Mejores trabajos de grado en Ingeniría Javeriana

Pontificia Universidad Javeriana - Personería Jurídica No. 73 diciembre 12 de 1933 - Institución de Educación Superior sujeta a inspección y vigilancia por el Ministerio de Educación Nacional.

INDICE

PROGRAMAS DE PREGRADO

Trabajos de Grado Carrera de Ingeniería Electrónica

Sistema de entrenamiento y evaluación de algoritmos de segmentación de objetos usando redes neuronales convolucionales 12

Uso de imágenes satelitales para la estimación de propiedades de suelos agrícolas con inteligencia artificial 14

Hardware para educación compatible con Scratch 16

Sistema embebido de vigilancia que soporta tareas de super resolución sobre rostros humanos 18

Trabajos de Grado Carrera de Ingeniería Industrial

Solución tecnológica en la nube para el enrutamiento de vehículos de distribución basado en sistema de información geográfica y metaheurísticas 22

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

PROGRAMAS DE POSGRADOS

Trabajos de Grado Doctorado en Ingeniería

Reduction of nitrogen oxides in diesel exahuast using dielectric barrier discharges driven by current-mode power supplies 28

Trabajos de Grado Maestría en Bioingeniería

Evaluación de las propiedades mecánicas y estructurales de xenoinjertos de tejido esponjoso porcino a partir de recubrimientos de quitosano elaborados por inmersión 32

Trabajos de Grado Maestría en Ingeniería Civil

Análisis de las desviaciones en tiempo y costo en proyectos de construcción de vías secundarias en colombia, en los últimos diez (10) Años 36

Comportamiento mecánico y ductilidad de mezclas de concreto reforzado con fibras de acero de diferente tipo 38

Trabajos de Grado Maestría en Ingeniería Industrial

Modelo multiobjetivo para la toma de decisiones de precios y cantidades a vender, caso empresa del sector automotor 42

Trabajos de Grado Maestría en Ingeniería de Sistemas y Computación

Prototipo de chatbot para el portal mentes colectivas 46

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A NUESTROS ESTUDIANTES EXCELENTES

El reconocimiento a la excelencia en la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Javeriana tiene un significado especial. Nos referimos por supuesto a estudiantes que han superado con creces los niveles de desempeño deseables en temas complejos de fundamentación y aplicación de la ingeniería. Sin embargo, es mucho más, se refiere al MAGIS ignaciano, que indica alcanzar el mayor bien posible, significa la conciencia que un estudiante va construyendo a lo largo de su formación sobre la responsabilidad que conlleva para los otros, el privilegio del conocimiento. Se refiere al compromiso que un ingeniero o ingeniera javeriana adquiere, de aplicar con sentido ético su profesión.

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Ing. Lope Hugo Barrero Solano, ScD. Decano de Facultad

Celebro hoy la vida de nuestros egresados quienes a través de su esfuerzo y dedicación académica se han hecho acreedores al reconocimiento de Mención de Honor por su Trabajo de Grado. Nos sentimos orgullosos del trabajo que han realizado, y les invitamos, no solo a continuar este fantástico trabajo académico, sino a renovar su pasión por la ingeniería y su deseo por hacer de esta, un instrumento de cambio para nuestra sociedad.

Felicito a nuestros estudiantes reconocidos hoy por este importante logro, y también a sus amigos, compañeros, profesores y familias, en reconocimiento al trabajo en equipo que se requiere para la formación humana, para la formación en ingeniería.

