7. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN EN TELECOMUNICACIONES 7.1
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NIT 860 012 357 - 6 7. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN EN TELECOMUNICACIONES 7.1. FUNDAMENTACIÓN EPISTEMOLÓGICA Los fundamentos epistemológicos, explican el objeto de estudio, su naturaleza, evolución histórica y prospectiva, en este caso, el campo de estudio son las telecomunicaciones. 7.1.1. Naturaleza del campo de las Telecomunicaciones. Las Telecomunicaciones han sido consideradas como una disciplina de la ingeniería electrónica que combina la técnica y la ciencia porque se basa en principios científicos, crea y aplica tecnologías e incluso se apoya en técnicas empíricas. Las tecnologías de las telecomunicaciones tienen implicaciones revolucionarias en las relaciones entre las empresas y en la vida cotidiana de los ciudadanos. Y ello con un ritmo de cambio nunca antes conocido. Todo esto multiplica la importancia de la investigación y el desarrollo en este sector. En general el sector de telecomunicaciones es líder en la economía de los países, todos los sectores económicos emplean sus servicios, tanto, que (por dar un ejemplo) se calcula que dos tercios del crecimiento de la economía de Estados Unidos son impulsados por dichas innovaciones tecnológicas. En Colombia, entre 1994 y 2010, la inversión en telecomunicaciones ha crecido desde 2,000 millones hasta 3,2 billones de dólares americanos, y actualmente la inversión extranjera en telecomunicaciones constituye el 35% de la inversión total extranjera del país. El impacto de las telecomunicaciones en la sociedad es indiscutible. En Colombia aún se tiene una brecha digital considerable y hay una exagerada diferencia entre la infraestructura de comunicaciones en ciudades desarrolladas y la de regiones pobres y zonas rurales. Aún así, las telecomunicaciones en el país han avanzado vertiginosamente y cada día adquieren mayor importancia en las actividades cotidianas. Es así que no es posible imaginar empresas sin telefonía fija, telefonía celular, Internet, servicios de correo electrónico, páginas Web, redes privadas, conexiones virtuales, etc. Tampoco es posible vislumbrar universidades sin estas capacidades, ni hogares y grupos de amigos sin un mínimo de conectividad. Las telecomunicaciones permiten el flujo de la información en tiempo real. Esto hace que se reduzcan los costos en general en las actividades diarias que realiza el ser humano. El nivel de comunicación ubicua ha tomado mucha importancia en el mundo de hoy, esto ha permitido el desarrollo de redes fijas y celulares, y por lo tanto, es necesario un nivel de investigación importante que pueda soportar este desarrollo. 7.1.2. Evolución Histórica del campo de las Telecomunicaciones. Muchas autoridades creen que los dos campos de: Ingeniería Eléctrica y Electrónica, así como Ciencia de los computadores en ingeniería, tienen diferentes identidades pero muchos puntos comunes. Su evolución histórica está bastante ligada a la investigación científica de la electricidad que empezó a realizarse a partir del siglo XVIII, basada en los experimentos de Benjamín Franklin. A mediados del Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 siglo XIX, la potencia comercial de la nueva fuente de energía fue explotada, con la introducción del telégrafo, el generador eléctrico y las lámparas de arco. El fin de la década de 1870 y principios de la década de 1880, fue un período de rápidos cambios en la tecnología eléctrica, con desarrollos como el teléfono, la luz eléctrica y la generación de potencia. El Instituto Americano de Ingeniería Eléctrica, AIEE, fue conformado en el año de 1884, para unificar los conocimientos envueltos en el arte de “producir y utilizar la electricidad”. Fueron comunes en esta época, las ferias para presentar los desarrollos basados en la electricidad y la aparición de las primeras bibliotecas con el tema de electricidad y magnetismo. A principios del siglo XX, se dio el nacimiento de varias tecnologías que causaron gran impacto. La más excitante de éstas, fue la radio, o como fue llamada en ese tiempo, “wíreless”, por medio de la cual, se rompieron las distancias en el campo de la comunicación humana. La existencia de las ondas electromagnéticas, que viajaban como la luz, había sido prevista por James Maxwell en el año 1860 y probada por Germán Hertz en 1880. Hacia el año 1912, se fundó el Institute of Radio Engineers, IRE, para agrupar las personas dedicadas al campo de la Radio. Es importante anotar que los grandes desarrollos de la Radio y de las comunicaciones, se dieron presionadas por los tiempos de guerra. Ningún evento como la segunda guerra mundial, 1939-1945, tuvo grandes efectos en el desarrollo de la ingeniería eléctrica. En medio del calor de la guerra, la radio ingeniería, fue transformada en electrónica, donde la manipulación de los electrones y las ondas electromagnéticas, no solo se orientaron al campo de las comunicaciones, sino también al control, a la detección de fenómenos y a la búsqueda de soluciones a los problemas de la sociedad. La presión de la guerra desarrolló una fuerte relación entre ingenieros y físicos. Esta relación de ciencia y tecnología se ha mantenido hasta nuestros días. Igualmente la presión de la guerra, aumentó el uso de la electrónica en el cálculo y la evolución de la teoría de la información; todo lo anterior, fue plasmado en una moderna máquina digital para cálculo de la época, desarrollada por un grupo de investigación de la universidad de Pennsylvania, a la cual se le dio el nombre de ENIAC1. La verdadera importancia de la fusión de la ciencia e ingeniería, en los laboratorios industriales, se observó cuando en 1947, en los laboratorios Bell, tres físicos e ingenieros: John Bardeen, Walter Brattian y William Shockley, implementaron la más significante invención de la era: el transistor2. De las tecnologías que emergieron después de la segunda guerra mundial, la que ha tenido más efectos sobre las recientes décadas, es la aparición del computador digital. Éste, marcó una revolución en la ciencia, los negocios, los gobiernos, y la ingeniería, al suministrar la facilidad de manejar gran cantidad de datos de una forma rápida y segura. La Microelectrónica y los circuitos integrados han tenido gran auge a partir de la década del 60, por la demanda de dispositivos electrónicos de muy pequeño tamaño y de bajo consumo de potencia, para ser usados en equipos aeroespaciales y de uso militar. Todos estos avances han permitido un gran desarrollo de los computadores en dos sentidos opuestos. Por un lado la posibilidad de la introducción al mercado de minicomputadores y computadores personales, que han revolucionado la sociedad y por otro lado la miniaturización, que ha dado lugar al diseño de nuevas arquitecturas, las cuales han facilitado el diseño de “supercomputadores”, que han permitido la ejecución de cálculos nunca imaginados. Además la aparición de gran número de computadores con diferentes usos, ha permitido la tarea de conectarlos entre si, facilitando la comunicación entre ellos. 1 2 ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Computer. Transistor: Dispositivo electrónico semiconductor que se utiliza como amplificador o conmutador electrónico. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 A través de los 1970s y los 1980s, Arpanet3 creció, hasta convertirse en la Internet4 de hoy en día. El gran desarrollo de los circuitos integrados, ha impulsado la electrónica de consumo, orientada a mejorar la calidad de vida de la sociedad. La aparición de potentes computadores ha permitido el avance en la actividad industrial, desde el uso de robots y diseño de manufactura asistido por computador, hasta los computadores usados en publicidad y cinema. Sin embargo el más importante avance ha sido el enlace de esos computadores en redes de amplio cubrimiento vía Internet. La Internet que inicialmente fue concebida como una aplicación militar, ahora es indispensable para el desarrollo personal y profesional de millones de personas a nivel mundial. Los avances en las telecomunicaciones, como la proliferación de la telefonía celular y la red global de posicionamiento, a través del procesamiento de señales, han conformado en unión con los computadores un verdadero sistema mundial de flujo de información. Por otro lado, la conservación de la energía, está presionando un renovado interés en el carro eléctrico y aplicación de los generadores de levitación al transporte masivo. 7.1.3. Prospectiva de las Telecomunicaciones. Se fundamenta en el Plan Estratégico del Programa Nacional de Electrónica, Telecomunicaciones e Informática (ETI), de COLCIENCIAS. 2005-2010. Basado en la encuesta que la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), realizó a sus miembros más destacados (fellows), durante el 2003- 2004, acerca del futuro de la tecnología, en los países más industrializados. Según esta encuesta, los desarrollos tecnológicos relevantes, para los próximos 5 años, serán: Acceso a bajo costo a comunicaciones de banda ancha. Diodos emisores de luz (LED) blancos, como una forma de reducir el consumo de energía. Aplicaciones prácticas de comunicaciones cuánticas. Nuevos dieléctricos para las compuertas de los circuitos CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors). Fuentes alternativas de energía limpias. Sistemas de inteligencia artificial de bajo costo. Desarrollos tecnológicos para la investigación del genoma. Sistemas operacionales y software de libre acceso (Open Source). Integración de la biología y la ingeniería. 7.1.4. Situación de la Industria Internacional 7.1.4.1. Segmentos de Mercado. 3 La red de computadoras ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network) fue creada por encargo del Departamento de Defensa de los Estados Unidos como medio de comunicación para los diferentes organismos estadounidenses. 4 Internet es una red de redes a escala mundial de millones de computadoras interconectadas con el conjunto de protocolos TCP/IP. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 En países industrializados donde la industria electrónica ocupa un alto porcentaje de la producción nacional; sectores como: telecomunicaciones, procesamiento de datos, electrónica de consumo, industria aeroespacial e industria automotriz, ocupan los primeros renglones de la producción, donde los dos primeros cubren más de un 60% de la producción nacional. 7.1.4.2. Industria de los Semiconductores. Uno de los indicadores más claros sobre las tendencias en electrónica son las proyecciones realizadas por la SIA (Semiconductor Industry Association), consignadas anualmente en los documentos titulados ITRS (Internacional Technology Road Map for Semiconductor), que permiten analizar los principales nichos de mercado, sus requerimientos y las de los sectores económicos dominantes. Estas proyecciones dan una indicación de cómo se compone el mercado desde el punto de vista de su actual potencial: Equipos portátiles e inalámbricos Sistemas de banda ancha Conmutación por Internet Almacenamiento masivo Electrónica de consumo Computadores Electrónica para automóviles. En cada uno de estos mercados las tendencias de innovación y desarrollo están concentradas alrededor de tres tipos de productos semiconductores, muy orientados por la aplicación: SoC (Systems-on Chip) sistemas en chips, circuitos mixtos análogos/digitales y microprocesadores. En los SoC se encuentran retos tanto en la fabricación, como en el diseño, e involucran tecnologías electrónicas de diferente tipo como circuitos digitales, análogos, sensores y actuadores. Constituyen un mercado de alta complejidad que demanda grandes volúmenes de producción, semejante al de los ASICS (Application Specific Integrated Circuit), y que dado el estado actual de las metodologías de diseño, procura su optimización con la reutilización de módulos de silicio IP (Intelectual Property). El campo de los circuitos integrados mixtos ha florecido en la última década, impulsado de manera importante por la gran cantidad de aplicaciones inalámbricas de corto y mediano alcance que han aparecido en el mercado. Sistemas RF (radio frecuencia) de bajo consumo, conversores A/D (analógicos/digitales) y D/A (digitales/analógicos) de alto desempeño, procesadores digitales de señales, son ejemplo de los módulos que se deben incorporar en un mismo circuito integrado; esto plantea retos importantes en diseño de circuitos, metodologías de diseño y procesos de fabricación. El campo de los microprocesadores está orientado a aplicaciones sobre medidas en las que el desempeño y los costos de producción son elementos determinantes del desarrollo, por lo tanto, está en manos de las grandes industrias la participación en el mercado. 7.1.5. Visión Académica de las Telecomunicaciones. A continuación se presentan algunos ejemplos de tecnologías emergentes que según la publicación MIT Technology Review (2008 y 2009) cambiarán el mundo y que por supuesto están íntimamente relacionados con el campo de las telecomunicaciones y el manejo de la información (Ocyt., 2009): El modelamiento de sorpresas combina la minería de datos y el aprendizaje automático de las maquinas para ayudar a la gente a hacer un mejor trabajo mediante la anticipación y Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 afrontamiento a acontecimientos inusuales. Aunque la investigación en el campo es preliminar, el modelamiento de sorpresas podría ayudar a asistir la toma de decisiones en una amplia gama de dominios, tales como la gestión del tráfico, la medicina preventiva, la planificación militar, la política, los negocios, el pronóstico de eventos naturales y las finanzas. FIGURA N⁰ 2: Minería de Datos Fuente: http://www.technologyreview.com/specialreports/specialreport.aspx?id=25 La tecnología PCMOS o Chips probabilísticos (Probabilistic Complementary Metal-Oxide Semiconductor) es una tecnología de diseño de componentes electrónicos cuyo comportamiento no es totalmente determinista. El lado malo es que esto significa que los componentes pueden cometer errores en sus cálculos, pero tienen dos importantes ventajas; la primera, que su consumo energético es mucho menor (mayor duración de batería) y su capacidad de miniaturización también lo es, lo que permitirá alargar la vida de la ley de Moore. A corto plazo, los diseños PCMOS podrían aumentar significativamente la vida útil de las baterías en los dispositivos móviles. FIGURA N⁰ 3: Chips Probabilísticos. Fuente: http://www.freshelectronics.net/wp-content/uploads/2009/02/proba_chip.jpg Nuevas tecnologías y materiales electrónicos para implementar las funciones que hoy se hacen sobre silicio a costos que permitan que los productos puedan llegar a ser incluso desechables. Una de las alternativas consideradas de mayor futuro, está en la utilización de materiales orgánicos para la fabricación de los elementos de conmutación en sistemas digitales. En este Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 caso los transistores flexibles basados en polímeros como el grafeno, un material de carbono con el diámetro de un átomo, podría tener propiedades electrónicas extraordinarias como son su conductividad eléctrica elevada. Las aplicaciones iníciales serán en pastillas de comunicaciones de ultra-alta-velocidad (teraherzios), con procesadores de computadores supremamente rápidos. FIGURA N⁰ 4: Transistores Flexibles de Grafeno. Fuente: http://www.technologyreview.com/files/23143/flex_graph_x220.jpg En la actualidad las nuevas herramientas de la nanotecnología están permitiendo a los investigadores fabricar dispositivos muy pequeños. ha construido aparatos de radio de tamaño molecular utilizando nanotubos; este desarrollo permitirá desde mejorar los teléfonos móviles hasta mejorar las comunicaciones entre microdispositivos. FIGURA N⁰ 5: NanoRadios. Fuente: http://www.technologyreview.com/files/14609/0308-Nanoradio_x600.jpg El ancho de banda no solo en redes sino también en interconexiones entre microcomponentes plantea desde hace años la necesidad de lograr verdaderas interfaz luz-electrón que permitan Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 superar las velocidades actuales de forma eficiente. Esto pone a la microfotónica en la línea de las tecnologías que transformarán el mundo. FIGURA N⁰ 6: MicroFotónica. Fuente: http://comps.ecu.edu.au/images/smart-antenna-beamformer.jpg La Energía inalámbrica permite transmitir energía eléctrica a los dispositivos sin el uso de cables. Su impacto radica en que cualquier dispositivo de baja potencia, como un teléfono celular, un iPod o un portátil, puede recargarse automáticamente simplemente permaneciendo dentro del rango de alcance de una fuente de energía inalámbrica, eliminando la necesidad de múltiples cables y quizás, eventualmente, de baterías. El sistema aprovecha el fenómeno del acoplo por resonancia. El sistema se basa en que la corriente que pasa por una bobina induce una corriente eléctrica en una bobina cercana. Es el mismo sistema que utilizan los transformadores, pero ajustando la frecuencia de la corriente eléctrica para hacer que las bobinas entren en resonancia; de esta forma, las bobinas pueden estar separadas una distancia considerable. FIGURA N⁰ 7: Energía Inalámbrica Fuente: http://www.technologyreview.com/files/14517/0308-Wirless_x600.jpg Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Desarrollo de aplicaciones Web sin conexión o fuera de línea, utilizando tecnologías web como HTML y Flash. Las aplicaciones web permiten trabajar desde cualquier ordenador en cualquier lugar, pero tienen un problema; en el momento en que la línea se corta, ya no se puede hacer nada. Los desarrolladores pueden crear rápidamente y a bajo costo aplicaciones completas de escritorio que se pueden utilizar en una amplia gama de dispositivos y sistemas operativos. Estas aplicaciones, además, serán capaces de interactuar con servidores web, con lo que el sistema combinará las ventajas de las aplicaciones online y offline. Asistente de Software Inteligente, prevé una nueva forma para que las personas interactúen con los servicios disponibles en Internet: un “Motor de Hacer” (do engine) en vez de un motor de búsqueda (search engine). Se está trabajando en un software de asistente personal virtual que ayudaría a los usuarios a realizar tareas en vez de limitarse a recolectar información. Los usuarios pueden escribir o pronunciar oraciones simples y el software descifra su intención por el contexto. FIGURA N⁰ 8: Asistente de Software Inteligente. Fuente: http://www.technologyreview.com/es/specialreports/specialreport.aspx?id=39 La conexión de redes definida por el software para controlar remotamente el hardware de red mediante software puede acelerar internet. Durante años, los informáticos han imaginado formas de mejorar la velocidad, fiabilidad, seguridad y bajo consumo de la conexión de redes. El informático de Stanford Nick McKeown y sus colegas desarrollaron un estándar llamado OpenFlow que, esencialmente, abre Internet a los investigadores. Les permite definir el flujo de datos mediante software, una especie de “conexión de redes definida por software”. Al instalar un componente de firmware (software alojado en el hardware) de OpenFlow, los ingenieros tienen acceso a tablas de flujo, reglas que le indican a los routers y a los interruptores cómo direccionar el tráfico de la red. Sin embargo, protege las instrucciones de asignación de ruta patentadas que diferencian el hardware de cada empresa. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 FIGURA N⁰ 9: Tecnología Grid. Fuente: /www.technologyreview.com/es/read_article.aspx?ch=specialsections&sr=39 La minería de realidad personal ¨Reality Mining¨ utiliza los teléfonos móviles para obtener información sobre el comportamiento de las personas y su forma de relacionarse. Esta tecnología deduce el comportamiento de las relaciones humanas mediante la aplicación de algoritmos de minería de datos sobre información recogida por sensores celulares que pueden medir la ubicación, la actividad física, y mucha más información. Los modelos generados por el análisis de datos de individuos y grupos podrían permitir la configuración de seguridad automática, asistentes personales inteligentes, la supervisión de personal y la salud de la comunidad. Los teléfonos celulares son ahora lo suficientemente sofisticados para recopilar y analizar datos sobre el comportamiento personal, y los investigadores están desarrollando técnicas que les permiten clasificar de manera efectiva a las personas a través de dicha información. FIGURA N⁰ 10: Reality Timing. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Fuente: www.technologyreview.com Es decir, son muchos retos y compromisos que la academia debe asumir en el campo de las telecomunicaciones, ya que hoy en día son indiscutiblemente el motor de la Sociedad de la Información. Las tecnologías de las telecomunicaciones tienen implicaciones revolucionarias en las relaciones entre las empresas y en la vida cotidiana de los seres humanos, que gracias a la electrónica se incrementan a un ritmo de cambio nunca antes conocido. Todo esto multiplica la importancia de la investigación y el desarrollo académico en este sector, que debe ser acogido por la universidad y contar con el apoyo fundamental de entidades estatales y privadas para propiciar y divulgar las novedades en materia de investigación y desarrollo en telecomunicaciones donde se puedan vislumbrar las perspectivas del sector en los procesos de I+D no solamente en el contexto regional y nacional, sino también internacional. Para afrontar un desarrollo sostenible, la planificación y gestión de redes y servicios de comunicaciones tendrán que generar proyectos dinámicos. Las exigencias crecientes para los planes y proyectos de telecomunicación y los inconvenientes de los esquemas tradicionales de planificación hacen necesario que se planteen nuevas alternativas dado que se requieren procesos de análisis más profundos para sobrellevar la complejidad inherente en la elaboración, operación y mantenimiento de los proyectos. La realización de una evaluación del sector de las telecomunicaciones en Colombia contribuirá a la mejora continua de la calidad de las redes y de los servicios y al aumento de su competitividad a corto, mediano y largo plazo, dentro del marco de la apertura y globalización que se presenta tanto en el ámbito nacional como a escala mundial. Para ello, se deben identificar y definir las alternativas de calidad en las redes y servicios, dentro de las tendencias mundiales que sean prioritarias para el país, de acuerdo a sus necesidades, oportunidades, recursos y su capacidad, buscando la optimización y el mejoramiento de los mismos. 