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Ficha Proyecto I.E. 2012-2013



Simulación de problemas de física aplicada a la arquitectura con software libre

Coordinador(a): RAQUEL ALVAREZ RODRIGUEZ
Centro: E.T.S. DE ARQUITECTURA
Nivel: Proyecto de otros grupos coordinado con el Proyecto de Centro
Palabras clave:
  • Simuladores/Laboratorios virtuales
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza *
JOSE MANUEL GARCIA TIJERO E.T.S. DE ARQUITECTURA TITULAR UNIVERSIDAD
M. ISABEL GONZALEZ GUTIERREZ-BARQUIN E.T.S. DE ARQUITECTURA TITULAR UNIVERSIDAD
VALERO PASCUAL GALLEGO E.T.S. DE ARQUITECTURA L.D. PRF.CONTR.DOCT.
RAQUEL ALVAREZ RODRIGUEZ E.T.S. DE ARQUITECTURA L.D. PRF.CONTR.DOCT.
PEDRO DAVILA ALVAREZ E.T.S. DE ARQUITECTURA TITULAR UNIVERSIDAD
OSCAR DE ABRIL TORRALBA E.T.S. DE ARQUITECTURA L.D. PRF.CONTR.DOCT.
MARIA MERCEDES GONZALEZ REDONDO E.T.S. DE ARQUITECTURA TITULAR UNIVERSIDAD
J.CESAR DIAZ SANCHIDRIAN E.T.S. DE ARQUITECTURA TITULAR UNIVERSIDAD
DANIEL ROJAS PUPO E.T.S. DE ARQUITECTURA L.D. PRF.AYUD.DOCTOR
AGUSTIN MARTIN DOMINGO E.T.S. DE ARQUITECTURA TITULAR UNIVERSIDAD
M. DE LOS ANGELES NAVACERRADA SATURIO E.T.S. DE ARQUITECTURA TITULAR UNIVERSIDAD
* 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).
Lineas de trabajo principales en las que incide
  • ETS Arquitectura
    • OBJ1: Mejorar la eficiencia en los procesos de adquisición de los resultados de aprendizaje por parte de los estudiantes, con especial atención a la incorporación de metodologías activas para el aprendizaje.
      • Reforzar la orientación práctica de asignaturas del bloque propedéutico del nuevo grado
Descripción del desarrollo y las fases
OBJETIVOS DEL PROYECTO

 

    En las últimas décadas, el uso del ordenador ha revolucionado la forma de investigar en las disciplinas científicas y tecnológicas. Sin embargo, su implantación en la docencia no ha seguido el mismo desarrollo y, con frecuencia, los planes de estudio necesitan más tiempo para adaptarse a esta rápida evolución. 

    En Física nos encontramos a menudo con fenómenos descritos por ecuaciones complicadas, de manera que una solución analítica solo es posible en casos muy elementales. Por tanto, es necesario recurrir soluciones numéricas utilizando el ordenador. A nivel industrial se utilizan a menudo paquetes de simulación numérica, por ejemplo, en aerodinámica de vehículos, desarrollo de sistemas de ventilación, influencia del viento en edificios, etc. El análisis numérico con ordenador reduce significativamente los tiempos y costes en los nuevos diseños, permitiendo analizar sistemas en condiciones difíciles de simular experimentalmente.
    Además de los contenidos teóricos tradicionales, parece claro que en la actualidad un licenciado en ciencas, un arquitecto o un ingeniero ha de poseer los conocimientos de computación adecuados para hacer frente a las necesidades del mercado y garantizarle un buen desarrollo profesional.
    El software libre de código abierto permite descargar, a través de la red, libremente los programas, utilizarlos y modificarlos según sus necesidades. La ausencia de restricciones en las licencias de uso permitirá al alumno a utilizar las herramientas que ha aprendido durante al carrera en su posterior ejercicio profesional sin ninguna limitación. Todos estos programas se pueden distribuir al alumnado de manera legal sin coste alguno para la Universidad.
    Existen numerosos programas de software libre que facilitan la resolución de problemas de Física mediante el método de elementos finitos: Elmer, Calculix, etc. Estos programas incluyen modelos de mecánica de fluidos, mecánica de estructuras, electromagnetismo, acústica y transmisión del calor, entre otros, que se adecúan perfectamente a las asignaturas de Mecánica Física y Física de las Construcciones, impartidas en nuestro Departamento.
    Entre los objetivos concretos del proyecto podemos destacar los siguientes:
  • Desarrollar una colección de problemas de especial interés en nuestras asignaturas para resolver mediante el método de elementos finitos: viga elástica cargada, campo de temperaturas de un objeto sólido, flujo de viento a través de un obstáculo, eficiencia energética, etc.
  • Elaborar un tutorial para los alumnos que les sirva de ayuda en el manejo de los programas seleccionados.
  • Crear a partir de las soluciones de determinados problemas una serie de gráficos llamativos para utilizar como ejemplo en las exposiciones teóricas.
  • Incorporar ejercicios de simulación numérica a las prácticas de laboratorio y/o a un futuro taller.
FASES DEL PROYECTO

