Con este proyecto de innovación educativa se pretende extender la metodología y la experiencia adquirida en el trabajo realizado ya para adaptar varias asignaturas impartidas en la Unidad Docente de Máquinas Eléctricas al EEES, a tres asignaturas más del actual plan de estudios de Ingeniero Industrial: “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”. Esto es, con esta cuarta convocatoria a la que acude el GIEME se pretende completar el conjunto total de asignaturas que la Unidad Docente de Máquinas Eléctricas imparte en la actualidad (Plan 2000).

En el proyecto concreto que presenta este grupo de innovación educativa se pretende alcanzar los siguientes objetivos básicos para cada una de las tres asignaturas definidas:

1.  Establecer una metodología de trabajo que permita guiar el aprendizaje del alumno de una forma continua durante todo el semestre y realizar una evaluación continua de este aprendizaje.

2.  Mejorar tanto los equipos como la metodología a llevar a cabo en las sesiones prácticas de laboratorio. Particularmente se pretende contribuir decisivamente a la actual remodelación del Laboratorio de Simulación de Centrales Eléctricas y se pretende crear una instalación adecuada para que puedan realizarse prácticas de laboratorio sobre vehículos eléctricos. Estas instalaciones mencionadas permitirán realizar prácticas innovadoras que se espera que supongan una mejora en el proceso de aprendizaje de los alumnos en las asignaturas involucradas.

3.  Cuantificar el trabajo del alumno para disponer de una estimación adecuada del tiempo que lleva al alumno medio superar las asignaturas objeto de este Proyecto.

Teniendo en cuenta los objetivos que tiene esta propuesta de trabajo en las asignaturas “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”, los logros que se pretende alcanzar tras la realización de este Proyecto son los siguientes:

-        Mejorar el aprendizaje de los alumnos motivándolos para que trabajen de forma continua a lo largo de todo el semestre.

Para lograr esto se prepararán nuevos ejercicios y problemas, así como baterías de preguntas tipo test o cuestiones cortas para la realización de un control parcial a mitad de curso. También se prepararán proyectos y trabajos para que realicen los alumnos en grupo y expongan después en público.

-        Mejorar y ampliar las instalaciones de laboratorio, dado que es el lugar donde realmente se acaban de asimilar los conceptos aprendidos en el estudio previo realizado en las asignaturas “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”. Para lograr esto se pretende actuar en los siguientes frentes:

-Contribuir con becarios y recursos a la remodelación del actual Laboratorio de Centrales Eléctricas para que el alumno pueda realizar más prácticas y con mayor flexibilidad.

-Contribuir en el desarrollo de una instalación con vehículo eléctrico para que el alumno pueda realizar una nueva práctica de laboratorio en la asignatura de Control de Máquinas Eléctricas.

-        Dar más énfasis a las sesiones prácticas en el laboratorio. Para ello se pretende:

-Realizar una completos Guiones de las prácticas de laboratorio, donde se presentan los objetivos de la práctica, los ensayos a realizar y las medidas de seguridad que se deben conocer relativas al trabajo en el laboratorio.

-Establecer un sistema de control previo a la realización de cada práctica, que obligue al alumno a estudiar los guiones preparados, y que, junto a la nota de la memoria presentada al final, sirva para incluir el trabajo de laboratorio en la evaluación continua del alumno.

-        Determinar de manera objetiva la dedicación del alumno medio necesaria para superar las asignaturas de “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”, de forma que se podrá adaptar y corregir, si es necesario, la planificación docente de la asignatura para que cuadre con el número de créditos ECTS que tiene asignado en el plan de estudios.

Básicamente esta propuesta surge con la intención de dar continuidad a una línea de trabajo que ha emprendido un grupo de profesores del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la ETSI Industriales, para dar respuesta a la invitación que hace la UPM a sus centros para que se produzca una adaptación de las enseñanzas conforme a los criterios de convergencia del EEES. Convencidos de que es nuestra obligación aprovechar los procesos de cambio para intentar mejorar nuestra labor docente, en este Proyecto se proponen distintas novedades relacionadas con las asignaturas “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas” y que principalmente afectan a:

-        El proceso de guiado del aprendizaje y la formación continua del alumno a lo largo de todo el semestre. El objetivo es hacer trabajar al alumno de forma continuada para favorecer su proceso de aprendizaje. Asimismo se modificará el procedimiento de evaluación de las asignaturas para valorar este esfuerzo constante y estimular al alumno en su ejecución.

