Versión Estudiante

ARMANDO EL ROMPECABEZAS: MODELO SIMULINK DEL SISTEMA COLECTOR-TERMOTANQUE

Alfredo Flores Irigollen
México - La Paz
Universidad Autónoma de Baja california Sur

Proyectos: 1

Área

Matemáticas - Aritmética

Edad

16-17+

Introducción

Introducción: 

En esta WebQuest los estudiantes completarán un modelo SIMULINK que les permitirá modelar el comportamiento dinámico de un sistema de aprovechamiento térmico de la energía solar: Sistema Colector-Termotanque.

Este modelo será crucial en el proceso de diseño del sistema de calentamiento porque les permitirá afinar y precisar las características de diseño del sistema en diversos aspectos incluyendo el dimensionamiento. Asimismo, podrán confirmar si con las estimaciones previas (Area efectiva de captación) el agua en el termotanque alcanza la temperatura de diseño a la cual se pretende operar el sistema. Podrán determinar el tiempo en que se alcanza la temperatura máxima en el termotanque.

                                                                                        

 

 


Tarea

 

Se plantea a los estudiantes el reto de completar un modelo Simulink que resuelve un sistema de ecuaciones diferenciales (sistema Colector-Termotanque)

Nombre y Apellidos del Autor: 

Alfredo Flores

Idioma: 

Español

Nivel Educativo: 

Grado Universitario

Area de Conocimiento: 

Tecnología
 

Introducción: 

En esta WebQuest los estudiantes completarán un modelo SIMULINK que les permitirá modelar el comportamiento dinámico de un sistema de aprovechamiento térmico de la energía solar: Sistema Colector-Termotanque.

Este modelo será crucial en el proceso de diseño del sistema de calentamiento porque les permitirá afinar y precisar las características de diseño del sistema en diversos aspectos incluyendo el dimensionamiento. Asimismo, podrán confirmar si con las estimaciones previas (Area efectiva de captación) el agua en el termotanque alcanza la temperatura de diseño a la cual se pretende operar el sistema. Podrán determinar el tiempo en que se alcanza la temperatura máxima en el termotanque.

Logo Simulink                                                              Colector_termotanque

  1. Revisar detenidamente el documento PDF cuyo link viene en el apartado "PROCESO". En este documento se explica el procedimiento para la construción del Modelo Simulink Colector-Termotanque. Sin embargo, el modelo queda incompleto.
  2. Completar el modelo Simulink del sistema Colector-Termotanque, acomodando las piezas (BLOQUES) que se proporcionan al final del documento PDF en los lugares apropiados DEL MODELO INCOMPLETO.
  3. Añadir las lineas de flujo de señales que conecten los BLOQUES que acomodó para completar su Modelo Simulink
 

Los estudiantes organizados en equipos de TRES PERSONAS:

 

  • Revisarán cuidadosamente el siguiente documento PDF:
     MODELO SIMULINK COLECTOR-TERMOTANQUE. Partiendo de las ecuaciones de balance térmico del sistema de calentamiento, se inicia el proceso de construcción del modelo SIMULINK que las resuelve. Sin embargo, el modelo simulink se deja incompleto a propósito.

 equipo

  • Acomodarán las piezas del rompecabezas (BLOQUES) que hacen falta y que se proporcionan al final del documento PDF. Si se fijan bien, falta incorporar al MODELO Simulink sólo DOS TÉRMINOS de las ecuaciones de balance: El término de pérdidas termicas del captador hacia el ambiente, resaltado en color verde , y el término de pérdidas térmicas del termotanque hacia el ambiente, resaltado en color magenta.
  • Añadirán las LINEAS DE FLUJO DE SEÑALES pertinentes para conectar los BLOQUES que acomodaron con la finalidad de completar el MODELO que quedo inconcluso en el documento PDF.
 

