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VICERRECTORIA ACADEMICA
DIRECCION DE INVESTIGACIONES
1. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO:
Títulodel proyecto: Diseño y construcciónde una plataforma móvil para la inspección de tuberías
de alcantarillado con diámetros iguales o superiores a 1 metro.
INFORMACIÓN GENERAL DE LOS INVESTIGADORES
Investigadores
(ROL EN EL
PROYECTO)
E-
mail
Vinculació
n
UNICATÓ
LICA:
(TC – MT)
dedicació
n tiempo
en horas
Grado
Académic
o máximo
alcanzado
Teléfono
Casa,
Oficina,
Celular
Grupo
de
Investig
ación
(Línea
de
Investig
ación)
Institución
que
representa
Ciudad/País
/Dirección
Correspondenci
a
Investigador
Principal: John
Edward
Ordoñez
Cedula:
6549234
john
edw
ard0
47@
gmai
l.co
m
MT Maestría
3113233
698 KIMSA
Unicatólic
a
Calle 8A No.
23A-37 – Cali –
Colombia
Co-investigadores
1.Co-
investigador:
Carlos William
Sanchez
Cedula
16776874
carlo
swilli
amst
er@
gmai
l.co
m
MT Maestría
300678
2797 KIMSA
Unicatólic
a
Carrera 1C3
No. 64A-44
Bloque 14D
Apto 101
2. Co-
investigador:
Alejandro
Orejuela
Cedula
1676874
alorb
e200
1@y
ahoo
.es
TC
Pregrad
o
315410
0857
KIMSA
Unicatólic
a
Calle 57 No.
1G-24 – Cali –
Colombia
3. Co-
investigador:
Edward Jimmy
Jaramillo
Cedula
94471941
dir.si
stem
as@
unic
atoli
ca.e
TC Maestría
315583
8028
KIMSA
Unicatólic
a
Calle 59N No.
1Bis-35 Apto
301C
2
du.c
o
4. Co-
investigador:
Jenny Alejandra
Cadena Solarte
Cedula
34316251
jcad
ena
@un
icato
lica.
edu.
co
TC Maestría
300783
0239
-
301650
7644
KIMSA
Unicatolic
a
Cra 100 #45-51
Apto 403 Torre
1
ASESOR
(nombre y
cédula) _____
SERVICIOS
TÉCNICOS:
Efraín Ávila
efrai
navil
a@h
otma
il.co
m
NA
Tecnolo
gía
317794
0071
KIMSA
Unicatolic
a
Calle 56ª
#46D-23
Llano Verde
Facultad: Programa:
Nombre de los Grupos de
Investigación que
participan.
(Registre la
información de
los grupos)
Número Total de Investigadores
1. Código
GrupLAC:
Reconocido
Institucional ( )
No reconocido
Institucional ( )
2. Código
GrupLAC:
Reconocido
Institucional ( )
No reconocido
Institucional ( )
3. Código
GrupLAC:
Reconocido
Institucional ( )
No reconocido
Institucional ( )
DATOS DE LAS ENTIDAD(ES) PARTICIPANTES (si es UNICATÓLICAsolamente, no
diligenciar)
1. ENTIDAD:
NIT:
Representante Legal: Cédula de ciudadanía:
De:
Dirección: E-mail:
Teléfonos: Fax:
3
Ciudad: Departamento:
Tipo de Entidad: (Seleccione el tipo de entidad)
Universidad Pública: ( ) Universidad Privada: ( )
Entidad o Instituto Público:( ) ONG: ( )
Centro de Investigación
Privado: ( )
Centro de Desarrollo Tecnológico: ( )
Centro Empresarial o
Gremio: ( )
Empresa: ( )
Tipo de contribuyente (seleccione marcando con una x)
Entidad Estatal: ( ) Régimen Común: ( ) Régimen Simplificado: ( )
Gran contribuyente: ( ) No contribuyente: ( )
2. ENTIDAD:
NIT:
Representante Legal: Cédula de ciudadanía:
De:
Dirección: E-mail:
Teléfonos: Fax:
Ciudad: Departamento:
Tipo de Entidad: (Seleccione el tipo de entidad)
Universidad Pública: ( ) Universidad Privada: ( )
Entidad o Instituto Público ( ) ONG:
Centro de Investigación
Privado: ( )
Centro de Desarrollo Tecnológico: ( )
Centro Empresarial o
Gremio: ( )
Empresa: ( )
Tipo de contribuyente (seleccione marcando con una x)
Entidad Estatal: ( ) Régimen Común: ( ) Régimen Simplificado: ( )
Gran contribuyente: ( ) No contribuyente: ( )
LUGAR DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO
Ciudad: Cali Departamento: Valle del Cauca
Duración del proyecto (en
meses)
24 meses
Tipo de Proyecto: (seleccione marcando con una x)
Investigación
Básica: ( )
Investigación Aplicada: ( x ) Desarrollo Tecnológico o
Experimental: ( )
Financiación Solicitada a otras entidades (si aplica)
Valor Solicitado otras
instituciones
$
Valor Total del proyecto $
Descriptores/Palabras claves:
Convocatoria a la cual se presenta el proyecto (Período):
Evaluadores sugeridos: Nombres completos, línea de investigación, dirección electrónica,
teléfono/celulare institución, expertoseneltema de su propuestay que esténen capacidad
4
de evaluar proyectos en esta temática y que no pertenezcan a las entidades proponentes
(lo anterior no significa que necesariamente sean los evaluadores de esta propuesta en
particular):
1. 2.
3. 4.
5.
5
2. RESUMEN DEL PROYECTO
El proyecto "Diseño y construcción de una plataforma para la inspección de tuberías de
alcantarillado con diámetros iguales o superiores a 1 metro.” pretende, a través de la aplicación
de conocimientos científicos y tecnológicos, la formulación de distintos mecanismos y procesos
que permitan el mejoramiento de las estructuras productivas y el aprovechamiento racional de
los recursos; así como el aporte de desarrollos tecnológicos en el área de la ingeniería industrial
y de sistemas en la Fundación Universitaria Católica Lumen Gentium; generando valor a nivel
social mediante la concientización de la importancia de la reutilización de material electrónico,
brindando una alternativa competitiva en costos y producción.
En la actualidad, las empresas municipales de Cali –EMCALI, realiza tareas de monitoreo e
inspección de ductos, para la verificación de fugas y conexiones fraudulentas. Para este tipo de
control se utiliza un robot SATURNO 3, AIRES INC, el cual fue comprado a una empresa del
exterior, con lo cual, el costo de equipo, las reparaciones, el manejo y el soporte del mismo, está
sujeto a servicio de soporte de la empresa, lo que aumenta los costos de mantenimiento del
mismo. Este problema en particular justifica una propuesta de investigación en donde a partir de
la aplicación de principios físicos y bajo la filosofía de aprovechamiento de materiales reutilizables
de carácter electrónico y mecánico; además de la utilización de herramientas de desarrollo
software y hardware de libre acceso, se pueda diseñar y desarrollar una plataforma móvil que
pueda responder en ambientes confinados y con problemas de contaminación, para el caso
nuestro en particular, aplica para la inspección de ductos de alcantarillado.
El proyecto se desarrollará en diferentes etapas como el levantamiento de requerimientos, el
diseño funcional, la recuperación de materiales, la conformación y puesta en marcha de equipos
técnicos para el desarrollo del sistema y la aplicación de pruebas.
6
3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
3.1 Planteamiento de la pregunta o problema de investigación
Para la realización del monitoreo y control de ductos de alcantarillado en la industria se deben
superar limitaciones que dificultan estas labores, como ambientes contaminantes y espacios
confinados y de difícil acceso, produciendo que estas tareas de monitoreo y de control, sobre
todo si se necesitan en tiempo real, sean imposibles, difíciles o peligrosas de realizar por parte
de un humano. Para responder a estas dificultades la industria ha desarrollado distintos equipos
tecnológicos como plataformas de inspección, brazos mecánicos y automatizados o elementos
de exploración, optimizados para desarrollar distintas tareas bajo condiciones específicas1
; Sin
embargo, en la actualidad en Colombia, el desarrollo de estos dispositivos es limitado y
adicionalmente, el costo de estos equipos es elevado debido a que en su mayoría son importados,
sin mencionar los costos asociados a operación y mantenimiento, debido en algunos casos a la
complejidad de las tecnologías utilizadas y a las técnicas de fabricación. En este orden de ideas,
surgen los siguientes cuestionamientos:
¿Podemos brindar una alternativa de bajo costo, desarrollada en la Universidad Católica, que
permita la inspección de ductos de alcantarillado?
