Líneas de Investigación Coordinación de Mecatrónica

La Línea de Investigación de conversión de la energía se cultiva en los programas de maestría y doctorado en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica del CENIDET. Además, comparte intereses y proyectos con el Cuerpo Académico de control automático de procesos: seguridad de funcionamiento y conversión de la energía (CAP).

La temática de Conversión de la Energía es muy extensa e involucra diferentes disciplinas de la ingeniería y tecnologías muy diversas. Dentro de esta temática, nuestro trabajo comprende y se especializa esencialmente en dos ejes de estudio:

• El primer eje de estudio tiene como objetivo desarrollar proyectos de investigación básica y de aplicación que promuevan el uso de tecnologías no convencionales para la generación de energía, y que sean congruentes con las políticas energéticas establecidas a nivel mundial. Entre las diversas tecnologías propuestas en la actualidad, nuestros objetivos particulares se centran en:

• Los procesos de producción de biocombustibles, de los cuales hasta el momento se han realizado:

  • Estudios sobre la deshidratación de bio-etanol mediante procesos de destilación no ideales.
  • Experimentos de producción de bio-diesel a partir de aceites vegetales.
  • Estudios exploratorios para la producción de bio-hidrógeno a partir de biomasa.
  • Utilización directa de aceites vegetales como combustible en generadores eléctricos.

• Y las tecnologías para la producción de energía eléctrica limpia, específicamente:

• Desarrollos sobre sistemas de generación basados en celdas de combustible de membrana de intercambio protónico.

Problema a resolver: Con este eje de trabajo se busca resolver el problema de la asimilación y adaptación de tecnologías relativas a la conversión directa o indirecta de recursos renovables en formas útiles de energía y con impacto en diferentes sectores.

 

• El segundo eje de estudio tiene como objetivo impulsar proyectos de investigación básica, de desarrollo y aplicación en las áreas de diseño y operación de procesos industriales desde un punto de vista de uso eficiente de la energía.

Adoptando la metodología Mecatrónica, los objetivos específicos consisten en:

• Implementar métodos modernos de modelado, simulación y control en el diseño de procesos industriales químicos entre los que se cuentan:
  • Procesos de separación.
  • Intercambiadores de calor y regeneradores de energía.
  • Bioreactores.
  • Plantas químicas.
  • Procesos para aplicaciones de producción de combustibles y energía eléctrica.
• Así como desarrollar laboratorios virtuales de procesos como apoyo a la formación en el diseño de procesos.

Problema a resolver: Con este eje de trabajo se busca promover la integración de la metodología mecatrónica en la enseñanza del diseño de procesos actuales de ingeniería, en particular aquellos concernientes a la industria química.

 

La metodología tradicional para abordar el problema de diseño en ingeniería de procesos químicos se fundamenta en tres enfoques: heurístico, matemático y termodinámico. En los últimos años se ha extendido el uso del modelado matemático, la simulación numérica y el control como un valioso apoyo para asegurar el diseño de procesos óptimos en operación y en consumo energético. La integración de estas herramientas de la ingeniería coincide con lo establecido en la metodología Mecatrónica.

El carácter multidisciplinario, le da a la Mecatrónica, el potencial de (i) conectar las aplicaciones reales con la investigación y las diversas disciplinas  científicas. (ii) servir como puente entre los diferentes  especialistas del equipo de diseño de productos y procesos para asegurar un ambiente efectivo para  el intercambio y el desarrollo de ideas. El término “meca” abarca diversos sistemas físicos:  fluidos, neumáticos,  térmicos,  acústicos,  ópticos,  químicos,  termodinámicos,  y diversas  formas  de energía: eléctrica, mecánica, magnética, química y termo-hidráulica.

El grupo de profesores de la línea de Conversión de la Energía cuenta con elementos o herramientas que apoyan a integrar estos elementos en el diseño de procesos químicos y refuerzan las tareas de modelado, simulación y control de procesos para aplicaciones de uso eficiente de la energía: el grupo dispone de un simulador modular de procesos químicos ASPEN Plus, cuyo uso es extenso en la industria y en universidades en a nivel internacional. Se apoya en software libre y comercial para crear librerías, programas o parte del proyecto de desarrollo de un laboratorio virtual de procesos.

Se apoya en cursos de modelado que incluyen el modelado a partir de leyes física, métodos modernos, como lo es el método de gráficos de enlace (bond-graph), métodos con circuitos equivalentes, etc.; cursos de control, entre los que se incluye el control de procesos, control inteligente, entre otros; cursos relacionados con el uso de sensores y actuadores, el desarrollo de interfaces de usuario para diferentes equipos, de programación de microprocesadores y programación de métodos numéricos para diferentes aplicaciones.

Cuenta con una planta piloto de destilación instrumentada. Puede disponer de maquetas y equipos del laboratorio del Departamento de Electrónica y dispone de algunos prototipos realizados por estudiantes. De igual forma, apoya sus actividades de investigación con la colaboración de laboratorios externos, como ha sido el caso de la gerencia de Energías no Convencionales del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), y como es el caso de un convenio en proceso con el Centro de Investigaciones en Biotecnología de CIEB.

 

Tesis de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica.

