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Ficha Proyecto I.E. 2016-2017



Domotic Multidisciplinary Hydraulic Channel (DMHC)

Coordinador(a): JAIME GARCIA PALACIOS
Centro: E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS
Nivel: Nivel 1. Proyectos promovidos por los Grupos de Innovación Educativa (GIEs)
Código: IE1617.0403
memoria >>
Línea: E5. Aprendizaje Experiencial
Palabras clave:
  • Aprendizaje Activo
  • Aprendizaje Adaptativo
  • Aprendizaje Basado en Problemas
  • Aprendizaje Experiencial
  • Autoaprendizaje-Aprendizaje Autónomo
  • Competencias específicas
  • Desarrollo de TIC's
  • Elaboracion material docente
  • Emprendimiento
  • Evaluación del aprendizaje
  • Grado
  • Máster
  • Material Multimedia
  • Objetos 3D
  • Realidad Aumentada
  • Robótica
  • Uso de TIC
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza *
ALVARO ARAUJO PINTO E.T.S.I. DE TELECOMUNICACION L.D. PRF.CONTR.DOCT.
RAUL SANCHEZ CALVO ETSI AGRONÓMICA, ALIMENT. Y BIOSISTEMAS TITULAR UNIVERSIDAD
VICENTE NEGRO VALDECANTOS E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS TITULAR UNIVERSIDAD
JOSE SANTOS LOPEZ GUTIERREZ E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.CONTR.DOCT. INTERINO
FCO. JAVIER MARTIN CARRASCO E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS TITULAR UNIVERSIDAD
JAIME GARCIA PALACIOS E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.CONTR.DOCT.
CARLOS MANUEL CASTRO BARBERO E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS CATEDRÁTICO UNIVERSIDAD
JOSE ANGEL SANCHEZ FERNANDEZ E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS TITULAR UNIVERSIDAD
Cristian Ponce Farfán E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS OTROS UPM
MIGUEL ANGEL TOLEDO MUNICIO E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS TITULAR UNIVERSIDAD
LUIS MARIA GARROTE DE MARCOS E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS CATEDRÁTICO UNIVERSIDAD
LUIS JESUS MEDIERO ORDUÑA E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS TITULAR UNIVERSIDAD
JOSE IGNACIO SARASUA MORENO E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.CONTR.DOCT. INTERINO
JUAN IGNACIO PEREZ DIAZ E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.CONTR.DOCT.
DAVID SANTILLAN SANCHEZ E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.AYUD.DOCTOR
ALFREDO GRANADOS GARCIA E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.AYUD.DOCTOR
IVAN MUÑOZ DIAZ E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS TITULAR UNIVERSIDAD
RAFAEL MORAN MOYA E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.AYUD.DOCTOR
ALVARO FRANCISCO SORDO WARD E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PRF.AYUD.DOCTOR
Francisco Tirado Andrés Centro fuera de la UPM OTROS NO UPM
MARIA DOLORES ESTEBAN PEREZ E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS L.D. PROF. ASOCIADO
Jose Manuel Soria Herrera E.T.S.I. DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS OTROS UPM
Carlos Iturregui Otro centro de la UPM OTROS UPM
Jorge García Samartín Otro centro de la UPM OTROS UPM
Jorge Romero Tarodo Centro fuera de la UPM OTROS NO UPM
Maria Isabel Delgado Babiano Centro fuera de la UPM OTROS NO UPM
* La plaza que se muestra corresponde a la ocupada en el momento de la convocatoria
(para PDI/PAS de la UPM, en el resto de casos no se especifica).
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El presente proyecto tiene como finalidad fundamental el crear una plataforma física de ensayos de laboratorio, modular y de bajo coste, que permita adaptar las prácticas de laboratorio a los nuevos sistemas de aprendizaje, ampliando y modernizando la oferta actualmente disponible en nuestro laboratorio.