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PREGRADOS Programas

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INGENIERÍA ELECTRÓNICA CARRERA DE Trabajos de Grado

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Sistema de entrenamiento y evaluación de algoritmos de segmentación de objetos usando redes neuronales convolucionales

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Autores

Andrea Juliana Ruiz Gómez Pedro Eli Ruiz Zarate

Director

Francisco Calderón

El proyecto de grado se titula Sistema de Entrenamiento y Evaluación de Algoritmos de Segmentación de Objetos usando Redes Neuro nales Convolucionales; en este proyecto se presentan dos contribu ciones a la problemática de navegación de robots semiautónomos en entornos urbanos, donde debido a la complejidad semántica del medio por donde transitan los robots, es necesaria la pre sencia de supervisores para validar la trayectoria sugerida por los algoritmos de navegación. El proyecto se desarrolló en dos eta pas; primero se desarrolló un software basado en el algoritmo de segmentación GrabCut, facilitando la labor de etiquetado manual. Como segunda contribución se etiquetó una base de datos de 5000 imágenes pertenecientes a Kiwibot® y posteriormente con estas muestras se entrenaron seis (6) redes neuronales convolucionales para su evaluación en la solución del problema planteado a partir de métricas de desempeño que incluyen el tiempo de inferencia y el desempeño no sesgado.

De los resultados del proyecto vale la pena destacar que en el proceso de etiquetado de imágenes con respecto a otras aplicaciones evaluadas, se reduce aproximadamente a la mitad el tiempo de etiquetado por imagen y en los resultados de la evaluación de des empeño se presenta error menor al 3 %. Además, en la evaluación del desempeño de las redes neuronales convolucionales se presenta un error inferior al5 %.

Con respecto a otros proyectos de Software, este es de código abierto, por lo cual su desarrollo se encuentra en GitHub (Kiwi-PUJ), cumpliendo todos los estándares de documentación de código que se suele usar en la industria. Este proyecto fue desarrollado por Andrea Juliana Ruiz Gómez y Pedro Elí Ruiz Zárate, con dirección de Francisco Calderón Bocanegra Ph.D y asesoría de John Betancourt en representación de Kiwibot®.

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Uso de imágenes satelitales para la estimación de propiedades de suelos agrícolas con inteligencia artificial

Eliana Andrea Romero León

Autores

Edwin Alejandro Caicedo Palacios

Director

Francisco Calderón

El sector agrícola es uno de los principales ejes de desarrollo de un país, gracias a este se incentiva la economía, la producción, el empleo y la calidad de vida de sus actores. Es por esto, que es de gran importancia saber el estado y composición de los suelos agrícolas, pues con esta información se puede predecir la calidad de los cultivos y optimizar el uso de recursos como agua y fertilizantes.

Actualmente existen diversas técnicas de laboratorio para analizar suelos, las cuales requieren de tiempos variables de espera para la obtención de resultados, movilización de las muestras de suelo al laboratorio, equipos especializados y personal calificado, lo que vuelve el proceso costoso en tiempo, recursos y dinero, esta problemática sumada a la mayor importancia que tiene conocer la composición del suelo, da pie al objetivo principal de este proyecto, desarrollar un sistema un sistema capaz de realizar análisis de suelos, estudiando la capacidad de estimar propiedades químicas haciendo uso de imágenes satelitales multies

pectrales y modelos de aprendizaje de máquina, todo esto con el fin de apoyar en la toma de decisiones en el manejo agronómico de suelos de cultivo e incluso tener la posibilidad de analizar zonas de difícil acceso. La motivación principal de este proyecto recae en la hipótesis de que las imágenes.

multiespectrales tomadas por satélites, mostraron ser capaces de en tregar información acerca de la composición química del suelo, esto haciendo uso de algoritmos de aprendizaje de máquina para encontrar la relación existente entre las imágenes multiespectrales y muestras reales de suelo medidas en laboratorio, un método similar a las técnicas usadas en la espectroscopia, metodología con la que se analizan los compuestos y elementos a partir de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia.

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Hardware para educación compatible con Scratch

Autores

Alejandro Castro Martínez

María José Niño Rodríguez Janet Chen He

Directora

Martha Lucia Cano

Cuando se va a iniciar en el mundo de la programación un aspecto agradecido por parte de los estudiantes es la facilidad de la interfaz y las funcionalidades que esta provee. Scratch® es una herramienta muy sencilla para iniciar a programar. Enseña conceptos básicos a partir de la construcción de código a través de bloques y ofrece la conexión con tarjetas electrónicas para poder tener mayor interacción a la hora de probar los resultados del código realizado.

