Ingeniería Mecatrónica

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Sistema mecatrónico para el monitoreo de plantas vegetales ubicadas en campo e identificadas como un activo digital

Cock Ramírez, Jorge Andres | 2022

RESUMEN: La trazabilidad de un recurso es una propiedad deseada y en algunos casos una prioridad para gran número de cultivos agrícolas. Dejando de lado la naturaleza perecedera de estos activos, llevar un seguimiento detallado de la producción entrega un entendimiento útil sobre los procesos que se ejecutan. Este es el caso no solo de un país como Colombia sino en general para casi cualquier lugar donde se desempeñen este tipo de actividades. Existen algunos cultivos en particular donde es importante medir con mayor precisión la cantidad sobreviviente de plantas e incluso frutas y demás componentes vegetales que hacen de producto para la principal actividad que la empresa o la sociedad en particular desarrollen, ejemplos de esto pueden ser los tulipanes, cuya producción en Colombia fue equiparable con Holanda para el año 2018 (Ladino, 2018) y las orquídeas que tuvieron una dominancia alta dentro de la capacidad de exportación durante el periodo de 2020. (Labrador, 2020) Otro detalle valioso es la venta de flores a través de plataformas web, alcanzando máximos en el año 2021 con destino a Corea del Sur. (Bello et al., 2021) Es posible establecer un sistema basado en tecnologías disruptivas de la industria 4.0 como lo son la Cadena de Bloques (Blockchain) y los dispositivos utilizados para el Internet de las Cosas (IoT) de modo que permita aumentar la trazabilidad de un recurso en particular representado directamente de forma segura y transable como un activo digital. (Ferrag et al., 2020) Este documento propone un sistema que podrá ayudar a diferentes cultivos del sector agrícola a llevar la trazabilidad de una determinada especie, que en principio se plantea para especies de flores donde se requiera tener especial seguimiento sobre el comportamiento de las flores, prestándose para otros casos de uso que se exploran al final del documento. Se diseña y construye un prototipo que integrando estas tecnologías consigue tomar datos directamente en campo y llevarlos directamente a un formato de activo digital conocido como token no fungible (NFT), es decir, registros únicos en la Blockchain. Obteniendo además recompensas monetarias durante el proceso en un acto conocido como minería, abriendo las puertas a la conocida web 3.0,(Chun-Ting et al., 2020) tecnologías descentralizadas que prometen y tienen el potencial para convertirse en sistemas transparentes para la gestión de la información. (Nguyen et al., 2020) De este modo se integra una solución inalámbrica para altas áreas de cobertura que podrá aumentar la fiabilidad a la hora de adquirir y estudiar la producción agrícola en determinado sector. El diseño sigue algunos de los lineamientos que tiene la metodología de Ulrich sobre diseño conceptual para cada subsistema. Este documento presenta el diseño y la construcción de un prototipo para un sistema que involucra la adquisición y monitoreo de datos para un conjunto de plantas vegetales, este sistema presenta la innovación del uso de Blockchain para la representación de cada planta como un activo digital, esto con el fin de explorar los potenciales casos de uso que puede tener dicha tecnología en el sector agrícola, tomando en cuenta consideraciones del contexto nacional colombiano. El sistema se encuentra integrado por un conjunto de soluciones basadas en dispositivos IoT utilizando transferencia inalámbrica de datos para largo alcance tal como redes LoRaWAN, las cuales son compatibles con una Blockchain en particular llamada Helium.

Sistema de recuperación de la energía cinética y potencial generadas por la actividad humana del desplazamiento físico

Cock Ramírez, Jorge Andrés | 2022

RESUMEN: En la actualidad existen diferentes métodos para la generación de energía eléctrica, como lo son centrales nucleares, hidroeléctricas, o la quema de combustibles fósiles, siendo estas las más conocidas y utilizadas, pero también las más contaminantes y responsables en gran medida del cambio climático y efecto invernadero, por esta razón es imprescindible encontrar nuevos métodos que permitan generar energía de una manera más limpia, y para esto es necesario saber que en nuestras actividades diarias como caminar, dormir, respirar y demás, existen energías que se pierden, lo cual es el punto de partida para el presente trabajo, el cual se enfoca concretamente en la recolección de la energía que se genera al caminar gracias a la fuerza y vibración que se produce al tocar el suelo en cada paso. Para lograr lo mencionado será necesario diseñar y construir un dispositivo, el cual permita recolectar dicha energía, en el caso específico de este trabajo, esto será posible gracias a sensores piezoeléctricos, los cuales tienen la propiedad de captar diferencias de voltaje a partir de vibraciones. Para esto será necesario elegir un piezoeléctrico apropiado para la captación de energía, además de una estructura que aproveche al máximo las vibraciones producidas por las personas al caminar.