¿Podemos con esta alternativa dar solución al problema de la inspección de estos ductos?
3.1.1 Justificación.
El semillero de investigación Métodos de la Física Aplicados a la Industria (MeFAI) nace con el
propósito de generar alternativas de investigación que permitan dar solución a problemas a nivel
industrial. En la actualidad, la Fundación Universitaria Católica Lumen Gentium, no cuenta con
un grupo que se ocupe de la investigación de este tipo de soluciones a partir de la investigación
a nivel universitario que serviría como alternativa a las empresas ya establecidas de la región.
Con este proyecto se fortalecerá la capacidad institucional en materia de Investigación,
innovación y desarrollo en ciencia y tecnología, dado que la universidad aún no ha explorado este
tipo de escenarios como si lo hacen entidades de formación de la región como la Universidad
Autónoma (UAO), Fundación Universitaria Antonio José Camacho, el Servicio Nacional de
Aprendizaje (SENA), entre otros, los cuales si desarrollan procesos encaminados a soluciones
alternativas a las ofrecidas por la industria. Siendo un factor importante en materia de
competitividad institucional frente a los factores adicionales ofrecidos por las demás instituciones
educativas de la región. Con lo cual se abre la puerta a la posible vinculación de grupos de
investigación interna o externa, ya sea de carácternacional o internacional ya sea comoasesores
externos o futuros colaboradores en propuestas y/o proyectos.
En la actualidad el hombre con la ayuda de la ciencia ha diseñado equipos tecnológicos para
monitorear y controlar diversas clases de procesos a nivel industrial2
. Equipos como, plataformas
1 Bengel, M.; Pfeiffer, K.; Graf, B.; Bubeck, A.; Verl, A., "Mobile robots for offshore inspection and
manipulation," Intelligent Robots and Systems, 2009. IROS 2009. IEEE/RSJ International Conference on ,
vol., no., pp.3317,3322, 10-15 Oct. 2009 doi: 10.1109/IROS.2009.5353885
2 HARPER, Gilberto Enríquez. El ABC de la instrumentación en el control de procesos industriales.
Editorial Limusa, 2000.
7
de inspección, brazos mecánicos y automatizados o elementos de exploración optimizados, han
sido diseñados por el hombre para operar en; ambientes contaminantes (tratamiento de aguas
residuales), espacios confinados o de difícil acceso para el ser humano (como ductos y tuberías),
entre otros. Sin embargo, el costo asociado a la compra de estos dispositivos, es muy elevado
debido a que son fabricados en el exterior y no se cuenta con alternativas de desarrollo local que
suplan este tipo de necesidades, además, estos tienen altos costos asociados a su operación y
mantenimiento.
En el caso de la ciudad de Cali, las Empresas Municipales de Cali – EMCALI, periódicamente
inspecciona los ductos de alcantarillado de nuestra ciudad, empleando un robot de inspección
con las siguientes características:
 Tipo: SATURNO 3, ARIES INDUSTRIES, INC con sede en Estados Unidos
 Trasportador: TR3000
 Peso: 35 K
 Barrido Horizontal: 300 m
 Cámara digital: Giro de 360o
y zoom óptico
 Costo:
En 2012, detectó 1.132 conexiones fraudulentas, de las cuales 896 se ubicaron en el sur de la
ciudad. Con base en ese informe funcionarios del área funcional de Control de Aguas Residuales
en Canales de Aguas Lluvias (Carcall) de la Gerencia de Acueducto y Alcantarillado de EMCALI,
está realizando actividades de acompañamiento y notificación a 313 usuarios para que corrijan
la disposición final de estos vertimientos, en hogares y locales comerciales, ya que están
disponiendo las aguas residuales en los canales de aguas lluvias.
Estado del arte
Una revisión al estado del arte del tema permite dar una justificación a la pertinencia del proyecto;
Según Scopus (base de datos bibliográfica de resúmenes y citas de artículos de revistas
científicas) en Colombia solo se cuenta con un artículo publicado en el año 2012 (Multiagent
systems for embedded applications: BESA mobile embedded) sobre plataformas robóticas
inteligentes en el congreso colombiano de la computación3
. Este paper pertenece a la Pontificia
Universidad Javeriana de Bogotá. A nivel mundial, la gráfica # 1, muestra la cantidad de
documentos publicados por países sobre plataformas robóticas móviles inteligentes hasta la
fecha. Como se observa en dicho gráfico, potencias como Estados Unidos (95 publicaciones),
Alemania (39 publicaciones), Japón (35 publicaciones) y China (29 publicaciones) son los países
que más han investigado sobre el tema. A nivel de Latinoamérica, México es el abanderado en
el tema con ocho publicaciones le siguen Brasil y Colombia con una publicación
aproximadamente.
Adicionalmente, en la gráfica #2, se puede observar el comportamiento que se ha presentado
sobre las publicaciones realizadas a nivel mundial en las tres últimas décadas (1983 – 2013)
3 2012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012 - Conference Proceedings
2012, Article number 63980352012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012; Medellin; Colombia;
1 October 2012 through 5 October 2012; Category numberCFP1201P-ART; Code 95235
8
sobre plataformas robóticas móviles inteligentes. En el año 2011, fue donde más publicaciones
se presentaron (55 publicaciones), mientras que, en el año 2013, disminuyeron dichas
publicaciones (27 documentos).
Grafica 1 Documentos Publicados a nivel Mundial Sobre Plataformas Robóticas Móviles
Inteligentes.
Fuente: SCOPUS Palabra clave (Intelligent Mobile Robotics Platform)
Grafica 2. Documentos Publicados a nivel Mundial Sobre Plataformas Robóticas Móviles
Inteligentes entre 1983-2013
9
Fuente: SCOPUS Palabra clave (Intelligent Mobile Robotics Platform)
En este sentido, diseñar y construir una plataforma móvil para la inspección de ductos de
alcantarillado, sobre la premisa de hacerlo en un porcentaje con material reutilizable electrónico
mediante la implementación de campañas de reciclaje en la universidad cumpliendo las normas
establecidas por el ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial de Colombia
(Resolución 0372 de 2009 y 1297 de 2010), utilizando software y hardware de libre distribución,
capaz de realizar y controlar algunas de las actividades mencionadas anteriormente. La
implementación de prototipos previos y probablemente la del prototipo final, si esto no rivaliza con
el desempeño optimo del mismo, involucrará la utilización de materiales reutilizables
provenientes de campañas activas de concientización ambiental. Elementos como motores,
sensores y conectores provenientes de residuos electrónicos como impresoras, unidades de CD,
unidades de DVD, mouse, scanner, faxes entre otros. Adicionalmente, el control y la recopilación
de la información por parte de la plataforma se llevaría a cabo mediante sistemas de hardware
libre (Sistema Arduino, el cual es de fácil adquisición en Colombia)4
, software libre en la
plataforma Linux, Kits de desarrollo disponibles en tiendas electrónicas, en la web y la integración
de dispositivos electrónicos con diseños propios. El uso de este tipo de tecnologías de libre
4 ISRAEL, Pérez Arreguín Jorge, et al. Robot Móvil de Tracción Diferencial con Plataforma de Control
Modular para Investigación y Desarrollo Ágil de Proyectos.
10
acceso podría llevar a una disminución considerable de los costos asociados al control y
monitoreo de ciertas actividades como exploración de ductos.
Un prototipo previo de la plataforma fue desarrollado por parte del semillero de investigación
MEFAI, adscrito al grupo de investigación KIMSA categoría D en Colciencias, el mismo fue
presentado de manera oficial en el marco del evento de tecnología Campus Party Colombia
celebrado entre el 30 de Junio y el 6 Julio de 2014 en Santiago de Cali; en general algunos
posibles escenarios de aplicación de la plataforma podrán ser proyectos como: Monitoreo de
ductos y o espacios confinados con un sistema semiautónomo que ofrezca un reporte en tiempo
real5
del estado del mismo. Cumpliendo de esta manera con el objetivo de aplicar conocimientos
fundamentales de ciencias básicas en la solución de un problema del ámbito industrial y social,
mediante la implementación de metodologías científicas aportando una perspectiva crítica e
innovadora. Adicionalmente el proyecto pretende generar un valor agregado con sentido social,
resaltando procesos de reutilización y reciclaje de elementos electrónicos como por ejemplo el
uso de módulos funcionales de baterías desechadas implementando a nivel de la Fundación
Universitaria Católica Lumen Gentium procedimientos de recoleccióny manejo adecuado de este
tipo de materiales, complementado con la utilización de software y hardware de libre acceso.