Por lo anterior, este proyecto tuvo como objetivo desarrollar una plata forma hardware que interactúe con el entorno de programación visual Scratch® a través de sensores y elementos de salida, con fines educa tivos tecnológicos. Este proceso de ingeniería incluyó el desarrollo tanto de un circuito electrónico como de la codificación de la base de software requerida para la comunicación entre el programa de Scratch® y la placa electrónica.

Combinando la facilidad del lenguaje de programación visual Scratch® con un elemento electrónico de interacción externo, se pueden crear programas educativos tecnológicos interesantes, llamativos y relevantes tanto para niños como jóvenes y, de esta forma, impulsar el crecimiento profesional desde la apropiación y creación de tecnología.

Reconocimientos

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Sistema embebido de vigilancia que soporta tareas de super resolución sobre rostros humanos

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Autor Andrés David Gómez Bautista Director Francisco Calderón

Este documento implementa una red neuronal convolucional de subpixel encargada de incrementar la resolución de imágenes de rostros. Este modelo posee una serie de filtros cuya responsabilidad es extender progresivamente el número de píxeles, de forma que, la información necesaria de los nuevos píxeles es estimada a partir de la información disponible en la imagen original y el entrenamiento obtenido de 17500 imágenes. Dichas imágenes no corresponden a personas reales, en vez de eso, se propone como método de obtención de imágenes de entre namiento y validación la generación de imágenes sintéticas producidas por redes neuronales antagonistas.

La red convolucional entrenada tiene características deseables dentro del contexto de aplicaciones de vigilancia y relacionadas; por ejemplo, puede ser usado dentro de un dispositivo para obtener imágenes de mayor resolución a la que es capaz de obtener la cámara física de este. De forma que se obtienen todas las ventajas de una cámara de mayor resolución soportado sobre hardware genérico y económico. Este trabajo no solo demuestra que dicho dispositivo es viable, sino que la técnica empleada obtiene imágenes de mayor calidad con respecto a varios métodos de interpolación evaluados a través de un proceso exhaustivo de pruebas donde se miden múltiples variables sobre las imágenes generadas.

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CARRERA DE Trabajos de Grado

INGENIERÍA INDUSTRIAL

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Solución tecnológica en la nube para el enrutamiento de vehículos de distribución basado en sistema de información geográfica y metaheurísticas

Autores

Oriana Otálora Gómez

Juan José Jaramillo Muñoz

Felipe Villegas Urán

Darwan Arturo Alfonso Ramos

Director

Julián David Reyes Rueda

El problema de ruteo de vehículos con restricciones tiene infinitas soluciones basadas en diferentes herramientas que se utilicen para solucionar el mismo. Un mal enrutamiento puede generar pérdida de tiempo y altos costos de transporte y/o logísticos para una compañía. Como solución al problema mencionado se plantea el desarrollo de una aplicación web en la nube, llamada Libot, construida con el framework basado en Python llamado Django, la cual mediante métodos aproximados de optimización y una arquitectura de software bien definida, permita que, a partir del ingreso de datos por parte de las compañías se pueda hacer el correcto procesamiento de los mismos para lograr presentar la planeación de ruteo de los vehículos de distribución eficiente para optimizar su tiempo y otros recursos como gasolina, desgaste del vehículo, entre otros.

solución factible en un tiempo menor a 15 minutos a partir de su ejecución. Para evaluar la calidad de las soluciones del ruteador, este se pone a prueba en dos escenarios reales (día valle y día pico) propuestos por la empresa.

Se proponen tres metaheurísticas (simulado recocido, estrategias evolutivas y algoritmo genético) y una heurística (búsqueda local) las cuales se evaluarán con diferentes parámetros de mutación y cruce para definir cuál es la que tiene el mejor comportamiento para cada uno de los escenarios propuestos.