Implementación de estrategias de control avanzado basadas en MPC para tomar decisiones sobre el uso eficiente de la energía fotovoltaica en la Universidad EIA.

Giraldo Vásquez, Mario Alejandro | 2022

RESUMEN: En este trabajo de grado se proponen dos estrategias de control predictivo basado en modelo o Model Predictive Control (MPC) para evaluar el comportamiento de la microrred instalada en la EIA para diferentes escenarios de cargas resistivas, agregando un índice de evaluación del consumo de energía como criterio de gestión energética. El objetivo de control del MPC es manipular el convertidor elevador de voltaje para la implementación de un seguimiento del punto de máxima potencia «Maximum Power Point Tracking» (MPPT). En términos generales, el MPPT es el encargado de permitir que el arreglo fotovoltaico entregue a la carga su máxima potencia ante los diferentes cambios del entorno. En una conexión del sistema fotovoltaico fuera de la red «off grid», el MPPT es la interfaz entre el módulo solar, el banco de almacenamiento de energía y el inversor. En este sentido, se proponen dos estrategias para el seguimiento de máxima potencia: la primera, conocida en la literatura como Perturbar y Observar (P&O), y la segunda, una técnica basada en control predictivo, que en su respectiva sección se presentará la comparación en desempeño de ambas. Las estrategias de control se implementan en un modelo detallado de la microrred instalada en la Universidad EIA, sede Palmas, el cual fue elaborado en Simulink. Este sistema modelado se probó en condiciones ideales contante (STC) y en condiciones variables reales de irradiancia, en ambos casos la simulación de los paneles en Simulink se comparó con la generación real, lo cual arrojó buenos resultados, demostrando así, que se tiene un comportamiento similar a los paneles instalados en la EIA.

Banco de prueba solar fotovoltaico para el desarrollo de competencias académicas en energías renovables

Giraldo Vásquez, Mario Alejandro | 2022

RESUMEN: El presente trabajo de grado plantea la construcción de un banco de prueba solar que incentive el desarrollo de conocimientos en el área de energías renovables a los estudiantes de la Universidad EIA, con el fin de generar una relación con el funcionamiento de las instalaciones de energía solar fotovoltaica de un sistema aislado, ya que un banco de prueba solar permite experimentar y comprobar el funcionamiento de paneles solares y toda la teoría que estos llevan por detrás, además profundizar aquellos aprendizajes mediante el desarrollo de prácticas de laboratorio. El banco de prueba solar pretende brindar un entorno a controlar por los estudiantes con el propósito de que comprueben el funcionamiento de los diferentes componentes que conforman un banco de prueba solar y así desarrollen competencias en el área a fin para que puedan generar futuros proyectos de cara al desarrollo energético del país. Por medio del desarrollo de encuestas a expertos del área de interés (energía renovable), se reconocieron aquellas competencias necesarias para determinar los parámetros necesarios para el buen desarrollo del banco de prueba solar y cumplimiento de aquellas características pedagógicas y técnicas que logren despertar el interés de los estudiantes, posteriormente, se identificaron los diferentes modos de operación que puede tener un banco de prueba solar fotovoltaico, entre los cuales se encuentran las convenciones de serie, paralelo y mixta; además de reconocer las variaciones que presenta el sombreado en la recepción de energía que captan los paneles solares en la Universidad EIA; para finalmente construir un banco de prueba solar que cumple con todas las características mencionadas anteriormente y el desarrollo de un manual en el cual los estudiantes pueden aprender el desarrollo de un sistema solar fotovoltaico aislado y el funcionamiento de sus componentes.

Desarrollo de un prototipo de celda de combustible microbiano para la generación de energía eléctrica.