3.2 Los objetivos
3.2.1 Objetivo General
Diseñar y construir una plataforma móvil que permita la inspección del estado estructural de las
tuberías de alcantarillado y la identificación de conexiones fraudulentas, para ductos con
diámetros iguales o superiores a 1 m mediante imágenes digitales.
3.2.2 Objetivos Específicos
• Levantar los requerimientos para el diseño y construcción de la plataforma móvil que
permitan la inspección de ductos de alcantarillado con diámetros iguales o superiores a 1
m.
• Establecer las alternativas funcionales de la plataforma para dar solución a los
requerimientos planteados en el espacio de inspección (1 m de diámetro en la tubería)
• Diseñar y realizar la campaña para la recolección de material electrónico y mecánico
reutilizable.
• Realizar el diseño funcional de la plataforma móvil utilizando software libre para el
modelado digital y para el modelado de los circuitos electrónicos.
• Construir la plataforma móvil.
• Realizar pruebas de campo para verificar el funcionamiento de la plataforma.
 Diseñar un protocolo de uso de la plataforma móvil para la inspección de tubos de
alcantarillado.
3.3 Metodología Propuesta
5 SINGH, Jay, et al. Nanotecnología, aplicaciones en embalajes para alimentos y productos
farmacéuticos. 2012.
11
El proyecto se desarrollará en siete fases:
1. Recolección de material electrónico y mecánico reutilizable por medio de campañas de
sensibilización a la comunidad educativa, se espera poder obtener la materia prima que se
utilizará inicialmente en este proyecto parcial o totalmente según se ajusten al proceso de
optimización del sistema. Las campañas de recolección se llevaran a cabo al interior de la
Universidad mediante divulgación en eventos tales como la "Semana Universitaria" y
publicaciones en carteleras institucionales, pagina web, redes sociales y envío de correos
masivos y puntos de recolección fijos en las sedes educativas. El material recibido será
clasificado y en casode no ser apto para el proyecto, seimplementaran protocolos adecuados
para su manejo.
2. Levantamiento de Requerimientos: Dado que la plataforma está destinada a funcionar en
ambientes como tuberías de aguas residuales ó canales de agua lluvia entre otros, se
realizará un análisis de los requerimientos que debe cumplir la plataforma para el óptimo
funcionamiento en estos espacios.
3. Diseño funcional de la plataforma: Elaboración del prototipo en planos 2D, 3D y realización
de una animación del funcionamiento de la plataforma.
4. Construcción de la plataforma: Se contará con el apoyo de estudiantes de ingeniería para la
realización del prototipo o similares, elaboración del software de monitoreo y control, y los
protocolos de comunicación y funcionamiento.
5. Implementación del software de control de la plataforma y ajuste del sistema de cámara
robótica en la plataforma de manera que se pueda establecer el monitoreo óptico del tubo. Se
debe desarrollar además un software que permita capturar el video y arrojar información
específica de las imágenes.
6. Se realizarán unas pruebas de campo con el objetivo de verificar el correcto funcionamiento
de la plataforma y cumplimientode los requerimientos inicialmente propuestos. Estas pruebas
se realizaran en ambientes confinados y tubería de diámetro igual o superior a 1 m. Se busca
adicionalmente con las pruebas, evaluar el radio de acción de la plataforma con diferentes
niveles de carga, revisar la calibración de los parámetros de funcionamiento y finalmente
poder realizar un planteamiento de modelos estadísticos para los análisis a realizar por medio
del uso de la plataforma.
7. Finalmente, Se establecerá un protocolo de implementación de la plataforma en procesos de
inspección de tubería de manera que se pueda usar como una herramienta de información
útil para dar solución al diagnóstico estructural de la tubería por métodos ópticos.
3.4 Cronograma de actividades: Relación de actividades a realizar en función del tiempo
(meses), en el período de ejecución del proyecto.
Meses
No. ACTIVIDAD 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
01 Recolección de
material
reutilizable
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
02 Requerimientos X X
12
03 Diseño de la
Plataforma en
2D y 3D
X X X X X X
04 Fabricación de
la plataforma,
Control y
automatización
de la MISMA
X X X X X
05 Ajuste del
sistema de
cámara
X X X X X X
06 Pruebas de
Campo
X X X X X X X
07 Protocolo de
implementación
X X X X X X X
08 Publicación de
resultados en
revistas
especializadas
y participación
en eventos
X X X X
13
3.5 Resultados/Productos esperados y potenciales beneficiarios:
3.5.1 Relacionados con la generación de conocimiento y/o nuevos desarrollos
tecnológicos:
Tabla 3.5.1 Generación de Nuevo Conocimiento
Resultado/Producto6
Esperado
Indicador Beneficiario
Campaña de recolección
material reutilizable.
Informe en el cual se
especifica el volumen del
material recolectado.
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad.
Documento de
requerimientos.
Informe de los requerimientos
necesarios para el diseño y
fabricación de la plataforma.
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
semillero de investigación
MEFAI.
Documento de diseño de la
plataforma.
Diseño del circuito electrónico
de control de la plataforma
Plano 2D y 3D de la
plataforma.
Planos digitales del diseño
electrónico.
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
semillero de investigación
MEFAI.
Construcción de la plataforma Prototipo de la plataforma Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
semillero de investigación
MEFAI.
Implementación de software
de control de la plataforma
mediante software libre.
Ajuste del sistema de cámara
robótica.
Informe en donde se
especifique el código fuente y
aplicativo correspondiente.
Informe en donde se
especifique el funcionamiento
de la cámara.
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
semillero de investigación
MEFAI.
Pruebas de Campo Informe en donde
establezcan el
comportamiento de la
plataforma midiendo
diferentes parámetros como
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
6 Artículo completo publicado en revista indexada categoríasA1 o A2, B o C, libros de autor que publiquen resultados de investigación,
capítulos en libros que publican resultados de investigación, productos o procesos tecnológicos patentados o registrados (prototipos
y patentes, software), productos o procesos tecnológicos usualmente no patentables o protegidos por secreto industrial, normas
basadas en resultados de investigación.
14
distancia recorrida, velocidad,
calidad de la imagen digital
entre otros.
semillero de investigación
MEFAI.
Protocolo de funcionamiento
de la Plataforma
Con los datos recopilados en
las pruebas de campo se
definirán las condiciones de
operación de la plataforma.
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
semillero de investigación
MEFAI.
Articulo Revista nacional
indexada categoría B o C
Publicación basada en un
desarrollo tecnológico.
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
semillero de investigación
MEFAI.
Articulo revista nacional
indexada categoría A o B
Publicación basada en un
desarrollo tecnológico.
Grupo de investigación,
estudiantes en formación y la
universidad. Formación
continua de estudiantes del
semillero de investigación
MEFAI.
15
Conducentes al fortalecimiento de la capacidad científica nacional:
Tabla 3.5.2 Fortalecimiento de la comunidad científica nacional (formación de recursos
humanos):
Resultado/Producto
Esperado
Indicador Beneficiario
Semilleros de investigación Participación en semilleros de
investigación interno,
departamental y/o nacional.
Formación de estudiantes de
semestres intermedios y
finales en propuestas y
ejecución de proyectos de
investigación.
Tesis de un estudiante
Ingeniería de sistemas o
ingeniería industrial.
Diseño de software de
reconocimiento de objetos y
aplicativo de control de
sistemas mecánicos
Estudiante formado,
universidad y grupo de
investigación.
Tesis de un estudiante
Ingeniería industrial o
ingeniería industrial.
Diseño y Fabricación de
plataforma
Estudiante formado,
universidad y grupo de
investigación.
3.5.2 Dirigidos a la apropiación social del conocimiento (productos de divulgación):
3.5.3 Tabla 3.5.4 Apropiación social del conocimiento
Resultado/Producto
Esperado
Indicador Beneficiario
Participación en eventos
departamentales.
