Desarrollo de herramientas computacionales para el laboratorio de termodinámica

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Título :	Desarrollo de herramientas computacionales para el laboratorio de termodinámica
Autor :	PALOMINO MERINO, DAVID DAMIAN ZAMACONA,JUAN RICARDO
Fecha de publicación :	2021
Resumen :	Se presenta un proyecto de desarrollo de herramientas computacionales, realizadas mediante simulación numérica y gráfica, para el mejoramiento de las actividades de enseñanza aprendizaje en sistema mixto, sea frente a grupo o a distancia en linea, para la impartición del Laboratorio de Termodinámica en la División de Ciencias Básicas de la facultad de ingeniería. El proyecto contempla la realización de la modelación computacional de 12 prácticas de laboratorio para la comprensión de diferentes conceptos y fenómenos termodinámicos. Dicha simulación se realizara mediante herramientas matemáticas en ambientes virtuales como Matlab, o mediante programación estructurada con lenguajes Visual C o Python. Distintos conceptos, tales como temperatura, presión, calor, trabajo, entalpia de transformación, leyes de gases ideales, potencia mecánica y eléctrica, así como ciclo de refrigeración, son los que se simularán de acuerdo a cada una de las prácticas, para su mejor comprensión. Este proyecto pretende ser utilizado por los profesores y alumnos para su uso como medio adicional a la clase, o su utilización a distancia o en linea para la comprensión de los distintos fenómenos. El resulado será un software de simulación y su manual respectivo.
URI :	https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7623
metadata.dc.contributor.responsible:	PALOMINO MERINO, DAVID
metadata.dcterms.callforproject:	2021
metadata.dc.coverage.temporal:	2021-2023
metadata.dcterms.educationLevel:	nivel superior
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura
metadata.dc.description.objective:	Objetivo general: Obtener un programa interactivo, mediante simulación numérica, gráfica y visual, para la realización de prácticas del laboratorio de termodinámica de la División de Ciencias Básicas en la Facultad de Ingeniería. Objetivos específicos: "1. Obtener un programa interactivo para cada una de las doce prácticas del laboratorio de termodinámica 2. Adaptar cada práctica al código numérico que mejor se adapte a ellas, sea Matlab, Visual C o Python 3. Generar conocimiento en la realización de modelación computacional para fines didácticos 4. Realización de software amigable con el usuario, sea profesor o alumno, que pueda utilizarse presencialmente o a distancia 5. Difundir el programa a nivel universitario con la presentación en foros y coloquios 6. Difundir el programa en distintos foros y festivales de divulgación de la ciencia."
metadata.dc.description.strategies:	Las prácticas a realizar están establecidas en el manual de prácticas establecido en al Laboratorio de Termodinámica. Se tiene conocimiento teórico de cada uno de los conceptos que se abordan en cada práctica así como de cada uno de los lenguajes de programación que se utilizaran para la modelación de cada una de ellas. Sin embargo, para la simulación se requiere expandir los conocimientos al modo de funcionamiento de cada instrumental de medición y de cada proceso termodinámico de cada una de dichas prácticas. Se analizará una a una cada práctica para determinar el procedimiento a seguir en cada una de ellas para ser adaptadas a alguno de los códigos de programación que serán utilizados. Para ello se investigará el funcionamiento de cada instrumental para poder simularlo en conjunto con el resto del sistema termodinámico que está establecido en cada práctica. Se plateará el sistema conjugado de la teoría del fenómeno termodinámico a explicar al alumno en conjunto con el funcionamiento del instrumental y del sistema termodinámico de la práctica en cuestión. De este modo, se seleccionara el código numérico que sea mejor adaptable a cada sistema de cada práctica, de acuerdo al sistema y de acuerdo a los resultados que deben ser desplegados, sea de modo numérico, sea de modo gráfico, sea de modo visual o sea de modo cualitativo. De acuerdo a ello se planteará la entrada de datos y el despliegue de resultados en pantalla de acuerdo a cada práctica. Se pretende que se realice el cálculo de más resultados que los marcados en el manual de prácticas para mejor comprensión del fenómeno o ley termodinámica.
metadata.dc.description.goals:	Primer año. Análisis de cada una de las prácticas del manual de prácticas de termodinámica. Recopilación de bibliografía científica sobre la realización de software aplicado a la termodinámica. Planteamiento del sistema termodinámico, del modelo teórico del sistema y del instrumental, y la elección del despliegue de resultados. Planteamiento del problema completo a modelar. Elección de código numérico de programación para cada una de las 12 prácticas. Adquisición de dos equipos de computo para la realización de la programación respectiva. Realización de los programas que modelaran al menos las primeras 6 prácticas establecidas en el manual con todo y el despliegue gráfico. Experimentar probando cada uno de los programas en el laboratorio de termodinámica para poder comparar con la realización de la práctica y ser validado por el usuario profesor y alumno. Estas primeras 6 prácticas se pretenden realizar en matlab cuya licencia será descargada de la DGTIC. Segundo año: Desarrollar la programación de las otras 6 prácticas establecidas en el manual de prácticas del laboratorio. Para ello tambien se tomará en cuenta la teoría a demostrar en la práctica, el funcionamiento de cada aparato e instrumento de medición, y el modo de visualización de los resultados. Aquí se desarrollaran las prácticas cuyo grado de complejidad en programación sea mayor, sea en visual C o Python. Existen versiones libres de cada uno de los códigos de programación que serán instaladas en las computadoras adquiridas. Existen también bibliotecas gratuitas para la obtención de propiedades termodinámicas de cada una de las sustancias a utilizar, sean gases o vapor de agua o refrigerante . Al final, también se pretende obtener un despliegue gráfico visual e interactivo entre la entrada de datos y el despliegue de resultados. IGualmente se probará el software en el laboratorio de termodinámica. Se elaborara también el manual respectivo de cada una de las prácticas elaboradas.
