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Proyecto Integrador de Grado: Ingeniería de detalle del Conjunto Residencial Asturias Real
Autores José Alejandro Lozano Lascarro Andrés Felipe Martínez Pinzón Andrey Nicolas Rodríguez Ramírez David Francisco Rincón Pulido Tao Frankcheskoly Tafur Flórez Juan José Herrera Francis Juan Sebastián Ángel Quiroga Andrés Felipe Laverde David Sebastián Becerra Dávila Kathy Valentina Álvarez Sanabria Valentina Niño Aguirre Santiago Ramírez Linares Directores Óscar Mauricio Baquero Hernández Daniel Mauricio Ruiz Valencia Juan Sebastián Gaitán Cardona Janneth Patricia Gil Ibañez Javier Alonso Sierra Galeano Óscar Baquero Ángel Nathaly Triviño León
El equipo de diseño y directivo Navast constructores tuvo como objetivo el diseño, planeación y viabilidad del proyecto Asturias Real, el cual es un conjunto de 4 torres para uso exclusivo de vivienda, ubicado en el sur de la ciudad de Bogotá; por lo cual fue necesario asignar a cada integrante una disciplina en específica para desarrollar el proyecto en múltiples etapas al mismo tiempo, de igual manera fue necesario emplear la nueva metodología BIM que está siendo utilizada mundialmente y en la actualidad está siendo implementada en varios macroproyectos en nuestro país. Además que para cada uno de los integrantes del equipo de Navast fue una experiencia gratificante el enfrentarse a un proyecto de tan alta complejidad dado que permite que cada área tenga una apropiación del conocimiento construido durante la carrera y plasmarlo en un proyecto de tipo real, incluyendo factores sociales, económicos y ambientales, como en este caso el afrontar una construcción de un edificio en medio de una pandemia, adicional a los factores externos, existieron factores internos tales como el trabajo en equipo el cual se manejó por parte de la gerencia de una manera acertada buscando una cooperación mutua entre áreas y así mismo se crearon puentes de comunicación, adaptando al grupo a utilizar la tecnología como un aliado para así tener las instrucciones y metas del proyecto claras. Por último, la gran meta que tenía el equipo era lograr los altos estándares que requerían los evaluadores, objetivo que logro tanto el equipo de diseño como el equipo directivo enfocando las metas en resultados eficientes.
Proyectos de Grado CARRERA DE
ELECTRÓNICA
Sistema para la aceleración de detección de fallas sobre el pavimento en la ciudad de Bogotá
Autores Javier Enrique Huérfano Diaz Diego Alejandro Ramírez Vargas Director Francisco Calderón
La detección de las fallas en los pavimentos de las ciudades es una tarea clave para el mantenimiento oportuno de las vías, lo cual influye en el buen funcionamiento del flujo vehicular y la seguridad en las vías.
Hoy en día en una ciudad cómo Bogotá con una gran extensión geográfica la clasificación y georreferenciación de las fallas se sigue haciendo principalmente de forma manual y es por esta razón que es fundamental contar con un sistema que sea capaz de acelerar este proceso para cubrir grandes áreas en poco tiempo optimizando los recursos invertidos en esta labor.
En el trabajo desarrollado se emplearon técnicas de inteligencia artificial y procesamiento de imágenes para llevar a cabo la identificación de las fallas más comunes en el pavimento. Así como el desarrollo de un hardware embebido para todo el proceso de la captura de la información para la base de datos.
Antena para radar en aplicación de conteo de vehículos
Autores David Eduardo Rojas Sánchez Sergio Andres Rojas Moreno Director Manuel Ricardo Pérez Cerquera
Para aliviar el problema en la movilidad causada por la demanda de transporte y del tránsito vial existen diferentes alternativas basadas en sistemas inteligentes de transporte. Dentro de los requerimientos de estos sistemas, se tiene la detección y monitorización de vehículos y posteriormente, el análisis de datos obtenidos para la toma de decisiones. Por lo anterior, los sistemas de radar han sido utilizados en las principales ciudades como sistema de detección y control de velocidad de alta precisión. Dichos sistemas requieren de una antena que cuente con las características de diseño propias de un radar en el dominio del tiempo. Estos sistemas son los denominados de banda ultra ancha (UWB), y por lo tanto se requiere que las antenas también lo sean.
Las antenas cornetas TEM son las más utilizadas para realizar una medición directa de campos Electromagnéticos transitorios. Dentro de sus características más representativas se encuentran: las bajas pérdidas a través de la guía de onda, la radiación unidireccional, la baja dispersión y la alta ganancia. Teniendo en cuenta dichas características, en este trabajo de grado se diseñan dos antenas cornetas con tecnología Substrate Integrated Waveguide (SIW). El reto principal se presenta en el rango de frecuencia seleccionado, el cual pertenece a la banda K (entre los 18 – 27 GHz) en donde el principal inconveniente se presenta con el acople de impedancias.