En la actualidad el laboratorio de Hidráulica de la ETSI de Caminos, Canales y Puertos de la UPM dispone de numerosos equipos de experimentación para la realización de prácticas de laboratorio. El equipamiento del laboratorio es una combinación de equipos clásicos de ensayo que datan de la época de construcción de la Escuela con nuevos equipos que se han ido adquiriendo aprovechando la disponibilidad presupuestaria. La mayor parte de estos equipos cuentan con instrumentación convencional de lectura directa, que no permite un tratamiento automatizado. Sobre estos equipos se ha realizado una importante labor para que los alumnos puedan trabajar en ellos de forma independiente y procesar los resultados de las medidas que realizan en el laboratorio a través de un portal web. Para ello se ha desarrollado una plataforma (http://gie30.caminos.upm.es/practicas/) donde se presenta una colección de videos didácticos con: a) una introducción de la práctica, b) una descripción del sistema, c) la teoría asociada a cada uno de los ejercicios, d) el desarrollo práctico a seguir en el laboratorio para el manejo de los equipos y e) los resultados que van a obtenerse de ese modelo. Esta plataforma, desarrollada en anteriores proyectos de este mismo GIE, cuenta con una gran acogida, cumple con los objetivos E1, Aula Invertida, E4, Aprendizaje Adaptativo, E5, Aprendizaje Experiencial, y E6, Otras experiencias innovadoras que contribuyan a la mejora educativa.

Sin embargo, existe una limitación muy importante a la hora de ampliar la oferta de prácticas: las soluciones comerciales existentes consisten en paquetes cerrados, con un coste muy elevado, que requieren una fuerte inversión para la compra de la instalación física, con la limitación de que la electrónica de medida suele ser únicamente aplicable a esa instalación. Además los alumnos demandan sistemas más modernos de medida que los actualmente utilizados en las prácticas, que permitan la adquisición automática de datos y facilites su análisis posterior.

Desde la experiencia adquirida en este laboratorio en la monitorización de ensayos sobre modelos físicos, se ha constatado que se puede proponer un sistema de prácticas muy participativo para el alumno, con una electrónica mucho más abierta y de menor coste que las soluciones comerciales. En esta instalación, además de poder realizar prácticas, se puede proponer la creación e implementación de nuevas herramientas de cálculo y control para los alumnos de Master, no solo de nuestra escuela sino también de otras de la UPM

Para ello, se propone la construcción de un canal, con sistemas de regulación de caudal y medida automatizados, controlado a través de una plataforma de hardware de bajo coste controlada mediante ordenadores de muy bajo coste como la raspberry pi, y con software abierto, modificable y expandible, con el propósito de hacerlo participativo para nuevas contribuciones.

El diseño del canal, tanto en su parte estructural y funcional como en la electrónica de medida, sistemas de control y plataforma software se realizará por los alumnos, con un seguimiento, muy cercano, por parte de los profesores implicados en el proyecto. En la actualidad se cuenta con un grupo de alumnos implicados en el diseño estructural, la electrónica, el comportamiento hidráulico del canal y el sistema de control de la instalación que han manifestado su interés por el proyecto y estás dispuestos a colaborar.

El proyecto se ha considerado de gran interés en el Departamento como elemento de modernización necesario para las prácticas, por lo que contribuirá con fondos propios a una parte importante de los gastos que se producirán en la construcción a los que no podrá alcanzar la subvención que se facilita en la presente convocatoria.

El diseño completo consta de varias partes que se detallan a continuación:

Estructura

  • Canal principal: Su construcción se realizará en metacrilato y aluminio con dimensiones aproximadas de 5 m de largo por 8 cm de ancho y 30 cm de altura. Entre sus principales características se destacarán:
    • Ser basculante mediante motores para estudiar el comportamiento con distintas pendientes y regímenes de circulación.
    • Tener varias compuertas para controlar el tipo de régimen, formar resaltos, crear curvas de remanso de diferentes tipologías y estudiar su comportamiento. Deberán estar monitorizadas en su desplazamiento con control de la posición.
    • Permitir la colocación de elementos intermedios en forma de piezas especiales elaboradas en impresora 3D como vertederos, escalones, pequeñas presas, etc.
    • Permitir el movimiento automatizado de carros en su parte superior para la colocación de diferentes elementos como sondas de medida de calados, elementos de iluminación, etc.
    • Tener elementos de tranquilización de la superficie libre
  • Depósito de alimentación: También en aluminio y metacrilato, deberá cumplir:
    • En el extremo de unión con el canal principal debe poder comportarse como: a) vertedero para asegurar un punto de control que permita medir los caudales circulantes por el canal y b) con una transición suave, y sin vertedero, que permita utilizar el canal para estudiar tomas de embalse. Por tanto se plantea una transición suave más la posibilidad de colocar distintos tipos de vertedero (rectangular, triangular, de pared gruesa, perfiles Creager, etc) que deberán ser fácilmente fabricables con impresora 3D. Mediante estos vertederos intercambiables se mejora la medida de acuerdo con el caudal circulante y c) compuerta de cierre que permita utilizar el canal como canal de oleaje.
    • Tener longitud suficiente para que pueda observarse y medir el comportamiento de la lámina libre en curvas de remanso, resaltos, etc.
    • Asegurarse que la alimentación afecte de manera mínima la superficie libre
    • Tener elementos de encauzamiento, móviles o sustituibles, que permitan simular un canal de llegada al vertedero o un comportamiento más cercano a un embalse.
  • Banco hidráulico de descarga: El caudal circulante por el canal verterá en régimen rápido sobre un banco hidráulico actualmente existente en el laboratorio. Este consta de una zona de vertido, un vertedero, un depósito y un sistema de bombeo desde el depósito. Estas dos medidas de caudal, aguas arriba y aguas abajo del canal servirán para la calibración del error de medida en las prácticas que se planteen. No se descarta el colocar un tercer sistema, como un flotámetro, en el sistema de alimentación para tener una tercera medida
  • Sistema de bombeo: Se cuenta con dos bombas de 80 l/min de características similares que pueden alimentarse bien en serie o paralelo. Se espera poder acoplar cada una de ellas a un variador de frecuencia para controlar de esta forma los caudales circulantes por el sistema. Se pretende diseñar el sistema de control de bombeo en función de las características del canal en cada momento (inclinación, apertura de compuertas, etc) de manera que se evite el desbordamiento del mismo. Inicialmente el cambio entre bombeo en paralelo serie se realizará manualmente mediante apertura de válvulas pero se estudiará para facilitar su futura automatización.

Una vista de un prototipo previo en 3D del canal puede verse en la figura 1

Figura 1: Prototipo del canal

Para la construcción de todo ello se requieren planchas de metacrilato entre 0,60 y 1,0 cm de espesor cortadas mediante laser a medida, perfiles de aluminio del tipo V-Slot­® Linear Rail, tornillería, elementos de unión, impresión en 3D de elementos especiales, tuberías de PÑVBC, llaves de paso para la instalación serie o paralelo de las bombas, etc.

Hardware para la parte electrónica del canal

  • Raspberry pi 3 para control del sistema de monitorización y acciones sobre los diferentes motores
  • Pantalla táctil
  • Servidor de software, control remoto y cálculo de alta velocidad para determinación de las condiciones del canal necesaria para la actuación en el canal
  • Sensores de proximidad por ultrasonidos para medidas de calado en diferentes puntos del canal
  • Módulo Board Experimental 1690 contactos con bornes para trabajar las conexiones entre los diferentes componentes antes de su implementación
  • Optical End Stops para controlar el movimiento de los carros y establecer los ceros de desplazamiento
  • 24V / 14.6A Power Supply
  • Motores del tipo NEMA 17 Stepper Motor o similares
  • Cables especiales, ruedas dentadas y otro material

Una vista de un prototipo previo de parte de la electrónica canal puede verse en la figura 2

Figura 2: Vista de los modelos del carro móvil con sensores de nivel y del modelo de control de compuertas

Todos estos componentes deben ensamblarse, probarse, calibrarse y montarse en su ubicación definitiva. Antes de este proceso se construirán las placas electrónicas que facilitan las conexiones entre componentes y facilitan su posible sustitución en caso de avería. Estos aspectos tambien forman parte del diseño que se lleva a cabo.

