El presente proyecto parte de la experiencia desarrollada en los últimos años en el GIE-CFD de la UPM orientado el desarrollo de herramientas numéricas para simulación de fenómenos aero e hidrodinámicos.

La simulación numérica computacional comprende una serie de técnicas que se aplican cada vez más en el ámbito industrial, y que complementan a los estudios teóricos y empíricos estándar en la industria. Con los resultados obtenidos de las simulaciones numéricas, se pueden obtener una familia de soluciones aplicables a la optimización de  procesos, la reducción de emisiones en buques y la generación eficiente de energía renovables en el ámbito marino. Todo esto está alineado con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible:

• 7. Energía asequible y no contaminante
• 9. Industria, innovación e infraestructura
• 12. Producción y consumo responsables
• 13. Acción por el clima

No obstante, la utilización de dichas herramientas, así como la comprensión de los fenómenos involucrados y resultados que se obtienen de ellas son normalmente complejos y requieren de una metodología y entrenamiento especializados que son difíciles de obtener.

El proyecto por tanto busca aplicar y transmitir este conocimiento a un grupo de asignaturas del Máster Universitario en Ingeniería Naval y Oceánica de la UPM a través de técnicas innovadoras de aprendizaje para que los estudiantes se familiaricen con un problema realista de realización de un proyecto, y adquieran competencias en el entendimiento de dichas herramientas, así como del contexto global en el que se desarrollan: empresas cliente, empresas especializadas, clusters de computación, etc.

Además, desarrollarán competencias específicas de trabajo en equipo, gestión y delegación de funciones en un ambiente multidisciplinar complejo en el que el consenso y la toma de decisiones adquieren un papel fundamental para obtener una solución exitosa.

Concretamente, dentro de estas asignaturas se plantean una serie de retos para la obtención de soluciones numéricas en una serie de buques y artefactos construidos. Las asignaturas y los proyectos que se proponen ligados a ellas son:

1. Hidrodinámica avanzada del buque: el proyecto en esta asignatura consistirá en la obtención de la resistencia al avance de un buque mediante distintas técnicas numéricas, así como la búsqueda de mejoras hidrodinámicas orientadas a una mejor eficiencia energética.
2. Dinámica del buque: en el proyecto ligado a esta asignatura, se profundizará en el buque de estudio de hidrodinámica avanzada del buque a través de estudios de maniobrabilidad y resistencia añadida en olas. Este tipo de estudios suponen
3. Dinámica de artefactos oceánicos: el proyecto en esta asignatura estará relacionado con el estudio mediante técnicas numéricas de una solución flotante para generación de energía eólica, así como las implicaciones del diseño para una obtención eficiente de este recurso renovable.

Por un lado, se busca entender el flujo de toma de decisiones llevado a cabo en un proyecto real, y por otro, investigar si hay posibles mejoras en términos de eficiencia energética.

Las soluciones obtenidas son contrastadas con las soluciones estándar de la industria a través de métodos semi-empíricos y prácticas experimentales.

En este contexto, es fundamental desarrollar metodologías basadas en el aprendizaje colaborativo, incluyendo la gestión de equipos, la distinción de roles, la cooperación entre miembros tanto del mismo grupo como miembros de otros grupos con un rol similar, así como la gestión de recursos, tiempos, etc. 

Se potencia además la coordinación horizontal entre asignaturas, permitiendo estudiar aplicaciones diversas a través de una misma metodología.

Los objetivos planteados para el presente proyecto de innovación educativa son:

1. Aprender a plantear soluciones a un problema complejo en unas condiciones de contorno realistas.
2. Poner en práctica los conocimientos teóricos adquiridos a la realización de simulaciones numéricas de aplicaciones industriales. En este caso concreto, serán buques y artefactos oceánicos.
3. Promover el trabajo en equipo y la toma de decisiones consensuadas.
4. Adquirir competencias de gestión y planificación de proyectos.
5. Generar una metodología, a través de guías y tutoriales, para casos piloto ampliables a un gran rango de problemas de simulación numérica.

Las metodologías actuales de enseñanza-aprendizaje no ponen aún el foco en el desarrollo de las herramientas numéricas de simulación a disposición del ingeniero y en la formación orientada a dichos desarrollos, tanto comerciales como de código abierto. Algunos ejemplos de estas herramientas son Ansys-AQWA u OpenFOAM, que además, son susceptibles a la filosofía de “learning by doing”.

Para desarrollar innovación docente en este sentido, se requiere la generación de casos de estudio que profundicen en los posibles problemas derivados de la utilización de herramientas avanzadas y complejas de simulación. Por lo tanto, se plantean aquí trabajos orientados en la línea de la resolución de problemas que suponen un reto para el estudiante, donde además la colaboración, orientación y tutoría del profesor resulta importante para un resultado satisfactorio.

1. Creación del equipo de trabajo, documentación y puesta en marcha de un reto piloto para cada asignatura.
2. Preparación y configuración de los retos piloto.
3. Preparación de guía de trabajo para los estudiantes.
4. Puesta en marcha de los equipos de trabajo con estudiantes y  definición de retos.
5. Desarrollo de los retos: sesiones prácticas, sesiones de control, tutorías, seguimiento.
6. Elaboración de guías, tutoriales y otros materiales de difusión.

El seguimiento del proyecto será realizado por el coordinador del equipo. Se propone un calendario de actividades con hitos intermedios relacionados con las fases descritas, que será revisado periódicamente para confirmar los avances, pero también para detectar desviaciones y problemas que puedan surgir. Los hitos que se plantean son:

1. Enero: elección de becarios. Reunión de lanzamiento del proyecto.
2. Febrero: Casos piloto configurados.
3. Febrero: guía de trabajo para los estudiantes creada.
4. Marzo: retos definidos. Equipos de estudiantes creados.
5. Marzo-Junio: seguimiento de proyectos a través de un foro, donde cada equipo irá actualizando semanalmente su progreso.
6. Mayo: sesión de control intermedia. Avances de cada proyecto.
7. Junio: sesión final. Evaluación de proyectos.
8. Julio: lecciones aprendidas. Propuestas de mejora para ediciones siguientes.
9. Septiembre-Noviembre: guías y tutoriales actualizados y listos para la siguiente edición.
10. Septiembre-Noviembre: difusión de resultados en congresos de innovación educativa.
11. Septiembre-Noviembre: publicación de los materiales en OCW.

Los productos resultantes del proyecto serán:

1. Guías con la metodología de trabajo para los estudiantes.
2. Tutoriales de los casos de estudio piloto.
3. Creación de un curso en OCW.

Dado el seguimiento planteado para el proyecto, se recopilará documentación desde sus primeras fases. Está prevista la generación del siguiente material:

1. Guías, tutoriales y resultados relevantes del proyecto publicados en OCW
2. Ponencia para congreso de innovación educativa.
3. Divulgación de resultados e hitos a través de redes sociales: X (Twitter), LinkedIn, etc.

El GIE-CFD es un grupo multidisciplinar que engloba a las escuelas Naval y Aeronáutica de la UPM. Por lo tanto, la colaboración entre estas dos escuelas será estrecha.

Además, dada la necesidad de recursos de computación, se intentará colaborar con el Centro de Supercomputación de la UPM Cesvima, así como con otros centros nacionales e internacionales que puedan estar interesados.