RECONOCIMIENTOS A LA EXCELENCIA ACADÉMICA

Facultad de Ingeniería

RECONOCIMIENTOS A LA EXCELENCIA ACADÉMICA MEJORES TRABAJOS DE GRADO

2021 2

INDICE PROGRAMAS DE PREGRADO

Proyectos de Grado Carrera de Ingeniería Industrial Influencia de un asistente virtual: aprendizaje y deserción de las formaciones empresariales

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An integrated approach to solve the nurse scheduling problem considering absenteeism and nurses’ preferences.

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Diseño de prototipo de Audiolibros para capacitaciones empresariales

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Proyectos de Grado Carrera de Electrónica Sistema de rastreo de objetos orientado a un campus inteligente basado en la tecnología LoRa

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Cosechador de energía eléctrica acoplado a la rueda de una bicicleta

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Antena para radar en aplicación de conteo de vehículos

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PROGRAMAS DE MAESTRÍA

Proyectos de Grado Maestría en Ingeniería Industrial Visual inspection using deep learning techniques for industrial manufacturing processes with class imbalance and limited labeled data

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Proyectos de Grado Maestría en Ingeniería Civil Estudio del impacto a nivel estructural de la implementación de techos verdes sobre viviendas de autoconstrucción de 1, 2 y 3 pisos en la ciudad de Bogotá, D.C.

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Análisis de las variables con incidencia en los precios ofertados de alquiler en el mercado de las edificaciones con certificación LEED®,en Bogotá y Medellín.

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Otros Trabajos de Grado Reconocidos Listado de Proyectos

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

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

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

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

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Programas PREGRADOS

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Proyectos de Grado

CARRERA DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAL

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Influencia de un asistente virtual: aprendizaje y deserción de las formaciones empresariales

Autores

Julián Camilo Vargas Méndez Jairo Adolfo Hernández Martínez Juanita Caballero Villalobos Laura Carolina Alvarado Perdomo

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Directores

Manuel Medina Labrador

Las metodologías de aprendizaje digital se han desarrollado rápidamente impactando a sus usuarios. La literatura muestra que herramientas digitales como: inteligencia artificial, aprendizaje automático, plataformas virtuales y chatbots, favorecen positivamente el proceso de aprendizaje académico; sin embargo, no se ha estudiado su efecto en la formación empresarial. Esta investigación propone diseñar un chatbot con el apoyo de emojis, que conecte con los usuarios y facilite el proceso educativo, con el fin de mejorar los niveles de aprendizaje y disminuir los niveles de deserción. Para lograr esto, se utilizó una metodología mixta al interior de la compañía mediante una fase cualitativa, cuantitativa, experimental y de simulación de agentes; que pudo medir y analizar el cambio del nivel de aprendizaje y la deserción.

Para la creación del chatbot se realizó en la plataforma de comprensión de lenguaje natural Dialogflow. La evaluación de la interacción humano-bot se midió a través del formulario de usabilidad adaptado del método UMUX desarrollado por Tariverdiyeva y Borsci (2019) y se verificó mediante la norma ISO 9126, es un estándar internacional para evaluar la calidad del software (interacción humano-bot) con base en diferentes criterios. Finalmente, a través de la simulación basada en agentes (SBA) se modeló la dinámica de aprendizaje de la capacitación virtual mediante la herramienta de Netlogo, se simuló la capacidad de aprendizaje incluyendo una red neuronal artificial con parámetros aleatorios para cada uno de los estudiantes y se evaluó el impacto de la interacción humano-bot en los niveles de deserción y aprendizaje.

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An integrated approach to solve the nurse scheduling problem considering absenteeism and nurses’ preferences.