Para comprobar las restricciones de diseño de la herramienta tecnológica se define una función objetivo la cual se basa en las prioridades y requerimientos de la empresa del caso de estudio, dichas prioridades ordenadas de mayor a menor importancia son: maximizar clientes visitados, cumplir las ventanas de tiempo de los vehículos en la medida de lo posible, minimizar las duraciones de las rutas de los vehículos y minimizar la cantidad de vehículos a utilizar. Además, la aplicación web debe ser capaz de brindar una

Una vez definidos los mejores algoritmos de optimización se comprueba la calidad de estos contra la solución actual propuesta por la empresa. Al realizar la comparación, Libot logra reducir las distancias totales recorridas, y las duraciones calculadas con distancias euclidianas y con Google Maps, reduciendo significati vamente la gasolina consumida por los vehículos y la cantidad de CO2 emitidos. Lo anterior se traduce no solo en una reducción en costos, sino también en un impacto positivo en el medio ambien te, reduciendo la huella de carbono.

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POSGRADOS Programas

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INGENIERÍA DOCTORADO EN Trabajo de Grado

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Reduction of nitrogen oxides in diesel exahuast using dielectric barrier discharges driven by current-mode power supplies

Autora Nini Vanesa Rueda Algarra

Directores Rafael Fernando Díez Medina Hubert Piquet

Con el fin de mejorar el tratamiento de los Óxidos de Nitrógeno NOx utilizando descargas de barrera dieléctrica (DBD), en esta tesis se pre senta una solución a base fuentes de alimentación en modo corriente en lugar del enfoque tradicional en modo voltaje. En un primer mo mento, se propone una fuente de experimentación capaz de entregar pulsos de corriente cuadrados con varios grados de libertad. El dimen sionamiento, análisis con elementos parásitos y diseño de la fuente de alimentación son completamente desarrollados. Con la fuente propuesta, la operación eléctrica del reactor DBD se controla a través de los siguientes grados de libertad: amplitud de corriente, frecuencia y duración de los pulsos, así como el número de pulsos de corriente inyectados y el tiempo de inactividad entre grupos de pulsos. El estudio paramétrico de las condiciones eléctricas y de la composición gas se realiza mediante un banco de pruebas automatizado, que estandari za los experimentos y simplifica la adquisición de datos. Se propone una metodología para el análisis de datos, incluyendo el diagnóstico eléctrico del DBD, el análisis de gases y el procesamiento de imáge nes de la descarga. Los resultados experimentales de las características eléctricas mostraron un papel decisivo del tiempo de inactividad entre pulsos para garantizar un tratamiento de gas uniforme, una descarga distribuida en toda la superficie del reactor y bajas temperaturas. En una mezcla de gases NO/N2 se obtuvieron eficiencias de remoción de hasta el 100%. También se analizó el efecto del O2, el flujo total de gas y la concentración de NO.

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BIOINGENIERÍA MAESTRÍA EN Trabajos de Grado

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Evaluación de las propiedades mecánicas y estructurales de xenoinjertos de tejido esponjoso porcino a partir de recubrimientos de quitosano elaborados por inmersión

Autora

Directores

Daniel Suárez Venegas Diana M. Tabima

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Yuri Tatiana Prieto Cristancho

En la presente investigación, se evaluaron las propiedades mecánicas y estructurales de xenoinjertos de cerdo con recubrimientos de quitosano (CS) a diferentes concentraciones y generados a través del método de inmersión. Para ello se caracterizaron la morfología del poro, la resistencia a la compresión y la microestructura del recu brimiento aplicando diferentes métodos de análisis dentro de los cuales se resalta el protocolo de tinción histológica implementado (aporte original de este trabajo), el cual permitió verificar la solidez y resistencia del recubrimiento sobre las trabéculas tras el proceso decalcificación del hueso Adicionalmente, dentro de los resultados obtenidos tras los ensayos físicos se destaca que los xenoinjertos inmersos en una mayor concentración de CS, presentaron propie dades estructurales similares al tejido óseo esponjoso del cuerpo humano; recuperando e inclusive aumentando los valores de límite elástico, módulo de Young y dureza después de la esterilización del injerto sin ocasionar mayor afectación a las propiedades que describen el potencial de viabilidad celular del andamio.

