MiniCursos en Institutos

La ETSII ofrecerá en el curso 2016/2017 visitas a los centros educativos en las que se realizarán charlas interactivas con alumnos de Enseñanza Secundaria y Ciclos Formativos. En ellas se explicará en qué consiste la ingeniería y se muestra ejemplos actuales y atractivos del ejercicio de la profesión de Ingeniero Industrial.

La visita (no superior a 2 horas) se dividirá en dos partes:

• Primera parte común a todos los talleres (<= 30 minutos):
  • Presentación de las perspectivas profesionales y las competencias de un ingeniero.
  • Características deseables en los alumnos que quieran cursar una Ingeniería Industrial
  • Exposición de los Grados en Ingeniería disponibles en la ETSII y de sus instalaciones docentes y de investigación.
• Segunda parte particular a cada taller (<= 90 minutos): mini-taller interactivo sobre un ejemplo de aplicación de un campo de la ingeniería en el que los alumnos resuelvan un problema en base a unos recursos y unas restricciones. Los talleres propuestos son los siguientes (entre paréntesis aparece el Área responsable del taller):
  • Principios físicos de la ingeniería (Área de Física Aplicada).
  • Gestión integrada de proyectos (Área de Proyectos de Ingeniería).
  • La importancia de la forma (Área de Ingeniería Mecánica).
  • Mecanismos caminantes (Área de Ingeniería Mecánica).
  • Transformaciones de energía en un motor (Área de Motores Térmicos).
  • Diseño y fabricación con Centros de Mecanizado (Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación).
  • Edificios Inteligentes (Área de Ingeniería Eléctrica).
  • Electrónica en la industria (Área de Tecnología Electrónica).
  • Aplicaciones de Visión por Computador (Área de Ingeniería de Sistemas y Automática).
  • Robótica modular e impresión 3D (Área de Ingeniería de Sistemas y Automática)

A continuación se describen brevemente los talleres:

• Taller de Física Aplicada

El objetivo principal es mostrar a los alumnos diferentes experimentos de corta duración que pongan de manifiesto algún principio Físico relevante para la ingeniería de un modo ameno y cercano. Por supuesto se persigue la participación de los alumnos tanto en la realización de la experiencia como en la discusión y explicación del fenómeno. Entre otros fenómenos se destacan:

• Levitación electromagnética: Mediante bobinas de corriente se generan corrientes inducidas en conductores que levitan por efecto de inducción (Ley de Faraday).
• Inducción para cocinar: Con los mismos materiales que en la anterior experiencia se muestra como calentar agua en pocos segundos o fundir estaño.
• Frenos magnéticos: Mediante imanes y tubos de conductores (Cu) se demuestra otro aspecto relacionado con la inducción electromagnética.
• Experimento de Oersted: Experiencia histórica que conecta la interacción eléctrica con el magnetismo mediante brújula e hilos de corriente.
• Construcción de un motor eléctrico: Utilizando objetos muy  comunes se muestra a los alumnos como construir su propio motor eléctrico.
• Momento angular: Un giróscopo didáctico sirve para introducir esta magnitud física y observar cómo se comporta cuando actuamos sobre el giróscopo, base del sistema de navegación de un avión.

La presentación de estas experiencias no tiene que perseguir necesariamente la comprensión inmediata de un fenómeno. Por el contrario, se pretende despertar y motivar la curiosidad del alumnado en general para que pregunten, estudien, investiguen, trabajen o simplemente piensen sobre los fenómenos observados.

• La importancia de la forma

En este taller se iniciará a los estudiantes en la importancia que tiene la forma de un vehículo en la resistencia aerodinámica que será determinante en sus prestaciones, consumo y por lo tanto contaminación ambiental generada al quemar combustible para vencer en esta lucha con el aire. Se comenzará con una introducción de los conceptos básicos de manera intuitiva realizando experimentos que muestren la diferencia de fuerza entre diferentes objetos como una placa, esfera o cuerpo fuselado con la misma área frontal frente a la misma corriente de fluido. Para llamar la atención del estudiante se irá revisando la evolución de la forma de vehículos de competición desde los inicios hasta la actualidad. Los experimentos se realizarán con un ventilador, dinamómetro y anemómetro como parte importante del método científico para comprobar la validez de las hipótesis planteadas.