Autores

Julian Camilo Zabala Valdes Edwin Andrés Yañez Vergel Cristian Felipe Guzmán Garzón Carolina Barajas Jaimes

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Directores

Carlos Eduardo Montoya Ricardo Otero Caicedo

El problema de asignación de enfermeras ha sido relevante en los últimos años debido a su impacto directo en la atención de los pacientes. Este problema consiste en asignar turnos cumpliendo un conjunto de restricciones fuertes asociadas a la legislación laboral y un conjunto de restricciones suaves relacionadas con las preferencias personales y el equilibrio de la carga de trabajo, entre otras. La mayoría de los estudios se han centrado en proporcionar soluciones para escenarios deterministas sin considerar posibles disrupciones, como una ausencia. Este estudio integra dos enfoques para abordar el ausentismo: el reactivo y el preventivo. Primero, se desarrolla un modelo de optimización lineal multiobjetivo utilizando el método de epsilon constraint para dar solución a la programación del personal considerando las restricciones. El modelo se evalúa en diferentes instancias para analizar su rendimiento. A continuación, se diseña un algoritmo genético y se compara contra el modelo matemático. El algoritmo genético obtuvo un rendimiento competitivo en las instancias comparadas y funciona mejor para resolver instancias grandes. El modelo y el algoritmo incluyen un componente preventivo que consiste en tener una asignación de reserva para cada franja horaria. Además, para mitigar el efecto del ausentismo, este estudio presenta tres estrategias de reprogramación que combinan enfoques reactivos y preventivos. El comportamiento de cada estrategia propuesta se mide mediante una simulación y los resultados evidencian la posible aplicación de los enfoques en función de la frecuencia de las ausencias y de los intereses del hospital. Finalmente, la solución se aplica en un caso de estudio para para construir el horario mensual de las enfermeras y evaluar las estrategias de reprogramación teniendo en cuenta información histórica. La aplicación en un hospital colombiano evidencia que el método de solución propuesto tiene buen comportamiento y es beneficioso para este problema en la práctica.

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Diseño de prototipo de Audiolibros para capacitaciones empresariales

Autores

Maria Paula Millán Martínez Maria Alejandra García Cruz Andrés Felipe Lujan González Ana María Ibrahim Peña

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Director

Manuel Medina Labrador

El aprendizaje digital ha traído ventajas y dificultades en la adaptación de herramientas y niveles de aprendizaje. La literatura ha evidenciado que el uso de herramientas tecnológicas en la educación como el audiolibro contribuyen al aprendizaje de los estudiantes de centros educativos; sin embargo, el impacto de estas herramientas se ha estudiado muy poco en el ámbito de la capacitación empresarial. Este aspecto resulta fundamental porque la capacitación del recurso humano de las empresas requiere inversión de tiempo, ausencia de actividades laborales y costos de logística. No obstante, a pesar de los requerimientos, al final del proceso el nivel de aprendizaje no logra permanecer en el personal capacitado. Esta investigación determinó la influencia de los factores Género del locutor, Interactividad y Modalidad de aprendizaje del uso del audiolibro como herramienta de capacitación virtual en el nivel de aprendizaje de los trabajadores de una reconocida empresa del sector de seguros, y la deserción de los trabajadores en la capacitación empresarial virtual. Para lograr esto, se utilizó una metodología mixta al interior de la compañía con una fase cualitativa, cuantitativa y experimental, que permitió medir y analizar la existencia de un cambio en el nivel de aprendizaje y la deserción.

El audiolibro es una herramienta efectiva para aumentar el nivel de aprendizaje y disminuir la deserción en las capacitaciones empresariales. Los resultados demostraron que los trabajadores que tuvieron una capacitación con un audiolibro con locutor femenino, con interactividad y con dualidad de audio y texto, aumentaron su nivel de aprendizaje en un 40 % en comparación a la media obtenida previo a la capacitación y una disminución del 20 % en la deserción de la capacitación en comparación a la que se presentaba en la compañía en formaciones anteriores.

