Proyectos 2015 - IUTA - Universidad de Oviedo

Transcripción

4.1. PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN 2015
Plan de Actividades 2015
1
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN 2015
PROYECTO Nº 1
1.DATOS DEL PROYECTO
Título: Desarrollo de procedimiento de verificación y calibración de engranajes con
Máquinas de Medir por Coordenadas de alta precisión
Investigador responsable: Eduardo Cuesta González
Tfno: 985182136
E-mail: [email protected]
Otros investigadores: José Manuel Sierra Velasco, José Luis Cortizo Rodríguez, Braulio
José Álvarez Álvarez, Daniel Álvarez Mántaras, Pablo Luque Rodríguez, Fernando
Sánchez Lasheras
Empresas o instituciones colaboradoras.
Ingeniería y Servicios de Metrología Tridimensional, S.L. (ISM3D)
ISM3D es una empresa del Parque Científico Tecnológico de Gijón (Los Prados 168, CP:
33203 Gijón, ES-B33951526), que desarrolla su actividad como Ingeniería Avanzada en
Metrología Industrial Tridimensional y como laboratorio de precisión para la calibración y
medición de patrones y piezas máster de alta precisión. Recientemente se ha acreditado
como laboratorio ENAC (Entidad Nacional de Acreditación) en este ámbito industrial; en
alguno de los alcances de laboratorio es por ahora el único acreditado a nivel Nacional.
Dada la temática de la propuesta, la empresa apoya explícitamente la investigación, con
medios humanos y materiales (engranajes patrón, Maquina de Medir de altísima precisión,
software específico, etc.) pues el conocimiento que se puede transferir a la empresa le
permitiría conseguir aumentar el alcance de su laboratorio en un campo (calibración de
engranajes) donde actualmente no hay ningún laboratorio a nivel nacional y muy pocos a
nivel Europeo o Mundial.
2.MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO
2.1 Resumen ejecutivo.
El proyecto que aquí se plantea persigue la elaboración de una serie de procedimientos para
verificación y calibración de engranajes mediante Máquinas de Medir por Coordenadas
(MMCs).
La complejidad de los engranajes hace necesario que en las primeras fases del proyecto se
lleve a cabo un exhaustivo estudio tanto de los diferentes tipos de engranajes susceptibles
de ser calibrados como de los parámetros que los definen con el fin de conocer qué ha de
2
obtenerse en su medición y soportar el posterior desarrollo de los programas de inspección.
La medición de engranajes no es solo una tarea compleja por la variedad de tipologías y
parámetros a controlar, sino también por la geometría de este tipo de piezas que a veces
dificulta enormemente el acceso a sus flancos por parte de los palpadores de las MMCs.
Esto implica que la elaboración de programas de inspección en máquina habrá de requerir
una importante formación previa que abordará tanto el manejo de los equipos en sí como el
control de los softwares que se utilicen. Tras ella se elaborarán diferentes programas de
medición de engranajes, determinando trayectorias para el escaneo y palpado de las
diferentes partes del diente.
Actualmente no existe ninguna empresa acreditada ENAC proveedora de servicios de
calibración de engranajes a nivel nacional, por lo que los resultados de esta investigación
darán lugar a un conocimiento inédito en este ámbito. La empresa ISM3D, afincada en el
Parque Tecnológico de Gijón, se ha mostrado especialmente interesada en colaborar con el
proyecto, puesto que el know-how que ella obtenga, colaborando activamente en esta
investigación, puede permitirle ampliar el alcance de su acreditación ENAC, dotando a la
región de un servicio solamente ofrecido en la actualidad por unos pocos laboratorios
europeos. Para ello pone a disposición del grupo investigador tanto su maquinaria de alta
precisión como su gran experiencia en el campo de la metrología dimensional
A partir del conocimiento obtenido sobre las especificaciones y la programación en CMM se
elaborará una propuesta de procedimiento de calibración completo donde se propondrá un
balance de contribución de incertidumbres que ha de formularse a partir de normativa vigente
(GUM). La formulación contenida en el procedimiento debe implementarse en una hoja de
cálculo auxiliar que posibilite el cálculo de las incertidumbres a partir de las contribuciones
consideradas, del análisis de variabilidad, y de la ley de propagación de varianzas en los
parámetros que se obtengan de forma indirecta a partir de otros medidos. La aplicación
facilitará la elaboración de gráficas para la visualización de los datos permitiendo la
elaboración automática de informes de calibración. El procedimiento deberá ser probado
simulando calibraciones reales (comprobación de robustez) y se comprobará que los
resultados son los esperados con intercomparaciones entre laboratorios. En una última fase
se generará un informe de resultados que servirá de respaldo para futuros desarrollos y guía
para la puesta en marcha de estos procedimientos. Al mismo tiempo esta información
soportará al menos una publicación en una revista o congreso de prestigio.
La especialización que subyace en el desarrollo del proyecto resulta muy interesante por el
conocimiento que pone en manos del equipo de investigación del Campus de Gijón la
principal empresa colaboradora (y por extensión su entorno empresarial), ISM3D; sin olvidar
que favorece la implantación en el entorno de la ciudad de un servicio totalmente novedoso.
Además pone en contacto al becario con una actividad empresarial real —calibración de
piezas y elementos patrón—, de la que no existen más referentes a nivel regional ni nacional,
dando lugar a un aprendizaje y a una formación de muy alto valor.
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2.2 Justificación e interés.
Atendiendo a que el proyecto responde a una necesidad real en el mercado de la calibración
de este tipo de piezas, el interés en el mismo es muy elevado, tanto por parte del equipo
investigador como de la empresa colaboradora. No debe pasarse por alto que actualmente
no existen laboratorios en el territorio nacional que cuenten con procedimientos acreditados
para calibración de engranajes por lo que existe un mercado muy importante que ha de
satisfacerse enviando estas piezas a laboratorios europeos. Este punto resulta fundamental
para comprender cómo el proyecto se ve justificado en esencia por una ausencia real de
proveedores de un servicio especializado de calibración de engranajes a nivel nacional.
Dada la experiencia en el ámbito de la calibración que tiene ISM3D (entidad acreditada ENAC
para calibración de piezas master y patrones dimensionales) y el equipamiento con el que
dicha empresa cuenta, se considera que el proyecto es completamente viable, tanto en
lo que se refiere al tiempo establecido, unos nueve meses, como a los recursos disponibles
(laboratorios de metrología Dimensional de la Univ. de Oviedo y de la empresa ISM3D, en el
Parque Científico-Tecnológico de Gijón).
Ha de tenerse en cuenta que para este proyecto se parte con conocimiento ya sobre la
calibración ENAC de otro tipo de piezas, como patrones o piezas master, siendo este
conocimiento una buena base sobre la que diseñar y construir conceptualmente los nuevos
procedimientos, pasando posteriormente al entorno específico de la calibración de
engranajes con Máquinas de Medir por Coordenadas de alta precisión.
La especialización que subyace en el desarrollo de un proyecto de estas características no
solamente resultará interesante en lo referente al conocimiento (knowledge) que pone en
manos del equipo de investigación del Campus de Gijón la empresa colaboradora (y por
extensión su entorno empresarial), sino que al mismo tiempo pone en contacto al becario
con una actividad empresarial real. Actividad –calibración de engranajes máster p.e.- de la
que no existen más referentes a nivel regional ni Nacional, dando lugar a un aprendizaje y a
una formación de muy alto valor.
Por último mencionar que una garantía de la viabilidad del proyecto lo constituyen las
anteriores colaboraciones del grupo de investigación que presenta esta propuesta con la
propia empresa, desde la colaboración en un proyecto del plan Nacional (en la que fue
necesario calibrar y dar trazabilidad a un patrón de características en ISM3D), hasta la
colaboración que se tradujo en varios contratos o proyecto de tipo Universidad-Empresa;
como los que se citan a continuación:

Aseguramiento de la calidad y representación del conocimiento en la medición con
sistemas portátiles de medir por coordenadas, M.E.C.-DGICyT (Dirección General de
Investigación Científica y Técnica), Ref. DPI2012-36642-C02-01, 01-01-2013 al 3112-2015, IP: Eduardo Cuesta González, Nº investigadores participantes: 9 (3 de
ellos de la Universidad de León)
4

Fabricación de patrón dimensional para fotogrametría, Contrato Universidad–
Empresa (Ref. FUO-EM-053-13), Ingeniería y Servicios de Metrología Tridimensional
(ISM3D, S.L.), 22/01/2013 al 22/02/2013, IP: Eduardo Cuesta González, Nº
investigadores participantes: 4

Investigación y Desarrollo de patrones dimensionales para trazabilidad en tecnologías
de medición por coordenadas con y sin contacto, Contrato Universidad– Empresa
(Ref. FUO-EM-133-14), Ingeniería y Servicios de Metrología Tridimensional
(ISM3D,S.L.), 18/04/2014 al 18/01/2015, IP: Eduardo Cuesta González, Nº
investigadores participantes: 2
Asimismo, pueden mencionarse otros proyectos de investigación relacionados con
definición, desarrollo y puesta a punto de procedimientos de calibración, también basados
en Medición por Coordenadas. Sin duda esta experiencia también avala la viabilidad de esta
propuesta:

Procedimiento de Calibración "in-situ" para Brazos de Medir por Coordenadas
utilizando patrón basado en características. Ensayos de Campo. Proyecto IUTA (Ref.
SV-14-GIJON-1-4), 2014, IP: Braulio Álvarez Álvarez.

Elaboración de procedimientos de Calibración y Fabricación de patrones
dimensionales para FEVE, Contrato Universidad- Empresa (Ref. CN-01-074-B1),
Ferrocarriles de Vía estrecha (FEVE), 2001, IP: Eduardo Cuesta González

Elaboración de procedimiento de Calibración de Juego de Accesorios para Bloques
patrón, Contrato Universidad – Empresa (Ref. CN-01-266-B1), Ferrocarriles de Vía
estrecha (FEVE), 2001, IP: Eduardo Cuesta González

Mediciones de patrones prototipo y elaboración de procedimientos de calibración
para digitalizado sin contacto con Máquinas de Medir por Coordenadas, PROFIT
(Ref. FUO-EM-186-06) vinculado al proyecto PROFIT del MITYC (ref. FIT-0204002006-45, titulado “SISTEMAS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL BASADOS EN
ÓPTICA”), Fundación PRODINTEC, 2007, IP: Eduardo Cuesta González

Procedimiento de verificación de moldes para probetas de cemento según EN1961:2005 (Ref. FUO-EM-052-13), Cementos Tudela Veguín S.A.U, 2013, IP: Eduardo
Cuesta González
2.3 Objetivos.
El objetivo principal del proyecto de investigación es la generación de una serie de
procedimientos que permitan verificar y calibrar engranajes de muy diversos tipos. En este
caso, dicha calibración se entenderá que es utilizando una máquina de medir por
5
coordenadas (CMM) de alta precisión y por supuesto en un laboratorio con control de
magnitudes de influencia. Téngase en cuenta que actualmente la medición de engranajes se
realiza, sobre todo a nivel de fabricación, con equipos específicos: máquinas medidoras de
engranajes. En este proyecto se pretende por un lado, evitar su uso permitiendo calibrar
estas geometrías sin necesidad de maquina específica, utilizando una CMM de alta precisión
y de propósito general para abordar esta tarea (fig. 1 y 2). Por otro lado, estos equipos – las
medidoras de engranajes- cuentan con patrones de calibración específicos, denominados
comúnmente como “engranajes patrón”, que en todo caso han de ser verificados y
certificados por laboratorios acreditados para su utilización como pieza máster o de control
de funcionamiento. Este último aspecto, poder calibrar los propios engranajes patrón, es
sumamente interesante, pues qué duda cabe que éstos patrones también tienen deriva en
el tiempo y pueden sufrir cambios estructurales originados por el mecanizado, por el tipo de
material, tensiones internas, etc. De hecho, este tipo de engranajes patrón son calibrados
periódicamente por parte de los usuarios de máquinas medidoras de engranajes. Con las
acciones de este proyecto se podrían calibrar cualquier tipo de engranajes y en diversas
geometrías, tanto cilíndricos como cónicos, y con dientes rectos o helicoidales, tornillos sin
fin, etc.
Fig. 1. Izq. Verificación de engranaje cónico con dentado helicoidal sobre CMM. Der. Detalle de algunos
parámetros geométricos y de funcionamiento
La medición de engranajes es una tarea enormemente compleja, debido no sólo a la enorme
variedad de modelos y parámetros a controlar (fig.1 y 2), sino sobre todo a la intrincada
geometría de este tipo de piezas que a veces dificulta enormemente el acceso a sus flancos
por parte de los palpadores por contacto (y más aún si se busca medición sin contacto) de
las MMCs. Además, en numerosos casos las escasas dimensiones que pueden alcanzar sus
elementos, como ocurre en los microengranajes, añade nuevamente dificultad de acceso
incluso para palpadores de diámetros submilimétricos.
6
Para abordar este proyecto es necesario adquirir previamente un conocimiento bastante
importante de cómo se realizan actualmente las mediciones sobre engranajes (estado del
arte), y establecer a partir de ahí unas estrategias de medición con CMM adecuadas.
Inicialmente estas estrategias se basarán en un conocimiento previo de los propios
engranajes y de su naturaleza, y luego irán evolucionando a estrategias de repetición de las
mismas, multiorientación espacial, tratamiento estadístico, etc. para poder hablar de
procedimientos de calibración. Porque no cabe duda que, si además de medir, pretendemos
calibrar, hemos de asignar una incertidumbre a las mediciones, y para ellos debe
establecerse un procedimiento que evalué la incertidumbre de medida (GUM) tomando en
consideración un balance coherente y adecuado de contribuciones. Donde una de ellas, al
menos, evalúe la variabilidad o repetibilidad de las mediciones.
En el marco del mercado actual la obtención de procedimientos válidos susceptibles de ser
acreditados ENAC es completamente novedosa a nivel nacional, al no haber ningún
laboratorio acreditado para la calibración de engranajes en todo el territorio Nacional y muy
pocos a nivel Europeo o incluso mundial. Dada esta realidad, existe una empresa asturiana,
ISM3D, afincada en el Parque Científico-Tecnológico de Gijón, muy interesada en adquirir
este tipo de acreditación, que se presta a colaborar estrechamente en el proyecto
permitiendo tanto el uso de su equipamiento de máxima precisión como su experiencia en el
campo de la metrología dimensional.
Fig. 2. Izq. Parámetros geométricos en la definición del perfil de un diente. Der. Verificación de
engranaje cilíndrico con dentado helicoidal sobre CMM
Ha de entenderse en este punto que los procedimientos, una vez elaborados, permitirían
directamente la medición o verificación de este tipo de piezas; sin embargo, no ha de verse
esto sino como una solución de carácter relativamente temporal. La realidad es que aunque
estas mediciones podrían resultar trazables a nivel interno siempre que se realicen con una
CMM calibrada, carecerían de trazabilidad a nivel legal siempre que el procedimiento no se
acredite por ENAC, y los valores de los parámetros del engranaje a medir se acompañen de
una incertidumbre de medida y no solo de los datos medidos.
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La obtención de este know-how, inédito a nivel nacional, resulta muy importante para el
equipo de investigación, desde un punto de vista curricular y al mismo tiempo para la
empresa, desde un punto de vista comercial y tecnológico ya puede permitirle incrementar
el alcance de su acreditación ENAC.
2.4 Metodología.
Para la elaboración de los procedimientos y su puesta en marcha es necesario llevar a cabo
una primera fase de estudio, pasando posteriormente a una primera creación de los
procedimientos que se terminarán por programar sobre un software para medición por
coordenadas. Estas etapas se pueden describir de forma más específica como sigue:
1- Puesta en marcha del proyecto: Estudio de engranajes y parámetros asociados
Estudio de la tipología de engranajes susceptibles de ser calibrados, tanto engranajes
funcionales (completos o parciales) como engranajes patrón. Éstos últimos, disponibles por
los fabricantes de máquinas de medir engranajes para su verificación periódica. En esta
etapa se definirán también las dimensiones máximas y mínimas que se pueden encontrar (y
cuya calibración puede abordarse), breve listado de fabricantes de engranajes, de
fabricantes de máquinas de medir engranajes, etc. Dentro de esta etapa, posteriormente ha
de realizarse un estudio más específico de la geometría de los engranajes a calibrar,
estableciendo cuáles son sus parámetros de definición, y dentro de ellos sus valores y
tolerancias más habituales.
2- Estudio de métodos y programas de verificación. Medición con CMM
Toma de contacto con el manejo de las CMM disponibles para el proyecto. Programación de
las mismas y adecuación a la medición de las geometrías/tipologías anteriores (PD-DMIS,
Calypso). Esta etapa atañe al estudio del software propio de la CMM, y al estudio de otros
softwares existentes para la medición de engranajes en CMM (módulo GearPro por ejemplo)
y aprendizaje de su manejo. Dentro de esta etapa se incluye finalmente la programación de
mediciones de engranajes sobre CMM. Generación de trayectorias para escaneo de las
diferentes partes del diente, obtención de parámetros, programación con ciclos para
repeticiones a realizar, etc.
3- Propuesta de Procedimiento de calibración
Propuesta de procedimiento de calibración completo, teniendo en cuenta todo el
conocimiento anterior de las especificaciones, y de cómo son los programas de medición de
la CMM; se propondrá un balance de contribución de incertidumbres que ha de formularse
a partir de la guía GUM. Esta etapa comprende también el estudio de la asignación de
incertidumbres a la CMM de referencia para las mediciones que se hagan sobre los
engranajes. En todo procedimiento de calibración es necesario asignar una incertidumbre al
equipo de medición. En este caso debe asignarse una UCMM. Esta asignación es más
compleja que utilizar simplemente el valor de MPE (Máximo Error Permitido) de la ISO 10360
(dedicada a verificación de CMMs). Debe estudiarse esta contribución según normativa
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nueva (ISO 15530) y/ utilizar modelos de CMM “virtual” para asignación de incertidumbres,
basada en simulaciones del método de Monte Carlo tal (GUM, suplemento 2).
4- Desarrollo de aplicación soporte del procedimiento. Programación de la aplicación
Generación de una hoja de cálculo auxiliar que posibilite -y facilite- los cálculos de las
incertidumbres típicas y expandidas a partir de las contribuciones consideradas, de las
repeticiones realizadas, y de la ley de propagación de varianzas en aquellos parámetros que
se obtengan de forma indirecta a partir de otros medidos, todo ello según las indicaciones de
la guía GUM. Esta hoja de cálculo permitirá la expresión no solo cuantitativa de las
incertidumbres implicadas sino también en forma gráfica, como suelen ofrecerse en el
ámbito de la calibración.
5- Implantación y pruebas de validación de la aplicación.
En una última etapa del proyecto se deberán realizar pruebas de simulación de una situación
de calibración real sobre engranajes de una tipología seleccionada, que permitan verificar
que el procedimiento es robusto y ofrece los resultados esperados. Adicionalmente, los
procedimientos pueden verificarse también mediante intercomparaciones con otros
laboratorios, o bien entre diferentes equipos. Para ello se cuenta afortunadamente con la
experiencia de ISM3D que habiendo manifestado su apoyo a esta investigación, también
apoyará este tipo de intercomparaciones, incluso a coste nulo para la investigación.
6- Elaboración de documento final. Informe de resultados.
Una última y crucial tarea es la generación de un informe final de resultados. Esta información
servirá de respaldo para futuros desarrollos, y como guía para la puesta en marcha de estos
procedimientos. La propia memoria final de resultados también servirá de base para realizar
al menos una publicación en revista/congreso de prestigio (JCR o referenciada en ISO WoK
a ser posible, la opción de Open Source también sería conveniente) aunque lógicamente
solo se prevé su envío durante los últimos meses del proyecto.
2.5 Resultados esperables.
El resultado fundamental que se espera en el presente proyecto es la elaboración de unos
procedimientos válidos para la calibración de engranajes susceptibles de ser trazables y en
última instancia de poder ser acreditados ENAC. Esto permitiría al mismo tiempo generar un
conocimiento único a nivel estatal que podría dar lugar a publicaciones novedosas por parte
del equipo de investigación de la Universidad de Oviedo y al mismo tiempo podría conseguir
que la empresa colaboradora y promotora (ISM3D) ampliase el alcance de su acreditación
ENAC asumiendo un mercado actualmente no abordado en España.
El proyecto que se propone se considera una buena herramienta no solo a nivel de formación
técnica del propio becario, sino también como nexo de unión del mismo con el ámbito real
de la calibración en el mundo empresarial. Se complementa la formación del mismo en lo
que se refiere al trabajo colaborativo, al poner al becario en contacto con un grupo de trabajo
de gran experiencia en investigación, y con personal altamente cualificado de la empresa
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ISM3D, todo ello estrechamente ligado a un entorno que actualmente se encuentra muy
extendido en el mundo del control de calidad, como es la metrología por coordenadas.
2.6 Planificación temporal de las actividades.
El becario se encargará del desarrollo de los procedimientos de calibración de engranajes.
Para ello habrá de documentarse sobre los diferentes tipos de engranajes y sus parámetros,
y formarse en la utilización de los programas metrológicos disponibles para el proyecto, así
como en el manejo de las máquinas de medir por coordenadas que se utilizarán. Esta etapa,
donde se toma contacto con tareas muy específicas dentro del ámbito del control de calidad
(como es la inspección por coordenadas) se desarrollará con equipos gran calidad y en
contacto con una empresa acreditada ENAC en el campo de la metrología dimensional, y
tiene una carga formativa muy importante.
Asimismo será el encargado de la programación del procedimiento en CMM y de la
elaboración de la hoja de cálculo auxiliar.
Por supuesto el becario contará con la ayuda del resto del equipo investigador y del personal
de ISM3D, sobre todo en los primeros estadios del proyecto. Éstos colaborarán en su
formación para el manejo de software y equipos, investigación del estado normativo,
fabricantes, etc., no solamente a nivel de formación técnica, sino también de intercambio de
conocimiento y experiencia adquirida. Asimismo el equipo investigador participará de la
verificación de los procedimientos en la última etapa del proyecto.
El proyecto se centra cronológicamente a lo largo del año 2015 (final del curso 2014-2015 o
primer cuatrimestre del 2015). Dicho becario debería poseer buenos conocimientos en
informática (a nivel de usuario y en todo caso con alto dominio de aplicaciones MS Office)
además de dominio de algún software CAD. Dada la temática del proyecto, sería muy
interesante que hubiese cursado con éxito las asignaturas implicadas en el proyecto, como
puede ser la de Metrología y Calidad (dentro de la Ingeniería industrial superior,
Intensificación en Ingeniería de Fabricación, Diseño Mecánico o similar). Este “requisito” se
justifica sobre todo por el conocimiento de Máquinas de Medir por Coordenadas y de
Procedimientos de Calibración que en esta asignatura se imparte.
El becario participaría en el proyecto durante 9 meses (contando con un retraso en
procedimiento de selección y la resolución posterior del proyecto), en dedicación a tiempo
completo. También se contempla la opción de tiempo parcial, pero entendiendo por ello no
menos de unas 5-6 horas diarias presenciales y en horario flexible dentro de la franja de
09:00 a 17:00. Aunque se hará más hincapié en trabajo por objetivos que por horas, pues
una parte del trabajo se puede realizar off-line, y no es necesaria su presencia física en las
salas de proyectos (becarios) del departamento. Sin embargo si será imprescindible su
presencia para los ensayos “in-situ” en el laboratorio de la Universidad de Oviedo (EDO 6) o
en los ensayos que se hagan en la empresa colaboradora (ISM3D). También se contempla
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sin embargo una mayor asistencia (con presencia física) del becario durante los tres primeros
meses de trabajo, pasando a reuniones semanales o quincenales posteriormente para
orientación de tareas y control del trabajo realizado.
Como se mencionó y explicó en detalle en el apartado de la metodología, el proyecto
contempla las siguientes etapas, que de forma resumida eran:
123456-
Puesta en marcha del proyecto: Estudio de engranajes y parámetros asociados
Estudio de métodos y programas de verificación. Medición con CMM
Propuesta de Procedimiento de calibración
Desarrollo de aplicación soporte del procedimiento. programación de la aplicación
Implantación y pruebas de validación de la aplicación.
Elaboración de documento final. Informe de resultados.
En la tabla siguiente se muestra un resumen de las actividades, descripción y duración
asociada.
Duración
aproximad
a
Tareas
Descripción / Tareas del Becario
1- Puesta en marcha del
proyecto. Estudio de
engranajes y parámetros
asociados.
Las primeras semanas el becario se dedicarán a la
adquisición y recopilación de información sobre
engranajes, sus parámetros, dimensiones, normativa
asociada a los mismos, procedimientos existentes para
su verificación.
1
2- Estudio de métodos y
programas de verificación
con CMM
Se tomará contacto con los equipos de medición por
coordenadas, aprendiendo a manejarlos y a realizar
mediciones utilizando los diferentes comandos del
software disponible. Al mismo tiempo se aprenderá a
confeccionar programas de inspección completos con
los que obtener dimensiones de piezas a controlar. En
este punto se entrará en contacto con la incertidumbre
de medición de las CMM con el fin de que
posteriormente se pueda tener en cuenta en las
calibraciones a realizar.
2
3- Propuesta de
procedimiento de calibración.
En esta tarea recae la mayor carga creativa del
proyecto. En ella se desarrollará conceptualmente el
procedimiento, atendiendo a las diferentes estrategias
con las que se abordará la obtención de los parámetros
de los engranajes, repeticiones a realizar en las
mediciones, contribuciones en la incertidumbre a tener
en cuenta según GUM, etc.
2
4- Desarrollo de la aplicación
soporte del procedimiento
El procedimiento anteriormente definido se plasmará al
mismo tiempo en una aplicación en MS Excel (o Matlab)
y en el conocimiento necesario para desarrollar
programas en CMM capaces de obtener todos los datos
necesarios.
3
11
5- Implantación y pruebas de
validación de los
procedimientos.
Es una tarea que implica pruebas de funcionamiento y
tareas de mejora de los procedimientos, comprobando
el alcance de las estrategias de medición definidas, su
incompatibilidad con ciertas dimensiones, posibles
errores en el cálculo de incertidumbres, rediseño de la
propia hoja de cálculo, pruebas sobre engranajes reales,
etc.
3
6- Elaboración de documento
final. Informe de resultados
Se elaborara una memoria final de resultados. Se prevé
realiza al menos una publicación en revista / congreso
de prestigio (se podrán enviar durante los últimos meses
del proyecto)
2
Un organigrama (Gantt) tentativo del trabajo del becario, contando con un posible retraso en
la concesión/contratación del mismo dentro de la convocatoria del IUTA del 2015, podría ser:
Tareas
Mar.15
Abril 15
May 15
Jun.15
Jul .15
Ago. 15
Sept.15
Nov. 15
Dic. 15
1ª
2ª
3ª
4ª
5ª
6ª
2.7 Plan de divulgación de los resultados.
Uno de los objetivos principales de este proyecto es la divulgación del trabajo y de los
resultados en medios científicos y empresariales en los que tenga cabida la temática del
proyecto. Por ejemplo pueden resaltarse las siguientes publicaciones:
En revistas internacionales, claramente objetivo del plan de divulgación:







International Journal of Machine Tools and Manufacturing (Int Mach Tool Mfg)
Measurement Science & Technology (MEAS SCI TECH)
Precision Engineering (PRECENG)
Measurement (MEAS)
International Journal of Advanced Manufacturing Technology (IJAMT)
Sensors (SENSORS_BASEL)
International Journal of precision Engineering (Int J Prec Eng)
12
Los congresos nacionales e internacionales de amplia repercusión en los que se centra el
presente plan de divulgación pueden ser:










MESIC (Manufacturing Engineering Society International Conference)
MATADOR (International MATADOR Conference, University of Manchester,
UK)
ASMDO (Association for simulation & multidisciplinary design optimization)
DAAAM (Danube Adria Association for Automation & Manufacturing)
WCE (World Congress on Engineering)
INTECH (International Conference on Innovative Technologies)
IMEKO (International Measurement Confederation)
Euspen (European Society for Precision Engineering and Nanotechnology)
CINM (Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica)
INVEMA (Congreso de la Asociación de Máquina Herramienta)
A modo de ejemplo, se exponen a continuación aquí algunos de las publicaciones que se
produjeron en otros proyectos de investigación, tanto del plan nacional como con
subvenciones de anteriores proyectos del IUTA
Artículos indexados en revistas JCR



D. González-Madruga, E. Cuesta, J. Barreiro, A.I. Fernández-Abia. Application of a force
sensor to improve the reliability of measurement with articulated arm coordinate
measuring machines. Sensors. 13 (8), 10430-1448, 2013.
E. Cuesta, D. González-Madruga, B.J. Álvarez, J. Barreiro. A new concept of featurebased gauge for Coordinate Measuring Arm evaluation. Measurement Science and
Technology, Vol, 25, 06004-13, 2014.
D. González-Madruga, J. Barreiro, E. Cuesta, S. Martínez-Pellitero. Influence of human
factor in the AACMM performance: a new evaluation methodology. International Journal
of Precision Engineering and Manufacturing. Vol.15 (7), 1283-1291, 2014.
Artículos indexados en ISI Wok y Congresos Internacionales



Cuesta, E. Álvarez, B.J. Sánchez-Laseras, F. Fernandez, R.I. González-Madruga, d.
Feasibility evaluation of photogrammetry versus coordinate measuring arms for the
assembly of welded Estructures. Advanced Materials Research. Vol. 498, pp.103-108,
2012
Cuesta, E. Álvarez, B.J. Martinez, S. Barreiro, J. González-Madruga, D. Evaluation of
influence parameters on measurement reliability of Coordinated Measuring Arms, AIP
Conference Proceedings, vol. 1413, pp 217-224, 2012
F. Sanchez-Lasheras, R.I. Fernández, E. Cuesta, B.J. Alvarez, S. Martínez, Study of the
technical feasibility of Photogrammetry and Coordinated Measuring Arms for the
13









