Instrumentación virtual del Generador de Vapor del laboratorio de Térmica y Fluidos en la FES Aragón

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Título :	Instrumentación virtual del Generador de Vapor del laboratorio de Térmica y Fluidos en la FES Aragón
Autor :	Vazquez Cervantes, Jorge Mancilla Alonso, Humberto
Fecha de publicación :	2014
Resumen :	De acuerdo a las exigencias actuales del mercado profesional, se requiere de recursos humanos que no solo dominen los conocimientos teóricos sobre los fenómenos involucrados en los procesos industriales, sino que se involucren en las tecnologías que se requieren para el control de los mismos. Por este motivo se hace necesario que los alumnos pongan toda su atención en el desarrollo de los experimentos, y desarrollen sus habilidades para mejorar la eficiencia de los procesos. El proyecto dejará establecido la impartición de cursos, la generación de material didáctico como manuales, cuadernos de prácticas, además de favorecer la colaboración multidisciplinaria, permitiendo enriquecer el proyecto. La implementación de sistemas de adquisición de datos aportarán oportunidades de desarrollo a los alumnos de las áreas de Mecatrónica, y mejorarán la calidad de las prácticas impartidas en el laboratorio de Térmica y fluidos, teniendo un impacto en todas las carreras de ingeniería que se imparten en la facultad. La implementación de una interfaz llamativa, permitirá un acercamiento mayor a las asignaturas de Termodinámica y Máquinas Térmicas, que en muchos de los casos representa un acto difícil para nuestros alumnos. El uso de estas tecnologías conducirá a la formación de recursos humanos de calidad, en las áreas de Mecatrónica y Termoenergía, dotando al laboratorio de Térmica y fluidos con la capacidad de impartir módulos de diplomados de actualización. Colocándonos dentro del grupo de escuelas dedicadas a la actualización de personal, contribuyendo así, al cumplimiento del plan de desarrollo de la FES Aragón en su correspondencia con el Plan de desarrollo de la UNAM respecto a los programas y proyectos de docencia.
URI :	http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5334
metadata.dc.contributor.responsible:	Vazquez Cervantes, Jorge
metadata.dcterms.callforproject:	2014
metadata.dc.coverage.temporal:	2014-2016
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura nivel superior
metadata.dc.description.objective:	Objetivo General Mejorar la calidad de la enseñanza de las asignaturas del área de Termoenergía, a través de prácticas implantadas en el laboratorio correspondiente, basadas en el uso de sistemas mecatrónicos de adquisición de datos y supervisión. Objetivos específicos Impulsar el desarrollo del área de mecatrónica de la carrera de Ingeniería Mecánica a través del desarrollo de sistemas y dispositivos mecatrónicos que permitan la capacitación de recursos humanos en ésta área del conocimiento. Dotar de nuevas técnicas de enseñanza de los fenómenos térmicos, facilitando el entendimiento de las variables que intervienen en cada uno de los experimentos. Generar una interfaz e instrumentación adecuada y conveniente a un ciclo Rankine instalado ampliando los alcances didácticos que actualmente tiene.