Por lo anterior, se concluye que el quitosano utilizado como recubri miento en injertos de origen porcino, conduce a una mejora sustancial en la resistencia a la compresión de andamios biológicos expuestos a altas temperaturas, indicando que el uso del biopolímero permite generar xenoinjertos más resistentes con proyección a aplicaciones en regeneración de tejido óseo. Aunque el mismo recubrimiento disminuye el tamaño promedio de poro y la porosidad, estos mismos paráme tros se mantuvieron dentro de los rangos fisiológicos establecidos en la literatura. Esta inferencia, contribuye al planteamiento de futuras investigaciones que permitan evaluar la viabilidad biológica de los injertos aquí elaborados y así mismo establecer nuevas meto dologías para el desarrollo de recubrimientos biológicos y susti tutos óseos basados en quitosano.

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MAESTRÍA EN Trabajos de Grado

INGENIERÍA CIVIL

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Análisis de las desviaciones en tiempo y costo en proyectos de construcción de vías secundarias en colombia, en los últimos diez (10) Años

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Autores

Eduardo José Rojas Romero

Jairo Alberto Peláez Jiménez

Directora

Adriana Gómez

La aplicación práctica del proyecto fue evaluada positivamente por parte de un panel de expertos en MML por medio de un modelo de aceptación tecnológica (TAM), donde los principales beneficios de im plementar dicha solución serían: 1) evitar la malversación de recursos públicos a causa de proyectos mal formulados y 2) optimizar el tiempo y los recursos humanos dentro del proceso de aprobación de los mis mos. Todo lo anterior tendría un impacto positivo, al mejorar la calidad de vida de poblaciones vulnerables.

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Comportamiento mecánico y ductilidad de mezclas de concreto reforzado con fibras de acero de diferente tipo

Autor Juan Camilo Reyes Suárez Director Fabián Lamus

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El concreto es uno de los materiales más utilizados en construcción, esto obedece a sus propiedades mecánicas, en especial, su buena re sistencia a la compresión, la versatilidad que ofrece a la hora de conce bir diferentes formas en los elementos estructurales y la disponibilidad de los materiales que lo componen. Sin embargo, la debilidad del con creto está en su limitada capacidad de soportar esfuerzos de tracción o cortante. Cuando el concreto se “estira” o se “corta” se generan fisuras, que, al propagarse, producen una falla súbita indeseable en ningún tipo de estructura. Esta deficiencia se soluciona agregando acero en for ma de barras y estribos, permitiendo que el acero asuma los esfuerzos de tracción y cortante.

Sin embargo, cuando algún elemento estructural se ve sometido a altas solicitaciones, la cantidad de refuerzo complica el proceso constructivo, impidiendo que el concreto fluya adecuadamente. Para contrarrestar este fenómeno, se pueden incluir fibras de acero, modificando las pro

piedades mecánicas del material y permitiéndole resistir esfuerzos de tracción y cortante. Al aparecer la primera fisura, hay una transferencia de esfuerzos hacia la fibra y, por lo tanto, el material es capaz de sopor tar esfuerzos de tracción y cortante.

En La investigación llevada a cabo en la Pontificia Universidad Javeriana se estudiaron las propiedades del concreto reforzado con fibras de ace ro y la influencia de variables como la cantidad y tipo de fibra, así como la resistencia del concreto. A través de más de 180 ensayos se identi ficó que las variables, en el mismo orden que fueron mencionadas, influenciaron, directa y positivamente, en las propiedades del material, permitiéndole aguantar altos esfuerzos de tracción y confiriéndole una alta capacidad de disipación de energía. Adicionalmente, se pudo iden tificar que el uso de diferentes tipos de fibras en ciertas proporciones potenciaba sus cualidades individuales conformando un material muy deseable para sismoresistencia.

