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Ficha Proyecto I.E. 2010-2011



Desarrollo, aplicación y evaluación de entornos virtuales para la docencia en sistemas de propulsión aeronáuticos

Coordinador(a): Emilio Navarro Arévalo
Centro: ETSI AERONAUTICOS
Nivel: Proyectos coordinados con el Proyecto de Centro de GIE
Código:
memoria >>
Línea:
Palabras clave:
  • Aprendizaje Activo
  • Elaboracion material docente
  • Evaluación de las enseñanzas
  • Evaluación del aprendizaje
  • Simuladores/Laboratorios virtuales
  • Uso de TIC
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza *
Emilio Navarro Arévalo ETSI AERONAUTICOS TITULAR UNIVERSIDAD
José Juan Salvá Monfort ETSI AERONAUTICOS CATEDRATICO UNIVERSIDAD
Juan Manuel Tizón Pulido ETSI AERONAUTICOS TITULAR UNIVERSIDAD
Efrén Moreno Benavides ETSI AERONAUTICOS 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
1. Facilitar la implantación de la Nueva Titulación de Grado en la EIAE.
2. Ayudar a la docencia en aquellas asignaturas de la actual Titulación de Ingeniero Aeronáutico próximas a desaparecer.
3. Cualesquiera otras actuaciones que pretendan mejorar la Calidad de las Enseñanzas y Aprendizajes en la ETSIA.
Descripción del desarrollo y las fases
OBJETIVOS DEL PROYECTO

La adaptación de la enseñanza universitaria al Espacio Europeo de Enseñanza Superior (EEES) ha motivado que la Universidad Española modifique sus modelos educativos pasando de modelos de enseñanza a modelos de aprendizaje. Esto requiere que se involucren en la introducción de nuevos métodos y técnicas de enseñanza-aprendizaje que conduzcan a una mayor interacción profesor-alumno y a una mayor implicación del propio alumno en el proceso de enseñanza-aprendizaje. La utilización de las tecnologías de la información y comunicación (TIC), empleándolas tanto para la formación presencial, como la semipresencial y a distancia están mostrando ser una herramienta muy importante en el proceso.

En el campo de la propulsión aeronáutica se estudian sistemas muy complejos, en los que intervienen un gran número de parámetros en su diseño y operación. El disponer de estos sistemas para su estudio en el laboratorio no siempre es posible, dado su alto coste, complejidad e instalaciones que requieren, y si se dispone de alguno de ellos no es posible modificar todos los parámetros que intervienen en su diseño y operación.

Este problema se puede solucionar mediante la utilización de modelos que simulen el comportamiento de algunos de estos sistemas y permitan variar tanto los parámetros de diseño como los de operación. De esta forma, el profesor en el aula o en el laboratorio puede simular el sistema como si estuviese en la fase de diseño del mismo o bien simular su comportamiento en una fase de operación, analizando su respuesta ante el cambio de parámetros de diseño y/o operación. Por otra parte el alumno podrá hacer estudios análogos fuera del aula, mediante la utilización del sistema on-line (implementación del mismo en la plataforma Moodle).

Con esta finalidad se solicitó, y concedió, un proyecto de la convocatoria “Ayudas a la innovación educativa y a la mejora de la calidad de la enseñanza” del año 2009.

En dicho proyecto se planteaban como objetivos el desarrollo de modelos para su posterior aplicación en la docencia, presencial y on-line (b-learning), de los temas siguientes:

  1. Modelos de simulación para calcular y analizar 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. Modelo para determinar la curva de polarización de una pila de combustible de tipo PEM, en función de parámetros de diseño y operación y desarrollo de un laboratorio virtual para la determinación de las curvas de polarización.
  3. Modelos para calcular y analizar en un motor alternativo:
  • el bucle de bombeo, en función de parámetros de diseño y operación.
  • las pérdidas mecánicas.
  • el acoplamiento motor-turbocompresor.
  • las curvas de actuaciones cuando el motor se utiliza en un vehículo terrestre.
  • las curvas características cuando el motor se utiliza en una aeronave.

 con la finalidad de lograr:

  • que el profesor pueda mejorar su labor docente al disponer de una herramienta que le permite presentar el comportamiento real de los sistemas a estudiar.
  • 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.
  • que el alumno intervenga de forma activa en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

Como resultado de este trabajo ya se han terminado de elaborar algunos de los modelos (curva de polarización de una pila de combustible, bucle de bombeo, pérdidas mecánicas, curvas de actuaciones en un vehículo terrestre y en una aeronave), pero va a ser imposible lograr en su totalidad los objetivos propuestos, dada la complejidad de alguno de los modelos y la falta de tiempo para implementarlos en la docencia y evaluarlos.