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Proyectos de Grado

CARRERA DE ELECTRÓNICA

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Sistema de rastreo de objetos orientado a un campus inteligente basado en la tecnología LoRa

Autor

Director

Juan Pablo Carvajal Acosta

Arturo Fajardo Jaimes

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En la actualidad existe una fuerte necesidad en las instituciones de educación superior, de desarrollar soluciones de seguridad, relacionadas con el hurto o extravío de equipos y objetos dados en préstamo por la institución, ocasionando pérdidas monetarias que llegan hasta los 2.8 millones de dólares anuales, solo en Estados Unidos. Con base a lo anterior, los sistemas de rastreo de objetos permiten generar alertas de seguridad para actuar ante hurtos o pérdida, adicionalmente aporta la primera parte del proceso para la recuperación de las cosas que se quieran rastrear y garantizar su seguridad dentro del campus universitario.

Con el fin de buscar solución a los problemas mencionados anteriormente, en este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema de rastreo, abordando el uso de la tecnología LoRa, como una alternativa de comunicación de bajo consumo y largo alcance.

El sistema propuesto comprende, el diseño e implementación de los nodos para el rastreo, obteniendo sus coordenadas por medio de GPS, pasando por la transmisión de las coordenadas de los nodos a través de LoRa a un nodo receptor, finalmente son enviadas a una base de datos en la nube con conexión a una página web, que cuenta con una aplicación final desarrollada para mostrar la ubicación de estos objetos, donde se proponen y desarrollan herramientas adicionales para el rastreo.

Se llevaron a cabo pruebas de funcionamiento con respecto a los nodos de rastreo, como mediciones de consumo energético, error de posición, cobertura del nodo, así como la verificación del funcionamiento de la página web para el usuario, en la cual se realizaron pruebas de las funcionalidades desarrolladas, donde se pueden observar los nodos rastreados, modificar parámetros específicos de cada nodo, obtener alertas con respecto a su posición y conocer información de las funcionalidades y del sistema completo.

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Cosechador de energía eléctrica acoplado a la rueda de una bicicleta

Autores

Robert Alexis Urbina Mojica Luis Carlos David Barón Mosquera

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Director

Arturo Fajardo Jaimes

El transporte de personas en Colombia representa el 39.9% de la energía total consumida por el país y también es el causante del 25.4 % del material particulado en el aire de Bogotá. Este tipo de contaminación produce más de 2 millones de muertes prematuras al año en espacios urbanos a nivel mundial. En vista de esta problemática las grandes ciudades, como Bogotá, enfrentan el reto de movilizar a las personas usando medios de transporte no contaminantes y de bajo consumo energético.

Las bicicletas convencionales son un medio de transporte ecológico, pero su uso se ve reducido debido a factores como la inseguridad. Existen diversos dispositivos electrónicos que aumentan las funcionalidades de las bicicletas e incentivan su uso, como: luces leds, candados inteligentes, rastreo GPS o una red de sensores de calidad del aire. Todos estos dispositivos requieren de energía eléctrica, la cual normalmente es tomada de las red eléctrica doméstica y almacenada en baterías, en lugar de ser producida por el mismo ciclista.

Para incentivar el uso de la bicicleta en este trabajo de grado se diseñó por simulación un cosechador, de bajo costo, que pueda ser acoplado a la rueda de una bicicleta y es capaz de cosechar la energía cinética del movimiento de sus llantas por medio de principios de electromagnetismo. El transductor del cosechador es simulado en el software Ansys Maxwell ® 16.1, y el conversor es diseñado por medio de simulaciones de OrCAD ® 17.4. La energía cosechada es consumida con alta eficiencia por una carga, demostrando que se puede aumentar la autonomía energética de los dispositivos electrónicos de la bicicleta.