metadata.dc.description.hypothesis:	El ciclo Rankine es un sistema termodinámico cíclico, en él se basa el estudio de las Plantas Termoeléctricas de generación. Está conformado por varios elementos y su aplicación en combinación con otros procesos es empleado actualmente. Lo anterior requiere de un análisis profundo de cada parte, y su respectiva instrumentación de monitoreo ayuda al control del ciclo. El laboratorio de Térmica y Fluidos L2 ubicado en la FES Aragón, cuenta con un ciclo Rankine de vapor destinado a la realización de las prácticas correspondientes a las asignaturas de Termodinámica, Máquinas Térmicas y Transferencia de calor. Los instrumentos de medición con que cuenta son del tipo analógico, lo cual implica efectuar lecturas en los instrumentos a distancias muy cercanas de los equipos, cuyos valores de temperatura en la mayoría de los casos es extrema y de riesgo para el practicante. La instrumentación convencional del tipo analógica presenta una tendencia a ser reemplazada por la instrumentación virtual para la adquisición, el análisis y presentación de datos, ya que permite personalizar el instrumento y agregarle más funcionalidad sin incurrir en costos adicionales. Como valor agregado se tiene la flexibilidad, bajo costo de mantenimiento, la reutilización, la rápida incorporación de nuevas tecnologías y el bajo costo operacional. La instrumentación virtual, es un sistema de medición, análisis y control de señales físicas mediante una PC a través de instrumentos virtuales (Chacón, 2002). Los lenguajes de programación como LabVIEW, son empleados para conformar en forma gráfica, diagramas de flujo con códigos de programación pre-establecidos. Las prácticas correspondientes al ciclo Rankine de vapor mediante la instrumentación virtual, permitirán que las mediciones de cada elemento sean adquiridas, procesadas y analizadas mediante una computadora, presenciando a distancia el funcionamiento físico de los equipos sin riesgos de accidentes, siendo el funcionamiento virtual en tiempo real. La instrumentación virtual es una alternativa para mejorar el proceso de enseñanza aprendizaje de las asignaturas en las áreas de Mecatrónica y Termoenergía, constituyendo un modelo completamente pedagógico que comparado con la enseñanza tradicional, centra la atención de los estudiantes facilitando el conocimiento por medio de los equipos e instrumentos virtuales y su programación respectiva, los cuales arrojarán sus resultados en una computadora. El proceso de adaptación de equipos industriales a la instrumentación virtual, se ha incrementado de hace un poco más de doce años. En algunas Universidades como la Universidad Nacional Experimental del Táchira (UNET-Venezuela), se han realizado adaptaciones como la automatización de un torno de control numérico mediante LabVIEW, en su laboratorio de Máquinas y Herramientas, el monitoreo y control de procesos a través de la Web. Con lo cual, permite elevar la calidad del proceso de enseñanza y aprendizaje por las siguientes razones (Meneses, 2008). Permite la creación de ambientes de aprendizaje en los cuales los estudiantes están en contacto con problemas de ingeniería del mundo real, ya que estas tecnologías están siendo incorporadas en las industrias y empresas; proporciona flexibilidad a los profesores para diseñar experimentos que se ajusten a los contenidos de aprendizaje permitiendo el desarrollo de estrategias de enseñanza basadas en habilidades y destrezas, solución de problemas estudio de casos y aprendizaje colaborativo; facilita la comprensión permitiendo concentración en los conceptos y evita la pérdida de tiempo en la recolección de datos. Referencias Bibliográficas. [1] Chacón Rugeles, Rafael. (2002). La instrumentación virtual en la enseñanza de la Ingeniería Electrónica. Revista Acción pedagógica. Universidad de los Andes, Venezuela. Vol. 11. No. 1, febrero 2002. pp 74-84. [2] Meneses Benavides, Gustavo Adolfo. (2008). Aplicaciones avanzadas de datos de medición con software
metadata.dc.description.strategies:	Actualmente se han realizado conexiones previas de una interfaz de adquisición de datos, con que cuenta el laboratorio de Térmica y Fluidos, implantada con equipo de National Instruments modelo NI WLS-9219 4-CHANELS, 100S/S/CH, 24-BIT, ±60V, ± 23MA UNIVERSAL INPUT y su controlador NI-DAQMX DRIVER. Las pruebas han sido realizadas con termopares tipo J, K y T, para la adquisición de valores de temperatura, arrojando los resultados esperados en la conexión inalámbrica entre la PC y la interfaz, así como la facilidad de adaptación en los equipos a instrumentar. El área de Mecatrónica se beneficiará con el desarrollo del proyecto al lograr en el proceso de enseñanza- aprendizaje, que los alumnos desarrollen su programa virtual y éste sea interconectado con el ciclo Rankine mediante vía inalámbrica con la tarjeta de adquisición de datos o interfaz correspondiente. Se compararán los datos con los calculados del área de Termoenergía, comprobando la efectividad de su proceso particular y abriendo las posibilidades de desarrollar sistemas y dispositivos mecatrónicos con opción a tesis. En cuanto al área de Termoenergía, el proyecto ampliará los alcances didácticos actuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje al momento que los alumnos operen el ciclo Rankine de vapor, efectúen las mediciones y cuyos valores capturen automáticamente en una hoja de cálculo. La hoja de cálculo será programada por los mismos alumnos para resumir operaciones y que puedan comparar posteriormente con sus operaciones realizadas a mano, previas o posteriores al funcionamiento del ciclo, dependiendo de la decisión del Instructor. Considerando ambas áreas de conocimiento, el proyecto abre la capacidad para impartir módulos de diplomados que actualicen y capaciten personal, con conocimientos industrialmente actuales y en correspondencia con el Plan de desarrollo de la UNAM en cuanto a los programas y los proyectos de docencia, cuya linea de acción contempla el Plan de desarrollo de la FES Aragón con la generación de conocimiento e investigación de vanguardia multidisciplinaria.