• Transformaciones de energía en un motor

Se trata de una actividad para visualizar la transformación de energía térmica (calor) en movimiento (trabajo mecánico), y calcular el rendimiento de la misma, que se encuentra limitado fuertemente por el segundo principio de la termodinámica (esto es, por la necesidad de ceder calor a un foco que se encuentre a menor temperatura que la de operación de la máquina). Para ello se pondrá a disposición de los asistentes un pequeño motor Stirling transparente, lo que permite la visualización de todos sus componentes (dos émbolos en V, cigüeñal, conexiones articuladas) y del movimiento del mismo. Se dispone también de un sensor de giro y de par, que permite cuantificar la potencia mecánica obtenida. También se empleará un circuito eléctrico acoplado al generador para transformar la energía mecánica en energía eléctrica. Por defecto, la fuente de suministro de energía térmica es una llama producida en un quemador de metanol, pero se probarán otras fuentes alternativas (energía solar concentrada con una lupa o biomasa, por ejemplo).

• Mecanismo caminante.

En este taller se pretende mostrar a los estudiantes de institutos un mecanismo sintetizado para ejecutar pasos. Se les mostrarán esquemas y nociones de cómo ha sido diseñado, así como animaciones y videos de programas de simulación de mecanismos. También se pretende fabricar el mecanismo con componentes comerciales de ingeniería tales como motores eléctricos, rodamientos, casquillos, rótulas o perfiles industriales. Además de usar estos componentes industriales, también se pretende fabricar mediante impresión 3D en plástico otros componentes y montar alguna barra del mecanismo delante de los alumnos. Finalmente se pondrá a funcionar el mecanismo y mostrar a los alumnos como las modelizaciones y el mecanismo real coinciden.

• Diseño y fabricación con Centros de Mecanizado

En este taller se pretende mostrar a los alumnos de enseñanzas secundarias las tecnologías informatizadas que se enseñan en la titulación del grado en ingeniería mecánica y que se utilizan en las empresas de producción para la fabricación de componentes mecánicos por procesos de mecanizado convencional, que engloba un conjunto de herramientas muy potentes apoyadas en softwares de ayuda a la fabricación.

El taller consiste en el diseño de un componente mecánico sencillo con un software de CAD-3D (SolidWorks) para luego pasar el diseño a un programa de CAM (Computer Aided Manufacturing) SolidCam donde el alumno puede ver el diseño y preparación de todas las operaciones de mecanizado, con la elección de herramientas y los parámetros de corte para fabricar cada una de las partes del componente-demo. Finalmente los estudiantes pueden ver una simulación tridimensional completa del componente fabricado. Posteriormente pasamos el programa generado por la aplicación SolidCam a un torno CNC de sobremesa, que llevaremos a las visitas de los centros, donde verán cómo se fabrica la pieza real, pieza que se entregará a los alumnos en la visita. La duración de la demos puede ser alrededor de 30 minutos.

• Aplicaciones de Visión por Computador

Las técnicas de visión por computador son de utilidad en multitud de aplicaciones de ingeniería como localización de robots móviles o en instalaciones como cadenas de producción.

El grupo Visilab de la ETSII tiene varios proyectos Europeos de investigación en bioingeniería, siendo especialistas en análisis de imágenes médicas, y cuenta con un excelente equipamiento para ello, además de numerosos dispositivos utilizados en otro tipo de aplicaciones como detección de intrusos.

Durante el taller, se presentarán a los alumnos algunos de estos dispositivos, realizando demostraciones interactivas de distintas aplicaciones sencillas de estas técnicas:

• Microsoft Kinect: reconstrucción de habitaciones y modelado 3D de objetos mediante las cámaras de color y profundidad incorporadas en la Kinect. Aplicación a robótica móvil.
• Cámara IP motorizada: Control de una cámara con movimiento pan-tilt (cabeceo e inclinación) desde un servidor web. Aplicación a sistemas de vigilancia automáticos.
• Microscopio portátil: adquisición de imágenes de tejidos para análisis clínico automático. Aplicación a sistemas expertos de apoyo al diagnóstico
• Aplicaciones Android para móviles: sistema automático de reconocimiento de caras, detector del estado de ánimo de una persona, sistema de realidad aumentada para selección de gafas, etc.

