El Espacio Europeo de Enseñanza Superior (EEES) ha optado por una aplicación progresiva de las tecnologías de la información y comunicación (TIC) como nuevos métodos y técnicas de enseñanza-aprendizaje, empleando para ello tanto la formación presencial, como la semipresencial y a distancia, e implicando al propio alumno en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

 Por otra parte, la enseñanza en ingeniería ha utilizado las prácticas de laboratorio para lograr acercar al alumno al mundo real, aplicando los conocimientos teóricos a la práctica. Por consiguiente, considerando la gran aceptación que por parte de los alumnos tienen las TICs y el hecho de que el EEES intenta que las prácticas de laboratorio tengan un mayor peso docente del que hasta ahora han tenido, la utilización de laboratorios virtuales está cobrando gran importancia en los últimos años.

 Los laboratorios virtuales utilizan simulaciones de los procesos a ensayar, intentando recrear la instalación experimental real. Presentan una serie de ventajas e inconvenientes que los hacen adecuados únicamente en determinadas situaciones, por lo que es muy importante estudiar la metodología de su utilización.

 En vista de lo anterior, y siguiendo con  la trayectoria del grupo que ya ha desarrollado diferentes laboratorios virtuales, algunos de ellos subvencionados en convocatorias anteriores, se propone en este proyecto la realización de dos laboratorios virtuales:

1. Laboratorio virtual de cascadas de álabes de turbina. Con este laboratorio se estudiarán las actuaciones de una cascada de álabes de turbina en función de la geometría de los álabes, de su número, del número de Mach de salida, etc.
2. Laboratorio virtual de la medida de oscilaciones cíclicas de presión en un motor alternativo de encendido provocado.

 En el primer laboratorio propuesto (cascada de álabes) ya se ha estado trabajando anteriormente, obteniendo soluciones numéricas con las ecuaciones de Euler, tanto estacionarias como no estacionarias, para números de Mach en la sección de salida comprendidos entre 0.75-1.4. La distribución de presiones obtenida alrededor del perfil concuerda satisfactoriamente con los resultados experimentales disponibles, en ambos casos. La solución no estacionaria proporciona información de la estructura de la estela y de la formación de torbellinos de von Karman que se observa depende del número de Mach. También se ha obtenido una solución viscosa preliminar para Mach de salida 1.4.

En el presente proyecto se propone mejorar este laboratorio, considerando casos más realistas, para lo que se:

1. Completarán las soluciones con viscosidad.
2. Ampliará el rango del número de Mach de salida hasta Mach axial igual a la unidad (condición de bloqueo del dominio) para ambos casos.
3. Analizará con detalle las soluciones y se extraerá información del efecto de la viscosidad y de la validez de las soluciones no viscosas estacionarias.
4. Preparará material docente para ser utilizado en clases de teoría con presentación de videos incluida o en realización de prácticas donde el alumno realiza el experimento numérico y analiza los resultados.

 En el segundo laboratorio propuesto (oscilaciones cíclicas) se pretende desarrollar y validad un modelo que simule las oscilaciones cíclicas de presión que aparecen en los motores de encendido provocado. Para esto se utilizará un modelo mixto estocástico-determinista, con un modelo de combustión con propagación de llama turbulenta. El laboratorio se realizará de forma que se pueda simular la operación del motor con diferentes combustibles.

 Las razones para el desarrollo de estos laboratorios se basan por una parte en la imposibilidad de disponer de un laboratorio con un banco de ensayo con una cascada de álabes de turbina y por otra en el reducido número de alumnos que pueden realizar la práctica de ciclo indicado debido al reducido espacio existente en el banco de ensayo. Además, estos laboratorios virtuales permitirán realizar estudios paramétricos de las variables de diseño y operación de los dos sistemas indicados, que de otra forma serían prácticamente imposibles de realizar.

