimiento solar tipo cronológico para paneles solares fotovoltaicos bifaciales de uso industrial
(Universidad Católica de Santa María, 2026-10-13) Yanac Benavente, Alberto Fernando
La transición energética ha impulsado el desarrollo y la adopción de tecnologías basadas en energías renovables, entre las cuales la energía solar fotovoltaica es fundamental. La investigación tuvo como objetivo realizar el diseño estructural de un sistema de captación solar compuesto por un panel fotovoltaico bifacial fijo y reflectores móviles de baja concentración con seguimiento solar cronológico, orientado a su instalación en techos de zonas urbanas. Para desarrollar el sistema se empleó la metodología de diseño VDI 2225, que permitió definir los requisitos, generar, evaluar alternativas y seleccionar la solución de diseño. Asimismo, se desarrolló un algoritmo de seguimiento solar cronológico basado en relaciones astronómicas y geométricas para determinar la inclinación de los reflectores durante las horas operativas. La validación se realizó mediante análisis estructurales considerando el viento según la Norma E.020, simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) con ANSYS Fluent, análisis por elementos finitos (FEM) con ANSYS Structural y SAP2000, y simulaciones ópticas mediante trazado de rayos (Ray Tracing) en SolTrace. Los resultados demostraron que el sistema diseñado cumple con los criterios estructurales establecidos y presenta un desempeño adecuado. Asimismo, las simulaciones ópticas mostraron que la incorporación de reflectores incrementa la irradiancia incidente sobre el panel bifacial, alcanzando valores del 119 % durante el solsticio de verano y del 21.4 % durante el solsticio de invierno respecto al sistema sin reflectores. Del mismo modo, la evaluación energética mostró un incremento de la energía eléctrica generada del 112 % y 20.6 %, respectivamente, en comparación con un sistema sin reflectores. Finalmente, el estudio proporciona una base técnica para el diseño e implementación.
Acceso Abierto
Diseño y fabricación de un módulo educativo para pruebas de pandeo en barras esbeltas
(Universidad Católica de Santa María, 2026-10-09) Carpio Mercado, Eduardo; Herrera Carrera, Jorge Andre
El presente trabajo tiene como propósito diseñar, fabricar y validar experimentalmente un módulo educativo para ensayos de pandeo en barras esbeltas, concebido para reproducir de manera controlada el fenómeno de pérdida de estabilidad bajo carga axial de compresión. El proceso inicia con el desarrollo del diseño conceptual y la definición del marco normativo aplicable, seguido por la ingeniería básica y de detalle que permite dimensionar los componentes principales del módulo: soporte base, columnas principales, puente de columnas principales, puente guía para cubo superior, puente porta tornillo, tornillo de avance, adaptador para cubo inferior, cubos de apoyo empotrado y cubos de apoyo articulado. Todos estos elementos son fabricados mediante mecanizado convencional utilizando acero estructural ASTM A36 Grado A36, garantizando rigidez, alineamiento y precisión geométrica. La validación experimental se realiza con 12 tipos de probetas metálicas de acero ASTM A36, cada una ensayada en tres repeticiones bajo configuraciones de apoyo empotrado–empotrado, empotrado–articulado y articulado–articulado. Se emplea un dinamómetro analógico de 2500 N para registrar la carga crítica de pandeo. Los resultados evidencian una variabilidad controlada, con coeficientes de variación generalmente inferiores al 10 %, lo que asegura la repetibilidad conforme al ASTM Manual 7 (MNL7-E13). Asimismo, la comparación entre los valores teóricos calculados mediante la ecuación de Euler con factores de longitud efectiva ideales y recomendados por la AISC 360-22 y los valores experimentales muestra que las configuraciones de apoyo articuladas presentan mayor correspondencia, mientras que la condición de apoyo empotrado–empotrado evidencia discrepancias asociadas a la rigidez rotacional. Los hallazgos confirman que el módulo educativo diseñado y fabricado reproduce de manera confiable el comportamiento real del pandeo en barras esbeltas, convirtiéndose en una herramienta sólida y precisa para la enseñanza práctica de este fenómeno.