En proceso.	Simulación y control de un sistema de alimentación basado en celdas de combustible tipo PEM.
	Laboratorio virtual de procesos.
	Simulación y control de un sistema de alimentación basado en celdas de combustible tipo PEM.
	Tratamiento de disturbios en modelo predictivo de control aplicado a una columna de destilación.
2009	Automatización de una columna de destilación.
	Prototipo de generador eléctrico doméstico con máquina diesel alimentada con aceite vegetal
2008	Simulación y control de una planta de destilación para producir etanol anhidro.
	Diseño, construcción y pruebas de un prototipo para la producción de biodiesel a partir de aceites provenientes de recursos renovables.
2007	Análisis y modelado de celdas de combustible tipo PEM.
	Diseño de una estación de monitoreo para columnas de destilación, basada en observadores de estado.
2006	Modelado dinámico de celdas de combustible.

Proyectos financiados por la DGEST:

2010
2008	Estrategias de Diagnóstico y Control en vehículos eléctricos alimentados por celdas de combustible.
2007	Detección de fallas en columnas de destilación mediante observadores no lineales. Caso de estudio: Destilación azeotrópica heterogénea para obtener etanol anhidro.
2006	Estudio e implementación de técnicas modernas de control automático en una columna de destilación.
2005	Modelado dinámico de celdas de combustible tipo PEM.
2003	Identificación Paramétrica y Observación de estados de la planta piloto de destilación continua DCA/EV de Elettronica Veneta, CoSNET.

Proyectos internos.

2009	Laboratorio virtual de procesos.

Proyectos financiados por otros organismos externos.

2005	Actualización del Inventario de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero de los Procesos Industriales y Solventes para 1990-2002 (2003).

 

 

La Línea de Investigación de Robótica y Automatización de Procesos se cultiva en los programas de maestría y doctorado en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica del CENIDET. Además, comparte intereses y proyectos con el Cuerpo Académico de Diseño y control de Sistemas Electromecánicos y Mecatrónicos (DiCoSEM). Este cuerpo académico (CA) es concebido como la unión de los esfuerzos realizados en los departamentos de Ingeniería Electrónica y Mecatrónica para el estudio de sistemas comúnmente encontrados en aplicaciones industriales, como son: máquinas eléctricas, cargas mecánicas, sistemas eléctricos y electrónicos, sistemas robóticos, sistemas de transportación, vehículos eléctricos, etc.

La temática de Robótica y Automatización de Procesos es muy extensa e involucra diferentes disciplinas de la ingeniería y tecnologías muy diversas, se ha realizado una subdivisión para incluir Sistemas de Rehabilitación. Dentro los tópicos que se manejan, nuestro trabajo comprende y se especializa esencialmente en los siguientes ejes de estudio:

 

Robótica:

Se está estudiando a fondo el modelado cinemático y dinámico de los robots rígidos, así como la asimilación de técnicas utilizadas comúnmente en el control de robots  para  que realicen con la rapidez y precisión necesaria sus movimientos o trayectorias deseadas.

• Análisis y modelado cinemático y dinámico de robots rígidos utilizando las metodologías Euler-Lagrange y Hamiltoneana.
• Estudio y asimilación de las técnicas de control PID, robusto y adaptable.
• Simulación de la operación y comparación del desempeño con diferentes controladores. Como resultado se obtienen los programas necesarios para la simulación de la operación del robot.

 

Automatización de Procesos:

Se refiere a la aplicación de toda técnica de control moderno o control clásico de los procesos sujetos a investigación, dando prioridad a las siguientes temáticas: modelado y simulación, identificación de sistemas, observadores de estado, control de sistemas lineales y no lineales, laboratorios virtuales, instrumentación, monitoreo de procesos, interfaces hombre-proceso, control adaptable, control robusto, control óptimo, sistemas de control inteligente mediante el uso de técnicas de inteligencia artificial, incluyendo redes neuronales, lógica difusa y algoritmos genéticos, sistemas en tiempo real.
Aquí también se incluye el Diagnóstico de Fallas por medio del cual se decide cuando el funcionamiento del proceso no es normal (a través de mediciones), se localiza el componente que se encuentra en falla mediante el uso de redundancia en la información disponible y en atenúan los efectos de las fallas mediante la puesta en marcha de un control que tolere un disfuncionamiento presente en el proceso (eventualmente degradando los objetivos esperados) o reconfigurar la arquitectura del control, o del sistema mismo cuando se dispone de los suficientes grados de libertad.

 

Sistemas de Rehabilitación

Se aborda el análisis, diseño y construcción de sistemas de rehabilitación para personas que presentan algún padecimiento físico, neuromuscular o que han sufrido un incidente traumático.
Para reducir las limitantes actuales y no resueltas que viven los pacientes que requieren rehabilitación se propone construir sistemas biomecatrónicos, los cuales combinan las áreas de mecánica, electrónica, sistemas de información, fisioterapia y biología. De esta forma, se obtendrán productos con gran impacto social, puesto que los humanos estamos sujetos a presentar incidentes traumáticos en nuestras extremidades inferiores y superiores, además de que, existen diversas enfermedades neuromusculares que se llegan a presentar en personas ocasionando pérdida muscular en sus extremidades evitando que las personas puedan realizar actividades cotidianas de la vida y un rechazo de la sociedad.
Un sistema biomecatrónico para rehabilitación es un dispositivo que permite dar terapias de rehabilitación en extremidades que han sufrido una herida o presentan un padecimiento. El uso de dispositivos biomecatrónicos para rehabilitación permite realizar terapias con movimientos y fuerzas controlados, incrementar el tiempo de servicio de terapias, además de, reducir el trabajo de los terapeutas.