Ponencia oral o poster. Estudiante, Universidad y
grupo de investigación.
Participación en eventos
nacionales.
Ponencia oral o poster. Estudiante, Universidad y
grupo de investigación.
Campaña de recolección de
material electrónico y manejo
adecuado de baterías.
Informe de material recibido,
empleado y desechado.
Entrega a los entes de control
adecuados de las baterías
obsoletas.
Universidad y grupo de
investigación.
Propuesta de Investigación Ponencias Nacionales Ponencias Internacionales
Propuestas para ser
presentadas a convocatorias
externas 2014-2015
3.6 Impactos esperados a partir del uso de los resultados:
16
Tabla 3.6 Impactos esperados
Impactos
Esperados
Plazos (años) después de finalizado el proyecto
Corto (1-4) Mediano (5-9) Largo Verificable
(10 o más)
Indicador
Verificable
Supuestos*
Económico Ofrecer una
alternativa de
menor costo
para la solución
de este tipo
problemas.
Generar una
disminución en
los costos de
operación de
alguna de las
empresas de la
región, que
empleen este
tipo de
tecnologías.
Aportar en la
disminución de los
daños en las
tuberías de la
ciudad.
Disminución de
pérdidas de las
aguas de los ductos
de alcantarillado.
Disminución de la
cantidad de
conexiones
fraudulentas.
Aceptación de
la plataforma
por una
empresa
pública o
privada como
EMCALI u otra
empresa que
requiera la
inspección
ductos.
Ambiental
.
-Fomentar el
hábito del
reciclaje
electrónico.
-Identificar
daños en la
tubería de
acueducto y
alcantarillado
de la ciudad y/o
corregimientos
del valle del
cauca.
-Establecer en
la comunidad
Universitaria el
hábito del
reciclaje
electrónico
-Contribuir a la
identificación
temprana de
daños en la
tubería de
acueducto y
alcantarillado a
nivel local y
regional.
-Compromiso con
el reciclaje
electrónico a nivel
institucional con
efectos a nivel
regional.
-Establecer un
referente en
cuanto a estas
tecnologías se
refiere a nivel local
y regional de
manera que se
preste un buen
servicio de
mantenimiento
con perspectivas
de mejoras del
producto
-Establecimiento de
puntos de reciclaje
fijos y acuerdos con
los entes
ambientales.
-Cuantificación del
material reciclado por
tipo, clase y tamaño.
Además de su
correcta disposición
ante los entes de
recolección
autorizados y
normatizados.
Acogida de las
campañas para
el mejoramiento
del desecho
inadecuado de
las baterías por
parte de la
comunidad
Universitaria,
local y regional.
Acogida del
producto por
parte de las
empresas de la
región.
Productividad
y
Competitivida
d
Difusión de la
plataforma 3D a
empresas de la
región como
solución a
problemáticas
detectadas en
el manejo de
aguas y estudio
de ductos,
mejorando la
capacidad de
detección de
fugas, tanto en
tiempo como en
cantidad.
Mediante el
proceso de
retroalimentaci
ón constante,
que permita la
recopilación de
información de
desempeño del
dispositivo,
establecer
mejoras en
cuanto a
procedimientos
así como en
operatividad, a
la vez que se
mejora la
eficiencia en la
detección y
diagnóstico de
los defectos en
tubos.
Ofrecimiento a las
empresas que
requieran de este
tipo de dispositivo
una alternativa de
desarrollo local,
con posibilidades
de mantenimiento
rápido y eficiente.
Establecimiento de
un producto
desarrollado
localmente, con
posibilidades de
actualización y cuyo
mantenimiento se
pueda realizar en la
localidad reduciendo
costos y aumentando
el desempeño de la
empresa en cuanto a
la disminución de
tiempos muertos.
Aceptación del
producto por
parte de la
empresa
pública y
privada que
requiera esta
herramienta
para un oficio
específico.
17
3.7. Conformación y trayectoria del Grupo de Investigación: El grupo KIMSA de la Fundación
Universitaria Católica Lumen Gentium.
Está conformado por los siguientes investigadores:
 Edward Jaramillo.
 John Edward Ordoñez.
 Carlos William Sánchez
 Alejandro Orejuela
 Jenny Cadena
 Efraín Ávila Díaz
El grupo cuenta con las siguientes líneas de investigación:
1 Auditoría y Seguridad Informática
2 Desarrollo Web y Multimedia
3 Desarrollo de Aplicaciones empleando Software Libre
4 Entornos virtuales 3D multiplataforma
5 Gerencia y Gestión de Proyectos Informáticos
6 Robótica e Instrumentación industrial
Este proyecto está enfocado a la línea de investigación en Robótica e Instrumentación industrial.
3.8 Bibliografía:
Bengel, M.; Pfeiffer, K.; Graf, B.; Bubeck, A.; Verl, A., "Mobile robots for offshore inspection and
manipulation," Intelligent Robots and Systems, 2009. IROS 2009. IEEE/RSJ International
Conference on , vol., no., pp.3317,3322, 10-15 Oct. 2009 doi: 10.1109/IROS.2009.5353885
HARPER, Gilberto Enríquez. El ABC de la instrumentación en el control de procesos industriales.
Editorial Limusa, 2000.
2012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012 - Conference Proceedings
2012, Article number 63980352012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012; Medellin;
Colombia; 1 October 2012 through 5 October 2012; Category numberCFP1201P-ART; Code
95235
ISRAEL, Pérez Arreguín Jorge, et al. Robot Móvil de Tracción Diferencial con Plataforma de
Control Modular para Investigación y Desarrollo Ágil de Proyectos
SINGH, Jay, et al. Nanotecnología, aplicaciones en embalajes para alimentos y productos
farmacéuticos. 2012.
18
CHAGCHA FRUTOS, Francisco Xavier; REVELO SILVA, Holguer Arturo.Diseño y construcción
de un autómata móvil de vigilancia remota y monitoreo en tiempo real para el campus universitario
de la Escuela Politécnica del Ejército Extensión Latacunga. 2013. Tesis Doctoral.
LATACUNGA/ESPE/2013.
PINTO, Félix. GEOMÁTICA Tecnologías de punta. Palibrio, 2012
ARMADA, Manuel, et al. Robots móviles para tareas de desminado humanitario. 2013
Méndez Álvarez, C. E. (s. f.). Metodología Diseño y desarrollo del proceso de investigación. 3a.
ed.- Bogotá
L. Lattanzi et al, (2012), A mobile service robot for industrial applications, ICINCO 2012 -
Proceedings of the 9th International Conference on Informatics in Control, Automation and
Robotics, Volume 2, 2012, Pages 298-303
J. J. Craig,(2006) Robótica Tercera edición, ISBN: 970-26-0772-8, PEARSON EDUCACIÓN,
México.
A. Barrientos et al, (1997), Fundamentos de Robotica, ISBN: 84-481-0815-9, McGRAW-
HILL/INTERAMERICANA EDITORES
S. Kumar Saha, (2010), Introducción a la robótica, ISBN: 978-607-15-0313-8, McGRAW-
HILL/INTERAMERICANA EDITORES
4. PRESUPUESTO
Ítem Rubro Origen
Compra de dispositivos electrónicos
y de control
Tarjetas Arduino UNO R3
conectores y baterías
Cámara de video para monitoreo
Equipos de medida:Osciloscopio,
puntas lógicas, etc.).
4’000.000 UNICATOLICA
Herramienta de trabajo básico
como:
Cautines
Herramienta motorizada (Motor
tool)
Multímetros Digitales auto rango
Tablero de experimentación de
circuitos (Protoboards)
Taladro
2´000.000 UNICATOLICA
19
Set de herramientas (Alicates,
destornilladores, pinzas, etc)
Arco de sierra
Seguetas
Prensa joyero
Prensa en c
Caladora
Gafas de protección
Mesa de trabajo escualizable
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Insumos para el proceso de
materiales
Resistencias, condensadores,
transistores, circuitos integrados,
estaño, crema para soldadura,
plaquetas de baquelita, plaquetas
universales, potenciómetros,
bobinas, entre otros dispositivos
consumibles de la misma especie.
500.000 UNICATOLICA
Láminas de aluminio y/o hierro,
varillas de acero y aluminio, ángulos
de aluminio, láminas acrílicas,
láminas de PVC, láminas de
plexiglass.