metadata.dc.description.goals:	METAS PRIMER AÑO Se realizarán las adaptaciones de los sensores de temperatura, presión y flujo en los equipos constituyentes del ciclo Rankine. Serán conectados los sensores a la interfaz de adquisición de datos, con una localización segura para la interfaz. Se conectará la interfaz inalámbricamente a la PC para adquisición de datos. Se realizarán los ensayos correspondientes para mejorar la plataforma virtual. Se terminará el diseño de la plataforma de instrumentación virtual, mostrando gráficamente todos los equipos del ciclo Rankine en funcionamiento. Se obtendrá la adquisición de datos en tiempo real para registrarlos de forma automática en tabla de Excel y sus correspondientes cálculos. Se obtendrá la conclusión de la Tesis correspondiente al proyecto. Se impartirá un curso de actualización teórico-práctico a los profesores acerca de la adquisición de datos en el Ciclo Rankine mediante la instrumentación virtual. METAS SEGUNDO AÑO Se realizarán materiales de apoyo para la impartición de prácticas en las áreas de Mecatrónica y Termoenergía. Entre los materiales de apoyo se encuentra un manual para realizar el procedimiento de adquisición de datos y un manual de operación de los equipos del ciclo Rankine,que apoyará a los maestros en la realización de las prácticas de las asignaturas del área térmica, mientras para las asignaturas del área mecatrónica permitirá realizar prácticas sobre tópicos de adquisición, acondicionamiento y procesamiento de señales en un proceso industrial. Elaboración de un artículo de divulgación científica para su publicación en algún congreso nacional. Realización de la conexión a distancia, a través de internet, para el monitoreo y control de las prácticas realizadas así como su ejecución desde otra dependencia de la UNAM y en su caso a cualquier otra Institución de enseñanza superior a la que se le licencie los derechos para utilizar la plataforma. Dejar establecida la posibilidad de continuar con el proyecto en la etapa de control del Generador de Vapor, para operarla a distancia.