Los aspectos que se evaluarán serán los siguientes:

  • Congruencia en el acomodo de los bloques dentro del modelo SIMULINK
  • Uso apropiado de las lineas de flujo de señales para conectar correctamente los bloques que hacen falta.
  • Trabajo colaborativo
 

Con el desarrollo de la presente actividad los estudiantes:

  • habrán aprendido a desarrollar el pensamiento abstracto para pasar del lenguaje matemático (Sistema de Ecuaciones Diferenciales) al lenguaje de programación con bloques (MODELO SIMULINK).
  • Es decir, sabran transformar un sistema de ecuaciones en un diagrama de bloques SIMULINK para poder resolverlas.
  • trabajarán de manera colaborativa y sabrán compartir responsabilidades.
 

Se agradece a:


Proceso

Los estudiantes organizados en equipos de TRES PERSONAS

 

  • Revisarán cuidadosamente el siguiente documento PDF:
     MODELO SIMULINK COLECTOR-TERMOTANQUE. Partiendo de las ecuaciones de balance térmico del sistema de calentamiento, se inicia el proceso de construcción del modelo SIMULINK que las resuelve. Sin embargo, el modelo simulink se deja incompleto a propósito.
  •                                                                                       
  • Acomodarán las piezas del rompecabezas (BLOQUES) que hacen falta y que se proporcionan al final del documento PDF. Si se fijan bien, falta incorporar al MODELO Simulink sólo DOS TÉRMINOS de las ecuaciones de balance: El término de pérdidas termicas del captador hacia el ambiente, resaltado en color verde , y el término de pérdidas térmicas del termotanque hacia el ambiente, resaltado en color magenta.
  • Añadirán las LINEAS DE FLUJO DE SEÑALES pertinentes para conectar los BLOQUES que acomodaron con la finalidad de completar el MODELO que quedo inconcluso en el documento PDF.

Recursos

Para realizar las actividades listadas en el apartado PROCESO, los equipos podrán apoyarse en los siguientes recursos:

  1. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DEL MODELO SIMULINK COLECTOR-TERMOTANQUE
  2. INTRODUCCIÓN A SIMULINK
  3. MANUAL DE SIMULINK
  4. MANUAL DE MATLAB Y SIMULINK
  5. BLOQUES PRINCIPALES

 


Evaluación

 

Los aspectos que se evaluarán serán los siguientes:

  • Congruencia en el acomodo de los bloques dentro del modelo SIMULINK

  • Uso apropiado de las lineas de flujo de señales para conectar correctamente los bloques que hacen falta.

  • Trabajo colaborativo


Conclusión

 

Con el desarrollo de la presente actividad los estudiantes:

  • habrán aprendido a desarrollar el pensamiento abstracto para pasar del lenguaje matemático (Sistema de Ecuaciones Diferenciales) al lenguaje de programación con bloques (MODELO SIMULINK).

  • Es decir, sabran transformar un sistema de ecuaciones en un diagrama de bloques SIMULINK para poder resolverlas.

  • Trabajarán de manera colaborativa y sabrán compartir responsabilidades.


Notas

El modelo matemático que se presenta en esta actividad es, en esencia, similar al propuesto por el Dr. Jose Luis Fernández Zayas en sus notas:

  • Fernández-zayas, J. L. (1985), Introducción al estudio de los sistemas solares activos. Notas del curso "Aprovechamiento térmico de la energía solar" impartido a los alumnos de Ingeniería Mecánica del Instituto de Ingeniería de la UNAM.

La única variante es que en el modelo de esta WebQuest si se considera el término de inercia térmica en la ecuación de balance del captador.

Las actividades de esta WebQuest serán desarrolladas por los alumnos de la carrera de Ingeniería en Fuentes de Energía Renovable (IFER) de la Universidad Autónoma de Baja California Sur.

 


Creditos

Alfredo Flores Irigollen del Proyecto creado 30 de Julio de 2016

WebQuest creada por Alfredo Flores Irigollen y alojado en la herramienta de
Gestión de Proyectos de Eduteka (http://eduteka.icesi.edu.co/ProyectosClase.php)
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