En vista de lo anterior, y con el fin de mejorar los modelos desarrollados, realizar otros modelos y evaluar su eficiencia en la docencia, se solicita dar continuidad durante otro año al trabajo iniciado.

Por consiguiente los objetivos que se persiguen son:

  1. Ampliar y mejorar el material desarrollado durante el proyecto todavía en vigor.
  2. Realizar modelos nuevos (laboratorio virtual para la simulación de la medida de un ciclo indicado en un motor alternativo).
  3. Utilizar estos materiales para impartir docencia en las asignaturas correspondientes. 
  4. Evaluar su eficiencia haciendo las correspondientes evaluaciones, tanto a profesores, como a alumnos.
  5. Potenciar las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) en los métodos docentes y evaluadores, implementando los modelos en la plataforma virtual Moodle.
  6. Difundir los resultados de la experiencia y los materiales generados.

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”, “Proyecto Fin de Carrera de Motor Alternativo” y “Las pilas de Combustible como Alternativa Energética del Futuro” que se imparten actualmente en la Titulación de Ingeniero Aeronáutico, a los alumnos de doctorado que cursan la asignatura de “Tecnología de las Pilas de Combustible” y a los alumnos que cursen las asignaturas de “Propulsión  Aeronáutica”, “Motores Alternativos Aeronáuticos”, “Aerorreactores” y “Propulsión de Aeronaves” del grado en Ingeniería Aeroespacial que comenzará el curso 2010/11 (tabla 1).

Tabla 1. Asignaturas en las que se aplicarán los modelos y laboratorios virtuales desarrollos.

 

 

Asignatura

Curso

Créditos

Tipo

Nº grupos

Nº alumnos

Ingeniero Aeronáutico

Turbomáquinas

4.5

OPT

1

48

Motores de Reacción y Turbinas de Gas

6.0

TRO

2

337

Aerorreactores y Turbinas de Gas

4.5

OPT

1

31

Motores Alternativos I

4.5

TRO

2

319

Motores Alternativos II

5.25

OPT

1

38

Proyecto Fin de Carrera de Motor Alternativo

6

TRO

1

7

Las Pilas de Combustible como Alternativa Energética del Futuro

 

3

LE

1

30

Doct.

Tecnología de las Pilas de Combustible

Doct.

3

TRO

1

4

Graduado en Ingeniería Aeroespacial

Propulsión Aeronáutica

6

(ECTS)

     

Motores Alternativos Aeronáuticos

3º- 4º

4.5 – 3

(ECTS)

     

Aerorreactores

3º- 4º

6 – 6

(ECTS)

     

Propulsión de Aeronaves

3

(ECTS)

     
 

 Como conclusión,  se puede indicar que desde el punto de vista del alumno se persigue lograr objetivos cognoscitivos:

  • Conocer y analizar la influencia de los parámetros de diseño y operación de una cascada de álabes sobre su comportamiento fluidodinámico.
  • Conocer y analizar la influencia de los parámetros de diseño y operación sobre la curva de polarización de una pila de combustible de tipo PEM.
  • Conocer y analizar la influencia de los parámetros de diseño y operación de un motor alternativo sobre diversos procesos del motor.

 y objetivos competenciales:

  • 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.
FASES DEL PROYECTO

La duración del proyecto es de 10 meses (desde el 1 de octubre de 2010 al 31 de julio de 2011. El calendario de actividades se muestra a continuación 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.
  2. Estudio y planteamiento de la mejor metodología a utilizar en cada caso.
  3. Terminación de los modelos para la determinación de actuaciones de una cascada de álabes de turbina.
  4. Terminación del modelo de acoplamiento motor-turbocompresor de un Motor Alternativo.
  5. Desarrollo de un modelo para la determinación de actuaciones de una cascada de álabes de compresor. 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.
  6. Desarrollo de un laboratorio virtual para la medida 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.
  7. Contrastación y validación de los modelos desarrollados.
  8. Utilización en la docencia del laboratorio virtual para la determinación de las curvas de polarización de Pilas de Combustible.
  9. Utilización en la docencia del modelo de bucle de bombeo de un Motor Alternativo.
  10. Utilización en la docencia del modelo de determinación de pérdidas mecánicas en un Motor Alternativo.
  11. Utilización en la docencia del modelo para la determinación de las actuaciones de un Motor Alternativo instalado en un vehículo terrestre.
  12. Utilización en la docencia del modelo para la determinación de las actuaciones de un Motor Alternativo instalado en una aeronave.
  13. Utilización en la docencia de los modelos para la determinación de actuaciones de una cascada de álabes de turbina.
  14. Utilización en la docencia del modelo de acoplamiento motor-turbocompresor de un Motor Alternativo.
  15. Autoevaluación del desarrollo de cada uno de los modelos.
  16. Elaboración de cuestionarios de expectativas, tiempo de dedicación, incidencias críticas (CUIC) y satisfacción.
  17. Implementación de los modelos en la plataforma virtual Moodle.
  18. Análisis y evaluación de resultados.
  19. Publicación de los resultados en foros, congresos y revistas.