7.1.6. Situación y Tendencias en Telecomunicaciones. Desde finales de la década de los noventa el sector global de telecomunicaciones ha generado una increíble evolución y variedad en tecnologías y nuevos servicios disponibles, acompañados de un aumento en la confiabilidad y calidad de los mismos, y de una reducción en el costo de los servicios más básicos. La Internet, por ejemplo, ya cuenta con más de 675 millones de usuarios, cerca del 8% de la población mundial, con acceso a más de 4.000 millones de páginas web (Google, 2004), atendidas por más de 55 millones de servidores (ITU, 2004). Los tres principales desarrollos tecnológicos del periodo han sido la difusión de múltiples servicios y tecnologías inalámbricas (wireless); la difusión de servicios de datos de banda ancha (broadband), principalmente la Internet; y la migración de la telefonía tradicional de circuito conmutado (PSTN), a la telefonía sobre protocolo Internet por conmutación de paquetes (VoIP, o voice over IP). La disponibilidad abundante y confiable de tecnologías de banda ancha e inalámbricas, son factores que habilitan el desarrollo del comercio electrónico, la computación ubicua (pervasive computing), los servicios web, y la computación distribuida como servicio de infraestructura. A continuación se miran estas tendencias. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 7.1.6.1. Comunicaciones de Banda Ancha. La difusión del acceso a los servicios de banda ancha continúa siendo una prioridad en los países industrializados, que en esto llevan la delantera a los subdesarrollados. En Estados Unidos, por ejemplo, el número de usuarios con acceso a Internet (65% de la población) ya es superior al de los que disponen de línea telefónica fija. El acceso a servicios de banda ancha es superior al 20% de la población y su rápido incremento es visto como un factor clave para acelerar el desarrollo de altas tecnologías, incrementar la competitividad del país, y cosechar los frutos de la “economía digital” (IEEE, 2002a). Las redes sincrónicas ópticas (Sonet) y el protocolo ATM5 son la infraestructura base de troncales y enlaces de redes metropolitanas, con un ancho de banda casi ilimitado (terabits por segundo), y con calidad de servicio seleccionable para acomodar los requerimientos de distintas aplicaciones y usuarios, tales como voz sobre red de datos, teleconferencias, video por demanda y otras aplicaciones de comunicaciones multimedia. En redes de área local el protocolo ethernet6 ha incorporado el uso de conmutación para evitar la degradación de velocidad a medida que el número de usuarios aumenta sobre un segmento. El ethernet convencional (10 Mbit/seg) ya ha sido reemplazado en muchos contextos de empresa y hogar por el ethernet rápido (100 Mbit/seg), y el ethernet gigabit (1 Gbit/seg) se utiliza en las grandes empresas como backbone para interconectar subredes y servidores. La conexión de redes locales (de negocio u hogar) a redes metropolitanas se realiza por tres tecnologías principales de acceso: cable coaxial, línea de suscriptor digital (DSL) en Norteamérica, y línea de red digital de servicios integrados (ISDN) en Europa. Internet 2, el sucesor de la Internet actual, continúa en desarrollo y evaluación en universidades y centros de investigación. Esta es una red de alta velocidad y mayor posibilidad de crecimiento; su troncal opera a velocidades cercanas a los 10 gigabits por segundo. Los protocolos soportados incluyen IPv6, (Protocolo Internet versión 6) el protocolo principal, e IP multicast. 7.1.6.2. Comunicaciones Inalámbricas. Wireless La tecnología wireless o inalámbrica continúa progresando y difundiéndose rápidamente como extensión de las redes de telecomunicaciones ópticas y alambradas. Las dos aplicaciones principales son telefonía celular y redes inalámbricas de datos. En telefonía celular, las tecnologías de segunda generación TDMA7, GSM8, y CDMA9 están siendo reemplazadas por las de tercera generación. Las tecnologías de tercera generación incluyen CDMA de banda ancha (W CDMA) y versiones mejoradas de GSM. Aparte del servicio de voz, éstas permiten también transmisión de datos de banda ancha, así como los servicios que la capacidad de transmisión de datos habilita, incluyendo mensajería 5 6 11 ATM: Asynchronous Transfer Mode: Tecnología de transmisión de datos en forma de paquetes. Ethernet: Un estándar para redes de ordenadores muy utilizado por su aceptable velocidad y bajo costo. 7 TDMA: Time Division Multiple Access (ANSI-136 o IS-136). Es una tecnología inalámbrica de segunda generación que brinda servicios de alta calidad de voz y datos. 8 GSM. Global System for Mobile communications (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles).Es un estándar mundial para teléfonos móviles digitales. 9 CDMA. (acceso múltiple por división de código en secuencia directa), es uno de los métodos de modulación en espectro ensanchado para transmisión de señales digitales sobre ondas. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 de texto, transmisión de imágenes y video, y acceso a Internet desde las unidades celulares de tercera generación. Uno de los temas principales en telefonía celular es la estandarización. En 1999 la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU por sus siglas en inglés) anunció un conjunto comprensivo de cinco patrones para tercera generación diseñados para acomodar y permitir la evolución natural de las tecnologías existentes, principalmente GSM y CDMA. Durante la década de los noventa surgió otro conjunto de tecnologías inalámbricas con gran atractivo como acceso a la red a alta velocidad y bajo costo de instalación. La primera es el servicio de distribución multipunto local (LMDS, o local multipoint distribution service), que opera en la banda de 28 a 30 GHz del espectro y permite altas velocidades de transmisión bidireccional de datos, de hasta 155 Mbps. La alta velocidad de transmisión es ideal para enlazar redes locales de alta velocidad, que operan a 100 Mbps, con redes WAN o metropolitanas (Sheppard, 2000). Se estima que en Estados Unidos el mercado LMDS para estos servicios es de cuatro a cinco millones de usuarios. Una característica aún más atractiva de LMDS es que, siendo una tecnología inalámbrica, tiene mínimos requerimientos de infraestructura para su instalación, por lo que puede ser montada a bajo costo y rápidamente, como alternativa a redes ópticas y cableadas. Por último, la familia de estándares IEEE 802.11(a, b, g), también conocidos como Wireless Fidelity o Wi-Fi, permite la conexión de redes locales de datos inalámbricos (WLAN) a cortas distancias, típicamente hasta 1.000 pies (300 metros), dependiendo de las condiciones del sitio, antenas, etc. Las frecuencias de operación y velocidades de transmisión dependen del estándar particular; 802.11b, por ejemplo opera a 2,4 GHz, y permite velocidades de hasta 5 Mbps. Esta tecnología se difundió rápidamente en instalaciones de casa y oficinas pequeñas, pero ha ganado popularidad en empresas y sitios concurridos como aeropuertos o cafés Internet. El mercado empresarial representa más del 30%, del mercado de Wi-Fi y una tasa de crecimiento del 7% anual. A pesar de problemas de seguridad y privacidad, la tecnología también está siendo implementada rápidamente por “ciudades digitales”, interesadas en ofrecer acceso a la red en espacios públicos como parte de su infraestructura. Versiones más recientes de la familia de estándares ofrecen seguridad (802.11i), garantía de calidad del servicio (802.11e) y velocidades de transmisión superiores a los 100 Mbps. Recientemente aparece Wi-Max – como una poderosa versión de WI-FI que permite el acceso inalámbrico a la red Internet, sobre una amplia extensión geográfica por ejemplo una ciudad. 7.1.6.3. Telefonía sobre Protocolo IP (VoIP) La telefonía sobre protocolo IP se basa en la posibilidad de transmisión de voz digitalizada sobre redes con protocolo TCP/IP. A diferencia de la red telefónica tradicional con conmutación de circuito, las redes TCP/IP, con protocolo de conmutación por paquetes, no garantizan la transmisión de todos los paquetes recibidos y, más aún, dado que los paquetes enviados pueden tomar diversos caminos o sufrir retrasos diferentes, tampoco garantizan el orden de llegada o la demora que los mismos puedan sufrir. El principal factor, entonces, que determina la viabilidad de la telefonía IP es la calidad de servicio de la red. Desde el punto de vista del proveedor, ésta incluye su confiabilidad, la cantidad de pérdida de información, el ancho de banda disponible, la demora en la red, y el jitter o variabilidad del retraso mismo. Todos estos factores determinan la calidad e inteligibilidad de la voz en el punto de recepción, que es el criterio de principal interés para el usuario. Las ventajas de la conversión de conmutación por circuitos a conmutación por paquetes incluyen una mayor eficiencia en la utilización de la red, y la posibilidad de construir y mantener una red única para transmisión de medios (voz y video) y datos, obviando la necesidad de sostener dos redes paralelas. El Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 costo de instalar VoIP es aproximadamente un décimo del de una red tradicional pública conmutada (PSTN), este factor la hace atractiva para países en vía de desarrollo, que desean expandir su red nacional y obtener conexión con las internacionales. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 7.2. DESCRIPCIÓN DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN Esta línea está asociada a la línea de profesionalización de Redes de Telecomunicaciones del Programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas de Tunja las temáticas o áreas de investigación que se estudian en esta línea son los siguientes: Sistemas de Comunicaciones Móviles. Sistemas de Comunicaciones Satelitales. Sistemas de Comunicaciones Inalámbricas. Sistemas de Comunicaciones Ópticas. Sistemas de Comunicaciones Industriales. Sistemas de Transmisión. Antenas y Propagación. Telemetría y Telemedicina. Interconectividad. Comunicación de Redes. Servicios de Redes. Diseño de Redes. Procesamiento de Señales en Sistemas de Telecomunicaciones. 7.3. MARCO DE REFERENCIA DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN La Facultad de Ingeniería Electrónica y dado su nuevo enfoque en Telecomunicaciones promete formar profesionales con grandes fortalezas en este campo, se ha propuesto en la malla curricular electivas tales como: líneas de transmisión y antenas, Comunicaciones inalámbricas y conmutación telefónica (Electrónica, 2010). Las Telecomunicaciones, en la actualidad, constituyen uno de los campos de la electrónica de mayores cambios y de gran utilidad, que además permiten gran posibilidad de desarrollo intelectual y de ocupación laboral para quienes profundizan en su estudio. Sistemas de telemetría, radionavegación, sistemas de posicionamiento global, control remoto, voz sobre IP, sistemas de telefonía tradicional e ISDN, telefonía móvil, procesamiento de señales de audio, procesamiento de imágenes, etc., son escenarios tecnológicos que exigen el conocimiento de este campo. En la actualidad en Boyacá y en Colombia existen varios sistemas de comunicaciones tanto urbanos e interurbanos, así como en fase de diseño y/o de instalación, algunos sistemas interdepartamentales y aún internacionales. Las redes instaladas ofrecen circuitos adicionales de larga distancia nacional para servicios básicos de telecomunicaciones y permite disponer de capacidad para la introducción de nuevos servicios de banda ancha para videocomunicaciones, transporte de multimedia y transmisión de datos a altas velocidades, permitiendo a los clientes realizar intercambios comerciales, científicos, culturales y de entretenimiento. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Las redes colombianas están compuestas por nodos servidores de usuarios instalados en las ciudades principales como Bogotá, Medellín y Cali, existiendo puntos de acceso vía red telefónica conmutada en las ciudades de Barranquilla, Medellín, Bucaramanga, Bogotá, Cali, Pereira y Manizales y acceso directo en las más importantes ciudades del país. Internacionalmente se tiene un circuito con los Estados Unidos a través del cable submarino de fibra óptica. Dada la creciente demanda, se ha proyectado la ampliación de la red en lo relativo a puntos de acceso y canal internacional, previéndose la necesidad de disponer de una infraestructura de mayor capacidad. Actualmente se desarrollan cambios dinámicos en el medio de las telecomunicaciones en Colombia en todos los frentes. Son desplegados nuevos servicios, los servicios existentes y las tecnologías de redes avanzan rápidamente, se intensifica la competencia entre los proveedores de servicios, y la demanda de los clientes para acceso a redes y de servicios contratados está aumentando. 7.4. OBJETIVOS DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 7.4.1. General. Plantear, diseñar y desarrollar proyectos de investigación científica en el área de las telecomunicaciones, aplicados en el sector industrial, agrícola, de la salud, institucional comercial, domestico y otras áreas, para suplir y brindar soluciones tecnológicas a necesidades, problemáticas y realidades sociales, económicas y tecnológicas presentes en Boyacá y en Colombia, mediante el uso de herramientas de planificación, diseño, simulación, construcción y evaluación de sistemas electrónicos de telecomunicaciones. 7.4.2. Específicos. Consolidar una base científica y tecnológica de la electrónica de los sistemas de telecomunicaciones que incluya: componentes, equipos, protocolos, tecnologías, bibliografía, infografía de los sistemas de comunicaciones Móviles, Satelitales, Inalámbricos, Ópticos, Industriales, antenas, redes y sistemas de transmisión. Diseñar, simular e implementar soluciones inalámbricas para sistemas de monitoreo y control industrial, agrícola, comercial entre oros. Desarrollar sistemas de monitoreo remoto de señales biomédicas. Diseñar, simular e implementar sistemas de Comunicaciones sobre INTERNET para control y supervisión de procesos industriales, agrícolas, del sector salud, sector público y privado entre otros. Diseñar protocolos de propósitos particulares para brindar soluciones en sistemas de seguridad. Desarrollar proyecto de ingeniería de redes de comunicaciones, basado en la utilización de métodos y herramientas que soporten el diseño, la evaluación de desempeño y la gestión de las mismas. Establecer y consolidar convenios y lazos con grupos para permitir el intercambio de conocimientos y recursos que contribuya al cumplimiento de objetivos de los equipos de investigación así como facilitar la realización de trabajos de investigación conjuntos, la accesibilidad a laboratorios, la complementación de la formación de los investigadores y su movilidad. Establecer y consolidar convenios y lazos con la industria y con entidades públicas y privadas relacionadas con el sector de las telecomunicaciones para conocer más de cerca sus Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 necesidades y en lo posible contribuir al desarrollo de las mismas, encaminando los desarrollos de los equipos de investigación hacia dichas necesidades, y que faciliten el acceso a fuentes de financiación nacionales e internacionales. Dar soporte académico continuo para el mejoramiento y actualización de los programas de pregrado y postgrado que la Facultad de Ingeniería Electrónica. Divulgar y publicar el conocimiento producido y adquirido y los resultados obtenidos intelectualmente por los equipos de investigación en publicaciones, eventos académicos institucionales, nacionales e internacionales. Actualizar e incorporar los conocimientos obtenidos por el grupo en cursos electivos y de énfasis ofrecidos en los programas de pregrado y postgrado en Ingeniería Electrónica ofrecidos en virtud de las tareas de docencia e investigación de docentes y estudiantes. 7.5. JUSTIFICACIÓN DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN En Boyacá no se cuenta con un programa en Electrónica que ofrezca un enfoque para ingenieros en el campo de las Telecomunicaciones, la Facultad de Electrónica de la Universidad Santo Tomás en su deseo de contribuir con el desarrollo de la región propone este énfasis para formar profesionales, brindando los conocimientos y herramientas de análisis actuales, que permitan plantear soluciones a problemas en el departamento sin recurrir a profesionales que generalmente vienen de Bogotá o Bucaramanga. El creciente campo de las Telecomunicaciones demanda profesionales capaces de ofrecer soluciones a inconvenientes que se presenten en servicios convencionales tales como acceso a servicios de Telecomunicaciones a través de fibra óptica y micro-ondas, Radio, Televisión, telefonía e Internet, entre otros. Se han desarrollado diplomados en Redes de Telecomunicaciones, Comunicaciones Inalámbricas e Internetworking and Routing, que buscan formar y fortalecer el conocimiento de las tecnologías en este campo, de igual forma se cuenta con un proyecto de especialización en esta misma área, la propuesta pretende ser pionera para la región dado que específicamente en Boyacá a nivel de postgrado solo se cuenta con un programa de postgrado en Telemática y está orientado a profesionales en Ingeniería de Sistemas y afines. Desde el punto de vista tecnológico, los sistemas y tecnologías de Telecomunicaciones se constituyen hoy en día en una de las más importantes áreas del desarrollo tecnológico en el país y en el mundo, su importancia y gran acogida obedecen a sus bondades tecnológicas y económicas, además de sus características de flexibilidad en cuanto a crecimiento, velocidad de instalación y bajo impacto sobre la infraestructura física existente. El área de Telecomunicaciones presenta un escenario amplio de aplicación al poder enfocarse sobre cualquier componente comercial, industrial, administrativo, medico, agrícola, entre otros, y se encuentra una excelente oportunidad para generar investigación como aporte al conocimiento científico y desarrollo al emplear tecnologías existentes para dar solución a necesidades del entorno, no sólo de índole nacional sino mundial. Esta línea potencializa los siguientes aspectos y necesidades locales y nacionales: Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Un desequilibrio en la cobertura de servicios de telecomunicación a nivel nacional, con una sobreoferta en los centros de mayor desarrollo y una carencia ó limitación en las zonas rurales o subdesarrolladas Alta dependencia de tecnologías extranjeras, con el impacto directo en los costos de instalación y sostenimiento de los servicios. Poca innovación en diversificación y diseño de servicios sobre las redes actuales existentes, sobre todo teniendo en cuenta la tendencia a la integración de sistemas y servicios. Poco desarrollo en software de gestión para redes y sistemas de Telecomunicación. Alto desorden en la gestión y regulación del espectro electromagnético. Poco desarrollo en producción de componentes y módulos para redes y sistemas de telecomunicación. Escaso recurso humano capacitado en aspectos como regulación, gestión y legislación en el sector telecomunicaciones Carencias y limitaciones en las actividades y proyectos de investigación que se emprenden en el sector. Las telecomunicaciones pueden jugar un papel muy destacado en la gestión de emergencias sanitarias, catástrofes naturales u otras provocadas por la actividad humana según la Unión Internacional de las Telecomunicaciones (UIT). sanitarias, puesto que posibilitan la detección temprana de fenómenos naturales que pudieran originar un desastre, permiten transmitir información en tiempo real sobre la emergencia, facilitan la coordinación entre los distintos elementos que intervienen, intervienen directamente en tareas de salvamento y rescate, entre otras. Las telecomunicaciones permiten procesar los datos provenientes de la actividad del sector salud, para optimizar la eficiencia, los datos de los pacientes deben ser integrados con los de otros subsistemas (personal, económico, financiero, etc.) permitiendo disponer de información válida y segura en tiempo real, para la toma de decisiones, ya sean operativas, tácticas o estratégicas. (Acceso, comprobación y validación de datos clínicos de pacientes, planificación de nuevos servicios y actividades, intercambio de información relevante entre niveles, Comercio electrónico. La industria manufacturera enfrenta continuamente desafíos de tipo económico y competitivo: que se debe reflejar en un crecimiento en productividad y en niveles de exportación, mediante las telecomunicaciones las plantas productoras, depósitos, centros administrativos y proveedores se mantienen conectados y sincronizados para lograr altos niveles de competitividad, por lo que resulta de gran importancia el estar a la vanguardia en los avances tecnológicos que apoyen este proceso. (tecnologías por red como e-procurement transmisión rápida de datos, e-business, e-intelligence, e-commerce, proceso de órdenes de compra y de pago de facturas, el seguimiento de pedidos, actualización de catálogos de productos y servicios compartidos, entre otras). 7.6. MISIÓN Y VISIÓN DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 7.6.1. Misión. La Línea de Investigación en Telecomunicaciones de la Facultad de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas Tunja tiene como misión contribuir al desarrollo del conocimiento científico Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 e investigativo en el área de las telecomunicaciones, formando integral y críticamente profesionales para coadyuvar a las transformaciones que demanda la región y el país, y fomentar en el seno de la Facultad y de la Institución un espíritu permanente de investigación con miras al cumplimiento cabal de los objetivos y tareas investigativas que se propone la misión de la Universidad. 