Acceso Abierto
Diseño y simulación de un sistema anticolisión para vehículos basado en visión artificial mediante YOLOv5 y un módulo de localización CenterNet-sim en la ciudad de Arequipa
(Universidad Católica de Santa María, 2026-08-24) Quispe Surco, Jose Guillermo
La presente investigación tuvo como propósito diseñar y simular un sistema anticolisión vehicular para entornos urbanos de la ciudad de Arequipa, basado en visión artificial mediante el algoritmo YOLOv5 y un módulo basado en CenterNet. El estudio se desarrolló bajo un enfoque de simulación, empleando secuencias de video representativas de escenarios urbanos reales, con el objetivo de detectar y localizar obstáculos relevantes para la evaluación del riesgo de colisión. El sistema propuesto integra un modelo de detección de objetos basado en YOLOv5, encargado de identificar vehículos y otros obstáculos presentes en cada frame, y un módulo de localización inspirado en CenterNet, utilizado para analizar el comportamiento espacial y dinámico de los objetos mediante el cálculo de sus centros geométricos. La evaluación se realizó sobre un flujo continuo de 4669 frames, contrastando las alertas emitidas contra un modelo Oráculo. Los resultados cuantitativos obtenidos en el entorno de simulación muestran que el sistema alcanzó una sensibilidad (Recall) del 95.31% en la detección efectiva de amenazas de riesgo dinámico y una precisión del 58.10%, con un puntaje global F1-Score de 0.7218, demostrando una alta eficacia preventiva frente a la omisión de impactos. No obstante, estos valores fueron dadas en condiciones controladas del estudio, debido a que la evaluación se realizó sobre escenarios simulados, sin pruebas físicas en vehículos reales ni exposición a variaciones operativas propias del tránsito urbano. En términos de desempeño computacional, el tiempo medio de procesamiento fue de 18.45 ms por frame para YOLOv5 y de 0.38 ms por frame para el módulo CenterNet-sim, obteniéndose un rendimiento aproximado de 53.11 FPS. Estos valores evidencian que la carga computacional del sistema se concentra principalmente en el módulo de detección, mientras que la etapa de localización y decisión presenta un costo mínimo. En conjunto, los resultados obtenidos demuestran que el sistema anticolisión diseñado es técnicamente viable a nivel de simulación y altamente capaz de representar situaciones de riesgo propias del tránsito urbano.
Acceso Abierto
Diseño de aire acondicionado de una sala de operaciones multifuncional para un hospital de Essalud tipo 3 en la región de Arequipa aplicando la metodología BIM
(Universidad Católica de Santa María, 2026-09-04) Moran Treviño, Kiher Jandir
El trabajo se desarrolló en el diseño de las instalaciones de aire acondicionado para una sala de operaciones de un hospital tipo III de EsSalud en Arequipa, buscando garantizar confort térmico, calidad de aire y control de infecciones. Se planteó como problema la limitada capacidad de los enfoques tradicionales 2D para coordinar arquitectura, estructura e instalaciones, lo que generaba interferencias y sobrecostos. Ante esto, se propuso diseñar el sistema HVAC aplicando la metodología BIM y normativas como ASHRAE y la regulación sanitaria peruana. La investigación se estructuró como un estudio de diseño aplicado. Primero se caracterizó el hospital (clima, ocupación, cargas y ambientes críticos); luego se determinaron las cargas térmicas y de ventilación mediante un método analítico verificado con el software ELITE HVAC. Posteriormente, se dimensionaron los ductos por el método de igual fricción bajo recomendaciones ASHRAE y se seleccionaron manejadoras y elementos terminales. Todo el sistema se modeló en Revit dentro de un entorno BIM federado con arquitectura y estructura, realizando revisiones de interferencias y obteniendo metrados para el análisis de costos. El diseño propuesto cumplió los rangos de temperatura, humedad, renovaciones de aire y presiones exigidos en quirófanos y UCI. Las cargas calculadas manualmente tuvieron discrepancias menores frente a ELITE, validando el procedimiento. El análisis de pérdidas de presión en ductos fue coherente con ASHRAE, asegurando el balance de caudales. El modelo BIM generó planos coordinados, metrados automáticos y una estimación de costos de mano de obra, materiales y equipos de 41 088.42 soles, demostrando que la integración BIM-HVAC mejoró la calidad técnica y trazabilidad.