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Antena para radar en aplicación de conteo de vehículos

Autores

David Eduardo Rojas Sánchez Sergio Andres Rojas Moreno

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Director

Manuel Ricardo Pérez Cerquera

Para aliviar el problema en la movilidad causada por la demanda de transporte y del tránsito vial existen diferentes alternativas basadas en sistemas inteligentes de transporte. Dentro de los requerimientos de estos sistemas, se tiene la detección y monitorización de vehículos y posteriormente, el análisis de datos obtenidos para la toma de decisiones. Por lo anterior, los sistemas de radar han sido utilizados en las principales ciudades como sistema de detección y control de velocidad de alta precisión. Dichos sistemas requieren de una antena que cuente con las características de diseño propias de un radar en el dominio del tiempo. Estos sistemas son los denominados de banda ultra ancha (UWB), y por lo tanto se requiere que las antenas también lo sean.

Las antenas cornetas TEM son las más utilizadas para realizar una medición directa de campos Electromagnéticos transitorios. Dentro de sus características más representativas se encuentran: las bajas pérdidas a través de la guía de onda, la radiación unidireccional, la baja dispersión y la alta ganancia. Teniendo en cuenta dichas características, en este trabajo de grado se diseñan dos antenas cornetas con tecnología Substrate Integrated Waveguide (SIW). El reto principal se presenta en el rango de frecuencia seleccionado, el cual pertenece a la banda K (entre los 18 – 27 GHz) en donde el principal inconveniente se presenta con el acople de impedancias.

Los diseños parten desde el análisis de impedancias del diseño teórico de una antena de este estilo, hasta su optimización logrando dos variantes: una con alimentación Coaxial y la segunda con una alimentación de tipo Grounded Coplanar Waveguide (GCPW).

Al implementar las antenas propuestas en un sistema de radar a 24 GHz se espera obtener una respuesta de gran precisión en la detección de vehículos haciendo uso de la teoría que involucra el efecto Doppler.

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Programas POSGRADO

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Proyectos de Grado

MAESTRÍA EN INGENIERÍA INDUSTRIAL

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Visual inspection using deep learning techniques for industrial manufacturing processes with class imbalance and limited labeled data

Autor

Director

Nicolás Barrero Lizarazo

Carol Martínez

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En los últimos años se ha utilizado la visión por computador para realizar inspecciones visuales en procesos industriales. Sin embargo, el procesamiento de imágenes convencional se limita a escenarios controlados y a tareas específicas como la lectura e identificación de códigos de barras, el calibrado y el dimensionamiento, la inspección básica de materiales y la localización y el recuento. En los procesos industriales, otras tareas de inspección visual requieren técnicas sofisticadas, por ejemplo, la detección y segmentación avanzada de defectos, la identificación de características y la verificación de ensamblajes, entre otras. En la actualidad, estas tareas implementan técnicas de aprendizaje automático basadas en el aprendizaje profundo para lograr un rendimiento superior al de la inspección manual. Por lo general, se considera que el enfoque de aprendizaje profundo requiere muchos datos etiquetados para generar un modelo aceptable, lo que a menudo obstaculiza la adopción generalizada del aprendizaje profundo en las industrias que están limitadas a la disponibilidad de datos etiquetados.

Por otra parte, como es natural en la inspección visual, los defectos están presentes con menos frecuencia que las piezas regulares, creando así un desbalance de clases que podría complicar el entrenamiento de un modelo robusto de aprendizaje profundo.

Adicionalmente, otras técnicas de aprendizaje de máquina aplicadas a la inspección visual requieren experiencia en ingeniería de características para crear un modelo y, a menudo, los resultados se limitan a características específicas que no pueden extrapolarse a un entorno, material o rasgo diferente a identificar.

El objetivo del proyecto desarrollado es desplegar un algoritmo de aprendizaje profundo para inspección visual que trate el desbalance de clases y la disponibilidad de datos en un caso de estudio (inspección de la superficie de láminas de acero), presentando diferentes enfoques utilizados para lograr el modelo final, utilizando redes neuronales convolucionales. Este proyecto se presenta como un primer acercamiento al desarrollo y aplicación de técnicas avanzadas de inteligencia artificial en el sector industrial colombiano.