Software

Este apartado, es sin duda el que más horas de trabajo va a requerir, no solo por la programación sino también por la validación necesaria. Dada la complejidad del proyecto que se está llevando a cabo y el elevado número de personas implicado en el mismo se ha habilitado una plataforma para el control del proyecto en Taiga donde se asignan responsable y plazos para cada una de las tareas. Asimismo se ha habilitado un servidor git para control del software. Se ha compartido un espacio de trabajo en Drive y se utiliza código abierto para el diseño 3d de los elementos estructurales del canal (sketchUp) y el diseño electrónico (fritzing).

Hay que hacer implementaciones de bajo nivel para las comunicaciones en tiempo real del sistema de monitorización y un importante desarrollo de interfaz gráfica que se realizará principalmente en Python. Asimismo será necesario trabajar en HTML, CSS, Php y otros lenguajes de programación en web. Para el cálculo más complejo se utilizará Matlab u Octave como motor de cálculo,

Todo el software se compartirá con licencia Creative Commons y se facilitará la colaboración de personas externas al proyecto que mejoren las herramientas inicialmente propuestas o para añadir nuevas funcionalidades al sistema. Se pretende crear una herramienta, no solo se ensayos de laboratorio para los alumnos de hidráulica sino también un campo de desarrollo para nuevos sistemas de control donde pueden implicarse alumnos de otras Escuelas de nuestra Universidad o de fuera de ella.

Entre los trabajos de software que se van a realizar se destacan:

  • Instalación de los servidores Taiga y Git
  • Instalación de las raspberry pi con los paquetes necesarios para convertirlos en un sistema de adquisición y control de señales. En este apartado hay que establecer el protocolo de comunicación con cada uno de los diferentes tipos de sensores.
  • Establecer protocolos para el almacenamiento de los datos y  la comunicación entre las distintas plataformas
  • Diseño conceptual de la plataforma de control de usuario del canal para ofrecer una interfaz limpia y sencilla con el que poder manejar las diferentes capacidades que se quiere posea el sistema
  • Implementación de la misma
  • Facilitar un acceso de alumnos, con una nueva interfaz de usuario que permita la recogida de datos de medida del ensayo sin poner en peligro la seguridad del sistema. Se está estudiando la transmisión de los datos de la práctica a un servidor distinto donde accedan los alumnos de forma remota tras la realización de la práctica.
  • Programación en Python, Matlab u Octave el comportamiento hidráulico del canal ante las distintas situaciones que puedan darse en el canal como nivel de apertura de compuertas, caudal circulante, existencia de vertederos, variaciones de pendiente, etc. Para ello es necesario realizar un análisis previo, muy exhaustivo, de las posibles combinaciones e identificar todas aquellas que puedan suponer un riesgo para el adecuado funcionamiento hidráulico de la infraestructura, así como las acciones que se llevarán a cabo ante estas situaciones. Por ejemplo, no permitir que una compuerta se cierre completamente mientras se mantiene funcionando el sistema de bombeo. Este proceso servirá también para identificar los puntos de medida necesarios para controlar todas las posibles situaciones, los sistemas de seguridad antes posibles derrames de agua, etc. También es necesario prever que hacer cuando el comportamiento teórico esperado del canal, obtenido de esta programación, no coincida con el monitorizado en tiempo, estableciendo el rango de diferencias aceptables, o no. Este caso podría darse, por ejemplo, cuando se introduce un elemento en el interior del canal sin haber informado de ello al sistema, por ejemplo un escalón en la solera. Debe entenderse que esta parte es altamente compleja y que se extenderá mucho más allá del tiempo en que se lleva a cabo este proyecto.
  • Programación del sistema de control. Este sistema con funcionamiento en tiempo real, es el motor del comportamiento y la parte más compleja donde se requerirán los conocimientos de muchos de los profesores involucrados en el proceso. Sin embargo es posiblemente la parte más invisible de todo el sistema. Se trata de utilizar todos los mecanismos de software y hardware descritos con anterioridad para que el sistema se comporte como se desea. Para entender este proceso, se pondrá el siguiente ejemplo. Imagínese que el objetivo de la práctica se fija, a través de la interfaz de control, en formar un resalto en el canal. El sistema tiene que establecer el caudal, en función del sistema de conexión de bombas utilizado en ese momento, la pendiente del canal y la apertura de la compuerta aguas abajo del canal para asegurar un régimen lento con un calado mínimo adecuado para las medidas, la apertura de compuerta aguas arriba del canal para asegurar que aguas abajo de la misma se forme un régimen rápido compatible con el régimen lento anterior sin que el agua desborde aguas arriba de la compuerta. Adicionalmente, las aperturas de compuerta, la pendiente del canal y el caudal debe asegurar que el resalto se estabiliza en la zona comprendida entre ambas compuertas, lo que no es un problema fácil de resolver. Por último, el sistema de control tiene que establecer las variaciones que va a realizar sobre los diferentes elementos para minimizar el comportamiento dinámico hidráulico que puede dar lugar a importantes inestabilidades buscando por otra parte conseguir el régimen permanente en el menor tiempo posible. Las inestabilidades pueden ser debidas al comportamiento hidráulico del canal, al tiempo de respuesta hidráulico entre la actuación de control, por ejemplo una intervención en el variador de frecuencia para ampliar el caudal que tarda en reflejarse en una sonda de nivel en la cola del canal, o a la programación del propio sistema de control al establecer los niveles de ganancia, etc.
OBJETIVOS DEL PROYECTO