Puerta Echandía, Alejandro | 2022

RESUMEN: El auge de las energías alternativas y sus aplicaciones en los sistemas circulares nos lleva a su mayor investigación y desarrollo, buscando conseguir un mundo más sostenible. En este trabajo de grado se propone el diseño de un prototipo de celda de combustible microbiano (CCM) para la generación de energía, utilizando un ambiente anaeróbico el cual proporcione el entorno ideal para que los exoelectrógenos (microorganismos electroquímicamente activos) puedan descomponer la materia orgánica del sustrato y recolectar los electrones libres del proceso de descomposición, con el objetivo de aprovecharlos como energía eléctrica. Basándonos en los trabajos e investigación del Logan Research Group, se realizó el diseño de una CCM capaz de medir las variables internas y externas que afectan la producción de energía eléctrica, como lo son la temperatura, la humedad y el pH. Por medio del diseño mecatrónico y la toma, procesamiento y envío de datos con ayuda de las nuevas tecnologías del internet de las cosas, conseguiremos medir el voltaje, temperatura, humedad y pH en la experimentación con la celda, y vislumbrar su futuro desempeño en el tratamiento de aguas residuales, como una alternativa viable para este sector y un potencial campo de investigación para la Universidad EIA.

Diseño e implementación de un Robot delta de 3 grados de libertad

Rozo Osorio, David | 2022

RESUMEN: Se realiza un proceso de diseño basado en la metodología de Dieter para implementar un robot delta de 3 grados de libertad con el fin de plantear las bases de futuros estudios entorno a robótica paralela que puedan derivar en apoyar procesos industriales con avances hechos en Colombia, como resultado se deja una plataforma robótica al servicio de la comunidad Universitaria para actividades académicas y de investigación

Sistema de generación predictivo de acompañamiento sonoro (banda sonora) para medios audiovisuales.

Puerta Echandía, Alejandro | 2022

RESUMEN: El presente trabajo de grado plantea el de un modelo neuronal aplicado a un sistema embebido capaz de generar una banda sonora según la información visual capturada por el dispositivo. Esto se justifica en la necesidad de facilitar la producción de medios audiovisuales, pues la congruencia de los contextos auditivos y visuales de la multimedia tienen un efecto directo en la percepción de estos medios. Los estímulos sonoros afectan de forma directa la percepción que se tiene sobre el ambiente y las situaciones; sean estos en forma de pistas musicales, canciones o incluso frecuencias acústicas, tienen la capacidad de potenciar emociones, o incluso, en caso de ser necesario, suprimirlas o remplazarlas por otras. Dicho esto, la necesidad de un sistema con las especificaciones descritas en este proyecto cobra sentido. El proceso a seguir consta de proponer una metodología para la extracción de información útil tanto del campo visual como sonoro, para entrenar un modelo neuronal capaz de producir estímulos auditivos en la forma de una banda sonora. Posteriormente se plantean una serie de métodos de aplicación de dichos modelos a sistemas embebidos que se encargarán de capturar la información visual requerida para la producción acústica planteada.

Diseño de un sistema de visión artificial para la identificación de camas de siembra vacías en un entorno controlado

Puerta Echandia, Alejandro | 2022

RESUMEN: El siguiente trabajo muestra el diseño y desarrollo de un sistema de detección de espacios vacíos en las camas de siembra de la empresa Flores el Trigal, este trabajo detalla el planteamiento del problema y la metodología implementada en el proceso de desarrollo. En la empresa Flores el Trigal se lleva a cabo el cultivo de varios tipos de flores, entre estos está el Pompón, la cual es la flor de interés en este trabajo de grado, sucede que en el proceso de cultivo se llegan a presentar diversas perdidas en los esquejes, este fenómeno se debe a que en algunos casos no se llegan a sembrar todos los esquejes, o el proceso de siembre no se lleva a cabo de la manera adecuada. Para dar solución a este problema se propuso la implementación de un sistema de visión artificial el cual pueda realizar la detección de estas zonas que quedan sin sembrar, el cumplimiento de este sistema es posible implementando una Raspberry Pi 3B+. El desarrollo metodológico se realiza implementado la estructura expuesta por Karl T Ulrich, en esta se detalla el proceso de construcción que se llevó a cabo en la fabricación de la estructura y del modelo implementado que ofrece la red neuronal Yolo y Custom Vision, por medio de estas dos herramientas es posible realizar el reconocimiento de las variables designadas como Pompón, Espacio y Fallo, adicional a esto se utiliza la técnica de procesamiento digital de imágenes, implementando la librería OpenCV de Python. Estas técnicas permiten identificar las variables anteriormente nombradas, estas variables se obtienen a partir de un modelo entrenado, el cual cuenta con un porcentaje de desempeño y acierto, estos modelos se sujetan a comparación para elegir el modelo que va a ser implementado en el sistema Raspberry Pi 3B+, el cual permitirá la detección en campo.