 

Fases:

  • Octubre 2012: 
Reunión inicial del equipo de trabajo para coordinar objetivos y tareas
Contactos con proyectos afines para intercambio de conocimiento.
Instalación y pruebas del software a utilizar en los ordenadores de los miembros del equipo.
  • Noviembre 2012 – Diciembre 2012:
Selección de problemas interesantes para resolver numéricamente en las asignaturas de Mecánica Física y Física de las Construcciones
Resolución numérica de dichos problemas por parte de los miembros del equipo.
  • Enero 2013:
Elaboración del material docente necesario para los alumnos.
  • Febrero 2013 – Mayo 2013:
Desarrollo de una práctica piloto de simulación en la asignatura Física de las Construcciones.
  • Junio 2013: 
Reunión del equipo para la valoración de resultados, elaboración del informe final y estrategia de desarrollo futuro.
 
Resultados de aprendizaje:
El alumno adquirirá:
  • Habilidad para trabajar de forma autónoma
  • Capacidad de análisis y sintésis
  • Habilidad y métodos para la resolución de problemas
  • Capacidad de organización y planificación
  • Razonamiento crítico
  • Creatividad
  • Iniciativa y espíritu emprendedor
  • Capacidad para aplicar la teoría a la práctica
  • Capacidad de modelar un problema científico e implementar el modelo en el ordenador
El alumno será capaz de:
  • Familiarizarse con las técnicas de simulación en Física, tanto desde el punto de vista teórico como práctico.
  • Resolver situaciones concretas en Física aplicando los conocimientos adquiridos
  • Adquirir destreza en la modelización de sistemas físicos y capacidad para mejorar y sugerir cambios en los modelos.
EVALUACION DEL PROYECTO

 

Se diseñará un conjunto de casos prácticos que propondremos a los alumnos como prácticas a llevar a cabo en la sala de ordenadores. En grupos de 2 ó 3 personas deberán encargarse del diseño de la geometría del problema, selección de las condiciones iniciales, resolución numérica y análisis de los resultados. El protagonista de la práctica debe ser el alumno, actuando el profesor únicamente como coordinador y consejero en el caso de que sea preciso. Entregaremos a los alumnos un guión de cada práctica en el que se expongan los objetivos de la misma, el fundamento teórico y la metodología de trabajo. Una vez realizada la práctica el alumno entregará una memoria explicando los detalles del desarrollo de la práctica y los resultados. 

Las clases prácticas son el complemento perfecto para una asignatura de Física. Es aquí donde el alumno encuentra el nexo de unión entre lo aprendido en clase y la realidad. Para un correcto desarrollo de las prácticas el alumno debe comprender claramente el fenómeno que se va a analizar con el fin de poder interpretar correctamente los resultados obtenidos. Además, la simulación por ordenador nos permite abordar un amplio abanico de casos que de manera experimental serían de difícil ejecución.

Una vez finalizada la experiencia, pretendemos diseñar e incorporar a la página web de la asignatura (plataforma Moodle) una encuesta final de satisfacción global de los usuarios con el proyecto, destinada a ser realizada cuando el estudiante haya concluido su experiencia de uso de los recursos y pueda juzgar cuán útiles le han resultado en su aprendizaje de la asignatura correspondiente. Esta encuesta intentará cuantificar el grado de utilidad alcanzado/sentido por los usuarios y estará destinada a detectar posibles errores o deficiencias, subsanables en cursos sucesivos, así como a promover la exposición de sugerencias globales para el perfeccionamiento y mejora futura del proyecto.