El principal objetivo coincide con la finalidad fundamental anteriormente descrita de crear una plataforma física de ensayos de laboratorio, modular y de bajo coste, que permita adaptar las prácticas de laboratorio a los nuevos sistemas de aprendizaje, ampliando y modernizando la oferta actualmente disponible en nuestro laboratorio.

Los objetivos concretos de esta iniciativa se detallan en cada uno de los puntos siguientes:

  • Disponer de nuevas prácticas, como son:
    • El estudio de tomas de embalse, variando las pendientes del canal y las condiciones aguas debajo de la toma mediante compuertas.
    • Disponer de un conjunto de amplio de perfiles de vertedero para estudiar su comportamiento.
    • Estudio de transiciones locales en canales (estrechamientos, escalones).
    • Control dinámico de resaltos, mediante la actuación de compuertas y variaciones en la pendiente del canal.
    • Regulación de bombeo con bombas en serie y paralelo.
    • Control de caudales de bombeo mediante variadores de frecuencia.
    • Explicación de los sistemas de control de bombeo automatizados basados en medidas en tiempo real de los calados en canal.

Estas prácticas una vez validadas, y aceptadas dentro del programa de alguna de las asignaturas impartidas, irían incorporándose al sistema que actualmente tenemos en internet con los videos explicativos y resolución de forma remota.