Acceso Abierto
Diseño de la zona de almacenamiento y sistemas de desapilamiento, transporte y aplicación de pegamento de una máquina formadora de cajas de cartón corrugado con capacidad de 2700 cajas/hora para la exportación de frutas en la provincia de Arequipa
(Universidad Católica de Santa María, 2026-07-14) Guzman Abril, Gian Paul
La presente tesis desarrolla el diseño conceptual y los cálculos de ingeniería asociados a la primera mitad de una máquina formadora de cajas de cartón corrugado, con una capacidad nominal de producción de 2 700 cajas por hora. El sistema ha sido concebido principalmente para la fabricación de cajas tipo CF1 y CF2, utilizadas en procesos de exportación de frutas y verduras, manteniendo a su vez la flexibilidad necesaria para adaptarse a la producción de otros formatos con características geométricas y dimensionales similares. Esta sección de la máquina comprende la zona de almacenamiento de cartones (magazine), así como los sistemas de desapilamiento, transporte y aplicación de adhesivo, los cuales operan de manera secuencial e integrada. Para la zona de almacenamiento se diseñó un bastidor estructural específico que garantiza la estabilidad y adecuada alimentación del material, mientras que los subsistemas restantes se disponen sobre el bastidor principal de la máquina. El desarrollo del diseño se realizó siguiendo los lineamientos de la metodología VDI 2221, estructurándose en las fases de diseño conceptual y diseño de detalle. En la fase conceptual se definieron los requerimientos funcionales, restricciones de operación y criterios de desempeño, estableciéndose la solución óptima. Posteriormente, en la fase de detalle, se desarrolló la configuración seleccionada mediante la ejecución de cálculos de ingeniería orientados al dimensionamiento, selección y verificación de los componentes y la elaboración de planos. Asimismo, se efectuó la selección y evaluación de los elementos neumáticos y electrónicos requeridos para la operación del sistema, incluyendo el desarrollo de la lógica de control correspondiente. Finalmente, se realizó el análisis de costos del diseño propuesto y la elaboración de los planos de ensamble y despiece de las diferentes secciones y accesorios considerados
Acceso Abierto
Diagnóstico y monitoreo de transformadores eléctricos de 200 KVA en 10 KV/0.46-0.4 KV mediante análisis fisicoquímico y dieléctrico del aceite aislante
(Universidad Católica de Santa María, 2026-07-30) Rivera Acosta, Víctor Gonzalo
La presente investigación tiene como finalidad diagnosticar y monitorear el estado operativo de transformadores eléctricos mediante el análisis fisicoquímico y dieléctrico del aceite aislante. Estos equipos, esenciales en la entrega eficiente y segura de energía eléctrica, dependen del correcto funcionamiento de su sistema de aislamiento, principalmente compuesto por papel y aceite mineral. Con el tiempo, el aceite se degrada debido al calor, humedad, oxidación y fallas internas, lo que puede comprometer la operación del transformador. El estudio emplea ensayos fisicoquímicos (como rigidez dieléctrica, índice de acidez, contenido de humedad y el factor de potencia) complementados con el análisis dieléctrico, todos interpretados de acuerdo con las normas IEC 60156, IEC 60296 e IEC 62021. Para efectos comparativos, se consideraron como referencia los transformadores de las SED “MACHU” y “HUAYUCACHI”, cuyas muestras presentaron valores anómalos en el factor de potencia y niveles elevados de acidez, además de la detección de gases combustibles como C₂H₂ y C₂H₄, indicadores de deterioro del aceite y posibles fallas térmicas o eléctricas incipientes. A partir de estos antecedentes, se plantea el análisis conjunto de los ensayos fisicoquímicos y dieléctricos aplicado a un transformador nuevo perteneciente a la subestación ubicada en las galerías comerciales Muñoz Najar, con el propósito de establecer lineamientos técnicos para un sistema de monitoreo periódico que permita anticipar fallas relevantes, mejorar la planificación del mantenimiento y extender la vida útil del equipo. La investigación se desarrolla bajo un enfoque cuantitativo, de naturaleza aplicada y con un diseño no experimental, fundamentado en el estudio de información técnica real. De este modo, se busca contribuir a una gestión más eficaz de los activos eléctricos, reduciendo los riesgos operativos y optimizando los recursos destinados a mantenimiento mediante el uso sistemático del análisis del aceite dieléctrico.
Acceso Abierto
Propuesta de plan de mantenimiento integrador basado en las metodologías RCM y Lean Maintenance y su aplicación a molinos de alta presión HPGR
(Universidad Católica de Santa María, 2026-09-03) Lazo Tardillo, Alfredo Salvador
La presente investigación propone un plan de mantenimiento para molinos de alta presión (HPGR) mediante la integración de las metodologías Reliability Centered Maintenance (RCM) y Lean Maintenance, con el propósito de fortalecer la confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad de estos equipos utilizados en la industria minera. La investigación surge ante la necesidad de contar con un esquema de mantenimiento específico que permita superar las limitaciones de los procedimientos convencionales, orientando las actividades hacia la prevención de fallas y la optimización de los recursos. El desarrollo de la propuesta comprende la evaluación del estado actual del mantenimiento, el análisis de criticidad del equipo, la identificación de funciones, fallas funcionales, modos de falla y sus consecuencias mediante la metodología RCM, así como la incorporación de herramientas Lean enfocadas en la eliminación de desperdicios, la estandarización de procesos y la mejora continua. Asimismo, se plantea un conjunto de indicadores para el seguimiento del desempeño del plan y un cronograma referencial para su implementación. Los resultados evidencian que la integración de ambas metodologías constituye una alternativa técnicamente viable para mejorar la gestión del mantenimiento de los HPGR, al facilitar una mejor planificación de las intervenciones, reducir los tiempos de reparación, optimizar el uso de los recursos disponibles y contribuir al incremento de la disponibilidad operativa del equipo. Finalmente, la propuesta puede servir como referencia para la implementación de estrategias similares en otros equipos de alta criticidad dentro del sector minero.