7.6.2. Visión. La meta de la Línea de Investigación en Telecomunicaciones es que para el año 2012 tenga un reconocimiento académico nacional por su excelencia y productividad en las investigaciones realizadas en el campo de los sistemas electrónicos de comunicación bien sea móviles, inalámbricos, ópticos, industriales o satelitales, posicionando un Grupo de Investigación reconocido en Colciencias en Categoría A. Se propone ser un equipo de investigación líder en el uso pertinente y en el aprovechamiento de las tecnologías de las telecomunicaciones que preste servicios tecnológicos, asesorías y diseño en el campo de las telecomunicaciones, a la comunidad y a las instituciones de la región para solventar las necesidades y problemáticas que las aquejen. De igual manera se vislumbra una línea de investigación foco de conocimiento científico que contribuya a la formación de profesionales con capacidades investigativas que se distingan por brindar soporte tecnológico y social en la región y el país. 7.7 RELACIONES CON EL PLAN DE ESTUDIOS El Programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas Tunja propone dentro del currículo asignaturas que alimentan la Línea de Investigación en Telecomunicaciones y, como ya se comento anteriormente permiten servir como mediación en la investigación formativa en el pregrado. Para el programa, la investigación es una actividad académica que deben realizar profesores y estudiantes para generar conocimientos teóricos y prácticos, crear, modificar o enriquecer las técnicas y contribuir al desarrollo e innovación tecnológica o a la solución de problemas de carácter social, técnico o industrial en el ámbito local, regional o nacional. La investigación formativa se lleva a cabo mediante ejercicios de investigación que utilizan los docentes y estudiantes como una estrategia para desarrollar en estos sus potencialidades en el campo investigativo, es una investigación aplicada, que utiliza conocimientos teórico-prácticos para solucionar problemas concretos. La Línea de Investigación en Telecomunicaciones se nutre de los conocimientos de las asignaturas que transversalmente forman a las componentes de formación de Ciencias Básicas, Básicas de Ingeniería, Socio Humanísticas y Económico Administrativas en el plan de estudios como son: En el área de Formación de Ciencias Básicas están las asignaturas de Física Mecánica, Eléctrica y Termodinámica, Cálculo Diferencial, Integral y Vectorial, Álgebra Lineal, Ecuaciones Diferenciales, Estadística y Probabilidad, Variable Compleja, Análisis de Fourier, Ondas y Electromagnetismo (Electrónica, 2010). Para el componente de Formación de Básicas de Ingeniería se encuentran las asignaturas de Introducción a Ingeniería Electrónica, Lógica de Programación, Teoría de Circuitos y Laboratorio I, II y III, Técnicas Digitales y Laboratorio I y II, Electrónica y Laboratorio I, II y III, Interfases al PC, Tratamiento de Señales, Ondas, Potencia Eléctrica y Teoría de Dispositivos. En la componente Socio Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Humanística se destacan las siguientes asignaturas: Filosofía Institucional, Antropología Filosófica, Epistemología, Cultura Teológica, Filosofía Política, Ética y en el área de Formación Económico Administrativa se tienen Gestión de Proyectos, Administración de Proyectos, Licitaciones y Contratos, Ingeniería Económica. Adicionalmente esta línea de investigación se sustenta de asignaturas propias de Ingeniería Aplicada como son: Comunicaciones I, Comunicaciones II, Conmutación Telefónica y Transmisión de Datos. La línea de investigación también promueve la creación de nuevas asignaturas electivas y de énfasis que permiten a los estudiantes tener una gama amplia de posibilidades de profundización acorde con el interés personal y con las necesidades de la región; fortaleciendo también las actividades académicas básicas, ya que se convierten en una escuela de formación para los docentes de la facultad de ingeniería electrónica, actualizan los contenidos del currículo y mejoran la calidad académica del programa, fomentando el espíritu investigativo de ingeniería y las actividades de extensión en el programa. Dichas asignaturas previstas para ser tomadas como Electiva I, Electiva II, Electiva III, Electiva IV y Electiva V telemática, relacionan temáticas opcionales como redes inalámbricas, antenas y propagación, comunicaciones ópticas, redes industriales de comunicación, telefonía celular, probabilidad y procesos estocásticos entre otras. Y finalmente las asignaturas de Énfasis I y Énfasis II, establecen temáticas transversales a las telecomunicaciones y la instrumentación, cuya metodología se lleva a cabo en forma de seminarios especializados, tales temáticas propuestas son: seguridad industrial, normatividad, procesadores digitales de señales, mantenimiento de equipo electrónico y software especializado entre otras. 7.8. ESTRATEGIAS INVESTIGACIÓN PARA EL DESARROLLO DE LA LÍNEA DE Para el desarrollo de la línea de Telecomunicaciones, se cuenta con laboratorios de Telecomunicaciones, así como con semilleros de investigación que se han consolidado para crecer en un corto tiempo hacia equipos de investigación orientados a las Telecomunicaciones. Como actividad fundamental para la consolidación de la línea, se cursan asignaturas básicas de ingeniería, asignaturas electivas y de énfasis o profundización en los programas de Pregrado y Postgrado. Adicionalmente existen estrategias de tipo logístico y de divulgación para el desarrollo de esta línea dentro de la Facultad de Ingeniería Electrónica. Entre las estrategias y mecanismos de la línea se pueden destacar las siguientes: Fortalecimiento de semilleros y equipos de investigación articulados a la línea de investigación. La formulación de proyectos de investigación y desarrollo inter y trans disciplinarios que sean oportunos, pertinentes, viables y acordes con las necesidades locales, regionales y nacionales. La asesoría a empresas, entidades y comunidad en problemas particulares del área del conocimiento. La creación de convenios con empresas, instituciones o entidades del área comercial, educativa, administrativa, industrial, médica o agrícola. Diseño y desarrollo de propuestas de formación avanzada y continua, tales como cursos de extensión. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 La realización y participación de eventos Académicos locales, nacionales e internacionales, tales como Congresos, Encuentros, Simposios, Seminarios, entre otros de carecer tecnológico y científico. Creación de cursos formación en pregrado y postgrado. Desarrollo de Pasantías e intercambios estudiantiles y docentes. Producción, circulación y publicación de la producción intelectual de las investigaciones como pósters, artículos, ponencias, entre otras en monografías, informes, libros, revistas y publicaciones especializadas a nivel nacional e internacional del área disciplinar. Creación y articulación con redes de pares investigativos para compartir información y realizar proyectos conjuntos. 7.9 DESARROLLO METODOLÓGICO En primera instancia se define un reglamento básico de investigación que rige las actividades, funciones y procesos investigativos de investigación de la Facultad de Ingeniería Electrónica que tenga concordancia con el Reglamento institucional de Investigación y que guié en las tareas propuestas de la línea de investigación. Se acuerda un horario de trabajo para docentes y estudiantes investigadores para adelantar las temáticas de estudio relacionadas, de acuerdo a los proyectos que se definan. Este espacio será dedicado a la preparación, presentación y exposición de tópicos y tareas que reflejen el estado del arte y las actividades investigativas de los mismos para que faciliten el dominio teórico grupal y adquirir las destrezas que soportarán los futuros desarrollos de los proyectos. En las actividades planteadas para el desarrollo de la línea de investigación se propone un trabajo semanal o mensual, por parte de los semilleros y equipos de investigación asociados, donde se realizarán clases magistrales, seminarios, actividades teóricas o practicas o cualquier tipo de metodología de grupo, alrededor del tema de estudio en particular, donde se discutirá, concluirá y documentara la información resultante. Después de cada reunión se asignaran tareas o trabajo independiente para que los investigadores integrantes de los semilleros y equipos de investigación trabajen para ser articulados en el desarrollo de los proyectos. De igual forma se organizarán eventos de divulgación de los adelantos obtenidos a través de fotocopias, exposiciones, seminarios, ponencias o pósters en las asignaturas de ingeniería aplicada donde la línea aporta conocimiento, así mismo a través de la IEEE, con miras a generar una revista por la facultad que reúna artículos tanto de docentes como de estudiantes que muestren la labor desempeñada. Se utilizaran los laboratorios con los cuales dispone la facultad de Ingeniería Electrónica tanto de Telecomunicaciones como de Investigación, para experimentar, desarrollar, simular implementar y evaluar los proyectos que nutren a la línea de investigación mediante el uso de elementos, equipos, instrumentos y programas (hardware y software)con los que disponen los laboratorios mencionados tales como módulos para comunicaciones análogas y digitales, módulos para líneas de transmisión, módulos para microondas, software para cálculo de parámetros de antenas, filtrado y formado de Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 señales, etc., estos desarrollos didácticos son urgentes y pueden implementarse a través de proyectos de grado con los estudiantes. 7.10. GRUPO Y EQUIPOS DE INVESTIGACIÓN ASOCIADOS E INTEGRANTES La línea de Investigación en Telecomunicaciones a cargo del Grupo de Investigación en Telecomunicaciones GITELCOM está dirigida por el Ingeniero Ricardo Casallas, y también participan en ella los Ingenieros Luís Fredy Sosa Quintero, Camilo Ernesto Pardo Beainy, William Fabián Chaparro, Edgar Gutiérrez, Carlos Cardona y Angélica Salazar, quienes están vinculados a los equipos de investigación GITELCOM y RFID. De igual manera están asociados profesionales vinculados en otras instituciones y académicas, que por sus nexos con la Facultad de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas brindan soporte académico y tecnológico al grupo como el Ingeniero Eduardo Avendaño y la ingeniera Angélica María Salazar. Adicionalmente por el Grupo de investigación han pertenecido estudiantes que hoy son egresados y estudiantes activos tales como: Oscar Hernán Rojas Barreto, Emir Montañéz Coronado, Carlos Andrés Mojica, Oscar Andrés Gamba, Magda Carolina Castro Tiria, Andrés Mauricio Ávila Sarmiento, Sergio Alexander Duarte Cubides, Carlos Cardona, Juan Pablo Pinzón, Manuel Riaño, Carlos Alberto Quintana, Jonatan Fabián Urrego Chinome, Álvaro Andrés Forero Vallejo, Andrés José Mejía, Hernán Riscanevo, entre otros. El Grupo de investigación en Telecomunicaciones GITELCOM está compuesto por equipos de docentes y estudiantes que trabajan en temáticas y proyectos de investigación correspondientes a áreas especificas de las telecomunicaciones, es así como el equipo de investigación GITELCOM, desarrolla proyectos relacionados con Líneas de Transmisión y Antenas, Conmutación Telefónica, Sistemas de Comunicaciones Móviles, Voz sobre IP, Procesamiento de Señales de Audio y Procesamiento de Imágenes entre otras. El equipo de Investigación RFID estudia proyectos relacionados con Sistemas de Comunicaciones Inalámbricas, Sistemas de Monitoreo, Sistemas de Comunicaciones Industriales, Sistemas de Comunicaciones Ópticas, Sistemas de Telemetría, Telemedicina, Radionavegación y Sistemas de Comunicaciones Satelitales y de Posicionamiento Global entre otras. El grupo de investigación en Telecomunicaciones GITELCOM se define como un equipo de trabajo conformado por docentes y estudiantes de la universidad, con el propósito de desarrollar investigación aplicada experimental, que posibilite el crecimiento y formación tanto intelectual como personal de sus integrantes así como de la Facultad de Ingeniería Electrónica y la institución. Igualmente busca fortalecer y fomentar la cultura investigativa de la Facultad de Ingeniería Electrónica, para brindar solución a problemas y necesidades locales, de la región y el país. Tiene como objetivo desde la electrónica con el campo de las Telecomunicaciones, generar resultados de investigación importantes con aportes al conocimiento universal o relevantes en términos de una problemática nacional aplicada; igualmente pretende dar respuesta a las necesidades de aprendizaje Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 especializado requeridas por los estudiantes en esta área donde se fortalezca el conocimiento, para que con base en una primera etapa de formación investigativa, se reúnan los elementos fundamentales que garanticen la aplicabilidad a proyectos que se visualizan en el contexto regional como lo son la conectividad, la difusión de las tecnologías de la información y las Telecomunicaciones a través de servicios y acceso a Internet, y Televisión y Radio, entre otros. 7.11. RECURSOS Y SOPORTE Soporte Humano: Los temas anteriormente mencionados requieren para un eficiente desarrollo y cubrimiento, de un número mayor de personas interesadas en el área, tanto docentes como estudiantes, que permitan generar grupos de interés y de estudio, con miras a generar semilleros y proyectos de investigación. Soporte Tecnológico: En el momento se cuenta con un laboratorio de telecomunicaciones y de investigación con Internet, software, equipos, instrumentos y módulos para el estudio de los sistemas de telecomunicaciones. Hacia el futuro es necesaria la adquisición de nuevo equipo para la realización de prototipos experimentales, pruebas y medidas de campo, elementos Hardware y herramientas Software que permitan la generación de modelos de fenómenos físicos. Formación Tecnológica: Para alcanzar las metas propuestas como integrantes del grupo de investigación que tiene la línea de investigación es necesaria la formación y capacitación de los integrantes quienes trabajan en el área. La formación debe estar orientada al manejo de las nuevas herramientas y a la comprensión de las nuevas tecnologías, aprendizaje y aplicabilidad de los nuevos dispositivos de procesamiento basados en lenguajes de descripción y desarrollo. También es de gran importancia la adquisición de experiencia directa mediante los convenios de interacción con las empresas del sector en la solución de problemas puntuales y/o mediante la modalidad de pasantía. 7.12. PROYECTOS ASOCIADOS Diseño y simulación de módulos para un transmisor y receptor a radiofrecuencia (RF) para automóvil con brazo mecánico Sistemas RFId para control de acceso y gestión de referencias bibliográficas, enfocando la investigación desde el diseño de antenas para mejorar el rango de lectura. Software para el cálculo de parámetros en Antenas orientado a la Web, igualmente para cálculos de radioenlaces y propagación. Página Web o paquete didáctico para la enseñanza de Antenas y líneas de Transmisión. Evaluación de herramientas para simulación de sistemas de comunicaciones de radio frecuencia, así como tutoriales para manejo de software en esta área tal como: Microwave Office, Agilent ADS, Eagle Genesys y otros. Traducción de libros de Antenas y de Comunicaciones Análogas y Digitales. Diseño e implementación de sistema para control a través de la línea de potencia (Power Line Communications - PLC) Sistemas de procesamiento digital de señal (DSP) aplicados a Comunicaciones inalámbricas, especialmente al procesamiento de señales de voz y filtrado. Desarrollo de laboratorio virtual para Comunicaciones análogas y digitales utilizando Labview. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Diseño y evaluación de amplificadores de Radiofrecuencia. Metodología de Diseño de Amplificadores de Potencia para RF en arquitectura Doherty. Diseño e implementación de una red de tableros de visualización de información por comunicación inalámbrica. 7.13. TRABAJOS Y ACTIVIDADES EN FORMULACIÓN Los procesos investigativos que la línea de investigación propone realizar y que sirven como temáticas propuestas para que los estudiantes y docentes de la Facultad de Ingeniería Electrónica desarrollen se enmarcan en los siguientes proyectos: Diseño e implementación de una red de tableros de visualización de información por comunicación inalámbrica. Metodología de diseño de amplificadores de potencia para RF en arquitectura Doherty. Sistemas de Comunicaciones por Fibras Óptica. Sistemas de Comunicaciones Inalámbricas de Banda Ancha. Diseño, caracterización y Construcción de Estructuras de Antenas de Banda Ancha. Diseño de redes de comunicaciones industriales para PLCs. Telemetría de variables de proceso en plantas de tratamiento de aguas. Telemetría de variables en la agroindustria. Telemedicina utilizando RF. Diseño de sistemas de Microondas y alta frecuencia. Procesamiento de voz e imágenes mediante el uso de Procesadores de Señales Digitales. 7.13.1. Redes Asociadas. Dentro de las actividades de la línea, se propone en un futuro cercano conformar una red de investigación en telecomunicaciones inicialmente entre las Facultades de Electrónica y Telecomunicaciones con que cuenta la Universidad Santo Tomas en sus diferentes sedes a lo largo del país, de tal manera que en un mediano plazo llegar a la formación de una red nacional en internacional de cooperación científica y académica en las tecnologías de las telecomunicaciones. Esto se logra fomentando la participación de docentes y estudiantes en eventos académicos para lograr entablar conversaciones y contactos con instituciones grupos de investigación que trabajen con temáticas afines a los intereses investigativos de la línea de investigación, fijando compromisos y estableciendo convenios de cooperación e intercambio académico. 7.13.2. Procesos de Cooperación Interdisciplinaria. Esta actividad está encaminada a la vinculación de procesos y proyectos conjuntos de investigación que permitan dar solución a gran variedad de problemas, desde las telecomunicaciones a problemáticas que posean los proyectos, campos y disciplinas de Ingeniería Civil, Ingeniería Mecánica, Ingeniería De Sistemas , Derecho, Arquitectura, Contaduría Pública y Administración de Empresas, que la Universidad Santo Tomas Tunja ofrece, así como en áreas como la Biología, medicina, Sismología, Física de materiales, ente otros. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Esto se logra construyendo herramientas de diseño, que permitan dimensionar y planificar sistemas de telecomunicaciones y con la prestación de asesoría a proyectos académicos o de aplicación dentro y fuera de la Universidad Santo Tomas, debido a que las telecomunicaciones son una solución eficaz a problemas típicos de estas disciplinas como lo son de telemetría, rastreo, ubicación, medición, comunicación, automatización, entre otros. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN EN INSTRUMENTACION Y CONTROL 8.1. FUNDAMENTACIÓN EPISTEMOLÓGICA Los fundamentos epistemológicos, explican el objeto de estudio, su naturaleza, evolución histórica y prospectiva, en este caso, el campo de estudio son la instrumentación y el control. 8.1.1. Naturaleza del campo de la Instrumentación y el Control. La Instrumentación Electrónica es un elemento esencial de la Ingeniería Electrónica ya que permite el desarrollo de la práctica científica de los sistemas de medición, seguimiento, supervisión y procesamiento en el ámbito industrial, médico y comercial. Esta área proporciona los medios para realizar la medición de la calidad y cantidad de variables, productos y procesos para ser evaluados y controlados. De igual manera la instrumentación electrónica es la base de todas las actividades científicas y de ingeniería y su uso y sofisticación se sigue desarrollando al servicio de las necesidades actuales (Dyer., 2001). Por lo tanto, existe una gran demanda de actividades académicas e investigativas en una amplia gama de campos, desde la producción de instrumentos y sensores, hasta aplicaciones complejas de ingeniería aeroespacial o automotriz. Este campo refleja la necesidad de la enseñanza e investigación en actividades de diseño, desarrollo y aplicación de instrumentos junto con el apoyo y soporte de laboratorios y programas académicos sobre muchos aspectos de la electrónica entre los que se destacan el procesamiento de señales, la medición de señales físicas, la adquisición y distribución de señales, la sensórica especializada y la instrumentación medica e industrial, entre otras (Dyer., 2007). El control electrónico está ligado íntimamente a la instrumentación electrónica ya que los métodos o estrategias de control se utilizan cada vez que alguna variable física como la temperatura, la altitud o la velocidad, debe se mide para asegurar un comportamiento deseado en el tiempo. Por ejemplo, los métodos de control se utilizan para asegurar que la temperatura se mantenga en niveles aceptables en los hogares donde hay estaciones tanto en invierno como en verano; de igual modo se utilizan para que los aviones mantengan una partida aceptable tanto en velocidad como altitud; y también se utilizan para que las emisiones de los automóviles cumplan con las especificaciones ambientales establecidas. El termostato que regula la operación de un horno en un hogar típico es un ejemplo de un dispositivo que controla el sistema de calefacción, de modo que la temperatura se mantenga a un nivel especificado. El piloto automático en un avión de pasajeros que mantiene la velocidad, altitud y dirección es un ejemplo de un sistema de control automático más sofisticado (Franklin., 2004). El control de manejo en un automóvil que mantiene la velocidad constante independientemente de la inclinación de la carretera, es otro ejemplo de un sistema de control. Igualmente, los métodos y estrategias de control en aplicaciones biomédicas hacen posible el uso de señales nerviosas eléctricas para el control de las prótesis; permiten que los robots de precisión realicen un corte en los huesos para la implantación de articulaciones artificiales, lo que da como resultado una aproximación más cercana a lo pensado previamente (Bernstein., 2006). Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Tanto el control como la instrumentación electrónica son conceptos que convergen e interactúan entre sí, ya que siempre en aplicaciones electrónicas se manipulan variables y señales que deben procesarse para que se comporten de manera conveniente bien sea en el dominio del tiempo o de la frecuencia. Adicionalmente en los sistemas industriales y biológicos las variables manipuladas y controladas como presiones, temperaturas, niveles, entre otros tanto en plantas industriales como en el cuerpo humano, están controlados por procesos que pueden ser estudiados por los métodos de control automático y las técnicas de instrumentación. En resumen las demandas y exigencias tecnológicas de hoy en día se imponen están continuamente desafiando y variando ampliamente para solucionar los diversos problemas de control e instrumentación. Estos problemas van desde las aeronaves, vehículos marinos, terrestres y espaciales, pasando por procesos químicos, industriales, agrícolas, medio ambientales, la robótica y las redes de comunicación. 8.1.2. Evolución Histórica del campo de la Instrumentación y el Control. 