metadata.dc.description.selfAssessment:	Se realizó un simulador virtual del laboratorio de termodinámica de la División de Ciencias Básicas de la facultad de ingeniería que puede escalarse a otros laboratorios de termodinámica de otras facultades y a otros laboratorios del área de termofluidos. Esta simulador puede ser utilizado de guía para los profesores que imparten el laboratorio, de manera presencial o en linea, y como referencia presencial o como simulador a distancia para los alumnos que toman la clase del laboratorio. Dicho simulador cumplió con los objetivos y metas planteadas porque contempla una sección teórica incluida en el manual del laboratorio y la parte de desarrollo de las 12 prácticas mismas. El objetivo y metas de tener un simulador, en general, que pueda ser útil en la enseñanza para los profesores y como simulador de prácticas con instrumentos manipulables interactivamente y mediante distintas interfaces, se cumplió. Las prácticas desarrolladas pueden aún afinarse con mas detalles de acuerdo a las opiniones que vayan surgiendo de los profesores que imparten el laboratorio. A pesar de haber cumplido con los objetivos y metas, durante el transcurso del presente año se realizará una nueva versión con las aportaciones de los demás profesores y los alumnos. Falta completar el Manual de Usuario, el cual pretende ser publicado de modo digital en colaboración con alguna editorial, sea de la UNAM o externa, a modo de que puedan utilizarse los recursos económicos contemplados para su publicación. Dicho Manual será de utilidad para profesores y alumnos. No solo se cumplió con en número de publicaciones en memorias y participación en sus congresos sino que fueron mas de las que se habían comprometido, además de la contribución con un trabajo publicado en un libro editado por ICAT, UNAM, SOMECE y UNED España, y no por ello dejará de ser enviado un artículo para su publicación en una revista. Se cumplió además con la asesoría de un alumno de servicio social que también está próximo a graduarse con la tesis que está llevando a cabo con el mismo trabajo. Del mismo modo se contribuyó con la participación comprometida en un coloquio internacional que valió la contribución para publicarse en un libro..
metadata.dc.description.goalsAchieved:	Se lograron las metas propuestas al inicio del proyecto, respecto al primero y segundo años Durante el primer año se llevó a cabo el análisis y recopilación de la información relevante de cada una de las prácticas, así como de la bibliografía necesaria, el planteamiento matemático y de programación de cada uno de los modelos teóricos a realizar en la modelación, tanto en cuestión de despliegue gráfico del aparato experimental, de los instrumentos a modelar, así como de la entrada de datos, de la interactividad del modelo, y de los resultados a obtener, es decir, el planteamiento completo a desarrollar en el modelo virtual. Éste se desarrolló en JavaScript en código abierto para que pueda ser implementado y mejorado por algún otro profesor usuario del simulador. Durante este año se lograron realizar únicamente 4 de las 12 prácticas a desarrollar porque fué un año dificil de pandemia en donde el equipo de cómputo a utilizar llegó con varios meses de retraso. Par la realización de la labor de programación e instalación del software a utilizar, se logró la adquisición de 2 equipos de cómputo para cada una de las entidades académicas participantes. El segundo año se logró la programación de las siguientes 8 prácticas faltantes comprometidas en el proyecto y establecidas en el manual de prácticas del laboratorio de termodinámica. Igual que en las primeras 4 prácticas programadas, se tomó en cuenta la teoría a demostrar de cada práctica con las respectivas interfaces gráficas, de modo que sea fácilmente manipulable por el profesor y alumno de modo interactivo, tanto para el manejo de la práctica, la entrada de datos y la obtención de los resultados. En un par de prácticas se integraron bases de datos para la obtención de propiedades termodinámicas del vapor de agua y de refrigerante. La presentación de cada una de las prácticas se realizó de modo como son presentadas en el manual de prácticas escrito con el cual se trabaja en el laboratorio, es decir, se incorporaron los objetivos de la práctica, una introducción teórica, el desarrollo virtual, la obtención de los resultados, y una sección donde los alumnos puedan incorporar sus conclusiones. Se está terminando de elaborar el manual respectivo de las prácticas para poder instalarse en el repositorio universitario correspondiente. Los recursos económicos del proyecto para la elaboración del manual aún se encuentran vigentes para que pueda ser publicado en versión digital.
metadata.dcterms.provenance:	Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT)
metadata.dc.subject.DGAPA:	Ingenierías
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
metadata.dc.contributor.coresponsible:	DAMIAN ZAMACONA,JUAN RICARDO
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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