2´000000 UNICATOLICA
Tornillería variada estándar,
pegantes y adhesivos
500.000 UNICATOLICA
Material bibliográfico
Libros
Articulos
Suscripcion a revistas científicas y
tecnológicas.
2’000.000 UNICATOLICA
Asistencia a Eventos científicos de
divulgación. Tiquetes, alimentación
y hospedaje.
2´000000 UNICATOLICA
Servicios técnicos especializados
(utilización de maquinaria no
disponible en la universidad)
1´000.000 UNICATOLICA
Sometimiento de Publicaciones
científicas a revistas indexadas
nacionales y/o internacionales.
1´000.000 UNICATOLICA
Software especializado
LabVIEW,
Proteus Design
Solid Works
2’000.000 UNICATOLICA
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Total Presupuesto 22.000.000 UNICATOLICA
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Proyecto mefai final revisión-correcciones_desp_reunion

  • 1. VICERRECTORIA ACADEMICA DIRECCION DE INVESTIGACIONES 1. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO: Títulodel proyecto: Diseño y construcciónde una plataforma móvil para la inspección de tuberías de alcantarillado con diámetros iguales o superiores a 1 metro. INFORMACIÓN GENERAL DE LOS INVESTIGADORES Investigadores (ROL EN EL PROYECTO) E- mail Vinculació n UNICATÓ LICA: (TC – MT) dedicació n tiempo en horas Grado Académic o máximo alcanzado Teléfono Casa, Oficina, Celular Grupo de Investig ación (Línea de Investig ación) Institución que representa Ciudad/País /Dirección Correspondenci a Investigador Principal: John Edward Ordoñez Cedula: 6549234 john edw ard0 47@ gmai l.co m MT Maestría 3113233 698 KIMSA Unicatólic a Calle 8A No. 23A-37 – Cali – Colombia Co-investigadores 1.Co- investigador: Carlos William Sanchez Cedula 16776874 carlo swilli amst er@ gmai l.co m MT Maestría 300678 2797 KIMSA Unicatólic a Carrera 1C3 No. 64A-44 Bloque 14D Apto 101 2. Co- investigador: Alejandro Orejuela Cedula 1676874 alorb e200 1@y ahoo .es TC Pregrad o 315410 0857 KIMSA Unicatólic a Calle 57 No. 1G-24 – Cali – Colombia 3. Co- investigador: Edward Jimmy Jaramillo Cedula 94471941 dir.si stem as@ unic atoli ca.e TC Maestría 315583 8028 KIMSA Unicatólic a Calle 59N No. 1Bis-35 Apto 301C
  • 2. 2 du.c o 4. Co- investigador: Jenny Alejandra Cadena Solarte Cedula 34316251 jcad ena @un icato lica. edu. co TC Maestría 300783 0239 - 301650 7644 KIMSA Unicatolic a Cra 100 #45-51 Apto 403 Torre 1 ASESOR (nombre y cédula) _____ SERVICIOS TÉCNICOS: Efraín Ávila efrai navil a@h otma il.co m NA Tecnolo gía 317794 0071 KIMSA Unicatolic a Calle 56ª #46D-23 Llano Verde Facultad: Programa: Nombre de los Grupos de Investigación que participan. (Registre la información de los grupos) Número Total de Investigadores 1. Código GrupLAC: Reconocido Institucional ( ) No reconocido Institucional ( ) 2. Código GrupLAC: Reconocido Institucional ( ) No reconocido Institucional ( ) 3. Código GrupLAC: Reconocido Institucional ( ) No reconocido Institucional ( ) DATOS DE LAS ENTIDAD(ES) PARTICIPANTES (si es UNICATÓLICAsolamente, no diligenciar) 1. ENTIDAD: NIT: Representante Legal: Cédula de ciudadanía: De: Dirección: E-mail: Teléfonos: Fax:
  • 3. 3 Ciudad: Departamento: Tipo de Entidad: (Seleccione el tipo de entidad) Universidad Pública: ( ) Universidad Privada: ( ) Entidad o Instituto Público:( ) ONG: ( ) Centro de Investigación Privado: ( ) Centro de Desarrollo Tecnológico: ( ) Centro Empresarial o Gremio: ( ) Empresa: ( ) Tipo de contribuyente (seleccione marcando con una x) Entidad Estatal: ( ) Régimen Común: ( ) Régimen Simplificado: ( ) Gran contribuyente: ( ) No contribuyente: ( ) 2. ENTIDAD: NIT: Representante Legal: Cédula de ciudadanía: De: Dirección: E-mail: Teléfonos: Fax: Ciudad: Departamento: Tipo de Entidad: (Seleccione el tipo de entidad) Universidad Pública: ( ) Universidad Privada: ( ) Entidad o Instituto Público ( ) ONG: Centro de Investigación Privado: ( ) Centro de Desarrollo Tecnológico: ( ) Centro Empresarial o Gremio: ( ) Empresa: ( ) Tipo de contribuyente (seleccione marcando con una x) Entidad Estatal: ( ) Régimen Común: ( ) Régimen Simplificado: ( ) Gran contribuyente: ( ) No contribuyente: ( ) LUGAR DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO Ciudad: Cali Departamento: Valle del Cauca Duración del proyecto (en meses) 24 meses Tipo de Proyecto: (seleccione marcando con una x) Investigación Básica: ( ) Investigación Aplicada: ( x ) Desarrollo Tecnológico o Experimental: ( ) Financiación Solicitada a otras entidades (si aplica) Valor Solicitado otras instituciones $ Valor Total del proyecto $ Descriptores/Palabras claves: Convocatoria a la cual se presenta el proyecto (Período): Evaluadores sugeridos: Nombres completos, línea de investigación, dirección electrónica, teléfono/celulare institución, expertoseneltema de su propuestay que esténen capacidad
  • 4. 4 de evaluar proyectos en esta temática y que no pertenezcan a las entidades proponentes (lo anterior no significa que necesariamente sean los evaluadores de esta propuesta en particular): 1. 2. 3. 4. 5.
  • 5. 5 2. RESUMEN DEL PROYECTO El proyecto "Diseño y construcción de una plataforma para la inspección de tuberías de alcantarillado con diámetros iguales o superiores a 1 metro.” pretende, a través de la aplicación de conocimientos científicos y tecnológicos, la formulación de distintos mecanismos y procesos que permitan el mejoramiento de las estructuras productivas y el aprovechamiento racional de los recursos; así como el aporte de desarrollos tecnológicos en el área de la ingeniería industrial y de sistemas en la Fundación Universitaria Católica Lumen Gentium; generando valor a nivel social mediante la concientización de la importancia de la reutilización de material electrónico, brindando una alternativa competitiva en costos y producción. En la actualidad, las empresas municipales de Cali –EMCALI, realiza tareas de monitoreo e inspección de ductos, para la verificación de fugas y conexiones fraudulentas. Para este tipo de control se utiliza un robot SATURNO 3, AIRES INC, el cual fue comprado a una empresa del exterior, con lo cual, el costo de equipo, las reparaciones, el manejo y el soporte del mismo, está sujeto a servicio de soporte de la empresa, lo que aumenta los costos de mantenimiento del mismo. Este problema en particular justifica una propuesta de investigación en donde a partir de la aplicación de principios físicos y bajo la filosofía de aprovechamiento de materiales reutilizables de carácter electrónico y mecánico; además de la utilización de herramientas de desarrollo software y hardware de libre acceso, se pueda diseñar y desarrollar una plataforma móvil que pueda responder en ambientes confinados y con problemas de contaminación, para el caso nuestro en particular, aplica para la inspección de ductos de alcantarillado. El proyecto se desarrollará en diferentes etapas como el levantamiento de requerimientos, el diseño funcional, la recuperación de materiales, la conformación y puesta en marcha de equipos técnicos para el desarrollo del sistema y la aplicación de pruebas.