 Por consiguiente los objetivos generales que se persiguen son:

1. Desarrollar dos nuevos laboratorios virtuales, uno de turbomáquinas y otro de motores alternativos,  haciendo uso siempre que sea posible del material desarrollado en proyectos anteriores.
2. Utilizar estos materiales para impartir docencia en las asignaturas correspondientes, tanto en formato presencial, como a distancia.
3. Evaluar su eficiencia haciendo las correspondientes evaluaciones, tanto a profesores, como a alumnos.
4. Potenciar las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) en los métodos docentes y evaluadores, intentando implementar los laboratorios en la plataforma virtual Moodle.
5. Difundir los resultados de la experiencia y los materiales generados.

todo ello con la finalidad de lograr:

1. Que el profesor pueda mejorar su labor docente al disponer de una herramienta que le permita simular el comportamiento real de los sistemas a estudiar
2. Que el alumno pueda disponer de estas herramientas para su uso fuera del aula, permitiéndole volver a repetir los casos vistos en las clases presenciales u otros casos nuevos, así como organizar su aprendizaje según sus necesidades temporales.
3. Que el alumno intervenga de forma activa en el proceso de enseñanza-aprendizaje.
4. Que el alumno logre objetivos cognoscitivos como son:

• Conocer y analizar la influencia de los parámetros de diseño y operación de una cascada de álabes de turbina sobre su comportamiento fluidodinámico.
• Conocer y analizar la influencia de los parámetros de diseño y operación de un motor alternativo sobre diversos procesos del motor.

5. Que el alumno logre objetivos competenciales como son:

• Capacidad crítica y autocrítica.
• Conocimientos generales básicos y capacidad para el análisis y síntesis.
• Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
• Capacidad de aprender.

 El proyecto que se propone, va dirigido fundamentalmente a los alumnos que cursan las asignaturas de “Turbomáquinas“, “Motores de Reacción y Turbinas de Gas”, “Aerorreactores y Turbinas de Gas“, “Motores Alternativos I”, “Motores Alternativos II”, que se imparten actualmente en la Titulación de Ingeniero Aeronáutico y a los alumnos que cursarán las asignaturas de “Propulsión Aeronáutica”, “Motores Alternativos Aeronáuticos”, “Aerorreactores” y “Propulsión de Aeronaves” del grado en Ingeniería Aeroespacial que ha comenzado a impartirse en el curso 2010/11 (ver Tabla 1).

Para la realización del proyecto y el logro de los objetivos se dispone de diferentes medios materiales entre los que se pueden citar:

• Ordenadores personales.
• Escáner a color de sobremesa.
• Impresoras.
• Software diverso para programar los modelos de simulación.
• Bibliografía.

La duración del proyecto es de 11 meses (desde el 1 de octubre de 2011 al 31 de septiembre de 2012), de forma que el material desarrollado esté preparado para su utilización en el aula y vía on-line para el curso 2011-2012. El calendario de actividades se muestra en la Tabla 2, indicando la tarea y el tiempo estimado. Como se ve, existen tareas que coexisten a la vez debido a que no son incompatibles al ser realizadas por los diversos profesores, ayudados por los becarios que se solicitan en el proyecto.

 Se proponen las siguientes tareas:

1. Búsqueda bibliográfica, determinando el estado del arte en cada uno de los temas a desarrollar, analizando las diferentes soluciones existentes.
2. Estudio y planteamiento de la mejor metodología a utilizar para cada laboratorio virtual a desarrollar.
3. Desarrollo de un modelo para la determinación de actuaciones de una cascada de álabes de turbina. Para llevar a cabo el desarrollo de este modelo y su posterior utilización se solicita la renovación de 5 licencias del software de simulación Fluent.
4. Desarrollo de un laboratorio virtual para la medida de las oscilacviones cíclicas de presión del ciclo indicado de un Motor Alternativo de encendido provocado. Para llevar a cabo el desarrollo de este modelo y su posterior utilización se solicita la renovación de 5 licencias del software de simulación Fire.
5. Contrastación y validación de los modelos desarrollados.
6. Elaboración de las metodologías docentes más adecuadas para la utilización de cada laboratorio en el aula.
7. Elaboración de las metodologías docentes más adecuadas para la utilización de cada laboratorio fuera del aula.
8. Autoevaluación del desarrollo de cada uno de los modelos.
9. Elaboración de cuestionarios de expectativas, tiempo de dedicación, incidencias críticas (CUIC) y satisfacción.
10. Estudio de la posibilidad de implementación de los modelos en la plataforma virtual Moodle.
11. Análisis y evaluación de resultados.
12. Publicación de los resultados en foros, congresos y revistas.

Para evaluar los resultados del proyecto se utilizarán unos indicadores para los profesores que intervienen en la ejecución del proyecto y otros para los alumnos. Esto último se considera importante dado que el alumno es el usuario final del sistema desarrollado.

Para evaluar los resultados del proyecto desde el punto de vista del profesor se marcan los indicadores mostrados a continuación, y cuya puntuación se muestra en la Tabla 3:

• Terminación de los modelos correspondientes a cascada de álabes de turbina, considerando el número de parámetros de diseño y operación introducidos, validación de resultados, etc.
• Terminación del laboratorio virtual para la medida del ciclo indicado de un Motor Alternativo de encendido provocado, considerando la validación de resultados, etc.
• Facilidad de modificación posterior de los modelos.
• Calidad del interface con el usuario en cuanto a facilidad de acceso, uso, claridad, etc.
• Elaboración de las metodologías docentes más adecuadas para la utilización de cada modelo en el aula.
• Elaboración de las metodologías docentes más adecuadas para la utilización de cada modelo fuera del aula.
• Implementación de los modelos en la plataforma Moodle.
• Elaboración de cuestionarios par que los respondan los alumnos y evalúen la metodología utilizada.
• Comunicaciones a congresos y publicaciones.

Se considerará haber alcanzado los objetivos si se obtiene una puntuación igual o superior a 75 puntos sobre 100.

Para evaluar los resultados del proyecto desde el punto de vista de los alumnos se pedirá a algunos de ellos que hagan uso de los laboratorios virtuales y contesten unos cuestionarios de:

• expectativas, en el que se evalúa la actitud previa del alumno ante los laboratorios virtuales.
• control de tiempo empleado en la realización de las actividades propuestas.
• incidencias críticas (CUIC) para valorar lo positivo y negativo de la metodología.
• satisfacción, con el que se pretende obtener una valoración global de la metodología empleada, presentación, organización, etc.

 con lo que se estará en disposición de realizar cambios de mejora en el material desarrollado.

Además se les pedirá que respondan a otro cuestionario en el que se evalúan los indicadores mostrados a continuación y que serán los que se utilicen para conocer si se han alcanzado los objetivos mediante la puntiación alcanzada (ver Tabla4):

• Valoración de la metodología planteada.
• Valoración de facilidad de utilización de los laboratorios.
• Valoración de claridad del interface de usuario.
• Facilidad de acceso a la plataforma Moodle.
• Calidad del material disponible en la plataforma.
• Valoración global.

Se considerará haber alcanzado los objetivos si se obtiene una puntuación igual o superior a 75 puntos sobre 100.

Los resultados se difundirán mediante la participación en seminarios, talleres y en especial todas aquellas actividades organizadas por la UPM.

Se intentará asistir a los congresos y publicar en:

• XIX Congreso Universitario de Innovación Educativa en Enseñanzas Técnicas.
• IX Simposium Iberoamericano en Educación, Cibernética e Informática: SIECI 2012.
• Multidisciplinary symposium on the design and evaluation of digital content for education (SPEDECE 2012).
• Publicaciones en revistas especializadas: International Journal of Engineering Education, Computers & Education, etc.