8.1.2.1. Reseña Histórica de la Instrumentación Electrónica El desarrollo del telégrafo eléctrico en la primera mitad del siglo 19 creó la necesidad de construir instrumentos que pudieran medir con precisión la resistencia eléctrica. La popularidad del telégrafo multiplico la demanda pública de las comunicaciones e inclusive un telégrafo por cable submarino conecto a Gran Bretaña con Francia, seguido de un telégrafo por cable submarino transatlántico. Los países deseaban vincular sus redes telegráficas y creó la necesidad para la normalización de las mediciones de resistencia que daría a los ingenieros la información necesaria para conectar las redes nacionales correctamente. Estos avances hicieron que los ingenieros realizaran una cooperación internacional en el campo de la medición y su normatividad. Thomas Edison dio comienzo al desarrollo de la energía eléctrica y de industrias de la iluminación en 1879. La electricidad aún no era cuantificable, así que las mediciones e instrumentación eléctrica llegaron a ser vitales para poder establecer las cantidades de electricidad que se compraban y vendían por los consumidores y distribuidores de energía eléctrica. Además, estas nuevas industrias requirieron de múltiples generadores de energía con voltímetros, amperímetros y vatímetros de precisión. Las invenciones realizadas por Edward Weston durante finales de 1800 proporcionaron una base para las mediciones eléctricas y permitieron que el mundo de hoy este lo mas “electrificado” posible. Desde 1886 a 1892, Weston inventó medidores de precisión portátiles para la medición de variables eléctricas alimentados por celdas de almacenamiento de energía. Weston desarrollo estos instrumentos para ser utilizados en la medición de grandes corrientes y también para ser usados como estándares de resistencia. Sus invenciones contribuyeron al desarrollo de la ingeniería eléctrica y su propagación en todo el mundo. Weston entonces decidió crear medidores robustos, portátil, y precisos que pudieran medir tensiones y corrientes rápidamente con visualizadores para que cualquier persona fuera capaz de leer los instrumentos e interpretar las mediciones. En 1886 Weston mejoro el imán permanente, la bobina pivote, y la espiral; a lo que hoy en día poseen los medidores análogos con los galvanómetros. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 El desarrollo de las industrias de energía eléctrica en la década de 1870 y 1880 trajo consigo el crecimiento de diversas organizaciones nacionales de normalización. El intento de crear un estándar nacional e internacional común para la normalización de las medidas eléctricas se convirtió en un problema apremiante en este momento. Los Institutos en capacidad de establecer normas empezaron a trabajar en torno a este objetivo a nivel Mundial. En Alemania, el PTR (Präzisionstechnik) o Instituto para la Ingeniería de Precisión fue fundado en 1887, en virtud de la dirección del Dr.Helmholtz; en 1891 el Laboratorio Electrotécnico del Japón (ETL - Electrotechnical Laboratory, hoy en día Instituto Nacional de Tecnología y Ciencia Industrial Avanzada - AIST) fue creado, y en 1901, los Estados Unidos la Oficina Nacional de Normas (NBS – National Bureau Standars, hoy en día el Instituto Nacional de Normas y Tecnología - NIST) fue fundada. Después de 1900, Weston Corp. creció notablemente, y sus negocios se ampliaron a la industria automotriz, aeronáutica, y radiodifusión; el hijo de Weston, Edward Faraday Weston, se convirtió en su sucesor en 1924. En la década de 1930, Weston SA amplió su negocio a medidores con relés y medidores de exposición portátil. Después de la Segunda Guerra Mundial los medidores de paneles se convierten a sistemas digitales gracias a la aparición del transistor, los medidores de exposición se convirtieron en un componente de la cámara, y la juntura de Josephson sustituyo la celda de Weston. Luego se realizo una importante invención en el campo de la conversión analógica digital y, a continuación, se dio inicio a la electrónica de la era digital. La competencia en los mercados obligo a la permanente mejora de la calidad y la fiabilidad de los productos y equipos electrónicos y la masificación de la demanda del uso de equipos electrónicos para aplicaciones en la automatización, la seguridad, el confort del hogar dio lugar a generar nuevas aplicaciones para sistemas de sensores y actuadores. El número de sistemas de sensores y actuadores requeridos en la diversidad de la mayoría de las aplicaciones están permanentemente en aumento. Para mantenerse al día con las nuevas exigencias, el diseño de sistemas de instrumentación proporcionaron nuevos enfoques y soluciones que se fueron beneficiando de los avances en la ciencia y la tecnología. Los sistemas de instrumentación han logrado su mejoramiento funcional a través de una interacción entre la estructura de los sensores, la tecnología de fabricación de dispositivos, la programación y configuración de componentes y el desarrollo de algoritmos de procesamiento de señales. La evolución de la tecnología de circuitos integrados, sensores y actuadores en particular, en los últimos años, ha permitido un importante repunte en estos ámbitos con un gran potencial para completamente desarrollar nuevos enfoques de sensores y sistemas de instrumentación. Utilizando las nuevas tecnologías y métodos de procesamiento de señales, teniendo siempre presente los principios de medición que considerablemente mejoran de las características de los mismos. La estructura de los sensores se ha basado en el elemento que cambia su salida en función de la magnitud medida. En una unidad de preprocesado, la señal del sensor se transforma en una señal adecuada amplificada y filtrada mediante técnicas de procesamiento de señales analógicas. Usando el procesamiento digital de señales, la cantidad medida puede ser calculada bajo la consideración de variaciones en la fabricación, factores de influencia, y los procesos de Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 envejecimiento. Gracias al bajo costo de los convertidores analógico a digital, el tratamiento de señales se ha incrementado cada vez más en los sistemas de instrumentación. Las diversas prestaciones del procesamiento digital de señales implican la creación de nuevos enfoques para la mejora de las propiedades de los sensores y actuadores. La calibración y las consideraciones de varios efectos, tales como la variación en la fabricación de componentes o sensibilidad cruzada, se convierten en una tarea sencilla. Incluyendo otras funciones, tales como auto-prueba, auto monitoreo o auto calibración, es hoy en día ganar una especial importancia, la mejora de la fiabilidad de los sistemas de instrumentación, y la reducción de la instalación y el mantenimiento costes. Hoy en día los sensores y actuadores inteligentes relacionan algunas específicas necesarias sobre el sensor y el comportamiento esperado dentro de los límites de confianza de sus propiedades. El estado del sistema de instrumentación gracias a los sensores puede ser inspeccionado mediante la comparación de la lectura de la salida real y el valor esperado. Por ejemplo, un sensor de aceleración con una estructura a lazo cerrado compensa la fuerza de inercia que actúa sobre la masa a través de una fuerza eléctrica de restablecimiento generada. Para procesos de auto calibración, las salidas reales de los sensores presentadas por entradas establecidas conocidas, además, son utilizadas para calcular también parámetros de operación de los sensores. A través de auto-calibración, los efectos del envejecimiento pueden ser compensados de manera que define los límites de precisión de la medición y estos se pueden garantizar durante todo el tiempo de funcionamiento. Muchos de los recientes avances en la tecnología de sensores han sido posibles gracias a las microtecnologías. Estas nuevas tecnologías ofrecen fabricación de alto volumen de sistemas y componentes de pequeñas dimensiones, bajo consumo de energía, y mayor fiabilidad. En la actualidad se han podido integrar sensores en microsistemas así como actuadores mecánicos y electrónicos, proporcionando soluciones de bajo costo que no serian realizables con sistemas microelectrónicos. Su desarrollo implica retos especiales dispositivo para el modelado, la microfabricación, así como las tecnologías de materiales y envases tecnologías. Sistemas MicroElectroMaquinados MEMs de hoy son ya componentes inherentes en automóviles, las impresoras a color, teléfonos móviles, y los sistemas médicos. El sistema micromaquinado más popular son los que involucran sensores de presión, velocidad angular y sensores de aceleración. El tratamiento de señales tiene la tarea de acondicionar y garantizar que la cantidad de una variable medida sea entregada en forma adecuada a sistemas de procesamiento a pesar de todos los efectos y perturbaciones presentes en el entorno de medición tales como variaciones en la fabricación de componentes, factores de influencia, y los procesos de envejecimiento, que representan una fuente adicional de errores sistemáticos de medición. 8.1.2.2. Reseña Histórica del Control Electrónico El desarrollo de la instrumentación electrónica y el control industrial durante los últimos cincuenta años han ido de la mano y han sufrido cambios dramáticos, y han sido testigos de la transición de las Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 tecnologías manuales y mecánicas desde la neumática, la electromecánica, la electrónica hasta hoy en día las tecnologías de la información digital. A lo largo del camino, las herramientas que se usan para trabajar y vivir han cambiado de manera espectacular, y, por tanto, la formación y la educación tienen que adecuarse para realizar trabajos con éxito. Se ha pasado de tableros de dibujo a gráficos por computador; de teléfonos análogos a máquinas de fax digitales, de reglas de cálculo a calculadoras y, por supuesto, de computadores de escritorio a portátiles. Estos cambios demandan un mundo cambiante: la necesidad de aumentar la productividad y la calidad global la competencia, y la necesidad de mayor seguridad al fabricar productos que sean ambientalmente amigables. Durante el último medio siglo, los profesionales y técnicos de instrumentación y control han hecho historia, ayudando a ganar guerras e incrementar economías. La II Guerra Mundial tuvo un impacto dramático sobre el ritmo del desarrollo tecnológico a nivel mundial, inherente en los procedimientos y los instrumentos utilizados en el control de procesos. Con el aumento de la demanda de combustible para la aviación, por ejemplo, las refinerías se rediseñaron y se ampliaron para impulsar la productividad. En 1940 la producción promedio era de 30.000 barriles por día, y para el final de la guerra, esa cifra había aumentado a 580.000 barriles diarios. Las Industrias de proceso en particular la industria química, desempeñó un papel importante en el triunfo de la II Guerra Mundial. La mayoría de los procesos orientados al desarrollo de la industria química permitieron la competición de novedosas estructuras de control que se sumaron a la generación de equipos de trabajo ingenieril para diseñar, construir, operar y fabricar productos químicos esenciales para aplicaciones militares. Cuatro proyectos, en particular, tuvieron un alcance sin precedentes: el Proyecto Manhattan, que produjo la bomba atómica, el desarrollo de la gasolina de alto octanaje para la aviación, el caucho sintético, y la penicilina. Además, el desarrollo del sulfuro de plomo para ser utilizado en los detectores de infrarrojos que fueron capaces de detectar la radiación emitida por los objetivos militares, como los aviones. La tecnología de control no sólo ayudó a los esfuerzos para ayudar a América durante la guerra, sino que también desempeñó un papel importante para poner fin a la guerra. En 1943, un grupo de ingenieros del cuerpo del Ejército Estadounidense trabajaron en el Proyecto Manhattan. Taylor Instruments se acercó a un nuevo método para controlar el flujo de un gas altamente explosivo llamado uranio hexafluoruro. Las demandas de fabricación de los aviones K-25 implicaron la producción de más de 200.000 instrumentos y Taylor Instruments ayudó a estimular la invención de los primeros transmisores de presión. Los K-25 contenían varias miles de instrumentos y se produjeron miles de paneles de visualización, control y para supervisión de vuelo, detección de objetivos y expulsión de bombas aéreas. La tecnología computacional también avanzo, en 1946, la Escuela de Ingeniería Eléctrica de Moore y la Universidad de Pensilvania desarrollaron el ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Automatic Calculator), requiriendo varios cuartos para sus conexiones y componentes. El ENIAC fue el primer computador capaz de integrar un sistema simple de ecuaciones diferenciales. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Antes de la guerra y durante los años de la guerra, varios grupos de profesionales desearon conformar la Sociedad Internacional de practicantes de Instrumentación y Control. Durante 1930 hubo el suficiente impulso de varios ingenieros para iniciar comités y organizaciones específicamente dedicados al campo de la instrumentación y el control. En 1944 cerca de 15 sociedades de instrumentación regionales de estados unidos se integraron y en febrero de 1945 conformaron la Asociación Americana de Instrumentación (ISA Instrumentation Society of America) con cerca de 1000 miembros y en 1949 creció a cerca de 4000 miembros distribuidos en 50 secciones. El dispositivo que cambió la vida de todos en la sociedad industrializada incluyendo la industria de control de procesos fue el transistor, inventado en 1947 por científicos de los laboratorios AT & T Bell. Posiblemente el invento más importante de siglo XX, el transistor abrió el paso a la era de la electrónica, ya que mejoro considerablemente el tiempo de conducción y respuesta de muchos controladores neumáticos de los años 1920 y 1930. Mientras tanto, en 1948, Foxboro introdujo el primer transmisor de presión diferencial neumático, conocido comúnmente como la celda d / p, que aún está en uso hoy en día en algunas aplicaciones. En 1949, la Oficina Nacional de Normas (NBS) desarrollo un manómetro diferencial para comparar la presión de gases, vapores orgánicos, líquidos y no corrosivos. Las elevadas distancias de transmisión durante el decenio de 1950 ayudaron a desplazar el control y supervisión de procesos en salas de control. Las salas de control típicas de la década de 1950 contenían grandes paneles de control, y estaban a cargo de varios operadores que manipulaban varios cientos de controladores e instrumentos, montados y categorizados por área y unidad de planta. Grandes paneles de alerta avisaban a los operadores acerca de las condiciones no usuales del proceso industrial. La UNIVAC (Universal Automatic Computer) comenzó a ser instalado comercialmente en 1951. Fue el segundo equipo disponible comercialmente, después del Mark I. Su capacidad para procesar grandes cantidades de datos en bruto no escapo del uso de los ingenieros de control, aunque un par de años antes fue aplicado y explorado su potencial. En 1952, ISA estableció su sede en Pittsburgh y A.T. James y A.J.P. Martin desarrollaron el proceso de cromatografía de gases, una técnica de separación y análisis de una mezcla gaseosa, que más tarde recibió el Premio Nobel. Esta técnica mejora drásticamente la velocidad, precisión y sensibilidad de los procedimientos cromatográficos anteriores. En 1956, Beckman Instruments comercializo el primer cromatógrafo de gases. Durante este período, los caudalímetros y flujómetros también se comercializaron. En 1954, comenzó a comercializar Foxboro un caudalímetro electromagnético en los EE.UU. El siguiente año los caudalímetros ultrasónicos llegaron al mercado, y en 1957, los sensores ultrasónicos de nivel se habían desarrollado. El primer sistema de control computarizado de procesos se cree que fue la máquina DIGITAC desarrollado en 1954 por Hughes Aviones Co., lo que generó la primera gran patente en este ámbito. Vendedores demostraron el uso de controladores electrónicos ante la ISA en su 13ª muestra anual en Filadelfia en 1958. Mientras tanto, en 1959, Honeywell presentó el protocolo 4-20mA para instrumentación de señales analógicas, que se convirtió en un estándar de la industria unos pocos años más tarde para la calibración de los transmisores. En la 14a muestra anual de ISA en Chicago, Bailey Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Co. presentó su un controlador de estado sólido, usando transistores y amplificadores magnéticos. La característica más notable era su transferencia de control automática a manual. La investigación en Westinghouse a finales del decenio de 1950 condujo al descubrimiento de los superconductores, lo que permitió que sobre ellos fluyera una corriente eléctrica sin degradación de fuerza. Así como la I y II Guerra Mundial impulsaron la I + D y la fabricación en aplicaciones de control, el rápido avance del programa espacial contribuyo a hacer avanzar las aplicaciones de control digital en todo el decenio de 1960. El control Neumático se sustituyo por medios electrónicos y digitales. Se incursiono en el Control Digital Directo (DDC), en la que el computador se encarga de configurar los elementos de control, al margen los primeros controladores analógicos. Empresas químicas en el Reino Unido y EE.UU. utilizan las computadoras en los años 60 para llevar a cabo de control digital directo. A pesar del creciente número de instalaciones, los sistemas de cómputo son sumamente caros y carecen de copias de seguridad cuando se producían fallos de los sistemas. Los sistemas son típicamente grandes y había muchas utilidades desaprovechadas para justificar el enorme desembolso monetario por los proveedores y usuarios invertían. En 1964, IBM aposto y ganó con la introducción de la línea de computadores System/360, que fue la primera línea de computadoras para ofrecer compatibilidad hacia arriba y hacia abajo desde el más pequeño hasta el más grande de los modelos. Asimismo, fijó un estándar industrial que se ha mantenido hasta el día de hoy. Con la introducción de la computadora PDP-8 en 1965, la primera minicomputadora de producción masiva, Digital Equipment Corp. Revoluciono con el diseño de equipos más pequeños y menos costosos, más fáciles de programar, y la instalación de equipos compactos en gabinetes, que fue la primera máquina con memoria de acceso aleatorio RAM vendidas en por lo menos de 100.000 dólares. La serie PPD se convirtió en una serie estándar de la industria. A finales de la década de 1960, Honeywell Vutronik presentó su línea de control de procesos, permitiendo a los operadores hacer cambios en el punto de operación mediante la manipulación del algoritmo PID, sin incurrir en intervención de los procesos. En 1965, Moore Products comercializo la estación Syncro, un controlador autosintonizable que permite la sincronización sencilla y transferencia suave del control manual a automático. El producto representa al final, un logro significativo en los controles neumáticos. A fines de 1960, General Motors preparo las especificaciones sobre lo que en última instancia, se convirtió en el primer controlador lógico programable (PLC). Los requerimientos para el producto todavía no diseñado incluyo la capacidad para sustituir los relés electromecánicos, y también para establecer un sistema para identificar fácilmente los fallos en los sistemas. El resultado fue un resolver de lógica secuencial estado sólido diseñado para la automatización de fábrica y aplicaciones de procesamiento continuo. Las ventajas del PLC fueron la habilidad de programar el sistema más rápido y mucho más fácilmente en poco espacio. En contraste, los paneles de relés electromagnéticos debían ser recableados cuando los regímenes de control se modificaban. En 1969, los primeros astronautas caminaron sobre la luna, con el traje de sensores de Rosemount se vigilo la presión, temperatura y el oxígeno de los astronautas. Ese mismo año, Honeywell comenzó la I + D en un nuevo Sistema de Control Distribuido (DCS). El Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 impulso para un sistema de este tipo provino de la falta de manejabilidad y de fiabilidad de los grandes equipos de control centralizados. El producto, sin embargo, no se dio a conocer después de otros seis años. Tras el éxito de los miniordenadores y PLC en los años 60, los años 70 trajo una era más avanzada de la instrumentación, incluyendo el control por computador en hardware y software. El Control de procesos distribuido en varios computadores, e interconectados en redes, se convirtió en un objetivo para muchas plantas industriales. En 1970, Technicon Corp. presentó un seguimiento de la contaminación de aguas capaces de medir y analizar hasta seis contaminantes del agua continua y simultáneamente. Unos pocos años más tarde, la tecnología de sensores avanzados como la NASA lanzó un satélite para demostrar la utilidad de la detección remota y en condiciones por encima de la superficie de la tierra. A comienzos de los años 70, IBM desarrolló la primera patilla RAM (Memoria de Acceso Aleatorio). El desarrollo acelerado de los tiempos de acceso ayudó a abrir el camino para la revolución de los microprocesadores. La tecnología de las comunicaciones se volcó hacia el futuro, con los científicos de Corning Glass Work fabricando exitosamente la fibra de vidrio, proporcionando las bases para el futuro de las comunicaciones por cables de fibra óptica. 1974 fue un año prospero, con el registro de ventas e ingresos de instrumentos de medición. La escasez y la escalada de los precios de la energía y los materiales de fabricación de los consumidores llevaron a intensificar el uso de ahorro de costes de equipos de control. Innovaciones electrónicas, incluida la introducción de la tecnología MOS (Semiconductores de Oxido Metálico) por RCA Tecnologies para la fabricación de circuitos integrados, ayudó a hacer la producción de circuitos más barato y facilitó una mayor miniaturización. Otros acontecimientos significativos en la mitad de los años 1970 incluyen el primer sistema de microprocesador diseñado totalmente dedicado para el control y manejo de datos; la evolución de la cromatografía de gases, que mejoro la flexibilidad, la mantenibilidad, la fiabilidad y el manejo de datos en el control de procesos industriales: a base de láser, caudalímetros no invasivos, y el primer caudalímetro Vortex. Aproximadamente al mismo tiempo, en Yokogawa, en Japón, y en Honeywell, en los EE.UU., se introdujo el primer sistema de control distribuido, lo que marca un importante y trascendental cambio en la forma en que los sistemas de control se configuran y aplican. En 1977, Honeywell presentó el primer proceso de controlador redundante que permitió sobre una sola línea conectar un controlador de repuesto para proporcionar redundancia completa para un máximo de ocho controladores. Por primera vez, los operadores podrían ver los datos en la sala de control, aunque el proceso en sí estaba ubicado remotamente. El control distribuido verdaderamente revolucionó la industria de procesos, iniciando una serie de introducción de software y hardware en los 10 años siguientes. Otro acontecimiento importante en 1975 fue el de el desarrollo de las fibras ópticas, de AT & T Bell Laboratories. También Bell Labs, David Auston inventó el interruptor electrónico de conmutación rápida elaborado hasta la fecha mediante el uso de haces de luz láser para iniciar y detener una señal eléctrica. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 En 1976, la American National Standards Institute (ANSI) aprobó ISA como normas ANSIacreditadas. En 1980, ISA trasladó su sede a Research Triangle Park, NC evolución en 1976 incluyó la primera implementación convencional de algoritmos de control digitales Proporcional Integral PI y Proporcional Integral Diferencial PIDs: este sistema de visualización avanzado control analógico y digital interactivo fue especialmente diseñado para operadores de planta de proceso; en forma de panel modular sobre los instrumentos para dividir la arquitectura de sistemas de control, y un monitor sensible para detectar la cantidad de mercurio a que esté expuesto un trabajador durante una jornada laboral. En 1977, el Centro Espacial Johnson en Houston construyo una instalación que puede simular la misión de transbordador espacial, los ensayos de aviónica y la respuesta del astronauta en virtud de casi la totalidad de las condiciones de funcionamiento. También en ese año, Honeywell inventó el primer microprocesador de instrumentación para combinar puntos de operación versus tiempo de programación con la integración de tres modos de control, manual semiautomático y automático. En 1977, IBM anunció el desarrollo de una memoria RAM dinámica de 64-bits (DRAM), que alcanzó un elemento de almacenamiento del tamaño de una diez-millonésima parte de una pulgada cuadrada. USDATA, en 1978, presentó el primer microprocesador industrial, configurable por el usuario, con estación de trabajo con gráficas interactivas de color para el uso industrial con PLC. Mientras tanto, Beckman Instruments introdujo el primer muestreador dicotómico automatizado de partículas para recoger y separar aerosoles en fracciones respirables y no respirables. El hardware fue el objeto de estudio y desarrollo en la década de 1970 continuando a comienzos de los años 80, con la introducción del computador personal de IBM en 1981. Las líneas de sistemas de Control Distribuido DCSs, Controladores Lógicos Programables PLCs y computadores, incorporaron elementos de otras plataformas. Los vendedores ahora se desenvolvieron en el desarrollo de software. Las aplicaciones de las Redes Neuronales e Inteligencia Artificial (IA), aunque no eran populares comenzaron a surgir. Las Redes neuronales se diseñaron para reflejar o imitar los procesos neuronales del cerebro y se han utilizado en los sistemas de control y modelado de reactores, el modelado, la visión y el reconocimiento de voz y video. Se han desarrollado sistemas expertos para ayudar a "capturar" los conocimientos de los operadores a largo plazo, capacitar a nuevos operadores, y acortar la curva de aprendizaje. El uso de la lógica difusa, una teoría desarrollada en 1965, también aumentó en los 80s lo que permite a los ingenieros de control el uso de palabras tales como "tipo de calor" o “muy lenta", en vez de cifras exactas cuantificables. Las aplicaciones de los DCS para control de lotes siguen aumentando en el decenio de 1980 ya que el coste de hardware venía decreciendo, haciendo la inversión más manejable para la frecuencia en el cambio de las aplicaciones. Los transmisores inteligentes se pusieron en marcha en 1983, eliminando la necesidad de conversiones digital a analógico y analógico a digital para mejorar los sistemas y lazos de precisión. Mientras tanto, la reputación de ISA como cuerpo rector de normas internacionales fue reforzada en 1982 cuando el Grupo Técnico Asesor de la Comisión Electrotécnica Internacional ISA la selecciono como secretaría administrativa. En 1983, el Centro de Formación de ISA abrió sus puertas en Raleigh, Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 y desde entonces, la ISA ha capacitado a más de 40.000 profesionales de la medición y el control en numerosos aspectos de la instrumentación. Los términos MAP (Protocolo de Automatización de Fabricación) y CIM (Computer Manufactura Integrada por Computador) se convirtieron en palabras de moda en la década de 1980, pero languideció en los años 90. En 1987, Foxboro introdujo el primer controlador que uso la tecnología de inteligencia artificial, mientras que Texas Instruments introdujo un sistema basado en IA para el entrenamiento y mantenimiento de la instrumentación. Ese mismo año, NBS desarrollo un sensor de ultrasonidos para medir la profundidad y la proporción de superficies de acero y aleaciones de metales. El Bus de Campo se convirtió en el estándar de la industria en el decenio de 1980. A fines del decenio de 1980, los DCS, los PLC, y los paquetes de software para PC aumentaron significativamente. Con los estándares industriales, las empresas empezaron a considerar las alianzas y acuerdos estratégicos con proveedores para aumentar la producción y masificación de sus productos beneficiando a todos los involucrados. Por ejemplo, en 1989, Johnson Controls y Yokogawa Electric Corp. formó una empresa conjunta para fortalecer su penetración en América del Norte. Allen-Bradley en alianza con Digital Equipment desarrollo una nueva generación de sistemas de control industrial para enlazar las comunicaciones entre la planta y oficinas de gestión. El mismo año, Hewlett-Packard, Fisher Controls, y Coopers & Lybrand abrieron un centro de tecnología que ofrece una mirada del mundo real en un sistema de producción integrado CIM orientados a la industria de procesos. Mientras que los años 70 y 80 estuvieron dominados por software de sistemas propietarios, la presente década ha sido testigo de una revolución en los paquetes de hardware independientes, el camino a los sistemas abiertos. Se da inicio a la década de 1990, Wonderware InTouch, introdujo un equipo con Microsoft Windows basado en una interfaz hombre-máquina que permite a los operadores gestionar muchos procesos controlados desde un computador. El valor de la arquitectura de los sistemas abiertos se ha debatido durante algún tiempo, pues tanto los proveedores y los usuarios estaban temerosos de degradar la seguridad y la fiabilidad. Sin embargo, muchos vendedores hoy en día son controlan el gasto en I + D en arquitecturas abiertas para garantizar la conectividad con otros sistemas. Así como el MAP y la CIM fueron palabras usadas en los 80s, MES (Manufacturing Execution Systems) es una moda de los años 90. Es un enfoque a la integración de los datos de en la empresa a los sistemas de información de gestión (SIG) a nivel de áreas que antes eran independientes. Con la MES, los datos de proceso y mercado pueden ser accesibles y/o manipulados para programar mejor los recursos y producir documentos de calidad superior. La independencia del hardware es clave para el éxito de economía de mercado, de modo que la información puede transmitirse a través de la planta. Nuevos chips, basados en tecnologías RISC, Alfa chip, Pentium y PowerPC, ejecutaron más instrucciones que los anteriores procesadores. En esta arquitectura, la información es compartida y distribuida por igual en toda la red. Otros importantes avances técnicos y tendencias en el decenio de 1990 incluyen la rápida evolución de las interfaces gráficas de usuario; la certificación IS0 9000 de los proveedores de control de procesos, el aumento de popularidad de la auto sintonización de controladores; la continuación del desarrollo de Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 la normalización de la producción por lotes, la mayor actividad de las aplicaciones de las redes neuronales, y un mayor uso de la lógica difusa. Hoy en día, existen casi 50.000 ISA miembros que representan casi todas las principales industrias en más de 80 países. En 1995, las tan esperadas normas de control para producción por lotes fueron implantadas junto con las definiciones de la terminología común, así como modelos de organización y equipo. En 1994, en el mayor contrato en la historia de Rosemount con un potencial de $50 millones, Dow Chemical acordaron una alianza global, sobre la normalización de los transmisores de presión Rosemount. Esta "alianza mundial" ayudó a establecer un patrón de compra que un número cada vez mayor de usuarios y proveedores ha aprobado hoy. ISA sigue siendo la fuente de instrumentación y control, al servicio de los intereses de las personas que trabajan en esta área de vital importancia de la tecnología industrial. ISA se mueve como en sus próximos 50 años, se seguirá fomentando el progreso en la teoría, el diseño, fabricación y utilización de los instrumentos, computadoras y sistemas de medición y control. 8.1.3. Prospectiva de la Instrumentación y el Control. Se fundamenta en el Plan Estratégico del Programa Nacional de Electrónica, Telecomunicaciones e Informática (ETI), de COLCIENCIAS. 2005-2010. Basado en la encuesta que la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), realizó a sus miembros más destacados (fellows), durante el 2003- 2004, acerca del futuro de la tecnología, en los países más industrializados. Según esta encuesta, los desarrollos tecnológicos relevantes, para los próximos 5 años, serán: Acceso a bajo costo a comunicaciones de banda ancha. Diodos emisores de luz (LED) blancos, como una forma de reducir el consumo de energía. Aplicaciones prácticas de comunicaciones cuánticas. Nuevos dieléctricos para las compuertas de los circuitos CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors). Fuentes alternativas de energía limpias. Sistemas de inteligencia artificial de bajo costo. Desarrollos tecnológicos para la investigación del genoma. Sistemas operacionales y software de libre acceso (Open Source). Integración de la biología y la ingeniería. 8.1.4. Situación de la Industria Internacional 8.1.4.1. Segmentos de Mercado. En países industrializados donde la industria electrónica ocupa un alto porcentaje de la producción nacional; sectores como: telecomunicaciones, procesamiento de datos, electrónica de consumo, industria aeroespacial e industria automotriz, ocupan los primeros renglones de la producción, donde los dos primeros cubren más de un 60% de la producción nacional. 8.1.4.2. Industria de los Semiconductores. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Uno de los indicadores más claros sobre las tendencias en electrónica son las proyecciones realizadas por la SIA (Semiconductor Industry Association), consignadas anualmente en los documentos titulados ITRS (Internacional Technology Road Map for Semiconductor), que permiten analizar los principales nichos de mercado, sus requerimientos y las de los sectores económicos dominantes. Estas proyecciones dan una indicación de cómo se compone el mercado desde el punto de vista de su actual potencial: Equipos portátiles e inalámbricos Sistemas de banda ancha Conmutación por Internet Almacenamiento masivo Electrónica de consumo Computadores Electrónica para automóviles. En cada uno de estos mercados las tendencias de innovación y desarrollo están concentradas alrededor de tres tipos de productos semiconductores, muy orientados por la aplicación: SoC (Systems-on Chip) sistemas en chips, circuitos mixtos análogos/digitales y microprocesadores. En los SoC se encuentran retos tanto en la fabricación, como en el diseño, e involucran tecnologías electrónicas de diferente tipo como circuitos digitales, análogos, sensores y actuadores. Constituyen un mercado de alta complejidad que demanda grandes volúmenes de producción, semejante al de los ASICS (Application Specific Integrated Circuit), y que dado el estado actual de las metodologías de diseño, procura su optimización con la reutilización de módulos de silicio IP (Intelectual Property). El campo de los circuitos integrados mixtos ha florecido en la última década, impulsado de manera importante por la gran cantidad de aplicaciones inalámbricas de corto y mediano alcance que han aparecido en el mercado. Sistemas RF (radio frecuencia) de bajo consumo, conversores A/D (analógicos/digitales) y D/A (digitales/analógicos) de alto desempeño, procesadores digitales de señales, son ejemplo de los módulos que se deben incorporar en un mismo circuito integrado; esto plantea retos importantes en diseño de circuitos, metodologías de diseño y procesos de fabricación. El campo de los microprocesadores está orientado a aplicaciones sobre medidas en las que el desempeño y los costos de producción son elementos determinantes del desarrollo, por lo tanto, está en manos de las grandes industrias la participación en el mercado. 8.1.5. Visión Académica de la Instrumentación y el Control. A continuación se presentan algunos ejemplos de tecnologías emergentes que según la publicación MIT Technology Review (2008) cambiarán el mundo (Ocyt., 2009): La tecnología PCMOS o Chips probabilísticos (Probabilistic Complementary Metal-Oxide Semiconductor) es una tecnología de diseño de componentes electrónicos cuyo comportamiento no es totalmente determinista. El lado malo es que esto significa que los componentes pueden cometer errores en sus cálculos, pero tienen dos importantes ventajas; la primera, que su consumo energético es mucho menor (mayor duración de batería) y su capacidad de miniaturización también lo es, lo que permitirá alargar la vida de la ley de Moore. A corto plazo, los diseños PCMOS podrían aumentar significativamente la vida útil de las baterías en los dispositivos móviles (Fowler., 2009). Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 FIGURA N⁰ 11: Chips Probabilísticos. Fuente: http://www.freshelectronics.net/wp-content/uploads/2009/02/proba_chip.jpg Nuevas tecnologías y materiales electrónicos para implementar las funciones que hoy se hacen sobre silicio a costos que permitan que los productos puedan llegar a ser incluso desechables. Una de las alternativas consideradas de mayor futuro, está en la utilización de materiales orgánicos para la fabricación de los elementos de conmutación en sistemas digitales. En este caso los transistores flexibles basados en polímeros como el grafeno, un material de carbono con el diámetro de un átomo, podría tener propiedades electrónicas extraordinarias como son su conductividad eléctrica elevada. Las aplicaciones iníciales serán en pastillas de comunicaciones de ultra-alta-velocidad (teraherzios), con procesadores de computadores supremamente rápidos. FIGURA N⁰ 12: Transistores Flexibles de Grafeno. Fuente: http://www.technologyreview.com/files/23143/flex_graph_x220.jpg Tecnologías biométricas de identificación, las cuales recurren al uso de los patrones naturales: huellas, iris, voz, etc., como clave de identificación. Si bien en el mercado ya se encuentran en uso multitud de dispositivos éstos todavía están en un nivel básico y se espera que puedan masificarse (Karube., 2007). Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 FIGURA N⁰ 13: Sistemas Biométricos de identificación. Fuente: http://media.akihabaranews.com/17969/Fujitsu_Palm_Vein_Biometric_1.jpg Los microsistemas se destacan como una actividad de gran utilidad en múltiples campos y en especial en la agricultura, el medio ambiente o la seguridad, donde se requiere de sistemas de control de bajo costo y tamaño reducido, que permitan la captura de información y su transmisión a puntos centrales de recolección. Si a estos microsistemas se adiciona un elemento, como las partes mecánicas con sus respectivos actuadores, para llevarlos a ejecutar labores dinámicas desde el punto de vista de movimiento de pequeñas masas, se encuentra otra de las áreas de mayor interés en el mundo académico que involucra la robótica y la llamada mecatrónica. FIGURA N⁰ 14: Microsistemas. Fuente: http://www.globalfuture.com/mit-trends2001.htm Los magnetómetros atómicos miniaturizados del tamaño de un grano de arroz requieren poca energía y son sensibles a campos magnéticos muy débiles. Estos Magnetómetros son pequeños y económicos y podrían conducir a construir máquinas de resonancia magnética portátiles, herramientas para la detección de artefactos explosivos enterrados, y revolucionar la forma de evaluar los yacimientos de minerales en forma remota. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 FIGURA N⁰ 15: Magnetómetros. Fuente: http://www.technologyreview.com/specialreports/specialreport.aspx?id=25 La Conectómica es una novedosa tecnología que asiste para mapear todas las conexiones sinápticas entre las neuronas en el cerebro de los mamíferos, y podría ayudar a los científicos a descifrar la manera en que el cerebro aborda el procesamiento de la información. La intrincada red cerebral podría revelar y conducir a una mejor comprensión de enfermedades como el autismo y la esquizofrenia, así como nuevos conocimientos en el aprendizaje y otras funciones cognitivas. En este campo el procesamiento de imágenes, la biología molecular, y el cálculo convergen para hacer posible el fin de generar los complejos mapas. FIGURA N⁰ 16: Conectómica. Fuente: www.technologyreview.com/biomedicine/20241/ Chips nanofluídicos podrían reducir drásticamente los costos de secuenciación del ADN. Los laboratorios BioNanomatrix están llevando a cabo lo que muchos piensan es la clave de la medicina personalizada: la tecnología para la secuenciación rápida y económica del genoma humano que puede ser descifrado en ocho horas por 100 dólares o menos. Con la ayuda de una herramienta de gran alcance, el tratamiento médico puede ser adaptado al perfil genético de cada paciente. Si tiene éxito este desarrollo, un médico podría realizar la biopsia de un tumor Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 de cáncer de un paciente, obtener la totalidad de su secuencia de ADN, y utilizar esa información para determinar un pronóstico y prescribir el tratamiento, todo por un costo inferior al de una radiografía de tórax. Si la enfermedad es el cáncer de pulmón, por ejemplo, el médico podría determinar los cambios genéticos particulares en las células del tumor y recetar la quimioterapia más adecuada para esta variante. FIGURA N⁰ 17: Chips nanofluídicos. Fuente: www.technologyreview.com/es/read_article.aspx?ch=specialsections&sr=39 El uso de nanocables para crear un chip de memoria ultradenso denominado Memoria Racetrack o de Circuito, se propone desarrollar una nueva manera de almacenar la información: un chip de memoria con la enorme capacidad de almacenamiento de un disco duro magnético, la durabilidad de la memoria flash electrónica, y la velocidad superior de los dos. La clave radica en un conjunto de nanocables magnéticos con forma de U, dispuestos verticalmente como árboles en un bosque. Los nanocables tienen regiones con distintas polaridades magnéticas, y los límites entre las regiones representan 1s o 0s, dependiendo de las polaridades de cada lado. Cuando una corriente de giro polarizado (una en la que el “giro” quántico-mecánico se orienta en una dirección específica) pasa a través del nanocable, todo el patrón magnético queda arrastrado, como los automóviles que atraviesan un circuito. Los límites magnéticos se encuentran con un par de dispositivos pequeños que leen y escriben los datos en la base de la U. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 FIGURA N⁰ 18: Memoria de Circuito. Fuente: www.technologyreview.com/es/read_article.aspx?ch=specialsections&sr=39 Las máquinas biológicas pueden dar lugar a una nueva generación de dispositivos cyborg, Al equipar a un escarabajo gigante un receptor, un microcontrolador, una microbatería, y seis electrodos implantados y colocados cuidadosamente sobre su cuerpo y alas, todo con una carga útil más pequeña que una moneda de diez centavos y un peso inferior a una goma de mascar permite a un ingeniero controlar el insecto inalámbricamente mediante impulsos eléctricos a su cerebro y músculos de sus alas, hacen que el ingeniero pueda hacer que el escarabajo cyborg despegue, gire o vuele a media altura. Los científicos han creado una máquina viviente cuyo vuelo puede ser controlado inalámbricamente. El impacto de esta tecnología espera algún día llevar sensores u otros dispositivos a lugares de difícil acceso para las personas o para ser utilizados en robots terrestres de búsqueda y rescate. Los dispositivos son económicos y los componentes electrónicos son fáciles de construir. Su objetivo es diseñar interfaces entre máquinas y sistemas vivientes, desde células individuales a organismos enteros. Su meta es crear “máquinas biológicas novedosas” que aprovechen la capacidad de las células vivientes para realizar movimientos, comunicación y computación exquisitamente precisos con un gasto mínimo de energía. FIGURA N⁰ 19: Maquinas Biológicas. Fuente: http://beta.technologyreview.com/files/24228/0309_BEETLE_x220.jpg Batería Líquida podría permitir a las ciudades utilizar la energía solar durante la noche. Las baterías comunes tienen por lo menos un material activo sólido. En la batería de ácido/plomo que se muestra aquí, los electrodos son placas sólidas sumergidas en un electrolito líquido. Los materiales sólidos limitan la conductividad de las baterías y por lo tanto, la cantidad de corriente que puede fluir a través de ellas. También son vulnerables a agrietarse, desintegrarse, y degradarse de otro modo con el tiempo, lo que reduce su vida útil. Sin una buena manera de almacenar electricidad a gran escala, la energía solar es inútil durante la noche. Una opción de almacenamiento prometedora es una nueva clase de batería fabricada con materiales activos que son todos líquidos. Los prototipos llevan a deducir que estas baterías líquidas costarán Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 menos de un tercio respecto de las mejores baterías actuales y podrían durar mucho más tiempo. FIGURA N⁰ 20: Batería Liquida. Fuente: www.technologyreview.com/read_article.aspx?ch=specialsections&sc=tr10 Reactor de Onda en movimiento, una nueva forma de alimentar reactores podrían hacer que la energía nuclear sea más segura y más económica. A diferencia de los reactores actuales, un reactor de onda en movimiento requiere muy poco uranio enriquecido, reduciendo el riesgo de la proliferación de armas. El reactor utiliza combustible de uranio agotado contenido dentro de cientos de pilares hexagonales (que aparecen en negro y verde). En una "onda" que se mueve a través del núcleo, a sólo un centímetro por año, este combustible se transforma en plutonio, que luego se somete a fisión. La reacción requiere una cantidad pequeña de uranio enriquecido para iniciarse y podría funcionar durante décadas sin reabastecimiento. El reactor utiliza sodio líquido como refrigerante, (las temperaturas del núcleo son extremadamente altas, alrededor de 550 º C, frente a los 330 º C de los reactores típicos convencionales). FIGURA N⁰ 21: Reactor de Onda en Movimiento.. Fuente: www.technologyreview.com/read_article.aspx?ch=specialsections&sc=tr10 Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 La Nano-piezoelectrónica, se cree que los nanocables piezoeléctricos podrían impulsar dispositivos médicos que se podrían implantar y servir de sensores diminutos. Los sensores a nanoescala son exquisitamente sensibles, consumen poca