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Título : Recursos digitales para la Subárea de Ingeniería de la Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica
Autor : HERNANDEZ MORALES, JOSE BERNARDO
Fecha de publicación : 2017
Resumen : El desarrollo de las TIC ha fomentado cambios significativos en los procesos de enseñanza-aprendizaje que conviene adoptar en el campo de las Ingenierías. En éste marco de trabajo es indispensable desarrollar herramientas ad-hoc que resulten atractivas para los estudiantes y eficientes para la enseñanza, permitiendo incluso modificar la manera en la que se desarrolla ésta. Por otra parte, a medida que han aumentado los recursos digitales disponibles en Internet es necesario contar con mecanismos eficientes para poner estos recursos al alcance de estudiantes y profesores. En el caso de la UNAM, es además indispensable que existan esfuerzos institucionales en esta dirección. En este contexto, el papel de la Red Universitaria de Aprendizaje (RUA) es fundamental como un índice para catalogar recursos digitales previamente evaluados. Revisando la RUA es evidente que se ha poblado fundamentalmente en el espacio del bachillerato; de hecho, para el caso de la Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica que se imparte en la UNAM, en la RUA solo hay recursos digitales para una asignatura (Transporte de Energía), lo cual ha sido posible gracias al impulso del responsable de este proyecto y de uno de los participantes propuestos. Una de las sub-áreas del Plan de Estudios actual de la Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica (IQM) es la relacionada con Ingeniería, para la que se contemplan cinco asignaturas obligatorias y tres optativas. El objetivo de esta sub-área es formar a los estudiantes para desarrollar y aplicar modelos matemáticos y modelos físicos de procesos de obtención de materiales metálicos y/o de manufactura de componentes ingenieriles, con el objetivo de capacitarlos en la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos. Esta sub-disciplina ha permitido desarrollar soluciones a problemas industriales mediante herramientas analíticas con lo que se ha disminuido la aplicación de técnicas de ensayo y error, que son costosas y arrojan muy poco conocimiento acerca de los fenómenos que ocurren en los procesos metalúrgicos. Los fundamentos que deben dominarse para aplicar estas herramientas son: fenómenos de transporte, termodinámica y análisis numérico, junto con el conocimiento del proceso particular de interés (que se puede inscribir dentro de las áreas de la metalurgia química o la metalurgia física/mecánica). Las herramientas de la Ingeniería de Procesos son: modelos matemáticos, modelos físicos, mediciones en planta, mediciones en planta y mediciones en el laboratorio. Considerando que la convocatoria 2017 de PAPIME busca fomentar el desarrollo de materiales digitales y apoyando directrices señaladas en el Plan de Desarrollo vigente de la Facultad de Química, en este proyecto se desarrollarán recursos digitales interactivos para coadyuvar en la mejora continua del proceso enseñanza-aprendizaje, específicamente para las asignaturas de la sub-área de Ingeniería de la Carrera de IQM, asegurándose de su pertinencia con respecto a los contenidos programáticos de esas asignaturas. Los recursos servirán para poblar la Red Universitaria de Aprendizaje (RUA), en la que actualmente solo hay recursos para una asignatura (Transporte de Energía) del Plan de Estudios vigente de la Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica. Además, se propone generar videos, a partir de soluciones numéricas de los fenómenos de interés, para apoyar en la visualización de los fenómenos relevantes para la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos. El proyecto se ha planteado para una duración de dos años. El responsable fue también responsable de los proyectos PAPIME PE102209 y EN115403, que recibieron una evaluación final muy favorable de parte de DGAPA.
URI : http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6097
metadata.dc.contributor.responsible: HERNANDEZ MORALES, JOSE BERNARDO
metadata.dc.coverage.temporal: 2017-2019
metadata.dcterms.educationLevel.SEP: Licenciatura
metadata.dc.description.hypothesis: La producción de material digital de calidad (junto con guías de trabajo para los alumnos y profesores) para poblar la RUA, permitirá a los docentes que trabajan con las asignaturas de la Sub-área de Ingeniería de la Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica desarrollar métodos de enseñanza innovadores y eficaces, y a los estudiantes mejorar el aprendizaje de los conceptos asociados con estas asignaturas. Dado que los conceptos fundamentales de los Fenómenos de Transporte, del Análisis Numérico y del Modelado Físico no son exclusivos de la Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica, el material será útil para profesores y alumnos de otras carreras de Ingeniería así como de Matemáticas Aplicadas dentro de la UNAM e incluso en otras instituciones.