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MAESTRÍA EN Trabajos de Grado

INGENIERÍA INDUSTRIAL

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Modelo multiobjetivo para la toma de decisiones de precios y cantidades a vender, caso empresa del sector automotor

Autores

Erika Tatiana Pinzón Betancourt

Juan Sebastián Villa Monroy

Director

Juan Pablo Caballero Villalobos

Este trabajo consistió en diseñar un modelo matemático de pro gramación multiobjetivo determinístico para la generación de solu ciones factibles que ayudaran a la toma de decisiones estratégicas de la compañía caso de estudio. Esto debido a que el conjunto de problemáticas combinatorias que atañen a una compañía de esta envergadura dificulta las decisiones por parte de los gerentes que dudan en la factibilidad de la sinergia entre las decisiones tomadas por cada área.

En el modelo Los precios y cantidades a vender son las variables para decidir, estas se ajustan y evalúan dentro de las capacidades y costos en cada eslabón de la cadena de suministros global, políticas de la gerencia, capacidades en ventas, importaciones, competiti vidad en precios, cambio de TRM, metas de fábrica, proyecciones del mercado, curvas de demanda, en un marco temporal mensual. todo esto siendo las restricciones que el modelo busca sortear para mejorar objetivos tanto financiaros como de marca proyectando mantener el 10% de participación en el mercado y siendo al menos la quinta marca en ventas.

Dicho modelo matemático se convierte en un artefacto funcional para la empresa, útil para competir en el mercado como factor diferencial de generación de estrategias frente a la competencia, respetando las polí ticas y lineamientos de compañía. El impacto de mayor connotación es abrir la mente a espacios factibles donde se mejore la labor, espacios que existen de solución, pero por la complejidad del ejercicio no eran sencillos de ver, más aún en condiciones atípicas sanitarias del COVID y la actual escasez mundial de chips.

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MAESTRÍA EN Trabajo de Grado

INGENIERÍA DE SISTEMAS Y COMPUTACIÓN

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Prototipo de chatbot para el portal mentes colectivas

Autores

Daniela Paola Beltrán Saavedra

Diego Alejandro Rodríguez Guerrero

Mario Andrés Proaño Navas

Directora

Alexandra Pomares Quimbaya

La salud es un estado de bienestar físico, mental y social, y no sola mente se refiere a la ausencia de afecciones o enfermedades. Aun así, la salud mental sigue siendo una parte descuidada en medio de los esfuerzos mundiales para mejorar la salud en estas áreas emocionales. Por lo general, el acceso a servicios de salud mental a personas que sufren algún tipo de trastorno ha sido limitado; ello se asocia a variables conductuales, sociales y estructurales, pero también a barreras de índole geográfica y financiera. Es por eso que la Pontificia Universidad Javeriana cuenta con un portal llamado Mentes Colectivas el cual es un “espacio de escucha, apoyo y acompañamiento emocional creado por las Facultades de Medicina, Psicología e Ingeniería para colombianos y colombianas mayores de edad”.

Debido a la alta demanda, surge la necesidad de poder ofrecer un primer acompañamiento a los usuarios por medio de un asistente virtual tipo chatbot. Es por esto que CollectMind muestra cómo la inteligencia artificial puede aplicarse para proveer a los usuarios una primera atención, por medio de la clasificación de sus respuestas haciendo uso de cinco categorizadores incluyendo diferentes tipos de procesamiento de texto, el chatbot selecciona un recurso como una primera atención.

Este proyecto a mediano y largo plazo contribuye al aumento de per sonas que acceden a un servicio de salud mental; al ser un asistente virtual, permite que los usuarios con solo tener acceso a internet tengan una conversación con el chatbot el cual otorgará una serie de recursos de acuerdo a sus necesidades. Adicionalmente, al portal de Mentes Colectivas les permitirá realizar un mejor seguimiento a los pacientes.

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Pontificia Universidad Javeriana - Personería Jurídica No. 73 diciembre 12 de 1933 - Institución de Educación Superior sujeta a inspección y vigilancia por el Ministerio de Educación Nacional.