inspection of welded structured, AIP Conference Proceedings, vol. 1413, pp. 311-318,
2012
D. González-Madruga, E. Cuesta, J Barreiro, S. Martínez-Pellitero, B.J. Álvarez. RealTime contact force measurement system for Portable Coordinate Measuring Arms.
Annals of DAAAM for 2012 & Proceedings of the 23rd International DAAAM Symposium.
23 (1), pp. 267-272, 2012.
D. González-Madruga, E. Cuesta, H. Patiño, J. Barreiro, S. Martínez-Pellitero, Evaluation
of AACMM using the virtual circles method, Procedia Engineering vol. 63, pp. 243-251,
2013
H. Patiño, D. González-Madruga, E. Cuesta, B. J. Álvarez, J. Barreiro. Study of Virtual
Features in the Performance of Coordinate Measuring Arms. Annals of DAAAM for 2013
& Proceedings of the 24th DAAAM International Symposium, "Intelligent Manufacturing
& Automation”, 23-26th October 2013, University of Zadar, Croatia.
D. González-Madruga, J. Barreiro, E. Cuesta, B. González, s. Martínez-Pellitero.
AACMM Performance Test: Influence of Human Factor and Geometric Features. Annals
of DAAAM for 2013 & Proceedings of the 24th DAAAM International Symposium,
"Intelligent Manufacturing & Automation”, 23-26th October 2013, University of Zadar,
Croatia.
Patiño, H; Gonzalez-Madruga, D; Cuesta, E; Alvarez, B; Barreiro, J, Study of Virtual
Features in the Performance of Coordinate Measuring Arms, Procedia Engineering, Vol.
69, pp. 433-441. 2014.
Gonzalez-Madruga, D; Barreiro, J; Cuesta, E; Gonzalez, B; Martinez-Pellitero, S,
AACMM Performance Test: Influence of Human Factor and Geometric Features,
Procedia Engineering, Vol. 69, pp. 442-448, 2014
Eduardo Cuesta, Daniel Gonzalez-Madruga, Braulio J. Alvarez, Marta García-Dieguez,
Development of a Behaviour Curve for Quality Evaluation with Optoelectronic
Profilometers, Key Engineering Materials (Advances in Manufacturing Systems), Vol.
615, pp 51-56, 2014
Daniel González-Madruga, Eduardo Cuesta, Hector Patiño Sanchez, Joaquin Barreiro,
Susana Martínez-Pellitero, The use of virtual circles gauge for a quick verification of
Portable Measuring Arms, Key Engineering Materials (Advances in Manufacturing
Systems), Vol. 615, pp 70-75, 2014
S. Martínez-Pellitero, E. Cuesta, J. Barreiro. H. Patiño, B.J. Alvarez, Development of a
KBE Model aimed at improving the accuracy with coordinate measuring arms,
Proceedings of International Conference on Innovative Technologies IN-TECH 2014, 1013 Sept 2014, Leiria Portugal, 183-186, 2014.
En prácticamente todos ellos se hace referencia expresa a las ayudas concedidas por el
IUTA en anteriores convocatorias de esta solicitud, en el correspondiente apartado de
“Acknowledgements”·
14
A continuación se exponen aquí algunos de los proyectos de investigación IUTA
(subvenciones de gastos de personal), de anteriores convocatorias que dieron origen a las
citadas publicaciones:
- Estudio y desarrollo de modelos de optimización para la cualificación de brazos portátiles
de medir por coordenadas, Proy. IUTA - Ayto. Gijón, ref. SV-12-GIJON-1, 2012.
- Desarrollo de sensor miniaturizado con sistema de medición de fuerzas para Brazos de
Medir por Coordenadas (AACMM), Proy. IUTA – Ayto Gijón, ref. SV-13-GIJON-1.8, 2013.
- Procedimiento de Calibración "in-situ" para Brazos de Medir por Coordenadas utilizando
patrón basado en características. Ensayos de Campo. Proy. IUTA - Ayto. Gijón, ref. SV-14GIJON-1-4, 2014.
15
3.MEMORIA ECONÓMICA
Gastos:
Personal
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
6.750 €
1.000 €
3.500 €
(becario 9 meses,
TC, 750 €/mes)
(mecanizado y
prototipado de
diversos engranajes
prototipo)
(horas de personal y
Maquina de medir
CMM de empresa
colaboradora)
TOTAL
GASTOS
11.250 €
4.AYUDA SOLICITADA
Personal (única partida de esta convocatoria)
Contratación (becario) en jornada completa, 9 meses: 6.750 €
5.AYUDA CONCEDIDA
Personal: 1 AYUDA 6 MESES
4.500 €
16
6. CARTAS DE APOYO DE LAS ENTIDADES COLABORADORAS
17
PROYECTO Nº 2
Título: Caracterización mecánica y optimización numérica del comportamiento biomecánico
de las reconstrucciones del ligamento cruzado anterior mediante tornillo interferencial.
Investigadora responsable: Inés Peñuelas Sánchez
Tfno: 985181980
Otros investigadores: Cristina Rodríguez González, Antonio Maestro Fernández, Tomás
García Suárez, becario.
Clínica Cemmar (Centro de Especialidades Médicas Maestro y Rodríguez). La Clínica
Cemmar, ubicada en Gijón, está especializada en Traumatología y Cirugía Ortopédica así
como en Medicina del Deporte. El Doctor Antonio Maestro Fernández colabora desde hace
años con este grupo investigador en la búsqueda de soluciones reconstructivas en
intervenciones quirúrgicas de rodilla. En la actualidad se colabora con él en otros proyectos
y su disponibilidad siempre es total, trabajando en conjunto de forma dinámica y permitiendo
adaptarse en cada momento a los cambios que van surgiendo durante la realización de las
colaboraciones.
En el presente proyecto el Dr. Maestro proporcionará material quirúrgico y biológico para la
caracterización mecánica y asesorará en cuestiones quirúrgicas. Su participación en el
presente proyecto es indispensable para que el mismo se pueda llevar a cabo.
La intervención para la reconstrucción del ligamento cruzado anterior (LCA) puede realizarse
utilizando dos posibles sustitutos del ligamento: los obtenidos del propio paciente y los
denominados autoinjertos. Los primeros se obtienen del tendón del músculo semitendinoso,
del recto interno o del ligamento rotuliano, mientras que los segundos son obtenidos de
cadáveres. La utilización de los diferentes grupos de tendones no ha mostrado diferencias
significativas en la calidad de la reconstrucción LCA, por lo que las variables principales que
determinarán el éxito de la misma habrá que buscarlas entre la experiencia del cirujano, la
curva de aprendizaje, la técnica quirúrgica o el tipo de fijación. Al ser nulas las diferencias
entre el tipo de injerto a utilizar en la reconstrucción del LCA, y dado que las técnicas
18
quirúrgicas se encuentran muy estudiadas y estandarizadas, la variable principal de éxito de
la reconstrucción estriba en el tipo de fijación utilizada. Es muy habitual el uso de sistemas
de fijación intratúnel mediante tornillos interferenciales, si bien existe la duda respecto a la
fijación directa que este tipo de tornillos produce entre la plastia y el túnel óseo. El principio
básico y primordial es la máxima compresión de dicha plastia contra el hueso, pero sin
producir la rotura de la misma por aplastamiento, sección con el filete del tornillo, etc. El
equilibrio para lograr la máxima compresión con el mínimo daño en el tendón se consigue
jugando con las variables diámetro de tornillo, diámetro de túnel y diámetro de plastia, entre
otras. Dado que el diámetro de la plastia viene impuesto por el paciente, para una plastia
dada serán las geometrías y configuración del tornillo y túnel, algunas de las variables
fundamentales en la consecución de un grado de fijación óptimo.
Una mejora en las reconstrucciones LCA se traducirá en importantes beneficios para todos
los pacientes que se ven sometidos a este tipo de intervenciones, en especial deportistas
cuya recuperación es un factor clave para su futura práctica deportiva, como es el caso de
futbolistas tanto amateurs como profesionales o esquiadores, entre otros, en los que este
tipo de lesiones son muy frecuentes.
En el proyecto llevado a cabo por el equipo investigador en 2014, se determinó la geometría
y configuración idóneas de túnel y tornillo para un diámetro de plastia dado. Para ello se
evaluó el comportamiento biomecánico del conjunto hueso-plastia-fijación, mediante análisis
numérico por elementos finitos (MEF) y se comparó con resultados experimentales obtenidos
a partir de muestras in vitro de reconstrucciones llevadas a cabo con diferentes relaciones
de diámetro tornillo/túnel.
La estrecha colaboración entre el Dr. Maestro y el equipo Investigador desde hace años, se
ha traducido en la realización de un amplio programa experimental en el que se han obtenido
numerosos datos y resultados muy interesantes. No obstante, el gran número de variables
que intervienen en la óptima consecución de una reconstrucción LCA, hace inviable su
estudio únicamente mediante técnicas experimentales.
Con este nuevo proyecto se pretende desarrollar modelos de comportamiento de huesoplastia-fijación a partir de un amplio y ambicioso programa experimental. Esta caracterización
va a permitir llevar a cabo simulaciones mucho más precisas de la reconstrucción de LCA
mediante tornillo interferencial y optimizar la fijación para cada caso particular.
Dentro del programa experimental, se realizarán ensayos de caracterización mecánica de
los diferentes materiales que componen la unión, así como ensayos del comportamiento del
conjunto. Para ello se dispondrá de tendones y huesos extraídos de rodillas de cerdo (por su
similitud a las humanas), así como de tornillos interferenciales comerciales utilizados en las
reconstrucciones reales. En lo que respecta a las técnicas numéricas, se utilizará el software
comercial de elementos finitos ABAQUS.
19
Esta mejora de las reconstrucciones LCA se traducirá en importantes beneficios para todos
los pacientes que se ven sometidos a este tipo de intervenciones, en especial deportistas
cuya recuperación es un factor primordial para su futura práctica deportiva. Este es el caso
de futbolistas tanto amateurs como profesionales (en concreto del Real Sporting de Gijón,
con los que el Dr. Maestro trabaja habitualmente) o esquiadores, entre otros, en los que este
tipo de lesiones son muy frecuentes.
2.3 Objetivos.
El objetivo fundamental del proyecto será caracterizar mecánicamente los distintos
elementos que intervienen en la reconstrucción del LCA, es decir, de hueso, plastia y tornillo
interferencial. Para ello se dispondrá de muestras in vitro de todos los elementos que
conforman la unión, así como de muestras de reconstrucciones llevadas a cabo con
diferentes relaciones de diámetro tornillo/túnel. Por otra parte, y una vez determinada la
geometría y configuración idóneas de túnel y tornillo a utilizar en cada reconstrucción LCA
para un diámetro de plastia dado (a partir de los resultados obtenidos mediante el proyecto
llevado a cabo en 2014), se procederá a la modelización y simulación numérica de estos
elementos y del comportamiento biomecánico del conjunto hueso-plastia-fijación, mediante
análisis numérico utilizando el método de los elementos finitos (MEF). La combinación de las
técnicas experimentales y numéricas, permitirá optimizar la reconstrucción para cada caso
particular.
2.4 Metodología.
El proyecto constará de las siguientes actividades:
1)
2)
3)
4)
5)
Estudio bibliográfico.
Selección de materiales, configuraciones y geometrías de estudio.
Programa experimental de caracterización mecánica.
Modelización numérica (implementación de los modelos necesarios).
Análisis numérico del comportamiento biomecánico del conjunto hueso-plastiafijación.
6) Comparación con resultados experimentales.
7) Análisis conjunto de resultados y elaboración del informe final.
Caracterización mecánica y optimización de las reconstrucciones de ligamento cruzado
anterior.
20
El proyecto tendrá una duración prevista de 12 meses. El primer mes se dedicará a la
búsqueda bibliográfica y estado del arte. El segundo mes se dedicará a la actividad 2
(Selección de materiales, configuraciones y geometrías de estudio). Del tercer al octavo mes
se llevarán a cabo las actividades 3 (Programa experimental) y 4 (Modelización numérica).
El noveno y décimo mes se dedicarán a la simulación numérica de la unión (actividad 5). El
undécimo a la comparación con resultados experimentales (actividad 6) y el duodécimo mes
al análisis de resultados, conclusiones y elaboración del informe final (actividad 7). El
personal becario contratado debería participar en todas las actividades del proyecto, si bien
su participación en primordial en las actividades 3 a 7.
Los investigadores del presente proyecto se comprometen a publicar los resultados de dicho
proyecto en congresos nacionales e internacionales (si es posible) y a realizar o participar
en aquellas jornadas divulgativas de resultados en las que sean requeridos.
Si los resultados tienen entidad suficiente como para ser publicados en revistas del JCR,
también se intentaría realizar una publicación.
Los resultados obtenidos en el proyecto llevado a cabo en 2014, que recibió subvención por
parte del IUTA, han sido enviados al congreso internacional 9th European Solid Mechanics
Conference (ESMC 2015), que se realizará en julio de 2015. Por otra parte se está
escribiendo un artículo para enviarlo a la revista internacional, indexada en el JCR, “The
Knee”.
21
Gastos
Personal
Fungible
7.500 €
Inventariable
1.000 €
Otros Gastos
3.500 €
TOTAL GASTOS
12.000 €
4.AYUDA SOLICITADA
7.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
4.500 €
22
6.CARTAS DE APOYO DE LAS ENTIDADES COLABORADORAS
23
24
PROYECTO Nº 3
Título: Estudio de viabilidad de nuevos materiales cerámicos para aplicaciones en
materialización de patrones dimensionales en metrología óptica.
Investigador responsable: Carlos Manuel Suárez Álvarez
Tfno: 985182064
Otros investigadores: Eduardo Cuesta González, Braulio Álvarez Álvarez
Mecanizados CAS, S.A., Desarrollo Soluciones Integrales Plus, S.L., Intelmec Ingeniería, S.L.
La evolución de los métodos de medición en los últimos años ha cambiado desde la
inspección individual y manual, hacia la metrología sin contacto, con tiempos de operación
mucho menores. Esto se debe en gran medida a la facilidad de este tipo de tecnología para
ser implantado en una cadena de montaje automatizada (con un gran interés por parte del
sector del automóvil). Si bien es cierto que las precisiones que se consiguen con este tipo de
métodos son inferiores a la medición por contacto, en numerosos campos es más que
suficiente. Pero, aun así, es necesario un exhaustivo control sobre esa precisión. Nace por
tanto la necesidad de establecer métodos y artilugios destinados a comprobar y asegurar
que las medidas tomadas con las tecnologías sin contacto mencionadas sean reales, estén
dentro de los rangos establecidos y tengan trazabilidad (que no es más que la posibilidad de
que estas medidas puedan ser relacionadas a través de una serie finita y documentada de
comparaciones, con otras de mayor precisión). Y es aquí donde este proyecto de
investigación cobra sentido.
Para la calibración de máquinas de medición por coordenadas convencionales, se utilizan
en la actualidad una serie de elementos que tiene que cumplir unas condiciones muy
concretas: tienen que ser estables térmica y estructuralmente, ser prácticamente
indeformables, tener acabados superficiales de la más alta precisión, tener baja deriva en el
tiempo, etc. Por ello, una de las características básicas que se exige a este tipo de patrones
es una alta calidad superficial, que supone un bajo valor de rugosidad en las zonas centrales
25
de las caras de contacto despreciando en parte la definición de los bordes de dichas
superficies.
Para las tecnologías de medición sin contacto, que utilizan la luz (o haces láser) como medio
para obtener las dimensiones requeridas y capturar puntos sobre las superficies, se hace
necesario el cumplimiento de otro tipo de especificaciones que muchas veces van en contra
de las exigencias expuestas para las tecnologías por contacto.
Así por ejemplo, al margen de la geometría, las superficies con buenos acabados
superficiales como las anteriormente nombradas, suelen poseer un alto grado de
reflectividad (uno de los grandes enemigos de la medición óptica). Además, la definición del
borde de la zona de medida y el contraste entre superficie patrón y superficie de apoyo, cobra
gran importancia en algunos de los sistemas ópticos.
De esta necesidad, nace la idea de emplear nuevos materiales (principalmente de tipo
cerámico) que posean las propiedades que los conviertan en ópticamente válidos. Existen
en el mercado nuevas cerámicas potencialmente efectivas como la alúmina (Al2O3), el óxido
de zirconio o cerámicas desarrolladas por empresas cuyo uso principal dista del que aquí se
propone y estudia, pero que debido a sus propiedades, pueden resultar de gran utilidad en
el campo de la metrología.
Ilustración 1 – Ejemplo de cerámica mecanizable de última generación.
Uno de los grandes problemas que presentan estos nuevos materiales (además de su
elevado precio de adquisición) es la dificultad de la fabricación por mecanizado de
geometrías ópticamente válidas, y dimensionalmente trazables (con alta precisión
dimensional). A menudo, esto obliga a ensayar no sólo distintos materiales, con distintas
geometrías, sino también las distintas condiciones de corte. Ya sea por arranque de viruta
26
(fresado, torneado, taladrado…) o por erosión (rectificado, pulido…), el comportamiento de
estos materiales cerámicos es completamente diferente a los metales. Esto se debe
básicamente a la mala disipación del calor y a la baja tenacidad (alta rigidez), lo que hace
que con las estrategias tradicionales de mecanizado aparezcan grietas y fracturas con
extrema facilidad. Por lo tanto una de las acciones principales de este proyecto es la
generación de las geometrías ópticamente adecuadas en estos nuevos materiales, y la
solución de los problemas mencionados, inherentes a su fabricación.
La investigación en nuevos materiales ópticamente válidos para la fabricación de patrones
dimensionales es algo que está demandando la industria altamente. Basta con observar el
crecimiento y la aparición de nuevas empresas en el sector de la metrología óptica para
darse cuenta de la necesidad de controlar y calibrar estos equipos con patrones que sean
adecuados. Cada día aumenta la presencia de estas tecnologías de medición en las líneas
de fabricación y montaje automatizadas, que una vez montadas no pueden ser fácilmente
extraídas, por lo que requieren de patrones ópticos calibrados para su verificación periódica.
Además, este tipo de materiales también pueden resultar óptimos para los fabricantes de los
propios equipos de medición, y para los laboratorios que proporcionan patrones calibrados
a la industria.
Por otro lado, el Área de Construcción e Ingeniería de Fabricación de la E.P.I Gijón posee
en sus instalaciones un completo laboratorio de metrología dedicado mayormente a la
investigación en dicho campo. A lo largo de los años se han obtenido numerosas becas y
proyectos de I+D que han desembocado en la creación de patentes y artículos de gran
importancia. Muchos de estos esfuerzos investigadores se han centrado en las tecnologías
de medición sin contacto, evaluando y mejorando su precisión, y estudiando su
comportamiento en diferentes situaciones. Sería por lo tanto de gran ayuda la posibilidad de
poder realizar investigaciones en el campo de los nuevos materiales que solucionen gran
parte de los problemas inherentes a estas tecnologías para poder continuar con dichas
investigaciones.
Además, en el entorno de Gijón y en el Principado de Asturias en general, podemos encontrar
multitud de empresas dedicadas al mecanizado, y la fabricación y calibración de patrones de
medición, y al diseño y fabricación de equipos en los cuales se incorporen elementos
cerámicos. Todas ellas obtendría un beneficio inmediato de las posibles conclusiones
obtenidas del presente proyecto, pudiendo formar entre todas un ecosistema perfecto para
la fabricación, montaje, calibración y exportación mundial de este tipo de patrones de
medición.
27
2.3 Objetivos.
1) Aumentar el conocimiento relativo a estos nuevos materiales y su aplicación en el
área de la metrología dimensional.
2) Obtener piezas con geometrías y características que las hagan óptimas para usos en
metrología sin contacto.
3) Establecer estrategias y condiciones seguras de mecanizado y tratamiento para los
distintos materiales y geometrías sometidos a estudio.
4) Integrar los elementos desarrollados en patrones dimensionales para la calibración y
verificación de tecnologías de medición sin contacto.
5) Compartir dicho conocimiento para su posible aprovechamiento por parte del tejido
industrial interesado en dichos campos.
2.4 Metodología.
El proyecto constará de las siguientes actividades:
1) Estudio bibliográfico.
2) Selección de materiales, configuraciones y geometrías de estudio.
3) Pruebas de mecanizado de las geometrías seleccionadas y determinación de las
condiciones óptimas de corte para cada geometría y material.
4) Pruebas de medición de las piezas y geometrías realizadas con diferentes métodos
ópticos.
5) Obtención y estudio de las conclusiones.
El principal resultado esperable es la mejora del conocimiento de los nuevos materiales para
las aplicaciones descritas, además de la fabricación de los elementos necesarios para poder
continuar con la investigación y el desarrollo de las tecnologías de medición sin contacto que
tanto auge están teniendo en estos últimos años. El nicho de mercado relativo a la calibración
de tecnologías de medición sin contacto ha sido creado por los fabricantes de dichos
sensores, y está aún por determinar quién o qué empresas serán las encargadas de cubrirlo.
La investigación en este campo debería de dar ventaja a la Universidad de Oviedo, a las
empresas participantes y al entorno de las mismas para competir en un mercado que, a pesar
de ser muy específico, siempre tendrá un papel crucial en cualquier proceso productivo.
Por lo tanto los resultados a corto plazo se resumen en la posibilidad de emplear estos
nuevos materiales de forma correcta tanto en el mundo de la investigación como en el sector
del control de calidad de los procesos productivos. A largo plazo se pretende generar un
conocimiento que plante la semilla de posibles futuras cooperación con empresas externas
interesadas en la fabricación y venta de este tipo de material.
28
El personal becado estará presente en todas las actividades correspondientes al presente
proyecto, siempre supervisado por el investigador principal del mismo.
1) Estudio e investigación del estado del arte, los materiales disponibles en el mercado,
las tecnologías a las que se destinarán los esfuerzos de este proyecto y las
características de dichas tecnologías. A realizar por el personal becado. (2 meses)
2) Adquisición de los materiales y primeras pruebas de medición sobre las superficies
sin tratar. Las pruebas de medición serán realizadas por el personal becado, que
también participará en el proceso de compra de material. (2 meses)
3) Estudio de las propiedades de los materiales adquiridos y las condiciones de corte
óptimas para cada uno de ellos, y mecanizado de las geometrías necesarias.
Estudios a realizar por el personal becado. El mecanizado de las piezas será
realizado por el investigador principal y el personal experto de la Universidad de
Oviedo. (3 mes)
4) Pruebas de medición de alta precisión utilizando una máquina de medición por
coordenadas por contacto. A realizar por el personal becado. (1 mes)
5) Pruebas de medición utilizando tecnologías de medición sin contacto, y comparación
de los resultados con los obtenidos en las pruebas con contacto. A realizar por el
personal becado. (2 meses)
6) Estudio y obtención de las conclusiones, y generación de la documentación relativa
a las características ópticas de cada material y las condiciones óptimas para su
mecanizado. A realizar por el personal becado. (4 meses)
Tareas
1) Estudio e investigación
2) Adquisición y pruebas previas
Mes 1
Mes 2
X
X
X
3) Condiciones de corte y fabricación
Mes 3
Mes 4
Mes 5
X
X
X
Mes 8
X
X
Mes 9
X
5) Mediciones sin contacto
comparativa
Mes 7
X
4) Mediciones por contacto
6) Documentación y conclusiones
Mes 6
X
X
X
X
29
Uno de los objetivos principales de este proyecto es la divulgación del trabajo y de los
resultados en medios científicos y empresariales en los que tenga cabida la temática del
proyecto. Por ejemplo pueden resaltarse las siguientes publicaciones:
En revistas internacionales, claramente objetivo del plan de divulgación:
•
Mfg)
International Journal of Machine Tools and Manufacturing (Int Mach Tool
•
Measurement Science & Technology (MEAS SCI TECH)
•
Precision Engineering (PRECENG)
•
Measurement (MEAS)
•
International Journal of Advanced Manufacturing Technology (IJAMT)
•
Sensors (SENSORS_BASEL)
•
International Journal of precision Engineering (Int J Prec Eng)
Los congresos nacionales e internacionales de amplia repercusión en los que se centra el
presente plan de divulgación pueden ser:
•
MESIC (Manufacturing Engineering Society International Conference)
•
MATADOR (International MATADOR Conference, University of Manchester,
UK)
•
ASMDO (Association for simulation & multidisciplinary design optimization)
•
DAAAM (Danube Adria Association for Automation & Manufacturing)
•
WCE (World Congress on Engineering)
•
INTECH (International Conference on Innovative Technologies)
•
IMEKO (International Measurement Confederation)
•
Euspen (European Society for Precision Engineering and Nanotechnology)
•
CINM (Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica)
•
INVEMA (Congreso de la Asociación de Máquina Herramienta)
30
Gastos
Personal
Fungible
6.750 €
Inventariable
Otros Gastos
3.000 €
TOTAL GASTOS
3.000 €
12.750 €
En el apartado de gastos de personal se incluye la cuantía destinada a la contratación de
un becario a tiempo completo (9 meses)
En el apartado de gastos fungibles se engloban todos los gastos derivados del material de
pruebas, en su mayor parte destructivas (MACOR, Alúmina, Circonia, etc.) necesarias para
la fabricación de las geometrías mencionadas; así como el gasto de plaquitas y herramientas
de corte, fluidos de corte y por supuesto la fabricación de utillajes especiales de amarre.
En el apartado de otros gastos, se engloban aquí del uso de la maquinaria del Taller de
Fabricación de Dpto. de Construcción e Ingª de Fabricación, que atañe a horas de máquinaherramienta, de maquias de medir por coordenadas con las respectivas y horas de trabajo
del personal del taller y laboratorio.
Ingresos (ayuda recibida por otras instituciones o empresas):
Entidad/Empresa
financiadora
Personal
Fungible
Inventariable
Otros
Gastos
TOTAL
INGRESOS
Ref. Proyecto/Contrato
Aseguramiento de la
Calidad y representación
del conocimiento en la
medición con sistemas
portátiles de medir por
coordenadas”. Ministerio de
Economía y competitividad,
Ref.: DPI2012-22642-C0201 2012-2015. IP: Eduardo
Cuesta González
Otros proyectos FUO
2.000 €
2.000 €
1.000 €
1.000 €
31
4.AYUDA SOLICITADA
6750 € (9 meses personal contratado - becario, tiempo completo)
5.AYUDA CONCEDIDA
4.500 €
32
33
34
35
PROYECTO Nº 4
Título: Desarrollo de procedimientos experimentales no destructivos para la medida de la
transmitancia térmica “in-situ” de elementos de la edificación
Investigadores responsables: Felipe Pedro Álvarez Rabanal y Mar Alonso Martínez
Tfno: 985181955
E-mail: [email protected]; [email protected]
Otros investigadores: Alfonso Lozano Martínez-Luengas, Antonio Navarro Manso
AST INGENIERIA S.L., ubicada en el Parque científico y Tecnológico de Gijón, es una
sociedad de ingeniería, que centra su actividad en el desarrollo de proyectos mediante el uso
de las tecnologías de simulación, con una clara orientación a la resolución de problemas
industriales y la toma de decisiones de carácter marcadamente técnico, por lo que la
participación en el presente proyecto se considera muy importante, a la hora de realizar
modelos numéricos que permitan simular los ensayos experimentales realizados en el
laboratorio. La colaboración con el presente proyecto se centrará en el asesoramiento y
apoyo en todas las tareas de simulación que tengan que ser puestas en práctica para la
consecución de los objetivos propuestos.
MODULTEC Modular Systems S.A. sita en el Polígono Industrial de Porceyo (Gijón), es una
empresa que desarrolla proyectos de construcción y edificación industrializada, siguiendo un
proceso de fabricación de edificios divididos en módulos autoportantes, que se ensamblan
tanto horizontal como verticalmente hasta conformar una estructura concebida como un
mecano, con los interiores totalmente equipados y terminados, y que se transporta hasta el
terreno sobre el que se edificará. La colaboración de esta empresa estará dirigida hacia la
recomendación de las soluciones constructivas más apropiadas para el desarrollo de los
procedimientos de medida, y prestará asistencia técnica en el caso de tener que llevar a
cabo ensayos en componentes modulares industrializados utilizados en edificación.
WEBER Saint-Gobain, sita en Área Empresarial Andalucía, Sector 1 C/de las Marismas 11,
28320 Pinto (Madrid). Esta multinacional es líder mundial en la fabricación de morteros
industriales para colocación y rejuntado de cerámica, revestimiento y rehabilitación de
fachadas. La colaboración de esta empresa con el grupo investigador se centraría en la
aportación de todos los materiales necesarios para la construcción de los cerramientos a
estudiar en base a los cuales se desarrollarán los procedimientos de medida de la
transmitancia térmica.
36
Instrumentación y Servicios de Calibración (ISCAL S.L.), ubicada en el Polígono Industrial
de Roces (Gijón, Asturias). Esta empresa posee una gran experiencia en proporcionar a la
industria un servicio integral de calibración, montaje, puesta en marcha, mantenimiento y
asesoramiento en la rama de instrumentación. Su colaboración en este proyecto se centrará
en apoyo y asesoramiento sobre aspectos técnicos relacionados con la instrumentación
necesaria para la realización de los ensayos, así como el suministro de las especificaciones
técnicas de los equipos de medida utilizados en los ensayos del proyecto.
Por otra parte, la Agrupación Empresarial para la Industrialización de la Construcción en
Asturias AIC muestra su apoyo a la realización del proyecto, participando en la
recomendación de secciones y solicitaciones, y también prestará asistencia técnica en el
caso de ensayos sobre componentes.
Finalmente, el Club Asturiano de la Innovación – Innovasturias, también muestra su apoyo a
la ejecución de éste proyecto y plantea su colaboración dirigida a acciones de divulgación de
resultados.
El proyecto que se presenta para su financiación pretende desarrollar procedimientos
estándar de medida de las transmitancias térmicas de cerramientos, tanto convencionales
como en aquellos en los que se hayan realizado intervenciones de rehabilitación energética.
Estos procedimientos se centran en mediciones “in-situ” que aporten valores que permitan
una calificación energética real de los edificios.
Una de las grandes preocupaciones actuales es el ahorro energético en los edificios. Existe
un gran interés, tanto por parte de la administración pública como de los propietarios y
usuarios de los edificios, en conocer cómo afectan realmente las actuaciones de
rehabilitación energética que se llevan a cabo en las construcciones existentes, y cuál es el
comportamiento real de su edificio en términos de pérdidas de calor.
La legislación actual establece las necesidades de calificar energéticamente los edificios,
para lo cual es necesario determinar las propiedades térmicas de los cerramientos de los
mismos. Si bien es cierto que los programas utilizados para obtener las calificaciones
energéticas de los edificios están perfectamente contrastados, no parece coherente que las
valoraciones energéticas estén basadas únicamente en propiedades teóricas y cálculos
aproximados.
Existen diferentes estudios [1] que han demostrado que la diferencia entre la transmitancia
térmica teórica (calculada) y la real (medida) puede ser muy alta, lo cual tiene como resultado
una sobreestimación de la eficiencia energética de los edificios. Por lo tanto, se considera
muy importante definir algunos métodos simples pero eficaces con el fin de estimar el valor
37
real de la transmitancia térmica en determinadas condiciones de uso, por medio de la
medición “in-situ”.
Desde el punto de vista de la normativa actual [2], el método de flujo de calor (HFM) es el
único recomendado para realizar la medición in-situ de la transmitancia térmica de un
elemento de construcción. Esta metodología tiene una serie de limitaciones, como el hecho
de que en una situación real de flujo de calor no se produzcan condiciones estacionarias.
Por lo tanto, la exploración de nuevas técnicas y metodologías se hace imprescindible para
complementar las ya existentes.
En conclusión, en la actualidad, no existe un protocolo de actuación establecido para realizar
mediciones “in-situ” que permita determinar el comportamiento térmico real de los
cerramientos de los edificios. Asimismo, el desconocimiento generalizado del funcionamiento
de los equipos utilizados habitualmente en este tipo de ensayos da lugar a una gran
variabilidad en los resultados obtenidos. Los resultados obtenidos en este proyecto
permitirán establecer un procedimiento de ensayos no destructivos que obtengan la medida
real de la transmitancia térmica in-situ de los elementos de edificación de manera sencilla y
eficaz.
La metodología utilizada para obtener este procedimiento experimental se basará en realizar
ensayos de laboratorio en condiciones controladas y ensayos de campo en situaciones
reales, así como en el uso de modelos numéricos validados.
Los beneficiarios del desarrollo del proyecto serían, por un lado, algunas empresas locales,
tales como AST Ingeniería, ISCAL o Weber, entre otras, interesadas en el desarrollo de estos
procedimientos. Por otro lado, el grupo de investigación solicitante GICONSIME llevará a
cabo una importante transferencia de conocimiento a través de conferencias, jornadas y
congresos, actividades divulgativas que permitirán mejorar la preparación de técnicos y
especialistas en certificación energética.
Finalmente, es necesario hacer referencia a que el equipo solicitante lleva más de 10 años
trabajando en el estudio de eficiencia energética por medio de simulaciones numéricas y
ensayos experimentales de laboratorio.
[1] Rossano Albatici, Arnaldo M. Tonelli. On site evaluation of U-value of opaque building
elements: a new methodology. PLEA 2008 – 25th Conference on Passive and Low Energy
Architecture, Dublin, 22nd to 24th October 2008.
[2] ISO 9869:1994, Thermal insulation – Building elements - In-situ measurement of thermal
resistance and thermal transmittance.
La temática planteada posee gran interés para varias entidades, tanto del sector público
como privado, lo cual justifica el interés del grupo solicitante en llevar a cabo este proyecto.
Respecto a los beneficios inmediatos potencialmente generables para el Municipio de Gijón
o la administración pública local, serían los siguientes:
38
-
Proporcionaría un procedimiento de ensayos no destructivos que se encontraría
validado experimentalmente en los laboratorios del grupo de investigación. Este
procedimiento sería realizado in-situ y obtendría una eficiencia térmica real y no
aproximada, tal y como ocurre en las evaluaciones actuales. Asimismo, el uso de
estos procedimientos en edificios públicos de la administración haría a la región
pionera en este tipo de medidas experimentales, así como de las intervenciones de
rehabilitación energética que podrán ser llevadas a cabo.
-
Por supuesto, la instauración de una metodología verificada de medición in situ de
las propiedades térmicas de los cerramientos proporcionará una herramienta
innovadora y versátil a empresas locales y técnicos evaluadores interesados en la
calificación energética de edificios.
-
Asimismo, la nueva metodología que se desarrollará en este proyecto potenciará la
creación de empleo para aquellas personas interesadas en aplicar este tipo de
ensayos no destructivos. Creará por tanto un nuevo campo de trabajo para las
empresas y asociaciones dedicadas a la evaluación energética en la edificación.
-
Finalmente, mejorará la fiabilidad de las evaluaciones energéticas actuales, aspecto
que desde las instituciones preocupa, puesto que actualmente se ha detectado un
elevado grado de desconocimiento de los equipos de medida destinados a este fin.
En este aspecto, los organismos públicos de investigación deben aportar al mercado
su alto nivel de conocimiento tecnológico a través de jornadas divulgativas,
conferencias, etc.
Los beneficiarios del desarrollo del proyecto serían tanto las empresas locales del sector
(AST Ingeniería, Modultec, entre otras) como las entidades públicas (IUTA, el propio grupo
de investigación GICONSIME o el ayuntamiento de Gijón) interesadas en el desarrollo de
estos procedimientos, así como en su validación experimental. En definitiva, el sector
requiere un salto tecnológico en este campo y aportar, tanto a la administración como a los
usuarios, datos de comportamiento térmico real de los edificios. Por otro lado, el grupo de
investigación solicitante GICONSIME, perteneciente al IUTA, desarrollará a través de este
proyecto una nueva metodología de gran rigor científico que permitirá la consecución de
artículos de investigación en revistas indexadas, así como una importante transferencia de
conocimiento a través de conferencias, jornadas y congresos. Estas actividades divulgativas
aumentan el potencial del grupo de investigación, mejorando su calidad a nivel nacional e
internacional. Finalmente, cabe destacar que el desarrollo de este proyecto permitirá también
potenciar a las empresas de instrumentación, medición y calibración, haciendo especial
hincapié en la empresa local colaboradora ISCAL SL, con gran interés en la validación
ensayos in situ de medición de transmitancia térmica, que apoye y potencie sus productos.
Finalmente, es necesario hacer referencia a que el equipo solicitante lleva más de 10 años
trabajando en el estudio de eficiencia energética por medio de simulaciones numéricas y
ensayos experimentales de laboratorio. En esta trayectoria, ha desarrollado varios proyectos
de caracterización térmica de diversos cerramientos, tales como ensayos de Inercia térmica
39
de muros o medición de la transmitancia térmica real mediante Hot-Box, entre otros. Cabe
destacar en este sentido que los Investigadores Principales solicitantes, aunque ya han
colaborado previamente en proyectos del IUTA como investigadores colaboradores y su
experiencia en proyectos de investigación es amplia y reconocida, esta es la primera petición
que hacen como responsables.
Todos esos aspectos, unidos al apoyo e interés de las empresas locales, tales como AST
Ingeniería, Modultec, etc. y a entidades involucradas en estas investigaciones, tales como
AIC e Innovasturias, han motivado a este equipo a solicitar la financiación de este proyecto.
2.3 Objetivos.
El objetivo que se pretende conseguir en este proyecto es desarrollar metodologías
estandarizadas para la medición de las propiedades térmicas “in situ” de los diferentes
elementos constructivos que forman los edificios. El procedimiento desarrollado debe estar
basado en ensayos no destructivos que puedan realizarse de manera sencilla y en un
período de tiempo razonable, con el fin de extender su uso a las certificaciones energéticas
actuales. Asimismo, la metodología obtenida en este proyecto reducirá la incertidumbre
actual debida a las aproximaciones teóricas realizadas sobre los cerramientos.
El procedimiento desarrollado en este proyecto será validado mediante ensayos de
laboratorio en Hot-box con los que será posible calibrar los equipos comerciales de medición
de transmitancia térmica, así como obtener un conocimiento suficiente de las variables que
intervienen en el problema y su efecto sobre la eficiencia energética de los elementos a
estudiar.
2.4 Metodología.
Los trabajos que serán necesarios para el desarrollo procedimientos para la medida de la
transmitancia térmica "in-situ" mediante métodos no destructivos de muros exteriores de
edificación se refieren a los siguientes aspectos:
•
Ensayo de caracterización térmica de diferentes configuraciones de muros
instrumentados en laboratorio, mediante cámara climática conectada a equipo HotBox.
•
Calibración, sobre el citado equipamiento, de las diferentes metodologías propuestas
para la medición de la transmitancia térmica “in situ”.
•
Estudio numérico, calibrado con los ensayos realizados en laboratorio, que nos
permita estudiar la influencia de cada parámetro en el comportamiento real del
elemento constructivo objeto de estudio, con el fin de cubrir todos los casos posibles
que se puedan producir en su vida útil.
•
Pruebas reales en campo en al menos 5 ubicaciones diferentes utilizando las
metodologías propuestas, a ser posible tanto antes como después de la aplicación
de una rehabilitación energética.
40
•
Comparativa de los resultados de las mediciones realizadas “in situ” con las obtenidas
en los modelos numéricos con el fin de validar los mismos y utilizarlos como
herramienta de apoyo. Por medio de las simulaciones numéricas validadas se podrán
realizar dos tareas importantes en el futuro. En primer lugar, tener una orientación
próxima al comportamiento real de un cerramiento sin necesidad de llevar a cabo un
ensayo sobre él. Y en segundo lugar, optimizar el elemento constructivo para
alcanzar su máxima eficiencia energética.
•
Elaboración de informe técnico con la descripción de las conclusiones más relevantes
del proyecto, así como una descripción detallada de los equipos utilizados y de los
procedimientos a seguir en las mediciones en campo.
Equipo de ensayos en laboratorio (Hot-Box)
Como resultados esperables más importantes apuntamos los siguientes:
1. El desarrollo de una metodología de ensayo no destructivo para realizar “in situ”
aportará una mayor productividad y eficiencia energética, así como un control de
calidad del proceso de rehabilitación de edificios acorde con las exigencias de los
códigos de la construcción recogidos en el Código Técnico de la Edificación.
2. La validación de los modelos numéricos desarrollados y el estudio de la influencia de
los diferentes parámetros (espesor, relaciones geométricas, composición del material
empleado, etc.) permitirá optimizar las diferentes metodologías desarrolladas y
conocer sus limitaciones y comportamiento en servicio.
41
3. El desarrollo de estas metodologías estandarizadas serán de gran ayuda para la
realización de cálculos técnicos más ajustados a la realidad, que permitan evitar
situaciones de falta de confort en los usuarios de las edificaciones, así como procesos
jurídicos innecesarios entre promotores y propietarios.
4. La divulgación y la transferencia de conocimiento relativa a los resultados más
relevantes del proyecto aportará una mayor comprensión del comportamiento
energético real de los cerramientos estudiados, así como su eficiencia en las
actividades de rehabilitación energética más comunes.
Los estudios térmicos e higrotérmicos que el grupo ha desarrollado durante los últimos años
aportan un gran conocimiento de la tecnología que los avala a la hora obtener resultados
satisfactorios en el proyecto solicitado.
La duración del proyecto será de un año, siendo las labores a realizar por el becario las que
se indican a continuación:
1. Recogida de documentación y estudio del estado del arte de los diferentes métodos y
técnicas utilizados para la determinación de las propiedades térmicas de los elementos
constructivos que conforman un edificio. Realización de encuestas y recogida de datos entre
especialistas con el fin de conocer las herramientas y técnicas actuales utilizadas por los
técnicos de certificación energética. Duración: un mes.
2. Realización de ensayos de laboratorio para la calibración de los diferentes métodos de
medida propuestos. En este apartado el becario deberá completar una serie de ensayos en
laboratorio sobre diferentes soluciones constructivas para determinar el comportamiento en
servicio. Duración: cuatro meses.
3. Estudio numérico de los resultados obtenido. En este apartado el becario deberá de
desarrollar y completar los modelos de elementos finitos y estudiar las variables del problema
que permitan calibrar el modelo numérico con los resultados obtenidos en los ensayos de
laboratorio. Duración: dos meses.
4. Estudio paramétrico de las variables influyentes en el comportamiento térmico de las
particiones, tales como: espesor de las diferentes capas, propiedades térmicas de los
materiales, existencia de huecos, tamaño de los mismos, etc. En este apartado el becario,
con ayuda del resto del equipo investigador, deberá realizar el diseño de experimentos (DOE)
que permitan estudiar la influencia de cada parámetro en el comportamiento real del
elemento constructivo objeto de estudio, con el fin de cubrir todos los casos posibles que se
puedan producir en su vida útil. Duración: dos meses.
5. Realización de ensayos “in situ”, con las metodologías estudiadas se realizarán
mediciones “in situ” sobre particiones de edificaciones existentes con tipologías semejantes
42
a las estudiadas en el laboratorio, que servirán para terminar de desarrollar y ajustar los
métodos propuestos. Duración: dos meses.
6. Informe final y estudio de la estandarización de los métodos estudiados en series de
trabajo, para los casos más frecuentes. Duración: un mes.
El plan de divulgación de resultados comprende:
-
Publicación en revistas internacionales indexadas, con mención expresa al proyecto
financiador.
Asistencia a congresos y jornadas de divulgación.
Publicación y divulgación en la página web del grupo (http://constru-9.edv.uniovi.es).
En actividades de proyectos anteriores financiados con el IUTA, los solicitantes han
colaborado como investigadores, y han participado en la divulgación de dichos proyectos en
publicaciones en revistas indexadas, con mención expresa a las ayudas y proyectos
concedidos:
1) J.J. del Coz Díaz, P.J. García Nieto, F.P. Álvarez Rabanal, M. Alonso-Martínez, J.
Domínguez-Hernández and J.M. Pérez-Bella “The use of response surface
methodology to improve the thermal transmittance of lightweight concrete hollow
bricks by FEM”. Construction and Building Materials, Volume 52, 15 February 2014,
Pages 331–344.
2) Osman Gencel, Juan Jose del Coz Diaz, Mucahit Sutcu, Fuat Koksal, F.P. Álvarez
Rabanal, Gonzalo Martinez-Barrera and Witold Brostow. “Properties of gypsum
composites containing vermiculite and polypropylene fibers: Numerical and
experimental results”. Energy and Buildings, Volume 70, February 2014, Pages 135–
144.
3) Mar Alonso-Martínez, Juan José Del Coz Díaz, Antonio Navarro Manso and Daniel
Castro Fresno. “Bridge-structure interaction analysis of a new bidirectional and
continuous launching bridge mechanism”. Engineering Structures, Volume 59,
February 2014, Pages 298–307.
4) J.J. del Coz Díaz, P.J. García Nieto, J.A. Vilán, F.P. Álvarez Rabanal, A. NavarroManso, M. Alonso-Martínez. “Nonlinear analysis of the pressure field in industrial
buildings with curved metallic roofs due to the wind effect by FEM”. Applied
Mathematics and Computation, Volume 221, September 2013, Pages 202–213.
5) Juan José del Coz Díaz, José M. Adam, Alfonso Lozano Martínez-Luengas and
Felipe Pedro Álvarez Rabanal. “Collapse of a masonry wall in an industrial building:
diagnosis by numerical modeling”. Journal of Performance of Constructed Facilities,
Volume 27 Number 1, January/February 2013, Pages 65–76.
43
6) J.J. del Coz Díaz, F.P. Álvarez Rabanal, P.J. García Nieto, J. Roces-García, A.
Alonso-Estébanez. “Nonlinear buckling and failure analysis of a self-weighted metallic
roof with and without skylights by FEM”. Engineering Failure Analysis, Volume 26,
August 2012, Pages 65-80.
7) J.J. del Coz Díaz, M.A. Serrano López, C. López-Colina Pérez, F.P. Álvarez
Rabanal. “Effect of the vent hole geometry and welding on the static strength of
galvanized RHS K-joints by FEM and DOE”. Engineering Structures, Volume 41,
March 2012, Pages 218-233.
8) J.J. del Coz Díaz, P.J. García Nieto, F.P. Álvarez Rabanal, A. Lozano MartínezLuengas. “Optimization based on design of experiments (DOE) using finite element
model (FEM) analysis applied to retrofitting the church of Baldornon, Spain”.
International Journal of Architectural Heritage, Volume 6, January 2012, Pages 436451.
9) J.J. del Coz Díaz, P.J. García Nieto, F.P. Álvarez Rabanal, A. Lozano MartínezLuengas. “Design and shape optimization of a new type of hollow concrete masonry
block using the finite element method”. Engineering Structures, Volume 33, Issue 1,
January 2011, Pages 1-9.
10) J.J. del Coz Díaz, F.P. Álvarez Rabanal, P.J. García Nieto, M.A. Serrano López.
“Sound transmission loss analysis through a multilayer lightweight concrete hollow
brick wall by FEM and experimental validation”. Building and Environment, Volume
45, Issue 11, November 2010, Pages 2373-2386.
11) Juan José del Coz Díaz, Paulino José García Nieto, Felipe Pedro Álvarez
Rabanal, José Luis Suárez Sierra. “Optimization of an acoustic test chamber involving
the fluid-structure interaction by FEM and experimental validation”. Mecánica (2010)
45: 705–722.
44
Gastos
Personal
Fungible
Inventariable
9.000 €
Otros Gastos
TOTAL
GASTOS
9.000 €
4.AYUDA SOLICITADA
9.000 €
5.AYUDA CONCEDIDA
3.000 €
45
46
47
48
49
50
51
PROYECTO Nº 5
Título: Vehículo híbrido IWD (Individual-Wheel Drive) con motores eléctricos en rueda y
alimentación por tres fuentes de energía: baterías, supercondensadores y pila de
combustible. Implementación, verificación y reingeniería del sistema de control
Investigadores responsables: Pablo Luque Rodríguez y Daniel Álvarez Mántaras
Tfno: 98518 2059/1910
E-mail: [email protected] / [email protected]
Otros investigadores: Eduardo Cuesta, Braulio J. Álvarez, Johan Wideberg, Carlos
Bordons, David Marcos
La empresa BRC (BANGO RACING CARS) colaborará en la realización del proyecto. Esta
empresa, ubicada en la Ciudad Industrial de Valnalón, (Langreo) está dedicada al desarrollo,
fabricación, comercialización y gestión técnica de vehículos de competición, por lo que el
interés de esta empresa en el presente proyecto es muy elevado, ya que se plantea la
implantación de los sistemas de tracción independiente por rueda en un vehículo monoplaza
de competición con bastidor tubular, que permita la circulación tanto por carretera como por
otros tipos de firme (tierra, barro,…). La colaboración de la misma consistirá en el
asesoramiento desde el punto de vista técnico en el diseño e implementación de los sistemas
de tracción eléctrica, reglajes y tests en condiciones reales de circulación.
De forma adicional, los trabajos estarán realizados en coordinación con investigadores de la
Universidad de Sevilla, con los que se viene trabajando de forma conjunta en los años 2013
y 2014:
Grupo de Ingeniería e Infraestructura de los Transportes:

Johan Wideberg
Grupo de Ingeniería de Sistemas y Automática:


Carlos Bordons
David Marcos
52
Basándose en los trabajos realizados en años anteriores, tanto del grupo de trabajo del área
de Ingeniería de los Transportes de la Universidad de Oviedo, como de los grupos de la
Universidad de Sevilla, los investigadores disponen de un vehículo eléctrico con tracción en
las cuatro ruedas, mediante motores en rueda.
En el año 2013, se ha trabajado en el desarrollo de un modelo numérico desarrollado
mediante la técnica de simulación multicuerpo (Multibody Simulation), así como su
implementación en un software comercial como su validación experimental mediante
ensayos en campo. Este modelo supone una plataforma sobre la que se han implementado
y probado estrategias de control dinámico objeto de desarrollo en las actividades durante el
año 2014. Los trabajos realizados en 2014 incluyen el diseño, implementación y ensayo de
un controlador de los cuatro (4) motores eléctricos de tracción del FOX, con el objetivo de
optimizar la respuesta dinámica del vehículo maximizando la eficiencia energética. Esto ha
implicado el desarrollo de estrategias de control en función de las especificaciones técnicas
a concretar, para posteriormente implementar los desarrollos realizados para el control del
prototipo virtual (modelo multibody del FOX programado en ADAMS), mediante el software
MatLab-Simulink.
Será objeto de las tareas a realizar en la anualidad 2015, la implementación de las
estrategias validadas en el prototipo real del FOX, y su ajuste final y procesos de reingeniería,
a realizar en coordinación con los grupos de la Universidad de Sevilla donde está físicamente
el vehículo FOX.
El presente proyecto surge como continuación a las actividades realizadas en el ámbito del
proyecto Vehículo híbrido IWD (Individual-Wheel Drive) con motores eléctricos en
rueda y alimentación por tres fuentes de energía: baterías, supercondensadores y pila
de combustible, con actividades realizadas en los años 2013 y 2014 en colaboración entre
la Universidad de Oviedo y la Universidad de Sevilla.
Como resumen de las actividades realizadas se puede indicar que, fruto de la colaboración
entre las citadas entidades, se han venido realizado trabajos para el diseño, simulación por
ordenador, construcción y validación experimental en el campo de los vehículos eléctricos.
Estos trabajos, se materializan sobre un vehículo eléctrico con cuatro motores en rueda,
denominado FOX, financiado en parte por el Ministerio de Economía y Competitividad a
través del proyecto DPI2010-21589-C05.
53
El vehículo FOX está montado sobre el chasis de un coche de competición Silver Car S2,
ligeramente modificado para la colocación de los nuevos dispositivos. Además, se le ha
instalado un segundo asiento, y los elementos de la suspensión han sido reemplazados por
otros hechos a medida para los motores en rueda. El carenado es el mismo que monta el
modelo original. Se puede ver una imagen del vehículo, ya montado, en la figura 1.
Figura1. Vehículo eléctrico FOX.
El vehículo está propulsado por cuatro motores en rueda brushless DC, de 7 kW cada uno
(figura 2). La alimentación de los mismos se hace a partir de seis módulos de baterías
LiFeMnPO4, de 12'8 V y 100 Ah, conectados en serie. Entre el conjunto de las baterías y los
cuatro motores hay sendos convertidores de potencia. A estos llegará la consigna de par o
velocidad (según el modo de funcionamiento) para cada motor.
El vehículo FOX está fabricado específicamente como plataforma de ensayo para distintos
controladores tanto de gestión de potencia como de control del par en cada rueda. Para el
ajuste de parámetros y la validación del mismo se necesitan una serie de sensores. Estos
medirán el comportamiento del vehículo, y de algunos elementos en particular. Además es
conveniente medir las consignas del conductor, pues de esta forma será más fácil predecir
el comportamiento del vehículo. En el caso del acelerador, su medida es necesaria, ya que,
al tratarse de un vehículo eléctrico, esta señal, procesada, será la que se envíe a los
controladores de los motores.
Figura 2. Motor en rueda.
Figura 3. Sensor de recorrido
54
El vehículo dispone de una serie de sensores que por un lado, permiten conocer el estado
de distintas variables internas del mismo y por otro, proporcionan información de las acciones
del conductor.
Sensores del recorrido de la suspensión (figura 3). Se colocan en paralelo a los
amortiguadores, midiendo de esta forma la compresión de los mismos en cada
momento. De esta manera se puede estimar la fuerza vertical en cada rueda,
imprescindible para modelar los esfuerzos en las ruedas. Características principales:
 Tipo de medición: divisor de tensiones.
 Resistencia nominal: 6kΩ (trasero), 1 kΩ (delantero).
 Fuerza de actuación: 2'45 N (horizontal)
 Alcance: hasta 150 mm
 Máx. velocidad de trabajo: 10 m/s (trasero), 1 m/s (delantero)
Unidad de Medición Inercial (IMU). La IMU utilizada es del modelo 3DM-GX3-35 del
fabricante Microstrain. Mide las aceleraciones lineales y angulares para los tres ejes,
así como el campo magnético. Incluye además un receptor GPS, con el que se tendrá
una medida externa de la posición. Características principales:

Rangos:
Acelerómetros,
±5g;
Giróscopos,
±300º/s;
magnetómetro, ±2'5 Gauss; GPS, ±4g, 500 m/s.

Error de alineación, ±0.05°.

Precisión GPS (velocidad) 0'1 m/s.
Otros sensores instalados para monitorización de las acciones del conductor
 Lectura del acelerador. Señal de 0 a 5 voltios, proporcional a la posición del pedal.
 Potenciómetro de lectura del freno. Características principales:
 Resistencia nominal: 5 kΩ
 Alcance: 10mm
 Potenciómetro de lectura del giro del volante.
 Sensores del recorrido de la suspensión. Características principales:
 Resistencia nominal: 10 kΩ
 Precisión: 0'034%
Adicionalmente se cuenta con otros sistemas de medición externos:
 Básculas por rueda. Estos sensores se han usado únicamente durante la validación
del modelo, para obtener el peso que soporta cada rueda.
En 2013 se han realizado tareas dedicadas a desarrollar y validar un modelo numérico para
simulación por ordenador de la dinámica vehicular, que sirva como base para el desarrollo
de estrategias de control independiente de los motores eléctricos de tracción.
55
Figura 4. Modelo completo desarrollado en ADAMS ®
El modelo numérico del comportamiento dinámico del vehículo ha sido desarrollado e
implementado en la plataforma ADAMS/View ®, de MSC Software (figura 4). Para ello se ha
hecho un modelo en CAD del vehículo, utilizando el software SolidWorks, a partir del diseño
en tres dimensiones del chasis, aportado por el fabricante. El modelo desarrollado se
muestra en la figura 4. La configuración cinemática del modelo consta de un total de:
 40 cuerpos
 15 juntas de revolución
 16 juntas esféricas
 3 juntas de traslación
 4 juntas homocinéticas
 13 juntas fijas
Se han incluido unas masas de ajuste de los parámetros inerciales para ajustar los valores
reales del vehículo, incluyendo los elementos de carrocería no considerados en el modelo
CAD y el resto de elementos, sensores y sistemas embarcados en el vehículo.
Figura 5. Detalle modelo de suspensión delantera
Figura 6. Detalle modelo de suspensión trasera
El modelo final tiene un total de 14 grados de libertad. La caracterización dinámica se
caracteriza por la modelización de diversos elementos incluidos en el vehículo real, como
56
son los muelles helicoidales, amortiguadores telescópicos y ruedas neumáticas. Para la
simulación de las ruedas neumáticas se ha caracterizado el comportamiento de los
neumáticos utilizando la denominada Magic Formula de Pacejka. Los parámetros
identificativos han sido obtenidos por ajuste de las curvas dinámicas procedentes del
fabricante Avon.
Los brazos de la suspensión han sido considerados como rígidos y unidos por juntas
esféricas al bastidor multitubular del vehículo, considerando que, debido al estado del
vehículo, no existen holguras ni fricciones adicionales, con lo que las juntas han sido
consideradas como ideales. El sistema de suspensión delantera (figura 5) modelizado es un
mecanismo de doble brazo por rueda, denominado de paralelogramo deformable, con
elementos elásticos (muelles helicoidales) y disipativos (amortiguadores hidráulicos
telescópicos) accionados por unas bieletas biarticuladas. Los muelles y amortiguadores se
consideran lineales en la zona de trabajo habitual y el proceso de ajuste estático y dinámico
permitirá determinar las precargas estáticas de los elementos elásticos. La dirección se
realiza mediante una cremallera accionada por una timonería unida al volante de dirección.
La configuración cinemática de la suspensión trasera está compuesta por dos brazos,
articulados sobre el bastidor. El brazo superior de cada paralelogramo está conectado
adicionalmente a las torretas de suspensión fijas al bastidor por un conjunto muelleamortiguador concéntricos, con características dinámicas inicialmente desconocidas, que
deberán se determinadas en las fases de ajuste.
Para la simulación del modelo se han incluido diversas entradas, tanto del control cinemático
como del control dinámico del vehículo. La cinemática está controlada esencialmente por el
movimiento de la dirección. El control viene impuesto por el movimiento del volante de
dirección.
El control dinámico del vehículo, en lo relativo a la motricidad (tracción/frenado) viene
regulado por el par en cada una de las ruedas. En función del control real implementado en
el vehículo, se ha optado por un reparto igual del par en las cuatro ruedas. Para imponer el
par se implementa un regulador tipo PID, en el que se introducen los valores de velocidad y
aceleración longitudinal.
Para garantizar la fidelidad a la realidad de la respuesta dinámica del vehículo se han incluido
unas masas representativas de los ocupantes en los puestos de conductor y acompañante,
con los valores másicos correspondientes.
Para la validación del modelo implementado en ADAMS, se plantea un programa
experimental basado en la realización de ensayos estáticos y dinámicos con el vehículo real.
La realización del programa experimental implica la utilización de una instrumentación
descrita anteriormente.
57
El programa experimental realizado se basa en la realización de dos tipos de pruebas:
1. Estáticas: Mediante la aplicación de cargas y/o desplazamientos controlados se
obtiene información para el ajuste de diversos parámetros del modelo de simulación
implementado:
a. Reparto de peso por rueda y posicionamiento del centro de gravedad
b. Posición inicial en orden de marcha (alturas, cabeceo y balanceo) de vehículo
c. Precargas de muelles helicoidales
d. Desmultiplicación de sistema dirección.
e. Rigidez de suspensión equivalente en rueda.
2. Dinámicas: La realización de ensayos dinámicos con el vehículo instrumentado, se
obtiene información que permite el ajuste y validación del modelo desarrollado. Los
ensayos realizados
a. Aceleración en recta y curva
b. Frenada en recta y curva
c. Slalom
d. Curvas circulares con velocidad constante/creciente
e. Trayectorias combinadas
A modo de ejemplo (figuras 7 y 8), se muestra la simulación de una maniobra combinada de
slalom + curvas_circulares + slalom + curva_frenado
Figura 7. Maniobra combinada
Tras el proceso de ajuste final del modelo, se constata que se reproduce adecuadamente las
variables más representativas del movimiento vehicular (trayectoria, velocidades y
aceleraciones), así como la respuesta dinámica de elementos significativos como son la
suspensión, dirección y neumáticos.
58
Figura 8. Validación de velocidad simulación frente a ensayo real tomada como referencia
Como conclusión de la realización de los trabajos durante 2013, se puede indicar que se ha
desarrollado un modelo dinámico (prototipo virtual) de un vehículo eléctrico con motores en
las cuatro ruedas, en la plataforma ADAMS®. En el modelo se han incluido todos los
elementos del vehículo real, como muelles helicoidales, amortiguadores telescópicos y
ruedas neumáticas. El modelo ha sido validado experimentalmente en el vehículo real,
mostrando la bondad del ajuste. Se dispone por tanto de un simulador dinámico detallado
que puede ser usado como banco de pruebas para mejora del vehículo y para el ensayo
previo de controladores de tracción y estabilidad.
El modelo en ADAMS (prototipo virtual) será empotrado en el entorno Matlab-Simulink, y a
partir del mismo se desarrollarán controladores para el reparto de par en los cuatro motores.
Estos controladores pueden diseñarse teniendo en cuenta diversos criterios, como la
eficiencia energética, la seguridad o las prestaciones. Asimismo, se le añadirán los modelos
de los dispositivos de potencia, de manera que se puedan modelar distintas estrategias de
gestión de potencia. Finalmente estos algoritmos serán utilizados en el vehículo FOX.
Durante el año 2014 se ha desarrollado un controlador en tiempo real para su aplicación
sobre el modelo virtual desarrollado en ADAMS. El control de la dinámica del vehículo se
realiza mediante la creación de un controlador en tiempo real a través de Matlab-Simulink.
Durante el año 2014 se ha desarrollado un controlador en tiempo real para su aplicación
sobre el modelo virtual desarrollado en ADAMS. El control de la dinámica del vehículo se
realiza mediante la creación de un controlador en tiempo real a través de Matlab-Simulink.
El objetivo del sistema de control es el control de la respuesta dinámica del vehículo por
medio de la actuación sobre los pares en rueda. Para determinar la actuación necesaria es
necesario generar una dinámica deseada mediante un modelo simplificado y compararla con
la dinámica real. Las entradas de este modelo son las ordenes transmitidas por el conductor,
la velocidad deseada por este (bien directamente o bien mediante las señales de los pedales
de acelerador y freno) y el ángulo de volante.
59
Las variables monitorizadas para determinar la actuación del control son la velocidad de
guiñada (yaw rate), y el ángulo de deriva lateral (slip angle). Un primer nivel del control lee
estas señales comparándolas con las teóricas y decide si es necesaria la actuación del
sistema. Un segundo nivel calcula el momento corrector que habría que aplicar y se generan
los pares a aplicar en rueda. Por último un sistema controla que el par a aplicar a la rueda
no sea superior a las capacidades del neumático en ese momento.
Sistema de control desarrollado
El sistema de control consta de dos partes, la primera se trata de un control de la velocidad
longitudinal que, mediante un controlador de tipo PID, mantiene la velocidad del vehículo en
el valor deseado. La segunda parte se trata de un sistema de control de estabilidad que a su
parte consiste en varios subsistemas y niveles de control que pretenden mejorar la
maniobrabilidad y la estabilidad lateral del vehículo mediante la aplicación de un par de giro
generado a través de la aplicación diferencial de par en rueda.
En el sistema de control de estabilidad se encuentran tres niveles de control, el primero es
el supervisor, el segundo es el control superior y el tercero el llamado control inferior. El
supervisor determina si el sistema está activado o no y el modo de control. El control de nivel
superior se encarga de determinar la dinámica deseada para el vehículo en función del modo
activado, compararla con la dinámica real y general las fuerzas correctoras necesarios. El
control de nivel inferior recibe la señal del control superior y genera las señales
correspondientes a cada actuador para generar las fuerzas solicitadas por el controlador
previo, además cuenta con un sistema de control de tracción que evitará el deslizamiento de
los neumáticos. En la figura 9 se encuentra un esquema del control.
Tras la creación del modelo en Adams/Car (figura 10) y la implementación del sistema de
control en Matlab-Simulink, se realizarán una serie de simulaciones de maniobras dinámicas
para comprobar la efectividad del sistema. Las maniobras a realizar son 3:
 Una entrada senoidal de volante, simulando un cambio de carril.
 La maniobra conocida como Fish Hook, en la cual se realiza una doble entrada de
volante.
 Un cambio de adherencia en la carretera mientras el vehículo describe una curva.
60
Figura 10 Imagen del modelo de vehículo
Para el cálculo de las características de los neumáticos, el programa Adams/Car posee un
módulo adicional, Tire, que permite extraer las características del modelo o los modelos de
neumáticos empleados en la construcción del modelo de vehículo. La implementación del
sistema de control se realiza en Matlab-Simulink, y se une al modelo numérico del vehículo
desarrollado en ADAMS/Car. A modo de ejemplo se muestra la siguiente figura 11.
Figura 11. Diagrama del controlador de par.
Tras la implementación del sistema de control se realiza un amplio programa experimental
con el modelo virtual desarrollado en ADAMS, ante diversas condiciones operativas de
velocidad y maniobras, como se muestra en la siguiente figura.
61
Figura 12. Evolución de la velocidad de guiñada con y sin control a 100 km/h. Maniobra de Cambio de carril
2.3 Objetivos.
El objetivo general del presente proyecto se puede enunciar como la Implementación,
verificación y reingeniería del sistema de control desarrollado. El controlador permite la gestión
de los cuatro (4) motores eléctricos de tracción del FOX, con el objetivo de optimizar la
respuesta dinámica del vehículo maximizando la eficiencia energética.
2.4 Metodología.
Las tareas planteadas para el año 2015, se incluyen dentro de la línea de investigación sobre
dinámica vehicular, condiciones operativas y eficiencia energética que se está desarrollando
actualmente entre las Universidades de Oviedo y Sevilla, estando particularizadas en el
diseño de estrategias de control de un vehículo de carretera con cuatro ruedas motrices,
suspensiones de vehículos.
Para la consecución de los objetivos planteados para el año 2015, se plantea la
implementación del sistema de control desarrollado. Este sistema incluye un algoritmo de
control de la dinámica del vehículo, por medio del control de los pares de tracción/frenado (𝑇𝑖 )
de los cuatro motores en rueda disponibles en el FOX, a partir de las consignas básicas de
conducción. Estas consignas de conducción, reguladas por el operador (human driver) son el
ángulo de dirección, la demanda de tracción en función de la posición del pedal de acelerador
y la de frenada por la posición del pedal de freno.
La estructura propuesta se basa en una estructura jerarquizada, donde, a partir de la consigna
de conducción y la información proveniente del vehículo se identifica el comportamiento
dinámico deseado por el conductor y la respuesta real del vehículo (FOX). Se plantea una
estructura en varios niveles.
En el nivel superior, se identifica la respuesta dinámica del vehículo mediante la lectura o
estimación de los estados necesarios, para identificar si existe algún problema de estabilidad
o control direccional.
62
Teniendo en cuenta la configuración del vehículo (IWD + 2WS y suspensión pasiva), se decide
monitorizar el comportamiento dinámico por las siguientes variables:
𝑟: (Yaw rate) – Velocidad de guiñada
𝛽: (Slip angle) – Ángulo de deriva del vehículo
El sistema deberá identificar si la dinámica deseada por el conductor está dentro del margen
de operación del vehículo, que será en último término función de la adherencia máxima entre
los neumáticos y el suelo.
En caso de detectarse una discrepancia de la dinámica real y la deseada (ya regulada en
función de las prestaciones máximas obtenibles), se establecerá un control direccional para
ajustar
losde
valores
𝛽 a está
los deseados.
Este
control
direccional
del vehículo diferentes
implica la
inyección
un parde
(𝑀𝑟𝑧),yque
generado por
unas
fuerzas
de tracción/frenado
en cada una de las cuatro ruedas. Finalmente deberá realizarse una comprobación de que las
fuerzas longitudinales (tracción o frenado) a aplicar sobre cada una de las ruedas no superan
el valor máximo admisible en función de la adherencia.
El sistema ha sido desarrollado e implementado en un vehículo virtual realizado en el
software de simulación ADAMS y controlado por Matlab-Simulink. Está previsto que el año
2015 se desarrolle una aplicación para la traducción del código de control Matlab al lenguaje
de programación (C++) de los sistemas integrados en el vehículo FOX y la realización de un
programa experimental amplio para el ensayo y ajuste paramétrico de los algoritmos
desarrollados.
En el proyecto se trabajará tanto en la optimización de la propia metodología de control como
en la implementación en tiempo real de los controladores que se desarrollen. En cuanto a
metodología de control con objeto de optimizar los trabajos realizados en anualidades
anteriores, se diseñarán también controladores multivariables para el nivel inferior de control.
Estos controladores calcularán en tiempo real los valores óptimos de las acciones de control
(los pares a los 4 motores) en función de los valores (leídos o estimados) de las salidas (yaw
rate y slip angle). La estrategia propuesta está basada en lo que se denomina “Model
Predictive Control”, que es una estrategia de optimización en tiempo real con horizonte
deslizante. Esta estrategia ya se ha ensayado con éxito en simulación para la gestión de
potencia en el vehículo FOX y pretende extenderse también al control de tracción.
En cuanto a la implementación en tiempo real del controlador, hay que resolver los aspectos
relacionados con los requerimientos de cálculo y los tiempos de ejecución. Las estrategias
probadas en simulación deben trasladarse a la ECU del vehículo, que es un sistema basado
en un PC104 con sistema operativo QNX. Será necesario trabajar en la traducción automática
de los controladores desarrollados en Matlab para esta plataforma en tiempo real, de manera
que sea fácil trasladar los diseños en simulación al vehículo.
63
Los resultados esperables de este proyecto son los códigos de programación de las
estrategias de control para su implementación en el Vehículo FOX.
Se espera obtener buenos resultados experimentales de los controladores propuestos en
simulación. Una vez afinados, estos controladores serán optimizados (en cuanto a
requerimientos de cálculo en tiempo real) para su ejecución en la ECU, de manera que puedan
ser usados en otros vehículos similares.
Por otro lado, el análisis de los resultados experimentales de los ensayos permitirá proponer
nuevas estrategias de control, bien modificando las actuales o bien proponiendo otras que
consideren nuevos criterios.
Tarea 1. Diseño, Simulación por ordenador y validación experimental
Duración: Del 1 de enero de 2013 al 31 de diciembre de 2013.
La realización de esta tarea implica las siguientes actividades:
 Caracterización dimensional y mecánica del vehículo eléctrico FOX
 Desarrollo de modelo numérico e implementación en ADAMS/View
 Instrumentación del vehículo y realización de ensayos de campo
 Ajuste del modelo desarrollado a partir de los datos provenientes de los ensayos de
campo con el vehículo instrumentado
Tarea 2. Desarrollo de control de dinámico
 Definición de la estrategia de control
 Construcción del modelo numérico en el entorno ADAMS/Car
 Implementación de la estrategia de control en MatLab-Simulink
 Realización de test virtuales para el ajuste de la implementación de la estrategia de
control desarrollada
Tarea 3. Implementación, verificación y reingeniería del sistema de control
 Implementación en el vehículo real FOX de la estrategia de control en tiempo real
(realizado por el becario solicitado, bajo la coordinación del personal investigador) –
Tiempo estimado 7 meses
 Desarrollo de programa experimental para la verificación y ajuste de la estrategia
desarrollada (realizado por el becario solicitado, bajo la coordinación del personal
investigador) Tiempo estimado 3 meses
 Tareas de reingeniería y redefinición o refinado de la estrategia de control en función
de los resultados del programa experimental desarrollado (realizado por el becario
solicitado, bajo la coordinación del personal investigador) Tiempo estimado 2 meses.
64
Las tareas realizadas en los años 2013 y 2014 permiten tener una referencia de los resultados
y la posible divulgación de las mismas. El interés de los mencionados trabajos está avalado
por la aceptación de las ponencias en congresos que se referencian a continuación:



Desarrollo y validación experimental de un modelo dinámico para un vehículo
eléctrico con motores en las ruedas, autores: David Marcos, Carlos Bordons, Johan
Wideberg, Daniel A. Mántaras y Pablo Luque - XXXIV Jornadas de Automática.
Terrassa, 4 al 6 de Septiembre de 2013 ISBN: 978‐84‐616‐5063‐7
Development and Experimental Validation of a Dynamic Model for Electric
Vehicle with In Hub Motors, autores: Johan Wideberg, Carlos Bordons, Pablo Luque,
Daniel A. Mántaras, David Marcos, Husain Kanchwala - XI Congreso de Ingeniería del
Transporte (CIT 2014) Santander 2014 – Enviado para publicación en Special Issue of
Procedia Social and Behavioral Sciences. Septiembre 2014.
Obtaining Desired Vehicle Dynamics Characteristics with Independently
Controlled In-Wheel Motors: State of Art Review, autores: Johan Wideberg, Carlos
Bordons, Pablo Luque, Daniel A. Mántaras, David Marcos, Husain Kanchwala –
Revista TRANSPORTATION REVIEWS – Enviado para publicación Agosto 2014 –
Código TTRV-2014-0133
Se espera que los resultados obtenibles por los trabajos realizados en la presente anualidad
(2015), puedan ser presentados igualmente en congresos o jornadas técnicas relacionadas.
Adicionalmente se espera que la realización de los trabajos objeto del proyecto en su totalidad
permitan la confección de artículos técnicos de suficiente calidad científica para que sean
aceptados en revistas internacionales con índice de impacto relevante en dos campos
principales:
 Ingeniería de vehículos, dentro de los campos de la Ingeniería Mecánica y de la
Ingeniería del Transporte. Esto implica revistas del tipo: Vehicle System Dynamics,
Transportation Research,…
 Ingeniería eléctrica, electrónica y de control, con revistas del tipo IEEE, en diferentes
campos.
65
Gastos
Personal
Fungible
6.000 €
Inventariable
3.000 €
7.000 €
Otros Gastos
3.000 €
TOTAL
GASTOS
19.000 €
4.AYUDA SOLICITADA
6.000 €
5.AYUDA CONCEDIDA
3.000 €
66
67
PROYECTO Nº 6
Título: Dispositivo para Endo-“Bag” en estoma digestivo de eliminación
Investigador responsable: José M. Sierra Velasco
Tfno: 985 18 24 20
Otros investigadores: José Ignacio Rodríguez García, José Luís Cortizo Rodríguez, Mª del
Rocío Fernández Rodríguez, Marta Villazón Suárez
ACCU-Asturias es la Asociación de enfermos de Crohn y Colitis Ulcerosa del Principado de
Asturias con Sede en Gijón, ha sido Fundada y legalmente constituida en Asturias en enero
de 1.992 y cuenta en la actualidad con 590 socios, de los más de 6.000 afectados que
padecen las dos enfermedades inflamatorias Intestinales (EII), Crohn y Colitis Ulcerosa en
el Principado.
Introducción:
¿QUÉ ES UN ESTOMA? Un estoma es una
porción de intestino, que sale al exterior de la
zona
abdominal
(mediante
intervención
quirúrgica), para eliminar residuos orgánicos,
que por algún motivo no pueden ser evacuados
por el recto. El estoma no es piel, sino una
porción de intestino, que se lleva al exterior
mediante un orificio en la piel. Tiene un aspecto mucoso porque lo que se exterioriza es la
parte interna del intestino. En una colostomía se exterioriza el colón. Hay diferentes tipos,
según la parte del colon que se exteriorice las heces tendrán menor o mayor consistencia.
Según un estudio multicéntrico del año 2001 en España hay entre 35000 y 38000 pacientes
con estomas, el 75% de los cuales portaba una colostomía y un 12% ileostomía. En torno al
1.5 por mil es la tasa de la población con estomas. Esto representa el 3 por mil de la población
adulta, cifra que encaja con entre el 2 y el 4 por mil de adultos, que es lo que se ha recogido
en los países occidentales (www.seom.org).
68
Para la recogida de las heces se utilizan bolsas de colostomía, que se pegan a la piel:
Los dispositivos actuales presentan una serie de problemas:
1. El más frecuente y que más preocupa a los pacientes es que se despega el disco
adhesivo y se vierte el contenido fecal.
2. Irritaciones-eczema pericolostomía por el contacto de las heces con la piel debido a
las dificultades de conseguir un perfecto acople de la parte con adhesivo al borde del
estoma, en ocasiones irregular, hundido, con cierto prolapso...
3. La bolsa de colostomía supone llevar externamente heces de forma continua ya que
no hay continencia en el vertido (además los dispositivos no deben manipularse con
mucha frecuencia para evitar los despegamientos, fugas...)
4. Exigen un adecuado entrenamiento para aprender a recortar el disco adhesivo con
forma y tamaño variable, a colocarlo adecuadamente (bien centrado), a manipularlo,
en el caso de dos piezas para retirar la bolsa sin despegar el disco o a vaciar la bolsa
sin “mancharse”...
5. Suponen una merma en la calidad de vida, sobre todo en relación con la imagen
corporal, con dificultades de adaptación psicológica (fundamentalmente en el área
sexual) y para la socialización.
6. Limitaciones para la realización de actividades deportivas, determinados trabajos...
Han existido propuestas para evitar estos problemas, con soluciones alternativas pero que no
han conseguido hasta la fecha soluciones viables.
69
2.3 Objetivos.
El objetivo es diseñar un dispositivo que permita trasladar la bolsa
al interior del intestino. Conseguir que las heces se retengan
dentro del colon-intestino delgado y extraerlas-vaciar el intestino
de forma controlada.
Una alternativa a la bolsa, o complemento a la misma, sería utilizar
un tampón equivalente al utilizado por las mujeres en la vagina
(Compact tampon applicator with hollow tampon and radially
expandable applicator tube Patent No.:4,857,044 Aug. 15, 1989).
Ventajas:
-
Se evita-limita el contacto de las heces con la piel
Al no tener la bolsa con heces se evitan despegamientos, fugas...
Se consigue prescindir de la “bolsa” externa, con los indudables beneficios estéticos.
Se corrigen los prolapsos.
Limitaciones:
Se requiere un mínimo de calibre, no sería posible introducirlo ante la existencia de
estenosis, ya sea a nivel cutáneo o a cualquier otro nivel de la pared abdominal.
También se necesita un intestino-colon con cierta capacidad de distensibilidad y sin
estenosis-acodamientos.
2.4 Metodología.
Actividades a desarrollar (por el becario):
1- Realización de diseños alternativos, con posibilidad de ser fijo, expandible... con
diferentes materiales, formas...
2- Elaboración de prototipos con fabricación aditiva, ...
3- Realización de pruebas en simuladores viscerales “ex vivo”, cadáver...
4- Aplicación clínica (previo consentimiento informado y definición de proyecto
aprobado por comité ético)
El fin tangible ha de ser un prototipo funcional para pruebas clínicas, con especificaciones de
dimensiones y materiales, junto con un procedimiento probado y documentado para el empleo
del mismo. Que permita abrir un proceso de transferencia a la empresa, presentando el equipo
a empresas del sector que pudieran tener interés en su comercialización.
70
Las tareas a desarrollar por el becario, serían codirigidas desde el punto de vista médico por
el Dr. Ignacio Rodríguez, durante la realización del proyecto el becario (estudiante o titulado
reciente en ingeniería, con conocimientos de simulación y modelado 3D), y en el periodo de
tiempo que dure el proyecto se procurará que el becario acuda a cursos relacionados con
técnicas quirúrgicas, de carácter práctico y ayuden a suplir las carencias en terminología y
procedimientos del ámbito de la salud, tan importantes en este proyecto.
Los distintos Hitos que se pretende alcanzar en el proyecto podrían resumirse con referencia
temporal del siguiente modo:
Hito 1.- Planteamiento de los objetivos básicos y planificación temporal del proyecto en
base los objetivos planteados.
Periodo: Febrero-Marzo de 2015.
Hito 2.- Desarrollo de la ingeniería básica, modelado 3D, y propuestas de soluciones.
Periodo: Marzo-Mayo de 2015
Hito 3.- Elaboración de una especificación técnica y de la documentación básica que
permita proceder a la fabricación de uno o varios prototipos para test..
Periodo: Mayo-Junio de 2015
Hito 4.- Revisión del diseño y fabricación de un prototipo final completo, que permitan
su presentación a empresas del sector.
Periodo: Junio-Julio de 2015
Hito 5.- Elaboración de los planos de fabricación, especificaciones técnicas, manuales
de uso y mantenimiento. Documentación final del proyecto.
Periodo: Julio de 2015
Los hitos pueden sufrir pequeñas variaciones temporales, dependiendo de los resultados
obtenidos de las pruebas, o modificaciones en cuanto al alcance que puedan surgir durante
el desarrollo del proyecto.
Una vez el dispositivo esté finalizado y se hayan ensayado los prototipos finales, se plantea
dar a conocer el mismo a través comunicaciones en congresos.
En años anteriores se ha recibido ayuda para:

El desarrollo del Koalabot (Robot escalador de postes), que ha sido patentado, ha
ganado el premio de la Fundación 3M a la innovación, y ha sido presentado en un
71

evento promovido por la empresa Treelogic sobre robótica social, en el auditorio del
Príncipe de Asturias en Oviedo al que se ha enviado poster con el logo del IUTA.
El desarrollo de un equipo para cirugía endoscópica, que ha dado lugar a una patente,
solicitada a través dela Universidad de Oviedo, y un producto en fase de
comercialización a través de UNIVALUE G9.
También recientemente (15 de Diciembre de 2014), se ha realizado una jornada de
divulgación sobre simulación 3D y prototipado rápido, promovida por el IUTA, se incluye al
final de la solicitud el díptico de dicha jornada.
Gastos
Personal
Fungible
4.500 €
Inventariable
Otros Gastos
TOTAL GASTOS
1.500 €
6.000 €
En los gastos se ha considerado:


Una beca de 750 €/mes durante 6 meses a un becario de colaboración, por un total de
4.500 €.
Unos costes de materiales de 1.500 € para elaborar prototipos, que incluiría materiales,
empleo de impresora 3D, otros.
Entidad/Empresa
financiadora
Personal
Fungible
Ref.
Proyecto/Contrato
Área de Ingeniería
Mecánica y CEQT.
1.500 €
Inventariable
Otros
Gastos
TOTAL
INGRESOS
1.500 €
72
4.AYUDA SOLICITADA
4.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
2.250 €
73
74
75
PROYECTO Nº 7
Título: Máquina para la rehabilitación de rotura de Ligamentos de Rodilla Anterior (LCA)
Investigador responsable: José Luís Cortizo Rodríguez
Tfno: 985182467
Otros investigadores: Juan Díaz González, David Testa y José Manuel Sierra
Centro de Rehabilitación el Llano: Empresa ubicada en el municipio de Gijón, su responsable,
D. Pablo Bouza Casal, ha colaborado con profesores de la EPI y con David Testa, en el
desarrollo básico de los conceptos que permitan abordar el diseño de la máquina de
rehabilitación propuesta en este proyecto. Y en este caso tendría interés en el futuro desarrollo
de un equipo comercializable. En esta fase del proyecto colabora como consultor en temas
relacionados con el procedimiento de la rehabilitación de LCA (Ligamento Cruzado Anterior),
y estaría dispuesto a probar el prototipo en sus instalaciones.
Director de la Escuela de Medicina del Deporte: En este caso, D. Miguel del Valle, conoce el
proyecto, muestra su apoyo al desarrollo del mismo.
El objetivo del proyecto es continuar(1) el desarrollo de un mecanismo que sea capaz de
ayudar en el proceso de rehabilitación a personas operadas de ligamento cruzado anterior
(LCA) con aplasia, que provoca en la mayoría de los casos la pérdida de masa muscular,
inestabilidad y pérdida de movilidad de la rodilla.
En la actualidad la rehabilitación se realiza en dos fases, por un lado es necesario un proceso
de contracción-relajación, con el paciente sobre la camilla, boca abajo, y siendo el
fisioterapeuta quien controla el esfuerzo y el ángulo girado de la rodilla en cada movimiento,
incrementado de forma progresiva el ángulo girado. Se pretende que este proceso pueda ser
automatizado, siendo la máquina la que realice la contracción-relajación de la articulación de
rodilla, con las medidas de control y seguridad necesarias que eviten riesgos para el paciente.
En una segunda fase de la rehabilitación, y una vez recuperada la movilidad de la rodilla, se
procede al fortalecimiento y tonificación de la musculatura implicada en la lesión. Con el
paciente sentado, éste empuja con la pierna, variando la altura a la que se coloca la resistencia
76
en el caso de cada paciente dependiendo de la estabilidad y flexibilidad de la rodilla operada,
y la máquina ejerce un par resistente que tendrá un valor constante preestablecido, al tiempo
que tendrá un sistema de regulación de velocidad de modo que independientemente del
esfuerzo que haga el paciente, la velocidad del movimiento no superará dicho valor. En el
diseño hay una serie de consideraciones biomecánicas (en la articulación de la rodilla el fémur
rueda y desliza sobre la rodilla,…) que deberán ser tenidas en cuenta en el diseño, así como
la necesidad de que el mecanismo sea adaptable a la fisionomía de cada paciente.
(1) Decimos continuar, porque el proyecto ya se ha iniciado el año 2014, (con la
financiación mínima de las áreas de conocimiento implicadas), lo que ha permitido con
un proyecto fin de carrera, abordar un primer diseño y fabricación de un prototipo de
prueba. El proyecto arranco debido a que uno de los miembros del equipo, David
Testa, es al tiempo que Ingeniero Industrial (entonces estudiante), atleta de élite (ha
representado a España en diversas competiciones internacionales), por lo que el
mundo de la fisioterapia y la rehabilitación le era conocido, y en este proyecto pretendía
unir dos de sus áreas de interés, la medicina deportiva y la ingeniería.
Se trataría de un equipo, con una finalidad clara, que podría ser utilizado como ayuda al
trabajo repetitivo que puede realizar, liberando tiempo del fisioterapeuta que normalmente lo
realiza de forma manual, al tener un coste como indicaremos más adelante, bajo, para lo que
es el equipo en sí mismo, y similar a otras máquinas específicas para actividades deportivas
que también pueden ser utilizadas en diversos procesos de rehabilitación (bicicletas estáticas,
cintas para correr, etc.).
Daría lugar a un equipo que podría ser
utilizado en general a centros de
rehabilitación, clínicas de fisioterapia, o
gimnasios y centros fitness, ampliando
así la oferta de estos últimos.
El primer prototipo realizado ha mostrado
la viabilidad del diseño propuesto y existe
un hueco en el mercado debido a que la
tecnología actual convierte en obsoletos
equipos muy caros existentes en el
mercado para el mismo fin. Como
ejemplo ilustrativo se puede ver en la
77
figura de la derecha un equipamiento específico para este tipo de terapia.
En las figuras superiores se observa la simplicidad del diseño propuesto en el modelo 3D
virtual, y una fotografía del prototipo y sistema de control, sencillo y muy económico
construido.
El interés del proyecto tiene varias vertientes, por un lado inicialmente facilitar una
colaboración entre investigadores de dos áreas distintas y complementarias en este tipo de
proyectos de desarrollo de nuevo instrumental de apoyo en fisioterapia y rehabilitación. Poner
en conocimiento a través de publicaciones o comunicaciones en congresos, la posibilidad real
de colaboración aplicada de estas áreas de conocimiento (Ingeniería y Fisioterapia). Y
finalmente y no menos interesante, la posibilidad de que el resultado final pueda ser
desarrollado y comercializado por una empresa local, o incluso la creación de una nueva
empresa.
2.3 Objetivos.
El objetivo es la finalización de los ensayos con el primer prototipo desarrollado, que permitan
definir las especificaciones finales que debe tener el equipo para ser competitivo en el
mercado al que va dirigido, al tiempo que seguro, y de uso sencillo.
El primer prototipo, ha sido fabricado en los laboratorios de la EPI, con material reciclado,
obviamente para poder utilizarlo en una clínica o centro hospitalario, uno de los aspectos que
deben sufrir una importante remodelación, es sin duda su aspecto externo, empleando
materiales de buena calidad, líneas suaves, y un aspecto a la vista agradable. Estos temas
se desarrollarán e implementarán sobre el prototipo actual, remodelando o cambiando
aquellos componentes que lo requieran.
Además que se materialice en un prototipo funcional para evaluación, que pueda ser
patentable (por tanto innovador). Ya se ha llevado a cabo un planteamiento previo y un estudio
de patentes, que nos hace confiar que el nuevo diseño propuesto tenga viabilidad.
78
2.4 Metodología.
Se parte de unos los estudios previos realizados y un primer prototipo que ha conseguido los
objetivos funcionales planteados. Ahora se trataría de:
1. Finalizar las pruebas de funcionamiento sobre el prototipo actual, e implementar sobre
el mismo las funcionalidades que una vez construido éste, hemos visto que se podrían
añadir incrementando el valor añadido del producto.
2. Mejorar la versatilidad del equipo a través de nuevos programas que permitan abordar
rutinas terapéuticas más complejas.
3. Rediseñar el aspecto exterior del equipo, focalizando la atención en el diseño atractivo,
moderno, funcional y sencillo, que ha de tener, pensando en la comercialización del
producto.
4. Elaboración de la documentación necesaria para la protección de la propiedad
intelectual a través de la OTRI de la Universidad de Oviedo.
5. Desarrollo de la documentación complementaria,
especificaciones técnicas, procedimientos de uso, etc.
planos
de
fabricación
6. Pruebas de funcionamiento en el centro de fisioterapia colaborador del proyecto, y
valoración, detección de problemas y propuesta de mejoras. Este proceso será
reiterado hasta obtener un diseño final satisfactorio desde el punto de vista funcional
y de manejabilidad del equipo.
El fin tangible ha de ser un equipo optimizado en funciones, dimensiones y materiales, junto
con un procedimiento probado y documentado para el empleo del mismo. Que permita abrir
un proceso de transferencia a la empresa, presentando el equipo a empresas del sector que
pudieran tener interés en su comercialización.
El proyecto ya se ha iniciado, con la colaboración del personal investigador indicado en esta
solicitud, los resultados obtenidos hasta la fecha, con un prototipo de bajo coste (con material
de reciclado), nos anima a seguir con el desarrollo y por ello se solicita esta ayuda.
Los distintos Hitos que se pretende alcanzar en el proyecto podrían resumirse con referencia
temporal del siguiente modo:
Hito 1.- Planteamiento de los objetivos básicos y planificación temporal del proyecto en base
al prototipo actual.
Periodo: Febrero-Marzo de 2015.
79
Hito 2.- Desarrollo de la ingeniería básica, modelado 3D, y propuestas de mejora del equipo
actual, incluyendo componentes (motor, transmisión, rodillo,…), y aspecto exterior.
Periodo: Marzo-Mayo de 2015
Hito 3.- Elaboración de una especificación técnica y de la documentación básica que permita
proceder a la solicitud de la patente del dispositivo.
Periodo: Mayo-Junio de 2015
Hito 4.- Revisión del diseño y fabricación de un prototipo final completo, que permitan su
utilización en el centro de fisioterapia que apoya el proyecto, de modo que puedan ser
validados desde el punto de vista funcional.
Periodo: Junio-Julio de 2015
Hito 5.- Elaboración de los planos de fabricación, especificaciones técnicas, manuales de uso
y mantenimiento. Documentación final del proyecto.
Periodo: Julio de 2015
Los hitos pueden sufrir pequeñas variaciones temporales, dependiendo de los resultados
obtenidos de las pruebas, o modificaciones en cuanto al alcance que puedan surgir durante
el desarrollo del proyecto.
Como se ha comentado, se está elaborando la documentación que permita proceder a la
solicitud de una patente.
Una vez el dispositivo esté finalizado y se hayan ensayado los prototipos finales, se plantea
dar a conocer el mismo a través comunicaciones en congresos.
En años anteriores se ha recibido ayuda para el desarrollo del Koalabot (Robot escalador de
postes), que ha sido patentado, ha ganado el premio de la Fundación 3M a la innovación, y
ha sido presentado en un evento promovido por la empresa Treelogic sobre robótica social,
en el auditorio del Príncipe de Asturias en Oviedo al que se ha enviado poster con el logo del
IUTA.
80
Gastos
Personal
Fungible
4.500 €
Inventariable
Otros
Gastos
TOTAL
GASTOS
1.500 €
6.000 €
Entidad/Empresa
financiadora
Personal
Fungible
Inventariable
Ref.
Proyecto/Contrato
Área de Tecnología
electrónica y área de
Ingeniería Mecánica
1.500 €
Otros
Gastos
TOTAL
INGRESOS
1.500 €
En los gastos se ha considerado:


Una beca de 750 €/mes durante 6 meses a un becario de colaboración, por un total de
4.500 €.
Unos costes de materiales de 1.500 € para adecuar el prototipo actual, que incluiría
materiales en acero inoxidable y aluminio, y componentes electro-mecánicos varios
(correas, poleas, motor eléctrico, variador, tarjeta de control, carcasa,…).
4.AYUDA SOLICITADA
4.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
2.250 €
81
82
83
PROYECTO Nº 8
Título: Holistic City Soundscapes: Una metodología para el análisis acústico, perceptivo y
afectivo del paisaje sonoro en las Smart Cities
Investigador responsable: Javier Suárez Quirós
Tfno: 985182648
Otros investigadores: Ramón Gallego Santos
Fundación PRODINTEC (Gijón): Su interés radica en la apuesta por nuevos productos
innovadores que ayuden a implementar el ideario de las Smart Cities en los principales
núcleos de población de Asturias
Triciclo Gestión y Diseño (Gijón): Para esta joven consultoría estratégica de diseño, la
metodología propuesta puede convertirse en un servicio de alto valor añadido para incluir en
su cartera de productos
AID Social Consultores (Gijón): Como consultoría preocupada por la intervención social y la
acción cultural, la propuesta presentada encaja en la su filosofía empresarial como modelo
de integración ciudadana en búsqueda de una mejor convivencia y coherencia con el medio
circundante
INICIATIVES Consultoría y formación (Gijón): Esta compañía encuentra en la propuesta una
forma de mejorar su cartera de productos en un área estratégica de desarrollo como es el
diseño de Planes, Programas y Proyectos de Intervención ciudadana
Asociación de Mujeres de Empresas de Economía Social de Asturias (Gijón)
Agrupación de Sociedades Asturianas de Trabajo Asociado y Economía Social (Gijón): Estos
colectivos, centrados en la dinamización de la economía social, no sólo contribuyen de forma
decidida al desarrollo sostenible, sino que también juegan un papel muy relevante en la
cohesión económica y social, considerando que los resultados de este proyecto pueden
ayudar a mejorar el modelo de convivencia ciudadana actual
Serenos Gijón: Este colectivo, centrado en la prestación de servicios nocturnos, avala la
puesta en marcha de procedimientos que puedan ser útiles para tomar en el futuro medidas
más efectivas sobre el impacto del paisaje sonoro en los ciudadanos, problemática de la que
son muy conscientes debido a su actividad profesional
84
Según la OMS, dentro de 35 años, el 75% de la población mundial vivirá en núcleos urbanos.
Estas aglomeraciones humanas acarrean numerosos problemas de gestión y el sonido no se
escapa a esta circunstancia. Hasta ahora, la normativa en vigor asimila que el nivel de confort
de un espacio acústico está en relación directa con el nivel de presión acústica del ruido
detectado, algo que se considera como un producto residual de nuestra actividad humana y
que es necesario mitigar o eliminar por completo. Las investigaciones más actuales, por
contra, se fundamentan en el concepto de paisaje sonoro, introducido por Murray Schafer en
la década de 1960, es decir, la totalidad de los sonidos escuchados desde una determinada
localización, para argumentar que es preciso un análisis más detallado no sólo de la
naturaleza acústica de este entorno, ahora considerado como un recurso valioso a gestionar
y proteger, sino también de la percepción del ciudadano, ya que la interpretación de dicho
paisaje depende en gran medida de su condición, su estado afectivo o la actividad que está
desempeñando en cada momento. La publicación de la primera de una serie de normas ISO
sobre paisajismo sonoro en agosto de este año subraya el cambio conceptual en la
consideración del ruido y la contaminación acústica, una circunstancia que lleva aparejada la
adopción de nuevos protocolos para el análisis del entorno sonoro en el medio urbano y el
estudio de su influencia sobre los ciudadanos.
En este proyecto se aborda la definición de una metodología innovadora que, frente al
reduccionismo que supone identificar el confort de un entorno sonoro únicamente por el nivel
de presión sonora recogida por un sonómetro, analiza el paisaje sonoro en el que se ve
inmerso el ciudadano desde una perspectiva multidimensional, identificando no sólo un mayor
número de parámetros de naturaleza acústica (detectados a partir del procesamiento digital
de las grabaciones efectuadas en los puntos de interés mediante equipos portátiles), sino
también cuantificando la respuesta perceptiva y afectiva de los ciudadanos antes dichos
estímulos, recogida mediante cuestionarios en base a escalas semánticas previamente
definidas.
En sustitución de los mapas de ruido empleados por la normativa en vigor, centrados en la
identificación de las zonas urbanas que soportan mayor presión sonora, en este proyecto se
define un nuevo tipo de soporte georreferenciado denominado mapa aural que integra toda la
información acústica, perceptiva y afectiva localizada en los puntos de interés, haciendo
visible para el ciudadano la compleja naturaleza del espacio sonoro que le circunda y
permitiendo su participación en estos procesos, vedada en la legislación de ruido actual.
Además, el estudio persigue también la búsqueda de correlaciones entre todos los parámetros
obtenidos así como la detección de aquellos más influyentes en la definición del paisaje
sonoro para poder fundamentar con más criterio los planes de acciones conducentes a la
intervención sobre el medio urbano.
El desarrollo de esta nueva metodología posee un indudable interés no sólo para las
administraciones públicas responsables de la gestión del espacio acústico (al contar con un
85
sistema de adquisición de datos mucho más completo que les permita facilitar los procesos
de toma de decisiones ante la intervención en el espacio urbano), sino que se convierte en un
nuevo servicio de alto valor añadido para ser ofrecido por ingenierías, consultorías
medioambientales o gabinetes de arquitectura, que pueden articular modelos de negocio
innovadores en torno a esta temática. Además, algunos colectivos sociales como
Asociaciones de Vecinos se muestran expectantes ante las consecuencias que puede
acarrear la irrupción de nuevos estándares en la medición del ruido en las ciudades.
La Organización Mundial de la Salud ha constatado que en 2010 más de la mitad de la
población mundial estaba agrupada en núcleos urbanos y que esta proporción alcanzará el
75% en el año 2050 [1]. Uno de los factores más relevantes que se deriva de esta
circunstancia es el problema de la contaminación acústica, ya que se ha demostrado
científicamente la importancia que el ruido posee no sólo sobre la calidad de vida de los
ciudadanos, sino también sobre la salud y los patrones de comportamiento social.
El crecimiento y los cambios experimentados por las grandes ciudades en las últimas
décadas han incrementado de forma considerable las fuentes de ruido existentes así como
su intensidad, relacionadas mayoritariamente con los medios de transporte motorizados (por
carretera, ferrocarril o aéreo) y la pujante actividad industrial. El ruido generado por esta
actividad humana produce efectos negativos sobre la salud auditiva, física y mental de los
seres vivos, con efectos tales como la pérdida de audición, el incremento de la presión
arterial, elevados niveles de adrenalina, dolores de cabeza, fatiga, stress, úlceras
estomacales, trastornos del sueño e incluso retrasos en el desarrollo cognitivo de los niños.
Conscientes de esta problemática, la Unión Europea aprobó la directiva 2002/49/CE
(traspuesta a la legislación española en la Ley 37/2003, de 17 de Noviembre, del Ruido) cuya
finalidad es la de proporcionar una base para desarrollar y complementar el conjunto de
medidas comunitarias existente sobre el ruido emitido por las principales fuentes sonoras
(vehículos e infraestructuras de ferrocarril y carretera, aeronaves, equipamiento industrial y
de uso al aire libre y máquinas móviles) para desarrollar medidas adicionales a corto, medio
y largo plazo. El objetivo marcado por la directiva es el de establecer un enfoque común
destinado a evitar, prevenir o reducir con carácter prioritario los efectos nocivos, incluyendo
las molestias de la exposición al ruido ambiental. Con este fin, la directiva prevé la aplicación
progresiva de una serie de medidas:
a) Elaboración de mapas de ruido
b) Información sobre el ruido ambiental y sus efectos
c) Implementación de planes de acción con vistas a prevenir y reducir el ruido ambiental
Asimismo, la directiva tiene por objeto sentar unas bases que permitan elaborar medidas
comunitarias para reducir los ruidos emitidos por las principales fuentes, ya mencionadas
anteriormente. El ámbito de aplicación de esta especificación se centra en el ruido ambiental
86
al que estén expuestos los seres humanos, en particular en zonas urbanizadas, parques
públicos, zonas tranquilas en campo abierto, proximidades de centros escolares y hospitales,
y en otros edificios y lugares vulnerables al ruido. Es de destacar como la directiva define el
ruido ambiental como “el sonido exterior no deseado o nocivo generado por las actividades
humanas, incluido el ruido emitido por los medios de transporte, por el tráfico rodado,
ferroviario y aéreo y por emplazamientos de actividades industriales”.
La directiva comprende la elaboración de mapas de ruido en todas las aglomeraciones con
un número elevado de habitantes y a todos los grandes ejes viarios cuyo tráfico supere los
seis millones de vehículos al año, grandes ejes ferroviarios cuyo tráfico supere los 60.000
trenes al año y grandes aeropuertos presentes en su territorio, instando a que las autoridades
competentes elaboren planes de acción encaminados a afrontar, en su territorio, las
cuestiones relativas al ruido y a sus efectos, incluida la reducción del mismo, si fuese
necesaria, en los puntos citados anteriormente. Asimismo, existe una clara voluntad de
divulgar entre los ciudadanos las conclusiones de estos análisis, ya que los estados
miembros velarán por que los mapas estratégicos de ruido que hayan realizado (y en su caso
aprobado), así como los planes de acción que hayan elaborado, se pongan a disposición
entre la población de acuerdo con la legislación comunitaria pertinente. Además, se incide
en que esta información deberá́ ser clara, inteligible y facialmente accesible e incluirá un
resumen en el que se recogerán los puntos principales.
La directiva comunitaria recoge el sentir de la Unión Europea ante el galopante problema de
la contaminación acústica y, dentro de la concepción de ruido como residuo que debe ser
eliminado, centra su interés en las medidas de los niveles sonoros medios o presiones
acústicas en las zonas de interés, expresados mediante una serie de índices L expresados
en dBA. Numerosos países habían adoptado con anterioridad modelos de predicción y
medida del ruido generado por una fuente sonora, como una nueva vía de circulación (NMPB
en Francia, RLS90 en Alemania, CORTN en el Reino Unido o SP96 en los países nórdicos).
El objetivo de tales modelos es predecir el ruido que una fuente sonora generará en sus
alrededores. Para ello se asigna una potencia acústica a la fuente con las variables de
densidad del tráfico, composición, velocidad, tipo de asfalto y pendiente de la vía.
Posteriormente se introducen correcciones debidas a la propagación, distancia a la vía,
reflexiones, barreras, absorción del suelo y aire, lo que permite configurar el modelo de
propagación.
Con el objetivo de mejorar la calidad y la fiabilidad de los resultados de los modelos citados
anteriormente, la Comisión Europea ha elaborado un método común de evaluación del ruido
para tráfico rodado, ferroviario, aeronaves y ruido industrial, destinado a obtener resultados
comparables entre los estados miembros de la Unión Europea. Se había previsto que en el
año 2012 queden realizados los mapas estratégicos de ruido mediante un modelo común,
aunque esto todavía no ha sucedido. Este nuevo modelo de cálculo se conoce con el nombre
CNOSSOS-EU, acrónimo de Common NOise ASSessment MethOdS in EU y abunda en la
consideración del sonido como un residuo a minimizar, empleando como parámetro de
87
medida la intensidad del mismo evaluada mediante diversos índices de presión acústica
elaborados a partir de las medidas recogidas con sonómetros.
En los últimos años se está produciendo un cambio de enfoque muy significativo respecto al
problema de la contaminación acústica en múltiples dimensiones y que está provocando
cambios relevantes a la hora de analizar esta realidad. En primer lugar, ya en 1999, Truax
[2] describió dos posible acercamientos respecto al entorno acústico externo: uno tradicional,
de naturaleza objetiva, centrado en la energía sonora del entorno acústico y otro más
vanguardista, de carácter subjetivo y que pone al oyente en el centro del modelo inmerso en
un paisaje sonoro de cierta complejidad, poniendo el autor de manifiesto la necesidad de
proponer un modelo de integración entre ambas opciones. En el enfoque tradicional, el
sonido es concebido como un residuo que es preciso minimizar y gestionar adecuadamente,
ya bien sea en el origen, en su medio de propagación o en el receptor. Por contra, el modelo
del paisaje sonoro representa la realidad sonora que nos rodea como un recurso que es
necesario gestionar racionalmente, protegiéndolo, mejorándolo o atenuándolo según sea
apropiado, de igual manera que se lleva a cabo con otros recursos escasos como el agua,
el aire o el suelo [3].
En segundo lugar, también está teniendo lugar una transformación en el ámbito de aplicación
de los estudios acústicos medioambientales. Casi de forma exclusiva, el modelo tradicional
se centra en el análisis de aquellas zonas donde puede haber una contaminación acústica
con efectos perjudiciales para el hombre, centrándose en una definición del sonido como
fuente de malestar y causante de los trastornos físicos y psicológicos mencionados con
anterioridad. Por contra, el estudio del paisaje sonoro examina el entorno acústico donde los
sonidos producen resultados que posibilitan o mejoran el disfrute o el bienestar, centrando
su análisis en la búsqueda de los sonidos de preferencia y en el planteamiento de estrategias
para reforzarlos, minimizando el efecto creado por el resto de sonidos del paisaje [4].
En tercer lugar, destaca el papel que desempeña en el oyente en cada uno de estos modelos.
En el enfoque tradicional, el ciudadano es un agente pasivo que vive inmerso dentro de un
entorno acústico cuya intensidad puede desencadenar efectos adversos en su salud y donde
se supone que la estructura y la organización espaciotemporal de dicho espacio sonoro
afecta a todos los oyentes de forma similar independientemente de su condición y actividad
desempeñada. El enfoque centrado en el análisis del paisaje sonoro concede al ciudadano
un papel muy activo y afirma que la naturaleza y circunstancias individuales modulan la
percepción del espacio acústico de forma muy notable, por lo que es imprescindible
conocerlas para valorar correctamente el efecto del paisaje sonoro sobre la psicología de las
personas. Es decir, ensalza el papel inequívoco que tiene la percepción contextualizada de
los individuos para interpretar el paisaje sonoro.
En definitiva, el enfoque basado en el análisis del paisaje sonoro postula que en la
configuración del espacio urbano ya no es válido únicamente el control del ruido y la
aplicación de políticas exclusivamente dedicadas a su eliminación, sino que debe ponerse
más atención en el carácter que presenta la atmósfera acústica de nuestras ciudades y no
sólo en aquellas zonas de especial intensidad sonora [5].
88
El término paisaje sonoro fue popularizado por Murray Schafer en la década de 1960 [6] y
se refiere a la totalidad de sonidos que se escuchan desde una determinada localización y
que se perciben como un todo, en clara analogía con el concepto de paisaje visual. Esta
definición, que pone en énfasis en la rica complejidad de la experiencia auditiva, hace
especial hincapié en la percepción del usuario y en cómo su cosmovisión, el contexto en el
que se encuentra y las tareas que está llevando a cabo en el momento de la escucha
condicionan notablemente el efecto y la interpretación del paisaje sonoro. Hoy por hoy, se
considera al paisaje sonoro como la superposición de los sonidos provocados por la
naturaleza (geofonía), las especies animales (biofonía) y la actividad del hombre
(antropofonía) que presentan una estructura y funcionalidad similar a la de los paisajes
visuales y que poseen, desde el punto de vista perceptivo, una influencia reseñable sobre
las pautas de comportamiento de los oyentes en cualquier ámbito [7].
El campo de estudio del paisaje sonoro ha adquirido un enfoque interdisciplinar en las últimas
décadas, al establecer una fértil intersección entre disciplinas íntimamente relacionadas con
lo sonoro (como la acústica o la música) y otras sin aparente relación con este fenómeno
(como la biología, la ingeniería, la arquitectura, la psicología o la sociología). Esto ha hecho
que el estudio del paisaje sonoro se haya convertido en una potente herramienta de
investigación y análisis en campos del conocimiento muy diversos, apelando a la
transversalidad sensorial de lo sonoro. La identificación de especies animales en un territorio
en función del registro de su actividad acústica, la detección de alteraciones en la fauna
marina provocadas por la intervención del hombre, la reconstrucción fidedigna de escenarios
históricos ya olvidados, la modificación de las pautas de conducta humanas ante una
determinada estimulación sonora o la mejora de la calidad acústica en nuestras ciudades
son algunos ejemplos de las capacidades exhibidas por esta metodología de análisis.
Además, el paisajismo sonoro también se ha convertido en una fuente de inspiración artística
que está detrás de numerosas composiciones e instalaciones englobadas dentro del
concepto de música concreta o acusmática, fundamentadas en la descontextualización del
sonido de su entorno original y en su posterior manipulación.
Por tanto, frente al enfoque actual preconizado por la directiva 2002/49/CE, basado en una
gestión del entorno acústico centrada en el control de los niveles sonoros y que persigue
fundamentalmente la mitigación del ruido hasta unos valores comúnmente aceptables, ha
surgido una línea de trabajo que constata la necesidad de complementar esta visión
reduccionista con una evaluación más holística del espacio sonoro que tenga en cuenta su
complejidad (más allá de la mera intensidad) y que sitúe al ciudadano en el centro de la
experiencia acústica, teniendo en cuenta los rasgos que conforman su individualidad. El
análisis del paisaje sonoro es un nuevo paradigma con capacidad para dar una respuesta
eficaz a tales planteamientos.
Aunque a día de hoy la medida del nivel de presión sonora es el método más común para la
medida de la calidad sonora de un entorno (la confección de los mapas de ruido alentados
por la directiva comunitaria se basa en este parámetro), numerosos estudios constatan la
dificultad en la evaluación del impacto asociado a la exposición sin disponer de más
89
información acerca de la naturaleza de la fuente de sonido ni del contexto en que este
impacto se produce. Se ha demostrado que la reducción del nivel de presión sonora de un
espacio acústico no implica necesariamente el incremento en el oyente de la sensación de
confort acústico, sino que es preciso considerar los múltiples factores que influyen en la
experiencia individual de la escucha [8], que incluyen las características de los sonidos
dominantes, la naturaleza hermenéutica de la percepción (la interpretación que los oyentes
hacen del paisaje sonoro) y el contexto en el que dicho paisaje es escuchado.
En definitiva, para un correcto análisis del efecto sobre los ciudadanos del paisaje sonoro en
el que están inmersos es preciso identificar las propiedades acústicas, perceptivas y afectivas
del mismo y definir escalas de medida adecuadas para su correcta descripción [9]. Los
estudios acústicos nos proporcionan indicadores para analizar las propiedades físicas de la
señal en términos tales como su espectro de frecuencias, la obtención de las bandas de
frecuencia principales, la evolvente temporal, la directividad o la complejidad mediante
medidas entrópicas basadas en la teoría de la información de Shannon. Algunas propiedades
psicoacústicas o perceptivas del paisaje sonoro, como la sensación de intensidad, pueden
cuantificarse mediante criterios objetivos de medida. En cuanto a las propiedades afectivas
que despierta el entorno acústico, es posible identificarlas y registrarlas mediante la
valoración numérica de ciertas categorías semánticas en formularios y encuestas o
recurriendo a la medida y análisis de la respuesta fisiológica originada (ritmo cardiaco,
tensión arterial, ritmo respiratorio o conductividad eléctrica de la piel). Lo que tales
investigaciones dejan claro es que el análisis cualitativo de todas estas propiedades influye
de forma decidida en la elaboración de la respuesta de los ciudadanos ante la percepción
individual de la calidad de un espacio acústico, dando una visión mucho más realista de estos
fenómenos que la obtenida con la simple valoración cuantitativa de la presión sonora que
ejerce sobre los individuos.
La validez científica de este nuevo enfoque, probada en numerosos estudios realizados en
los últimos años, está impulsando un cambio normativo en Europa que sea capaz de
establecer protocolos para la definición y análisis del paisaje sonoro como fuente de
información sobre la atmósfera acústica de un entorno que conduzcan a una estandarización.
El programa europeo COST (Network on Soundscape of European Cities and Landscapes)
está formado por 30 participantes (7 países de fuera de Europa) cuyo objetivo principal es la
búsqueda de los fundamentos disciplinares para el estudio científico del paisaje sonoro,
alentando la incorporación de estos conceptos en la práctica legislativa comunitaria mediante
un exigente programa de intercambio de información y armonización entre naciones.
Por otra parte, el grupo de trabajo ISO/TC 43/SC 1, establecido en 2008, ha trabajo desde la
International Organization for Standardization (ISO) en la búsqueda de unos elementos
comunes de trabajo, al menos en la terminología y en la valoración de las características del
paisaje sonoro que han culminado en Agosto de este mismo año con la publicación de la
primera norma internacional referida al paisaje sonoro: ISO 12913-1:2014, centrada en las
definiciones y en el marco conceptual de este fenómeno. En los próximos meses se espera
la ISO 12913-2 sobre métodos y medidas a aplicar en su valoración. Estas normas fomentan
90
un análisis global del espacio acústico urbano, promoviendo valoraciones del mismo no sólo
como una cuestión de presencia/ausencia de ruidos molestos, sino poniendo el énfasis en
los aspectos positivos percibidos en los ciudadanos en los entornos sonoros y promoviendo
una metodología de análisis más rica centrada en la detección de rasgos acústicos,
perceptivos y afectivos del conjunto creado por el paisaje sonoro y los ciudadanos inmersos
en el mismo.
A pesar de los muchos avances experimentados en los últimos años, recogidos en una
significativa producción científica publicada en las principales revistas relacionadas con la
temática (más de 400 artículos científicos a lo largo de los últimos cinco años en casi un
centenar de publicaciones indexadas, algunas de considerable impacto como Applied
Acoustics, Acta Acustica United with Acustica, Journal of the Acoustical Society of America,
Landscape Ecology o Landscape and Urban Planning), aún quedan numerosas cuestiones
por resolver en el ámbito de la definición del paisaje sonoro y de sus efectos sobre los
oyentes. El conocimiento y la influencia relativa de los factores que influyen en la percepción
del paisaje sonoro o el establecimiento de métricas lo suficientemente significativas para
proceder a una catalogación eficaz de los mismos son sólo algunos de los temas que aún
requieren de mayor esfuerzo por parte de la comunidad internacional en los próximos años
para su clarificación.
Como se ha comentado, las Administraciones públicas (como el Ayuntamiento de Gijón),
especialmente aquellas áreas dedicadas a la gestión medioambiental o a la ordenación del
territorio, pueden ver en esta metodología una herramienta para medir de forma más eficaz
la estructura del paisaje sonoro urbano, situándose a la vanguardia de las ciudades que van
más allá del marco legislativo actual para adaptarse paulatinamente a las nuevas normas
internacionales y proporcionando a sus ciudadanos una mayor información sobre la ciudad
en la que viven, dando así un elemento más para la reflexión pública sobre el modelo de
ciudad que se desea en base a los datos globales de configuración de los espacios acústicos.
Por otro lado, la adopción de esta metodología por parte de las empresas de gestión
medioambiental puede suponer la adición de un servicio innovador a su cartera de productos
con muy alto valor añadido, más allá de las acciones convencionales de consultoría sobre
las intensidades recogidas en los espacios acústicos. La georreferenciación de los datos
mediante sistemas de información geográfica on-line puede ser la base para la definición de
un servicio de vigilancia permanente del paisaje sonoro que mantenga actualizados los datos
con las ventajas que esto acarrea sobre los mapas de ruidos actuales, actualizados cada
cinco años.
Además, colectivos ciudadanos como las Asociaciones de Vecinos u otros que ejercen su
actividad profesional en el medio urbano, muestran un creciente interés por el desempeño
que puedan tener mediciones más adecuadas del paisaje sonoro de nuestras ciudades así
como las repercusiones que estas lecturas puedan tener en el desarrollo de futuros planes
de acción, ya que constatan que la caracterización del ruido como intensidad acústica no
cuantifica eficazmente el fenómeno y da lugar a situaciones no deseables que pueden llegar
a perturbar los modelos de convivencia ciudadana.
91
El proyecto presenta una serie de características innovadoras que se pueden analizar desde
diferentes perspectivas:
A. Desde una perspectiva cognitiva


El proyecto proporciona una visión vanguardista del concepto de materialidad
enriquecida, al poner los medios para visibilizar la complejidad del paisaje sonoro
circundante mediante herramientas gráficas interactivas
A diferencia de los análisis acústicos tradicionales, en este proyecto tienen una
relevancia fundamental la percepción y afectividad del individuo inmerso en el paisaje
sonoro urbano
B. Desde una perspectiva cultural

Una de las principales novedades del proyecto propuesto radica en el cambio de
paradigma que postula entre una visión reduccionista del sonido, centrado en el ruido
y en su eliminación y la adopción del paisaje urbano como modelo para la
representación global del conjunto ciudadano-espacio sonoro, con la consideración
explícita de las interacciones que surgen entre los agentes
C. Desde una perspectiva tecnológica

El proyecto propone una metodología innovadora que se adelanta a los cambios
normativos que se avecinan en el futuro a raíz de la aprobación de normas
internacionales en este sentido y de la constatación de la eficacia relativa de los
métodos vigentes de análisis de la contaminación acústica
 La representación gráfica georeferenciada multicapa de los resultados del análisis,
que hemos denominado cartografía aural, es un producto de vanguardia que hasta
ahora no había sido utilizado para la publicación de información más allá de los
círculos académicos
D. Desde una perspectiva social