metadata.dc.description.strategies: Los productos que se plantea entregar durante este Proyecto se trabajarán en paralelo, aprovechando que no dependen directamente uno de otro. El alojamiento de los recursos digitales en la RUA o en MediaCampus se realizará a medida que vaya completándose cada producto y se obtengan los permisos correspondientes. La metodología a seguir para cada grupo de materiales se detalla a continuación. Videos de simulaciones numéricas Los post-procesadores del software comercial existente para construir y resolver modelos matemáticos son muy poderosos, por lo que es posible visualizar la evolución de los campos de interés con facilidad, incluso en regiones al interior de la pieza bajo estudio o al interior de un reactor. En particular, es posible generar videos para su posterior uso fuera de línea. Se seleccionarán casos relevantes para las asignaturas Transporte de Energía y Transporte de Masa y se producirán videos a partir de las soluciones numéricas, mediante el paquete de elementos finitos Abaqus (versión estudiantil). Cuando sea el caso, los videos presentarán la evolución del campo de interés en cortes al interior del sistema. Por otra parte, en la asignatura Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales se utilizan en el laboratorio modelos físicos de procesos metalúrgicos, con los cuáles se realizan mediciones de acuerdo a guiones de enseñanza experimental. Para complementar esta asignatura se producirán videos basados en soluciones numéricas de los sistemas de interés mediante el uso del software comercial ANSYS Fluent, que es especialmente adecuado para la solución de problemas de fluidinámica, que es el caso. Es necesario recurrir a ANSYS Fluent debido a que en todos los casos se espera que el flujo sea turbulento y bifásico (líquido-gas). Estos videos permitirán conocer el campo de velocidad esperado, en estado estacionario, lo cual mejorará la comprensión de la respuesta medida en los modelos físicos que utilizan los estudiantes. En ambos casos, los videos resultantes se alojarán en Media Campus y estarán indexados de manera individual desde la RUA. El procedimiento para alojar a los videos consiste en preparar una breve descripción del video, darle a ésta el formato requerido y enviarla a la CUAED, a través del enlace de Facultad de Química (I.Q. Iliana Zaldívar Coria, quien participará en este proyecto). Simuladores basados en Mathematica El software de cómputo simbólico Mathematica (del cual se cuenta con una licencia institucional para la UNAM) permite construir simuladores interactivos, que pueden distribuirse ya sea como archivos independientes o embebidos en una página Web. En el PAPIME PE100213 se generaron simuladores de transporte de momentum (que es uno de los temas de la asignatura Introducción a la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales), de transporte de energía y de transporte de masa. Debido a que uno de los miembros del equipo de trabajo estuvo impartiendo el curso Transporte de Energía los últimos dos semestres, en el proyecto anterior se puso especial énfasis en esa asignatura para poder probar la eficacia de los simuladores con los alumnos. Para completar esa colección se generarán nuevos simuladores para la asignatura Transporte de masa. Por otra parte, los primeros temas de la asignatura Introducción a la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales son: balance macroscópico de materia, balance macroscópico de energía térmica y balance macroscópico de energía mecánica; se propone diseñar y producir simuladores para estos temas ya que no se cuenta con ningún simulador para ello. Se propone comenzar a generar simuladores para las asignaturas Análisis Numérico en Fenómenos de Transporte y Técnicas Selectas para el Modelado Matemático en Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales. Los simuladores se alojarán en la página Web Fenómenos de Transporte Interactivos (http://depa.fquim.unam.mx/fenomenosinteractivos/), generada en el proyecto previo y que reside en un servidor de la Facultad de Química. Una participante de este proyecto es la Webmaster de esa página. Los simuladores estarán indexados individualmente en la RUA. Guías de uso de los materiales Para que el uso de los materiales que se generarán con este proyecto sea lo más eficiente posible, se generarán guías de uso, tanto para el profesor como para el alumno. En el caso de las guías para los profesores se pondrá especial énfasis en explicar la filosofía de trabajo. Las guías estarán alojadas en la Página Personal de la UNAM del responsable del proyecto y estarán indexadas de manera individual desde la RUA. Indexación de los materiales Para catalogar a los materiales generados en este proyecto se utilizará la RUA. En particular, una manera eficaz de catalogar es basándose en las unidades temáticas de cada asignatura, tal como ya se hizo para Transporte de Energía (http://www.rua.unam.mx/mapa-temas/11895).
Objetivo General Continuar la mejora de la enseñanza de las asignaturas de la Sub-área de Ingeniería de la Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica a través de la generación de material digital original y de alta eficacia, con el que se poblará la RUA. Objetivos particulares Diseñar y producir software educativo interactivo (simuladores desarrollados con Mathematica) para apoyar la enseñanza de las asignaturas Introducción a la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales y Transporte de Masa de la Carrera de IQM. Diseñar y producir software educativo interactivo (simuladores desarrollados con Mathematica) para apoyar la enseñanza de la asignatura Análisis Numérico en Fenómenos de Transporte de la Carrera de IQM. Diseñar y producir software educativo interactivo (simuladores desarrollados con Mathematica) para apoyar la enseñanza de la asignatura (optativa) Técnicas Selectas para el Modelado Matemático en la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos de la Carrera de IQM. Diseñar y producir videos basados en simulaciones numéricas de Fenómenos de Transporte. Diseñar y producir guías de trabajo para los profesores, explicando el uso (por parte de los profesores) de los materiales producidos en el Proyecto. Diseñar y producir guías de trabajo para los alumnos, explicando el uso (por parte de los alumnos) de los materiales producidos en el Proyecto. Alojar los simuladores en la página Web Fenómenos de Transporte Interactivos. Alojar los videos en Media Campus. Indexar los materiales en la RUA.