Los diseños parten desde el análisis de impedancias del diseño teórico de una antena de este estilo, hasta su optimización logrando dos variantes: una con alimentación Coaxial y la segunda con una alimentación de tipo Grounded Coplanar Waveguide (GCPW). Al implementar las antenas propuestas en un sistema de radar a 24 GHz se espera obtener una respuesta de gran precisión en la detección de vehículos haciendo uso de la teoría que involucra el efecto Doppler.
Autores Andrea Juliana Ruiz Gómez Pedro Eli Ruíz Zarate Director Francisco Calderón
El proyecto de grado se titula Sistema de Entrenamiento y Evaluación de Algoritmos de Segmentación de Objetos usando Redes Neuronales Convolucionales; en este proyecto se presentan dos contribuciones 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 presencia de supervisores para validar la trayectoria sugerida por los algoritmos de navegación.
El proyecto se desarrolló en dos etapas; 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 desempeño se presenta error menor al 3%. Además, en la evaluación del desempeño de las redes neuronales convolucionales se presenta un error inferior al 5 %.
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®.
Sistema de control para rehabilitación inteligente y progresiva en terapias de rehabilitación articular de la mano por medio de un exoesqueleto robótico
Autoras Manuela Bravo Soto Stephany Paola Bonilla Montero Director Julian Colorado
Los accidentes cerebrovasculares (ACV) son uno de los problemas de salud pública más importantes que causan discapacidad motora. Las terapias de rehabilitación con repetición de movimientos fiables permiten la recuperación gradual de la movilidad. Este trabajo propone un sistema de control adaptativo predictivo para compensar los efectos del esfuerzo muscular en la rehabilitación articular de la mano, mediante un exoesqueleto robótico. Para este propósito, se utilizó una base de datos de señales electromiográficas (EMG) de pacientes que sufrieron accidentes cerebrovasculares, para determinar la trayectoria articular de la terapia y la velocidad controlada por el exoesqueleto según tres niveles de esfuerzo muscular. Las múltiples entradas utilizadas permitieron una precisión sobresaliente en el seguimiento además de dar asistencia activa cuando se requiera, mientras el paciente cumple con el ejercicio de la terapia, superando esquemas de control en términos de seguimiento.
El trabajo está dividido en cuatro etapas: i) El desarrollo del modelo dinámico del exoesqueleto robótico mediante la formulación de Newton-Euler. ii) La selección de la configuración de control en lazo cerrado para la implementación de una técnica de control adaptativa predictiva. iii) La sintonización de los parámetros de control bajo simulación, a partir del modelo dinámico del exoesqueleto y una base de datos con la información de fatiga muscular provenientes de las señales EMG. iv) La validación del funcionamiento del sistema de control por medio de un protocolo de pruebas experimentales a partir de la base de datos referente a la fatiga muscular y el prototipo de exoesqueleto sobre un dedo de la mano. Dicho trabajo tuvo como resultado la aceptación de un paper como contribución a RehabWeek - International Consortium for Rehabilitation Robotics 2021.
Súper-resolución espacial de campos de luz a partir de redes neuronales entrenadas con campos de luz de alta resolución espacial capturados con una cámara plenóptica
Autores María Fernanda Hernández Baena Juan Felipe Jaramillo Hernandez Director Francisco Calderón
De cara a esta nueva década, con la convergencia de nuevas tecnologías como la inteligencia artificial, la robótica y los sensores, la ciencia moderna liderará una transformación global extraordinaria en cada economía que encenderá el mundo globalizado, permitiendo a la humanidad afrontar retos que eran imposibles de hace unos años. A medida que crece la tecnología, también crece la población humana, lo que aumenta la necesidad de desarrollar e implementar estrategias científico-tecnológicas para mejorar las variedades agrícolas con el fin de contribuir a la seguridad alimentaria y la producción sostenible en todo el mundo. Nuevos macroproyectos pueden ayudar a este fin desarrollando plataformas de bajo costo para fenotipado multiescala que miden y cuantifican las variables que afectan la respuesta de los cultivos al medio ambiente. La tecnología de campo de luz puede ser el medio para adquirir en tiempo real la información de campo sobre las características fisiológicas de los cultivos a través de la estimación de profundidad en las escenas 3D sintetizadas en los campos de luz, en línea con lo anterior este trabajo introduce un pipeline para aplicar una técnica de superresolución angular basada en el estado del arte, sobre campos de luz de baja resolución angular capturados con una cámara plenóptica afocal, el método propuesto se centra en superresolver la resolución espacial de cada matriz de píxeles compuesta por las perspectivas angulares de cada punto espacial en el campo de luz. Además, se hace una comparación con las interpolaciones tradicionales de bajo costo, como la interpolación de vecino más cercano, bicúbica e interpolación de Lanczos, siendo el modelo propuesto el que muestra mejores resultados en la relación señal a ruido evaluada entre las imágenes originales de sub-apertura del campo de luz y las imágenes de sub-apertura sintetizadas de los campos de luz angulares superresueltos de un conjunto de datos de validación construido con campos de luz capturados en plantas por una cámara plenóptica afocal de primera generación.