  • Tener un canal, moderno y adecuadamente instrumentado, que pueda ser enseñado a las visitas que vienen al laboratorio.
    • Profesionales para que vean las capacidades de realización de modelos de principio a fin.
    • Futuros estudiantes en visitas guiadas para hacerles más atractiva la visita, pudiendo interaccionar con él
    • Evaluaciones de calidad que valoran el equipamiento de los laboratorios.
  • Fomentar la implicación de los alumnos en la creación de proyectos de utilidad para la escuela. Debe tenerse en cuenta que esta proyecto ha surgido de una idea previa del Club de Informática de Caminos que buscaba un proyecto interesante en el que involucrarse, y que al proponerles esta nueva actuación les ha resultado de mayor interés. Esta colaboración redunda claramente en beneficio de todos. Los alumnos, igual que los profesores participantes, tendrán su reconocimiento en un proyecto de innovación. Se les facilita las herramientas hardware con la que desarrollar el proyecto adquiriendo unos conocimientos en robótica que les serán útiles en un próximo futuro. Y por último pueden  competir para conseguir alguna de las becas que se espera obtener con el presente proyecto.
  • Mostrar a otros alumnos cómo se puede participar activamente en la creación de conocimiento mientras se está estudiando.
  • Tener una plataforma abierta donde se pueden plantear trabajos a alumnos de master con implementación real sobre un prototipo en funcionamiento, pudiendo dar lugar a TFMs o investigaciones de doctorado. En este aspecto se ha conseguido incorporar en el proyecto profesores e investigadores de las Escuelas de Telecomunicaciones y de Agrónomos de la UPM
  • Aprender a utilizar y comunicar, y tener herramientas de electrónica de bajo coste para la implementación en modelos de laboratorio por parte de los investigadores participantes.
  • Poder aplicar parte o la totalidad del sistema de monitorización a otros canales ya existentes, como los del propio laboratorio o los de las Escuelas de Montes y Agrónomos.
  • Utilizar el canal para dar cursos a regantes del funcionamiento dinámico de canales interaccionando con el mismo como se hace en otros países.

 

CONTRIBUCIÓN A LA MEJORA DE LA CALIDAD

A continuación se enumeran brevemente las contribuciones esperadas en mejora de la calidad asociadas a esta infraestructura contribuyendo a su vez a la resolución de algunas de las deficiencias detectadas:

  • Aportación de nuevas prácticas con interacción directa con el alumno.
  • Adoptar sistemas electrónicos de medida y regulación dentro de las prácticas. respondiendo a una demanda de los propios alumnos.
  • Facilitar el acoplamiento de los resultados de los ensayos con modelos numéricos para permitir su validación y calibración.
  • Existencia de un sistema abierto donde añadir nuevas capacidades.
  • Posibilidad de modificarlo para adaptarlo a investigaciones en curso.
  • Poner a disposición de estudiantes de otras escuelas, como Telecomunicaciones e Informática, una infraestructura en la que realizar aportaciones asociadas a su titulación.
  • Servir de modelo piloto para adoptar este equipamiento a otras escuelas con docencia en hidráulica (Montes, Agrónomos, Industriales, Navales, Minas, Aeronáuticos, etc).
  • Tener una infraestructura con la que poder atraer futuros estudiantes a nuestra titulación.
  • Poder facilitar un conocimiento práctico a regantes u otros colectivos que manejan estas infraestructuras a escala real.
  • No depender tanto de los productos comerciales facilitados como cajas negras a las que es difícil añadir nuevas capacidades.
ALCANCE Y PÚBLICO OBJETIVO AL QUE SE DIRIGE

El alcance del presente proyecto se ha explicado en los dos apartados previos de este documento. En principio se quiere tener esta infraestructura para mejorar las prácticas de la asignatura de Hidráulica e Hidrología de 3er curso del Grado en Ingeniería Civil y Territorial (280 alumnos) y preparar un programa de prácticas para la asignatura de Hidráulica Técnica (326) en el Master de Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.

Las asignaturas de Recursos hidráulicos (289 alumnos) y Obras hidráulicas (288 alumnos) pueden utilizar esta infraestructura para mostrar aspectos de funcionamiento de canales y sistemas de bombeo

La Escuela de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas y la Escuela de  de Montes, Forestal y del Medio Natural disponen de canales donde actualmente se realizan prácticas de las asignaturas del ámbito de la Hidráulica y la Mecánica de Fluidos, algunos de cuyos profesores están vinculados a esta propuesta.  Los desarrollos del proyecto podrían aplicarse a los canales de las Escuelas mencionadas también.

Las asignaturas de Control de sistemas hidráulicos (13 alumnos) en el área de electrotecnia pueden incorporar alguna práctica de control sobre un sistema real en funcionamiento.