Prototipo de un sistema mixto solar, hidráulico y eólico portable para almacenamiento de energía a baja tensión

Córdoba Morales, Jorge Hernán | 2022

RESUMEN: Colombia es un país mega diverso que cuenta con una gran cantidad de recursos renovables para potenciar el sector energético. Contando con un gran porcentaje para el aprovechamiento de la energía del sol, el viento y las fuentes hidrográficas, más de la mitad del territorio colombiano no se encuentra conectado al SIN. Además, muchas áreas protegidas que se encuentran en ZNI, anualmente reciben miles de visitantes que no tienen la posibilidad de tener un acceso mínimo a la necesidad de comunicarse, incluyendo a los locales. Debido a esta necesidad, se piensa como solución implementar un dispositivo que sea capaz de aprovechar el recurso a su disposición (Agua, viento o radiación solar) para poder almacenar energía para su uso posterior. Este dispositivo solución fue un generador eólico-hidráulico-solar que permite almacenar la energía en un banco de baterías. La metodología planteada para el diseño, fabricación y verificación consta en obtener las especificaciones de diseño para evaluar distintos conceptos de solución con el fin de seleccionar los componentes necesarios para su fabricación, esto se hizo aplicando la metodología de diseño de producto de Ulrich en la cual se realizó un diseño de concepto, uno de detalle y se verificó el funcionamiento del prototipo fabricado. Como resultado de este trabajo obtuvimos un generador híbrido con capacidad de almacenar la energía, entregando una diferencia de potencial de 5 voltios y una potencia mínima de 3 watts, para cargar dispositivos que cuente con una conexión USB-A universal.

Diseño de una celda de generación de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua

Rincón Gil, Edgar Virgilio | 2022

RESUMEN: La transición hacia energías renovables es una de las metas de la humanidad como respuesta a los graves problemas ambientales causados por los grandes requerimientos de energía que aún siguen creciendo. Es necesario entonces que las tecnologías que aprovechan la energía "inagotable" proveniente de fuentes como del sol se desarrollen a mayor velocidad y en mayor medida en todos los países para suplir estos requerimientos, sin embargo, a la hora de ver a la energía renovable como un sustituto de los combustibles fósiles una gran limitante es la tecnología de almacenamiento. La propuesta que seguirá el presente trabajo de grado será desarrollar una celda de electrolisis apoyándose en la asistencia por temperatura y en las energías verdes, para utilizar el hidrógeno como vector energético de las energías renovables. Para ello se presenta un procedimiento donde se realiza primero la identificación de los requerimientos del modelo, las variables que intervienen y diseños existentes de proyectos similares en el mundo. Segundo un diseño conceptual, aplicando metodologías para una correcta determinación de lo que se espera del producto. Tercero un diseño de detalle donde se plasman las ideas planteadas en el ítem anterior y se llega a un modelo más cercano al real. Por cuarto y último con todas las bases anteriores se procede a la elaboración del modelo, como un prototipo funcional. Uno de los resultados esperados es alcanzar una producción de los gases de Hidrógeno/Oxígeno en base a un litro de agua por día, esto junto a la búsqueda de mejorar su eficiencia con un monitoreo constante de la temperatura que nos indique los rangos de trabajo óptimos, a temperaturas medias.