En la determinación de la cartografía aural, el individuo (su situación, su actividad,
sus vivencias) pasa a tener un papel protagonista frente al rol pasivo reservado en
los enfoques tradicionales
La plataforma de servicios propuesta (detección de rasgos acústicos, perceptivos y
afectivos + visualización) añade una variable innovadora al concepto de conciencia
colectiva, materializando las relaciones entre el individuo y la realidad que lo circunda.
Esta variable ayuda a reinterpretar el concepto de sociedad en base a la aparición de
nuevos vínculos tangibles gracias a la tecnología, en la línea de otros paradigmas de
vanguardia en las Smart Cities como e-government o e-Health
E. Desde una perspectiva económica y comercial
92


Uno de los aspectos más innovadores del proyecto consiste en la propuesta de un
nuevo servicio diferenciado de consultoría frente a la cartera habitual, que puede
integrarse en la oferta de empresas de gestión medioambiental y que puede ser
ofrecido a un elevado número de núcleos urbanos de nuestro país
Este nuevo producto de análisis cuantitativo y cualitativo abre la puerta a nuevos
modelos de negocio como la vigilancia continua en la configuración de los paisajes
sonoros en el medio urbano frente a la oferta actual
Referencias
[1] Burden of disease from environmental noise: Quantification of healthy life years lost in
Europe. JRC European Comission. World Health Organization, 2011
[2] Truax, B. Handbook for acoustic ecology, 2ª edición, Cambridge Street Publishing, 1999
[3] Brown, A. L. Advancing the concepts of soudscapes and soundscape planning,
Proceedings of ACOUSTICS 2011
[4] Herranz-Pascual, K., Aspuru, I. y Garcia, I. Proposed Conceptual Model of Environmental
Experience as Framework to Study the Soundscape, InterNoise, Lisboa, 2011
[5] Bohme, G. Acoustic atmospheres: contribution to the study of ecological aesthetics.
Sounscape: The Journal of Acoustic Ecology, 1 (1) pp. 14-18, 2000
[6] Schafer, R. M. The Tuning of the World, Alfred A. Knopf, New York, 1977
[7] Farina, A. Soundscape Ecology: Principles, Patterns, Methods and Applications. Ed.
Springer, 2014
[8] Hall, D et. al. An exploratory evaluation of perceptual, psychoacustic and acoustical
properties of urban soundscapes. Applied Acoustics, 74 (2) pp. 248-254, 2013
[9] Botteldooren D, Coensel B. D, De Muer T. The temporal structure of urban soundscapes.
Journal on Sound Vibrations, 292 pp.105–123, 2006
2.3 Objetivos.
1. Promover la sustitución del concepto clásico de ruido por el de paisaje sonoro a
la hora de caracterizar el grado confort de un espacio acústico urbano, tal y como
preconiza la recientemente publicada norma ISO 12913
2. Situar al ciudadano como un agente imprescindible en la percepción y valoración
del paisaje sonoro
3. Proponer una definición más precisa del espacio sonoro urbano mediante
parámetros acústicos, perceptivos y afectivos, frente al uso de la intensidad
sonora como única medida registrada
93
4. Definir los protocolos necesarios para sistematizar la nueva medición de las
características del paisaje sonoro urbano desde una perspectiva holística
5. Hacer tangible la naturaleza y vivencia del espacio acústico urbano mediante su
representación visual y cartográfica en nuevo soporte: la cartografía aural
7. Fomentar la participación ciudadana en el análisis y configuración del espacio
urbano en el que habita
8. Profundizar en la difusión del concepto de materialidad enriquecida,
contribuyendo a hacer visibles otras realidades vinculadas con lo urbano y cuyo
efecto no siempre es identificado con claridad
9. Facilitar a las Administraciones nuevas herramientas para ayudar a la definición
y gestión del paisaje sonoro urbano así como a su difusión entre la ciudadanía
10. Crear nuevos modelos de negocio en el ámbito de lo sonoro que puedan ser
ofertados por consultorías e ingenierías como productos de alto valor añadido
2.4 Metodología.
El proyecto propuesto persigue la definición de un método para sistematizar acústica,
perceptiva y afectivamente los paisajes sonoros de las ciudades con el fin de representar
toda la información recogida en un nuevo soporte georeferenciado y multicapa, denominado
cartografía aural, que sustituye a los mapas de ruido convencionales transmitiendo
visualmente al ciudadano la complejidad del espacio acústico en el que vive y valoración que
los individuos hacen del mismo. El proyecto propone que la ciudad de Gijón (Asturias) sea la
primera en contar con una cartografía aural en España, llevando a cabo una prueba piloto a
lo largo de 2015. Las numerosas acciones impulsadas por la Administración Local para
implantar en Gijón los modelos de gestión, información y participación ciudadana de las
Smart Cities más relevantes del Mundo hacen de esta ciudad un lugar inigualable para
realizar la primera experiencia de implantación.
A continuación se describe la metodología de trabajo propuesta mediante la definición de las
tareas y su planificación temporal
1. Actualización del Estado del arte
Debido a los numerosos e incesantes avances que se producen en la comunidad
internacional, es preciso llevar a cabo un análisis bibliográfico detallado de las últimas
publicaciones relevantes y la identificación de los proyectos de vanguardia
relacionados con la temática tratada en este proyecto.
2. Definición de las zonas de análisis en el medio urbano
En esta etapa se identifican las localizaciones de cada barrio o distrito (puntos de
interés) donde se va a registrar el paisaje sonoro existente. En general, se busca la
configuración del paisaje sonoro cerca de zonas urbanizadas, parques públicos,
zonas tranquilas de esparcimiento, las proximidades de centros escolares y
94
hospitales así como otras estructuras urbanas sensibles a la composición del espacio
acústico circundante.
3. Caracterización de los parámetros acústicos del paisaje sonoro
3.1 Grabaciones en las localizaciones definidas
Mediante los equipos de registro portátil (formados por una grabadora digital
y una microfonía adecuada) se realizan las muestras en distintos momentos
del día (incluyendo fines de semana) y en diferentes momentos del año para
tener una noción de la dimensión temporal de la evolución del paisaje en cada
localización
3.2 Volcado, renombrado, filtrado y normalización de los registros sonoros
En esta tarea se lleva a cabo un volcado de las grabaciones en los dispositivos
de almacenamiento de muestras, adoptando un protocolo de nombrado de
archivos y procediendo a la aplicación de una serie de filtros digitales para
eliminar impurezas y a la normalización de las grabaciones para mejorar la
homogeneidad entre las mismas
3.3 Procesamiento del espectrograma de cada grabación
Para cada grabación se definen unos índices acústicos cuantitativos que
analizan el espectrograma de la señal en el dominio de la frecuencia. En
general, se obtiene la proporción de biofonía, geofonía y antropofonía, la
ocupación espectral por bandas, los índices de complejidad mediante técnicas
de medición entrópicas, etc. Los resultados se almacenan en una base de
datos creada a tal efecto.
4. Caracterización de los parámetros perceptivos y emocionales del paisaje sonoro
4.1 Definición de los rasgos perceptivos y emocionales
En esta tarea, y de acuerdo a la literatura científica existente, se eligen las
escalas semánticas así como los puntos de anclaje extremos que resulten
más apropiados para identificar los parámetros perceptivos y emocionales de
los usuarios
4.2 Definición de la muestra
Para llevar a cabo el proceso muestral es preciso previamente definir el
tamaño de la muestra y los criterios de segmentación que van a ser tenidos
en cuenta para fortalecer el análisis estadístico posterior.
4.3 Confección de los cuestionarios
La tarea consiste en la generación documental de los cuestionarios que van a
ser empleados para la toma de datos
4.4 Trabajo de campo
Las valoraciones de los ciudadanos serán tomadas en los mismos puntos y
tramos temporales en los que fueron recogidas las grabaciones. Se asegurará
95
que el número de muestras necesarias en cada punto es adecuado para
mantener la validez estadística.
4.5 Filtrado y procesamiento
Se trata del trabajo posterior al estudio muestral efectuado para velar por la
integridad de los datos recogidos y su correcta tabulación
5. Elaboración de la cartografía aural
5.1 Creación de la base cartográfica
La tarea consiste en la elaboración de los mapas de partida para dar soporte
a la información recogida. La cartografía recogida en iniciativas de dominio
público, como OpenStreetMap España, resulta óptima para la construcción de
la base geoespacial.
5.2 Confección de los mapas
Plasmando la información acústica, perceptual y afectiva recogida en las fases
anteriores sobre la base cartográfica, se definirán los mapas aurales dotados
de una estructura multicapa mediante códigos de colores para su correcta
identificación y consulta.
5.3 Publicación
Con el fin de facilitar el acceso de los ciudadanos, los mapas se publicarán en
un entorno colaborativo (portal web) dotado de la interactividad adecuada para
procurar una experiencia de consulta accesible para todos
6. Contraste de datos
6.1 Análisis de Correlaciones
Esta tarea se centra en la búsqueda de relaciones entre los identificadores
acústicos, perceptivos y afectivos recogidos en cada punto de interés
analizado
6.2 Análisis de Componentes Principales
Este tipo de estudios estadísticos busca reducir la dimensionalidad de un
conjunto de datos, identificando las causas que originan en mayor medida la
variabilidad del conjunto analizado y expresándolas ordenadamente en
función de su importancia. De ese modo, es posible identificar cuáles son los
parámetros más influyentes en la caracterización del paisaje sonoro de entre
todos los recogidos
6.3 Elaboración de informe de resultados
Redacción de la memoria de análisis que complementa la visualización de la
información mostrada por la cartografía aural
96
En este proyecto se plantea, al hilo de la reflexión sobre la validez del modelo del paisaje
sonoro para la definición de la situación acústica de un entorno, una metodología para la
valoración de las características acústicas, perceptivas y afectivas de los paisajes sonoros en
el medio urbano que puedan plasmarse georreferenciadamente en un nuevo producto que
hemos denominado cartografía aural y que supone una traslación a este nuevo modelo de los
mapas de ruido consignados por el enfoque tradicional, pero con la inclusión de mucha más
información que la referente a la intensidad sonora registrada en el espacio acústico. De ese
modo, será posible obtener una evaluación global mucho más completa sobre la exposición
de la ciudadanía al entorno sonoro de una determinada zona, permitiendo la realización de
predicciones globales y la definición de planes de acción no ya conducentes a la eliminación
del ruido, sino a su armonización con el contexto mediante la adopción de otros tipo de
estrategias (como las técnicas de enmascaramiento o solapamiento) y siempre con la mira
puesta en la mejora de los sonidos de preferencia.
La creación de la cartografía aural se complementa con un estudio estadístico que pretende,
por un lado, localizar correlaciones entre las tres tipologías de parámetros recogidas,
buscando las posibles relaciones que existan entre ellas y por otro, detectar cuáles son los
parámetros más influyentes en base a un estudio estadístico de componentes principales.
Más allá de la mera visualización de los datos recogidos (lo cual posee intrínsecamente un
gran valor innovador como se ha razonado anteriormente), este estudio final busca una
interpretación de los mismos que pueda identificar los fundamentos de las acciones de mejora
a realizar sobre la configuración del paisaje sonoro analizado.
En definitiva, con esta propuesta metodológica se pretende ofrecer un protocolo innovador
que pueda ser adoptado por administraciones públicas y empresas de consultoría
medioambiental para ofrecer a la ciudadanía una imagen más certera de la configuración
global del espacio acústico urbano, en la línea de los avances normativos que se preconizan
para el estudio de la realidad acústica en los próximos años y donde el individuo pasa a tener
un papel activo, como ya lo está teniendo en otros ámbitos, en la definición multisensorial del
espacio donde habita. Desde ese punto de vista, se trata de una aplicación práctica del
concepto de materialidad enriquecida, ya trabajado en otros proyectos presentados a estas
convocatorias, que fomenta la consideración por parte del ciudadano de experiencias
sensoriales no visibles a primera vista y que ayudan a componer una imagen global del
entorno.
97
El proyecto contempla la incorporación de dos trabajadores auxiliares:


Un trabajador a tiempo completo durante diez meses, cuya financiación se solicita al
IUTA (AUX1), con responsabilidades en las tareas 3, 4, 5.1 y 5.2, con una dedicación
de 10 meses al proyecto.
Un trabajador a tiempo parcial durante todo el proyecto, financiado con recursos
propios (AUX2) y con responsabilidades en todas las tareas programadas.
Con el fin de dar a conocer los resultados del proyecto solicitado, se indican las siguientes
acciones de promoción:
1. Validación y discusión de los resultados obtenidos en foros profesionales tanto
nacionales como internacionales.
2. Creación de una bitácora virtual que muestre diariamente los avances y las
reflexiones vinculadas al proyecto a través de las redes sociales (Facebook y Twitter)
y desde las páginas Web de las instituciones y empresas colaboradoras.
3. Organización de una jornada específica sobre la relación entre paisaje sonoro y
ciudadanía en las Smart Cities en colaboración con el IUTA y el resto de
empresas/instituciones colaboradoras (Fecha prevista: Finales segundo semestre
2015). Este esquema ya ha sido empleado en subvenciones anteriores del IUTA, como
la jornada sobre Ciudades Emocionales llevada a cabo en el Edificio Polivalente de la
98
Escuela Politécnica de Ingeniería de Gijón en Diciembre de 2011 o la correspondiente
al proyecto ACUE (Affective-Centered User Experiences) en Noviembre de 2014
4. Jornada de presentación de la cartografía aural de la ciudad de Gijón en
colaboración con el IUTA y el Ayuntamiento de la ciudad. Difusión del evento y del
portal interactivo a través de los canales de la Corporación Municipal (Fecha prevista:
Finales segundo semestre 2015)
5. Promover una acción formativa sobre el papel del paisaje sonoro en las disciplinas
tecnológicas para los alumnos del Campus de Gijón organizada desde el IUTA (Fecha
prevista: Primer semestre 2015)
6. Puesta en marcha de un taller de introducción al paisajismo sonoro y la práctica
fonográfica en colaboración con el IUTA (Fecha prevista: Segundo semestre 2015)
7. Preparación de artículos para publicación en revistas de alto impacto científico en el
ámbito de la temática, como Applied Acoustics, Acta Acustica United with Acustica,
Journal of the Acoustical Society of America, Landscape Ecology o Landscape and
Urban Planning
8. Preparación de ponencias para defensa en los principales congresos nacionales e
internacionales relacionados con la disciplina, como Tecniacústica (Congreso Español
de Acústica, organizado por la Sociedad Española de Acústica) o el ICA Congress
(organizado por la International Comission for Acoustics)
Gastos
Personal
12.000€
Fungible
650€
Inventariable
3.800€
Otros Gastos
1.650€
TOTAL GASTOS
18.100€
El proyecto contempla la incorporación de dos trabajadores auxiliares (uno a tiempo completo
durante diez meses, cuya financiación se solicita al IUTA y otro a tiempo parcial durante todo
el proyecto, financiado con recursos propios). El material fungible hace mención a los costes
de la papelería y los soportes de grabación y el inventariable a la adquisición de parte de los
equipos digitales portátiles de registro, la microfonía necesaria así como el cableado oportuno,
complementando los ya existentes en el grupo de investigación. En "otros gastos" se
especifican costes de traducción para la publicación de artículos e inscripciones en
Congresos.
99
4.AYUDA SOLICITADA
7.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
3.000 €
100
101
102
103
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105
106
107
PROYECTO Nº 9
Título: Desarrollo de una herramienta de diseño optimizado de perfiles aerodinámicos para
su utilización en turbinas eólicas de eje vertical
Investigadora responsable: Sandra Velarde Suárez
Tfno: 985182101
Otros investigadores: Katia María Argüelles Díaz, Jesús Manuel Fernández Oro, Mónica
Galdo Vega.
La empresa AST Ingeniería está ubicada en el Parque Científico Tecnológico de Gijón y
centra su actividad en el desarrollo de proyectos mediante el uso de las tecnologías de
simulación, con una clara orientación a la resolución de problemas industriales y la toma de
decisiones de carácter marcadamente técnico. Actualmente está interesada en disponer de
una herramienta de diseño para comercializar pequeñas turbinas eólicas de eje vertical
adaptadas a las necesidades de cada cliente, y por ello a lo largo de 2014 ha iniciado una
colaboración con este grupo de investigación, habiendo comenzado ya los estudios
preliminares para llevar a cabo el proyecto.
La colaboración de la empresa AST en este proyecto se plasmará en los siguientes aspectos:




Dedicación de horas de trabajo del personal de AST Ingeniería a tareas del proyecto,
en coordinación con el equipo de investigación del IUTA.
Reuniones de seguimiento del proyecto y participación en actividades divulgativas de
sus resultados.
Utilización compartida de los medios materiales disponibles en la empresa y los
laboratorios del grupo investigador.
Cofinanciación de un prototipo de turbina que se construirá y ensayará en túnel de
viento para la validación y contrastación del modelo desarrollado.
La energía eólica representa hoy en día una de las fuentes energéticas más económicas y
con una tecnología de aprovechamiento totalmente madura. Dentro de este contexto, las
pequeñas turbinas de eje vertical (VAWT) están cobrando protagonismo en la actualidad,
108
adaptándose especialmente bien a entornos urbanos. Aunque comercialmente las turbinas de
eje horizontal (HAWT) se han impuesto, las VAWT presentan también ventajas inherentes de
importancia: pueden trabajar con cualquier dirección del viento sin necesidad de mecanismo
de orientación, tienen mayor simplicidad geométrica por no precisar de álabes torsionados y
afinados en la punta, presentan facilidad de mantenimiento y el espacio requerido es
relativamente pequeño, convirtiéndose en la única elección posible en ciertos emplazamientos
urbanos como azoteas de edificios, y siendo también muy adaptables al caso de montajes de
varias máquinas relativamente cercanas.
Por contra, la aerodinámica de estas turbinas es más compleja que la de las HAWT, puesto
que los perfiles se ven obligados a trabajar con ángulos de incidencia del viento
continuamente variables, presentándose además la desventaja añadida de la dificultad de
autoarranque.
La situación y los problemas descritos plantean la necesidad de contar con métodos potentes
y fiables que permitan predecir las prestaciones de las turbinas VAWT. Por ello, el Proyecto
se plantea con el objetivo de desarrollar y validar un modelo óptimo de diseño para
pequeñas turbinas de eje vertical, prestando especial atención a los costes asociados. Se
buscará un compromiso entre la perfección de los resultados y la complejidad y costes
resultantes, de forma que la herramienta desarrollada resulte de aplicación en la práctica
para el desarrollo de turbinas comerciales.
En este Proyecto se plantea la transferencia tecnológica del conocimiento generado hacia
pequeñas y medianas empresas comercializadoras de este tipo de turbinas, que no pueden
permitirse complejos y costosos estudios individuales, pero sí plantean la necesidad de
ofertar un producto adaptado y optimizado a los requerimientos de cada cliente. En particular,
la empresa AST Ingeniería está interesada en disponer de una herramienta de diseño de
este tipo, y por ello a lo largo de 2014 ha iniciado una colaboración con este grupo de
investigación, habiendo comenzado ya los estudios preliminares para llevar a cabo el
proyecto.
Para la consecución del objetivo planteado se aplicará una metodología que se describe a
continuación:



En primer lugar, se seleccionará un perfil típico de aplicación a las VAWT en la
bibliografía científica, y sobre él se aplicarán algunos de los modelos actuales de análisis.
El estudio comenzará con la aplicación de modelos analíticos que han demostrado una
buena fiabilidad al predecir las prestaciones globales y la capacidad de autoarranque.
A continuación se desarrollará un modelo más complejo basado en técnicas de
simulación numérica de flujos (CFD), probando la adecuación de diferentes modelos
de turbulencia. Con la aplicación de estos modelos se pretende una descripción más
detallada de los complejos fenómenos aerodinámicos implicados.
Para la contrastación de los resultados de estos modelos analíticos y de CFD se
construirá un modelo para su ensayo en el túnel de viento XAWT (Xixon
Aeroacoustic Wind Tunnel). Se realizarán medidas aerodinámicas y mecánicas en
109

túnel de viento, comparándolas con los resultados de los modelos, estableciendo los
rangos y límites de validez, y analizando las fortalezas y debilidades de cada uno.
Por último, se tomará la decisión de cuál es el modelo óptimo entre los analizados, que
podrá ser analítico, CFD o una combinación adecuada de ambos, siempre con el objetivo
de caracterizar con suficiente fiabilidad las prestaciones y capacidad de autoarranque sin
que los costes de todo tipo se disparen.
La energía eólica representa hoy en día una de las fuentes energéticas más económicas y
con una tecnología de aprovechamiento totalmente madura. La Unión Europea se ha
planteado ambiciosos objetivos encaminados a cubrir sus demandas energéticas de forma
menos agresiva con el medio ambiente. Dentro de este contexto, las pequeñas turbinas de
eje vertical (VAWT) están cobrando protagonismo en la actualidad, adaptándose
especialmente bien a entornos urbanos.
Aunque comercialmente las turbinas de eje horizontal (HAWT) se han impuesto, las VAWT
presentan también ventajas inherentes de importancia: en primer lugar, pueden trabajar con
cualquier dirección del viento sin necesidad de mecanismo de orientación, lo que simplifica
tremendamente el diseño y fabricación de la turbina. Por otro lado, en una configuración de
eje vertical toda la envergadura del álabe está sometida a una misma velocidad de arrastre,
por lo que los álabes se diseñan con sección uniforme y sin torsión, lo que los convierte en
relativamente fáciles de fabricar, a diferencia del caso de las HAWT cuyos álabes deben
torsionarse y afinarse de base a punta con objeto de optimizar las prestaciones de
funcionamiento. También debe reseñarse que la mayoría de los elementos de estas turbinas
que requieren inspección y mantenimiento se encuentran al nivel del suelo, simplificando de
forma apreciable estos trabajos. Por último, determinados diseños de VAWT, como la turbina
Darrieus de álabes rectos, ocupan un espacio relativamente pequeño e interfieren poco con
el entorno, convirtiéndose en la única elección posible en ciertos emplazamientos urbanos
como azoteas de edificios, y siendo también muy adaptables al caso de montajes de varias
máquinas relativamente cercanas.
Por contra, el hecho de que las VAWT tengan el eje de rotación perpendicular al flujo
incidente convierte a la aerodinámica de estas turbinas en un fenómeno mucho más
complejo que en las HAWT, puesto que los perfiles se ven obligados a trabajar con un ángulo
de incidencia continuamente variable, generándose importantes fluctuaciones en las
variables aerodinámicas y mecánicas en cada vuelta del rotor. La otra desventaja esencial
de estas turbinas es la dificultad de autoarranque, puesto que a bajas velocidades del viento
el par generado puede ser nulo o incluso negativo dependiendo del tipo de perfil, que debe
estar cuidadosamente diseñado y optimizado si se desea evitar esta situación. Unido a lo
anterior, el ruido generado por la turbinas puede constituir un impedimento para la
implantación de esta tecnología en áreas pobladas o en entornos con ecosistemas sensibles,
por lo que no debe olvidarse tampoco este factor desfavorable.
110
Los problemas descritos plantean la necesidad de contar con métodos potentes y fiables que
permitan predecir las prestaciones de las turbinas VAWT. Los modelos existentes en la
actualidad van desde los analíticos derivados de la teoría del disco actuador hasta las más
avanzadas técnicas de simulación numérica de flujos por ordenador (CFD), diferenciándose
en los rangos de aplicación, la precisión de la información obtenida y sobre todo en los costes
de implementación, computacionales, de infraestructura en hardware y software, es decir,
finalmente económicos. El método óptimo para una determinada aplicación deberá buscar
un compromiso entre la cantidad y calidad de la información que se desea obtener y los
costes de todo tipo asociados.
En este Proyecto se plantea la transferencia tecnológica del conocimiento generado hacia
pequeñas y medianas empresas comercializadoras de este tipo de turbinas, que no pueden
permitirse complejos y costosos estudios individuales, pero sí plantean la necesidad de
ofertar un producto adaptado y optimizado a los requerimientos de cada cliente. En particular,
la empresa AST Ingeniería actualmente está interesada en disponer de una herramienta de
diseño de este tipo, y por ello a lo largo de 2014 ha iniciado una colaboración con este grupo
de investigación, habiendo comenzado ya los estudios preliminares para llevar a cabo el
proyecto.
2.3 Objetivos.
El proyecto se plantea con el objetivo de desarrollar y validar un modelo óptimo de diseño
para pequeñas turbinas de eje vertical, prestando especial atención a los costes
asociados. Se buscará un compromiso entre la perfección de los resultados y la complejidad
y costes resultantes, de forma que la herramienta desarrollada resulte de aplicación en la
práctica para el desarrollo de turbinas comerciales y pueda ofertarse un producto adaptado
y optimizado a los requerimientos de cada cliente.
2.4 Metodología.
Para la consecución del objetivo planteado se aplicará una metodología que se describe a
continuación:
En primer lugar, debe seleccionarse un perfil típico de aplicación a las VAWT en la
bibliografía científica, y sobre él aplicar algunos de los modelos actuales de análisis. En
particular, el estudio comenzará con la aplicación de modelos analíticos de tubo de corriente
basados en la teoría del disco actuador, que han demostrado una buena fiabilidad al predecir
las prestaciones globales y la capacidad de autoarranque cuando la carga aerodinámica de
los álabes es baja y con ratios de velocidad de punta moderados.
A continuación se desarrollará un modelo más complejo basado en técnicas de simulación
numérica de flujos (CFD), probando la adecuación de diferentes modelos de turbulencia
basados en esquemas 2D-RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Deberán
determinarse características y parámetros óptimos para el estudio de una turbina de estas
111
características: tamaño del mallado, parámetros numéricos de convergencia y estabilización,
pasos temporales, condiciones de contorno y, sobre todo, modelos de turbulencia. En
estudios llevados a cabo en el marco de un Proyecto de Plan Nacional vigente se han
probado varios modelos RANS de turbulencia sobre un perfil típico de turbinas de eje
horizontal, y se determinó que los mejores resultados en la predicción de los coeficientes de
arrastre y sustentación experimentales se obtenían con el modelo k-omega SST. Sin
embargo, en el caso de los perfiles prácticamente simétricos que se suelen emplear en las
VAWT (debido a la gran variabilidad de los ángulos de incidencia) no se puede presuponer
que los resultados sean similares, debiendo realizarse pruebas con otros modelos en caso
necesario. Con la aplicación de estos modelos CFD se pretende una descripción más
detallada de los complejos fenómenos aerodinámicos implicados, y en particular del
desprendimiento dinámico presente a bajos ratios de velocidad de punta, que se caracteriza
por un acusado desprendimiento de vórtices en el borde de ataque del álabe. Además, la
caracterización de los niveles de turbulencia podrá utilizarse para una descripción cualitativa
de los mecanismos principales de generación de ruido presentes, que pueda ayudar a
establecer correlaciones con el ruido que se propaga al campo lejano. No se plantea en este
caso una predicción cuantitativa del ruido propagado al campo lejano mediante modelos de
analogía acústica, puesto que para ello sería precisa la aplicación de un modelo de
turbulencia 3D "large eddy simulation" (LES), mucho más complejo y costoso
computacionalmente, y que excede el propósito de este Proyecto.
Para la contrastación de los resultados de estos modelos analíticos y de CFD se construirá
un modelo para su ensayo en laboratorio. Se realizarán medidas aerodinámicas y mecánicas
en túnel de viento, comparándolas con los resultados de los modelos, estableciendo los
rangos y límites de validez, y analizando las fortalezas y debilidades de cada uno.
Por último, se tomará la decisión de cuál es el modelo óptimo entre los analizados, que podrá
ser analítico, CFD o una combinación adecuada de ambos, siempre con el objetivo de
caracterizar con suficiente fiabilidad las prestaciones y capacidad de autoarranque sin que
los costes de todo tipo se disparen.
En el Área de Mecánica de Fluidos de la Universidad de Oviedo se dispone de laboratorios
e instalaciones de cálculo adecuadamente equipados para la realización de las tareas
planificadas. También se dispone de financiación del Proyecto de Plan Nacional
"Caracterización y predicción de la generación aerodinámica de ruido en perfiles de turbinas
eólicas" (DPI2011-25419), vigente hasta el 31 de diciembre de 2015 y cuya investigadora
principal es la Prof. Sandra Velarde Suárez. En el presupuesto de ese Proyecto no se
dispone de ninguna partida para contratar personal ni se le ha asignado una beca predoctoral
FPI, y por ello se solicita la cofinanciación del IUTA para incorporar al equipo investigador a
un estudiante de doctorado del Programa en Ingeniería Energética y Control de Procesos,
que colaboraría activamente en las tareas de investigación del proyecto a la vez que
desarrolla su proyecto formativo como doctorando.
112
El desarrollo de una herramienta de diseño optimizado para turbinas eólicas de eje vertical
constituye un notable avance científico-técnico, transferible con carácter inmediato al sector
industrial.
En particular la empresa AST Ingeniería, colaboradora del Proyecto, está empezando a
desarrollar algunas actividades en el campo de las energías renovables, siendo una de ellas
el diseño de pequeñas turbinas eólicas para uso urbano. Disponer de una herramienta de
diseño como la que se desarrollará en este Proyecto le permitirá situarse en una posición
ventajosa para comercializar pequeñas turbinas eólicas de eje vertical adaptadas a las
necesidades de cada cliente
Adicionalmente, la temática del Proyecto encaja a la perfección en el Clúster de Energía,
Medioambiente y Cambio Climático, creado en la Universidad de Oviedo en el marco de su
designación como Campus de Excelencia Internacional. El clúster potencia la investigación
orientada al desarrollo tecnológico y la innovación en sectores estratégicos para la región,
como el diseño y la fabricación de bienes de equipo y la industria ligada a las energías limpias
y la eficiencia energética.
Las razones expuestas anteriormente ponen de manifiesto que el estudio planteado aportará
conocimientos prácticos para la industria, permitiendo el diseño de productos más
competitivos y comprometidos con el respeto medioambiental y contribuyendo a una vida
más cómoda y saludable.
La investigación planteada en este plan de investigación se ha estructurado en varios grupos
de actividades que conforman el plan de trabajo, a realizar en forma simultánea o secuencial,
según se muestra en el cronograma, y cuya finalidad y resultados esperados se exponen a
continuación. El personal becario que se solicita colaborará en todas las tareas a partir de
su incorporación y durante un total de nueve meses.
1. Estudio bibliográfico y de las técnicas numéricas y experimentales
En esta fase se realizará un estudio bibliográfico sobre el tema de este Proyecto. En
esta fase deberá realizarse la selección de perfiles habitualmente empleados en las
VAWT sobre los que posteriormente se trabajará.
2. Aplicación de modelos analíticos y CFD a un perfil típico seleccionado
Sobre uno de los perfiles típicos seleccionados entre los estudiados en la literatura
científica, se planteará alguno de los modelos analíticos basados en la teoría del disco
actuador y recogidos en la literatura. Con la aplicación de estos modelos pueden
obtenerse variables globales del flujo a través de la turbina como el coeficiente de
potencia y el par. A continuación se elaborará un modelo CFD 2D-RANS, con el que
113
podrá obtenerse una caracterización más detallada del flujo así como caracterizar los
niveles de turbulencia.
3. Caracterización experimental en túnel de viento de un perfil típico
seleccionado
Se construirá un modelo de turbina empleando el perfil típico seleccionado y se
realizará una campaña de ensayos en el túnel de viento XAWT (Xixon Aeroacoustic
Wind Tunnel) del laboratorio de Mecánica de Fluidos del Campus de Gijón. Se
obtendrán las prestaciones globales (par, velocidad de rotación), y se caracterizarán
los niveles de turbulencia mediante técnicas de anemometría térmica.
4. Contrastación de modelos analíticos y CFD: selección del modelo óptimo para
el estudio
El análisis detallado de los resultados obtenidos con los modelos analíticos y CFD y su
comparación con los experimentales permitirá tomar la decisión sobre el modelo óptimo
para el estudio de este tipo de turbinas.
A continuación se propone un cronograma orientativo:
Actividades
Planificación temporal por meses
Estudio bibliográfico y de
las técnicas numéricas y
experimentales
Aplicación de modelos
analíticos y CFD a un perfil
típico seleccionado
Caracterización
experimental de un perfil
típico seleccionado
Contrastación de modelos
y selección de modelo
óptimo
Se prevén las siguientes actividades de divulgación, en las que se citará y agradecerá el
patrocinio del IUTA:

Publicación de un artículo en revista científica indexada. Posibles revistas: Applied
Mathematical Modelling, Wind Engineering, Applied Mathematics and Computation y
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering.
114



Presentación de una ponencia y/o póster en Congreso Internacional. Posibles
Congresos: Internacional Congress on Energy and Environment Engineering and
Management (CIEEM), International Conference on Environment and Renewable Energy
(ICERE), ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting (FEDSM).
Presentación de un póster en las Jornadas Doctorales 2015 de la Universidad de Oviedo.
Ponencia en uno de los Desayunos Tecnológicos del IUTA.
Los miembros del equipo investigador han realizado anteriormente actividades divulgativas
relacionadas con Proyectos subvencionados por el IUTA, citando y agradeciendo esta
financiación. También han participado en otras actividades divulgativas del IUTA. A
continuación se relacionan todas estas actividades:






Desayuno Tecnológico: Proyecto, caracterización y optimización de procesos industriales
con flujo de fluidos, impartida por Sandra Velarde Suárez, octubre de 2010.
Desayuno Tecnológico: Evaluación del impacto acústico de parques eólicos marinos,
impartida por Katia M. Argüelles Díaz, noviembre de 2012. Presentación de resultados
del Proyecto del IUTA SV-12-GIJÓN-1.
Desayuno Tecnológico: Planteamiento técnico y diseño para una microturbina axial,
impartido por Jesús M. Fernández Oro, junio de 2014.
Congreso Internacional: Evaluation of the wind turbine noise impact of an experimental
offshore platform in the Asturian coast, Sandra Velarde-Suárez, Katia M. Argüelles Díaz,
Jesús M. Fernández Oro, José González, 5th International Congress on Energy and
Environment Engineering and Management, Lisboa, Portugal, 2013. Resultados
derivados del Proyecto del IUTA SV-12-GIJÓN-1.
Trabajo Fin de Máster: "Evaluación del impacto acústico de un parque eólico" (2014), de
Sonia Martínez Beltrán, dirigido por Katia M. Argüelles y Sandra Velarde. Máster
Universitario en Ingeniería Energética. Realizado en el marco del Proyecto del IUTA SV12-GIJÓN-1.
Trabajo Fin de Máster: "Evaluación del impacto acústico subacuático de un parque de
turbinas eólicas off-shore" (2014), de Esther Castiñeira Martínez, dirigido por Katia M.
Argüelles. Máster Universitario en Ingeniería Energética. Realizado en el marco del
Proyecto del IUTA SV-13-GIJÓN-1.
115
Gastos
Personal
6.750 €
Fungible
Otros
Gastos
Inventariable
1.000 €
1.000 €
TOTAL
GASTOS
8.750 €
Como se ha comentado anteriormente, en el Área de Mecánica de Fluidos de la Universidad
de Oviedo se dispone de laboratorios e instalaciones de cálculo adecuadamente equipados
para la realización de las tareas planificadas en el Proyecto. Se estiman los siguientes gastos
adicionales para la realización del Proyecto:



Personal: contratación de un becario a tiempo completo durante 9 meses.
Fungible: materiales para montajes experimentales, pequeño material de taller y de
oficina.
Otros gastos: construcción de un modelo de turbina para la contrastación experimental de
los modelos, en cofinanciación con la empresa colaboradora AST Ingeniería.
Para la financiación de las partidas no cubiertas por esta convocatoria del IUTA, se dispone
del Proyecto de Plan Nacional "Caracterización y predicción de la generación aerodinámica
de ruido en perfiles de turbinas eólicas" (DPI2011-25419), vigente hasta el 31 de diciembre
de 2015. A continuación se consignan las partidas de presupuesto disponibles para el año
2015:
Ingresos (ayuda recibida por otras instituciones o empresas)
Entidades/Empresas
financiadoras/Ref.
Personal
Proyecto/Contrato
Fungible
Inventariable
Otros
Gastos
TOTAL
INGRESOS
Ministerio de
Economía y
Competitividad
DPI2011-25419
9.000 €
8.700 € 3.000 €
20.700 €
116
4.AYUDA SOLICITADA
6.750 €
5.AYUDA CONCEDIDA
4.500 €
117
118
PROYECTO Nº 10
Título: Excitación fluidodinámica de vibraciones en válvulas esféricas de una Central
Hidroeléctrica: análisis y diseño corrector
Investigador responsable: Jorge Luis Parrondo Gayo
Tfno: 985182097
Otros investigadores: Raúl Barrio Perotti, Joaquín Fernández Francos y Alberto RúaFigueroa Rey
La empresa colaboradora es SALTOS DEL NAVIA C.B., cuyo domicilio social se encuentra
en Oviedo, en la Plaza de la Gesta 2 (código postal 33007). Esta empresa es la encargada
de la gestión técnica de la Central Hidroeléctrica de Saltos del Navia, que se encuentra en el
concejo asturiano de Grandas de Salime. Es en esta central donde se ha dado lugar a un
problema técnico de excitación de vibraciones cuyo análisis y solución constituyen el objeto
del proyecto propuesto.
La central de Saltos del Navia cuenta con 4 grupos hidráulicos independientes, cada uno de
40 MW de potencia máxima. Cada grupo dispone de turbina, tubería forzada y válvulas
hidráulicas propias. En concreto, precediendo al distribuidor de cada turbina se tiene una
válvula esférica de grandes dimensiones (2.2 m de diámetro para el conducto de paso), que
dispone de un sello anular para asegurar la estanqueidad cuando la válvula está cerrada (y
el grupo parado). En determinadas condiciones dicho sello puede desarrollar vibraciones en
su asiento que, además, van acompañadas de oscilaciones de presión de gran amplitud y
frecuencia, llegando a dispararse los sistemas de seguridad por sobrepresión, y obligando a
la actuación de sistemas auxiliares para impedir el fenómeno.
El interés de la empresa es, en primer lugar, poder comprender el fenómeno que da lugar a
la excitación de dichas vibraciones, preferentemente a partir de un modelo de simulación que
pueda explicar en qué condiciones ocurre, y en segundo lugar, poder disponer de un diseño
corrector de las válvulas y/o de sus sistemas de control que asegure la no ocurrencia del
fenómeno. Claramente la empresa tiene un gran interés por el proyecto puesto que sería la
beneficiaria inmediata del mismo, contándose con la colaboración directa de personal de la
entidad (concretamente del administrador y técnico responsable Alberto Rúa-Figueroa) para
diversos aspectos clave del proyecto como atestigua la carta de apoyo que se acompaña.
De hecho, actualmente se está en fase de formalización de un contrato de I+D entre la Uniovi
y Saltos del Navia CB para el estudio de los regímenes hidráulicos transitorios en la central,
119
con vistas a la optimización de maniobras, incluyendo arranques, paradas y de variaciones
de carga.
El proyecto trata sobre la excitación fluidodinámica de vibraciones en válvulas hidráulicas de
bola, como son las válvulas esféricas de tuberías forzadas de centrales hidroeléctricas y en
concreto de la de Saltos del Navia (CHNS). La CHNS cuenta con 4 grupos hidráulicos de 40
MW, cada uno con turbina, tubería forzada y válvulas propias. Precediendo al distribuidor de
cada turbina se tiene una válvula esférica de grandes dimensiones (2.2 m de diámetro de
conducto de paso), que lleva un sello anular para asegurar la estanqueidad si la válvula está
cerrada (y el grupo parado). Se viene observando que en ocasiones dicho sello desarrolla
vibraciones virulentas en su asiento a la par que se inducen oscilaciones de presión de gran
amplitud y frecuencia, llegando a dispararse los sistemas de seguridad por sobrepresión, y
obligando que actúen sistemas auxiliares de control para amortiguar las vibraciones.
Se desconoce el mecanismo que desencadena esas vibraciones en la CHNS, pero los datos
nos sugieren la hipótesis de ser un fenómeno de acoplamiento inestable flujo-estructura,
equivalente a un sistema con amortiguamiento neto negativo. Sin embargo, la literatura
técnica especializada en problemas de vibraciones por interacción flujo-estructura no muestra
ningún caso de vibraciones en válvulas esféricas ni ofrece ningún estudio sobre el tipo de
problema suscitado en la CHSN.
Sería pues de gran interés para la CHSN y también para otras empresas del sector poder
disponer de un modelo de simulación capaz de explicar en qué condiciones ocurre el
fenómeno, y que permita efectuar un diseño corrector de las válvulas que impida su excitación
aun sin sistemas auxiliares. Planteamos pues los objetivos:
1. Formular un modelo teórico del fenómeno de vibraciones descrito, en función de los
parámetros hidráulicos y mecánicos del sistema acoplado tubería-válvula-grupo hidráulico,
que permita delimitar las condiciones críticas de estabilidad.
2. Elaborar un programa de cálculo para simular la evolución temporal del sistema, incluyendo
en su caso el comportamiento en inestabilidad.
3. Como medida correctora, proponer modificaciones físico-geométricas que aseguren la
operación como sistema estable.
Para ello la metodología y fases del proyecto (1 año) son:
1. Trabajos iniciales: nueva búsqueda de referencias, visita a la CHSN e inspección de
instalaciones, estudio de planos y datos facilitados sobre las válvulas, etc.
120
2. Elaboración de modelo teórico para simular el comportamiento dinámico del sistema
mecánico-hidráulico de interés, a partir de las ecuaciones de gobierno para flujo no
estacionario y del movimiento del sello de válvula según sus modos de vibración.
3. Análisis de estabilidad del sistema, a partir de la linealización de las ecuaciones del modelo
básico en torno al punto de equilibrio, de modo que resulten fuerzas fluidodinámicas sobre el
sello de válvula proporcionales a su desplazamiento, velocidad y aceleración. Habrá
condiciones críticas de estabilidad cuando se anule el amortiguamiento neto o la rigidez neta
del sistema.
4. Discretizado de las ecuaciones del modelo teórico para programar un código de cálculo del
comportamiento dinámico del conjunto válvula-circuito hidráulico para sucesivos pasos
temporales desde un estado inicial. El sistema oscilará con amplitud decreciente si es estable
o creciente hasta la amplitud de ciclo límite si es inestable.
5. Verificación del modelo por contraste entre predicciones teóricas y medidas de
fluctuaciones de presión en la CHSN con válvulas vibrando. En su caso, se estudiarán mejoras
en el modelo para una mejor descripción del sistema.
6. Aplicación sistemática del software variando los parámetros del sistema hasta lograr definir
un diseño que minimice o incluso anule el riesgo de excitación de vibraciones.
El proyecto daría pues resultados tecnológicos de aplicación directa en la CHSN y otras CH,
que, incluso, podrían dar pie a una patente, y también científicos, plasmados en artículos en
revistas JCR.
La motivación de partida del proyecto propuesto es el estudio del fenómeno de excitación
fluidodinámica de vibraciones a que se pueden ver sujetas ciertos tipos de válvulas de grandes
dimensiones y sometidas a presiones de gran magnitud, como es el caso de las válvulas
esféricas instaladas en tuberías forzadas de centrales hidroeléctricas y en particular en la CH
de Saltos del Navia. Sin duda es un fenómeno a evitar pues puede dar pie al rápido deterioro
de las propias válvulas y también de otros elementos y estructuras vecinas, y que, como mal
menor, requiere de la imposición de sistemas auxiliares de control para evitar o al menos
amortiguar las vibraciones.
Las primeras informaciones recopiladas sobre el problema de dicha central sugieren que
pueda tratarse de un fenómeno de acoplamiento inestable flujo-estructura, equivalente a un
sistema con amortiguamiento neto negativo. Sin embargo, la revisión de la literatura técnica
especializada en problemas de vibraciones de estructuras por excitación fluidodinámica solo
muestra casos esporádicos de vibraciones en válvulas, y siempre de otros tipos (nunca en
casos de válvulas esféricas) y, desde luego, no ofrece ningún estudio sobre el problema
concreto que se ha suscitado en Saltos del Navia.
121
Por ello, de concluirse el proyecto con éxito, y se llegase a disponer de un modelo de
simulación con el que a su vez se pudiera proponer medidas correctivas, el primer beneficiario
inmediato de la investigación sería obviamente la propia compañía encargada de la
explotación de esa central. Sin embargo los resultados de la investigación también podrían
ser de aplicación en otras válvulas hidráulicas de constitución interna y prestaciones similares
a la del presente estudio, por ejemplo de otras centrales hidráulicas o de sistemas de bombeo.
Dado que la literatura técnica relevante no refleja trabajos equivalentes al que aquí se
propone, cabe la posibilidad de que como resultado del proyecto se lleguen a proponer
modificaciones físico-geométricas de estas válvulas que puedan ser objeto de patente.
2.3 Objetivos.
Los objetivos del proyecto son:
1º) Proponer un modelo teórico que pueda explicar el desarrollo de las vibraciones
observadas, en función de las características hidráulicas y mecánicas del sistema acoplado
tubería-válvula-grupo hidráulico, y que permita delimitar las condiciones críticas de estabilidad
del sistema.
2º) Elaborar un programa de cálculo que incorpore el modelo teórico y que permita simular la
evolución temporal del sistema, incluyendo, en su caso, el comportamiento del sistema en
inestabilidad.
3º) Proponer medidas correctoras en la forma de modificaciones físico-geométricas que
aseguren la operación como sistema estable.
2.4 Metodología.
Se plantea desarrollar el proyecto siguiendo los pasos:
1º) Trabajos de inicio del proyecto, incluyendo:
-
Nueva búsqueda de referencias sobre problemas de vibraciones relacionados con el
problema planteado.
Visita a la central hidroeléctrica de Saltos del Navia e inspección de las instalaciones,
en particular de las válvulas esféricas y de los subsistemas asociados.
Estudio de los planos y datos facilitados sobre las válvulas y grupos hidráulicos en
cuestión.
2º) Elaboración de un modelo teórico para simular el comportamiento dinámico del sistema
mecánico-hidráulico compuesto por tubería forzada, válvula, grupo hidráulico y sistema de
accionamiento del sello de válvula. El modelo se basará en la combinación de las ecuaciones
de gobierno para flujo no estacionario en conductos y de la ecuación del movimiento para
cuerpos en vibración en función de sus posibles modos de vibración y frecuencias propias.
122
3º) Análisis de estabilidad del sistema. Se basará en la linealización de las ecuaciones del
modelo básico en torno al punto de equilibrio del sistema mecánico-hidráulico, de modo que
se pueda derivar la fluctuación de fuerza fluidodinámica actuante sobre la válvula como
combinación lineal de términos proporcionales al desplazamiento, a la velocidad y a la
aceleración del elemento vibrante (sello de válvula). Se podrán establecer condiciones críticas
de estabilidad analizando cuándo se anulan el amortiguamiento neto o la rigidez neta del
sistema.
4º) Discretización de las ecuaciones del modelo teórico para la elaboración de un programa
de cálculo basado en él, que sea capaz de calcular el comportamiento dinámico del conjunto
válvula circuito hidráulico a lo largo de sucesivos pasos temporales a partir de un cierto estado
inicial desplazado respecto a la situación de equilibrio. Se espera que el sistema acometa
oscilaciones de amplitud decreciente si es estable o bien creciente hasta la amplitud de ciclo
límite si el sistema es inestable.
5º) Comprobación de la validez del modelo mediante comparación entre las predicciones
teóricas y los datos de fluctuaciones de presión recogidos durante periodos de vibración de
válvulas en la central hidroeléctrica de Saltos del Navia. En su caso, se considerarán posibles
mejoras en el modelo para una mejor descripción del sistema.
6º) Una vez verificada la validez del modelo básico, del análisis de estabilidad y de las
predicciones de evolución temporal del software elaborado, éste se aplicará de forma
sistemática variando los parámetros de la configuración físico-geométrica del sistema, hasta
lograr definir un diseño que permita minimizar o incluso anular el riesgo de excitación de
vibraciones.
Se espera que los resultados del proyecto satisfagan los objetivos planteados, incluyendo la
explicación cualitativa del fenómeno, el establecimiento de condiciones límites de estabilidad
y la predicción de la amplitud de ciclo límite cuando el sistema resulte ser inestable. Como
resultado final, se espera poder proponer una posible solución al problema de vibraciones
mediante el redimensionamiento de algún componente de las válvulas, la modificación de su
configuración o la implementación de algún sistema auxiliar simplificado respecto a la situación
actual, considerando siempre que sea viable, efectiva y de fácil aplicación para la central.
Por último, se consideraría en su caso la oportunidad de plantear una patente.
El proyecto está planteado para 1 año de duración (2015). El becario para el que se solicita
financiación participaría durante 6 meses a tiempo completo (de febrero a julio). Durante este
periodo el becario colaboraría activamente con todas las fases activas, desde la 2ª a la 4ª,
que se refieren al planteamiento del modelo y su traslado a un software de simulación:
123
Tareas
Becario Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
1) Trabajo inicial
2) Modelo teórico básico
Sí
3) Análisis de estabilidad
Sí
4) Software
Sí
5) Verificación de cálculos
6) Propuesta de diseño
Periodo trabajo becario
En primer lugar, los resultados del proyecto se pondrán a disposición de la empresa Saltos
del Navia C.B. A continuación se considerará su divulgación específica entre las empresas
nacionales del sector eléctrico y del sector de abastecimiento de agua. En su caso, además,
se considerará la oportunidad de gestionar una patente, a la que se daría una publicidad
específica. Complementariamente se publicitará el proyecto entre las actividades de I+D del
área de Mecánica de Fluidos, aprovechando la página web del departamento de Energía.
Por otro lado, se espera que los resultados se puedan publicar en revistas científicas
especializadas, incluyendo al menos:
-
Un artículo en la Revista de Ingeniería del Agua (descripción del fenómeno y modelado
básico para sistema simplificado).
Un artículo en el Journal of Fluids and Structures (modelo para el sistema real, análisis
de estabilidad y predicción de evolución temporal del sistema).
Eventualmente se considerará así mismo la divulgación mediante presentación oral en
congreso internacional sobre fenómenos de interacción flujo-estructura (ASME) o sobre
máquinas y sistemas hidráulicos (IAHR).
Por último, se participará en actos de divulgación de ámbito local y regional, como, por
ejemplo, los Desayunos Tecnológicos organizados por el IUTA.
Hasta la fecha el equipo solicitante no ha tenido nunca financiación del IUTA para ningún tipo
de actividad (aunque sí se aportaron proyectos con otras fuentes de financiación a efectos de
la memoria anual del Instituto).
124
Gastos
Personal
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
TOTAL
GASTOS
-Viajes a
Oviedo + CH
Saltos del Navia
= 1.000 €
1 becario, 6 meses
a tiempo
completo=4.500 €
Material
ofimática=1.000 €
-Gastos
publicación
resultados =
2.000 €
8.500 €
Se planea formalizar un contrato en enero-2015 entre Saltos del Navia CB y Uniovi
4.AYUDA SOLICITADA
4.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
2.250 €
125
126
PROYECTO Nº 11
Título: Desarrollo de herramientas de gestión para los bancos de alimentos
Investigadores responsables: Pilar Lourdes González Torre y Jorge Coque Martínez
Tfno: 985181995 / 985182108
E-mail: [email protected] / [email protected]
Otros investigadores: Elena Montañés Roces; José Ramón Quevedo Pérez
Las seis entidades que se relacionan en la tabla siguiente han manifestado mediante sendas
cartas su interés expreso en colaborar en el presente proyecto de investigación aplicada con
enfoque social.
Nombre
de la
entidad
Banco de
Alimentos
de Asturias
(BAA)
EMULSA
Alimerka
Cogersa
Municipio
Grado
de
interés
Contenido de la
colaboración
Observaciones
Muy alto
El BAA ya ha colaborado en
fases previas de este
proyecto. En la que se
propone ahora, y entre otras
acciones, facilitará
contactos con entidades
tanto donantes como
destinatarias de alimentos
que forman parte de su
cadena logística y
colaborará en la
coordinación del trabajo.
Aunque el BAA tiene su sede central en
Lugones, durante 2014 ha puesto en marcha en
Gijón un espacio para la atención a
organizaciones receptoras y almacén de apoyo.
Asimismo, gran parte de sus actividades se
concentran en este municipio, donde mantiene
relación intensa con empresas, entidades no
lucrativas y administraciones públicas, entre las
que destacan la Universidad de Oviedo y el
propio Ayuntamiento.
Alto
Alienación de los objetivos
del proyecto propuesto con
los de esta empresa
(reducción de residuos y
otros fines sociales).
Empresa pública perteneciente al Ayuntamiento
de Gijón.
Lugo de
Llanera
Alto
Información sobre
productos alimenticios
donados al BAA y sobre las
razones empresariales
(RSE) para hacerlo.
Propuesta de mejoras en la
gestión de la cadena
logística.
La Fundación Alimerka colabora intensamente
con los bancos de alimentos desde hace
muchos años tiempo. Gran parte de su actividad
social tiene lugar en el municipio de Gijón.
Oviedo
Muy alto
Información detallada sobre
los alimentos
potencialmente consumibles
Responsables de esta entidad se pusieron en
contacto con nosotros a finales de 2013 para
ofrecerse a colaborar en el proyecto tras tener
Gijón
Gijón
La empresa Alimerka se halla muy presente en
el municipio de Gijón mediante múltiples puntos
de venta.
127
que contiene la fracción
orgánica de los residuos
gestionados por
COGERSA. Colaboración
en el análisis de la
información recogida.
Difusión de resultados en
los medios de COGERSA.
SECOT
(Seniors
para la
Cooperació
n
Tecnológica
)
Thingtrack
conocimiento de su existencia. En 2014 han
comenzado a participar activamente en el
trabajo aportando ideas, datos y contactos.
Además, el Ayuntamiento de Gijón forma parte
de COGERSA.
SECOT es una entidad de ámbito nacional cuya
delegación asturiana tiene especial presencia en
los municipios de Oviedo y Gijón.
Oviedo y
Gijón
Gijón
Muy alto
Asesoría en materia de
emprendimiento social,
logística y gestión
organizativa.
Alto
Propuesta de herramienta
para la mejora de la cadena
logística del BAA.
SECOT colabora regularmente con el Centro
Municipal de Empresas de Gijón y con el
campus de Gijón, manteniendo en ambos
espacios oficinas de atención a emprendedores.
SECOT también ha colaborado anteriormente
con el BAA y con el equipo de investigación que
propone este proyecto.
Pequeña empresa de base tecnológica surgida
del campus de Gijón y especializada en el
desarrollo de herramientas para gestión
logística.
En el contexto actual, tanto internacional como español, llama poderosamente la atención el
contraste entre los crecientes problemas de desnutrición y malnutrición que son generados
por la crisis socioeconómica, a la vez que se continúan desperdiciando productos alimenticios
en condiciones de ser consumidos.
Esta línea de trabajo, comenzada en 2012 y apoyada por sendas ayudas específicas del IUTA
durante 2013 y 2014, se centra en los bancos de alimentos, entidades sin ánimo de lucro que
tratan de solucionar una parte de los problemas anteriormente citados
En fases anteriores, se dirigió una encuesta a la totalidad de bancos de alimentos españoles,
se estudió con mayor detalle el caso del Banco de Alimentos de Asturias, se investigó a las
entidades beneficiarias de dicho banco y a algunas de las unidades de convivencia receptoras
de alimentos; asimismo, durante los últimos meses se ha comenzado a estudiar a las
entidades donantes potenciales o ya existentes.
Para 2015 se pretende finalizar el estudio de las personas receptoras de alimentos en los
centros de reparto, finalizar el de las entidades donantes y, por primera vez, implantar
herramientas de gestión basadas en toda la investigación aplicada acumulada hasta el
presente. Con mayor precisión, estos son los objetivos específicos propuestos:
1. Profundización en el conocimiento de la población beneficiaria de las entidades de
reparto que reciben alimentos del Banco de Alimentos de Asturias.
128
2. Finalización del estudio sobre las entidades del sector agroalimentario donantes del
Banco de Alimentos de Asturias.
3. Finalización del estudio sobre la potencialidad de donación de productos alimentarios
por las plazas de abasto cubiertas asturianas.
4. Diseño de la versión piloto de una herramienta (base de datos informatizada de acceso
vía web) para la gestión centralizada que mejore la coordinación entre los diferentes
agentes que intervienen en la cadena logística del Banco de Alimentos de Asturias.
La metodología respeta el enfoque híbrido cuantitativo-cualitativo (alterno en unas ocasiones,
simultáneo en otras) aplicado hasta el presente, y siempre con carácter participativo, donde
las entidades objeto de estudio son asimismo agentes de investigación de sí mismas y del
contexto relacional (redes logísticas y de otro tipo) que les atañe.
Todo ello se concreta en la siguiente estructura de resultados esperados:
1. Resultados prácticos de carácter social: mejora de la cadena logística centrada en el
Banco de Alimentos de Asturias, lo que se traducirá en la recuperación de más
alimentos para más personas necesitadas, especialmente en el concejo de Gijón.
2. Resultados académicos: difusión de los resultados del trabajo en congresos y
publicaciones periódicas internacionales consideradas de impacto.
3. Resultados de divulgación: aparte de lo mencionado en el punto anterior, difusión de
resultados en la página web del IUTA y así como en las de las entidades colaboradoras
(Banco de Alimentos de Asturias y otros bancos de alimentos españoles; espacio RSE
de las páginas web de las empresas entrevistadas;…). Además, la propia metodología
participativa incluye un seminario o jornada organizado en noviembre por el IUTA al
que se convocará a todos los agentes interesados (empresas donantes de alimentos
o de servicios al Banco de Alimentos de Asturias, entidades sin ánimo de lucro
beneficiarias del Banco de Alimentos de Asturias, etc.). Todo ello dará lugar a una
mayor visibilidad social de todos los agentes implicados y de sus acciones, así como
a un reforzamiento de sus relaciones mutuas.
En esta investigación se pretende continuar con un trabajo llevado a cabo desde el año 2012,
cuando se comenzó a analizar en profundidad el funcionamiento del Banco de Alimentos de
Asturias.
El primer objetivo de 2013 era conocer la situación actual y el funcionamiento de los bancos
de alimentos en España (BAE), describiendo tanto el panorama general como las
potencialidades que muestran, con especial atención a los aspectos logísticos de su gestión,
analizando diversas cuestiones relacionadas con su actividad cotidiana, los recursos
(humanos y materiales) con los que cuentan, las relaciones entre ellos y con otras entidades
(como los donantes y las beneficiarias), entre otras. La finalidad principal de todo ello era
detectar la problemática actual de aumento masivo del desperdicio de alimentos, así como la
pobreza cada vez más acentuada en esta época de crisis, e identificar y analizar en detalle el
129
papel que adquieren los bancos de alimentos como alternativa a esa doble problemática. Con
este análisis se pretendía plantear una serie de propuestas de mejora que facilitaran el
aumento de los servicios proporcionados por estas entidades así como su rendimiento. Dado
que se trata de una población objetivo relativamente amplia, existen un total de 55 bancos de
alimentos repartidos por todo el territorio español, se consideró la encuesta como la
metodología de investigación más adecuada, obteniéndose una tasa de respuesta cercana al
80%.
Los resultados de ese estudio mostraron la relevancia social y medioambiental de los BAE,
pues abastecen a bastante más de un millón de personas a quienes entregan anualmente un
volumen superior a los cien millones de kilos de comida. Por cada banco, eso supone una
recuperación de unos 5 millones de euros por año y una reducción de más de 200 mil
toneladas de CO2 que hubieran sido emitidas a la atmósfera. Con la crisis económica, las
necesidades y el número de beneficiarios han crecido, pero los bancos han sabido adaptar su
tamaño y estructura de gestión a tal circunstancia, lo que resulta aún más admirable cuando se
contempla que de sus plantillas el 80% son personas voluntarias.
El siguiente objetivo del proyecto consistió en analizar las relaciones de un banco de alimentos
con sus entidades beneficiarias. Dentro de ellas, hay dos tipos: las entidades de consumo,
esto es, las que procesan los alimentos para servirlos dentro de sus instalaciones (caso de un
albergue de transeúntes o una cocina económica), y las entidades de reparto, las que
entregan los alimentos a diferentes colectivos para que sean estos quienes los consuman
(como una parroquia o una organización de inmigrantes). El análisis, cuyo alcance se
concentró en el Banco de Alimentos de Asturias, se abordó primero con una encuesta masiva
para posteriormente profundizar con un estudio de casos mediante entrevistas en profundidad
a una muestra representativa de ambos tipos de organizaciones.
El trabajo revela que las relaciones con el banco parecen razonablemente eficientes en cuanto
al proceso de recogida y la planificación en conjunto de las actividades, aunque se detectan
problemas de calidad en algunos de los productos recibidos y cierta descoordinación. Esto no
resulta sorprendente cuando se observa el carácter perecedero de una parte de los alimentos
gestionados, las largas distancias que en ocasiones deben recorrerse para recogerlos, la
frecuente carencia de vehículos refrigerados y la profunda heterogeneidad de las
organizaciones receptoras (tanto en cuanto a los recursos de que disponen como a las
necesidades y otros rasgos de las personas que acuden a ellas). No obstante, la mayoría de
estas entidades beneficiarias del BAA manifiestan estar razonablemente satisfechas con la
ayuda prestada.
Tras un primer taller participativo en diciembre de 2013 en el que se revisó con representantes
del banco de alimentos y de organizaciones beneficiarias la investigación efectuada hasta
entonces, durante 2014 se han abordado la mayor parte de las líneas de trabajo académico
propuestas en dicho evento. Así, se finalizaron las encuestas y las entrevistas en profundidad
en estas organizaciones, se avanzó aún más “aguas abajo” en la cadena de suministro
encuestando directamente a cabezas de familias receptoras de alimentos y se ha comenzado
a analizar la realidad “aguas arriba”, esto es la de los donantes actuales (en particular, los
130
pertenecientes al sector agroalimentario) y potenciales (plazas de abastos y otros espacios
productores de grandes cantidades de residuos orgánicos). Conocer mejor a las empresas y
otras organizaciones donantes de alimentos mientras se sigue ahondando en la realidad de
quienes ven satisfecha una parte de sus necesidades es fundamental para abordar problemas
como los mencionados en el párrafo anterior. Debe hacerse notar que la cadena logística
gestionada por un banco de alimentos se comporta inversamente a las cadenas comerciales:
aquí las cantidades, la combinación de productos y los ritmos de entrega no vienen
condicionados por la demanda (personas pobres receptoras al final de la cadena) sino por la
oferta (excedentes alimentarios entregados al principio de la misma).
El pasado 2 de diciembre tuvo lugar un segundo taller que mantenía el objetivo de revisar
participativamente los nuevos resultados alcanzados y decidir las líneas por las que sería más
interesante continuar trabajando. La metodología de investigación-acción participativa
empleada pretendía diluir la diferencia entre los roles tradicionales de investigador e
investigado, intercambiándolos alternativamente para que se criticaran de forma mutua y
constructiva. Con tal enfoque se persigue aumentar el conocimiento mutuo de todos los
agentes implicados comenzando por el propio banco de alimentos y las organizaciones
relacionadas con el mismo y, por tanto, su relación y la eficacia de la cadena de suministro
que conforman. Como novedad respecto al año pasado, y coherentemente con una parte de
los desarrollos más recientes, se invitó también a representantes de algunas entidades
donantes o próximas a las mismas con las que ya se había comenzado a colaborar, caso de
la Fundación Alimerka o Cogersa.
Al final de la actividad se extrajeron las siguientes conclusiones:
1. Las entidades beneficiarias y el propio banco de alimentos se sienten identificados con
los datos mostrados por el equipo de investigación.
2. Se señalaron mejoras en la gestión de la cadena logística puestas en marcha desde
el taller organizado un año atrás:
• Actualmente se producen recogidas directas en entidades donantes, sin que los
alimentos pasen por las instalaciones del banco.
• Existe una comunicación más fluida y frecuente entre el banco de alimentos y
sus entidades receptoras.
• La frecuencia de entrega se ha incrementado.
3. Son claras las diferencias existentes entre entidades de consumo y entidades de
reparto:
• Se ha producido un importante aumento de la demanda de las entidades de
reparto, que sin embargo cuentan con menos recursos.
• Las entidades de consumo son más antiguas y se encuentran más consolidadas.
4. La nueva línea de investigación iniciada relativa a los colectivos beneficiarios ha
resultado relevante e interesante para continuar por varias razones:
• Cuanto más conozca la realidad de la realidad de su demanda, el BAA podrá
cubrir mejor las necesidades de estas personas.
131
•
Los fenómenos de duplicidad (personas que reciben productos de más de una
entidad por necesidad o picaresca) podrían controlarse.
5. En cuanto a las entidades donantes:
• Se debate qué productos se pueden donar respecto a qué productos se
necesitan.
• Es crucial la transformación de los alimentos frescos para alargar la periodicidad
y cumplir con la legislación, potenciando así las cantidades potenciales donadas.
Asimismo, se acordó continuar avanzando por las siguientes líneas de trabajo:
•
•
•
•
•
Encuestar al resto de unidades de convivencia beneficiarias de entidades de reparto
en Asturias (hasta ahora solo se ha hecho una experiencia piloto con las de Avilés).
Continuar el estudio de las entidades donantes actuales desde un enfoque de
Responsabilidad Social Empresarial.
Continuar el estudio de entidades donantes potenciales.
Diseñar una base de datos para la gestión centralizada que mejore la coordinación
entre los diferentes agentes que intervienen en la cadena logística.
Analizar otros aspectos de gestión del Banco de Alimentos de Asturias.
Más tarde, el 17 de diciembre de 2014 ha tenido lugar una reunión con empresas para informar
a varias entidades que habían manifestado interés en participar en el taller anterior. Se decidió
hacer una convocatoria informativa de carácter abierto. Acudieron representantes de
empresas privadas (ABAMobile Solutions, Thingtrack, Beta Renowable Group) o públicas
(EMULSA, Cogersa), del Club de la Calidad de Asturias, del Banco de Alimentos de Asturias
e investigadores de la Universidad de Oviedo que dialogaron con interés y abrieron nuevos
cauces de colaboración. Igual que el taller del 2 de diciembre, el acto gozó de cobertura
elogiosa en medios de comunicación locales recibiendo de nuevo mención la Universidad de
Oviedo, el IUTA y varias entidades gijonesas directamente beneficiarias del proyecto.
Deben hacerse explícitos asimismo los resultados académicos tangibles logrados durante
2014, que se suman a la producción científica de esta universidad:
•
•
•
Comunicación titulada “¿Para qué sirve un banco de alimentos? Relaciones con sus
entidades beneficiarias en una región del Norte de España”, defendida en el XV
Congreso de Investigadores en Economía Social, celebrado en Santander los días 25
y 26 de septiembre de 2014. Se incluye una copia en Anexo 2.
Artículo titulado “How is a Food Bank Managed? Different Profiles in Spain”,
actualmente en segunda revisión en la publicación académica internacional indexada
en JCR Agriculture and Human Values. Se incluye una copia en Anexo 3.
Varios artículos más se encuentran en primera revisión en diferentes revistas
consideradas de impacto.
132
Como es de rigor, en todos estos productos académicos se agradece explícitamente la ayuda
recibida del Ayuntamiento de Gijón a través del IUTA.
2.3 Objetivos.
Con base en lo propuesto en las actividades participativas celebradas a final de año con una
representación de todos los agentes interesados relevantes, para 2015 se plantean los
siguientes objetivos:
1. Profundización en el conocimiento de la población beneficiaria de las entidades de
reparto que reciben alimentos del Banco de Alimentos de Asturias.
2. Finalización del estudio sobre las entidades donantes del sector agroalimentario
donantes del Banco de Alimentos de Asturias.
3. Finalización del estudio sobre la potencialidad de donación de productos alimentarios
por las plazas de abasto cubiertas asturianas.
4. Diseño de la versión piloto de una herramienta (base de datos informatizada de acceso
vía web) para la gestión centralizada que mejore la coordinación entre los diferentes
agentes que intervienen en la cadena logística del Banco de Alimentos de Asturias.
2.4 Metodología.
1. Para cumplir el primer objetivo:
1.1. Encuestado de la totalidad de unidades de convivencia independientes
receptoras de las entidades de reparto beneficiarias del Banco de Alimentos de
Asturias (hasta el momento solo se ha encuestado, a modo de experiencia piloto,
a las unidades de convivencia ligadas a las entidades de Avilés).
1.2. Taller participativo durante la segunda mitad del año para discutir los resultados
de dichas encuestas.
2. Para cumplir el segundo objetivo:
2.1. Análisis de contenido de las memorias de Responsabilidad Social Empresarial
de una muestra de las entidades donantes del sector agroalimentario donantes
del Banco de Alimentos de Asturias.
2.2. Entrevistas en profundidad a una muestra de las entidades donantes del sector
agroalimentario donantes del Banco de Alimentos de Asturias.
de las dos tareas anteriores y cotejarlos con los datos obtenidos en las encuestas
del primer objetivo.
3. Para cumplir el tercer objetivo:
3.1. Finalizar entrevistas en profundidad a quienes gestionan las plazas de abasto
cubiertas asturianas (hasta el momento, han sido realizadas la mitad de las
mismas).
133
3.2. Encuestado masivo de los puestos situados en las plazas de abasto cubiertas
asturianas (hasta el momento se ha comenzado dicho encuestado en solo una
plaza).
3.3. Entrevistas en profundidad a inspectores de Sanidad que permitan contrastar la
ya realizada a uno de ellos en 2014.
de las dos tareas anteriores y cotejarlos con los datos obtenidos en las tareas de
los dos objetivos anteriores.
4. Para cumplir el cuarto objetivo:
4.1. Diseñar una base de datos que permita mantener la información relativa a la
cadena logística de comunicación entre el Banco de Alimentos de Asturias y sus
organizaciones beneficiarias receptoras de productos alimentarios.
4.2. Diseñar una aplicación web que permita el acceso a la información de la base de
datos a entidades beneficiarias del Banco de Alimentos de Asturias para el
registro de sus necesidades y otras eventualidades.
4.3. Desarrollo y pruebas de los prototipos de la base de datos y la aplicación web.
de la prueba y cotejarlos con los datos obtenidos en las tareas del resto de
objetivos.
1.
2.
3.
Resultados prácticos de carácter social: mejora de la cadena logística centrada en
el Banco de Alimentos de Asturias, lo que se traducirá en la recuperación de más
alimentos para más personas necesitadas, especialmente en el concejo de Gijón.
Resultados académicos: difusión de los resultados del trabajo en congresos y
publicaciones periódicas internacionales consideradas de impacto.
Resultados de divulgación: aparte de lo mencionado en el punto anterior, véase más
adelante epígrafe Plan de divulgación de los resultados. Todo ello dará lugar a
mayor visibilidad social de todos los agentes implicados y de sus acciones, así como
reforzará sus relaciones mutuas.
134
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
1.1
2.1
2.2
3.1
3.2
3.3
4.1
4.2
4.3
EXPO
TALLER
PUBLICACIÓN DE RESULTADOS
Observaciones:
1. En la tabla anterior se usa la nomenclatura aplicada en el epígrafe de Metodología.
2. A esas tareas se han añadido las de publicación de resultados, tanto en el ámbito
académico (contribuciones en congresos y artículos; página web del IUTA) como en el
sector de entidades colaboradoras entrevistadas (página web del Banco de Alimentos
de Asturias y otros bancos de alimentos españoles; espacio RSE de las páginas web de
las empresas entrevistadas;…), a concentrar después del verano.
3. La planificación temporal de todas las tareas con trabajo de campo (encuestado,
entrevistas…) incluyen el procesado de la información recogida y la redacción de los
correspondientes informes.
4. La tarea EXPO que ocupa el mes de julio consiste en la defensa de proyectos fin de
carrera o trabajos fin de grado mediante los que se desarrollará una parte importante del
trabajo de los meses precedentes.
5. Se ha excluido agosto, mes de vacaciones tanto para la universidad como para muchas
de las organizaciones colaboradoras del proyecto.
6. Los talleres 1.2, 2.3, 3.4 y 4.4 coincidirán en una única jornada/taller a celebrar en el
mes de noviembre, que podrá constar tanto de sesiones plenarias como paralelas, y
donde se encontrarán de nuevo representantes de todos los eslabones de la cadena
logística del Banco de Alimentos de Asturias.
7. Se propone becar las tareas 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2 y 4.3, considerándose suficientes 2
plazas becadas a tiempo completo durante 6 meses. El resto de tareas serán realizadas
135
por otros estudiantes dentro de sus trabajos fin de estudios o por los propios
investigadores.
Véanse más arriba, en la Planificación temporal de las actividades, las fases
PUBLICACIÓN DE RESULTADOS y TALLER.
Con relación a este último, puede destacarse la experiencia de los investigadores
responsables de la presente propuesta en la organización con el IUTA de varios eventos con
características similares, todos los cuales tuvieron importante impacto mediático:
 Jornada EMPRENDER DESDE LA UNIVERSIDAD: LAS SPIN-OFF ACADÉMICAS
(noviembre de 2008).
 Jornada RECUPERACIÓN DE EMPRESAS EN CRISIS (noviembre de 2009).
 Café de Trabajo CENTRO PARA EL FOMENTO DEL EMPRENDIMIENTO EN EL
CAMPUS DE GIJÓN (abril de 2010).
 Café coloquio para revisión de los resultados de las tareas realizadas durante 2013 (12 de
diciembre de 2013).
 Café coloquio para revisión de los resultados de las tareas realizadas durante 2014 (2 de
diciembre de 2014).
 Desayuno de trabajo con empresas interesadas en colaborar en el proyecto (17 de
diciembre de 2014).
Gastos
Personal
2 becarios/as a
jornada completa
durante 6 meses:
750x6x2 = 9.000 €
Fungible
Material de
oficina diverso:
200 €
Inventariable
Amortización de
equipos
informáticos: 300 €
Otros Gastos
Viajes, inscripción
en congresos y
traducción de
artículos para
difusión académica
de resultados:
TOTAL
GASTOS
11.500 €
2.000 €
136
Entidad/Empresa
financiadora
Personal
Fungible
Inventariable
Ref.
Proyecto/Contrato
Dpto. de Admón. de
Empresas de la
Universidad de Oviedo
200 €
Proyecto MEC
recientemente
concedido
Otros
Gastos
TOTAL
INGRESOS
300 €
2.500 €
2.000 €
4.AYUDA SOLICITADA
2 becarios/as a jornada completa durante 4 meses: 750 x 6 x 2 = 9.000 €
5.AYUDA CONCEDIDA
4.500 €
137
138
139
140
141
142
143
144
PROYECTO Nº 12
Título: Sistema híbrido de compensación de potencia reactiva para aplicaciones de baja
tensión.
Investigador responsable: José Manuel Cano Rodríguez
Tfno: 985182625
Otros investigadores: Joaquín González Norniella, Gonzalo Alonso Orcajo, Pablo García
Fernández, Carlos H. Rojas García, Francisco Pedrayes González, Manés Fernández
Cabanas, Manuel García Melero.
Efibat Servicios Técnicos S.A., Municipio: Gijón
La empresa EFIBAT es una firma creada en el año 2011 que opera dentro de los campos de
la Calidad de la Energía y la Eficiencia Energética de las instalaciones eléctricas. Aun cuando
en los últimos tiempos ha comenzado a diversificar su producto, la base de su negocio se
basa en la fabricación (llevada a cabo en Asturias) y comercialización de sistemas de
compensación de potencia reactiva.
EFIBAT desea seguir ofreciendo al mercado soluciones propias y avanzadas que le permitan
mantener su competitividad dentro del sector. Es por ello, que a partir de la profunda
experiencia con que cuenta en lo que se refiere a sistemas de compensación pasivos (las
comúnmente conocidas como baterías de condensadores para corrección del factor de
potencia), pretende ahora colaborar con los equipos universitarios para desarrollar tecnología
activa. La presente propuesta supone una excelente oportunidad en este sentido y resulta por
tanto del máximo interés para EFIBAT. La ejecución del proyecto propuesto dará lugar a los
avances tecnológicos necesarios para implementar un primer prototipo de sistema híbrido de
compensación de potencia reactiva que, en posteriores pero previsiblemente rápidas fases de
desarrollo permitirá incluir este producto dentro del catálogo de soluciones ofertadas por la
empresa.
Debido al importante interés comentado, la colaboración de EFIBAT con el proyecto a través
del equipo investigador será plena desde su inicio. Para ello, se compromete a dotar al equipo
de investigación del material necesario (sistemas pasivos de compensación de producción
propia) para apoyar las investigaciones contempladas en el plan de trabajo. Por otro lado, de
ser aprobada la propuesta, la empresa y el equipo de investigación de la Universidad de
Oviedo valorarán la firma de un contrato en que la empresa pueda hacerse cargo de otros
gastos a los que el mismo pudiera dar lugar. En este sentido, y de cara a garantizar todas las
145
fases de desarrollo del producto hasta la comercialización del mismo, ambas partes
contemplarán en los próximos meses la posibilidad de acudir a fuentes adicionales de
financiación que permitan completar el proceso. En este camino, la posibilidad de iniciar el
proyecto de forma inmediata gracias a la aportación de un becario de investigación será un
incentivo de inestimable valor.
Este proyecto pretende desarrollar un sistema híbrido de compensación de potencia reactiva
en baja tensión destinado al sector terciario e industrial.
La corrección del factor de potencia (o compensación de potencia reactiva) es un método
empleado tradicionalmente para mejorar el aprovechamiento de los sistemas eléctricos, lo que
en el caso de los clientes no domésticos tiene importantes implicaciones en la facturación. La
solución comercial más extendida de cara a lograr este fin es la utilización de baterías de
condensadores trifásicas, dotadas de distintos escalones de potencia fija, que mediante un
regulador son conectados y desconectados de acuerdo a las necesidades de la instalación en
cada momento. Esta solución presenta importantes carencias, especialmente en el caso de
instalaciones con cargas muy variables y/o altos niveles de desequilibrio. En estos casos, los
sistemas pasivos son incapaces de cumplir adecuadamente con la tarea de compensación
esperada, tanto por el carácter discreto de la solución como por la imprescindible limitación
del número de maniobras a realizar mediante la incorporación de bandas de histéresis de cara
a garantizar una vida útil adecuada de los componentes. El problema se agrava en el caso de
presencia de desequilibrios, dado que las soluciones más habituales monitorizan la instalación
en base a medidas realizadas en una sola de sus fases.
La propuesta planteada pretende dotar opcionalmente a las soluciones tradicionales de un
último escalón (el de menor potencia) de carácter activo. Esto puede ser implementado a
través de un Statcom basado en un convertidor en fuente de tensión de 2 niveles. El adecuado
control de esta topología permitirá realizar un ajuste continuo y dinámico de las necesidades
de reactiva de forma independiente en cada fase, limitando en buena medida el número de
operaciones de los contactores de los escalones pasivos (alargando así su vida útil y evitando
muchas de las sobretensiones transitorias de tipo oscilatorio que suelen acompañar a estas
maniobras).
146
Fig. 1. Esquema de la solución propuesta
Dentro de los objetivos del proyecto se encuentra el diseño del sistema de control del referido
Statcom, así como el diseño de su etapa de conexión a red. Ambos constituyen un importante
reto, dado que la conexión del convertidor en terminales de la batería requiere que la inyección
de corrientes armónicas por parte de éste sea mínima (de cara a no reducir la vida útil de los
condensadores). Además, las soluciones de acoplamiento tradicionales - filtros LCL presentan problemas de estabilidad que resultan especialmente complejos en un punto de
conexión fuertemente capacitivo.
El proyecto dará solución a estos retos mediante el modelado matemático del problema,
recurriendo en lo posible a sistemas de amortiguamiento activo de cara a optimizar el
rendimiento del sistema. A continuación se construirá un prototipo de laboratorio a escala real,
cuyo funcionamiento será probado en combinación con una batería de condensadores
proveniente de la factoría que la empresa colaboradora tiene en Gijón.
El resultado científico del proyecto consistirá por tanto en vencer los problemas tecnológicos
que supone el desarrollo de un sistema híbrido de compensación de reactiva, alcanzando un
prototipo del mismo que permita a la empresa colaboradora estar en condiciones de iniciar el
proceso de industrialización de este tipo de soluciones.
Será por tanto una primera beneficiaria del proyecto la empresa colaboradora, que podrá
distinguirse de su competencia a través de una solución innovadora y de alto valor añadido.
A medio plazo, y una vez completado el proceso de industrialización, serán potenciales
beneficiarios los usuarios del producto, y más en concreto empresas industriales y del sector
terciario con cargas pulsantes y/o importantes niveles de desequilibrio en sus instalaciones,
que podrán acceder a una solución que reducirá su factura eléctrica y aumentará la vida útil
de su equipamiento.
En opinión del grupo solicitante, el interés en el proyecto de las distintas instituciones
implicadas queda ampliamente justificado por los argumentos que se plantean a continuación.
147
En lo que se refiere al Ayuntamiento de Gijón, fuente principal de la financiación solicitada,
éste consigue mediante el proyecto 2 tipos de impactos. Por un lado, contribuye a reforzar el
tejido industrial del municipio, al apoyar una propuesta que incide directamente en los
procesos de innovación de una empresa industrial radicada en el municipio. Este apoyo tiene
por finalidad el desarrollo de nuevos productos, lo que a medio plazo podría tener
implicaciones en la generación de nuevos puestos de trabajo de calidad. Por otro lado, esta
institución contribuye a que dentro de su ciudad, la Universidad de Oviedo pueda seguir
manteniendo y potenciando la presencia de un importante grupo de investigadores que, dentro
del campo de la ingeniería, y en este caso particular, dentro del interesante sector de la
electrónica de potencia, constituyen un indispensable apoyo para las empresas e instituciones
del entorno.
En lo que se refiere al Instituto Universitario de Tecnología Industrial de Asturias (IUTA),
mediante el apoyo a la presente propuesta éste contribuye, tal como figura en su objetivo
fundacional, al desarrollo tecnológico de Asturias mediante el fomento de actividades de I+D+i
de especial interés. Además favorece, como también figura entre los intereses del Instituto, la
formación e inserción laboral de jóvenes titulados, al permitir mediante la dotación de una
beca la incorporación de una persona a un grupo con probada experiencia (los integrantes de
la propuesta conforman en su práctica totalidad el grupo de Investigación en el Diagnóstico
de Máquinas e Instalaciones Eléctricas –DIMIE–, grupo de investigación consolidado,
acreditado como tal por la Agencia Nacional de Evaluación y Prospectiva –ANEP– desde
septiembre de 2011), a la vez que posibilita su incorporación a un proyecto con directa
vinculación con la industria local.
Para la Universidad de Oviedo el proyecto también resulta de especial interés desde distintas
vertientes. Por un lado, contribuye a dar continuidad a una línea de investigación bien
establecida. Es así que la propuesta da continuidad a los trabajos que desde hace una década
el grupo de investigación viene realizando en lo que se refiera a sistemas de compensación
de potencia reactiva, tanto a través de numerosos contratos con empresa como mediante
financiación en base a tres proyectos sucesivos del Plan Nacional de Investigación. En los
últimos años las soluciones activas han dado lugar a una interesante producción científica y
tesis doctorales que se refleja en los CV de los miembros del grupo investigador. Es así por
tanto de esperar que este tipo de producción, fundamental para la consecución de los
objetivos de la Universidad en el terreno de la Investigación, pueda ser reforzada a través de
este nuevo proyecto.
En lo que se refiere a la empresa que colabora en esta propuesta, su participación debe
conducirle a reforzar su posición en el mercado mediante la introducción en el medio plazo de
nuevas soluciones híbridas de compensación de potencia reactiva. Este hecho permitirá
mejorar la competitividad de la firma al dotarla de una tecnología propia aún no presente en
el mercado. La nueva solución aportará ventajas tecnológicas importantes sobre el producto
estándar, en el que los márgenes son reducidos debido a la fuerte competencia existente. La
empresa espera así que este proyecto pueda mejorar de forma significativa su
148
posicionamiento dentro del sector, y contribuir a que sus clientes perciban a la firma como una
compañía innovadora.
Finalmente sólo añadir que el contenido eminentemente práctico e innovador del proyecto
resulta innegable. Por un lado se trata de desarrollar una tecnología que dé lugar a un
prototipo a partir del cual se puedan iniciar las fases de industrialización de un producto. Por
otro lado, el mercado actual no ofrece este tipo de soluciones dentro del sector objetivo de la
propuesta.
2.3 Objetivos.
El objetivo general del proyecto consiste en el “Desarrollo de un sistema híbrido de
compensación de potencia reactiva”. Para su consecución este objetivo general se
desgranará en los siguientes objetivos específicos:
1. Diseño de un sistema de filtrado para un Statcom basado en convertidor en fuente
de tensión de 2 niveles, compatible con la conexión de éste dispositivo en el mismo
punto de acoplamiento que una batería de condensadores.
2. Diseño del sistema de control más adecuado para este convertidor, capaz de
garantizar su funcionamiento estable en cualquier circunstancia (y en especial ante
las variaciones de impedancia en el punto de conexión a que dará lugar el cambio
de escalones pasivos). Se valorará la utilización de varios tipos de esquemas
(control en corriente, control directo en potencia) así como distintos métodos de
amortiguamiento, primando los métodos activos sobre los activos.
3. Construcción de un prototipo de Statcom de 5 kvar (valor muy común en los
escalones más pequeños de las baterías tradicionales), que pueda realizar las
funciones requeridas junto con una batería tradicional de escalones pasivos.
La consecución de estos objetivos conseguirá solventar buena parte de los problemas
planteados por los sistemas de compensación pasivos. El nuevo sistema híbrido combinará
una batería de condensadores tradicional (que aportará el grueso de la potencia reactiva)
junto con un escalón activo (el Statcom desarollado en el proyecto). La parte activa de la
solución permite realizar una regulación continua de la reactiva entregada, lo que posibilita
ajustarse de forma exacta a las necesidades coyunturales de la instalación, reduce el stress
de los contactores y los problemas ligados a las sobretensiones transitorias al limitar el número
de operaciones a realizar con los escalones pasivos y permite además ajustar las necesidades
de reactiva de forma independiente en cada fase adaptándose a las condiciones de
desequilibrio de la instalación.
149
2.4 Metodología.
La consecución de los objetivos del proyecto será abordada mediante el desarrollo de las
siguientes tareas:
T. 1 Modelado matemático de un Statcom de 5 kvar mediante la utilización de la
herramienta Simulink de Matlab.
T. 2 Diseño y modelado de sistema de filtrado que garantice un nivel de inyección de
corrientes armónicas muy reducido. Se contemplarán especialmente los filtros de
tipo LCL.
T. 3 Diseño e inclusión en el modelo de un sistema de control capaz de gobernar el
Statcom de forma que pueda inyectar o demandar potencia reactiva en cada fase
de forma independiente y con una rápida dinámica (en el entorno de un ciclo de
tensión de red).
T. 4 Diseño de un sistema de amortiguamiento que permita operar al Statcom de forma
estable ante los esperables cambios bruscos de impedancia que se producirán en
su punto de conexión (debido especialmente a la entrada y salida de escalones
pasivos). Se valorará inicialmente el amortiguamiento pasivo, viendo las
consecuencias que el mismo tiene en el rendimiento del conjunto. A continuación
se estudiará la utilización de un sistema de amortiguamiento activo. Se llegará
finalmente a una decisión en torno a qué método resulta más conveniente para la
aplicación objetivo.
T. 5 Construcción de un prototipo de Statcom de 5 kvar en el que se implementen las
técnicas de filtrado, control y amortiguamiento consideradas óptimas según los
resultados de las tareas anteriores.
T. 6 Realización de pruebas del prototipo junto con una batería de condensadores
tradicionales, de forma que se quede demostrado su correcto funcionamiento.
T. 7 Difusión de los resultados del proyecto mediante presentación de al menos una
comunicación en congreso.
El resultado del proyecto debe consistir en el desarrollo de un sistema híbrido de
compensación de potencia reactiva. Si bien el prototipo alcanzado aún precisará de una fase
posterior de industrialización para que el producto pueda ser lanzado al mercado
(abaratamiento de coste de componentes, dotación de una envolvente de aspecto profesional,
adaptación a normativa de seguridad), se deberán haber vencido las barreras tecnológicas
más importantes.
150
Las actividades descritas en el apartado de “Metodología” se desarrollarán en el tiempo de
acuerdo al siguiente diagrama de Gantt.
Tareas
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
T. 1
T.2
T.3
T.4
T. 5
T.6
T. 7
Nota: De acuerdo a las consultas realizadas a personal del IUTA, se espera que el becario pueda ser incorporado
durante el mes de marzo, fecha en que dará comienzo así el proyecto. El hecho de que esta incorporación sea
posterior o la cuantía concedida inferior a la solicitada podría retrasar el cumplimiento de los objetivos.
El personal becario participará en realidad en todas las actividades previstas en el proyecto,
siendo sus funciones específicas las siguientes.
-
En lo que se refiere a las tareas T.1, T. 2, T. 3 y T. 4 el personal becario recibirá la
formación oportuna en estos campos por parte del equipo investigador. El becario
procederá a realizar la implementación en Simulink de Matlab del Statcom y su sistema
de filtrado de acuerdo a las directrices de los miembros del equipo. Estudiará de forma
específica los problemas de estabilidad a que conduce la utilización de filtros LCL en
estas topologías y contribuirá, junto con el resto de investigadores a proponer las
mejores soluciones de amortiguamiento para la solución objetivo.
-
Dentro de las tareas T. 5 el personal becario se encargará de implementar en una
plataforma de desarrollo de microcontroladores el sistema de control del Statcom que
será empleado en el prototipo.
-
En lo que se refiere a la tarea T. 6, el personal becario colaborará con los miembros
del equipo de investigación en la realización de las pruebas de laboratorio del prototipo.
En concreto se ocupará de realizar cuantas modificaciones sean necesarias en el
algoritmo de control del dispositivo hasta que los resultados se correspondan con los
esperados.
-
La tarea T. 7, correspondiente a la difusión de los resultados será responsabilidad
principal de los miembros del grupo de investigación. No obstante, y dependiendo del
151
perfil del becario (se procurará que tenga estudios especializados en electrónica de
potencia) y sus intereses, se le motivará para que contribuya también en estas
actividades.
La divulgación de los resultados tendrá lugar por las siguientes vías:
1. Redacción de informes destinados a la empresa colaboradora. En estos informes
se detallarán las características técnicas de la solución alcanzada.
2. Publicación de los resultados en reuniones científicas. Durante el año 2015 se
prevé proceder a realizar una contribución a congreso que contribuirá a la difusión
de los resultados del proyecto. Debido a la corta duración del proyecto no resulta
realista esperar que se pueda dar lugar a una publicación en revista dentro del
mismo (considerando los largos tiempos de revisión de las revistas de impacto del
ramo). Sí se espera sin embargo que esto pueda tener lugar en los meses
siguientes a su finalización.
3. Participación en las Jornadas de Difusión de Proyectos que organiza el IUTA.
El equipo investigador no ha participado en convocatorias anteriores subvencionadas por el
IUTA.
Gastos
Personal
Fungible
7.500 €
Inventariable
3.000 €
400 €
Otros
Gastos
TOTAL
GASTOS
10.900 €
Personal: Becario implicado en las tareas del proyecto.
Fungible: Adquisición de componentes para la construcción y puesta en funcionamiento del
prototipo de Statcom.
Inventariable: Batería de compensación de reactiva (aportación de la empresa colaboradora).
152
Entidad/Empresa
financiadora
Personal
Fungible
Inventariable
Ref.
Proyecto/Contrato
Futuro contrato a
celebrar entre la
empresa Efibat y el
equipo investigador (se
espera firmar tras la
concesión de esta
ayuda)
3.000 €
400 €
Otros
Gastos
TOTAL
INGRESOS
3.400 €
4.AYUDA SOLICITADA
50 € / mes x 10 meses = 7.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
3.000 €
153
154
PROYECTO Nº 13
Título: Análisis de la eficiencia energética en carretera de un vehículo eléctrico. Desarrollo
e integración de un sistema de medidas “on-board”.
Investigador responsable: Juan Carlos Viera Pérez
Tfno: 985182424
Otros investigadores: Pablo Luque Rodríguez, Manuela González Vega, Cecilio Blanco
Viejo, Daniel Álvarez Mantaras, Juan Carlos Álvarez Antón
1- Daisa Baterías Gijón. Distribuidora Acumuladores Importados, S.A.
Empresa especializada en el suministro de energía a sistemas a baterías, para todo tipo de
aplicaciones, desde baterías para el automóvil, baterías de tracción para las carretillas
eléctricas de almacenes, equipos industriales como fregadoras eléctricas, alarmas o
sistemas de alimentación ininterrumpida (SAIs), hasta las baterías para pequeños vehículos
eléctricos, embarcaciones náuticas o para la instalación de energía solar fotovoltaica.
La empresa Daisa, está interesada en los resultados del proyecto, especialmente aquellos
relacionados con el estudio y análisis de comportamiento de las baterías de tracción en
vehículos eléctricos en carretera, el uso que se hace de la energía de la batería, la eficiencia
energética de los procesos de carga y descarga y la manera de mejorarlos. La empresa
aportará al proyecto las baterías que se utilizarán en el vehículo eléctrico y algunas otras
muestras para su estudio en el laboratorio.
2- Universidad de Cantabria. Grupo de Ingeniería Microelectrónica
Los profesores e investigadores de este Grupo de Investigación se han especializado en el
desarrollo de convertidores de potencia y técnicas novedosas de control. Actualmente, este
grupo de investigación mantiene colaboración con el Laboratorio de Baterías de la
Universidad de Oviedo para desarrollar cargadores inteligentes de baterías. Recientemente
este grupo de investigación ha asumido la tutorización del grupo de estudiantes que
participan en la competición Formula Student que implica el diseño y construcción de un
prototipo de vehículo eléctrico y la propuesta de un proyecto industrial basado en este diseño
(ver http://www.formulastudent.es/)
Los resultados previstos en este proyecto se relacionan directamente con algunas de las
principales líneas de investigación de este grupo de trabajo, especialmente las referidas a la
gestión eficiente de la carga de las baterías empleadas en vehículos eléctricos e híbridos.
155
Principales motivos que justifican la realización de este proyecto: Necesidad de conocer el
comportamiento real de los sistemas de almacenamiento energético y la forma de gestionar
de manera eficiente su energía en vehículos eléctricos partiendo de una serie de variables
con influencia significativa (variables eléctricas, mecánicas, medioambientales, forma de
conducción, etc.). Normalmente se hacen ensayos de laboratorio que no llegan a emular el
efecto de todas las variables involucradas en perfiles reales de uso de vehículos eléctricos y
en este proyecto se pretende acercar los ensayos de laboratorio al comportamiento real del
vehículo. Una vez que se disponga de información real sobre el comportamiento del sistema
de almacenamiento y de los requerimientos exigidos por el vehículo se diseñaran y
programarán protocolos de ensayos aplicables a cualquier sistema de almacenamiento para
facilitar su comparación y realizar estudios de eficiencia energética.
Posibles beneficiarios: Todas las empresas vinculadas al sector de la automoción y
especialmente las vinculadas al sector del vehículo eléctrico, híbrido o micro-híbrido.
Empresas e instituciones que se dedican a la investigación de la gestión energética en
automoción y sectores similares con sistemas de almacenamiento embarcado, las que se
dedican al desarrollo de convertidores de potencia para la gestión energética, a la
instrumentación electrónica y el control. La propia Escuela de Ingenieros de Gijón que
participa por primera vez en una competición entre estudiantes de universidades de todo el
mundo que promueve la excelencia en ingeniería a través de una competición donde los
miembros del equipo diseñan, construyen, desarrollan y compiten con un monoplaza de
tracción eléctrica. También son beneficiarios directos de los resultados que aporte este
proyecto, grupos de trabajo de la Universidad de Oviedo que trabajan en la obtención de
modelos de baterías para vehículos eléctricos (tanto en la fase de obtención de datos de
campo como en la de validar los modelos que están desarrollando).
Objetivos específicos:
1. Identificación y análisis de las principales variables que afectan la eficiencia energética
en el vehículo eléctrico.
2. Análisis de los requerimientos energéticos al sistema de almacenamiento.
3. Selección de los recorridos urbanos típicos que permitan el estudio energético.
4. Diseño de protocolos para bancos de ensayos partiendo de datos reales obtenidos en
campo.
Metodología: Revisión de la literatura más actualizada sobre el tema que se investiga.
Determinación de las variables con mayor influencia en la eficiencia energética del vehículo a
través de pruebas de campo. En función de las variables escogidas se estudia y seleccionan
diferentes circuitos de interés para evaluar dichas variables en campo. Finalmente, se diseñan
156
protocolos para bancos de ensayo que emulen los requerimientos al sistema de
almacenamiento del coche y faciliten su estudio en el laboratorio.
Resultados esperables: Identificación de las principales variables que afectan la eficiencia
energética en el vehículo eléctrico. Identificación de los principales requerimientos energéticos
de un sistema de almacenamiento en un vehículo eléctrico. Obtención de mapas de circuitos
de conducción característicos para el estudio de la eficiencia energética. Obtención de
protocolos de ensayo de sistemas de almacenamiento de vehículos eléctricos con
incorporación de variables obtenidas en pruebas reales para su reproducción en cualquier
otro sistema de almacenamiento en un laboratorio.
Uno de los principales problemas que en la actualidad limita la introducción a gran escala de
los vehículos eléctricos es el sistema de almacenamiento y las razones principales son la
carencia de conocimiento sobre su funcionamiento con precisión y por otro lado su elevado
precio a día de hoy. El precio depende del mercado y de la evolución que vayan teniendo
tanto el precio de las componentes necesarias del sistema de almacenamiento, como de la
propia producción y venta de vehículos. La carencia de conocimiento acerca del
funcionamiento óptimo de los sistemas de almacenamiento y el uso eficiente de la energía es
un tema en el que este proyecto propone aportaciones. Dichas aportaciones van dirigidas a
la mejora de las prestaciones de los sistemas de almacenamiento embarcados en vehículos
eléctricos, una mayor comprensión sobre su capacidad y limitaciones para entregar de forma
eficiente la energía, así como la obtención de datos de campo que permitan mejorar los
modelos con los que se cuenta actualmente y que permiten diseños óptimos de cargadores
de baterías y de forma general BMSs (Battery Management Systems).
2.3 Objetivos.
La hipótesis de la que se parte en este proyecto es que la gestión energética de un vehículo
eléctrico debe hacerse con una alta eficiencia, tanto para extender la autonomía del vehículo
como para alargar la vida del sistema de almacenamiento que se utilice. Para realizar una
gestión energética eficiente se necesita conocer con exactitud cómo funciona el sistema de
almacenamiento de un vehículo eléctrico ante los requerimientos exigidos por el mismo. Este
problema no se resuelve únicamente con ensayos estandarizados de laboratorio, es
importante poder evaluar la gestión de la energía en aplicaciones reales. En este proyecto se
quiere instrumentalizar un coche eléctrico de la marca Bombardier perteneciente al Grupo de
Investigación de Sistemas de Medida, Almacenamiento Energético y Aplicaciones Industriales
(Área de Tecnología Electrónica), para recoger datos de campo que permitan relacionar
diferentes variables con las necesidades energéticas del coche eléctrico. De esta forma, el
coche se convierte en un banco de ensayo de condiciones reales que aporta información muy
importante para cualquier análisis de eficiencia en el uso de la energía. Se pretende incorporar
análisis de variables eléctricas, mecánicas, medioambientales y de hábitos de conducción y
157
para ellos se cuenta con la colaboración de investigadores del Departamento de Construcción
e Ingeniería de Fabricación de la Escuela de Ingenieros de Gijón (Área de Ingeniería e
Infraestructura del Transporte).
Para realizar las pruebas en campo con el vehículo eléctrico instrumentalizado, se estudiará
y seleccionaran los recorridos de ciudad más representativos para los análisis propuestos en
este proyecto. Además, una vez que se disponga de los resultados de las pruebas de campo,
se pueden programar ensayos de laboratorio emulando el comportamiento real obtenido y con
la posibilidad de aplicarlo a cualquier sistema de almacenamiento, independientemente de la
tecnología que se trate.
Fig.1 Vehículo Eléctrico y Máquina de Ensayos que se utilizarán en el proyecto
Los objetivos marcados en el proyecto son los siguientes:
Objetivo 1: Estudio de la eficiencia energética de un vehículo eléctrico en recorrido urbano
Objetivo 2: Diseño de protocolos para bancos de ensayo en laboratorio basado en datos
reales de recorridos urbanos
2.4 Metodología.
Para cumplir los objetivos marcados en el proyecto se desarrollaran las siguientes tareas:
 Objetivo 1
Hito 1 Selección del Sistema de Almacenamiento
Tarea 1.1 Análisis de los principales requerimientos al sistema de almacenamiento de energía
del vehículo eléctrico.
158