Finalmente la idea es hacer una infraestructura atractiva que se pueda mostrar a los frecuentes visitantes del laboratorio, que podrían clasificarse en varios grupo: a) profesores e investigadores de otras instituciones que quieren conocer nuestras infraestructuras, b) empresas interesadas en las capacidades de nuestro laboratorio para realizar ensayos, c) alumnos de bachillerato y ESO en las distintas jornadas y eventos que se realizan para dar a conocer nuestra titulación, d) evaluadores de programas de calidad que tienen que puntuar nuestras instalaciones.

 

 

FASES DEL PROYECTO Y ACCIONES QUE SE VAN A DESARROLLAR

A continuación se enumeran las fases del proyecto

  • Estudio de necesidades de que se quieren cubrir (prácticas que se espera poder ofertar).
  • Creación del prototipo previo estructural del canal. Evaluación de costes y necesidades durante la construcción.
  • Estudio del comportamiento hidráulico esperado.
  • Estudio de la compatibilidad de los sistemas de medición y control de caudales con lo que se quiere hacer. Análisis de las posibles limitaciones y necesidades de hardware. Aprovechamiento de los equipos de bombeo y control actualmente existentes en el laboratorio.
  • Adquisición de hardware de control y comienzo de las pruebas de comunicación y adquisición de los sensores. Calibración de los rangos de medición esperados.
  • Análisis de posibles limitaciones y mejoras en el modelo estructural.
  • Aprobación del modelo estructural a construir.
  • Construcción del canal.
  • Dimensionamiento e impresión de las piezas adicionales (vertederos, compuertas, tranquilizadores, curvas de aproximación, etc.
  • Instalación del sistema de monitorización y control.
  • Medición de caudales y calados límite alcanzables.
  • Pruebas de validación y mejora.

De forma paralela a las actividades anteriores se pueden realizar todas las actividades asociadas al desarrollo de software que son:

  • Establecer un sistema de gestión de proyecto mediante Taiga para el seguimiento del mismo.
  • Establecer una plataforma GIT para el control de software.
  • Establecer un entorno compartido de información en Drive, Dropbox, Cesvima, etc.
  • Programar las comunicaciones con los sensores.
  • Diseñar y programar la interfaz de usuario para el control del canal.
  • Diseñar e implementar la interfaz de usuario para recuperación de los datos de medida remotamente por los alumnos.
  • Establecer los parámetros del sistema de control.
    • Lectura de sondas de calado.
    • Establecer ceros de medida a los movimientos.
    • Movimiento del carro superior.
    • Movimientos de compuertas.
    • Movimiento de basculación del canal.
    • Actuación sobre los variadores de frecuencia.
  • Programar el comportamiento hidráulico esperado del canal.
  • Programación de la interfaz gráfica de control.
  • Establecer los sistemas de seguridad ante acciones inadecuadas de control.
  • Programar el canal de datos para su control de forma remota.

 

RECURSOS Y MATERIALES DOCENTES

El principal recurso viene constituido por la existencia del propio canal al que poder aplicar las diferentes prácticas que se planteen, tanto las inicialmente propuestas como las que se irán añadiendo en el futuro, siendo esta la principal ventaja de tener una infraestructura abierta en todas las fases del diseño.

Durante esta convocatoria, se espera poner en funcionamiento esta infraestructura para ser utilizada en las prácticas que se irán añadiendo a la plataforma actualmente existente (http://gie30.caminos.upm.es/practicas/) pero estos materiales se irán creando a la finalización del presente proyecto dada la limitación temporal para todas las actuaciones propuestas. En cualquier caso la plataforma de prácticas ya dispone de 14 ISBNs que se irán ampliando por la utilización de esta nueva infraestructura en nuestro laboratorio.

SEGUIMIENTO Y EVALUACION

El seguimiento del proyecto se realizará a medida que se vayan realizando los avances del mismo. Dada la complejidad del mismo y de los numerosos participantes se va a establecer una plataforma de control de proyectos Taiga, que permite asignar tareas apersonas concretas con límite de tiempo en el desarrollo de las mismas.

En cualquier caso, se esperan dificultades previsibles por la experiencia adquirida en estos proyectos que se afrontarán de la mejor forma posible para completar los objetivos que se quieren alcanzar.

