Browsing by Subject "Monitoreo ambiental"

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    Desarrollo y validación de un anemómetro de filamento de grafeno inducido por láser a escala milimétrica para aplicaciones de monitoreo
    (Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2026) Castillo Vallejo, Manuel Francisco; Libreros Bedoya, Juan Esteban; Perdomo Ospino, Sammy Alejandro; Jaramillo Botero, Andrés
    Una oportunidad latente para la aplicación de sistemas electrónicos se encuentra en la ganadería y la agricultura de precisión, donde la recolección continua de variables físicas ambientales resulta fundamental para la toma de decisiones. Entre estas variables, el estudio del viento y su comportamiento espacial —en términos de presencia, dirección y velocidad— constituye un parámetro crítico para el análisis microclimático y la optimización de procesos productivos. No obstante, la medición del flujo de aire continúa representando un desafío tecnológico cuando se requieren dispositivos adaptados a entornos abiertos y distribuidos, con especificaciones estrictas de bajo consumo energético, alta escalabilidad, dimensiones físicas no invasivas (peso y tamaño reducidos), facilidad de integración electrónica y métodos de adquisición de datos simples y robustos. Adicionalmente, estos sistemas deben operar de forma autónoma y confiable, minimizando la necesidad de mantenimiento e intervención humana. Los anemómetros comerciales disponibles en el mercado no satisfacen simultáneamente estos requerimientos, ya que suelen ser costosos, voluminosos y dependientes de componentes mecánicos, lo que limita su miniaturización, portabilidad y aplicación en sistemas integrados de monitoreo ambiental en tiempo real. Estas limitaciones evidencian la necesidad de desarrollar soluciones alternativas. En respuesta a esta problemática, el presente trabajo de grado aborda el diseño, desarrollo y validación de un anemómetro sin partes móviles a escala milimétrica, basado en un arreglo de ocho filamentos de óxido de grafeno inducido por láser (LIG), distribuidos geométricamente en tres sectores independientes para la adquisición de información en múltiples direcciones. El principio de funcionamiento de la solución propuesta se fundamenta en el efecto Joule, mediante el cual resistencias calefactadas GO experimentan variaciones térmicas al interactuar con el flujo de aire. Dichas variaciones se traducen en cambios medibles de voltaje, los cuales son adquiridos mediante un sistema de acondicionamiento analógico y conversión analógico-digital. El procesamiento de múltiples registros promediados permite inferir de manera confiable la presencia, dirección y magnitud del flujo de aire. A diferencia de los anemómetros convencionales, el sistema desarrollado se caracteriza por la ausencia de partes móviles, bajo peso, dimensiones físicas reducidas y bajo costo de fabricación, además del uso de una tecnología emergente de alta sensibilidad como el grafeno inducido por láser. Estas características posicionan al prototipo como una alternativa viable para aplicaciones portátiles y sistemas de monitoreo distribuido. Adicionalmente, la fabricación de los sensores LIG en el laboratorio del Instituto iÓmicas constituye un aporte relevante al aprovechamiento de este material en el desarrollo de dispositivos funcionales. Si bien el LIG ha sido ampliamente estudiado en sensores de gases y temperatura, su implementación en un anemómetro térmico representa una aplicación innovadora que amplía su campo de uso y abre nuevas posibilidades para el estudio de fenómenos físicos y el desarrollo de futuros prototipos de monitoreo. 7 Los resultados experimentales evidenciaron una respuesta diferencial clara entre los sensores del arreglo ante variaciones en la dirección y magnitud del flujo de aire. La relación entre la señal eléctrica adquirida y la velocidad del viento mostró un comportamiento aproximadamente lineal dentro del rango experimental, validado mediante ajustes por mínimos cuadrados. Asimismo, el sistema presentó una repetibilidad relativa adecuada entre mediciones consecutivas, con desviaciones atribuibles principalmente a variaciones en la fabricación de los filamentos LIG, efectos térmicos del sustrato y uso continuo. Las pruebas se realizaron en un entorno controlado, lo que constituye la principal limitación del estudio, dado que el desempeño del sistema aún no ha sido validado bajo condiciones reales de campo, donde variables ambientales adicionales como humedad, turbulencia y fluctuaciones térmicas pueden afectar la respuesta del sensor. En conjunto, los resultados confirman la viabilidad de los sensores LIG para aplicaciones de monitoreo ambiental en tiempo real, destacando su potencial de integración en tecnologías portátiles de bajo costo y dimensiones reducidas. No obstante, como retos persistentes se identifican la mejora en la reproducibilidad entre sensores, con el fin de reducir la necesidad de calibraciones individuales, la optimización del consumo energético, y el establecimiento de un protocolo de estabilización del LIG que permita retardar su oxidación frente al ambiente y minimizar fluctuaciones en las mediciones a largo plazo.