metadata.dc.description.selfAssessment:	Las actividades realizadas durante el periodo del proyecto, fueron llevadas a buen término mediante la coordinación con alumnos participantes y académicos. De los alumnos participantes, fueron incluidos los que cuyas tesis fueron planeadas respecto al proyecto, así como alumnos de servicio social que tenían sus actividades consideradas dentro del laboratorio y alumnos inscritos en las asignaturas teóricas de Termodinámica, Máquinas Térmicas y Mecatrónica. Los mismos alumnos quisieron participar de manera voluntaria al enterarse del proyecto y la necesidad de generar manuales acerca del ciclo Rankine y del Generador de Vapor, por su necesidad de realizar prácticas con los equipos durante algunos lapsos de tiempo en que duró el proyecto. Lo anterior de acuerdo a los temarios de sus asignaturas correspondientes. La situación de mejoramiento de la enseñanza en el área de los Laboratorios de Térmica y Fluidos, ha tenido con el proyecto un impacto favorable en el aprendizaje del alumnado, facilitando la obtención y registro de datos reales que llevan a consideración del profesorado las metodologías aplicadas al análisis del ciclo Rankine de potencia y que pueden ser realizadas sobre cada componente del ciclo de manera individual como se tiene para la turbina de vapor. Lo anterior incrementó las posibilidades de aplicación y los alcances iniciales. Considerando la seguridad de las personas que trabajan con los equipos del proyecto y la seguridad de la misma infraestructura, dicha seguridad se vio incrementada al evitar el contacto directo con las superficies de riesgo por alta temperatura. El proyecto tuvo un incremento en sus alcances y productos superando las metas iniciales: 1. se obtuvo una servo-válvula para controlar el flujo de vapor de entrada a la turbina, la cual es controlada automáticamente de acuerdo al número de revoluciones por minuto del generador eléctrico y cuenta con la posibilidad de controlarse de forma manual; 2. La segunda tesis del proyecto, corresponde a la servo-válvula de control de flujo para la turbina por parte del alumno Rogelio Alberto Velázquez Garibay; 3. El proyecto inicialmente tuvo la generación de otra tesis adicional, ya estaba considerada la importancia de rehabilitar el Generador de Vapor Clayton para el funcionamiento del ciclo Rankine; 4. Actualmente se tienen en proceso otras dos tesis que son la continuidad del proyecto; 5. Fueron obtenidos dos manuales de operación, elaboración de cuatro artículos, uno publicado en Congreso Internacional y tres en Congreso Nacional. El proyecto ha tenido la participación de quince alumnos de Termodinámica cinco de Máquinas Térmicas y seis de Mecatrónica. El proyecto ha despertado el interés en los alumnos por acercarse más a éstas áreas de especialidad y realizar alguna tesis respecto al empleo de los sistemas que aplica el proyecto. En particular los alumnos de Termodinámica han manifestado que ha mejorado su aprendizaje con la parte aplicada del proyecto a su teoría.
metadata.dc.description.goalsAchieved:	METAS LOGRADAS PRIMER AÑO 1. Se terminaron de instalar los sensores de temperatura, presión, velocidad angular (Encoder) y celda de carga en la Turbina de vapor con sus correspondientes adaptaciones. 2. Se realizó y terminó el cableado correspondiente de cada sensor a su tarjeta de adquisición de datos y a la interfaz, ubicándolos a la izquierda del equipo, de manera que estén alejados del contacto con el vapor de prueba. 3. Se conectó la interfaz localizada en la PC de manera inalámbrica (WiFi) con las tarjetas de Adquisición de Datos. 4. Habiendo efectuado ensayos previos se mejoró la plataforma, terminando su diseño mostrando de forma gráfica los equipos del ciclo Rankine en funcionamiento. Se obtienen resultados de cálculo directamente en hoja de Excel. 5. Se concluyó la primera tesis del proyecto con la correspondiente titulación del alumno Santiago Adán Nicolás García. METAS LOGRADAS SEGUNDO AÑO 6: Se realizaron dos materiales de apoyo para impartición de prácticas con el sistema de adquisición de datos(SDAQ), para las áreas de Mecatrónica y Termoenergía. (Dos manuales: Uno de procedimiento para operar el SDAQ y uno para la operación de los equipos del ciclo Rankine). 7: Fue elaborado y publicado el artículo de divulgación científica en Congreso Nacional. 8. Fue elaborado el protocolo de conectividad inalámbrica para hacerse de forma automática y asimismo el de conectividad a distancia para trabajar con opción de SKYPE. 9. Se obtuvo el establecimiento de la continuidad del proyecto para el control del Generador de Vapor.
metadata.dcterms.provenance:	Facultad de Estudios Superiores Aragón
metadata.dc.subject.DGAPA:	Ingenierías
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
metadata.dc.contributor.coresponsible:	Mancilla Alonso, Humberto
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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