metadata.dc.description.goals: Se alcanzó la mayoría de las metas propuestas para los dos años del proyecto. Faltó terminar uno de los videos para la asignatura "Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales"; se completaron los cálculos y ya solo se está terminando la edición. Las guías de trabajo para los estudiantes se incorporaron en el cuerpo de los cuadernos interactivos, junto con un archivo de Ayuda para el uso de los mismos. Los videos no se han podido alojar en la CUAED debido a problemas con su servidor; como alternativa, se están alojando (temporalmente) en un servidor de la Facultad de Química. Los cuadernos interactivos están indexados en la página web (que era otra de las metas del proyecto). Sin embargo, para poder alojarlos en la RUA se ha solicitado ante DGTIC que los archivos se alojen, primero, en el repositorio RU-TIC. Los avances y productos del proyecto se presentaron en una conferencia internacional, como se había prometido, pero también en una conferencia nacional y en otra conferencia internacional.
metadata.dc.description.selfAssessment: El proyecto se desarrolló de acuerdo a lo planeado, produciéndose incluso un mayor número de materiales de los comprometidos originalmente. Solamente faltó por terminar uno de los videos prometidos, pero ya está en proceso de finalizarse. Durante el desarrollo del proyecto se notó que era necesario realizar algunos cambios. Así, las guías de trabajo para los estudiantes se incorporaron al cuerpo de los cuadernos interactivos; se produjeron algunos videos para la asignatura "Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales" en substitución de los videos para la asignatura "Transporte de Masa", debido a que se notó que serían más útiles; se observó que los videos producidos para la asignatura "Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales" pueden también utilizarse en la asignatura "Introducción a la Ingeniería de Proceos Metalúrgicos y de Materiales", por lo que se indizaron de esa manera en la página Web asociada al proyecto. Está en proceso la indexación de los productos en la RUA. Al respecto, se ha solicitado que los cuadernos interactivos se alojen en el repositorio Ru-TIC, para que de ahí se indexen en la RUA. Debido a con problemas con el servidor de CUAED, los videos están temporalmente alojados en un servidor local de la Facultad de Química. Continuan, sin embargo, la gestión ante CUAED para que los aloje.
metadata.dc.description.goalsAchieved: METAS PARA EL PRIMER AÑO Se producirán dos videos basados en soluciones numéricas de modelos físicos de la asignatura Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales Se producirán dos videos basados en soluciones numéricas de casos de interés para las asignaturas Transporte de Energía y Transporte de Masa Se producirán tres simuladores interactivos para el curso Análisis Numérico en Fenómenos de Transporte Se producirán tres simuladores interactivos para el curso Técnicas Selectas para el Modelado Matemático en Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales Se producirán 6 simuladores interactivos para la solución de problemas de Fenómenos de Transporte (3 para el curso Transporte de Masa y 3 para los temas Balances Macroscópicos de Materia, Balances Macroscópicos de Energía y Balances Macroscópicos de Energía Mecánica, del curso Introducción a la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales). Se actualizará la página Web Fenómenos de Transporte Interactivos, que alojará a los simuladores generados con el proyecto. Se producirán guías de trabajo para el profesor para los materiales listados arriba. Se producirán guías de trabajo para el estudiante para los materiales listados arriba. Los materiales se indexarán y alojarán como se describió en la metodología. METAS PARA EL SEGUNDO AÑO Se producirán dos videos basados en soluciones numéricas de modelos físicos de la asignatura Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales Se producirán dos videos basados en soluciones numéricas de casos de interés para las asignaturas Transporte de Energía y Transporte de Masa Se producirán tres simuladores interactivos para el curso Análisis Numérico en Fenómenos de Transporte Se producirán tres simuladores interactivos para el curso Técnicas Selectas para el Modelado Matemático en Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales Se producirán 6 simuladores interactivos para la solución de problemas de Fenómenos de Transporte (3 para el curso Transporte de Masa y 3 para los temas Balances Macroscópicos de Materia, Balances Macroscópicos de Energía y Balances Macroscópicos de Energía Mecánica, del curso Introducción a la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y de Materiales). Se actualizará la página Web Fenómenos de Transporte Interactivos, que alojará a los simuladores generados con el proyecto. Se producirán guías de trabajo para el profesor para los materiales listados arriba. Se producirán guías de trabajo para el estudiante para los materiales listados arriba. Los materiales se indexarán y alojarán como se describió en la metodología. Se presentarán los avances del proyecto en una conferencia internacional.
metadata.dcterms.provenance: Facultad de Química
metadata.dc.subject.DGAPA: Ingenierías
metadata.dc.type: Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones: 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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