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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7822| Título : | Implementación e instrumentación de acuarios marinos como estrategia de enseñanza en la docencia e investigación |
| Autor : | NEGRETE SOTO,FERNANDO ESCALANTE MANCERA,JOSE EDGAR |
| Fecha de publicación : | 2021 |
| Resumen : | El presente proyecto tiene el objetivo de implementar un área de acuarios cerrada con el fin de coadyuvar a la docencia, difusión e investigación. El proyecto implementará nuevas tecnologías emergentes en el área de acuarios tales como la instrumentación de sensores, monitoreo en tiempo real de los sensores e iluminación con diodos emisores de luz (LED). A través del uso de las tecnologías de la información se favorecerá la educación a distancia, ya que las variables fisicoquímicas de los acuarios podrán ser monitoreadas de manera remota. Asimismo, los acuarios brindarán una plataforma de enseñanza teórico-práctica tanto presencial, semipresencial o a distancia. Durante el primer periodo, este proyecto contempla el diseño e instalación tanto de los primeros acuarios, el diseño e instalación de lámparas LED, la primera versión de la página web y la generación de recursos de divulgación como folletos, trípticos y carteles para las visitas guiadas y ferias de ciencias. Durante el segundo periodo, el proyecto contempla la generación de tres manuales, el primero será sobre el diseño e instalación de acuarios marinos, el segundo sobre el diseño e instalación de lámparas LED y el tercero será sobre el uso de las tecnologías de la información en los acuarios marinos. Asimismo, durante el segundo periodo se contemplan generar dos tesis de licenciatura y dos cursos sobre el diseño de acuarios e instrumentación de acuarios con tecnología Arduino. Este proyecto contribuirá a generar tesistas con un alto nivel académico que satisfagan las necesidades de un campo laboral creciente como lo es la biología marina. Además, este proyecto también impactará en la difusión de la UASA a través de las visitas guiadas y ferias de ciencias en las cuales se participa. Y finalmente, se contempla que este proyecto impacte a largo plazo (posterior a la cuarentena) ya que proveerá un espacio virtual donde los profesores y estudiantes pueden enseñar y aprender. |
| URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7822 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | NEGRETE SOTO,FERNANDO |
| 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: el objetivo principal de este proyecto es desarrollar un área de acuarios cerrada con el fin de coadyuvar a la docencia, difusión e investigación de la UASA del ICMyL. Para lograr lo anterior, se integrarán varias disciplinas como la biología, ingeniería de sistemas en acuicultura, ingeniería en instrumentación y tecnologías de la información. Por lo que este proyecto será de carácter multidisciplinario y tendrá como fin último la generación de recursos humanos, ya que la ciencia de los acuarios y la acuacultura son áreas de rápido crecimiento dentro del campo de la biología marina. Además, tiene la finalidad de crear una plataforma virtual, donde los estudiantes e investigadores puedan tener un espacio de interacción que facilite el aprendizaje desde un punto de vista teórico-práctico. Objetivos específicos: "Objetivos particulares ● Diseño, instalación y mantenimiento de múltiples acuarios con diferentes organismos (corales, crustáceos, pastos marinos, etc.) ● Desarrollo y ensamble de lámparas con tecnología LED de diferentes tamaños acorde a las necesidades de cada acuario. ● Desarrollo e implementación de una página web que contenga la información de los acuarios, proyectos en marcha y monitoreo en tiempo real de los parámetros fisicoquímicos de los acuarios. ● Monitoreo de la calidad del agua (temperatura, salinidad, pH, alcalinidad, dureza, calcio, magnesio, etc.) a través de equipo multiparamétrico, así como a través de pruebas espectrofotométricas. ● Elaborar guías de diseño e instalación de acuarios marinos ● Elaborar guía de ensamblaje de un equipo de monitoreo de calidad del agua básico para acuarios mediante tecnología Arduino e instrumentación para su visualización (p. ej. Pantalla LCD). ● Elaborar material de difusión de los diferentes organismos del área de acuarios tanto digital como impreso para las visitas guiadas. ● Desarrollar una mesa de acuarios eventual tanto para las visitas guiadas como para las ferias anuales de ciencia y tecnología de Quintana Roo, así como para la feria del parque de Puerto Morelos." |