energía, y son, por supuesto, diminutos. Podrían ser útiles para detectar señales moleculares de enfermedad en la sangre, cantidades diminutas de gases venenosos en el aire, y rastrear contaminantes en los alimentos. Sin embargo, las baterías y los circuitos integrados necesarios para impulsar estos dispositivos dificultarían que se puedan miniaturizar plenamente. FIGURA N⁰ 22: Nano piezo Electrónica. Fuente: http://www.technologyreview.com/es/read_article.aspx?id=239&pg=2 La microfotónica, los cristales fotónicos reflejan diferentes longitudes de ondas de luz casi a la perfección, dándoles la posibilidad de crear circuitos ópticos para mover y procesar datos a la velocidad de la luz. La capacidad de transmisión depende tanto de la longitud de onda del fotón como del diseño del cristal. Esto pone a la microfotónica en la línea de las tecnologías que transformarán el mundo. FIGURA N⁰ 23: MicroFotonica. Fuente: http://comps.ecu.edu.au/images/smart-antenna-beamformer.jpg Es decir, son muchos retos y compromisos que la academia debe asumir en el campo de la instrumentación y control, ya que hoy en día son indiscutiblemente tecnologías que intervienen en Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 todas las disciplinas del saber. Las tecnologías de la Instrumentación y Control tienen implicaciones revolucionarias en las relaciones entre las empresas y en la vida cotidiana de los seres humanos, que gracias a la electrónica se incrementan a un ritmo de cambio nunca antes conocido. Todo esto multiplica la importancia de la investigación y el desarrollo académico en este campo, que debe ser acogido por la universidad y contar con el apoyo fundamental de entidades estatales y privadas para propiciar y divulgar las novedades en materia de investigación y desarrollo en telecomunicaciones donde se puedan vislumbrar las perspectivas del sector en los procesos de I+D no solamente en el contexto regional y nacional, sino también internacional. En ingeniería no se puede esperar para hacer mediciones y controlar variables, y para entender las cosas, el ingeniero debe ser capaz de medir y controlar variables. Los estudiantes deben estar motivados para responder a preguntas como, ¿Cómo diseñar y construir instrumentos que permitan "dar lectura" de variables de procesos? ¿Cómo diseñar y construir sistemas de control que permitan "mantener" variables en estados o condiciones deseadas? ¿Qué efectos tienen estos sistemas de instrumentación y control sobre los elementos, plantas o procesos con los cuales están conectados? ¿Cuáles son los principios físicos que están siendo explorados? El desarrollo de un reconocimiento básico de estas ideas es fundamental para el éxito de la investigación en instrumentación y control aplicado en todos los campos y disciplinas del saber. Las mediciones deben ser alojadas en un PC mediante la adquisición de datos, introduciendo la teoría de muestreo, cuantización, y aliasing. Los estudiantes de Ingeniería también deben poder explorar, programar y utilizar las herramientas de desarrollo de Procesamiento Digital de Señales e Instrumentación Virtual para implantar algoritmos de control para procesar las señales obtenidas mediante la adquisición de datos del entorno. De igual manera la seguridad ambiental es un aspecto importante en el diseño y desarrollo de sistemas de instrumentación y control electrónico para encarar las problemáticas en el sector industrial, medico, agrícola, militar y comercial (Narayanan., 2002). ¿Cómo hacer que la ingeniería de sistemas de instrumentación y control interactúe sin afectar el medio ambiente? ¿Qué parámetros (electromagnéticos, térmicos, de vibración, de gases) afectan los sistemas de medición y control?, y ¿Cómo puede afectar a un sistema de medición el medio ambiente? Son objeto de estudio que están inmersos en el entorno donde operan estos sistemas que afectan e impactan no solamente a los seres vivos sino a otros procesos. En resumen el campo de la instrumentación y el control es un buen candidato para descubrir y manipular los sistemas electrónicos desde un punto de vista académico e investigativo que trasciende y complementa el plan curricular de Ingeniería Electrónica y que puede proporcionar un soporte a un abanico innumerable de temas y aplicaciones para explorar. 8.1.6. Situación y Tendencias en Instrumentación y Control. El campo de la Instrumentación y Control ha generado una increíble evolución y variedad de tecnologías y desarrollos disponibles. En la actualidad los desarrollos y estudios en el campo de la instrumentación se han enfocado a temáticas tanto básicas como más complejas cuya cobertura es Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 bastante amplia. Dentro de las temáticas básicas que aun siguen siendo objeto de trabajo, desarrollo e investigación están: Fundamentos de Diseño de Instrumentos y Controladores, en donde las leyes de corriente y voltaje de Kirchhoff, así como el modelamiento de sistemas utilizando ecuaciones diferenciales y de diferencias en el dominio del tiempo y las transformadas de Laplace y Z en el dominio frecuencial siguen estando vigentes, tanto para la representación de señales y sistemas como para su análisis, tales como componentes pasivos, filtros pasivos y circuitos resonantes y circuitos con diodos. Tecnologías de Circuitos a base de transistores entre los que se destacan los de tecnología de Transistor Bipolar de Juntura (BJT) y la tecnología de Transistor por Efecto de Campo (FET) para caracterizar y diseñar sistemas de conmutación, amplificadores, fuentes de corriente, amplificadores diferenciales, elevadores o reductores, multiplexores y circuitos de muestreo y retención. Sistemas con Amplificadores Operacionales en sistemas para circuitos de inversión y no inversión, realimentados, amplificadores de instrumentación, fuentes de corriente, amplificadores diferenciales, amplificadores logarítmicos, integradores, diferenciadores, comparadores, disparadores Schmitt, detectores de pico, de cambio de fase, de cruce por cero, Sistemas de Amplificadores Operacionales para diseño de Filtros Activos (por ejemplo, Butterworth, Chebyshev y Bessel), filtros de variable de estado, Osciladores (de relajación, oscilador de ruido, osciladores LC y de cristal) y Gyrators para el diseño de inductancias capacitancias, así como para el diseño de controladores y compensadores análogos. Las fuentes de alimentación, fundamentalmente utilizando tópicos relacionados con fuentes reguladas, especificaciones de regulación, diseño de fuentes lineales de potencia, diseño de Fuentes de Potencia Conmutadas en configuraciones forward o flyback. De igual manera el material cubierto a niveles más avanzados de estudio introducen temas útiles que requieren de mayor detalle y profundidad tales como: Técnicas de bajo ruido, en donde se abarca el estudio de diferentes tipos de ruido (por ejemplo, de Johnson, de disparo o shot, y el de parpadeo o flicker), la relación señala ruido (SNR), ruido y modelos de BJTs FETS, el ruido en amplificadores diferencial y realimentados, mediciones de parámetros de ruido, y técnicas de limitación de ancho de banda para combatir el ruido excesivo. Sistemas Digitales, Lógica de estados, inmunidad al ruido, sistemas de codificación, la lógica de compuertas, lógica de transistor-transistor TTL / CMOS (TTL / CMOS) comparación, sistemas combinacionales y secuenciales. Conversión Analógico a Digital (A/D) y Digital a Analógico (D/ A), Discusión sobre errores fundamentales de conversión, sistemas y técnicas de conversión D/A (por ejemplo, resistencias en escalera, R-2R), y circuitos y técnicas de conversión A/D (por ejemplo, paralelo, flash, aproximaciones sucesivas, sigma delta (Fowler., 2007). Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 PLLs (Phase Looked Loop) y aplicaciones, PLLs básicos, configuraciones de detectores de fase, osciladores controlados por tensión (VCOs), multiplicadores de frecuencia, calculo de ganancia de lazo, cálculos, aplicaciones PLL (por ejemplo, detección FM, AM, osciladores LC, Control Digital). Tecnologías de Sensores y Transductores, transductores básicos; mediciones de temperatura, nivel, ópticos, desplazamiento, LVDTs, capacitivos, etc. Técnicas de Procesamiento de Señal, Técnicas de Disminución de Ancho de Banda, técnicas de promediado de señal, técnicas de compresión de información, técnicas de integración, algoritmos de transformación, algoritmos de detección, filtrado y bloqueo. La disponibilidad abundante y confiable de tecnologías, son factores que habilitan el desarrollo de varias temáticas a futuro en áreas como la Instrumentación Industrial, la Instrumentación Medica y la Teoría de Control, en las cuales convergen temáticas como la Sensórica, los Sistemas de Adquisición, la Instrumentación Virtual, el Procesamiento Digital de Señales, los Sistemas Embebidos, la Agrónica, la Biomecánica, el Control Inteligente e Inteligencia Artificial, los Sistemas de Supervisión y Control, la Robótica, el Control de Máquinas Eléctricas y Sistemas de Potencia, los Sistemas de Energía Alternativa y Renovable, entre otros. A continuación se describen estas tendencias. 8.1.6.1. Instrumentación Industrial. La instrumentación industrial es un núcleo de formación que introduce el estudio y la naturaleza de la medición, adquisición, distribución, señalización, visualización y procesamiento de las variables físicas que intervienen en procesos industriales (Fowler., 2004). En general las tendencias de estudio de este campo de la ingeniería electrónica hace referencia a temáticas, ideas y conceptos que se relacionan con: 1) Técnicas de aislamiento, protección y conexión a tierra de sistemas eléctricos y electrónicos: en donde sistemas capacitivos, inductivos, ópticos, galvánicos, entre otros de acoplamiento permiten separar y aislar de interferencias nocivas a los equipos para garantizar su operación normal, se consideran aspectos como el tipo de conductores, el aprovechamiento de cableado, conexionado de señales en modo diferencial y modo común, técnicas de conexión a tierra, equipotenciales, teoría y técnicas de blindaje, protección de corto circuito, sobrecorrientes, sobretensiones, entre otras (Betta., 2000). 2) Análisis térmico de circuitos y subsistemas: Fundamentos de refrigeración, resistencia térmica, conducción de calor a través de materiales e interfaces, la transferencia de calor, la radiación, la convección natural, calculo de disipadores, alivios térmicos entre otras. 3) Análisis de vibraciones de tarjetas, motores y subsistemas: modos de vibración, vibración de sistemas electrónicos (por ejemplo, soportes de transformadores, tableros electrónicos, motores), factor de transmisibilidad, desplazamiento dinámico durante resonancia, consideraciones de vibración en placas de circuitos impreso (PCB), y el diseño de PCBs para ambientes con vibraciones. 4) Diseño Electrónico de sistemas y circuitos de instrumentación: metodologías básicas de diseño estructural, factores de diseño de circuitos, ensamblaje electrónico, agrupación funcional (por ejemplo, Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 circuitos serie, circuitos en paralelo y circuitos paralelo – serie, circuitos análogos, circuitos digitales y circuitos mixtos), consideraciones de diseño para montaje, cableado y consideraciones de cableado, procedimientos de cableado, y las consideraciones de seguridad (Schmalzel., 2005). 5) Factores humanos y ergonomía de ingeniería: consideraciones de iluminación, interfaz humano maquina, consideraciones de visualización, código de colores de indicadores visuales, controles, etiquetado, y mantenimiento (por ejemplo, acceso al interior de módulos, cables y conectores, chasis de diseño, y ubicación de puntos de prueba) (Schmalzel., 1999). 6) Redes de sensores inalámbricos: Las redes de sensores es un concepto relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos con múltiples aplicaciones en distintos campos tales como entornos industriales, Domótica, entornos militares, detección ambiental. Esta clase de redes se caracterizan por su facilidad de despliegue y por ser autoconfigurables, pudiendo convertirse en todo momento en emisor, receptor, ofrecer servicios de enrutamiento entre nodos sin visión directa, así como registro de datos referentes a sensores locales de cada nodo. Otra de sus características es su gestión eficiente de energía, que permite obtener una alta tasa de autonomía que las hacen plenamente operativas (Macii., 2008) y (Fowler., 2009). 7) Sistemas Digitales y Microprocesadores: Los continuos avances en las tecnologías de integración de circuitos electrónicos han permitido reemplazar en forma paulatina los circuitos análogos por circuitos digitales que ocupan un menor volumen, y que están libres de los problemas de tolerancia de los componentes, calibración, y deriva térmica que afectan a los primeros (Fowler., 2002). 8) Procesamiento Digital de Señales: Consideraciones para el diseño de algoritmos y técnicas de procesamiento digital de señales para aplicaciones de filtrado digital, modulación, patrones de reconocimiento de voz, video, audio e imágenes, codificación, transformaciones tiempo frecuencia, extracción de parámetros, estimación de espectros frecuenciales, estimación de espectro de potencia y energía de señales, transformaciones vectoriales, entre otras (Rapuano., 2007) y (Figueroa., 2008). 9) Metrología: estudio de los sistemas de medida en cualquier campo de la ciencia, la industria utiliza una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo sus mediciones, desde objetos sencillos como reglas y cronómetros, hasta potentes microscopios, medidores de láser e incluso aceleradores de partículas. La Metrología es parte fundamental de lo que en los países industrializados se conoce como "Infraestructura Nacional de la Calidad", compuesta además por las actividades de: normalización, ensayos, certificación y acreditación, que a su vez son dependientes de las actividades metrológicas que aseguran la exactitud de las mediciones que se efectúan en los ensayos, cuyos resultados son la evidencia para las certificaciones. En el ámbito metrológico las temáticas de estudio son caracterización de instrumentos, estabilidad, características estáticas y dinámicas de dispositivos electrónicos, ruido, medición de incertidumbre, errores de medición, entre otras (Fowler., 2006). 10) Nuevas Tecnologías de Sensores: Avances recientes en la tecnología de los sensores se hace posible a las microtecnologías y nanotecnologías. Estas nuevas tecnologías ofrecen grandes prestaciones con sistemas de sensores de pequeñas dimensiones, bajo consumo de energía y mayor fiabilidad; permitiendo la integración de sensores, actuadores, mecanismos, y unidades electrónicas. El desarrollo de sensores especializados implica retos especiales para el modelado de dispositivos, microfabricación, materiales y tecnologías de encapsulados. Los sistemas MEMs (microelectromecanizados) y Multisensores son hoy ya componentes inherentes en la industria Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 automotriz, sistemas domóticos, industria militar, agricultura de precisión, teléfonos móviles, y sistemas médicos (Kanoun., 2004). 8.1.6.2. Instrumentación Médica. La evolución reciente de la biotecnología ha sido notable, las tendencias en la investigación de biosensores, biochips y sistemas de rehabilitación motora están dando resultados visibles gracias a la tecnología de procesamiento de semiconductores. La investigación y el desarrollo de biosensores para el análisis medioambiental se han introducido en la vida diaria, y los chips de ADN y de proteínas, que son llamados biochips están atrayendo una gran atención en las ciencias de diagnostico, evaluación y control biomédico. Las directrices de estudio de este núcleo de formación hace referencia a temáticas, ideas y conceptos que se relacionan con: 1) Aplicación de la tecnología de procesamiento de semiconductores: se están desarrollado microelectrodos y nanoelectrodos de oxígeno haciendo uso de la tecnología de procesamiento de semiconductores. Los estudios recientes de los biochips, sus técnicas de fabricación y sus aplicaciones para medir por ejemplo concentración de gases y sustancias en ambientes médicos como vasos sanguíneos, orina, entre otros utilizando diversidad de materiales fotosensibles, enzimas o efectos radiantes, están en continuo estudio científico. 2) Comercialización de Productos Bioelectrónicos: Ejemplos de intentos de transferencia y comercialización de tecnologías han sido desarrollados por las universidades a las empresas privadas. Ejemplo de ello es el desarrollo de inmunochips, que son pequeños chips utilizados para medición de enfermedades infecciosas. Otra aplicación son los sensores de glucosa utilizados para el diagnóstico de la diabetes. Los Inmunochips utilizan el fenómeno en el que gotas de látex se aglomeran en poco tiempo debido a la reacción antígenos-anticuerpos cuando determinados pulsos se aplican, y a continuación, la medición de las enfermedades infecciosas se puede realizar rápidamente con elevada sensibilidad. En comparación con métodos convencionales de inmunoensayo, la sensibilidad se aumenta en un factor de 100 a 1000. Esta tecnología reduce los costos elevados de los métodos convencionales a un nivel de 1 / 100 a 1 / 1000 (Rak., 2005). Si bien la detección de hipoglucemia juega un papel muy importante cuando se administra insulina, los chips convencionales de glucosa no pueden ser utilizados para la detección de la hipoglucemia. La tecnología para producir estos chips ya fue transferida a una empresa medica y sus productos comerciales están programadas para introducirse en el mercado. Inodoros equipados con sensores de glucosa permiten la medición de glucosa en la orina para el tratamiento de los diabéticos. Cuando un paciente diabético se sienta en este tipo de inodoro, la concentración de glucosa en la orina se mide y la de azúcar en la sangre se prevé. 3) Desarrollo de biosensores utilizados para el análisis del medio ambiente: los sensores DBO (Biochemical Oxygen Demand) son dispositivos que permiten una fácil medición de cómo el agua de los ríos o las aguas residuales industriales se están contaminado con materiales orgánicos. Debido a que el agua de río contiene materiales como la celulosa, la lignina y ácidos húmicos que son difíciles de descomponer, sensores convencionales no pueden ser utilizados para detectar estas sustancias. Los sensores DBO son mucho más sensibles que los sensores, lo que posibilita controlar la calidad de las aguas de río. 4) Desarrollo de biochips: los chips de DNA permiten la determinación de si una persona es susceptible a una cierta enfermedad, ya que es posible dilucidar la diferencia de una sola base de ADN Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 que utilizan los chips de ADN. Por ejemplo, parece que hay una diferencia en el nivel de sensibilidad a las enfermedades entre los asiáticos y los occidentales debido a la diferencia en el ADN. 5) Biónica: El término "biónica" se originó del término mecatrónica en los EE.UU. en los años 1950 y no es una palabra nueva. Ahora se utiliza como una abstracción de la bioelectrónica o Biorobótica. Sin embargo, ahora se está proponiendo el nuevo concepto de que "biónica" es una tecnología para mejorar la calidad de la vida humana, por lo cual se está trabajando en el estudio de las tecnologías necesarias que apoyen el mejoramiento de la calidad de la vida humana (Humánica), incluyendo servicios médicos, la biotecnología, y la ambientología. La investigación sobre la biónica es un intento de aplicar las funciones superiores de los organismos vivos a una amplia gama de áreas como la electrónica, la robótica, el medio ambiente y la biotecnología a diversos campos de la ingeniería, por supuesto, también incluyendo la nanotecnología. Los organismos vivos son ejemplo típico del trabajo en nanoescala y, son modelos de nanotecnología (Karube., 2007). 6) Procesamiento de Imágenes Médicas: Las imágenes médicas son utilizadas cotidianamente en rutina clínica para establecer un diagnóstico, escoger o controlar una acción terapéutica. Estas imágenes provienen principalmente de la tomodensitometría (rayos X) o scanner, de la resonancia magnética o IRM y del ultrasonido o ecografía. A pesar de que estas imágenes proveen información sobre la morfología y el funcionamiento de los órganos, su interpretación objetiva y cuantitativa es una tarea aún difícil de realizar. Existe un cierto número de problemas canónicos en el dominio del procesamiento y del análisis de imágenes médicas que pueden ser reagrupados en las siguientes categorías: restauración, segmentación, morfometría, análisis de movimiento, visualización, simulación de cirugía y robótica médica (Oshana., 2007) y (Figueroa., 2008). 7) Diagnostico Medico: en el estudio de la instrumentación medica, los instrumentos de diagnóstico médico tienen una gran diversidad de aplicación, los cuales deben garantizar estándares de calidad de operación rigurosos y componentes electrónicos de elevada confiabilidad, para ser utilizados por el ser humano. 8) Rehabilitación Motora y Prótesis: implica el diseño de artefactos electromecánicos como prótesis, órtesis, entre otros que permitan la rehabilitación física, motriz y sicológica de los seres humanos. Los sistemas electrónicos permiten ayudar a una persona a alcanzar su máximo potencial físico, psicológico, social, laboral, educacional y deportivo para el aprendizaje y aplicación de conocimientos, realización de tareas y demandas cotidianas, actividades que permitan la movilidad, el auto cuidado, la comunicación, las interacciones y relaciones interpersonales entre otras. En el proceso de diseño de sistemas electrónicos de rehabilitación se cuenta con un trabajo interdisciplinario compuesto por ingenieros, fisioterapeutas, terapeutas, técnicos ortopédicos, médicos especialistas en rehabilitación, ortopedistas, entre otros (Pan., 2004). 8.1.6.3. Teoría de Control. La teoría de control se ocupa del análisis de los sistemas dinámicos análogos y digitales, para dar respuesta a que acciones, señales estrategias o técnicas de diseño son necesarias implementar o añadir a los sistemas para que se comporten bajo especificaciones deseadas. Hoy en día, casi todos los procesos industriales se realizan de forma totalmente automatizada y automática. De hecho, sería muy complicado encontrar algún caso en el que la tarea se lleve a cabo todavía de manera manual. Este alto grado de automatización comporta la realización de un conjunto de tareas de naturaleza muy diferente y de una forma totalmente automática. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 La ingeniería de control se encarga de la síntesis de controladores automáticos que permiten realizar estas tareas de acuerdo con unos criterios o especificaciones de funcionamiento, los cuales están siempre diseñados para que la operación deseada ocurra de forma automática. Por ejemplo, en un reactor químico interesará mantener la concentración del componente de salida en un determinado valor, con la máxima precisión (determinando así la calidad del producto resultante). Esta concentración deseada puede cambiar, obviamente, dependiendo de las exigencias de producción o de los niveles de calidad que se especifiquen. En cualquier caso, la tarea del controlador automático será la de manipular el proceso, para ajustarlo a la nueva situación (denominada problema de seguimiento o servo tracking) o, en su defecto, para que mantenga las condiciones de operación deseadas, a pesar de los efectos adversos de las perturbaciones externas (denominado problema de regulación o disturbance attenuation). La ingeniería de control hace frente a estos problemas mediante el uso de la realimentación de la señal de salida del proceso o variable de interés. No obstante, resolver este problema de control automático no es sencillo y supone la consideración de todo un grupo de problemas tanto teóricos (estabilidad, representación matemática, etcétera) como tecnológicos (medida y tratamiento de las señales, implementación digital del controlador, etc.). Una de estas problemáticas se origina a causa de una limitación fundamental e inherente a la propia configuración del sistema de control: los problemas de seguimiento y regulación no se pueden resolver de la misma manera, cosa que implica que un controlador capaz de resolver una manera efectiva el problema de seguimiento, posiblemente esté asociado a un bajo rendimiento de funcionamiento cuando opere sobre la regulación. Conforme las plantas modernas empezaron a implementarse con muchas entradas y salidas incrementaron la complejidad de su control, la descripción de un sistema de control moderno requiere una gran cantidad de ecuaciones. La teoría de control clásica que trata de los sistemas con una entrada y una salida, pierde su solidez ante sistemas con entradas y salidas múltiples. Desde 1960, debido a que la disponibilidad de las computadoras digitales hizo posible el análisis en el dominio del tiempo de sistemas complejos, la teoría de control moderna, basada en el análisis en el dominio del tiempo y la síntesis a partir de variables de estados, se ha desarrollado para enfrentar la creciente complejidad de las plantas modernas y los requerimientos limitantes respecto a la precisión, el peso y el coste en aplicaciones militares, espaciales e industriales. Durante los años comprendidos entre 1960 y 1980, se investigaron a fondo el control óptimo, tanto de sistemas determinísticos como estocásticos, y el control adaptable, mediante el aprendizaje de sistemas complejos. De 1980 hasta la fecha, los descubrimientos en la teoría de control moderna se centran en el control robusto, el control de H∞ y temas asociados. Ahora que las computadoras digitales se han vuelto más económicas y compactas, se usan como parte integral de los sistemas de control. Las aplicaciones recientes de la teoría de control moderna incluyen sistemas ajenos a la ingeniería, como los biológicos y los económicos. En la actualidad se han logrado avances significativos en el estudio, investigación y aplicación de ramas de la Inteligencia Artificial como la Lógica Difusa y las Redes Neuronales empleados en el control de procesos industriales, robots automatizados y manufactura; en el control de procesos de elevada complejidad, cuando no hay un modelo matemático simple; en el control de procesos altamente no lineales; en usos militares, biológicos, medio ambientales, financieros y control e inspección de calidad de producción en líneas de procesos (Man). En general las tendencias de estudio Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 de este campo de la ingeniería electrónica hace referencia a temáticas, ideas y conceptos que se relacionan con: Sour., 1989 1) Modelización experimental de sistemas o Identificación de Sistemas: donde se exploran fundamentos teóricos para la obtención de modelos a partir de la respuesta en frecuencia, o frente a estímulos predefinidos, se está en estudio la implementación de métodos de muestreo y Discretización, criterios para la elección de parámetros concentrados y partes que permanecen no modeladas, selección de entradas a los sistemas para excitar un rango suficientemente amplio de frecuencias, entre otras. 2) Control de tráfico terrestre: La transformación de los sistemas de transporte público como soporte comercial de negocio también tiene repercusiones en la evolución futura de los sistemas automáticos de control de trenes y su funcionamiento. Los acontecimientos recientes en el control de semaforización y control de sistemas de transporte masivo como trenes, metros ha permitido a la electrónica incursionar en la normalización de los sistemas de control transporte. 3) Control de vuelo de vehículos tripulados y no tripulados: los desarrollos en este campo son diversos en el ámbito de la aviación, navegación marítima e investigación espacial. Las temáticas se enfocan hacia la solución de problemas de control, orientación y navegación en el sector aéreo, terrestre, marítimo y aeroespacial mediante el uso de estrategias de control no lineales, robustas y tolerantes a fallos de control. Los recientes enfoques de diseño MIMO para aplicaciones aeroespaciales, naves espaciales y control de vuelo y guiado de misiles, vuelo estacionario, y control de vehículos no tripulados han sido considerados (Andrievski., 2004). 4) Sistemas de Control NeuroDifusos: Se ha introducido el estudio de Sistemas Dinámicos NeuroDifusos, integrando los conceptos de los Sistemas Difusos (FDS – Fuzzy Dynamical Systems) con funciones de redes neuronales de orden superior (HONNF – High Order Neural Nets Functions). La dinámica de los sistemas se asume que son no lineales y que son totalmente desconocidos. El régimen propuesto de las aproximaciones de reglas difusas no requiere una información a priori de los expertos sobre el número y tipo de funciones de membrecía, haciendo a estos sistemas menos vulnerables a los supuestos iníciales de diseño. Después del proceso de identificación el sistema de control se adapta a la respuesta esperada. Al hacerlo, se establecen y actualizan los pesos de las leyes funcionales de las redes neuronales. Con demostraciones rigurosas se garantizan que los errores converjan a cero exponencialmente rápido. Al mismo tiempo, estos sistemas garantizan estabilidad y limitación en las señales de control (Approach., 2007). 5) Sistemas de Control No lineal aplicados a Robótica y Automatización: Gran variedad de investigaciones se están llevando a cabo en temáticas que cubren la teoría de control no lineal aplicada a diversas tareas industriales en donde aspectos como las técnicas de estimación e identificación de observadores en el espacio de estados en sistemas para sistemas lineales, no lineales, lineales a trozos e híbridos; tratamiento de conceptos de estabilidad en tiempo finito; estudios aplicados a manipuladores robóticos y sistemas de robots móviles; aplicaciones en problemas de optimización y aprendizaje de maquinas (Oliveira., 2006) y (Konar., 1997). 6) Control de Sistemas Electrónicos de Potencia y Maquinas Eléctricas: Hoy en día los controladores de sistemas electrónicos de potencia y de motores eléctricos han madurado relativamente en gran Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 medida para solucionar las necesidades presentes manteniendo estándares de calidad. Tales desarrollos se han centrado en aspectos como seguridad, confiabilidad, control vectorial, controladores tipo servo, velocidad de operación, aislamientos, e integración de sistemas de potencia (Bocker., 2007). 7) Redes de Comunicaciones industriales y Sistemas SCADA: En la última década, los esfuerzos de las industrias y comunidades de investigación se han enfocado para hacer frente a la seguridad de los Sistemas de Control Supervisión y Adquisición de Datos (SCADA). Los productos y las aplicaciones en seguridad de control de red están en estudio y los nuevos avances en la seguridad SCADA es cada vez más frecuente debido a la apertura de plataformas de red SCADA, el adelanto de la piratería informática y las técnicas que cuentan con mayor disponibilidad de herramientas de hacking. Se están proponiendo nuevos protocolos, estándares y productos de red industrial que se espera, fortalezcan los niveles de seguridad de varios de los sistemas SCADA existentes y futuros (Cai., 2008). 8.2. DESCRIPCIÓN DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN Esta línea está asociada a la línea de profesionalización en Instrumentación y Control del Programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas de Tunja las temáticas o áreas de investigación que se estudian en esta línea son los siguientes: Procesamiento Digital de Señales e Imágenes. Sistemas Digitales Microcontrolados, con DSPs y PLDs (FPGA). Teoría de Control y Aplicaciones. Control Inteligente. Instrumentación Industrial. Instrumentación Biomédica. Agrónica. Robótica e Inteligencia Artificial. Control de Máquinas Eléctricas y Sistemas de Potencia. Sistemas de Energía Alternativa y Renovable. Automatización Industrial. Metodología en Educación. 8.3. MARCO DE REFERENCIA DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN La Facultad de Ingeniería Electrónica y su enfoque en Instrumentación y Control promete formar profesionales con grandes fortalezas y competencias en este campo tecnológico, se ha propuesto en la malla curricular electivas tales como: instrumentación médica, instrumentación industrial y automatización de procesos (Electrónica, 2010). La instrumentación y el control electrónico, se constituyen en campos de la electrónica de mayores cambios, desarrollo y utilidad, que además permiten gran posibilidad de desarrollo intelectual, económico y de ocupación laboral para quienes profundizan en su estudio. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Los sistemas de instrumentación electrónica aplicados a procesos biomédicos, agrícolas e industriales, así como la incursión de los sistemas automáticos de control que aplican las tecnologías de la robótica, control inteligente, sensórica, electrónica de potencia procesamiento de señales instrumentación y sistemas de telemetría, etc., son escenarios tecnológicos que exigen el conocimiento de este campo. En la actualidad en Boyacá y en Colombia existen varios contextos y espacios para la implementación de las nuevas tecnologías de la instrumentación y el control tanto urbanos, interurbanos y rurales, para proveer soluciones en las actividades industriales, medicas, agrícolas, académicas y científicas y mejorar la condición de vida de las personas en la sociedad o para garantizar la operación apropiada de los procesos mejorando así la reducción de tiempos de proceso, reducción de costos de producción, flexibilizando el procesamiento y análisis de la información y dando como resultado el mejoramiento de la productividad en las instituciones asegurando parámetros de control de calidad tecnológico y ambiental. 8.4. OBJETIVOS DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 8.4.1. General. Plantear, diseñar y desarrollar proyectos de investigación científica en los diferentes campos de estudio de la Instrumentación y el Control, que busquen dar soluciones tecnológicas a necesidades, problemáticas y realidades en el ámbito social, económico, ambiental, académico y científico en Tunja, Boyacá y en Colombia, aplicados al sector industrial, agrícola, sanitario, militar, biomédico, institucional, comercial, domestico y otras áreas, planificando, diseñando, simulando, construyendo y evaluando sistemas electrónicos de instrumentación y control mediante el uso de herramientas de hardware y software especializado. 8.4.2. Específicos. Consolidar una base científica y tecnológica de la electrónica para los sistemas de instrumentación y control que incluya: componentes, equipos, protocolos, tecnologías, bibliografía, infografía de los sistemas de instrumentación medica, instrumentación industrial, instrumentación agrícola, control análogo y digital, control inteligente, robótica, automatización, redes industriales de comunicación, electrónica de potencia y procesamiento digital de señales. Diseñar, simular e implementar soluciones de instrumentación y control para sistemas de monitoreo y control industrial, agrícola, medico, militar, comercial entre oros. Desarrollar sistemas de adquisición, distribución, acondicionamiento, monitoreo, supervisión y procesamiento de señales en procesos industriales, biomédicos, agrícolas, robóticos, entre otros. Diseñar, simular e implementar sistemas de Control análogo, digital e inteligente (redes neuronales, lógica difusa, sistemas expertos) para control y supervisión de procesos industriales, agrícolas, del sector público y privado entre otros. Diseñar equipos y plantas de procesos para propósitos particulares y así brindar soluciones académicas y didácticas para el desarrollo de actividades de formación, capacitación, calibración, patronamiento y prestación de servicios metrológicos desde la Universidad. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Desarrollar proyectos de ingeniería de instrumentación y control, basado en la utilización de métodos y herramientas que soporten el diseño, la evaluación de desempeño y la gestión de los mismos. Establecer y consolidar convenios, alianzas y lazos de cooperación científica e investigativa con grupos y semilleros regionales, nacionales e internacionales afines al campo de estudio para permitir el intercambio de conocimientos, proyectos y recursos que contribuyan al cumplimiento de objetivos de los equipos de investigación así como facilitar la realización de trabajos de investigación conjuntos, la accesibilidad a laboratorios, la complementación de la formación de los investigadores y su movilidad. Establecer y consolidar convenios y lazos con la industria y con entidades públicas y privadas relacionadas con el sector de la instrumentación y el control para conocer más de cerca sus necesidades y en lo posible contribuir al desarrollo de las mismas, encaminando los desarrollos de los equipos de investigación hacia dichas necesidades, que faciliten el acceso a fuentes de financiación nacionales e internacionales. Dar soporte académico continuo a docentes, estudiantes y profesionales para el mejoramiento y actualización de los programas de pregrado y postgrado que la Facultad de Ingeniería Electrónica. Divulgar y publicar el conocimiento producido y adquirido y los resultados obtenidos intelectualmente por los equipos de investigación en publicaciones, y participación en eventos académicos institucionales, nacionales e internacionales. Actualizar e incorporar los conocimientos obtenidos por el grupo en cursos electivos y de énfasis ofrecidos en los programas de pregrado y postgrado en Ingeniería Electrónica ofrecidos en virtud de las tareas de docencia e investigación de docentes y estudiantes. 8.5. JUSTIFICACIÓN DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN El programa en Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas de Tunja es el único en la región que ofrece un enfoque para ingenieros electrónicos en el campo de formación de la instrumentación y control, la Facultad de Electrónica en su deseo de contribuir con el desarrollo de la región propone este énfasis curricular para formar profesionales, brindando los conocimientos y herramientas de análisis, diseño e investigación actuales, que permitan plantear soluciones a problemas en el departamento y el país sin recurrir a profesionales que generalmente provienen de las grandes capitales de la nación. El entorno regional posee el corredor industrial de Duitama y Sogamoso en donde la industria de procesos ha establecido empresas y compañías dedicadas a la fabricación de materias primas y productos terminados en el campo de la siderurgia, el cemento, la metalmecánica, la industria de alimentos, la generación de energía y telecomunicaciones en donde se demanda de profesionales capaces de ofrecer soluciones a aspectos relacionados con la automatización, control e instrumentación de sus equipos, procesos y tecnologías a través de la implantación de sistemas electrónicos eficaces o en otros casos, mediante la reconversión y adaptación de sistemas de instrumentación para hacer más productivas sus actividades de producción. De igual manera la Universidad ha promovido el desarrollo de diplomados, capacitaciones y cursos resaltando la importancia y aplicabilidad de esta área del conocimiento de la electrónica, buscando formar y fortalecer el conocimiento de las tecnologías en este campo, de igual forma, la Facultad de Ingeniería Electrónica cuenta con el programa de Especialización en Instrumentación Electrónica, cuya propuesta de formación académica es pionera para la región, orientado para profesionales en Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Ingeniería Electrónica, Telecomunicaciones, Mecánica, Electromecánica, Sistemas, Física y afines, dado que específicamente en Boyacá a nivel de postgrado solo se cuenta con un programa de postgrado en Automatización y Control. Desde el punto de vista tecnológico, los sistemas y tecnologías de Instrumentación y control se constituyen hoy en día en una de las más importantes áreas del desarrollo tecnológico en el país y en el mundo, su importancia y gran acogida obedecen a sus bondades tecnológicas y económicas, además de sus características de flexibilidad en cuanto a crecimiento e impacto. El área de la Instrumentación y el Control presenta un escenario amplio de aplicación al poder enfocarse sobre cualquier componente comercial, industrial, administrativo, medico, agrícola, militar, académico entre otros, y se encuentra una excelente oportunidad para generar investigación como aporte al conocimiento científico y desarrollo al emplear tecnologías existentes para dar solución a necesidades del entorno, no sólo de índole nacional sino mundial. Esta línea potencializa los siguientes aspectos y necesidades locales y nacionales: La necesidad cada vez mas vislumbrada en el desarrollo de sistemas electrónicos de instrumentación biomédicos para prestar servicios de rehabilitación motora, prótesis, diagnostico medico y tecnologías asistenciales puesto que existe una carencia ó limitación a nivel regional y nacional. Alta dependencia de tecnologías extranjeras, con el impacto directo en los costos de instalación y sostenimiento de sistemas electrónicos. Poca innovación en diversificación y diseño de sistemas electrónicos de instrumentación, control y electrónica de potencia. Poco desarrollo en diseño de sistemas hardware software para procesamiento digital de datos, audio e imágenes. Desarrollo limitado en la producción de componentes, equipos y módulos didácticos para formación en instrumentación y control con fines didácticos, académicos e investigativos. Carencias y limitaciones en las actividades y proyectos de investigación que se emprenden en el área del conocimiento. De igual manera la seguridad ambiental y prevención de desastres es un aspecto importante en el diseño y desarrollo de sistemas de instrumentación y control electrónico para encarar las problemáticas en el sector industrial, medico, agrícola, militar y comercial. La instrumentación y el control electrónico permiten adquirir, acondicionar, procesar, supervisar, monitorear y controlar variables provenientes de la actividad en la industria de procesos, militar, agrícola, comercial, financiera, del sector salud, ambiental para optimizar la eficiencia, productividad y calidad permitiendo disponer de información válida y segura en tiempo real, para la toma de decisiones, ya sean operativas, tácticas o estratégicas. (Acceso, comprobación y validación de datos, planificación de nuevos servicios y actividades, intercambio de información relevante entre niveles). La industria manufacturera enfrenta continuamente desafíos de tipo económico y competitivo: que se debe reflejar en un crecimiento en productividad y en niveles de exportación, mediante la automatización de plantas productoras, depósitos, centros administrativos y proveedores se mantienen conectados y sincronizados para lograr altos niveles de competitividad, por lo que resulta de gran importancia el estar a la vanguardia en los avances tecnológicos que apoyen este proceso. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 8.6. MISIÓN Y VISIÓN DE LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 8.6.1. Misión. La Línea de Investigación en Instrumentación y Control de la Facultad de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas Tunja tiene como misión contribuir al desarrollo del conocimiento científico e investigativo en el área de la instrumentación y el control, formando integral y críticamente profesionales para coadyuvar a las transformaciones que demanda la región y el país, y fomentar en el seno de la Facultad y de la Institución un espíritu permanente de investigación con miras al cumplimiento cabal de los objetivos y tareas investigativas que se propone la misión de la Universidad. 8.6.2. Visión. La meta de la Línea de Investigación en Instrumentación y Control es tener un reconocimiento académico nacional por su excelencia y productividad en las investigaciones realizadas en el campo de los sistemas electrónicos de instrumentación y control para el año 2012, posicionando el Grupo de Investigación GINSCON (Grupo de Investigación en instrumentación y Control) ante Colciencias en Categoría A. Se propone ser un equipo de investigación líder en el uso pertinente y en el aprovechamiento de las tecnologías de la instrumentación y control que preste servicios tecnológicos, asesorías y diseño en el campo de la instrumentación medica, industrial, agrícola, automatización y control, a la comunidad y a las instituciones de la región para solventar las necesidades y problemáticas que las aquejen. De igual manera se vislumbra una línea de investigación foco de conocimiento científico que contribuya a la formación de profesionales con capacidades investigativas que se distingan por brindar soporte tecnológico y social en la región y el país. 8.7 RELACIONES CON EL PLAN DE ESTUDIOS El Programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas Tunja propone dentro del currículo asignaturas que alimentan la Línea de Investigación en Instrumentación y Control, y como ya se comento anteriormente permiten servir como mediación en la investigación formativa en el pregrado. Para el programa, la investigación es una actividad académica que deben realizar profesores y estudiantes para generar conocimientos teóricos y prácticos, crear, modificar o enriquecer las técnicas y contribuir al desarrollo e innovación tecnológica o a la solución de problemas de carácter social, técnico o industrial en el ámbito local, regional o nacional (Electrónica, 2010). La investigación formativa se lleva a cabo mediante ejercicios de investigación que utilizan los docentes y estudiantes como una estrategia para desarrollar en estos sus potencialidades en el campo investigativo, es una investigación aplicada, que utiliza conocimientos teórico-prácticos para solucionar problemas concretos. La Línea de Investigación en Instrumentación y Control se nutre de los conocimientos de las asignaturas que transversalmente forman a las componentes de formación de Ciencias Básicas, Básicas de Ingeniería, Socio Humanísticas y Económico Administrativas en el plan de estudios como son: En el área de Formación de Ciencias Básicas están las asignaturas de Física Mecánica, Eléctrica y Termodinámica, Cálculo Diferencial, Integral y Vectorial, Álgebra Lineal, Ecuaciones Diferenciales, Estadística y Probabilidad, Variable Compleja, Análisis de Fourier, Ondas y Electromagnetismo. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Para el componente de Formación de Básicas de Ingeniería se encuentran las asignaturas de Introducción a Ingeniería Electrónica, Lógica de Programación, Teoría de Circuitos y Laboratorio I, II y III, Técnicas Digitales y Laboratorio I y II, Electrónica y Laboratorio I, II y III, Interfases al PC, Tratamiento de Señales, Ondas, Potencia Eléctrica y Teoría de Dispositivos. En la componente Socio Humanística se destacan las siguientes asignaturas: Filosofía Institucional, Antropología Filosófica, Epistemología, Cultura Teológica, Filosofía Política, Ética y en el área de Formación Económico Administrativa se tienen Gestión de Proyectos, Administración de Proyectos, Licitaciones y Contratos, Ingeniería Económica. Dentro de las asignaturas que componen el Área de Formación de Ingeniería Aplicada que alimentan la Línea de Investigación en Instrumentación y Control se tienen: Electrónica de Potencia, Electrónica Industrial, Instrumentación Industrial, Sistemas Dinámicos, Control e Instrumentación Medica. La línea de investigación también promueve la creación de nuevas asignaturas electivas y de énfasis que permiten a los estudiantes tener una gama amplia de posibilidades de profundización acorde con el interés personal y con las necesidades de la región; fortaleciendo también las actividades académicas básicas, ya que se convierten en una escuela de formación para los docentes de la facultad de ingeniería electrónica, actualizan los contenidos del currículo y mejoran la calidad académica del programa, fomentando el espíritu investigativo de ingeniería y las actividades de extensión en el programa. Dichas asignaturas previstas para ser tomadas como Electiva I, Electiva II, Electiva III, Electiva IV y Electiva V, relacionan temáticas opcionales como instrumentación médica especializada, Biomecánica, Robótica, Sensórica Especializada y Automatización Industrial y Redes de Comunicaciones Industriales, entre otras. Y finalmente las asignaturas de Énfasis I y Énfasis II, establecen temáticas transversales a las telecomunicaciones y la instrumentación, cuya metodología se lleva a cabo en forma de seminarios especializados, tales temáticas propuestas son: seguridad industrial, normatividad, procesadores digitales de señales, mantenimiento de equipo electrónico y software especializado entre otras. 8.8. ESTRATEGIAS INVESTIGACIÓN PARA EL DESARROLLO DE LA LÍNEA DE Para el desarrollo de la línea de investigación en Instrumentación y Control, se cuenta con laboratorios de Electrónica Análoga y Digital, Laboratorio de Automatización Industrial y Laboratorio de Investigación, así como con semilleros de investigación que se han consolidado para crecer en un corto tiempo hacia equipos de investigación orientados hacia la Instrumentación y el Control. Como actividad fundamental para la consolidación de la línea, se cursan asignaturas básicas de ingeniería, asignaturas electivas y de énfasis o profundización en los programas de Pregrado y Postgrado. Adicionalmente existen estrategias de tipo logístico y de divulgación para el desarrollo de esta línea dentro de la Facultad de Ingeniería Electrónica. Entre las estrategias y mecanismos de la línea se pueden destacar las siguientes: Fortalecimiento de semilleros y equipos de investigación articulados a la línea de investigación. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 La formulación de proyectos de investigación y desarrollo inter y trans disciplinarios que sean oportunos, pertinentes, viables y acordes con las necesidades locales, regionales y nacionales. La asesoría a empresas, entidades y comunidad en problemas particulares del área del conocimiento. La creación de convenios con empresas, instituciones o entidades del área comercial, educativa, administrativa, industrial, médica o agrícola. Diseño y desarrollo de propuestas de formación avanzada y continua, tales como cursos de extensión. La realización y participación de eventos Académicos locales, nacionales e internacionales, tales como Congresos, Encuentros, Simposios, Seminarios, entre otros de carecer tecnológico y científico. Creación de cursos formación en pregrado y postgrado. Desarrollo de Pasantías e intercambios estudiantiles y docentes. Producción, circulación y publicación de la producción intelectual de las investigaciones como pósters, artículos, ponencias, entre otras en monografías, informes, libros, revistas y publicaciones especializadas a nivel nacional e internacional del área disciplinar. Creación y articulación con redes de pares investigativos para compartir información y realizar proyectos conjuntos. 8.9 DESARROLLO METODOLÓGICO En primera instancia se define un reglamento básico de investigación que rige las actividades, funciones y procesos investigativos de investigación de la Facultad de Ingeniería Electrónica que tenga concordancia con el Reglamento institucional de Investigación y que guié en las tareas propuestas de la línea de investigación. Se acuerda un horario de trabajo para docentes y estudiantes investigadores para adelantar las temáticas de estudio relacionadas, de acuerdo a los proyectos que se definan. Este espacio será dedicado a la preparación, presentación y exposición de tópicos y tareas que reflejen el estado del arte y las actividades investigativas de los mismos para que faciliten el dominio teórico grupal y adquirir las destrezas que soportarán los futuros desarrollos de los proyectos. En las actividades planteadas para el desarrollo de la línea de investigación se propone un trabajo semanal o mensual, por parte de los semilleros y equipos de investigación asociados, donde se realizarán clases magistrales, seminarios, actividades teóricas o practicas o cualquier tipo de metodología de grupo, alrededor del tema de estudio en particular, donde se discutirá, concluirá y documentara la información resultante. Después de cada reunión se asignaran tareas o trabajo independiente para que los investigadores integrantes de los semilleros y equipos de investigación trabajen para ser articulados en el desarrollo de los proyectos. De igual forma se organizarán eventos de divulgación de los adelantos obtenidos a través de fotocopias, exposiciones, seminarios, ponencias o pósters en las asignaturas de ingeniería aplicada donde la línea aporta conocimiento, así mismo a través de la IEEE, con miras a generar una revista por Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 la facultad que reúna artículos tanto de docentes como de estudiantes que muestren la labor desempeñada. Se utilizaran los laboratorios con los cuales dispone la facultad de Ingeniería Electrónica tanto de Electrónica y Automatización como de Investigación, para experimentar, desarrollar, simular implementar y evaluar los proyectos que nutren a la línea de investigación mediante el uso de elementos, equipos, instrumentos y programas (hardware y software)con los que disponen los laboratorios mencionados tales como módulos para comunicaciones análogas y digitales, módulos para líneas de transmisión, módulos para microondas, software para cálculo de parámetros de antenas, filtrado y formado de señales, etc., estos desarrollos didácticos son urgentes y pueden implementarse a través de proyectos de grado con los estudiantes. 8.10. GRUPO Y EQUIPOS DE INVESTIGACIÓN ASOCIADOS E INTEGRANTES La línea de Investigación en Instrumentación y Control a cargo del Grupo de Investigación en Instrumentación y Control GINSCON está dirigida por el Ingeniero Luís Fredy Sosa Quintero, y también participan en ella los Ingenieros Oscar Eduardo Umaña Méndez, Adolfo Ávila Barón, Edward Wilder Caro, Fabián Jiménez López, William Álvarez y Milton Forero López, quienes están vinculados a los equipos de investigación VITAL SIGNAL & CONTROL, ARMONICO DSP, COINTEC, AGRÓNICA, y ROBÓTICA Y AUTOMATIZACIÓN. De igual manera están asociados profesionales vinculados en otras instituciones y académicas, que por sus nexos con la Facultad de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas brindan soporte académico y tecnológico al grupo como el Ingeniero Oscar Oswaldo Rodríguez Díaz, Carlos Bonillla y Arturo Spin. Adicionalmente por el Grupo de investigación han pertenecido estudiantes que hoy son egresados y estudiantes activos tales como: Milton Forero López, Camilo Ernesto Pardo Beainy, Viviana Salamanca Sierra, Gustavo Enrique Ramírez Fuentes, Oscar Javier Otero Murillo, Carlos Andrés Rodríguez, Javier Ruiz Farfán, Ivonne Castro Molano, Jorge Eliécer Díaz, Daniel Espítia Becerra, Diego Medina Castro, Evelyn Stella Ayala, Diana Marcela Guayacundo, Fabio Huiza, Breed Yeet Alfonso Corredor, Carlos Dueñas, Jhon Cely, Oscar Valero, Manuel Alberto Fonseca Salamanca, Edwin Javier Sánchez Uriza, Josué Ignacio Acero, Oscar Iván Bello García, Juan Carlos Díaz Barrera, Elkin Becerra, Julián Andrés Avendaño Camargo, Javier Rodríguez Tobasura, Álvaro Andrés Forero Vallejo, Andrés José Mejía, Jonathan Fabián Urrego Chinome, Aura Liliana Becerra Espítia, Heiver Senen Carrillo, Jenny Juliana Sanabria, William Havid Cortes Bonilla, Adriana del Pilar Noguera Torres, Juan Carlos Guerrero Morales, Miguel Ángel Samacá Contreras, Javier Botia Valderrama, Sandra Milena Cortes Roa, Mauricio Cendales Lara, Wilmer Caro Ruiz, Carlos Andrés Montaña Amaya, Mary Yohana Cruz Guerrero, Diana Lorena Morales Guerrero, Luisa Fernanda Rojas Sarmiento, Luís Carlos Figueroa Pinto, Henry Leonardo Torres, Mario Iván Puentes Ramírez y Edgar Andrés Gutiérrez Cáceres, entre otros. El Grupo de investigación en Instrumentación y Control GINSCON está compuesto por cinco equipos de docentes y estudiantes que trabajan en temáticas y proyectos de investigación correspondientes a áreas especificas de la instrumentación y control, es así como el equipo de investigación VITAL Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 SIGNAL & CONTROL desarrolla proyectos relacionados con Instrumentación Biomédica, Biomecánica y Procesamiento de Señales biológicas e Imágenes; el equipo ARMONICO DSP desarrolla estudios relacionados con la aplicación de la teoría de Control a Sistemas Electrónicos de Potencia utilizando técnicas de Procesamiento Digital de Señales y Sistemas Digitales Microcontrolados, con DSPs; el equipo de AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA estudia problemáticas relacionadas con los campos de la automatización industrial, Domótica, Teoría de Control Inteligente, Robótica, inteligencia Artificial y sus aplicaciones; el equipo COINTEC propone desarrollos tecnológicos que mediante Instrumentación Industrial permitan realizar la medición, adquisición y procesamiento de variables físicas para procesos industriales térmicos, de fluidos, robóticos, entre otros; el equipo de AGRÓNICA desarrolla soluciones electrónicas a problemáticas del sector agrícola como el control de plagas en plantíos, mejoramiento y regulación de variables en procesos de cultivo y automatización de procesos agrícolas en general. El grupo de investigación en Instrumentación y Control GINSCON se define como un equipo de trabajo conformado por docentes y estudiantes de la universidad, con el propósito de desarrollar investigación aplicada experimental, que posibilite el crecimiento y formación tanto intelectual como personal de sus integrantes así como de la Facultad de Ingeniería Electrónica y la institución. Igualmente busca fortalecer y fomentar la cultura investigativa de la Facultad de Ingeniería Electrónica, para brindar solución a problemas y necesidades locales, de la región y el país. Tiene como objetivo desde la electrónica con el campo de la Instrumentación y el Control, generar resultados de investigación importantes con aportes al conocimiento universal o relevantes en términos de una problemática nacional aplicada; igualmente pretende dar respuesta a las necesidades de aprendizaje especializado requeridas por los estudiantes en esta área donde se fortalezca el conocimiento, para que con base en una primera etapa de formación investigativa, se reúnan los elementos fundamentales que garanticen la aplicabilidad a proyectos que se visualizan en el contexto regional como lo son la instrumentación biomédica, industrial, teoría de control, automatización y procesamiento de señales, entre otros. 8.11. RECURSOS Y SOPORTE Soporte Humano: Los temas anteriormente mencionados requieren para un eficiente desarrollo y cubrimiento, de un número mayor de personas interesadas en el área, tanto docentes como estudiantes, que permitan generar grupos de interés y de estudio, con miras a generar semilleros y proyectos de investigación. Soporte Tecnológico: En el momento se cuenta con un laboratorio de telecomunicaciones y de investigación con Internet, software, equipos, instrumentos y módulos para el estudio de los sistemas de telecomunicaciones. Hacia el futuro es necesaria la adquisición de nuevo equipo para la realización de prototipos experimentales, pruebas y medidas de campo, elementos Hardware y herramientas Software que permitan la generación de modelos de fenómenos físicos. Formación Tecnológica: Para alcanzar las metas propuestas como integrantes del grupo de investigación que tiene la línea de investigación es necesaria la formación y capacitación de los integrantes quienes trabajan en el área. La formación debe estar orientada al manejo de las nuevas Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 herramientas y a la comprensión de las nuevas tecnologías, aprendizaje y aplicabilidad de los nuevos dispositivos de procesamiento basados en lenguajes de descripción y desarrollo. También es de gran importancia la adquisición de experiencia directa mediante los convenios de interacción con las empresas del sector en la solución de problemas puntuales y/o mediante la modalidad de pasantía. 8.12. PROYECTOS ASOCIADOS VITAL SIGNAL & CONTROL o Diseño y desarrollo de un sistema SCADA extensible a procesos hospitalarios con aplicabilidad a incubadoras neonatales o Diseño e Implementación del Sistema para el Control de Movimientos de una Plataforma Móvil a partir de ElectroOculografía. o Wavelet Shrikage en procesamiento de señales con aplicaciones en electromedicina. o Metodología y problemas en el aprendizaje del área de circuitos. o Diseño e implementación de un prototipo para una mio-prótesis infracondílea de miembro superior. o Prototipo de estimulador transcraneal por corriente directa con monitoreo remoto. o Sistema pictográfico electrónico de comunicaciones “SPEC”. ARMONICO DSP o Prototipo de Robot Móvil para el Reconocimiento de Variables Físicas en Superficies Planas. o Diseño y Evaluación de un Reconocedor de Voz para un Automóvil. o Diseño de un controlador electrónico para la reducción de componentes armónicos en las redes de alimentación trifásica. o Diseño e Implementación de Prácticas de Laboratorio para DSPs de la Familia 56F8323 de Motorola. o Control Escalar de Velocidad para un Motor de Inducción Trifásico utilizando Modulación Espacial Vectorial SVPWM. o Implementación de un Prototipo de Analizador de Armónicos en Redes Trifásicas de 220 VAC o Procesamiento Digital de imágenes con MATLAB utilizando una Web Cam y Comunicación Serial para Control de Dispositivo móvil. AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA o Comunicaciones industriales bajo la plataforma UNIX. o Aprendiendo a caminar con la ayuda de un robot de rehabilitación locomotora. COINTEC o Estudio diseño en implementación de un laboratorio de instrumentación usando la técnica de instrumentación virtual. o Diseño de un Analizador de Armónicos Trifásico con capacidad de Orden 60. o Diseño e Implementación del Sistema de Refrigeración STELMOR en el Tren de Laminación MORGAN. o Automatización y Sistema SCADA de la Planta de Tratamiento de Agua Potable de la Empresa SERA Q.A.Tunja EPS S.A. o Diseño e Implementación del Programa Maestro de Control para la operación de Marcha/Parada de la Caldera Termopaipa IV o Modulo Simulador para Procesos Industriales con Fluidos Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 o Diseño De Implementación Del Sistema De Adquisición De Señales Para Los Módulos Robóticos Articulado Y Cartesiano o Diseño E Implementación De La Instrumentación Electrónica Para Los Módulos Robóticos Cartesiano Y Articulado. o Acondicionamiento, instrumentación y Elaboración de Guías de Laboratorio con PLCs para Realización de Procesos Controlados y Automatizados en Robots Articulado y SCARA AGRÓNICA o Diseño e implementación de un sistema electrónico para el control de la plagas. o Obtención de cebolla de rama sin compuestos químicos mediante la utilización de sensórica y control electrónico en invernadero en el municipio de Aquitania (Boyacá). o Sistema electrónico de control inalámbrico para las variables de pH humedad y temperatura en un cultivo de papa para la región de Boyacá 8.13. TRABAJOS Y ACTIVIDADES EN FORMULACIÓN Los procesos investigativos que la línea de investigación propone realizar y que sirven como temáticas propuestas para que los estudiantes y docentes de la Facultad de Ingeniería Electrónica desarrollen se enmarcan en los siguientes proyectos: Sistemas de Control Inteligente (Redes Neuronales, Lógica Difusa, Sistemas Neurodifusos, Sistemas Expertos), aplicados a procesos industriales, biomédicos, y agrícolas. Sistemas de Instrumentación industrial avanzada. Sistemas de Instrumentación industrial biomédica. Algoritmos y técnicas de procesamiento digital de señales, voz e imágenes mediante el uso de Procesadores Digitales de Señal, Microcontroladores y Microprocesadores. Sistemas de Adquisición de datos e Instrumentación Virtual. Diseño de redes de comunicaciones industriales para PLCs. Sistemas Automatizados. Robótica y control de Celdas de Manufactura Flexible. Microelectrónica y Nanoelectrónica. Dispositivos sensores y actuadores especializados. 8.13.1. Redes Asociadas. Dentro de las actividades de la línea, se propone en un futuro cercano conformar una red de investigación en Instrumentación y Control nacional. En la actualidad el Grupo de Investigación GINSCON ha visto la necesidad de trabajar en cooperación con grupos de investigación y equipos de trabajo que desarrollen proyectos con temáticas afines. Los intentos de conformación de alianzas estratégicas han surgido superficialmente algunas no con mucho éxito y otras en proceso de formación. En este ítem se desglosa lo que se ha trabajado y se ha venido trabajando para la conformación de redes y vínculos con otras instituciones desde el punto de vista investigativo: Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 • Red de Investigación junto con las Facultades de Ingeniería Mecatrónica y de Telecomunicaciones de la Universidad Santo Tomas Bucaramanga: Intento no formalizado pero con contactos académicos que en forma informal cooperan en información. Esta iniciativa surgió de la participación de la Facultad de Ingeniería Electrónica en el I Congreso Internacional De Nuevas Tecnologías en mayo de 2006. • Red Nacional de Investigación en Electrónica de Potencia RECIEP: Realización de reunión en Julio de 2008 para conformar la Red de Investigación como iniciativa de la participación de la Facultad de Ingeniería Electrónica en la rueda de negocios de EXPOCIENCIA Y TECNOLOGIA 2007 en CORFERIAS Bogotá en Septiembre de 2007. Se ha generado un documento de estatutos, objetivos, misión, visión y rama IEEE y asociados, entre los que se destacan: Grupo GEANT de Ingeniería Electromecánica U.P.T.C. Duitama, Grupo GICI de Ingeniería Electrónica de la Universidad del Valle, Grupo GIEN de Ingeniería Electrónica de la universidad Autónoma de Occidente de Cali, Grupo DSP-UPTC de Ingeniería Electrónica de la U.P.T.C. Sogamoso, Grupo GIRA de Ingeniería Mecatrónica de la Universidad Nacional de Colombia, Grupo ARMÓNICO DSP de la Facultad de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas Tunja, Grupo GEPAR de Ingeniería Electrónica de la Universidad de Antioquia. • Alianza Estratégica SENA Sogamoso: Realización de socialización de proyectos y líneas de investigación en el SENA de Sogamoso para posible convenio de cooperación. Agosto de 2008. • Alianza Estratégica y Cooperación Interinstitucional DSP UPTC y ARMONICO DSP: Redacción y firma de Acta de Cooperación Académica Grupos de Investigación entre los grupos ARMONICO DSP de la Universidad Santo Tomas Tunja y el Grupo de investigación DSP UPTC de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia en Sogamoso. Septiembre 2008. Se propone fomentar la participación de docentes y estudiantes en eventos académicos para lograr entablar conversaciones y contactos con instituciones y grupos de investigación que trabajen con temáticas afines a los intereses investigativos de la línea de investigación, fijando compromisos y estableciendo convenios de cooperación e intercambio académico. 8.13.2. Procesos de Cooperación Interdisciplinaria. Esta actividad está encaminada a la vinculación de procesos y proyectos conjuntos de investigación que permitan dar solución a gran variedad de problemas, desde la instrumentación y el control a problemáticas que posean los proyectos, campos y disciplinas de Ingeniería Civil, Ingeniería Mecánica, Ingeniería de Sistemas, Derecho, Arquitectura, Contaduría Pública y Administración de Empresas, que la Universidad Santo Tomas Tunja ofrece, así como en áreas como la Biología, Medicina, Sismología, Agronomía, Física de materiales, ente otros. Esto se logra construyendo herramientas de diseño, que permitan dimensionar y planificar sistemas de instrumentación y control con la prestación de asesoría a proyectos académicos o de aplicación dentro y fuera de la Universidad Santo Tomas, debido a que las tecnologías de la instrumentación y el control son una solución eficaz a problemas típicos de estas disciplinas como lo son de telemetría, rastreo, ubicación, medición, comunicación, automatización, entre otros. Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951 NIT 860 012 357 - 6 Calle 19 Nº 11 – 64 Tunja –Boyacá. PBX: 744 0404 - Línea Gratuita Nacional 01 8000 932340 http:// www.ustatunja.edu.co SC-CER184951 CO-SC-CER184951