 

 

Tarea

Mes 1

Mes 2

Mes 3

Mes 4

Mes 5

Mes 6

Mes 7

Mes 8

Mes 9

Mes 10

1

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

X

X

 

 

 

 

 

 

 

 

4

X

             

 

5

 

 

X

X

X

X

 

 

 

 

6

 

 

X

 X

 X

X

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

   

 

8

 

 

X

   

 

 

 

 

9

 

X

               

10

   

X

             

11

     

X

           

12

     

X

           

13

     

X

     

X

   

14

           

X

     

15

   

X

     

X

     

16

 

X

               

17

 

X

X

X

     

X

   

18

               

X

X

19

               

X

X

EVALUACION DEL PROYECTO

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 siguientes indicadores:

 

 

 

Puntos

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.

0 - 30

Terminación de los modelos correspondientes a cascada de álabes de compresor, considerando el número de parámetros de diseño y operación introducidos, validación de resultados, etc.

0 - 30

Terminación de los modelos correspondientes al modelo de acoplamiento motor-turbocompresor en un Motor Alternativo, considerando el número de parámetros de diseño y operación introducidos, validación de resultados, etc.

0 - 30

Terminación del laboratorio virtual para la medida del ciclo indicado de un Motor Alternativo de encendido provocado, considerando la validación de resultados, etc.

0 - 30

Facilidad de modificación posterior de los modelos.

0 - 10

Calidad del interface con el usuario en cuanto a facilidad de acceso, uso, claridad, etc.

0 - 10

Implementación de los modelos en la plataforma Moodle.

0 - 10

Elaboración de cuestionarios par que los respondan los alumnos y evalúen la metodología utilizada.

0 - 10

Comunicaciones a congresos y publicaciones.

0 - 10

 
Se considerará haber alcanzado los objetivos si se obtiene una puntuación igual o superior a 122 puntos sobre 170.

Para evaluar los resultados del proyecto desde el punto de vista de los alumnos se analizarán sus respuestas a cuestionarios de:

  • expectativas, en el que se evalúa la actitud previa del alumno ante la asignatura y en concreto sobre la aplicación en la docencia de los modelos de simulación y laboratorios virtuales.
  • control de tiempo real 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 y organización, actividades realizadas, logro de expectativas, etc.

Además de la valoración global que se haga de estos cuestionarios, se tendrá en cuenta en particular la respuesta a los siguientes indicadores:

 

 

Puntos

Valoración de la metodología en el aula

0 - 10

Valoración de facilidad de utilización de los modelos

0 - 10

Valoración de claridad del interface de usuario

0 - 10

Facilidad de acceso a la plataforma Moodle

0 - 10

Calidad del material disponible en la plataforma

0 - 10

Valoración global

0 - 10

 
Se considerará haber alcanzado los objetivos si se obtiene una puntuación igual o superior a 43 puntos sobre 60.

Con posterioridad se analizarán los resultados académicos (tasa de abandono, tasa de rendimiento, tasa de éxito) obtenidos por los alumnos que han utilizado esta metodología, con los alumnos de cursos anteriores.

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.

Se intentará asistir a los congresos y publicar en:

  • IV Jornada Internacional UPM sobre Innovación Educativa y Convergencia Europea 2010.
  • XIV Congreso Universitario de Innovación Educativa en Enseñanzas Técnicas.
  • VIII Simposium Iberoamericano en   Educación, Cibernética e Informática: SIECI 2011.
  • Simposio Pluridisciplinar sobre Diseño y Evaluación de Contenidos Digitales Educativos (SPEDECE 1011).
  • Taller Internacional de software educativo (TISE 2011), etc.
  • Publicaciones en revistas especializadas: International Journal of Engineering Education, etc.