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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/6173| Título : | Laboratorio modular de transferencia de calor |
| Autor : | BARRIOS DEL VALLE, GUILLERMO TOVAR OLVERA, RAMON |
| Fecha de publicación : | 2018 |
| Resumen : | La transferencia de calor se encuentra presente en gran parte de los procesos industriales mediante alguno de sus mecanismos (conducción, convección, radiación y cambio de fase) o por la acción combinada de ellos. Es por eso que carreras en la UNAM como Ingeniería en Energías Renovables, Ingeniería Mecánica, Ingeniería Química e Ingeniería en Metalurgia, llevan la materia Transferencia de calor. En la parte práctica del curso es muy común utilizar equipo de laboratorio educativo donde el principio a evaluar y el arreglo experimental ya está definido. El uso de estos equipos no permite que el estudiante plantee conceptualmente el experimento para comprobar lo que desea y la práctica se limita a tomar datos e interpretar resultados. Los integrantes de este proyecto plantean crear un Laboratorio Modular de Transferencia de Calor con el cual los estudiantes del área tengan que partir desde el diseño conceptual del experimento, establecer condiciones de frontera adecuadas al problema, definir variables a medir y analizar los datos. Esto lo podrán realizar con el Laboratorio Modular que está compuesto por varios dispositivos modulares programables que pueden recrear las diferentes condiciones de frontera y medicir temperatura o flujo de calor. Estos dispositivos programables están basados en tecnologías abiertas, programables y de documentación libre por lo que serán facilmente reproducibles. Los entregables de este proyecto son: El Laboratorio Modular de Transferencia de Calor, documentación de los dispositivos para su uso y construcción, y una guía de prácticas para el laboratorio. El Laboratorio Modular se probará en el primer año con profesores de la materia, en el segundo año con estudiantes de maestría y en el tercer año en licenciatura. El laboratorio innovará en la forma en que se realizan actualmente las prácticas de transferencia de calor y además se podrá llevar a otras facultades para que se adopte en la enseñanza de la materia de transferencia de calor. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6173 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | BARRIOS DEL VALLE, GUILLERMO |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2018-2021 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | 1 Desarrollar los prototipos de los dispositivos modulares que cuenten con adquisición y visualización de los datos. 2 Probar el laboratorio modular con un grupo de posgrado y uno de licenciatura. 3 Desarrollar manual de uso de los dispositivos. 4 Desarrollar guía de prácticas de laboratorio. 5 Documentar los programas y la construcción de dispositivos. 6 Explorar la viabilidad de patentar el laboratorio modular de transferencia de calor. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | Se puede crear un laboratorio modular de transferencia de calor formado por dispositivos modulares independientes con los cuales el estudiante tenga que diseñar conceptualmente el experimento, definir la estrategia de medición y adquisición de datos para luego realizar las prácticas de transferencia de calor. Los dispositivos modulares pueden ser construidos usando tecnologías abiertas tanto para el hardware, la programación, la adquisición y la visualización de los datos por los que son replicables a un bajo costo y sin problemas de licencia. |
| metadata.dc.description.strategies: | Los integrantes de este proyecto han elaborado conceptualmente 6 prácticas de laboratorio que se pueden llevar a cabo usando los dispositivos modulares. Los dispositivos modulares serán capaces de establecer diversas condiciones de frontera como: temperatura constante o dependiente del tiempo en una superficie, flujo de calor constante en una superficie y convección en una superficie. Estos dispositivos se basan en termoeléctricos o resistencias eléctricas para crear las condiciones de frontera junto con sistemas de control programadas en arduino. La condición de frontera se define al cargar al arduino un programa donde se definen los parámetros de control. Habrá otro dispositivo modular que tenga sensores de temperatura o flujo de calor y el intervalo de muestreo se establece al cargar el programa al arduino. Los programas, diagramas de conexión y piezas impresas se encontrarán en un repositorio público.
