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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/6202| Título : | Materiales de apoyo para la enseñanza experimental del modelado físico de procesos metalúrgicos |
| Autor : | HERNANDEZ MORALES, JOSE BERNARDO |
| Fecha de publicación : | 2019 |
| Resumen : | La Ingeniería se ha desarrollado como una respuesta a la necesidad de la humanidad por contar con satisfactores que permitan tener mayores comodidades o realizar actividades eficientemente. Estos satisfactores se producen comercialmente en tres etapas: 1) obtención de materiales (en forma de productos semiterminados) a partir de las materias primas o de material por reciclar; 2) manufactura de componentes a partir de los productos semiterminados; y 3) ensamblaje y acabado de satisfactores usando componentes manufacturados. El Plan de Estudios de la Licenciatura en Ingeniería Química Metalúrgica atiende a la formación de los estudiantes en las dos primeras etapas antes mencionadas. En la asignatura optativa “Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales” (clave 0189) se estudian y aplican los principios de modelado físico de procesos, con especial énfasis en el caso de sistemas de flujo continuo. El objetivo de aprendizaje que se persigue es: aplicar, en el laboratorio, los principios de modelación física para comprender el comportamiento de reactores utilizados en el procesamiento de materiales. El curso es de naturaleza teórico-práctica, con énfasis en el trabajo de laboratorio. Con el aumento de la matrícula en la Licenciatura en Ingeniería Química Metalúrgica, es necesario diseñar e implementar estrategias que hagan eficiente el trabajo en el laboratorio. Para ello, en este proyecto se propone generar un repositorio digital de resultados experimentales, que estará a disposición de los estudiantes (a través de la RUA). Se espera que los productos del proyecto permitan realizar análisis estadístico confiable, al juntarlos con las mediciones que los estudiantes realizarán en el laboratorio. Es importante aclarar que no se busca substituir a la experiencia del trabajo en el laboratorio si no, más bien, enriquecerla. El responsable de esta propuesta ha sido responsable de varios proyectos PAPIME, cuyos informes finales han sido evaluados positivamente. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6202 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | HERNANDEZ MORALES, JOSE BERNARDO |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2019-2020 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | 1) Mejorar el análisis estadístico de los resultados experimentales, al proveer a los estudiantes de datos pre-existentes de alta calidad. 2) Disminuir el tiempo de laboratorio dedicado a un modelo físico específico, sin detrimento del trabajo en el laboratorio. 3) Facilitar que el docente incluya temas adicionales durante el semestre. 4) Disminuir la huella ecológica del trabajo experimental, al disminuir el uso de consumibles y reducir la producción de disoluciones que deben tratarse antes de desecharlas. 5) Actualizar guiones de trabajo experimental de la asignatura. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | Si los estudiantes de la asignatura “Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales” que se imparte en la Facultad de Química tienen acceso a datos de la respuesta a la adición de un trazador en un modelo físico, junto con videograbaciones de la evolución de la distribución de color al interior del modelo, la etapa de análisis de los datos tomados en las sesiones presenciales en el laboratorio se enriquecerá significativamente. |
| metadata.dc.description.strategies: | La metodología global del proyecto, dado que su duración propuesta es de un año, consiste en trabajar con modelos físicos de dos sistemas de interés en la industria metalúrgica: 1) un distribuidor de colada continua y 2) un convertidor Peirce-Smith. El primero es un sistema de flujo continuo, es decir, hay entrada y salida continua del líquido (agua a temperatura ambiente) con el que se simula al acero fundido, mientras que el segundo es un sistema tipo batch, esto es, el líquido (agua a temperatura ambiente) que representa a la mata de cobre se adiciona al inicio del proceso y luego ya no hay más entrada de líquido. En el caso del distribuidor de colada continua, el líquido se mezcla debido a la entrada continua de nuevo líquido a través de la buza, mientras que para el convertidor Peirce-Smith el mezclado se lleva al cabo mediante inyección neumática (usando aire en los dos modelos físicos).