| metadata.dc.description.strategies: | Diseño, instalación y mantenimiento de acuarios El diseño de los acuarios usará los fundamentos de los “sistemas de recirculación acuícola” (Timmons y Ebeling, 2007). Estos sistemas circulan el agua a través de diferentes compartimentos (p. ej. peceras) y múltiples equipos para asegurar un adecuado tratamiento del agua. Estos sistemas es mantener la calidad del agua en condiciones óptimas para el cultivo de los organismos acuáticos (p. ej. nivel de nutrientes, temperatura, pH, salinidad, etc.). Por lo anterior, estos sistemas aseguran que exista un balance apropiado entre calidad del agua y la especie de cultivo. Para esto, se utilizarán las guías propuestas por Timmons y Ebeling, 2007 y Lawson, 2013. El sistema de acuarios contará de varios componentes: 1) módulos de acero inoxidable, 2) acuarios de vidrio o acrílico, 3) filtros de calcetín de diferentes micras de retención de partículas, 4) espumadores, 5) filtro biológico, 6) filtros de cartucho para retención de partículas <10 μm 6) esterilizador UV, 7) bomba de agua sumergible, 8) cabezas de poder, 9) enfriador de agua y 10) lámparas. Con el fin de llevar a cabo un monitoreo de la calidad del agua, todos los sistemas de acuario contarán con un módulo para el monitoreo de la calidad del agua en tiempo real. Para esto, se utilizará la tecnología Arduino (hardware y software libre) acoplado a sensores de temperatura, salinidad, conductividad, pH y nivel de agua. Cada sensor estará programado para enviar datos a la tarjeta Arduino cada cinco minutos y posteriormente los datos serán enviados a través de wifi a una aplicación que almacenará los datos en una base de datos. Los datos posteriormente serán solicitados mediante la aplicación para ser graficados y desplegados en forma gráfica en una página web. Diseño e instalación de lámparas con tecnología LED e instrumentación de sensores de luz El sistema de acuarios contará con las capacidades de aislamiento lumínico que permitirá hacer simulaciones de ciclo diurno de iluminación solar mediante la instrumentación de lámparas led. Estas lámparas tendrán que cumplir características similares tanto del espectro de luz PAR (380 a 750 nm), como de la intensidad de luz que permitan simular la integración de luz diaria, así como ambientes lumínicos de diferentes profundidades. La forma de hacer la variación de las intensidades de las lámparas led será implementada con el uso de tarjetas de desarrollo y la elaboración de un software para generar una interfaz de usuario in situ o remoto. El sistema permitirá optar por dos opciones de iluminación según el experimento de interés. La primera será una luz manipulada por PWM (pulse-width modulation), la cual permite hacer la simulación de los cambios de intensidad por medio de la modificación de los porcentajes de los ciclos de encendido y apagado a una frecuencia base de 62500Hz, logrando de forma eficiente una curva sinusoidal. La segunda forma de iluminación será mediante el control de la corriente de los leds, esto manipulado por un conversor digital-analógico de 14 bits, el cual incrementará la corriente de forma directamente proporcional a la intensidad de la luz, haciendo una simulación más precisa de lo que es la intensidad continua de luz sinusoidal en un ciclo diurno. El conjunto de lámparas será montado sobre los acuarios de manera que permita repartir la intensidad de la luz de forma homogénea, con la capacidad de cambiar las alturas de las lámparas para permitir calibrar las intensidades, para lo cual se requiere de un sensor calibrado de radicación PAR, que permitirá validar que la luz proporcionada sea homogénea en el acuario o sobre la zona de experimentación. El sistema ya calibrado podrá modificar desde su programación las intensidades máximas, así como la duración del ciclo sinusoidal del día, permitiendo generar la simulación de cualquier intensidad y duración del día perfectamente sinusoidal o si el experimento requiere cualquier día real con datos medidos. Para lograr la validación de las curvas del ciclo diurno, se instalarán sensores por acuario