  • 6. 6 3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 3.1 Planteamiento de la pregunta o problema de investigación Para la realización del monitoreo y control de ductos de alcantarillado en la industria se deben superar limitaciones que dificultan estas labores, como ambientes contaminantes y espacios confinados y de difícil acceso, produciendo que estas tareas de monitoreo y de control, sobre todo si se necesitan en tiempo real, sean imposibles, difíciles o peligrosas de realizar por parte de un humano. Para responder a estas dificultades la industria ha desarrollado distintos equipos tecnológicos como plataformas de inspección, brazos mecánicos y automatizados o elementos de exploración, optimizados para desarrollar distintas tareas bajo condiciones específicas1 ; Sin embargo, en la actualidad en Colombia, el desarrollo de estos dispositivos es limitado y adicionalmente, el costo de estos equipos es elevado debido a que en su mayoría son importados, sin mencionar los costos asociados a operación y mantenimiento, debido en algunos casos a la complejidad de las tecnologías utilizadas y a las técnicas de fabricación. En este orden de ideas, surgen los siguientes cuestionamientos: ¿Podemos brindar una alternativa de bajo costo, desarrollada en la Universidad Católica, que permita la inspección de ductos de alcantarillado? ¿Podemos con esta alternativa dar solución al problema de la inspección de estos ductos? 3.1.1 Justificación. El semillero de investigación Métodos de la Física Aplicados a la Industria (MeFAI) nace con el propósito de generar alternativas de investigación que permitan dar solución a problemas a nivel industrial. En la actualidad, la Fundación Universitaria Católica Lumen Gentium, no cuenta con un grupo que se ocupe de la investigación de este tipo de soluciones a partir de la investigación a nivel universitario que serviría como alternativa a las empresas ya establecidas de la región. Con este proyecto se fortalecerá la capacidad institucional en materia de Investigación, innovación y desarrollo en ciencia y tecnología, dado que la universidad aún no ha explorado este tipo de escenarios como si lo hacen entidades de formación de la región como la Universidad Autónoma (UAO), Fundación Universitaria Antonio José Camacho, el Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA), entre otros, los cuales si desarrollan procesos encaminados a soluciones alternativas a las ofrecidas por la industria. Siendo un factor importante en materia de competitividad institucional frente a los factores adicionales ofrecidos por las demás instituciones educativas de la región. Con lo cual se abre la puerta a la posible vinculación de grupos de investigación interna o externa, ya sea de carácternacional o internacional ya sea comoasesores externos o futuros colaboradores en propuestas y/o proyectos. En la actualidad el hombre con la ayuda de la ciencia ha diseñado equipos tecnológicos para monitorear y controlar diversas clases de procesos a nivel industrial2 . Equipos como, plataformas 1 Bengel, M.; Pfeiffer, K.; Graf, B.; Bubeck, A.; Verl, A., "Mobile robots for offshore inspection and manipulation," Intelligent Robots and Systems, 2009. IROS 2009. IEEE/RSJ International Conference on , vol., no., pp.3317,3322, 10-15 Oct. 2009 doi: 10.1109/IROS.2009.5353885 2 HARPER, Gilberto Enríquez. El ABC de la instrumentación en el control de procesos industriales. Editorial Limusa, 2000.
  • 7. 7 de inspección, brazos mecánicos y automatizados o elementos de exploración optimizados, han sido diseñados por el hombre para operar en; ambientes contaminantes (tratamiento de aguas residuales), espacios confinados o de difícil acceso para el ser humano (como ductos y tuberías), entre otros. Sin embargo, el costo asociado a la compra de estos dispositivos, es muy elevado debido a que son fabricados en el exterior y no se cuenta con alternativas de desarrollo local que suplan este tipo de necesidades, además, estos tienen altos costos asociados a su operación y mantenimiento. En el caso de la ciudad de Cali, las Empresas Municipales de Cali – EMCALI, periódicamente inspecciona los ductos de alcantarillado de nuestra ciudad, empleando un robot de inspección con las siguientes características:  Tipo: SATURNO 3, ARIES INDUSTRIES, INC con sede en Estados Unidos  Trasportador: TR3000  Peso: 35 K  Barrido Horizontal: 300 m  Cámara digital: Giro de 360o y zoom óptico  Costo: En 2012, detectó 1.132 conexiones fraudulentas, de las cuales 896 se ubicaron en el sur de la ciudad. Con base en ese informe funcionarios del área funcional de Control de Aguas Residuales en Canales de Aguas Lluvias (Carcall) de la Gerencia de Acueducto y Alcantarillado de EMCALI, está realizando actividades de acompañamiento y notificación a 313 usuarios para que corrijan la disposición final de estos vertimientos, en hogares y locales comerciales, ya que están disponiendo las aguas residuales en los canales de aguas lluvias. Estado del arte Una revisión al estado del arte del tema permite dar una justificación a la pertinencia del proyecto; Según Scopus (base de datos bibliográfica de resúmenes y citas de artículos de revistas científicas) en Colombia solo se cuenta con un artículo publicado en el año 2012 (Multiagent systems for embedded applications: BESA mobile embedded) sobre plataformas robóticas inteligentes en el congreso colombiano de la computación3 . Este paper pertenece a la Pontificia Universidad Javeriana de Bogotá. A nivel mundial, la gráfica # 1, muestra la cantidad de documentos publicados por países sobre plataformas robóticas móviles inteligentes hasta la fecha. Como se observa en dicho gráfico, potencias como Estados Unidos (95 publicaciones), Alemania (39 publicaciones), Japón (35 publicaciones) y China (29 publicaciones) son los países que más han investigado sobre el tema. A nivel de Latinoamérica, México es el abanderado en el tema con ocho publicaciones le siguen Brasil y Colombia con una publicación aproximadamente. Adicionalmente, en la gráfica #2, se puede observar el comportamiento que se ha presentado sobre las publicaciones realizadas a nivel mundial en las tres últimas décadas (1983 – 2013) 3 2012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012 - Conference Proceedings 2012, Article number 63980352012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012; Medellin; Colombia; 1 October 2012 through 5 October 2012; Category numberCFP1201P-ART; Code 95235
  • 8. 8 sobre plataformas robóticas móviles inteligentes. En el año 2011, fue donde más publicaciones se presentaron (55 publicaciones), mientras que, en el año 2013, disminuyeron dichas publicaciones (27 documentos). Grafica 1 Documentos Publicados a nivel Mundial Sobre Plataformas Robóticas Móviles Inteligentes. Fuente: SCOPUS Palabra clave (Intelligent Mobile Robotics Platform) Grafica 2. Documentos Publicados a nivel Mundial Sobre Plataformas Robóticas Móviles Inteligentes entre 1983-2013
  • 9. 9 Fuente: SCOPUS Palabra clave (Intelligent Mobile Robotics Platform) En este sentido, diseñar y construir una plataforma móvil para la inspección de ductos de alcantarillado, sobre la premisa de hacerlo en un porcentaje con material reutilizable electrónico mediante la implementación de campañas de reciclaje en la universidad cumpliendo las normas establecidas por el ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial de Colombia (Resolución 0372 de 2009 y 1297 de 2010), utilizando software y hardware de libre distribución, capaz de realizar y controlar algunas de las actividades mencionadas anteriormente. La implementación de prototipos previos y probablemente la del prototipo final, si esto no rivaliza con el desempeño optimo del mismo, involucrará la utilización de materiales reutilizables provenientes de campañas activas de concientización ambiental. Elementos como motores, sensores y conectores provenientes de residuos electrónicos como impresoras, unidades de CD, unidades de DVD, mouse, scanner, faxes entre otros. Adicionalmente, el control y la recopilación de la información por parte de la plataforma se llevaría a cabo mediante sistemas de hardware libre (Sistema Arduino, el cual es de fácil adquisición en Colombia)4 , software libre en la plataforma Linux, Kits de desarrollo disponibles en tiendas electrónicas, en la web y la integración de dispositivos electrónicos con diseños propios. El uso de este tipo de tecnologías de libre 4 ISRAEL, Pérez Arreguín Jorge, et al. Robot Móvil de Tracción Diferencial con Plataforma de Control Modular para Investigación y Desarrollo Ágil de Proyectos.