Acceso Abierto
Fabricación y caracterización de malla conductiva electrohilada
(Universidad Católica de Santa María, 2026-08-10) Apaza Colca, Fabricio Victor
La presente investigación se centra en la fabricación y caracterización de una malla polimérica conductiva producida mediante la técnica de electrohilado, empleando fluoruro de polivinilideno (PVDF) como matriz y grafeno como agente funcionalizador de conductividad eléctrica. El objetivo fue optimizar los parámetros del proceso de electrohilado para obtener nanofibras uniformes y, posteriormente, conferirles propiedades eléctricas mediante un tratamiento de inmersión y sonicación. Para la etapa de fabricación, se empleó un diseño de experimentos (DoE) del tipo Box-Behnken, evaluando variables críticas como la concentración de la solución, el voltaje aplicado, la distancia al colector y la relación de solventes (DMAc: Acetona). Los resultados del análisis estadístico permitieron identificar cuáles son condiciones óptimas de concentración de PVDF y voltaje para minimizar defectos morfológicos. La caracterización eléctrica de las mallas funcionalizadas mostró una reducción significativa en la resistencia, alcanzando valores promedio de conductividad de 6.5×10-6 S/m tras un proceso de sonicación de 8 horas. Se concluye que la combinación del control de parámetros de hilado y la correcta dispersión del grafeno permite obtener membranas con potencial aplicación en el desarrollo de sensores flexibles y dispositivos electrónicos de bajo costo.
Acceso Abierto
Diseño y simulación de un filtro dúplex para optimizar la vida útil de las válvulas de succión y descarga de bombas Geho en la unidad minera Morococha
(Universidad Católica de Santa María, 2026-07-15) Arostegui Carrera, Dussan
La presente investigación tiene como objetivo diseñar y simular un sistema de filtrado dúplex que permita optimizar la vida útil de las válvulas de succión y descarga de las bombas GEHO TPZM 2000 utilizadas en el transporte de relaves en la Unidad Minera Morococha. El problema abordado se origina en el desgaste abrasivo prematuro de dichos componentes, ocasionado por la elevada concentración de partículas sólidas presentes en el fluido bombeado, lo que genera frecuentes paradas no programadas y elevados costos de mantenimiento. El estudio corresponde a una investigación de tipo aplicada, con nivel explicativo y enfoque cuantitativo, desarrollada mediante un diagnóstico técnico del sistema de bombeo, el análisis físico-químico y granulométrico del relave, y el diseño ingenieril del filtro dúplex bajo criterios hidráulicos, estructurales y normativos. La validación del diseño se realizó a través de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) y análisis por elementos finitos (FEA), evaluando parámetros como pérdida de carga, distribución de presión, tensiones estructurales y factores de seguridad. Los resultados de las simulaciones evidencian que el filtro dúplex mantiene la pérdida de carga dentro de límites admisibles y cumple con los criterios estructurales establecidos por la normativa vigente, permitiendo reducir de manera significativa el impacto del desgaste abrasivo sobre las válvulas. Se concluye que el diseño propuesto constituye una solución técnica viable que contribuye a la mejora de la confiabilidad operativa y a la optimización de la vida útil de los componentes críticos del sistema de bombeo.
Acceso Abierto
Aplicación de herramientas Lean Manufacturing para la optimización del proceso de soldadura en componentes de equipos mineros en una empresa metalmecánica del sur del Perú
(Universidad Católica de Santa María, 2026-07-21) Bermejo Galdos, Mario Sebastian
La presente investigación tuvo como objetivo principal aplicar las herramientas Lean para optimizar el proceso de soldadura en componentes de equipos mineros en una empresa metalmecánica del sur del Perú. Bajo un marco metodológico de enfoque mixto, de alcance explicativo y aplicado, con un diseño cuasiexperimental, se tomó como población de estudio a todos los componentes de equipos mineros en los cuales se aplica el proceso de soldadura, y se tomó como muestra al componente denominado “Tuerca de chancadora”. Los resultados de investigación demostraron que el proceso de soldadura contaba con un tiempo estándar de 10 a 11 días y un tiempo real de 15 a 16 días. Por otra parte, del total del reporte de no calidad, 37.50% pertenecía a la “Tuerca de chancadora”. Asimismo, del análisis de Ishikawa se evidenció que el 59.38% de los errores era por el factor “Método”. Seguidamente se implementó un formato de 9 pasos integrando las herramientas Lean tales como PHVA, diagrama de Ishikawa, técnica de los 5 porqués, diagrama de flujo, estandarización de procesos, principios y hábitos como Gemba y Kaizen. Con la aplicación se logró reducir el tiempo en días de 16 a 11 (32.33%) y los costos: El costo primo (mano de obra y materiales directos) es un de S/ 6,261.93 a S/ 4,104.67 (34.45%), por otra parte, se determinó la viabilidad económica de la propuesta mediante el análisis de ratios de costo-beneficio, obteniendo ratios de 1.57, 1.92, 2.44, como mínimo, promedio y máximo, respectivamente. Estos significan que, mínimamente, por cada sol invertido en costo se obtiene un beneficio de 0.57 soles; en promedio, por cada sol invertido se tiene un beneficio de 0.92 soles; y un beneficio máximo de 1.44 soles por cada sol invertido.