que mantengan un monitoreo constante de la radiación emitida por los leds, de forma que también el usuario valide gráficamente en tiempo real la cantidad de luz que se está dando a cada acuario. Diseño y elaboración de página Web, así como monitoreo en tiempo real de la calidad del agua La metodología a ocupar estará basada en buenas prácticas como PMBOOK o SCRUM para el desarrollo e implementación de la solución web. La página web estará dividida en secciones como: acuarios, proyectos actuales, guía de especies de cultivo, manuales, cursos, etc. Asimismo, para el lado del servidor (backend) de la página web se utilizará el lenguaje de programación PHP con el fin de llevar a cabo la recepción de los datos de los Arduinos de cada acuario, así como solicitar los datos a la base de datos y desplegarlos en forma gráfica en la página web. Con el fin de tener un historial a largo plazo de las variables . |
| metadata.dc.description.goals: | Primer periodo (Primer año): ● Instalación de acuarios para el mantenimiento de corales y pastos marinos. ● Se iniciará la compilación de información para el desarrollo de un manual para el cultivo de organismos acuáticos en acuarios, con énfasis en corales y pastos marinos. En el manual se contempla incluir información sobre conceptos de acuicultura y acuariofilia, diseño e instalación de acuarios, manejo de la calidad del agua, elección de los principales equipos usados en acuarios. ● Diseño e instalación de lámparas con tecnología LED (con luz intermitente y continua) para el cultivo de corales y pastos marinos. Asimismo, se desarrollarán manuales para su diseño y montaje. ● La información generada sobre los acuarios, las lámparas LED y la evaluación de la calidad del agua se utilizará para la creación de una página web. Lo anterior con la finalidad de que todo el material generado pueda ser consultado de forma libre principalmente por los usuarios de la UASA, aunque no restringiendo su consulta a otras instituciones. ● Elaboración de material de difusión tanto digital (en la página web) como físico (para los eventos en los que participa la comisión de vistas guiadas) "Segundo periodo (segundo año): ● Se iniciará con la edición final de los manuales. Los manuales serán sobre el diseño de acuarios, diseño y fabricación de lámparas LED y evaluación de la calidad del agua en los acuarios. ● Contar con una primera versión en línea del monitoreo en tiempo real de la calidad del agua de los acuarios. ● Elaboración de material de difusión tanto digital (en la página web) como físico (para los eventos en los que participa la comisión de vistas guiadas) ● Organizar un curso sobre “Diseño, instalación y mantenimiento de acuarios” para nivel licenciatura y posgrado en la UASA, con todos los temas propuestos en el presente proyecto (diseño e instalación de acuarios, mantenimiento de acuarios, guía del cultivo de organismos acuáticos, manejo de la calidad del agua, nutrición y uso de tecnologías emergentes en los acuarios como la iluminación LED y el uso de las tecnologías de la información). ● Organizar un curso sobre “Uso de la tecnología ARDUINO y sensores aplicados al monitoreo de la calidad del agua en acuarios”." |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El proyecto desarrollado para la el Instituto de Ciencias del Mar y Limnología (ICML), en su Unidad Académica de Sistemas Arrecifales (UASA) de Puerto Morelos Quintana Roo, se llevó a término con gran éxito, debido a que se cumplieron cabalmente las metas y objetivos planteados. Todo gracias el apoyo brindado por las autoridades de la UASA, la participación continua de la Coordinación Técnica de la Unidad Académica.Hay que destacar que todos los participantes cumplieron de manera sobrada con su entusiasta participación en el desarrollo del mismo, existiendo una muy buena sinergia de experiencias en los diferentes campos que requería el proyecto por los alcances planteados, desde la concepción de los acuarios adaptados para el espacio disponible en nuestras instalaciones, todo el mobiliario fue diseñado exprofeso para ese espacio optimizándolo de la mejor manera, las instalaciones necesarias para energizar todos y cada uno de los componentes, la búsqueda de las mejores opciones en materiales para la iluminación, su construcción, verificación de espectro de luz, los sensores básicos