  • 10. 10 acceso podría llevar a una disminución considerable de los costos asociados al control y monitoreo de ciertas actividades como exploración de ductos. Un prototipo previo de la plataforma fue desarrollado por parte del semillero de investigación MEFAI, adscrito al grupo de investigación KIMSA categoría D en Colciencias, el mismo fue presentado de manera oficial en el marco del evento de tecnología Campus Party Colombia celebrado entre el 30 de Junio y el 6 Julio de 2014 en Santiago de Cali; en general algunos posibles escenarios de aplicación de la plataforma podrán ser proyectos como: Monitoreo de ductos y o espacios confinados con un sistema semiautónomo que ofrezca un reporte en tiempo real5 del estado del mismo. Cumpliendo de esta manera con el objetivo de aplicar conocimientos fundamentales de ciencias básicas en la solución de un problema del ámbito industrial y social, mediante la implementación de metodologías científicas aportando una perspectiva crítica e innovadora. Adicionalmente el proyecto pretende generar un valor agregado con sentido social, resaltando procesos de reutilización y reciclaje de elementos electrónicos como por ejemplo el uso de módulos funcionales de baterías desechadas implementando a nivel de la Fundación Universitaria Católica Lumen Gentium procedimientos de recoleccióny manejo adecuado de este tipo de materiales, complementado con la utilización de software y hardware de libre acceso. 3.2 Los objetivos 3.2.1 Objetivo General Diseñar y construir una plataforma móvil que permita la inspección del estado estructural de las tuberías de alcantarillado y la identificación de conexiones fraudulentas, para ductos con diámetros iguales o superiores a 1 m mediante imágenes digitales. 3.2.2 Objetivos Específicos • Levantar los requerimientos para el diseño y construcción de la plataforma móvil que permitan la inspección de ductos de alcantarillado con diámetros iguales o superiores a 1 m. • Establecer las alternativas funcionales de la plataforma para dar solución a los requerimientos planteados en el espacio de inspección (1 m de diámetro en la tubería) • Diseñar y realizar la campaña para la recolección de material electrónico y mecánico reutilizable. • Realizar el diseño funcional de la plataforma móvil utilizando software libre para el modelado digital y para el modelado de los circuitos electrónicos. • Construir la plataforma móvil. • Realizar pruebas de campo para verificar el funcionamiento de la plataforma.  Diseñar un protocolo de uso de la plataforma móvil para la inspección de tubos de alcantarillado. 3.3 Metodología Propuesta 5 SINGH, Jay, et al. Nanotecnología, aplicaciones en embalajes para alimentos y productos farmacéuticos. 2012.
  • 11. 11 El proyecto se desarrollará en siete fases: 1. Recolección de material electrónico y mecánico reutilizable por medio de campañas de sensibilización a la comunidad educativa, se espera poder obtener la materia prima que se utilizará inicialmente en este proyecto parcial o totalmente según se ajusten al proceso de optimización del sistema. Las campañas de recolección se llevaran a cabo al interior de la Universidad mediante divulgación en eventos tales como la "Semana Universitaria" y publicaciones en carteleras institucionales, pagina web, redes sociales y envío de correos masivos y puntos de recolección fijos en las sedes educativas. El material recibido será clasificado y en casode no ser apto para el proyecto, seimplementaran protocolos adecuados para su manejo. 2. Levantamiento de Requerimientos: Dado que la plataforma está destinada a funcionar en ambientes como tuberías de aguas residuales ó canales de agua lluvia entre otros, se realizará un análisis de los requerimientos que debe cumplir la plataforma para el óptimo funcionamiento en estos espacios. 3. Diseño funcional de la plataforma: Elaboración del prototipo en planos 2D, 3D y realización de una animación del funcionamiento de la plataforma. 4. Construcción de la plataforma: Se contará con el apoyo de estudiantes de ingeniería para la realización del prototipo o similares, elaboración del software de monitoreo y control, y los protocolos de comunicación y funcionamiento. 5. Implementación del software de control de la plataforma y ajuste del sistema de cámara robótica en la plataforma de manera que se pueda establecer el monitoreo óptico del tubo. Se debe desarrollar además un software que permita capturar el video y arrojar información específica de las imágenes. 6. Se realizarán unas pruebas de campo con el objetivo de verificar el correcto funcionamiento de la plataforma y cumplimientode los requerimientos inicialmente propuestos. Estas pruebas se realizaran en ambientes confinados y tubería de diámetro igual o superior a 1 m. Se busca adicionalmente con las pruebas, evaluar el radio de acción de la plataforma con diferentes niveles de carga, revisar la calibración de los parámetros de funcionamiento y finalmente poder realizar un planteamiento de modelos estadísticos para los análisis a realizar por medio del uso de la plataforma. 7. Finalmente, Se establecerá un protocolo de implementación de la plataforma en procesos de inspección de tubería de manera que se pueda usar como una herramienta de información útil para dar solución al diagnóstico estructural de la tubería por métodos ópticos. 3.4 Cronograma de actividades: Relación de actividades a realizar en función del tiempo (meses), en el período de ejecución del proyecto. Meses No. ACTIVIDAD 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 01 Recolección de material reutilizable X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 02 Requerimientos X X
  • 12. 12 03 Diseño de la Plataforma en 2D y 3D X X X X X X 04 Fabricación de la plataforma, Control y automatización de la MISMA X X X X X 05 Ajuste del sistema de cámara X X X X X X 06 Pruebas de Campo X X X X X X X 07 Protocolo de implementación X X X X X X X 08 Publicación de resultados en revistas especializadas y participación en eventos X X X X
  • 13. 13 3.5 Resultados/Productos esperados y potenciales beneficiarios: 3.5.1 Relacionados con la generación de conocimiento y/o nuevos desarrollos tecnológicos: Tabla 3.5.1 Generación de Nuevo Conocimiento Resultado/Producto6 Esperado Indicador Beneficiario Campaña de recolección material reutilizable. Informe en el cual se especifica el volumen del material recolectado. Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Documento de requerimientos. Informe de los requerimientos necesarios para el diseño y fabricación de la plataforma. Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del semillero de investigación MEFAI. Documento de diseño de la plataforma. Diseño del circuito electrónico de control de la plataforma Plano 2D y 3D de la plataforma. Planos digitales del diseño electrónico. Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del semillero de investigación MEFAI. Construcción de la plataforma Prototipo de la plataforma Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del semillero de investigación MEFAI. Implementación de software de control de la plataforma mediante software libre. Ajuste del sistema de cámara robótica. Informe en donde se especifique el código fuente y aplicativo correspondiente. Informe en donde se especifique el funcionamiento de la cámara. Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del semillero de investigación MEFAI. Pruebas de Campo Informe en donde establezcan el comportamiento de la plataforma midiendo diferentes parámetros como Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del 6 Artículo completo publicado en revista indexada categoríasA1 o A2, B o C, libros de autor que publiquen resultados de investigación, capítulos en libros que publican resultados de investigación, productos o procesos tecnológicos patentados o registrados (prototipos y patentes, software), productos o procesos tecnológicos usualmente no patentables o protegidos por secreto industrial, normas basadas en resultados de investigación.
  • 14. 14 distancia recorrida, velocidad, calidad de la imagen digital entre otros. semillero de investigación MEFAI. Protocolo de funcionamiento de la Plataforma Con los datos recopilados en las pruebas de campo se definirán las condiciones de operación de la plataforma. Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del semillero de investigación MEFAI. Articulo Revista nacional indexada categoría B o C Publicación basada en un desarrollo tecnológico. Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del semillero de investigación MEFAI. Articulo revista nacional indexada categoría A o B Publicación basada en un desarrollo tecnológico. Grupo de investigación, estudiantes en formación y la universidad. Formación continua de estudiantes del semillero de investigación MEFAI.