En esta tarea se estudiará la demanda energética del vehículo, la cantidad y la forma
en que se consume la energía para alcanzar una autonomía que se defina en unas
condiciones estándares.
Tarea 1.2 Selección del sistema de almacenamiento a utilizar.

La empresa colaboradora aportará varios modelos de baterías. Se estudiará cuál de
ellos se adapta mejor a la aplicación. Se realizarán las pruebas que sean necesarias,
incluyendo ciclos de carga-descarga para seleccionar la mejor opción.
Hito 2 Identificación de variables con influencia significativa en la eficiencia energética
Tarea 1.3 Identificación y análisis de las principales variables que afectan la eficiencia
energética.

En esta tarea se estudiarán todas las variables que afectan la eficiencia energética y
se seleccionarán aquellas con mayor influencia y que puedan ser estudiadas. Algunas
de las variables objeto de estudio serán: velocidad, aceleración, pendientes del
recorrido, corriente demandada al sistema de almacenamiento, temperatura del
sistema de almacenamiento, tensión, condiciones medio ambientales, modos de
conducción, etc.
Tarea 1.4 Análisis y selección de los recorridos urbanos representativos para el estudio.

Teniendo en cuenta los resultados del análisis realizado en la Tarea 1.3 se realizará
un estudio de los circuitos urbanos en la ciudad de Gijón que puedan ser de mayor
interés para este proyecto.
Entregable 1 (E1)
Hito 3 Desarrollo y montaje del hardware de instrumentación, medida, comunicación y
adquisición de datos
Tarea 1.5 Selección de sensores y diseño de la instrumentación electrónica necesaria para la
medida de las variables (tensión y corriente demandada al sistema de almacenamiento,
temperatura de las baterías, velocidad, etc.)

En función de las variables objeto de medidas, se seleccionarán y/o diseñarán los
circuitos electrónicos y sensores necesarios, el acondicionamiento de señales y la
comunicación.
Tarea 1.6 Adaptación de medidas de posición utilizando GPS para su incorporación en el
sistema de medidas.

Se diseñará un sistema de posicionamiento que utilice varios GPSs integrados con el
resto de medidas objeto de análisis en el proyecto de manera que se puedan
interpretar todas las medidas en su conjunto.
159
Tarea 1.7 Diseño e integración de un sistema de adquisición de datos (se valorará la
integración utilizando un ordenador, una tarjeta de adquisición de datos y el software de
programación gráfica LabVIEW® del que se dispone Licencia de Software Corporativa)

Se estudiará la mejor alternativa para adquirir las medidas procedentes de los
sensores y/o circuitos de acondicionamiento desarrollados, integrarlas, representarlas
y facilitar su posterior análisis.
Hito 4 Realización de pruebas de campo y análisis datos de variables con influencia en la
eficiencia energética
Tarea 1.8 Realización de pruebas de campo.
 Se procederá a realizar los circuitos urbanos para la obtención de variables.
Tarea 1.9 Análisis de los resultados obtenidos de los recorridos urbanos realizados con el
vehículo.



Tratamiento y Análisis de la información obtenida. Estudio de eficiencia energética en
función de los recorridos urbanos realizados y las medidas de las variables obtenidas.
Propuesta de mejoras al rendimiento.
Propuestas de modos de conducción eficientes para mejorar el rendimiento
energético.
Entregable 2 (E2)
 Objetivo 2
Hito 5 Análisis y definición de protocolos adaptados a bancos de ensayo de laboratorio
Tarea 2.1 Análisis de los resultados obtenidos de los recorridos urbanos realizados con el
vehículo y adaptación a los requerimientos del banco de ensayo disponible PEC SBT-1050.

Adaptación de los niveles de corriente y tensión obtenidos en los recorridos reales a
las posibilidades de programación en el laboratorio.
Tarea 2.2 Definición de protocolos de ensayo para realizar en laboratorio y aplicable a
cualquier tipo de sistema de almacenamiento.

Desarrollo de uno o varios protocolos tipo basados en el comportamiento real del
vehículo y las variables obtenidas.
Hito 6 Programación, ejecución y validación de los resultados de los ensayos de laboratorio
Tarea 2.3 Programación de protocolos para equipo PEC SBT-10050

Preparación del hardware necesario para la realización de ensayos en equipo PEC
SBT-100-50
160

Siguiendo el método de programación del equipo PEC SBT-10050 se le introducirán y
depurarán los protocolos definidos en la Tarea 2.2.
 Ejecución de ensayos en laboratorio utilizando los protocolos programados y
depurados en la tarea 2.3
Tarea 2.4 Comparación de los resultados de las pruebas de campo y de laboratorio

Se validarán los ensayos realizados en laboratorio, pero basados en comportamientos
reales, con los datos obtenidos en los recorridos reales en ciudad.
Informe Final del Proyecto (IFP)




