Descripción: |
En esta tesis se presenta el proyecto " Integración de un sistema
Virtual Full-Duplex para el Desarrollo de Prácticas de Ingeniería
de Alimentos a través de Internet 2", el cual es parte de un proyecto
colaborativo entre la Universidad de Davis CaliforniaTP[12]PT y la Universidad
de las Américas PueblaTP[11]PT denominado: An Internet-assisted Laboratory
Experiment for Teaching Food Enginering, financiado por CONACYT y UCMEXUS.
Este trabajo de educación a distancia surgió de una convocatoria
al uso de Internet 2 en proyectos involucrados en la educación en
ingenierías utilizando esta herramienta, y su objetivo fue diseñar
8 experimentos para el área de ingeniería en alimentos controlados
remotamente a través de Internet, de los cuales 5 se desarrollaron
en UC Davis y 3 en la UDLAP.
NO. EXPERIMENTO UNIVERSIDAD
1 Medición de Respuesta Dinámica de Sensores UCDP[12]P
2 Medición de Conductividad Térmica de un Alimento Líquido
UCDP[12]P
3 Determinar las Propiedades Psicométricas del Aire UCDP[12]P
4 Balance de Energía y Materia a través de un Secador de Aire
UDLAPP[11]P
5 Monitoreo de los Parámetros Eléctricos de un Motor de DC
UDLAPP[11]P
6 Monitoreo del Factor de Potencia de un Motor de AC UDLAPP[11]P
7 Estudio de la Dependencia de Temperatura de una Reacción
Enzimática UCDP[12]P
8 Determinar Propiedades Ópticas de Biomateriales UCDP[12]P
Tabla i. Laboratorios Controlados Remotamente a través de Internet
Como se observa en la tabla i, se tuvo como objetivo desarrollar y construir
los laboratorios virtuales 4, 5, y 6 con los cuales se pudieran llevar a
cabo experimentos con el fin de analizar las propiedades eléctricas
de los motores o balances de materia y energía del secador de alimentos
a larga distancia, es decir sin necesidad de estar en el lugar donde se realiza
el experimento mismo.
Los laboratorios virtuales tienen como propósito, el permitir a los
estudiantes controlar y monitorear los parámetros eléctricos
de un motor de DC y un motor de AC, así como controlar y monitorear
variables tales como humedad, temperatura y peso de un Secador de Alimentos,
todos desde cualquier punto con una computadora personal (PC o Mac) que cuente
con módem o tarjeta de red y acceso a Internet, además de poder
observar por medio de una cámara lo que pasa en el instante mismo
de que el usuario realiza alguna corrida experimental.
Este sistema forma parte de un intento por desarrollar nuevas formas de
enseñanza que enriquezcan el aprendizaje fuera del salón de
clases. En particular, para la realización de esta tesis se integró
un equipo de estudiantes de Ingenierías de alimentos y electrónica,
siendo un proyecto interdisciplinario, en donde cada uno del grupo tuvo una
participación directa en el desarrollo de los experimentos, pero con
una función diferente. En la tabla ii se nombran los estudiantes
involucrados y su participación.
NOMBRE PARTICIPACIÓN EN EL PROYECTO
Jesús Carrillo Ayala. Coordinación general del proyecto,
diseño y construcción del Secador, diseño de los sistemas
de Control de Temperatura, Velocidad de Aire de la planta, Calibración
y Monitoreo de Variables de Temperatura, Protocolo de Comunicación,
Monitoreo de Video y diseño de Circuito Impreso.
Hafid Alduncin Collado. Tarjeta de Adquisición de Datos y diseño
y Construcción de Báscula Digital.
Mario Ortegón Cabrera. Desarrollo de Aplicación SMEP.
Diana López Magaña. Diseño del Secador y Aplicación
a la Educación en Ing. en Alimentos.
Jose L. Fernándes de Lara. Diseño de la Página WEB.
Aarón Albores Mejia .Monitoreo del Factor de Potencia de un Motor
de Inducción (Jaula de Ardilla).
Miguel Bautista Serrano. Monitoreo y Control de un Motor de CD.
Tabla ii. Integrantes del Proyecto Mexus-Conacyt y su Participación.
