El estudio de los sistemas de propulsión necesita una adecuada comprensión de los fenómenos que gobiernan el comportamiento de los fluidos. La situación habitual es aquella en la que es necesario entender y visualizar un campo fluido complejo, difícil de representar adecuadamente con material gráfico convencional. Por estos motivos se propone la generación de modelos tridimensionales que pongan de manifiesto las principales características del campo fluido. Para ello se propone la utilización de una impresora 3D para la generación de modelos que incluyan:

• Elementos del motor de geometría compleja, con características de diseño de interés o imposibles de visualizar.  Por ejemplo, las cavidades entre escalones de turbina están siendo estudiadas extensivamente en la industria y es difícil establecer su geometría pues está configurada mediante superficies móviles y fija. Otro ejemplo son los conductos del sistema de refrigeración de un alabe de turbina, lo que sería equivalente a observar el molde que es capaz de fabricarlos.
• Estructuras fluidas tridimensionales situadas en un contexto geométrico adecuado. Es decir, algunas partes de los contornos físicos del motor y el modelo 3D de la estructura fluida. Las estructuras pueden ser muy variadas: líneas de corriente, isosuperficies de variables de interés, posición de ondas de choque, capas de mezcla, etc. En esta categoría se mezclan límites físicos del motor con la estructura interna del campo fluido.
• Generación de modelos que emulan elementos de laboratorio como por ejemplo las líneas de corriente limite que en túnel aerodinámico se consiguen mediante la traza que queda después de pintar los elementos con aceite o un modelo con la representación de la dirección de la corriente que en laboratorio se consigue mediante el empleo de “lanas”.

Cada modelo generado constituye un elemento docente estático que debe documentarse mediante la descripción del ensayo o situación a la que corresponde, el fenómeno que se trata de mostrar e información pertinente (origen del fenómeno, influencia en las actuaciones del sistema, métodos de aumentarlo/disminuirlo, etc.) Así mismo, se hace necesaria la preparación de un material que interaccione con el alumno para guiarle en la observación del modelo (mediante enunciados, ordenes o preguntas, por ejemplo) y un método de evaluar si la fenomenología mostrada ha sido adecuadamente entendida (cuestionario, test, etc.)

La temática del proyecto es nueva y, por ello, el carácter de lo que se propone hacer es exploratorio. No obstante, es una continuación natural a cómo han evolucionado las técnicas de presentación de datos experimentales y de simulación numérica en las áreas de ingeniería en general y en mecánica de fluidos en particular. Hace unas décadas los datos se presentaban mediante gráficos xy y líneas de contorno en blanco y negro. Poco a poco, la impresión en color, los sistemas informáticos de representación y las capacidades de cálculo o experimentación han ido proporcionando al investigador (el alumno aprende investigando en muchas ocasiones) herramientas gráficas que le permiten entender y mostrar los resultados de sus experimentos en papel. La continuación natural es la utilización de modelos 3D que presenten esos resultados (que en la actualidad suponen enormes cantidades de datos) de una manera directa, intuitiva y rápida.

Finalmente, las lecciones aprendidas y la metodología desarrollada pueden ser de aplicación a otras disciplinas puesto que la motivación expresada se puede trasladar a otras áreas científicas (por ejemplo, meteorología, mecánica de sólidos, geología) con sus correspondientes asignaturas.

Los objetivos concretos que se persiguen son:

1. Definir los problemas que se pueden estudiar con esta metodología y seleccionar algunos para una prueba piloto.
2. Definir la metodología de creación de los modelos 3D. Ello entraña establecer la fuente de datos, definir los formatos informáticos y determinar el hardware.
3. Configurar una prueba piloto que incluya varios modelos.
4. Elaborar la documentación necesaria (tipo, alcance, metodología didáctica, etc.) que permita un uso eficaz de los modelos generados.
5. Difundir los resultados de la experiencia.

todo ello con la finalidad de lograr:

1. Que el profesor pueda mejorar su labor docente al disponer de una herramienta novedosa que le permita visualizar el comportamiento real de diferentes sistemas.
2. Que el alumno mejore su motivación ante la utilización de nuevas herramientas como es la impresión 3D.

La duración del proyecto es de unos 8.5 meses (desde el 1 de febrero de 2018 al 15 de noviembre de 2018), de forma que el material desarrollado esté preparado para su utilización en el aula para el segundo semestre del curso 2018-2019. El calendario de actividades se muestra en la Tabla siguiente, 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 el tema a desarrollar, analizando las diferentes soluciones existentes.

2. Definición de problemas de interés a ser abordados.

3. Establecimiento de una metodología que permita la generación de modelos 3D:

           3.1. Generación de datos.

           3.2. Formatos de representación.

           3.3. Formatos para impresión.

4. Configuración de una prueba piloto que incluya:

           4.1. Uno o varios modelos

           4.2. La documentación que plantea el problema (guía del profesor).

           4.3. El material de interacción con el alumno (test, etc.)

5. Análisis y evaluación de los resultados.

6. Publicación de los resultados en foros, congresos y revistas.

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.
• Impresora 3D.
• Escáner a color de sobremesa.
• Impresoras.
• Software diverso para la programación de los modelos de simulación, generación de modelos 3D y comunicación con impresoras 3D.
• Bibliografía.

Como recursos que se van a elaborar están los manuales de utilización con la metodología desarrollada y material de interacción con los alumnos para la implementación en la docencia, como pueden ser por ejemplo test, cuestionarios de expectativas y satisfacción, etc.

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:

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 solicitará la intervención de algunos de ellos, a los que se les impartirá alguna clase utilizando el material obtenido y pidiéndoles que contesten un cuestionario de:

• expectativas, en el que se evalúa la actitud previa del alumno ante 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 y su aplicación.

Lo anterior se realizará previo a la utilización de la metodología en el aula. Una vez contrastadas las expectativas y satisfacción de los alumnos y corregidas las posibles incidencias, se procederá a aplicarlo en asignaturas del curso. En este caso se les pedirá a los alumnos 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 puntuación alcanzada:

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

Como resultado del trabajo se dispondrá de modelos de simulación y modelos 3D que sirvan de partida para mejorar los resultados obtenidos, ampliarlos a otros sistemas a estudiar y proceder a su implementación inicial en la docencia. Además se generará material de ayuda, para la aplicación de la metodología desarrollada a otros sistemas, como es un manual de utilización y material de interacción con los alumnos.

Los resultados se difundirán mediante la participación en seminarios, talleres y todas aquellas actividades organizadas por la UPM y fuera de la UPM en la que se solicite nuestra colaboración, en particular en las jornadas de Innovación Educativa organizadas en el ámbito de la U.P.M.

Por otra parte se publicará la información relativa al proyecto, así como las actividades desarrolladas, los avances y los resultados conseguidos, en una página web.

Se intentará asistir a los congresos y publicar en:

• XV Simposium Iberoamericano en Educación, Cibernética e Informática: SIECI 2018.
• Publicaciones en revistas especializadas: International Journal of Engineering Education, Computers & Education, etc.
• XXVI Congreso Universitario de Innovación Educativa en Enseñanzas Técnicas.

Durante el proyecto también se irán dando a conocer algunos de los resultados obtenidos en la plataforma de tele-enseñanza utilizada en la UPM (Moodle), con el fin de que los alumnos interesados puedan involucrarse en el proyecto, todo ello bajo la supervisión y control de los integrantes del GIE.

En la actualidad no se tiene prevista ninguna colaboración interna o externa, aunque no se descartan durante el desarrollo del proyecto.