Cámara de germinación para plantas ornamentales. Caso Impatiens Walleriana

Núñez López, Juan David | 2022

RESUMEN: En el contexto actual se vive un `boom' en torno a la investigación de nuevas formas para producción alimentos, debido a factores tan diversos como a su creciente costo, el mantenimiento de la tierra y el transporte por largas distancias, entre otros. Colombia, como muchas naciones, no está exenta de esta situación, pues, su población campesina afronta grandes dificultades para desarrollar sus actividades productivas de manera rentable, además, existen problemas administrativos y sociales que han creado zonas de alta pobreza donde no se tiene fácil acceso a comestibles. Es por ello, por lo que este proyecto busca desarrollar una cámara de germinación que permita el cultivo de plantas, en este caso, se harán las pruebas con la Impatiens Walleriana, se espera que pueda ser implementado en cualquier lugar, como un primer paso en la búsqueda de una solución a esta problemática, se planteó como objetivo que se pueda cultivar la Impatiens Walleriana, una planta ornamental, cuyos cuidados son generales y ofrecen un primer modelo que se pueda seguir desarrollando en un futuro. Por lo anterior, en este documento se presenta el desarrollo de un sistema que apoyado por tecnologías que facilitan la germinación y el cuidado de plantas ornamentales, teniendo como caso de estudio a la Impatiens Walleriana, esto, en un entorno cuyas variables ambientales sean controladas. El diseño se proyecta con base en la metodología de Dieter y Schmidt (2013), el proceso se presenta de los capítulos 2 al 6 y en el que se engloban los objetivos para alcanzar un prototipo funcional que pueda ponerse a prueba con plantas reales.

Sistema de teleoperación para robots de configuración rotacional

Puerta Echandía, Alejandro | 2022

RESUMEN: En la actualidad, el uso y las aplicaciones de robots industriales ha aumentado considerablemente dando cabida a la búsqueda de alternativas para el control y la programación de los mismos. En ocasiones, la presencialidad aumenta los costos, riesgos y tiempos de desplazamiento requeridos para la programación y el control de los robots, como sucede en la Universidad EIA, la cual cuenta con un robot SCARA y un ABB IRB 140 para el proceso de aprendizaje de los estudiantes, estos no cuentan con métodos de conexión remota y además se encuentran en desuso, generando que su proceso de innovación y mejora se encuentre detenido. El desarrollo de este proyecto se planteó mediante la metodología de diseño de Karl T. Ulrich, en el cual, mediante un sistema de pasos estructurados de diseño, se creó un método para el control de acceso remoto para el robot SCARA, una interfaz gráfica para la interacción de un usuario y un sistema de pruebas para verificar la llegada y funcionamiento de los comandos que se han enviado remotamente, además de un primer acercamiento a la implementación de este sistema en plataformas ABB el cual se muestra en los anexos del documento. Mediante la implementación de este sistema de teleoperación se ayuda a eliminar las barreras geográficas de los laboratorios universitarios convencionales y se amplía el acceso a las herramientas de aplicación del conocimiento para que la comunidad académica pueda implementarlas en la industria colombiana.

Diseño y construcción de un dispositivo Quadrotor open-source para el desarrollo de prácticas de laboratorio en la Universidad EIA

Carrillo Lindado, Henry David | 2022

RESUMEN: En este trabajo se presenta el diseño y construcción de un prototipo Quadrotor y una primera aproximación de su sistema de control basado en software open-source, para el uso de estudiantes en sus prácticas de laboratorio, presentando su modelación matemática para 6DOF y un sistema de control implementado mediante el modelo teórico en dos grados de libertad Pitch y Roll, para el cual se usa como unidad de procesamiento el microcontrolador Teensy 4.0 en conjunto de una unidad inercial BNO055 que permite la obtención de ángulos de Euler y la orientación del dispositivo en quaterniones para futuras implementaciones. Previo a la construcción del quadrotor se desarrolla la metodología de diseño propuesta por George E. Dieter y Linda C. Schmidt, mediante una identificación de necesidades, uso de herramientas como PDS, casas de la calidad, matriz morfológica y matrices de PUGH, que ayudarán a escoger los debidos materiales y componentes para la construcción del dispositivo, adicionalmente se describe la cinemática y dinámica del multirotor, siendo esta última desarrollada mediante la formulación de Newton-Euler. El modelo de entrada y salida del quadrotor para la implementación de una estrategia de control fue hallada de forma teórica haciendo uso del modelo dinámico, posteriormente el cálculo del coeficiente de empuje de los rotores se realizó empíricamente realizando una aproximación lineal del mismo, mediante la toma de datos del empuje en diferentes valores de la señal de control. El controlador implementado para el acercamiento del sistema de control será un control PID por ganancia fija. Este controlador fue sintonizado mediante el modelo de entrada y salida con simplificación de dos grados de libertad en sus ángulos Pitch y Roll, aprovechando la capacidad de desacoplo de ángulos que proporciona la aproximación de ángulos pequeños, trabajando como sistema SISO (Single Input, Single Output) cada ángulo. La implementación del sistema de control y el sistema de interacción con el dispositivo (interfaz gráfica), se desarrolló de tal modo que cualquier persona pueda acceder a este (código abierto). Lo anterior, mediante la IDE Arduino con código C++ y Python 3.10.4, proporcionando plantillas de control para los estudiantes. Por último, se realizan pruebas de funcionamiento y análisis de respuesta del sistema de control implementado, además se proponen guías de laboratorio para desarrollar el planteamiento del sistema de control.