La construcción física del canal es uno de los hitos más importantes, y el sistema de medición el segundo. Cumplidos estos dos hitos ya se habría conseguido una infraestructura moderna con la que poder realizar prácticas.

A continuación, el movimiento de compuertas y basculación del canal desde la interfaz gráfica de control se considera importante porque hace muy vistosa la instalación

El sistema automatizado de control de bombeo es más complejo porque va a requerir de numerosas pruebas y ajustes y es el elemento más susceptible de sufrir mejoras en los próximos años, pudiendo utilizarse para investigaciones de mayor envergadura. Durante el proyecto se espera implementar un sistema sencillo que responda a las expectativas creadas. Para llegar a esta fase sería necesario contar con la totalidad de las becas de colaboración que se solicitan en el presente proyecto, y aun así, este proceso formará parte de las futuras contribuciones sobre la estructura, ya que es una importante línea de investigación.

En cualquier caso, el presupuesto y tiempo de ejecución disponibles tampoco va a permitir llegar muchas más allá en el planteamiento realizado.

 

PRODUCTOS RESULTANTES

El primer producto resultante será el canal físico construido sobre el que se realizarán las prácticas. El alcance y tiempo del proyecto no permiten asegurar que se tengan diseñadas la totalidad de las prácticas que se esperan obtener del uso de esta infraestructura, sobre todo por la complejidad de los sistemas de control requeridos y la necesidad de implementarlas en el sistema automatizado actualmente existente en el laboratorio. Sin embargo esta es la finalidad última, que se ira cumpliendo tras la finalización del proyecto, donde cada práctica tendrá sus videos explicativos, introductorio, de objetivos de la práctica, funcionamiento del equipamiento, teórico y de resultados esperados más su pdf asociado y la capacidad de obtener la calificación de la misma a través de nuestro sistema web.

Internamente a la UPM se colabora con profesores de otras Escuelas y Departamentos que están interesados en la tecnología utilizada para la implementación en sus propias escuelas.

Externamente a la UPM, se espera mostrar los avances de este proyecto dentro de la red laboratorios de hidráulica (www.rlhe.es) a la que pertenece nuestra Escuela, donde esperamos obtener el interés de otras instituciones y universidades por mejorar o ampliar este desarrollo

Finalmente se espera poder presentar este desarrollo en diferentes foros y congresos (como la JIA, http://geama.org/jia2017/), o concursos en los que podrían participar los alumnos implicados.

MATERIAL DIVULGATIVO

Además del canal físico de ensayos, tras la finalización del proyecto se comenzara a elaborar las prácticas nuevas que darán lugar a videos explicativos, introductorio, de objetivos de la práctica, funcionamiento del equipamiento, teórico y de resultados esperados más su pdf asociado.

Con la infraestructura en funcionamiento se la dará publicidad a través de los canales de la UPM (Youtube, noticias), en la red de laboratorios de hidráulica (www.rlhe.es) y en congresos (Jornadas del agua, http://geama.org/jia2017/), y concursos.

También se utilizara la página web de la propia Escuela de Caminos, las webs asociadas a las actividades del laboratorio.

Se espera que, teniendo una instalación de este tipo, se pueda atraer a empresas para desarrollar nuevos ensayos o crearles infraestructuras similares que les pueden servir a ellos de formación de técnicos en operación de infraestructuras hidráulicas. Con ello se conseguirían nuevos proyectos de investigación

COLABORACIONES

Además de Departamento de Ingeniería Civil: Hidráulica, Energía y Medio Ambiente al que pertenecen la mayoría de los miembros del grupo, se colaborará con profesores de los departamentos de:

  • Matemática e Informática Aplicadas a la Ingeniería Civil y Naval
  • Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras

de la ETS de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos, y con profesores de otras escuelas como son:

  • Laboratorio de Sistemas Integrados de la Escuela de Telecomunicaciones de la UPM
  • Laboratorio de Hidráulica de la Escuela de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas de la UPM