Dispositivo vestible para la adquisición y monitoreo de la frecuencia respiratoria en personas para prevenir el diagnóstico tardío de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC
Autor Juan Manuel Aya Perlaza Director Margarita Narducci
El trabajo de grado consta de un dispositivo vestible que, enmarcado en unas gafas, es capaz de medir y monitorear la frecuencia respiratoria directamente desde la superficie de la nariz mediante un micrófono MEMS. El dispositivo procesa los datos, calcula dicha variable biométrica y luego envía toda la información vía Bluetooth a cualquier dispositivo celular Android, donde se implementó también una app que permite ver gráficamente la señal respiratoria y la frecuencia calculada en tiempo real. También cuenta con una alarma en caso de que dicha frecuencia respiratoria se encuentre por fuera del rango considerado normal (12-20 respiraciones por minuto). El objetivo de este proyecto era poder relacionar la frecuencia respiratoria con la incidencia de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC, ya que esta es una afección que, por lo general, se diagnostica en una etapa tardía. Es así como surge la idea de diseñar un dispositivo vestible, de uso regular, que permita obtener el estado de la salud respiratoria mediante su frecuencia y, en caso de ser anómalo, notificar al usuario para que pueda tomarse los respectivos exámenes.
Al concluir el proyecto, se determinó que a pesar de no poder diagnosticar la EPOC exclusivamente a partir de esta frecuencia, sí es posible relacionar valores anómalos con problemas en la salud respiratoria, ya sea por EPOC o por tras afecciones.
Otro posible uso del dispositivo sería en deportes que permitan el uso de gafas, ya que se podría monitorear esta importante variable para dichos deportistas. Un ejemplo es el ciclismo, donde resulta muy importante poder controlar la respiración para aumentar la fuerza y la resistencia de los músculos respiratorios, mantener más tiempo el aire inspirado en los pulmones y aprovechar mejor el oxígeno para tener menos cansancio pulmonar y físico.
Cargador de baterías de iones de litio a partir de módulos solares fotovoltaicos para sistema de almacenamiento de energía
Autores Santiago Ospina Vargas Ivan Felipe Caro Lemus Directores Rafael Fernando Diez Medina Gabriel Perilla Galindo
Con el objetivo de lograr una mejor eficiencia y confiabilidad del servicio de distribución de electricidad, el uso e integración de diferentes tecnologías, como paneles solares y baterías de alta capacidad, aparece como una alternativa en los sistemas de conversión de energía para los consumidores conectados a la red. El almacenamiento de energía equilibra las fluctuaciones en el suministro y satisface la creciente demanda de electricidad. Para requisitos de corta duración, el almacenamiento de la batería puede generar control de frecuencia y estabilidad, y para requisitos de mayor duración puede generar reservas o gestión de energía.
En este sentido, uno de los elementos clave del sistema es un convertidor de cargador de batería que permite almacenar energía desde una entrada de panel solar. Debido al comportamiento de la producción de energía solar fotovoltaica, es importante recordar que la producción de energía no es constante y solo está disponible durante el día, es necesario implementar un convertidor DC/DC para obtener el punto de máxima potencia (MPPT) del panel solar y suministrarles corriente a las baterías mientras haya suficiente energía y cargarlas a su máxima capacidad.
Se realizó el diseño e implementación de un sistema de cargador de baterías ion de litio (Li-ion) con un voltaje nominal de 48 V y 25 Ah usando un panel solar de 270 Wp y se utilizó un microcontrolador para programar un controlador MPPT. En este trabajo de grado se logró realizar pruebas con el panel solar para comprobar el funcionamiento del convertidor en un ambiente real y visualizar las diferentes etapas de carga de la batería.
Autores Juan Sebastián Sánchez Acevedo Óscar Geovanny Baracaldo Salazar Director Jeilson Bravo González
En Colombia existen zonas en las que, por infortunios estructurales, aún no se cuentan con la calidad suficiente de uno de los recursos mas importantes para la supervivencia del ser humano: el agua. El sistema denominado ‘Planta de tratamiento de agua para estados de emergencia y crisis sanitaria’ busca ser una solución económica, práctica y de fácil acceso para aquellas comunidades que vivencien en sus territorios esta problemática.
La planta es un sistema que se adapta a condiciones extremas buscando la integración de tres importantes ramas de la ingeniería electrónica; automatización de procesos, energías renovables y manejo de datos. L’qua es un dispositivo de tratamiento portátil capaz de mejorar parámetros fundamentales en el agua; como lo son la turbidez y la conductividad; factores importantes en el color, olor y sabor del agua mediante dos sistemas de filtrado mecánicos y un filtro ultravioleta.
Este es un sistema integrado autónomo, el cual, mediante una serie de sensores ubicados de forma estratégica, nos brinda información en tiempo real por medio de su aplicación móvil. Esta permite realizar el control de la ruta de flujo, tanto por el sistema principal como el sistema auxiliar de filtrado, contribuyendo a entregar agua de mejor calidad. Nuestro equipo cree fiel mente que no debemos esperar a que el pozo este seco para saber el valor del agua.
Enlace video promocional: https://www.youtube.com/watch?v=MSSBJKAgDkU
Proyectos de Grado CARRERA DE
INGENIERÍA DE INDUSTRIAL