Diseño de sistema mecatrónico para evaluación de calidad de polietileno de alta densidad reciclado caso: Soliplast S.A.

González Acevedo, Juan José | 2022

RESUMEN: Soliplast S.A. es una compañía perteneciente al sector industrial de transformación del plástico, su central se encuentra en la ciudad de Bucaramanga, Santander, Colombia. Su actividad principal es la producción de estibas y pisos plásticos para el transporte y almacenamiento de mercancías. El polietileno de alta densidad (PEAD) es el material principal que constituye la estiba que se mezcla en diferentes proporciones según las características requeridas por el usuario con el PEAD virgen en forma de pellets y con PEAD reciclado. Este último requiere ser identificado correctamente para asegurar la calidad del material y así evitar ingresar al proceso productivo elementos con contaminantes, que puedan ser dañinos para el proceso o que comprometan las características mecánicas de las estibas, proceso que hace actualmente de manera manual y sin mediciones reales de variables. De manera que el reconocimiento sistemático y regular de las materias primas de una empresa es el pilar de la línea productiva que determina la calidad del producto terminado y que este cumpla con los requerimientos del usuario incluso antes que el proceso de producción haya comenzado. De este modo, queriendo aportar a los objetivos de calidad de la empresa Soliplast S.A y a la tecnificación de la industria colombiana, este proyecto de grado describirá el diseño, desarrollo y construcción de un sistema de reconocimiento de polietileno de alta densidad reciclado para la producción de estibas plásticas obteniendo como resultado final un prototipo que permite la medición de densidad de probetas y una plataforma web que permite registrar todos los valores medidos por los sensores, registrar información sobre la probeta y realizar cálculos estadísticos para la clasificación de cada probeta ingresada.

Sistema dual termoeléctrico-fotovoltaico para generar energía eléctrica por concentración de radiación solar

Restrepo Montoya, José William | 2022

RESUMEN: A lo largo de los últimos años el aumento del consumo de la energía eléctrica y el impacto ambiental que conlleva su generación por medio de fuentes no renovables tales como combustibles fósiles, ha establecido como objetivo de gran importancia el desarrollo de nuevas tecnologías para la generación de energía a partir de fuentes renovables no convencionales. Este trabajo de grado, con el fin de ofrecer una alternativa de generación de energía a través de fuentes de energía renovables no convencionales, muestra el desarrollo de un sistema dual termoeléctrico-fotovoltaico donde se concentra la radiación solar, por medio de un lente Fresnel, hacia una celda solar que produce energía eléctrica a partir del efecto fotoeléctrico. Como resultado de ese proceso de conversión de fotones a energía eléctrica se genera un calentamiento del semiconductor el cual es transmitido a una de las caras de la celda Peltier que, con un disipador de aluminio de aletas que está en contacto con agua adherido a su otra cara, hace uso del efecto Seebeck que corresponde a la generación de energía eléctrica a partir de una diferencia de temperaturas entre las caras de la celda. Con el objetivo de poner a prueba el sistema dual en condiciones fijas y poder realizar las mediciones respectivas, se realizó un montaje de laboratorio que simula la radiación solar usando una bombilla incandescente de bulbo que abarca un amplio rango del espectro de luz que ofrece el sol. Sumado a ello, se construyeron dos prototipos con las mismas características del sistema dual; con la excepción de que cada uno cuenta con una celda individual (Peltier y fotovoltaica) para ponerlas a prueba con las mismas condiciones de laboratorio, esto con el fin de tener como referencia estos datos y poder determinar si el sistema dual es más eficiente y productivo que los sistemas por aparte y así poder concluir que la celda fotovoltaica aumenta su eficiencia y vida útil al disminuir su temperatura de operación, mientras que por el contrario la celda Peltier no alcanza a una considerable generación de energía eléctrica debido a que el delta de temperatura entre sus caras no es lo suficientemente grande.