• Edificios Inteligentes

Los edificios inteligentes o Smart Buildings son edificios que constan de un algo grado de automatización y de gestión óptima de la energía. El taller explicará a los alumnos el concepto y la importancia de los Smart Buildings, constando de cuatro partes fundamentales:

• Elementos principales de un Smart Building: placas solares, sistemas de iluminación y climatización o puntos de carga de vehículos eléctricos entre otros.
• Objetivos de un Smart Building: eficiencia energética y reducción de costes
• Conexión del Smart Building a una Smart Grid, que es una red de edificios inteligentes que pueden intercambiar información entre sí para conseguir un mejor aprovechamiento energético.
• Ejemplos reales y actuales de Smart Buildings.

Una vez explicados estos conceptos, se propondrá a los estudiantes la posibilidad de diseñar y gestionar su propio Smart Building, eligiendo los componentes de que consta en base a un presupuesto y tomando decisiones sobre la utilización de estos componentes para lograr el máximo ahorro energético y económico.

• Gestión integrada de proyectos

La gestión de un proyecto es una competencia común a todos los grados de la ingeniería industrial. Para realizarla, es necesario tener una amplia visión de la tarea a realizar, tanto de sus contenidos técnicos, como de gestión de presupuestos y, sobre todo, tiempo.

En la sesión que se realizará en las visitas a los centros de educación, se trabajará de forma simple y amena con los conceptos principales de todo proyecto: coste, tiempo y calidad. La práctica buscará establecer la relaciones básicas entre ellos y cómo encontrar un equilibrio, satisfaciendo los objetivos del proyecto que serán marcados al comienzo de la práctica.

• Electrónica en la industria

La electrónica está en el corazón de cualquier planta industrial en nuestros días: controladores de robots, cintas transportadoras o sistemas de llenado o mezclado precisan de microcontroladores y/o microprocesadores que los gobiernen.

Además, hoy en día los microcontroladores se han extendido a casi cualquier instrumento cotidiano del hogar, como electrodomésticos, y se hacen necesarios para el control de los elementos electrónicos de potencia de energías alternativas como la solar.

El taller explicará los fundamentos y presentará a los alumnos distintos componentes electrónicos de uso muy extendido en la industria, como FPGAs, microcontroladores de uso generalizado como Arduino y PIC, y dispositivos de electrónica de potencia utilizados en el almacenamiento de energía de paneles fotovoltaicos. Los alumnos tendrán que realizar un pequeño montaje docente en una placa protoboard para el control del panel solar.

Por último se mostrarán las aplicaciones de la electrónica en automoción mediante un cuadro de instrumentos de un Volkswagen Polo para evidenciar la interdisciplinariedad de la ingeniería.

• Robótica modular e impresión 3D

La impresión 3D permite crear objetos sólidos a partir de diseños realizados en un programa de modelado sólido como Solid Works o SketchUp. Con ello, la fabricación de prototipos de geometrías complejas, necesaria en ingeniería para analizar pruebas de concepto, resulta mucho más rápida, sencilla y barata.

En este taller se explicarán los fundamentos de la impresión por inyección y se realizará una impresión durante el desarrollo del resto de la clase.

A continuación se presentará una arquitectura robótica modular, diseñada conjuntamente con la empresa bq, que permite la construcción de una gran cantidad de modelos distintos de robots (industriales, humanoides, serpientes…). Las partes mecánicas que conforman estos robots están fabricadas mediante impresoras 3D de bajo coste, y los ficheros necesarios para su creación son de libre uso, siguiendo la filosofía DIY (Do-It-Yourself), de modo que pueden imprimirse y modificarse libremente.

Por último, los alumnos podrán modificar un diseño 3D de libre uso para personalizarlo mediante un programa de modelado sólido cuyo funcionamiento se explicará durante el taller.