Acceso Abierto
Desarrollo de un sistema de control de tráfico inteligente basado en algoritmos de aprendizaje automático en la Av. Ejército en Arequipa, 2024
(Universidad Católica de Santa María, 2026-07-08) Sotomayor Valdivia, Carlos Eduardo
El tráfico en la Av. Ejército de Arequipa, especialmente en el nodo conformado por la Av. Cayma y la Av. Trinidad Morán, presenta congestión que los semáforos de tiempo fijo no gestionan adecuadamente. Ante ello, la investigación diseñó y simuló un sistema inteligente de control semafórico orientado a ajustar fases y tiempos de verde según la demanda vehicular y peatonal del tramo. El estudio fue aplicado, de enfoque cuantitativo, diseño no experimental y alcance descriptivopropositivo con evaluación comparativa. Se utilizaron aforos de campo y simulación computacional. La arquitectura integró visión por computadora, validación térmica redundante de presencia peatonal y una lógica adaptativa sustentada en dos modelos Random Forest: un clasificador de fase y un regresor de tiempo verde, entrenados con 27 variables de entrada y una base de 6000 registros. Los aforos identificaron mayores demandas entre 7:00 y 8:00 a. m. (4500 veh/h), 12:00 y 13:00 h (4560 veh/h) y 19:00 y 20:00 h (4260 veh/h), con predominio de autos y taxis (38 %), combis y microbuses (22 %), motos y mototaxis (18 %), cústeres y buses del SIT (14 %) y camiones u otros vehículos (8 %). El clasificador alcanzó 92,42 % de precisión y F1-score macro de 0,918; el regresor obtuvo MAE de 1,40 s y R² de 0,9617. En siete escenarios, el sistema redujo el tiempo de espera vehicular entre 15 % y 37 % en flujos bajo-medio, y mejoró la atención peatonal entre 65 % y 71 % en conflictos peatón-vehículo frente al ciclo fijo de 94 s. La hipótesis fue aceptada.
Acceso Abierto
Implementación de un sistema de detección y alarma contra incendio mediante cable detector de calor para minera en la costa sur del Perú
(Universidad Católica de Santa María, 2026-06-26) Quiroz Herrera, Fernando Rodrigo
Las operaciones mineras en la costa sur del Perú se desarrollaron en entornos de alta criticidad operacional, donde la continuidad del proceso y la seguridad del personal dependieron de una detección temprana y confiable de eventos térmicos. En ese contexto, se formuló una propuesta técnica para la implementación de un sistema de detección y alarma contra incendios, orientado a identificar con precisión la zona afectada por incrementos anómalos de temperatura y a integrar la supervisión en una estación central de monitoreo gráfico, a fin de habilitar respuestas inmediatas de control y evacuación. El diseño se estructuró con la metodología VDI 2221, por lo que se consolidó una lista de exigencias como base de requerimientos, se modelaron las entradas y salidas del sistema mediante la “caja negra” y se desglosaron las funciones en una “caja blanca”. Posteriormente, se construyó una matriz morfológica asignando alternativas por función, se generaron configuraciones de solución y se evaluaron con criterios técnicos y económicos hasta seleccionar la opción más viable para el entorno minero. Como resultados, se definió el diseño del sistema y se seleccionaron los componentes principales (panel FACP, estación de monitoreo, alimentación 24 Vcc, detectores, módulos direccionables, aisladores SLC, cable detector lineal y baterías). Asimismo, se establecieron criterios de ingeniería para los lazos SLC/NAC del edificio principal y se formalizó la matriz causa–efecto junto con la lógica de programación del panel para notificación y control. Finalmente, se elaboraron los entregables de costos y planificación (presupuesto y cronograma) para la ejecución del proyecto que asciende a un monto total de S/ 1 497 871.748.