Adquisición y Serialización de Datos con ADC de Alta Velocidad Mediante FPGA

Rincón Gil, Edgar | 2022

RESUMEN: Como consecuencia del rápido crecimiento en el desarrollo tecnológico en las últimas décadas, múltiples aplicaciones han encontrado una apertura a diversos campos que antes eran temas soñados por las limitantes que presentaban. Con el aumento de dispositivos que desafían a la ley de Moore, y la implementación de compuertas lógicas cada vez más pequeñas, aparece una nueva necesidad: el desarrollo de sistemas capaces de operar en forma exitosa con estas nuevas condiciones para adquirir y transmitir datos. En respuesta a esto, surgen los conversores análogo-digitales de altas velocidades, capaces de tomar datos y transformarlos en elementos lógicos para que puedan ser empleados mediante computadores y demás a través del uso de velocidades exorbitantes; y también otros dispositivos, como los Analog Front-End o AFE, los cuales ya cuentan con todo el sistema de adquisición preparado para que un ADC interno haga sus funciones. Esta propuesta de trabajo de grado busca abordar el requerimiento de la serialización de datos provenientes de estos conversores, cuyos relojes de operación cuentan con altas frecuencias, mediante el uso de una FPGA (requerimiento que ha sido planteado tanto en proyectos de mayor escala como el estudio de Neutrinos en el Deep Underground Neutrino Experiment DUNE, o de menor escala, como la medición de los efectos magneto-ópticos en superficies magnetizadas, conocido como MOKE) a fin de garantizar el envío de la información obtenida hasta un dispositivo electrónico que pueda leerlo y almacenarlo para un posterior estudio, permitiendo la generación de nuevo conocimiento y/o dar solución a planteamientos actualmente poco explorados. Se empleará la metodología de diseño presentada por George Dieter en el año 2012 en sinergia con la metodología Bottom-Up para creación de circuitos, planteando como objetivo la generación de un producto, más específicamente, de un sistema desarrollado para una FPGA Artix-7, teniendo en cuenta requerimientos de la aplicación, conceptos, diseños paramétricos, pruebas de banco y validaciones. Como resultados esperados, se busca realizar la implementación del sistema junto con una tarjeta de evaluación para el AFE5808A, incluyendo así diagramas de flujos y de bloques, y documentación respecto al mismo, cumpliendo a cabalidad con las especificaciones definidas inicialmente. Se espera que en un futuro el sistema pueda usarse en menor escala para la adquisición de datos en un proyecto MOKE.

Desarrollo de sistema de robótica cooperativa empleando la plataforma de código abierto ros para el control de robots

Rozo Osorio, David | 2022

RESUMEN: En este proyecto se presenta el desarrollo de una propuesta para atacar la problemática que genera la necesidad de tener que realizar tareas en conjunto por varios agentes robóticos ya que los cobots o robots colaborativos no cuentan con buenas prestaciones para la realización de trabajos industriales pesados o medianamente pesados, se justifica atacar este problema u oportunidad de mejora ya que hoy en día la tendencia del mundo va hacia industrializar casi todos los procesos dentro de una fábrica, objetivo al que nos podríamos acercar si empleáramos diversos agentes robóticos que trabajan entre sí para lograr un objetivo común, por ello nace el objetivo de esta investigación que es el desarrollo de un sistema de robótica cooperativa basado en Robot Operating System (ROS), se pretende realizar este empleando distintas metodología de diseño de redes de nodos para que los robots estén conectados entre sí y metodologías de diseño de software para programar los robots de una manera ordenada para que puedan cumplir sus objetivos, donde se espera obtener e implementar un prototipo de trabajo cooperativo entre el robot SCARA y el TurtleBot2 de la Universidad EIA

Desarrollo de un prototipo de actuador tipo suave neumático

Tejada Orjuela, Juan Camilo | 2022

RESUMEN: La robótica suave es un subcampo de la robótica con mucho por explorar, tanto en aplicaciones, como en la misma fabricación a partir de la exploración de materiales y morfologías que puedan ser exitosamente utilizados. Adicionalmente,cada día se innova buscando el desarrollo de modelos matemáticos para los diferentes tipos de actuadores en el campo. Este trabajo académico documenta el proceso adelantado para el desarrollo de un actuador suave regido por la metodología de diseño de Karl T. Ulrich. Con claridad se logran identificar en el documento cada una de las etapas de desarrollo del proyecto para la fabricación del actuador, desde algunas ubicaciones conceptuales, y la descripción detallada de todo lo relacionado con la selección de la morfología, los materiales requeridos y el diseño del modelo matemático para la identificación y control del sistema.