-        La mejora de las enseñanzas prácticas en el laboratorio. Este campo es de vital importancia para asentar los conocimientos teóricos impartidos en el aula en una materia como las centrales y las máquinas eléctricas en una escuela superior de ingeniería.

Descripción de las actividades a realizar:

LABORATORIO DE SIMULACIÓN DE CENTRALES ELÉCTRICAS.

En la cátedra de Máquinas Eléctricas, dentro del Dpto. de Ingeniería Eléctrica, se encuentra localizado un simulador de centrales eléctricas.  Este simulador fue construido al final de los años 80.

En dicho simulador se pueden realizar las maniobras de arranque y parada de una central eléctrica, mediante equipos a escala, incluyendo la posibilidad de conectarse y gestionar la conexión a la red eléctrica de la central.

Como tal simulador, está siendo utilizado en distintas asignaturas, como Máquinas Electricas I, Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica y Centrales Eléctricas. Sin embargo, y a pesar de ciertas mejoras introducidas en años anteriores, la experiencia indica que es necesario incrementar la capacidad de interactividad con grupos de alumnos.

Razones para la modernización del Laboratorio.

Con el fin de mejorar la posibilidad de participación de los alumnos en las prácticas se ha pensado en la instalación de un autómata programable (PLC) con un sistema de supervisión y adquisición de datos (SCADA), tal como tienen las centrales eléctricas de hoy en día.

Estos nuevos sistemas permitirían el control del simulador desde un PC simulando un puesto real de operación de una central.

La realización de estas modificaciones permitirá que uno o varios alumnos puedan utilizar el simulador desde diversas posiciones de trabajo, no desde una posición única como se realiza actualmente. Con ello, se abrirá la posibilidad de realizar prácticas con pequeños grupos, en las cuales todos los alumnos tengan la oportunidad de forma sencilla de operar con el simulador, alterando las condiciones de funcionamiento de la central simulada.

Adicionalmente a estos sistemas se quiere instalar equipos de protecciones digitales actuales para que los alumnos se familiaricen con los equipos reales que van a encontrar en el mundo laboral.

Desarrollo del proyecto

En un primer paso, se desea continuar realizando las prácticas de forma local, con presencia de un profesor. Es importante considerar que en la instalación se incluirá una máquina de 4 kW (hasta la fecha se utilizaba una de 0,5 kW), que gira a 1500 rpm. Además, las conexiones eléctricas son a una tensión de línea de 400 V. Todo ello hace que de momento, y mientras no se tenga una mayor experiencia, se considere necesaria la presencia física simultanea de alumnos y profesores en el laboratorio de simulación de centrales.

Las modificaciones a realizar incluyen la instalación de nuevos equipos, cambiar el sistema de control a un PLC, así como actualizar los sistemas de medida de manera que se puedan adquirir y enviar los datos a diversos ordenadores por una red local.

            Se pretende reformar el simulador de una forma modular y ampliable, de manera que en caso de obtenerse otros equipos comerciales que resulten de interés para ser integrados en el simulador, pueda hacerse fácilmente.

Beneficios de la reforma del laboratorio.

En paralelo con la realización de estos cambios, se pretende actualizar la evolución de las distintas asignaturas de generación que imparte el departamento. Además de estas asignaturas, como se ha indicado, la asignatura de Máquinas Eléctricas I utilizará el simulador en una de las prácticas que se imparten. Esta asignatura ya ha sido objeto de un proyecto de actualización para adecuarse a los criterios de convergencia del EEES.

La segunda asignatura, esta ya de la especialidad de ingeniería eléctrica, es “Generación y almacenamiento de energía eléctrica”, que se imparte en quinto curso. En esta asignatura se hace una descripción completa de las centrales, sobre todo de los distintos equipos y aparamenta eléctrica que las componen.

La tercera asignatura corresponde a la especialidad de Técnicas Energéticas, también en quinto curso, y se denomina “Centrales Eléctricas”. De nuevo, se hace una descripción completa de los distintos elementos de la central, su funcionamiento y relaciones de dependencia. En esta asignatura, se considera necesario que los alumnos puedan comprender el efecto de las maniobras dentro de una central sobre el resto del sistema. Con las nuevas características del simulador, podrán plantearse nuevas prácticas que además conlleven una evaluación más continua, incrementando la participación del alumno a lo largo de la asignatura.