Acceso Abierto
Diseño de un sistema de transporte de recuperación de cemento en una planta cementera capacidad 25 ton/hr, según la metodología VDI 2221
(Universidad Católica de Santa María, 2026-07-02) Huallparimachi Guzman, Luis Cesar
Se diagnosticó que, en una planta cementera costera, el transporte interno de cemento generaba pérdidas entre 10 y 25 ton/hr por empaquetado defectuoso e incumplimientos de peso, con un costo de 450–500 soles/ton antes de la venta. Con mediciones de campo, se estableció una capacidad a recuperar de 25 ton/hr, una altura de 2400 mm y una distancia de 5450 mm entre la tolva de residual y el rompedor de bolsas. Se planteó optimizar la recirculación del cemento rechazado hacia silos verticales mediante un sistema de transporte acoplado al layout existente, bajo la metodología VDI 2221 y con evaluación técnica-económica (VDI 2225). El alcance abarcó componentes mecánicos, estructurales y neumáticos; se excluyeron control/automatización y eléctrica. Se aplicó la metodología VDI 2221 para estructurar el problema, generar alternativas (transportadores mecánicos, neumáticos o híbridos) y seleccionar el concepto óptimo. Se recopiló información de la planta (planos y cotas) y se desarrolló un modelo CAD del sistema. La verificación se efectuó con simulación FEM en Autodesk Nastran y Simsolid, evaluando falla estática y fatiga en elementos móviles, y con cálculos manuales según el criterio ASME elíptico de vida infinita. Se dimensionaron y seleccionaron componentes de máquinas (ejes, chavetas, acoples, sellos, motorreductor) y uniones estructurales, priorizando un sistema cerrado para control de polvo y materiales resistentes a ambiente portuario. Se seleccionó un tornillo helicoidal inclinado tubular como sistema óptimo de 25 ton/hr, cuyo diseño cerrado contribuyó a la mitigación de polvo. Se especificaron aceros inoxidables para artesa y helicoide por su resistencia a corrosión y abrasión. Las verificaciones arrojaron factores de seguridad a fatiga > 2 para los componentes críticos. Se entregaron planos de presentación, fabricación y montaje conforme a ISO y normas técnicas peruanas. El costo total estimado del sistema ascendió a S/ 90 451,50 antes de IGV. Se concluyó que el sistema propuesto permitió recuperar un porcentaje muy alto del cemento residual con ventajas técnicas y económicas.
Acceso Abierto
Análisis del desempeño electromecánico de sistemas trifásicos bajo escenarios de estrés operacional mediante pruebas controladas en banco predictivo en una empresa metalmecánica
(Universidad Católica de Santa María, 2026-05-27) Flores Flores, Dante Andre
La investigación propone analizar el desempeño electromecánico de sistemas trifásicos sometidos a escenarios controlados de estrés operacional utilizando un banco predictivo en una empresa metalmecánica. El objetivo general es evaluar el comportamiento del motor bajo cargas y condiciones exigentes, generando datos que permitan identificar patrones de deterioro y estimar la vida útil remanente (RUL) mediante un algoritmo predictivo validado con métricas técnicas. El estudio se enmarca en un diseño preexperimental y se desarrolla en un entorno virtual (simulación en MATLAB/Simulink) que replica escenarios de carga eléctrica y mecánica. Se registran y procesan variables como corriente, tensión, temperatura, vibración, torque y velocidad; la información se limpia, normaliza y organiza para su análisis predictivo. El alcance se limita a un motor trifásico simulado en condiciones controladas, con vistas a futuras aplicaciones experimentales. El algoritmo predictivo adoptado es híbrido (PCA + Regresión Lineal Robusta). El flujo metodológico comprende: (i) preprocesamiento (limpieza/normalización), (ii) extracción de características (p. ej., corriente media, vibración RMS, eficiencia), (iii) PCA para reducir correlaciones y ruido, y (iv) regresión robusta para estimar tendencias y proyectar el cruce con un umbral de salud (HI), de donde se deriva la RUL. La validación contrasta las proyecciones con límites y datos del ensayo. Se definen múltiples escenarios de operación para sensibilizar el diagnóstico: base diario (umbral 1.00), conservador (umbral 0.98), alta resolución (24 muestras/día), robusto con énfasis en vibración, térmico y eléctrico (desequilibrio/sobrecorriente). Cada escenario ofrece una vista complementaria del estado del motor y mejora la confiabilidad de la predicción bajo diferentes condiciones. El modelo predictivo híbrido (PCA + Regresión Lineal Robusta) logró una eficiencia media del 89.9 %, una potencia mecánica promedio de 5614.7 W y un desequilibrio de corriente de 5.25 %, estimando una vida útil remanente entre 340 y 420 días según el escenario. Estos resultados demuestran su capacidad para anticipar fallas térmicas y eléctricas, validando su aplicación en estrategias de mantenimiento predictivo industrial.