La coordinación general de los tres proyectos y la participación
directa en el desarrollo y construcción del laboratorio para secado
de alimentos fue el objetivo de esta tesis. La coordinación
involucró una serie de actividades tales como: conjunción del
grupo de trabajo, diseño preliminar de los laboratorios,
administración del fondo económico; ya que una de las condiciones
del proyecto fue que para la construcción de los laboratorio se usaran
pocos recursos económicos, así como también realizar
cotizaciones y compras de los componentes necesarios teniendo en cuenta que
no se podía sobrepasar el límite de dinero destinado para cada
laboratorio, y por último se tuvo una visita a la Universidad de Davis
California con el propósito de comparar y obtener datos de interés
que apoyaran el perfeccionamiento y mejoras de los sistemas de la UDLAP,
tales como las especificaciones que se tomaron en cuenta para la
construcción de su planta, el sistema electrónico de control
y adquisición de datos que utilizaron para monitorear y controlar
su sistema, así como el lenguaje de programación usado, los
requerimientos del servidor y del cliente. Se obtuvo información de
presentaciones de secado del Dr. Paul Singh, quien colabora como profesor
e investigador en el departamento de Bioquímica y Alimentos de UC
Davis, de manera que se pudieran determinar las características con
las que deberían contar los experimentos a desarrollar en la UDLAP,
es decir seleccionar bien el tipo de transductor de temperatura, motor y
sistema de calentamiento, definiendo temperaturas mínima y máxima,
etc.
Como intervención directa en el experimento de secado se tuvo como
objetivo construir un Secador de Aire y desarrollar un sistema que permitiera
el control remoto vía Internet de la velocidad de flujo de aire y
temperatura, así como el monitoreo de variables de temperatura, humedad
relativa y peso dentro del mismo con sólo hacer uso de una computadora
personal con acceso a Internet. A continuación se muestra un esquema
general del sistema de secado.
El sistema contempla 5 partes importantes durante su desarrollo: 1)
fabricación del secador de alimentos, 2) desarrollo de la tarjeta
de control y adquisición de datos, 3) control de la velocidad del
ventilador ( Motor AC ) y de la temperatura del flujo de aire, 4)
adaptación de una cámara web con servomotores y 5) desarrollo
de la página web y la aplicación servidor-cliente utilizando
el lenguaje de programación Java y HTML.
El secador de alimentos desarrollado es un sistema que está provisto
de un ventilador (Motor AC ), una serie de resistencias eléctricas,
sensores de temperatura ( bulbo seco y bulbo húmedo ) y un sensor
de peso. En el capítulo 2 se define el termino de bulbo seco y bulbo
húmedo. La tarjeta de control y adquisición de datos sirve
como interfaz entre el secador y el servidor (PC). Esta tiene como función
controlar la velocidad del motor y la intensidad de corriente de la resistencia
eléctrica con el propósito de generar un flujo y una temperatura
de aire deseado por el usuario; también se encarga de sensar los valores
de temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo, y por último
de peso. Todos estos datos son enviados al servidor a través del Puerto
Serial. La aplicación del servidor los recibe y los almacena en una
base de datos del lado del servidor, posteriormente dicha información
se despliega al usuario en una ventana de browser en forma de gráficas
y barras; dentro de la misma ventana también se genera una barra de
control donde el usuario determina la velocidad y la temperatura del flujo
de aire.
El sistema se caracteriza por permitir el acceso a un usuario a la vez. Cada
corrida tendrá una duración de 5 minutos. Antes de iniciar
el experimento el estudiante selecciona el valor de velocidad de aire y de
temperatura, después de comenzar se van graficando los valores de
temperatura y peso y el estudiante puede ver el comportamiento de los mismos
durante esos 5 minutos de prueba, principalmente la perdida de peso del producto,
al mismo tiempo se puede interactuar con la aplicación. Al termino
de cada corrida el sistema se lleva al estado original (Temperatura Ambiente)
y automáticamente se encuentra listo para la realización de
la siguiente corrida. Terminada la corrida experimental, se pueden obtener
los datos de cada una de las variables que se almacenan cada 10 segundos
en la base de datos durante los 5 minutos de prueba. |