para iniciar cualquier proyecto, a la par de la compra del servidor que con apoyo de otro laboratorio (SAMMO) se pudo completar y tener cubierta todas las necesidades de comunicación, captura de información, visualización y resguardo de la información generada, logrando la adecuada visualización de la página WEB que muestra los resultados del proyecto. Todo lo comprometido en el proyecto se llevó a buen fin, lo que no quiere decir que no se hayan tenido dificultades para ello, podemos mencionar algunas por ejemplo; durante el primer año el COVID nos retrasó muchas actividades por obvias razones, entre compras de materiales trabajar en grupo, y principalmente el poder contar con un mayor tiempo para la selección de becarios pues no todos pudieron hacer trámites necesarios para la obtención de la beca en tiempo y forma, por ello nos retrasamos en su selección. Sin embargo, creo que los becarios que tuvimos han cumplido con el proyecto, ahora solo falta que ellos terminen en tiempo y forma ante su universidad. Un aspecto a resaltar es no haber considerado un mayor número de equipos para tener una mejor área de estanques, considerar otros gastos que aunque menores si afectan en el presupuesto considerado, todo ello atribuible un poco a la falta de conocimiento en los procesos administrativos en este tipos de proyectos, sin embargo, nos deja una gran experiencia al respecto. Debido al éxito del proyecto, estamos considerando escalar el proyecto para contar con un mayor número de acuarios, lámparas, diferentes sensores que complementen los parámetros a medir, y principalmente el mantenimiento y actualización reemplazo de todos los elementos involucrados, involucrando su uso a los estudiantes interesados en realizar su tesis de grado, y con ello aprendiendo la importancia de un buen diseño de acuarios para investigación. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | En este segundo año y final del proyecto, se logró cumplir con todas y cada una de las metas del proyecto, logrando una plataforma web bastante robusta que logra contener toda la información del proyecto (manuales guías, cursos) así como la visualización en tiempo real de la solución tecnológica diseñada para el monitoreo de las variables, así como el control de las lámparas led. con los siguientes links de cada área desarrollada y comprometida en el proyecto, los otros productos de difusión están en el repositorio del proyecto en DGAPA Virtualización: El presente documento es una guía de instalación y configuración de Vmware para la puesta en marcha del servidor virtual para la instrumentación de acuarios con Arduino.https://acuarios.icmyl.unam.mx/manuales/MaquinaVirtual.pdf Tecnologías de información: Manual para instalación y configuración de servidor para la instrumentación y servicios webhttps://acuarios.icmyl.unam.mx/manuales/InfraestructuraTI.pdf Instrumentación I: Implementación e instrumentación de acuarios marinos como estrategia de enseñanza en la docencia e investigación I https://acuarios.icmyl.unam.mx/manuales/P1.pdf Instrumentación II: Implementación e instrumentación de acuarios marinos como estrategia de enseñanza en la docencia e investigación II https://acuarios.icmyl.unam.mx/manuales/P2.pdf Instrumentación III Implementación e instrumentación de acuarios marinos como estrategia de enseñanza en la docencia e investigación III https://acuarios.icmyl.unam.mx/manuales/P3.pdf Diseño e instalación de lámparas: Diseño e instalación de lámparas con tecnología LED, para simulación de ciclo diurno. https://acuarios.icmyl.unam.mx/manuales/dise%C3%B1o.pdf Acuarios: Determinación de la calidad del agua en acuarios marinos. A lo largo de la historia, se ha encontrado que el agua en la naturaleza puede variar en sus cualidades, afectando su uso en las diferentes industrias. Por lo anterior, se acuña el término “calidad del agua”. https://acuarios.icmyl.unam.mx/manuales/Manualcompleto.pdf |
| metadata.dcterms.provenance: | La Unidad Académica de Sistemas Arrecifales (UASA) |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Biología |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| metadata.dc.contributor.coresponsible: | ESCALANTE MANCERA,JOSE EDGAR |
| Aparece en las colecciones: | 2. Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud |
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