Acceso Abierto
Propuesta de abastecimiento eléctrico sostenible mediante energía solar fotovoltaica en el casco urbano de Tiabaya, Arequipa - 2025
(Universidad Católica de Santa María, 2026-06-08) Gonzales Delgado, Gustavo Raul
La presente investigación tuvo como objetivo determinar el aporte técnico de un sistema de generación solar fotovoltaica como alternativa de autoconsumo complementario para la reducción del consumo de energía eléctrica convencional en el casco urbano de Tiabaya, Arequipa. El estudio se desarrolló bajo un enfoque cuantitativo, de tipo aplicado, con un diseño no experimental y de nivel descriptivo-evaluativo, empleando técnicas de análisis de datos, simulación energética y evaluación económica. La caracterización de la demanda energética se realizó sobre una muestra de 23 viviendas residenciales, determinándose un consumo promedio de 147.0 kWh/mes por vivienda (4.90 kWh/día), con una alta variabilidad (coeficiente de variación de 54.1%). Asimismo, se identificó que el consumo está influenciado por la tipología residencial, con predominio del nivel bajo (43.5%), seguido del nivel medio (34.8%) y alto (21.7%). A partir de datos de radiación solar promedio de 6.0 kWh/m²·día y un factor de desempeño del 80%, se estimó el potencial de generación fotovoltaica, permitiendo dimensionar un sistema de 7.20 kWp compuesto por 18 paneles de 400 Wp. El sistema propuesto genera aproximadamente 34.560 kWh/día, logrando una cobertura energética del 30.7% respecto a una demanda diaria de 112.700 kWh, lo que evidencia una reducción significativa del consumo proveniente de la red convencional. En términos económicos, el sistema presenta viabilidad, con un ahorro anual estimado de 2409.42 USD, un Valor Actual Neto (VAN) positivo de 14,440.26 USD, una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 26.10% y un periodo de recuperación de 4 años. Asimismo, se estimó una reducción de emisiones de aproximadamente 6.46 toneladas de CO₂ por año. Se concluye que la implementación de sistemas fotovoltaicos para autoconsumo parcial en zonas urbanas como Tiabaya permite mejorar la eficiencia energética, reducir la dependencia de la red eléctrica y generar beneficios económicos y ambientales, constituyéndose como una alternativa viable de abastecimiento eléctrico sostenible.
Acceso Abierto
Diseño de un fijador externo tipo Ilizarov personalizado basado en modelos 3D derivados de imágenes radiográficas para el tratamiento de fracturas
(Universidad Católica de Santa María, 2026-06-25) Barrientos Mantari, Jean Paul Eduardo
En el presente trabajo de tesis se diseñó un fijador externo tipo Ilizarov personalizado para el tratamiento de fracturas óseas, empleando modelos tridimensionales obtenidos a partir de imágenes radiográficas del paciente. El objetivo fue mejorar la estabilidad biomecánica del sistema de fijación y optimizar el proceso de planificación del tratamiento desde un enfoque de ingeniería mecánica. El método utilizado consistió en la obtención de imágenes radiográficas, las cuales fueron procesadas mediante el software InVesalius para generar un modelo 3D del hueso afectado. A partir de este modelo, se realizó el diseño detallado del fijador externo utilizando software Inventor, considerando criterios de geometría anatómica, distribución de cargas, selección de materiales biocompatibles y normas técnicas aplicables. Posteriormente, los componentes del fijador fueron evaluados mediante análisis por elementos finitos para verificar su comportamiento mecánico bajo condiciones de carga representativas. Los resultados obtenidos mostraron que los esfuerzos máximos generados en los componentes del fijador alcanzaron un valor de 89.92 MPa, manteniéndose por debajo del límite elástico del material de 450 MPa, lo que garantiza un comportamiento estructural seguro. De igual manera, los desplazamientos máximos obtenidos fueron de 0.004751 mm, evidenciando una adecuada estabilidad del sistema en la zona de la fractura. Desde el punto de vista económico, el análisis técnico-económico se determinó que el costo de fabricación del fijador es aproximadamente de $280.28, lo que representa una reducción del 37,8 % en comparación con dispositivos importados, cuyo costo promedio es de $450. Se concluyó que el diseño propuesto es técnicamente viable y constituye una alternativa eficiente para el desarrollo de dispositivos médicos personalizados aplicables al tratamiento de fracturas óseas.
Acceso Restringido
Diseño de un plan de ejecución para el reemplazo de precipitadores electroestáticos húmedos de la refinería Nexa Resources Cajamarquilla S.A. utilizando la metodología building information modeling (BIM), Lima - Perú
(Universidad Católica de Santa María, 2026-05-13) Ballon Pinto, Juan Diego
La presente investigación abordó la aplicación de la metodología Building Information Modeling (BIM) en el proyecto “Reemplazo de Precipitadores Electrostáticos Húmedos – Planta 1” de la Refinería de Zinc NEXA RESOURCES CAJAMARQUILLA S.A., con el propósito de optimizar la planificación y ejecución de las actividades del proyecto. El objetivo general consistió en optimizar la gestión del proyecto mediante la integración de herramientas digitales que permitieran anticipar interferencias, optimizar recursos y reducir desviaciones en el cronograma. Para lograrlo, se establecieron objetivos específicos orientados a la evaluación del estado actual de la infraestructura existente, la identificación de herramientas BIM adecuadas, la elaboración del cronograma de ejecución y el análisis de mejoras y lecciones aprendidas obtenidas en los talleres de constructabilidad y riesgos operacionales. La metodología BIM fue implementada utilizando herramientas de la plataforma Autodesk, MS-Project y software de gestión de datos de Microsoft, lo que permitió identificar interferencias, planificar maniobras y mejorar la coordinación interdisciplinaria. Gracias a esta implementación y a la estrategia de realizar las actividades durante la parada de planta mayor anual de la refinería, el tiempo estimado de parada de planta se redujo de 44 días a 10 días, aprovechando la parada mayor anual, lo que representó un ahorro económico de más de 20 millones de dólares, al evitar días de inactividad productiva.