Construcción de indicadores de desempeño en compresores de tornillo por medio del análisis de señales vibratorias.

Jiménez Gómez, Sebastián | 2022

RESUMEN: La implementación de tecnologías que permitan el rastreo y monitoreo de problemas en la maquinaria es el primer paso para la detección de daños que pueden ser causales de paros en sectores de la producción de una empresa. Los compresores son herramientas necesarias en procesos industriales donde se requiere transmisión de energía por medio de sistemas neumáticos. Debido a la necesidad del uso de actuadores neumáticos en los procesos industriales, la sanidad de los compresores se convierte en un aspecto crítico del funcionamiento de estos procesos. Así, para garantizar la ejecución continua de los sistemas que lo componen, se debe monitorear y predecir el estado de falla en los compresores. De entre todas las variables físicas a medir, la utilizada en este trabajo de grado es la vibración. Debido a lo anterior, surge la necesidad de la implementación de un sistema de monitoreo sobre compresores para capturar su comportamiento vibratorio respecto a sus condiciones de operación. Para este monitoreo, se definieron puntos de medición a partir de la tendencia extraída de documentación científica, perteneciente a trabajos de grado, artículos científicos y bibliografías técnicas. Definidos los puntos tentativos de medición, se procedió a adaptar el sistema de adquisición de datos tomado del proyecto HDTAC 2.0, para ajustarlo hacia lo requerido para este proyecto de grado. Se valida el correcto funcionamiento del equipo ante las modificaciones para posteriormente realizar pruebas sobre un entorno controlado que proporcionen información sobre el efecto de la falla en la vibración de un sistema de transmisión por poleas. Con los resultados obtenidos del estudio de las condiciones de falla y la selección de puntos. se instrumenta el compresor, recolectando mediciones de vibración de este durante el desempeño de sus operaciones normales. Con estas mediciones, se procede a la definición de indicadores de condición del compresor a partir de características extraídas de las mediciones. El proceso de selección utiliza redes neuronales para estimar la capacidad de explicar el fenómeno de la condición de operación del compresor por medio del desempeño de la predicción que estas generen. Además, se genera un umbral de sanidad a partir de la tendencia evidenciada en el agrupamiento de los datos de medición, que permite la clasificación de condiciones de operación sanas en la unidad compresora a partir de mediciones de vibración.

Software para control de Brazo Quanser de 2 articulaciones flexibles

Rozo Osorio, David | 2022

RESUMEN: Se tiene un robot serial marca QUANSER de dos grados de libertad, con enlaces rígidos y articulaciones flexibles. Actualmente, solo se tienen estrategias de control para la utilización de dicho robot, no hay forma de comandarle trayectorias ni comportamientos secuenciales. El desarrollo de un software offline que cumpla con dichas funciones abre las puertas a investigaciones sobre este brazo robótico, como son las implementaciones de visión artificial o softwares online, además de que, por su similitud a un SCARA planar, puede aportar al avance de las industrias de bebidas, farmacéuticos y plásticos entre otros. En este trabajo se desarrolla dicho software comenzando con el diseño de su arquitectura, seleccionando entre diferentes modelos ya planteados por investigadores para robots de este índole, se seleccionan frameworks, paquetes y librerías adecuadas para la construcción de una interfaz gráfica de usuario. Continuando con el módulo software encargado de todas las tareas de dinámica robótica, como son la cinemática inversa y las trayectorias suaves. Luego, vino la construcción de la interfaz gráfica de usuario. Seguida por la selección entre diferentes métodos de identificación y controladores para la estrategia de control del robot. Y se finalizó con la implementación y puesta a prueba de dicho programa. Como resultado se tiene un software de fácil uso, que permite ordenar al robot, realizar las trayectorias comandadas por el usuario.