Ya se cuenta con el modelo físico de un distribuidor de colada continua de dos hilos por lo que solo será necesario diseñar y construir el modelo físico del convertidor Peirce-Smith. Una vez puesta a punto la operación de cada uno de los modelos físicos se procederá a diseñar la matriz experimental y a realizar cinco réplicas de cada condición experimental. A su vez, cada experimento consiste en permitir que el sistema alcance condiciones de estado estable, para luego agregar un trazador que permita medir la respuesta del sistema, así como facilitar la observación del mezclado en el modelo físico. Como trazado se ha utilizado una disolución ácida y colorida, que se forma al mezclar una disolución de ácido sulfúrico en agua con una disolución de un colorante en agua. Para el modelo físico del distribuidor de colada continua, se coloca un electrodo de pH en una de las salidas y se adquiere el pH con ayuda de software y una laptop. En el caso del modelo físico del convertidor Peirce-Smith, se el electrodo de pH se coloca al interior del líquido que simula a la mata de cobre. La evolución de la distribución de color al interior de cada modelo físico es evidencia del mezclado que ocurre. Por ello es que, durante los experimentos, se colocará una cámara de video estándar (30 fps) para videograbar la evolución de la distribución de color.
Los datos adquiridos durante el experimento se exportarán en formato de datos separados por comas (.csv) para ponerlos a disposición de los estudiantes de la asignatura. Por otro lado, los videos se editarán (fundamentalmente para estandarizar brillo, contraste y tonalidad) antes de guardarlos en el repositorio Campus Media del CCADET-UNAM.
Los archivos con los datos, así como ligas a las videograbaciones, estarán disponibles en una página Web que estará dedicada a esta asignatura y alojada en el servidor de la Facultad de Química. Además, se propone que en la RUA estén indizados los guiones de trabajo experimental actualizados para trabajar con estos dos modelos físicos. También se desarrollarán cuadernos interactivos (construidos con Mathematica) para ejemplificar el análisis de datos correspondiente, que estarán indizados en la RUA. Con los productos de este proyecto, los estudiantes podrán realizar un análisis estadístico significativo de los datos obtenidos en el laboratorio, además de que tendrán la posibilidad (al contar con datos experimentales pre-existentes) de trabajar con una mayor variedad de modelos físicos y/o técnicas de medición, logrando, por tanto, un aprendizaje más completo del campo de conocimiento del Modelado Físico. |
| metadata.dc.description.goals: | 1 y 2) Usando un modelo físico de un distribuidor de colada continua se produjeron veinte archivos de datos de la variación del pH con el tiempo y sus correspondientes videograbaciones, para combinaciones de las variables de operación siguientes: a) altura del baño (10 y 13 cm) y b) flujo de alimentación (4 y 6 LPM). 3 y 4) Usando un modelo físico de un convertidor Peirce-Smith se produjeron veinte aarchivos de datos de la variación del pH con el tiempo y sus correspondientes videograbaciones, para combinaciones de las variables de operación siguientes: a) altura del baño (25 cm) y b) flujo de alimentación de aire (2, 4, 7 y 10 LPM). 5) Se desarrolló un cuaderno interactivo para calcular la curva RTD a partir de datos de pH vs. tiempo obtenidos con el modelo físico de un distribuidor de colada continua y otro cuaderno interactivo para calcular el tiempo de mezclado a partir de datos de pH vs. tiempo obtenidos con el modelo físico de un convertidor Peirce-Smith. 6) Se actualizó el guión de trabajo experimental "Calidad del flujo en un modelo físico de un distribuidor de colada continua: efecto de la altura del baño" y se desarrolló el guión de trabajo experimental "Tiempo de mezclado en un convertidor Peirce-Smith: Efecto del flujo de aire insuflado" 7) Se está gestionando subir los videos a Media Campu (www.mediacampus.cuaed.unam.mx) e indizar los guiones de trabajo experimental y los cuadernos interactivos en la RUA (www.rua.unam.mx). 8) Se generó la página Web "Modelado físico de procesos metalúrgicos y de materiales" (http://depa.fquim.unam.mx/modeladofisico/) que está alojada en un servidor de la Facultad de Química. 9) Se publicó el artículo "Repositorio digital para la enseñanza experimental del modelado físico de procesos metalúrgicos" en las memorias del 2° Congreso Latinoamericano de Ingeniería (CLADI 2019) y se presentó una ponencia oral, con ese título, en ese congreso. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El proyecto se completó satisfactoriamente, alcanzándose las metas propuestas. Como parte del proyecto se diseñó y construyó un modelo físico que representa a una rebanada de un convertidor Peirce-Smith para mata de cobre. De tal manera, que el Laboratorio de Modelado Físico del Departamento de Ingeniería Metalúrgica (Facultad de Química) cuenta con un modelo más. Se tenía planeado probar frente a grupo todos los materiales durante el semestre 2020-2, pero las circunstancias actuales no lo han permitido. |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Química |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías Conversión de cobre Modelado físico Repositorio digital Siderurgia |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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