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Proyectos de Grado

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL

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Estudio del impacto a nivel estructural de la implementación de techos verdes sobre viviendas de autoconstrucción de 1, 2 y 3 pisos en la ciudad de Bogotá, D.C.

Autor

Director

Oscar Contreras Bejarano

Federico Alejandro Núñez Moreno

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En años recientes, ideas como los techos verdes han ganado importancia como alternativa de adaptación ambiental de la sociedad a las nuevas condiciones del entorno. En la ciudad de Bogotá, los techos en barrio populares representan un área potencial para su implementación. El trabajo de grado discute el impacto del peso de un techo verde en una unidad de vivienda de autoconstrucción desde el punto de vista de la demanda de capacidad estructural. El peso del techo verde es una variable aleatoria cuya normalidad se investigó mediante la prueba de bondad de ajuste de Shapiro-Wilk. Los factores de magnificación para esta carga muerta provienen del método de Nowak-Collins usando intervalos de confianza sobre el valor medio del peso. A través de la metodología “Pushover” propuesta en el ATC-40 se encontró el comportamiento no lineal de una estructura de control similar a las que se encuentran en los barrios populares de la ciudad de Bogotá. De acuerdo con esta metodología, el daño causado en estas estructuras debido a la demanda sísmica aumenta por la incorporación del techo verde. Sin embargo, el incremento de los daños depende de las condiciones locales del suelo.

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Análisis de las variables con incidencia en los precios ofertados de alquiler en el mercado de las edificaciones con certificación LEED®,en Bogotá y Medellín.

Autora

Directores

Jeniffer Hamón Caicedo

Holmes Páez Edgar Mauricio Rey

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El objetivo de esta investigación fue analizar la relación entre precios ofertados de alquiler y las edificaciones con certificación LEED de uso oficina u hotel ubicadas en Bogotá y Medellín. Se emplearon las metodologías cuantitativas de estadística descriptiva y análisis de regresión multivariante, la metodología cualitativa de grupo focal y sistemas de información geográfico (SIG), para el análisis de la relación mencionada a partir de una muestra de 82 observaciones recolectadas manualmente. Como resultados se encontró un diferencial de precio ofertado de alquiler promedio de 9 - 18% entre las edificaciones con certificación, respecto a las no certificadas, asimismo, se identificaron nichos o áreas de mercado con una clara concentración de este tipo de edificaciones, y finalmente, que este diferencial de precio está mayormente correlacionado con variables propias de la edificación como bien comercial sobre variables de sostenibilidad de la certificación, sin embargo, se halló una correlación entre el diferencial de precio con las variables relacionadas a la existencia de la certificación, energía y atmosfera, y eficiencia del agua.

Esta investigación es uno de los primeros esfuerzos desde la academia, para entender la naturaleza de la implementación de un sistema de evaluación y certificación de edificaciones sostenibles de carácter extranjero, respecto al mercado comercial de oficinas y hoteles en un país de significancia económica para Latinoamérica como lo es Colombia. Así, esta investigación presenta evidencia empírica que podría aportar a los desarrolladores y usuarios de estas edificaciones, para que a partir del entendiendo de este mercado, se continúen encausando esfuerzos de manera que los beneficios no sean solo tangibles en la infraestructura, sino que sean tangibles para los usuarios, desarrolladores y promotores de estos proyectos

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Otros Trabajos de Grado Reconocidos PROGRAMA DE MAESTRÍA

Proyectos de Grado Carrera de Electrónica Diseño de un procesador basado en la arquitectura RISCV para un sistema de monitoreo de inventarios para almacenes de cadena

Autor

David Orlando Rodríguez Ojeda

Directores

Francisco Fernando Viveros Luisa Fernanda García

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Facultad de Ingeniería

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