Acceso Abierto
Diseño de control vectorial sensorless tolerante a fallas de sensores para un motor de inducción
(Universidad Católica de Santa María, 2026-05-21) Arenas Oviedo, Alvaro Alonso
El presente trabajo desarrolla y valida un sistema de control vectorial sensorless para un motor de inducción, integrando técnicas de identificación de parámetros, estimación de variables de estado y tolerancia a fallas. En una primera etapa, se desarrolló un algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas (PSO) para la identificación de parámetros eléctricos del motor utilizando únicamente datos de placa y manufactura. Mediante la comparación de resultados experimentales se validó esta metodología, obteniendo márgenes de error reducidos en el cálculo de resistencias y reactancias. La estrategia de control de campo orientado (FOC) fue diseñada y evaluada en un entorno de simulación utilizando un enfoque sensorless basado en el Filtro de Kalman Extendido (EKF), lo que permitió estimar la velocidad y el flujo del rotor bajo condiciones dinámicas de operación. Sobre esta base, se desarrolló un sistema de control tolerante a fallas (FTC) apoyado en el EKF, capaz de identificar pérdidas de señal y degradaciones paramétricas en los sensores, permitiendo la reconfiguración automática del control mediante software. Para la validación experimental, se implementó un control vectorial sensorless basado en un Observador de Estado de Luenberger extendido (LSO) sobre un microcontrolador STM32G431RB, utilizando el entorno STM32 Motor Control Workbench. Los resultados experimentales confirmaron la viabilidad de ejecutar control vectorial sensorless en tiempo real, logrando una operación estable y un seguimiento adecuado de las referencias de velocidad y corriente sin el uso de sensores mecánicos.
Acceso Abierto
Mantenimiento sostenible para lubricantes y filtros en transporte liviano: Economía circular en Arequipa Perú (2025).
(Universidad Católica de Santa María, 2026-05-13) Macedo Huaman, Alan Gabriel
Esta investigación desarrolló un modelo de mantenimiento sostenible para la gestión de lubricantes y filtros en una flota de 50 unidades de transporte liviano en Arequipa, Perú, bajo un enfoque de economía circular y alineado con las normas ISO 55001 e ISO 14001. La evaluación inicial (2024) evidenció un costo total de mantenimiento de S/. 377,029, un consumo de 7,621 litros de aceite y 1,098 filtros, con una disponibilidad operativa del 91.7% y solo 10% de gestión formal de residuos peligrosos. Los parámetros tribológicos de referencia establecidos con base en literatura especializada fueron un TBN de 6.9 mg KOH/g, una viscosidad de 14.1 cSt y un nivel de limpieza del aceite (código ISO 4406) de 19/17/14, lo que indica degradación del aditivo alcalino y alta contaminación por partículas de 5-15 micrones (equivalente a un aceite con excesiva carga de partículas sólidas en suspensión). El modelo propuesto, basado en mantenimiento por condición (CBM), establece monitoreo predictivo cada 10,000 km con umbrales críticos de TBN menor a 6.0 mg KOH/g, variación de viscosidad mayor a ±10% y un nivel de limpieza del aceite (código ISO 4406) superior a 21/19/16 (contaminación crítica con riesgo de desgaste acelerado), integrando prácticas de economía circular como microfiltración de aceite usado con filtros de 3 micrones absolutos cada 20,000 km y reacondicionamiento de filtros cada 50,000 km. La proyección para 2025 estima una mejora del TBN a 7.2 mg KOH/g, estabilización de la viscosidad en 14.3 cSt, reducción del nivel de limpieza del aceite (código ISO 4406) a 18/16/13 (lo que significa una disminución significativa de partículas contaminantes), incremento de la disponibilidad operativa al 93.5%, disminución del consumo de aceite en 2,621 litros (34.4%), reducción del consumo de filtros en 348 unidades (31.7%), disminución del costo de mantenimiento correctivo en S/. 69,950 (35.0%), y eliminación de sanciones ambientales por S/. 16,294. El ahorro total anual es de S/. 99,844, representando una reducción del 26.5% del costo total de mantenimiento, con un periodo de recuperación de la inversión inicial de S/. 58,000 en 7 meses. La mejora en el nivel de limpieza del aceite (reducción del código ISO 4406) disminuye el desgaste abrasivo en componentes críticos como camisas de cilindro, anillos de pistón y cojinetes de biela, extendiendo su vida útil. Se implementa un sistema de trazabilidad digital con códigos QR para la gestión de residuos peligrosos, asegurando el cumplimiento de la Ley N° 28256 y el DS-003-2013-MINAM.

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