  • 15. 15 Conducentes al fortalecimiento de la capacidad científica nacional: Tabla 3.5.2 Fortalecimiento de la comunidad científica nacional (formación de recursos humanos): Resultado/Producto Esperado Indicador Beneficiario Semilleros de investigación Participación en semilleros de investigación interno, departamental y/o nacional. Formación de estudiantes de semestres intermedios y finales en propuestas y ejecución de proyectos de investigación. Tesis de un estudiante Ingeniería de sistemas o ingeniería industrial. Diseño de software de reconocimiento de objetos y aplicativo de control de sistemas mecánicos Estudiante formado, universidad y grupo de investigación. Tesis de un estudiante Ingeniería industrial o ingeniería industrial. Diseño y Fabricación de plataforma Estudiante formado, universidad y grupo de investigación. 3.5.2 Dirigidos a la apropiación social del conocimiento (productos de divulgación): 3.5.3 Tabla 3.5.4 Apropiación social del conocimiento Resultado/Producto Esperado Indicador Beneficiario Participación en eventos departamentales. Ponencia oral o poster. Estudiante, Universidad y grupo de investigación. Participación en eventos nacionales. Ponencia oral o poster. Estudiante, Universidad y grupo de investigación. Campaña de recolección de material electrónico y manejo adecuado de baterías. Informe de material recibido, empleado y desechado. Entrega a los entes de control adecuados de las baterías obsoletas. Universidad y grupo de investigación. Propuesta de Investigación Ponencias Nacionales Ponencias Internacionales Propuestas para ser presentadas a convocatorias externas 2014-2015 3.6 Impactos esperados a partir del uso de los resultados:
  • 16. 16 Tabla 3.6 Impactos esperados Impactos Esperados Plazos (años) después de finalizado el proyecto Corto (1-4) Mediano (5-9) Largo Verificable (10 o más) Indicador Verificable Supuestos* Económico Ofrecer una alternativa de menor costo para la solución de este tipo problemas. Generar una disminución en los costos de operación de alguna de las empresas de la región, que empleen este tipo de tecnologías. Aportar en la disminución de los daños en las tuberías de la ciudad. Disminución de pérdidas de las aguas de los ductos de alcantarillado. Disminución de la cantidad de conexiones fraudulentas. Aceptación de la plataforma por una empresa pública o privada como EMCALI u otra empresa que requiera la inspección ductos. Ambiental . -Fomentar el hábito del reciclaje electrónico. -Identificar daños en la tubería de acueducto y alcantarillado de la ciudad y/o corregimientos del valle del cauca. -Establecer en la comunidad Universitaria el hábito del reciclaje electrónico -Contribuir a la identificación temprana de daños en la tubería de acueducto y alcantarillado a nivel local y regional. -Compromiso con el reciclaje electrónico a nivel institucional con efectos a nivel regional. -Establecer un referente en cuanto a estas tecnologías se refiere a nivel local y regional de manera que se preste un buen servicio de mantenimiento con perspectivas de mejoras del producto -Establecimiento de puntos de reciclaje fijos y acuerdos con los entes ambientales. -Cuantificación del material reciclado por tipo, clase y tamaño. Además de su correcta disposición ante los entes de recolección autorizados y normatizados. Acogida de las campañas para el mejoramiento del desecho inadecuado de las baterías por parte de la comunidad Universitaria, local y regional. Acogida del producto por parte de las empresas de la región. Productividad y Competitivida d Difusión de la plataforma 3D a empresas de la región como solución a problemáticas detectadas en el manejo de aguas y estudio de ductos, mejorando la capacidad de detección de fugas, tanto en tiempo como en cantidad. Mediante el proceso de retroalimentaci ón constante, que permita la recopilación de información de desempeño del dispositivo, establecer mejoras en cuanto a procedimientos así como en operatividad, a la vez que se mejora la eficiencia en la detección y diagnóstico de los defectos en tubos. Ofrecimiento a las empresas que requieran de este tipo de dispositivo una alternativa de desarrollo local, con posibilidades de mantenimiento rápido y eficiente. Establecimiento de un producto desarrollado localmente, con posibilidades de actualización y cuyo mantenimiento se pueda realizar en la localidad reduciendo costos y aumentando el desempeño de la empresa en cuanto a la disminución de tiempos muertos. Aceptación del producto por parte de la empresa pública y privada que requiera esta herramienta para un oficio específico.
  • 17. 17 3.7. Conformación y trayectoria del Grupo de Investigación: El grupo KIMSA de la Fundación Universitaria Católica Lumen Gentium. Está conformado por los siguientes investigadores:  Edward Jaramillo.  John Edward Ordoñez.  Carlos William Sánchez  Alejandro Orejuela  Jenny Cadena  Efraín Ávila Díaz El grupo cuenta con las siguientes líneas de investigación: 1 Auditoría y Seguridad Informática 2 Desarrollo Web y Multimedia 3 Desarrollo de Aplicaciones empleando Software Libre 4 Entornos virtuales 3D multiplataforma 5 Gerencia y Gestión de Proyectos Informáticos 6 Robótica e Instrumentación industrial Este proyecto está enfocado a la línea de investigación en Robótica e Instrumentación industrial. 3.8 Bibliografía: Bengel, M.; Pfeiffer, K.; Graf, B.; Bubeck, A.; Verl, A., "Mobile robots for offshore inspection and manipulation," Intelligent Robots and Systems, 2009. IROS 2009. IEEE/RSJ International Conference on , vol., no., pp.3317,3322, 10-15 Oct. 2009 doi: 10.1109/IROS.2009.5353885 HARPER, Gilberto Enríquez. El ABC de la instrumentación en el control de procesos industriales. Editorial Limusa, 2000. 2012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012 - Conference Proceedings 2012, Article number 63980352012 7th Colombian Computing Congress, CCC 2012; Medellin; Colombia; 1 October 2012 through 5 October 2012; Category numberCFP1201P-ART; Code 95235 ISRAEL, Pérez Arreguín Jorge, et al. Robot Móvil de Tracción Diferencial con Plataforma de Control Modular para Investigación y Desarrollo Ágil de Proyectos SINGH, Jay, et al. Nanotecnología, aplicaciones en embalajes para alimentos y productos farmacéuticos. 2012.
  • 18. 18 CHAGCHA FRUTOS, Francisco Xavier; REVELO SILVA, Holguer Arturo.Diseño y construcción de un autómata móvil de vigilancia remota y monitoreo en tiempo real para el campus universitario de la Escuela Politécnica del Ejército Extensión Latacunga. 2013. Tesis Doctoral. LATACUNGA/ESPE/2013. PINTO, Félix. GEOMÁTICA Tecnologías de punta. Palibrio, 2012 ARMADA, Manuel, et al. Robots móviles para tareas de desminado humanitario. 2013 Méndez Álvarez, C. E. (s. f.). Metodología Diseño y desarrollo del proceso de investigación. 3a. ed.- Bogotá L. Lattanzi et al, (2012), A mobile service robot for industrial applications, ICINCO 2012 - Proceedings of the 9th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, Volume 2, 2012, Pages 298-303 J. J. Craig,(2006) Robótica Tercera edición, ISBN: 970-26-0772-8, PEARSON EDUCACIÓN, México. A. Barrientos et al, (1997), Fundamentos de Robotica, ISBN: 84-481-0815-9, McGRAW- HILL/INTERAMERICANA EDITORES S. Kumar Saha, (2010), Introducción a la robótica, ISBN: 978-607-15-0313-8, McGRAW- HILL/INTERAMERICANA EDITORES 4. PRESUPUESTO Ítem Rubro Origen Compra de dispositivos electrónicos y de control Tarjetas Arduino UNO R3 conectores y baterías Cámara de video para monitoreo Equipos de medida:Osciloscopio, puntas lógicas, etc.). 4’000.000 UNICATOLICA Herramienta de trabajo básico como: Cautines Herramienta motorizada (Motor tool) Multímetros Digitales auto rango Tablero de experimentación de circuitos (Protoboards) Taladro 2´000.000 UNICATOLICA
  • 19. 19 Set de herramientas (Alicates, destornilladores, pinzas, etc) Arco de sierra Seguetas Prensa joyero Prensa en c Caladora Gafas de protección Mesa de trabajo escualizable Esmeril de banco Insumos para el proceso de materiales Resistencias, condensadores, transistores, circuitos integrados, estaño, crema para soldadura, plaquetas de baquelita, plaquetas universales, potenciómetros, bobinas, entre otros dispositivos consumibles de la misma especie. 500.000 UNICATOLICA Láminas de aluminio y/o hierro, varillas de acero y aluminio, ángulos de aluminio, láminas acrílicas, láminas de PVC, láminas de plexiglass. 2´000000 UNICATOLICA Tornillería variada estándar, pegantes y adhesivos 500.000 UNICATOLICA Material bibliográfico Libros Articulos Suscripcion a revistas científicas y tecnológicas. 2’000.000 UNICATOLICA Asistencia a Eventos científicos de divulgación. Tiquetes, alimentación y hospedaje. 2´000000 UNICATOLICA Servicios técnicos especializados (utilización de maquinaria no disponible en la universidad) 1´000.000 UNICATOLICA Sometimiento de Publicaciones científicas a revistas indexadas nacionales y/o internacionales. 1´000.000 UNICATOLICA Software especializado LabVIEW, Proteus Design Solid Works 2’000.000 UNICATOLICA Equipos de cómputo (portátil) 5’000.000 UNICATOLICA Total Presupuesto 22.000.000 UNICATOLICA
  • 20. 20