INSTALACIÓN DE LABORATORIO PARA LA REALIZACIÓN DE PRÁCTICAS SOBRE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS.

Los vehículos con propulsión eléctrica y baterías, disponen de una capacidad de almacenamiento de la energía de frenado que no tienen los vehículos convencionales. Además, no contaminan directamente y son muy silenciosos, propiedades que en movilidad urbana van siendo cada vez, por fin, más demandadas. El Departamento de Ingeniería Eléctrica de la ETSII, sensible a esta evolución en el sector del transporte, ha iniciado recientemente una línea de trabajo en este campo, con la intención de adquirir conocimiento para poderlo transmitir a los futuros profesionales que tenemos la responsabilidad de formar. En este PIE se pretende dotar al laboratorio de una instalación adecuada para la realización de una práctica (de momento) sobre vehículos eléctricos.

Respecto a la actualización de las asignaturas involucradas en este proyecto de innovación educativa, “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”, se proponen las siguientes actividades:

-        Se pretende realizar un control a mitad de cuatrimestre, con la intención de obligar al alumno a su estudio antes de empezar a estudiar una parte del temario diferente. Se realizará en una hora de clase y será del tipo test.

-        Problemas para entregar. Como ya se viene haciendo durante varios cursos académicos en otras asignaturas del Departamento de Ingeniería Eléctrica, al final de cada uno de los bloques principales de contenidos se pedirá al alumno que entregue un problema resuelto propuesto por el profesor, cuyo nivel de dificultad sea parecido al que se exigirá en el examen final de la asignatura.

-        Dada la especial importancia que tienen las enseñanzas prácticas en el aprendizaje de una materia como las máquinas y centrales eléctricas, se pretende mejorar, en general, las sesiones prácticas de laboratorio de las asignaturas objeto de este PIE. Para ello se propone:

o   Desarrollar nuevas instalaciones de laboratorio (vehículo eléctrico) o modernizar las ya existentes (laboratorio de simulación de centrales) para intentar mejorar el aprendizaje de los alumnos en las materias involucradas en este proyecto.

o   Elaborar unos guiones completos de cada práctica, que incluyen tanto la descripción de los equipos que se van a utilizar como la secuencia de ensayos a realizar, los datos y medidas que hay que tomar y finalmente, los contenidos de la memoria que debe presentarse.

Los guiones tienen como segundo objetivo, y no menos importante, concienciar al alumno de la responsabilidad que entraña la operación con sistemas eléctricos de potencia, por lo que se hace hincapié en la importancia de trabajar con seguridad en el laboratorio de máquinas eléctricas.

o   Preparación de tests cortos, que deberá superar el alumno para poder realizar la práctica. Como se ha indicado, el alumno no sólo debe conocer bien lo que va a hacer sino que debe estar al tanto de las normas de seguridad relacionadas con el laboratorio en el que se va a trabajar. Y para asegurar que se conocen estas normas y que se viene preparado al laboratorio se propone realizar un test corto que el alumno debe superar para poder quedarse a hacer la práctica ese día. En caso de no pasar este test se emplazará al alumno a realizar la práctica otro día o a recuperarla al final de curso en los días previstos para incidencias.

Evaluación:

Dado que es frecuente encontrar un elevado número de alumnos reticentes a participar en cualquier actividad que suponga un cambio brusco en su proceso habitual de enseñanza-aprendizaje, en una primera fase, pretendemos que el alumno se acoja de forma opcional al sistema de formación que se plantea en este proyecto. Ahora bien, con objeto de motivar al alumno para que participe en el sistema de formación y seguimiento continuo que se propone, el trabajo realizado durante el curso tendrá una repercusión importante en la nota final de la asignatura. Así pues, el alumno libre y voluntariamente se puede acoger a una de las dos alternativas de evaluación que se proponen a continuación:

1.  Evaluación “continua”. Será válida en las tres convocatorias del curso académico. La calificación se obtendrá mediante la ponderación de:

-          La nota del examen (75 %)

-          La nota de clase (25 %). Se puede conseguir esta nota realizando las siguientes actividades:

o   Control a mitad de cuatrimestre (40 % de la nota de clase). Se realizará en el aula en una fecha que se anunciará con la suficiente antelación (aproximadamente transcurridos dos meses de clase), que coincidirá con el final de la docencia en el aula del primer bloque de contenidos.

o   Trabajo en grupo (40 % de la nota de clase) desglosado en función de:

                                          i.    Nota del informe del trabajo (50%)

                                        ii.    Nota de la presentación en público del mismo (50 %)

o   Entrega de problemas (10 % de la nota de clase). Realizados de forma individual por el alumno

o   Prácticas de laboratorio (10 %) desglosado en función de:

                                          i.    Nota de los tests previos a cada sesión de laboratorio

                                        ii.    Nota de las memorias entregadas después de cada práctica

El sistema formativo propuesto persigue la formación integral del alumno en materia de control de máquinas y centrales eléctricas, por lo que es de vital importancia, y por tanto obligatorio para el alumno, la participación con aprovechamiento en las tres actividades propuestas (las prácticas de laboratorio son obligatrorias). Asimismo, también de acuerdo con este planteamiento, es necesario obtener una calificación mínima de 3 (sobre 10) en el control a mitad de cuatrimestre para poder acogerse a este método de evaluación “continua”.

2.  Evaluación “convencional”. La calificación final será directamente la nota del examen

Con cualquiera de los dos métodos de evaluación es totalmente necesario aprobar las Prácticas de Laboratorio.

Las distintas fases de realización del proyecto están ligadas a las actividades que se plantea realizar y son las siguientes:

-        Búsqueda y contratación de becarios.

-        Preparación de una base de datos con preguntas del tipo test y pequeñas cuestiones sobre el primer bloque de contenidos de las asignaturas “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”.

-        Modernización del Laboratorio de Simulación de Centrales Eléctricas para aumentar la capacidad de interactividad con el alumno y prepararlo para que en el futuro se pueda convertir en un laboratorio virtual donde se puedan realizar prácticas a través de internet.

-        Adaptación de la instalación de laboratorio con vehículo eléctrico para la realización de una práctica en la asignatura de “Control de Máquinas Eléctricas”.

-        Creación o actualización de los guiones de prácticas de laboratorio.

-        Elaboración de baterías de preguntas del tipo test sobre los contenidos de los guiones de prácticas, para la realización del control previo a cada sesión de laboratorio.

-        Preparación de una encuesta para recoger la opinión de los alumnos sobre las novedades introducidas en el método educativo de la asignatura, así como para la cuantificación de la dedicación media que supone a un alumno superar las asignaturas definidas. Los resultados de esta encuesta, junto con la valoración de las notas finales serán las herramientas a utilizar para medir el éxito en el cumplimiento de los objetivos planteados en este Proyecto.

-        Recopilación de resultados para la elaboración de los informes semestral y final para el seguimiento por parte de la universidad de este proyecto de innovación educativa.

El objetivo de mejorar el aprendizaje de los alumnos en las asignaturas “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”, se pretende evaluar en función de dos parámetros:

-        La opinión subjetiva del alumno sobre las novedades introducidas en el método docente de la asignatura, que expresará en la encuesta que se elaborará para este fin. Esta información se puede también complementar con la obtenida de forma parcial a través de las tutorías con algunos alumnos.

-        La comparación del volumen de aprobados y las notas obtenidas por los alumnos en el próximo curso académico 2009-10 y los años anteriores.

El objetivo de dar más importancia a las enseñanzas prácticas y tratar de mejorar el aprendizaje de las centrales y control máquinas eléctricas en las sesiones de laboratorio se evaluará de dos formas:

-        Considerando las actividades relacionadas con la elaboración de material docente (guiones de prácticas, test de acceso, renovación del laboratorio de simulación de centrales, preparación de una nueva práctica sobre vehículos eléctricos, etc), cuya realización es fácilmente verificable.

-        Considerando a su vez la evaluación de las novedades y mejoras introducidas en el material docente de laboratorio. Para conocer la opinión que el alumno tiene sobre las mismas y, sobre todo, el efecto que tiene este material en el objetivo final de mejora del aprendizaje que se persigue en este proyecto, de nuevo se recurrirá a la encuesta que se realizará a los alumnos.

En cuanto al objetivo de medir de una forma lo más objetiva posible el esfuerzo en horas que dedica un alumno medio a superar las asignaturas “Generación y Almacenamiento de Energía Eléctrica”, “Centrales Eléctricas” y “Control de Máquinas Eléctricas”, se trata de una actividad fácilmente verificable, por lo que el indicador que servirá para medir su éxito será la existencia de resultados de las encuestas realizadas a los alumnos que se reflejarán en el informe final de este proyecto.