Las actividades a realizar en este proyecto son:
1. Diseñar al menos 6 prácticas de laboratorio que se podrán llevar a cabo usando los dispositivos modulares.
2. Definir las características que deben tener los diferentes dispositivos modulares.
3. Desarrollar el primer prototipo de los diferentes dispositivos modulares.
4. Desarrollar sistema de adquisición de datos de cada dispositivo modular.
5. Desarrollar sistema de visualización de datos para cada dispositivo modular.
6. Realizar primeras pruebas de las prácticas con profesores de la materia.
7. Desarrollar un segundo prototipo con la retroalimentación recibida por los profesores durante las primeras pruebas de las prácticas.
8. Elaborar primer versión de la guía de uso de los dispositivos modulares.
9. Elaborar primer versión de la guía de prácticas del Laboratorio Modular de Transferencia de Calor.
10. Realizar prácticas con un grupo de alumnos del Posgrado en Ingeniería.
11. Desarrollar un tercer prototipo con la retroalimentación recibida por los alumnos de posgrado.
12. Elaborar segunda versión de la guía de uso de los dispositivos modulares.
13. Realizar segunda versión de la guía de prácticas con la retroalimentación del grupo del Posgrado en Ingeniería.
14. Realizar prácticas con un grupo de alumnos de la LIER.
15. Desarrollar prototipo final con la retroalimentación recibida por los alumnos de la LIER.
16. Desarrollar una versión final de los prototipos.
17. Elaborar la versión final de la guía de uso de los dispositivos modulares.
18. Elaborar la versión final de la guía de prácticas del Laboratorio Modular de Transferencia de Calor.
19. Subir programas necesarios, diagramas de conexiones y documentación a un repositorio digital.
20. Explorar la viabilidad de patentar el laboratorio modular de transferencia de calor. Crear un laboratorio modular formado por dispositivos modulares independientes que son usados para recrear diversas prácticas de transferencia de calor para que el estudiante pueda diseñar sus propios experimentos. Los dispositivos modulares estarán basados en arduinos, así como tecnologías abiertas para la adquisición y visualización de datos. |
| metadata.dc.description.goals: | AÑO1 M1 Se definieron las caracteristicas de cada dispositivo. Dispositivo de adquisición y visualización de datos Dispositvo para medir temperatura y flujo de calor Dispositivo para generar condiciones de frontera M2 Se construyó un primer prototipo de cada uno de los tres dispositivos. M3 Se desarrolló el sistema de adquisición y visualización de datos. M4 Se llevaron a cabo pruebas con profesores y posibles usuarios del laboratorio modular. M5 Se llevó a cabo la primer versión de la guía de uso de los dispositivos. M6 Se llevó a cabo la primer versión de la guía de prácticas. AÑO 2 M1 Se construyó un segundo prototipo de cada dispositivo modular. M2 No se llevó a cabo, nos enfocamos con estudiantes de licenciatura. M3 Se elaboró una segunda versión de la guía de uso de los dispositivos M4 Se elaboró la segunda versión de la guía de prácticas. M5 Se construyó un tercer prototipo, enfocándonos en la fuente de energía de todos los dispositivos modulares. AÑO3 M1 La materia de transferencia de calor en la LIER se imparte en el semestre febrero-junio. Los dispositivos estaban en la etapa final de ajustes, pero la pandemia que inicio en marzo no nos permitio entregar los dispositivos a los alumnos. Durante el primer semestre de pandemia, el trabajo virtual fue duro y la transición nos tomó mucho esfuerzo. Se logró terminar el dispositivo final con el que se tenía planeado realizar prácticas pero ya había terminado el semestre para ese entonces, por lo que se llevaron a cabo pruebas de funcionamiento con el estudiante que estuvo trabajando en el prototipo. M2 Como se comentó en la meta anterior, no se llevaron a cabo pruebas con los estudiantes de la LIER, sin embargo, si se hicieron ajustes finales para obtener un nuevo prototipo de acuerdo a la retroalimentación recibida por el estudiante que estuvo trabajando el prototipo. Se trabajó en un prototipo nuevo que solo mide temperatura y adquiere y visualiza datos con una plataforma IoT simplificando el dispositivo y reduciendo el costo. M3 Se cumplieron las metas sobre los prototipos finales y se agregó un prototipo extra. El proyecto prometió tres dispositivos modulares en su versión final. Los dispositivos modulares son: Dispositivo de adquisición y visualización de datos Dispositivo para medir temperatura y flujo de calor Dispositivo para generar condiciones de frontera Se diseñó un dispositivo modular simplificado de temperatura Dispositivo simplificado medidor de temperatura con 4 sensores de temperatura a prueba de agua y solo requieren energizarse mediante una conexión microUSB y almacenan los datos en una plataforma IoT. M4 Se terminó la versión final de la guía de uso de los dispositivos modulares. M5 Se terminó la versión final de la guía de prácticas del Laboratorio Modular de Transfere M6 Todo el proyecto se encuentra en el siguiente repositorio: https://github.com/AltamarMx/LabModularCalor M7 No se estableció contacto con profesores M8 No se exploró la posibilidad de patentar. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El objetivo del proyecto es, cito textualmente “Crear un laboratorio modular formado por dispositivos modulares independientes que son usados para recrear diversas prácticas de transferencia de calor para que el estudiante pueda diseñar sus propios experimentos”. Se crearon y documentaron los tres dispositivos modulares independientes prometidos en el proyecto, se hicieron pruebas controladas y pruebas por los estudiantes involucrados en el diseño de los mismos para mejorar el funcionamiento y operabilidad. Se elaboró la guía de uso de los dispositivos, la guía de prácticas y se cuenta con los prototipos finales de los tres dispositivos modulares. Se creó un repositorio público en GitHub usando una licencia MIT que permite copiar, distribuir, combinar y cualquier producto derivado debe heredar la licencia MIT. De esta manera se espera que el proyecto sea replicado y mejorado por usuarios en diferentes partes. Toda la documentación se alojó en el repositorio https://github.com/AltamarMx/LabModularCalor Debido a la diferencia de formato, no se anexan los documentos como la guías pues todo se encuentra en el repositorio. Gracias a todo lo aprendido, y a que se instaló un servidor en el IER con una plataforma IoT, se pudo diseñar un dispositivo modular simplificado que no estaba contemplado en los planes originales. Este dispositivo es de bajo costo ($500 pesos) y tiene 4 sensores digitales de temperatura y solo requiere ser energizado y configurar su acceso a una red inalámbrica con conexión a la internet. Puede ser armado por cualquier estudiante con conocimientos muy básicos de electrónica, como es el caso de los estudiantes de la LIER. Se presentan un par de experimentos en la guía de prácticas con este último dispositivo simplificado. No se cumplió con realizar las prácticas con los alumnos durante el curso de transferencia de calor, ni con la investigación sobre la patente, sin embargo considero que el objetivo principal del proyecto ha sido cumplido. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | PRIMER AÑO 1. Definir las características de cada dispositivo modular. 2. Construir el primer prototipo de cada dispositivo modular. 3. Desarrollar el sistema de adquisición y visualización de datos. 4. Realizar primeras pruebas de las prácticas con profesores de la materia. 5. Elaborar primer versión de la guía de uso de los dispositivos. 6. Elaborar primer versión de la guía de prácticas del Laboratorio Modular de Transferencia de Calor. SEGUNDO AÑO 1. Construir el segundo prototipo de cada dispositivo modular. 2. Realizar prácticas con alumnos del Posgrado en Ingeniería. 3. Elaborar segunda versión de la guía de uso de los dispositivos modulares. 4. Elaborar segunda versión de la guía de prácticas del Laboratorio Modular de Transferencia de Calor. 5. Construir tercer prototipo de cada dispositivo modular. TERCER AÑO 1. Realizar prácticas con un grupo de alumnos de la LIER. 2. Desarrollar prototipo final con la retroalimentación recibida por los alumnos de la LIER. 3. Desarrollar una versión final de los prototipos. 4. Elaborar la versión final de la guía de uso de los dispositivos modulares. 5. Elaborar la versión final de la guía de prácticas del Laboratorio Modular de Transferencia de Calor. 6. Subir programas, diagramas y documentación a un repositorio digital. 7. Buscar contactos con profesores de la Facultad de Química e Ingeniería de la UNAM para que el Laboratorio modular de transferencia de calor sea usado en otras carreras. 8. Explorar la viabilidad de patentar el laboratorio modular de transferencia de calor. |
| metadata.dcterms.provenance: | Instituto de Energías Renovables |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Física |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| metadata.dc.contributor.coresponsible: | TOVAR OLVERA, RAMON |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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