Identificación de las principales variables que afectan la eficiencia energética en el
vehículo eléctrico.
Identificación de los principales requerimientos energéticos de un sistema de
almacenamiento en un vehículo eléctrico.
Obtención de mapas de circuitos de conducción en ciudad (Gijón) para el estudio de
la eficiencia energética.
Obtención de protocolos de ensayo de sistemas de almacenamiento de vehículos
eléctricos con incorporación de variables obtenidas en pruebas reales para su
reproducción en cualquier otro sistema de almacenamiento en un laboratorio.
HITOS
Participantes
MESES
1
2
3
x
x
4
5
6
7
8
9
10
11
Hito 1. Selección del Sistema de Almacenamiento
T
1.1
Análisis de los principales requerimientos al
sistema de almacenamiento de energía del
vehículo eléctrico
JC Viera
M González
x
*Becario
T
1.2
Selección del sistema de almacenamiento a
utilizar
JC Viera
M González
*Becario
Hito 2. Identificación de variables con influencia significativa en la eficiencia energética
T
1.3
Identificación y análisis de las principales variables
que afectan la eficiencia energética
JC Viera
Pablo Luque
x
x
x
Daniel
Álvarez
*Becario
161
12
T
1.4
Análisis y selección de los recorridos urbanos
representativos para el estudio
JC Viera
Pablo Luque
x
x
X
E1
Daniel
Álvarez
*Becario
Hito 3. Desarrollo y montaje del hardware de instrumentación, medida, comunicación y adquisición de datos
T
1.5
T
1.6
Selección de sensores y diseño de la
instrumentación electrónica necesaria para la
medida de las variables (tensión y corriente
demandada al sistema de almacenamiento,
temperatura de las baterías, velocidad, etc.)
JC Viera
Adaptación de medidas de posición utilizando
GPS para su incorporación en el sistema de
medidas
JC Viera
C Blanco
*Becario
JC Antón
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
*Becario
T
1.7
Diseño e integración de un sistema de adquisición
de datos
JC Viera
JC Antón
x
*Becario
Hito 4. Realización de pruebas de campo y análisis datos de variables con influencia en la eficiencia energética
T
1.8
Realización de pruebas de campo
JC Viera
Pablo Luque
x
x
x
x
x
x
x
Daniel
Álvarez
*Becario
T
1.9
Análisis de los resultados obtenidos de los
recorridos urbanos realizados con el vehículo
JC Viera
Pablo Luque
X
E2
Daniel
Álvarez
*Becario
Hito 5. Análisis y definición de protocolos adaptados a bancos de ensayo de laboratorio
T
2.1
Análisis de los resultados obtenidos de los
recorridos urbanos realizados con el vehículo y
adaptación a los requerimientos del banco de
ensayo disponible PEC SBT-1050
JC Viera
Pablo Luque
Daniel
Álvarez
x
x
x
x
x
x
x
x
*Becario
T
2.2
Definición de protocolos de ensayo para realizar
en laboratorio y aplicable a cualquier tipo de
sistema de almacenamiento
JC Viera
*Becario
Hito 6. Programación, ejecución y validación de los resultados de los ensayos de laboratorio
T
2.3
Programación de protocolos para equipo PEC
SBT-10050
JC Viera
T
2.4
Comparación de los resultados de las pruebas de
campo y de laboratorio
JC Viera
*Becario
x
162
x
Pablo Luque
IFP
Daniel
Álvarez
M González
*Becario
* A partir de la concesión de la financiación para el proyecto. El becario es necesario durante
todos los meses del proyecto ya que su participación es determinante para realizar cada una
de las tareas en coordinación con cada subgrupo de investigadores.
Durante el año que se desarrolle el proyecto se plantean las siguientes acciones de
divulgación:
1.
Presentación de ponencias en conferencias internacionales. Según el área de
investigación en la que se enmarca este proyecto, se plantea presentar los
resultados de la investigación en alguna de las conferencias más relevantes en este
campo: “Advanced Automotive Battery Conference, AABC”, Electric Vehicle
Symposium, EVS”, European Electric Vehicle Congress, EEVC”.
2.
Publicaciones en revistas indexadas internacionales. Los resultados del proyecto,
en el caso de que sean especialmente relevantes, se publicarán en alguna de las
siguientes revistas: “IEEE Transactions on Industry Applications”, “IEEE
Transactions on Power Electronics”, “IEEE Transactions on Industrial Electronics”,
“IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, “Journal of Power
Sources”, “IEEE Transactions on Vehicular Technology”.
3.
Jornadas de divulgación tecnológicas regionales. Presentación del vehículo y los
resultados obtenidos en cualquier jornada divulgativa que se organice a nivel local
y/o regional.
4.
Durante el tiempo de realización del proyecto el coche eléctrico puede llevar algún
logo que haga referencia a las entidades participantes en el proyecto.
163
Gastos
Personal
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
750 €x12meses
TOTAL GASTOS
9.000 €
Ingresos (ayuda recibida por otras instituciones o empresas)
La empresa colaboradora Daisa suministrará varios módulos de 12 V para el sistema de
alimentación del coche (6 módulos para embarcar en el vehículo y algunos otros para pruebas
de laboratorio). El valor de esta ayuda será de 3.500 euros (en baterías de tracción). El resto
de materiales necesarios serán aportados por los grupos de investigación de la escuela y que
están vinculados al proyecto (Área de Tecnología Electrónica – DIEECS y Área de Ingeniería
e Infraestructura del Transporte – Departamento de Construcción e Ingeniería de Fabricación)
4.AYUDA SOLICITADA
1 Persona x 1 año = 9.000 €
5.AYUDA CONCEDIDA
2.250 €
164
165
166
PROYECTO Nº 14
Título: NanoSensor: detección y cuantificación de bacterias mediante nanopartículas
magnéticas
Investigador responsable: José Carlos Martínez García
Tfno: 985182079
Otros investigadores: Montserrat Rivas Ardisana, David Lago Cachón, José Ángel García
Díaz, Francisco J. Carrizo Medina, Rosario Díaz Crespo y Laura Elbaile Viñuales.
Dismed S.A. y la Fundación Prodintec, ambas empresas ubicadas en Gijón, apoyan esta
propuesta.
Dado el carácter multidisciplinar del proyecto en el que la Física y la Ingeniería se dan la
mano con la bioquímica y la biología, el asesoramiento del personal especializado de Dismed
S.A: en materia de procesos/reactivos bioquímicos, es muy interesante. Su conocimiento de
los problemas biomédicos a resolver y de las limitaciones de las técnicas existentes es un
complemento esencial del proyecto.
La Fundación Prodintec posee amplísima experiencia en el campo de la instrumentación, y
muy particularmente de sensores y biosensores, lo que hace que sea una EPO
especialmente importante para este proyecto. Es tal el interés que tenemos en colaborar en
esta línea de investigación que ya hemos participado juntos en otras convocatorias públicas
de proyectos de innovación junto con otras dos empresas asturianas.
Los métodos más habituales de detección de bacterias (microscopía, cultivos o amplificación
genética) requieren instrumental caro y pesado o conllevan mucho tiempo de análisis en el
laboratorio. Por ello, resulta especialmente interesante poner a punto un método más barato,
rápido y sencillo de detección de patógenos. En esa línea, el trabajo que se propone consiste
en desarrollar un sistema automatizado de detección de bacterias, denominado NanoSensor.
El principio básico de funcionamiento de este sistema fue identificado en 2013 por el equipo
167
solicitante (Nanotechnology 24 245501 2013) y cuenta con la ventaja de que el elemento
sensor es extremadamente barato.
El uso del sistema NanoSensor para la detección de bacterias (en particular, se experimentará
con la bacteria Escherichia coli) requiere utilizar nanopartículas superparamagnéticas para el
marcaje biológico de la bacteria seleccionada. Este proceso de marcaje debe ser específico,
lo que hace necesaria la funcionalización de las nanopartículas mediante los anticuerpos
adecuados.
Como puede intuirse, NanoSensor es el resultado de varios años de investigación en
aplicaciones biológicas de la nanotecnología. A lo largo de este proyecto, además de
establecer los protocolos concretos para la detección de la bacteria E. coli, se implementará
un sistema tridimensional de micro-posicionamiento de la muestra biológica sobre el
NanoSensor, con el objetivo de reducir la incertidumbre de las medidas y mejorar la
repetibilidad del proceso.
En la misma línea de mejora, se realizarán estudios teóricos y simulaciones numéricas de las
corrientes y campos electromagnéticos en el circuito sensor, tendentes a optimizar la
geometría más favorecedora de la detección y a conseguir, de este modo, incrementar la
sensibilidad del sistema NanoSensor.
Debe entenderse que aunque se pretende optimizar el sistema para detección de una bacteria
concreta, el trabajo propuesto es fácilmente generalizable para la detección de cualquier otro
patógeno, lo que da una idea del gran número de posibles beneficiarios del sistema
NanoSensor en desarrollo, tanto desde el punto de vista de la explotación (todo tipo de
empresas especializadas en equipos de laboratorios de análisis) como del aprovechamiento
( empresas de gestión de aguas o de alimentos, hospitales, centros de salud, etc.).
La velocidad de avance de las técnicas bioquímicas en los últimos tiempos ha hecho de la
detección y cuantificación de entidades biológicas (virus, bacterias, proteínas, etc.) un campo
de especial interés. Sin embargo, los métodos actuales de biodetección implican el traslado
de las muestras a un laboratorio y la realización de diferentes procesos (cultivos celulares,
análisis genético, etc.) que requieren un considerable tiempo.
Nuestro grupo ha desarrollado, en los últimos años, el sistema electromagnético NanoSensor
de detección de nanopartículas superparamagnéticas (NPSP) basado en la variación de la
impedancia de un circuito conductor debida a la proximidad de las NPSP (Nanotechnology 24
245501 2013). De este modo, el marcaje de las entidades biológicas de interés mediante las
NPSP permitirá, utilizando nuestro NanoSensor, su detección y cuantificación.
El objetivo de cuantificación del número de NPSP presentes (y, en consecuencia, de la
cantidad de material biológico a detectar) requiere una alta reproducibilidad de las medidas.
Para ello resulta imprescindible garantizar una gran precisión en el posicionamiento de las
muestras. Por otro lado, nuestra experiencia demuestra que la proximidad del operador influye
168
considerablemente en las medidas. Como consecuencia de todo ello se nos hace
imprescindible desarrollar un sistema automático de posicionamiento de las muestras que
permita prescindir de la presencia de un operario en las proximidades del NanoSensor. En
esa línea, hemos adquirido recientemente un sistema de microposicionamiento automático en
tres dimensiones (3D), y está en el ámbito del proyecto que ahora se solicita su adaptación al
sistema NanoSensor.
Desde el punto de vista de la optimización del sistema NanoSensor, se hace necesario
profundizar en los mecanismos físicos de la propia detección. Si bien nuestro grupo ya ha
publicado algunos resultados preliminares en esta línea (Sensors and Actuators A 216 123
2014), consideramos conveniente la realización de simulaciones numéricas para conocer con
detalle la distribución de las corrientes y campos electromagnéticos en el circuito sensor, así
como el efecto en términos de campos de la presencia de las nanopartículas
superparamagnéticas en sus proximidades. Esta es otra parte esencial del proyecto que ahora
se propone y que se desarrollará de forma simultánea con el trabajo experimental de
laboratorio.
Esta investigación está subvencionada por el proyecto de investigación MAT2012-33405 del
Plan Nacional que, además de demostrar el interés en ella por parte del Ministerio de
Economía y Competitividad, asegura la disponibilidad de medios materiales al personal
becario para el desarrollo de su actividad.
Dismed S.A. es una empresa radicada en Gijón para la cual tanto el marcaje selectivo, como
la detección cuantitativa de alta sensibilidad de entidades biológicas son aspectos de enorme
interés por cuanto podrían permitir la mejora de procesos e incluso el desarrollo de productos
altamente competitivos. La Fundación Prodintec ha manifestado su interés por la generación
y comercialización de productos dirigidos al diagnóstico de patologías mediante biosensores.
Todo ello nos lleva a plantearnos la posibilidad de generar en el futuro una patente al
alcanzarse los resultados de investigación previstos. Por último, colaborar con otras
empresas, tanto dentro como fuera de Gijón es una oportunidad de estar al día de las
necesidades y capacidades técnicas de las empresas que podrían estar interesadas en
comercializar la posible patente. También nos permite formar un consorcio empresasuniversidad para participar en convocatorias de proyectos de I+D+i, tanto nacionales como
internacionales.
2.3 Objetivos.
Los objetivos concretos del proyecto son los siguientes:



Implementar un método específico de marcaje de bacterias (en particular, Escherichia
coli) mediante nanopartículas magnéticas.
Desarrollar un sistema de microposicionamiento automático 3D de la muestra respecto
al sensor.
Estudiar teóricamente y simular numéricamente el circuito sensor, así como el efecto
que sobre él produce la proximidad de las nanopartículas.
169

Incorporar los resultados del proyecto al desarrollo del NanoSensor.
2.4 Metodología.
La bacteria concreta que se va a intentar detectar y cuantificar utilizando el sistema
NanoSensor a lo largo del desarrollo de este proyecto es la E. coli, una bacteria cuya detección
rápida es importante por las consecuencias graves que su presencia puede tener para la
salud. Para marcar esta bacteria se utilizarán nanopartículas superparamagnéticas, cuyo
tamaño las hace adecuadas para este fin. Además, su carácter superparamagnético
proporciona dos ventajas: por un lado en ausencia de campos magnéticos no se atraen como
los imanes macroscópicos y, por lo tanto, permanecen estables en disolución, permitiendo su
interacción individual con las bacterias; por otro lado, es precisamente este carácter el que
permite su detección específica con nuestro sistema NanoSensor.
Se desarrollarán unas NPSP funcionalizadas específicamente para adherirse a la membrana
de E. coli. Este proceso de funcionalización requiere realizar cuidadosas reacciones
bioquímicas en las cuales nuestro grupo ya tiene experiencia (Phys. Status Solidi C 11 1043
2014). Las NPSP se añaden a la muestra biológica líquida a analizar y, tras un intervalo de
tiempo relativamente corto (del orden de 30 minutos), las nanopartículas marcan las bacterias
presentes. El líquido resultante se hace pasar por sucesivos filtrados hasta separarlo en
distintas fracciones:


El líquido purificado, sin bacterias ni NPSP.
La fracción magnética que a su vez se divide mediante nuevos filtrados en:
o La fracción negativa bacteriana, formada por nanopartículas que no hayan
marcado bacterias.
o La fracción positiva bacteriana, consistente en bacterias marcadas
magnéticamente.
La fracción positiva bacteriana es la que tiene interés, por ser la que se presenta al sensor,
que mide su señal magnética, proporcional al número de bacterias.
La interacción humana cuando se quiere detectar cantidades minúsculas de sustancias es
una importante fuente de incertidumbre. Este hecho, junto con la necesidad de garantizar la
reproducibilidad de las medidas del NanoSensor, apunta a la conveniencia de desarrollar un
sistema de microposicionamiento automático. El montaje y programación del posicionador
correrá a cargo del personal becario del proyecto.
Finalmente, para optimizar el propio sistema NanoSensor, se realizarán un estudio teórico y
simulaciones numéricas de la interacción electromagnética entre la corriente eléctrica del
sensor y el magnetismo de las NPSP, también a cargo del personal becado.
170
Los frutos del trabajo del personal becado, tanto en lo que se refiere al estudio teórico, como
a las simulaciones numéricas y al desarrollo del sistema de microposicionamiento automático
3D de las muestras, se incorporarán al NanoSensor, con lo que se espera incrementar su
sensibilidad así como desarrollar una técnica de detección y cuantificación del patógeno
Escherichia coli mediante métodos magnéticos.
La duración estimada del proyecto es de 12 meses, durante los cuales el personal becario
financiado por el IUTA realizará las siguientes actividades:




Marcaje, separación y concentración de muestras bacterianas, 3 meses.
Implementación de un sistema 3D de microposicionamiento automático, 3 meses.
Estudio teórico de la interacción entre las nanopartículas y el circuito sensor, 3 meses.
Simulaciones numéricas de los campos electromagnéticos en el sistema NanoSensor,
3 meses.
Al tratarse de una investigación interdisciplinar, la divulgación de resultados debe tener dos
niveles: un nivel especializado científico-técnico y otro más general donde se pueda captar la
atención de posibles colaboradores y/o usuarios de la tecnología desarrollada.
Para ello se realizarán las siguientes actividades divulgativas:





Participación en congresos especializados
Publicaciones en revistas científicas de alto impacto
Alojamiento de la información generada en repositorios on-line de acceso abierto.
Desayunos tecnológicos del IUTA-PCTG y otras jornadas divulgativas.
Diseminación de los resultados en Internet y medios de comunicación generales.
Nuestro grupo ha disfrutado en ocasiones anteriores de subvenciones del IUTA. Los
resultados del proyecto del año 2014 se divulgaron como se describe a continuación.
Proyecto año 2014: Nuevos biosensores electromagnéticos tipo Predictor®
Publicaciones científicas:
Autores: M. Rivas, D. Lago-Cachón, J.C. Martínez-García, J.A. García, A.J. Calleja.
Título: Eddy-current sensing of superparamagnetic nanoparticles with spiral-like copper
circuits.
Revista: Sensors and Actuactors A: Physical
171
Referencia: M. Rivas et al., Sensor Actuat A-Phys, 216 123 (2014)
Enlace: http://goo.gl/mlaCnZ
Autores: D. Lago-Cachón, M. Rivas, C. López-Larrea, A. López-Vázquez, G. MartínezParedes, J.A. García.
Título: HeLa cells separation using MICA antibody conjugated to magnetite nanoparticles.
Revista: Physica Status Solidi C
Referencia: Phys. Status Solidi C 11, No. 5-6, 1043 (2014)
Enlace: http://goo.gl/SmAuWP
Autores: J.C. Martínez-García, M. Rivas, D. Lago-Cachón, J.A. García.
Título: First-order reversal curves analysis in nanocrystalline ribbons
Revista: Journal of Physics D: Applied Physics
Referencia: J.C. Martínez-García et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 47 015001 (2014)
Enlace: http://goo.gl/Xq8xvm
Autores: J.C. Martínez-García, M. Rivas, D. Lago-Cachón, J.A. García.
Título: FORC differential dissection of soft biphase magnetic ribbons.
Revista: Journal of Alloys and Compounds
Referencia: J. All. Comp. 615-S1, S276 (2014)
Enlace: http://goo.gl/nkfQxM
Otros foros:
Título: Detección ultrarrápida mediante marcaje magnético
Congreso: Foro Universidad – Empresa “Claves para innovar”
Fecha: 14 de febrero de 2014.
Tipo de comunicación: Póster.
Enlace: http://goo.gl/I70YRX
172
Gastos
Personal
Fungible
9.000 €
3.300 €
Inventariable
Otros Gastos
7.500 €
TOTAL
GASTOS
4.100 €
23.900 €
Las tareas descritas en el presente proyecto necesitan la participación del personal becado
por el IUTA. Por otro lado, los tratamiento bioquímicos implican la adquisición tanto de
muestras infectadas por la bacteria E. coli (modificadas genéticamente para que resulten
inocuas para el personal del laboratorio), como de los anticuerpos para la unión específica a
la bacteria de las nanopartículas, además del material fungible de laboratorio de uso habitual.
En cuanto a la partida de material inventariable, se han ido adquiriendo a lo largo del desarrollo
del proyecto del plan nacional MAT2012-33405, los equipamientos del laboratorio que ahora
podrán utilizarse en éste (además de los que está previsto adquirir en el futuro). En el apartado
de otros gastos, se incluye la previsión de los necesarios para la difusión de los resultados de
la investigación (asistencia a Congresos, Conferencias, reuniones científicas, gastos de
publicación, etc.).
Entidad/Empresa
financiadora
Personal
Fungible
Inventariable
Ref.
Proyecto/Contrato
MAT2012-33405
3.300 €
7.500 €
Otros
Gastos
4.100 €
TOTAL
INGRESOS
14.900 €
173
4.AYUDA SOLICITADA
9.000 €
5.AYUDA CONCEDIDA
4.500 €
174
175
176
PROYECTO Nº 15
Título: De Granja Agronómica de Somió a Parque Científico Tecnológico de Gijón
Investigador responsable: Ángel Martín Rodríguez
Tfno: 626709484
Otros investigadores: Carmen Adams Fernández, Vicente Díaz Feixat, Rebeca Menéndez
Marino.
Centro Municipal de Empresas de Gijón. Prodintec.
Empresas de Parque Científico y Tecnológico de Gijón ubicadas en el INTRA (Grupo
Intermark, Iturcemi, Izertis, MBA Incorporado, Talento Corporativo)
Todas las instituciones y empresas están establecidas en Gijón.
La colaboración se establece en reuniones periódicas y están relacionadas con el libro a
editar.
El Proyecto tiene como objetivo claro el realizar un análisis y puesta en valor de diversas
edificaciones e instalaciones, que actualmente son conocidas como INTRA y que pertenecen
al entorno urbano denominado La Milla del Conocimiento de Gijón.
El análisis debe finalmente plasmarse en la publicación de un libro. El estudio debe recoger
el origen de las mencionadas construcciones así como su evolución, hasta llegar a la
actualidad, donde se establecen diversas empresas y entidades del Parque Científico y
Tecnológico de Gijón.
Se trata de una publicación que resulte de fácil lectura y amena para cualquier persona, pero
que presente un adecuado rigor técnico y conocimientos claramente estructurados.
La publicación pretende recoger los orígenes y evolución de las construcciones existentes en
el INTRA realizando un análisis sobre las mismas en cuanto a usos, formas arquitectónicas,
técnicas constructivas y materiales utilizados en cada periodo de uso.
177
El motivo de este Proyecto está claro, existía un interés de las empresas y entidades de
conocer los orígenes y evolución de los edificios donde actualmente se ubican. Al publicar
este Proyecto en un libro, que se pretende que sea de cierta calidad, lleva asociado que se
pueda utilizar esta publicación como “libro regalo” de estas entidades y empresas.
Los primeros trabajos tratarán de buscar información en archivos, tanto públicos como
privados, para obtener los proyectos originales de construcción. A su vez se buscarán
fotografías originales, dibujos y figuras que aporten visualidad a los conceptos y facilidad de
comprensión del trabajo desarrollado. Tal vez requiera realizar algún viaje a Madrid.
Una vez obtenida la documentación e información requerida se establecerá una estructuración
de todo este volumen de información, finalizando con una división en capítulos del trabajo,
donde en cada uno de los cuales se desarrolle un tema en particular. Se redactaran todos y
cada uno de los capítulos intentando equilibrar el contenido de los mismos y aportando una
cantidad importante de material gráfico.
Así mismo, se intentará que el personal responsable de entidades involucradas, realicen algún
tipo de prólogo a la publicación propuesta.
Posteriormente se pasará a la fase de buscar una editorial de cierta calidad y prestigio para
realizar la publicación y distribución correspondiente de los ejemplares.
Presentación en público del libro, ante las diferentes entidades públicas y privadas y público
en general. Además se requerirá la presencia de los medios de comunicación para que
informen sobre el evento.
Extensión: unas 500-600 palabras (limitado a un máximo de 4000 caracteres, incluidos
espacios).
La propuesta parte del propio Ayuntamiento de Gijón a través del director de Parque Científico
y Tecnológico de Gijón y también a través del Coordinador del Centro Municipal de Empresas
de Gijón. Así pues el interés se puede calificar de máximo. Los beneficiarios son todas las
empresas y entidades establecidas en este lugar, las cuales podrán disponer de una especie
de “libro de regalo de empresa” Las mencionas empresas y entidades en una reunión anterior,
manifestaron su gran interés y deseo de disponer de la mencionada publicación. Así pues el
proyecto es muy práctico y de aplicación inmediata.
2.3 Objetivos.
Realizar un análisis y puesta en valor de diversas edificaciones e instalaciones, que
actualmente son conocidas como INTRA, a través de su origen y evolución. El análisis se
materializará en una publicación donde se recoge la historia de las edificaciones y sus usos,
desde sus orígenes en 1945 hasta la actualidad 2014.
178
2.4 Metodología.
Consulta del proyecto original de la Granja Agronómica de Somió. Estudio de la distribución
en planta de la granja, y análisis de los diferentes edificios construidos, así como técnicas y
materiales utilizados en la época. Consulta y estudio del proyecto de rehabilitación para
Residencias Universitarias, año 1975. Rehabilitaciones y nuevos usos de los edificios, a partir
del año 2002 como parte del Plan Estratégico de la Universidad Laboral de Gijón. Estudio y
análisis de los proyectos de rehabilitación de los edificios para su uso como parte del Parque
Científico y Tecnológico de Gijón. Redacción de los diferentes capítulos en que se divide el
trabajo.
Se espera llegar a obtener la publicación mencionada y que resulte de gran interés para todas
las empresas y entidades relacionadas.
Inicialmente el becario deberá recoger la mayor cantidad de información relacionada con
todos los proyectos realizados. Entre los posibles proyectos e información a consultar están:
del Proyecto de la Granja Agronómica de Somió de Gabino Díaz Figar y Pedro. A Rodríguez
de la Puente.
Posible consulta al archivo de Luis Moya que se encuentra en la Escuela Técnica Superior de
Arquitectura de Madrid.
Desarrollo de los primeros capítulos del libro con el estudio y análisis de la construcción
original.
Consulta estudio y análisis del proyecto de rehabilitación de Residencias Universitarias.
Consulta de los diferentes proyectos de rehabilitación realizados a partir del Plan Estratégico
de la Universidad Laboral de Gijón, propuesto por el Gobierno del Principado de Asturias.
Estudio de proyectos, con uso específico de empresas y entidades, cuya actividad relevante
está relacionada con I+D+i
Recopilación y organización temática de todo el material obtenido
Redacción de cada capítulo.
Obtención del primer “manuscrito” original.
Propuesta de publicación a editoriales de interés.
Estudio de formato y calidad de la publicación.
Publicación del libro.
179
Presentación, a la sociedad en general, del libro recién editado.
Publicación del libro donde están presentes todas las entidades anteriormente relacionadas y
lógicamente el IUTA, como entidad gestiona este proyecto. De gran interés para el
Ayuntamiento de Gijón.
En otros proyectos anteriormente subvencionados por el IUTA se puede hacer constar la
participación en una conferencia en la Confederación Asturiana de la Construcción con los
trabajos desarrollados en un proyecto subvencionado por el IUTA.
Propuesta de colaboración entre el IUTA e INCUNA (Asociación defensa Patrimonio
Industrial), (hablado con la directora del IUTA y pendiente de realizar) para colaborar con
alumnos posdoctorales llegados de Italia para realizar trabajos relacionados con el Patrimonio
Industrial.
Gastos
Personal
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
4.500 €
TOTAL GASTOS
4.500 €
4.AYUDA SOLICITADA
4.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
3.000 €
180
181
182
183
184
185
186
187
PROYECTO Nº 16
Título: Ensayos de campo para la evaluación de la presencia de termitas subterráneas en
distintas localizaciones del concejo de Gijón
Investigador responsable: Alfonso Lozano Matínez-Luengas
Tfno: 985182043
Otros investigadores: Juan José del Coz Díaz
1) Fronda ingeniería y sistemas de construcción en madera, Gijón. Cuenta con veinte años de
experiencia en el sector del diseño, construcción y montaje de estructuras y elementos de
madera, entre los que destacan cubiertas de pabellones, puentes peatonales, cubiertas de
edificios y viviendas unifamiliares, obras de rehabilitación de madera en general, etc.
Esta empresa, además de aportar diversa información relativa, ha facilitado la puesta a punto
y la calibración de algunos de los equipos de ensayo no destructivos empleados en el estudio.
2) Astursa, S.L., empresa especializada en el tratamiento de todo tipo de plagas, se creó en
el año 1983 y actualmente se ubica en Gijón. Su colaboración resulta fundamental para definir
aquellas zonas concretas del concejo que por sus características particulares pudieran
resultar susceptibles de facilitar la presencia de termitas subterráneas.
También facilitarán algunos de los equipos de ensayo que se utilizarán en las pruebas de
campo.
3) Peña Maderas, S.A., Gijón. Se trata de otra empresa de gran tradición en el sector de la
madera, dedicada a la importación, almacenamiento, distribución y primera transformación de
madera y sus derivados. Habida cuenta que se trata de una de las empresas asturianas con
mayor trayectoria y experiencia dentro del sector maderero, están en condiciones de facilitar
una muy valiosa información relativa a este tipo de deterioro biológico dentro del concejo de
Gijón; y además aportarán algunos de los equipos de ensayo que se emplearán en el presente
proyecto.
188
Las termitas subterráneas han estado desde siempre presentes en la naturaleza cumpliendo
una función de descomposición de la madera muerta. Tradicionalmente se localizaban en
climas cálidos tropicales y desde hace varios años también en Europa, donde están presentes
varias especies en el sur del continente. En la actualidad se han detectado algunas
poblaciones incluso en el norte de Alemania.
Precisamente ha sido en Europa donde estos insectos xilófagos están provocando los
mayores daños en aquellos edificios históricos y de nueva construcción que cuentan con
elementos de madera en su constitución.
La importancia de este tipo de deterioro biológico es tal que en Francia, por ejemplo, existe
una legislación específica aplicable a inmuebles con estructuras de madera, donde figuran las
directrices de obligado cumplimiento orientadas expresamente a combatir la propagación de
esta plaga.
Actualmente toda España está afectada por las termitas, de tal forma cualquier población está
expuesta a la acción de estos insectos xilófagos que provocan graves daños de tipo
estructural. De hecho varias zonas de Guipúzcoa y Vizcaya (San Sebastián, Bilbao, Azpeitia,
Azcoitia, Mendaro y Añana), en Navarra (Pamplona y Tudela), en La Coruña, Sevilla, etc.,
cuentan ya con mapas donde se especifican las zonas más susceptibles de sufrir este tipo de
deterioro biológico.
Dentro de nuestra región hay numerosos ejemplos de daños por termitas subterráneas en
diversas edificaciones. Así, Llanes y especialmente Poo sufren desde hace tiempo graves
ataques por estos insectos sociales; y por supuesto Oviedo, Avilés y otras poblaciones
menores como Luarca, Navia, etc.
El caso concreto del Concejo de Gijón es similar a la de otros municipios y ciudades de
España, encontrándose antecedentes de degradaciones de termitas subterráneas al menos
desde el año 2006. Es necesario por lo tanto conocer la realidad de estos insectos
destructores de la madera para saber la magnitud del problema al que debe hacerse frente y
adoptar las medidas correctoras necesarias que permitan solucionarlo.
Teniendo en cuenta estos antecedentes y la biología de las termitas subterráneas, se propone
realizar un proyecto que permita conocer la situación real del Concejo de Gijón en relación a
la presencia de estos insectos.
La zona de actuación englobaría a todo el Concejo, si bien se focaliza en aquellas zonas que
por sus características específicas fuesen son más susceptibles de favorecer la presencia de
termitas subterráneas. Son las siguientes:
189
a) El casco viejo de Cimadevilla, una de las zonas de Gijón con edificios de estructura de
madera más antiguos, algunos con alto valor arquitectónico y cultural. Esta parte de la ciudad,
al igual que se ha hecho en un gran número de los cascos históricos en nuestro país, debe
ser objeto de un análisis detallado respecto de la presencia de termitas subterráneas.
b) En el barrio residencial de Somió se han detectado ataques de termitas en varias viviendas
unifamiliares. Es zona con elevada presencia de zonas verdes árboles y maderas, ideales
para la presencia y desarrollo de estos insectos xilófagos.
c) Zonas semiurbanas de Cabueñes y Deva que, al igual que el caso de Somió, se
caracterizan por la presencia de zonas verdes. De hecho, el año pasado se detectaron graves
daños por este tipo de insectos xilófagos en la Casa Natal de Nicanor Piñole (Cabueñes). Por
este motivo el presente proyecto incluye entre sus primeras actuaciones, una evaluación
completa del estado en que se encuentra este edificio en relación con la presencia de termitas
subterráneas.
Independientemente de lo anterior, el equipo investigador está en condiciones de revisar
cualquier edificio municipal que el Ayuntamiento de Gijón considere de especial interés.
Se considera que los beneficios que el desarrollo de este proyecto genera para el
Ayuntamiento de Gijón son evidentes e inmediatos, ya que posibilita conocer la situación
actual del municipio respecto a la presencia de los insectos xilófagos más devastadores
existentes en España y disponer de una información muy útil de cara a afrontar futuros
ataques de termitas en los edificios del Concejo.
En el caso de la Universidad de Oviedo, el presente trabajo permitirá que a nivel regional la
institución sea partícipe del primer proyecto relativo a una temática absolutamente puntera y
actual en relación con la durabilidad de las construcciones y elementos de madera.
Finalmente las empresas colaboradoras dispondrían de una información esencial para la
redacción de los proyectos y actuaciones en los que figuren estructuras de madera, así como
para la realización de tratamientos preventivos y curativos relativos a estos insectos xilófagos.
2.3 Objetivos.
Una vez definidas las zonas de actuación y los edificios más interesantes a través de ensayos
no destructivos se analizará la existencia de termitas en los elementos de madera más
significativos de cada inmueble. En las pruebas se podrán emplear los siguientes equipos:
190

Xilohigrómetro de resistencia para la determinación del contenido de humedad en la
madera.
 Xilohigrómetro capacitivo para la estimación del contenido de humedad en elementos
de fábrica.
 Resistógrafo para evaluar el grado de deterioro biológico de los elementos
estructurales.
 Audiotermes para la detección de la presencia de las termitas subterráneas.
 Termografía infrarroja para estimar el alcance del ataque estos insectos en zonas de
difícil acceso.
Los trabajos de campo se llevarán a cabo de manera que se incluyan los meses de invierno
y verano, con el fin de estudiar la actividad de las termitas subterráneas y su biología en
relación con la degradación de los componentes de madera estructural.
Una vez concluidos los trabajos de campo se confeccionará el primer mapa de termitas del
concejo de Gijón.
La duración del proyecto será de diez meses; las labores a llevar cabo por el becario se
describen a continuación:
1. Revisión de documentación sobre algunos de los edificios objeto de estudio, e inspección
y estudio de las zonas y las construcciones donde se llevarán a cabo los ensayos. En este
apartado el becario deberá, en primer lugar, recopilar la información que pueda recogerse de
los archivos municipales, al tiempo que analizará la tipología constructiva de los inmuebles
objeto de inspección y sus materiales constituyentes. Además participará en la puesta a punto
y calibración de los equipos de inspección y en la definición del plan de inspecciones.
Duración: un mes.
2. Visitas de inspección y ensayos de campo sobre las zonas previamente establecidas en el
apartado anterior. Las pruebas deberán efectuarse de manera que se incluyan tanto los meses
más lluviosos como los más secos, de manera que pueda evaluarse la incidencia de los
cambios térmicos en el alcance de la degradación de las estructuras y elementos de madera.
En esta fase el becario deberá realizar el plan completo de inspecciones periódicas a los
inmuebles, y efectuar los ensayos no destructivos definidos en el alcance. Duración ocho
meses.
3. Redacción del informe final y sus conclusiones. Duración: un mes.
191
El plan de divulgación de resultados comprende:
- Publicación en revistas internacionales indexadas.
- Asistencia a congresos y jornadas.
- Publicación y divulgación en la página web del grupo de trabajo, así como en cada una de
las páginas de las empresas participantes en el proyecto.
La investigación es completamente novedosa a nivel regional, hasta el punto de que hasta la
fecha no se han efectuado en Asturias proyectos similares en ningún concejo. Igualmente no
se tiene constancia que ninguna empresa ubicada en el concejo (y tampoco en Asturias),
realice trabajos de campo tan específicos como los que aquí se van a llevarse a cabo.
Sin embargo los investigadores que constituyen el equipo cuentan con mucha experiencia en
este tipo de estudios. De hecho, miembros del equipo ya han expuesto trabajos similares
llevados a cabo en otras regiones españolas en varios congresos nacionales e internacionales
a lo largo de los últimos cinco años.
También se han impartido másteres, cursos y jornadas sobre temáticas relacionadas con el
proyecto en diferentes colegios profesionales, organismos públicos y diversas entidades.
Entre ellos pueden destacarse algunos Colegios de Arquitectos y Arquitectos Técnicos, el
Instituto Asturiano de Administración Pública "Adolfo Posada", e incluso en el “Master de
Rehabilitación y Conservación de Edificios” organizado entre la propia Universidad de Oviedo
y la Universidad Politécnica de Madrid.
Por consiguiente, consideramos que la labor divulgativa del grupo ha sido intensa y fructífera
durante estos años, lo que unido al interés de las empresas patrocinadoras (“Fronda ingeniería
y sistemas de madera S.L.”, “Astursa, S.L.” y “Peña Maderas, S.A.”), todas ellas ubicadas en
el concejo de Gijón, hacen que los beneficios inmediatos generados para el municipio sean
altos, con un alto contenido práctico y emprendedor, siendo además un trabajo pionero y
completamente novedoso en nuestra región.
Además, considerando los cambios normativos que se van a producir en un futuro muy
próximo en Europa en particular, y en España en particular, de absoluta actualidad.
192
Gastos
Personal
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
7.500 €
TOTAL GASTOS
7.500 €
4.AYUDA SOLICITADA
7.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
3.000 €
193
194
195
196
PROYECTO Nº 17
Título: Evaluación estructural de un sistema logístico autoportante
Investigador responsable: Miguel A. Serrano López
Tfno: 985181947
Otros investigadores: Carlos López-Colina Pérez, Fernando López Gayarre
Noega Systems S.L.
El trabajo que se propone consiste en diseñar, modelizar numéricamente y probar con
prototipos un nuevo sistema de almacenaje autoportante. Estos sistemas de estanterías
presentan la particularidad de que las propias estanterías conforman a la vez la estructura
portante del edificio. De este modo cumplen una doble función, por un lado sirven como
estanterías ordinarias para el almacenaje automático de la mercancía y a la vez conforman la
estructura portante de la nave a la que se sujetan los elementos que conforman las fachadas
y la cubierta del edificio.
Tras una fase previa de caracterización de material y validación del modelo matemático
desarrollado para el diseño inicial, se prepararán unos prototipos que serán ensayados para
verificar/corroborar la validez de la propuesta. La mayor innovación que supondrá el desarrollo
de este nuevo sistema es la posibilidad de suprimir un par de procesos que hoy en día resultan
inevitables. Concretamente nos referimos a los procesos de pintado y de soldeo lo que
permitirá la reducción de costes en el proceso de fabricación a la vez que una disminución de
emisiones contaminantes, la reducción de plazos de entrega y como consecuencia un
aumento de competitividad. El primer beneficiario del nuevo sistema sería la empresa Noega
systems pero posteriormente se podría trasladar la tecnología a otras empresas del sector.
2.2. Justificación e interés.
Actualmente existen sistemas logísticos de almacenaje que cumplen la misma función pero
no incorporan las innovaciones aquí descritas. Estos sistemas equivalentes, aunque válidos
197
técnicamente, incorporan un nivel tecnológico en fase de madurez. En los últimos 5 años
sistemas con innovación similar a la aquí expuesta se han puesto en el mercado:
1 en Alemania + 1 en Holanda (A. Sistema Logístico para almacenaje Automático
Autoportante).
1 en Alemania (B. Largueros en una pieza, sin soldadura longitudinal y con doble espesor
en el ala superior).
1 en Alemania (B. Elemento viga de Sistema Entreplantas soporte de transportadores).
El proyecto tecnológicamente es avanzado respecto al actual estado de la técnica para este
tipo de aplicación. A nivel mundial, solo existen innovaciones similares en Alemania y en
Holanda en cuatro fabricantes entre los miles que hay en el mundo y entre más de 200
existentes en la UE.
En España, actualmente no se emplea esta tecnología.
Con este proyecto la empresa Noega systems S.L., ubicada en el Parque Científico y
Tecnológico de Gijón pretende diseñar, en colaboración con la Universidad de Oviedo, un
nuevo sistema de almacenaje autoportante.
La innovación fundamental del sistema propuesto consiste en la supresión de dos procesos
de fabricación que llevan aparejados, además de un coste, un considerable impacto
ambiental.
El éxito en la conclusión de este proyecto no será solo para la empresa que lo desarrolla sino
que en un futuro podrá ser utilizado por otras empresas del ámbito local de Gijón o regional
que desde hace décadas se dedican a la fabricación y comercialización de sistemas logísticos
de almacenaje.
2.3. Objetivos.
Los objetivos específicos del proyecto son:
-
Diseñar un sistema de almacenaje que permita eliminar los procesos de soldeo y pintura.
Analizar numéricamente el sistema diseñado con las condiciones de contorno adecuadas
para evaluar la solución propuesta.
Validar experimental el diseño mediante ensayos de prototipos de acuerdo a los códigos
aplicables a este tipo de estructuras.
Evaluar la mejora obtenida con el nuevo sistema en lo referente a plazos de entrega del
producto.
Evaluar el incremento en la competitividad asociado al nuevo sistema.
198
2.4. Metodología y planificación temporal de las actividades.
A continuación se describe la metodología y el plan de trabajo a seguir en el proyecto. Se ha
ordenado el plan de trabajo de manera cronológica según los hitos a alcanzar, que a su vez
se han dividido en tareas.
HITO 1: PLANIFICACIÓN DE LOS TRABAJOS Y ESTUDIO DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
Durante esta fase se organizarán los trabajos que se pretenden llevar a cabo atendiendo al
calendario previsto.
Tarea 1. Organización del trabajo y coordinación del personal.
La primera tarea a realizar en el proyecto es establecer la organización de los trabajos y la
forma de coordinar a todas las personas implicadas en el proyecto.
Así mismo, en esta primera tarea se identificarán otros organismos públicos, empresas,
departamentos universitarios y profesionales con competencias en la materia y experiencia
en el ámbito de trabajo del proyecto. Si se considerase necesario se establecerán contactos
con ellos para solicitar ayudas puntuales o colaboración. Dichos contactos se podrán realizar
en cualquier momento a lo largo de la vida del proyecto.
Tarea 2. Estudio del estado de la técnica en las materias objeto del proyecto.
Aunque el propio hecho de plantear este proyecto, unido a la trayectoria del equipo
investigador en el campo de la logística aplicada a los sistemas de almacenaje autoportantes,
implica un cierto grado de conocimiento del estado de la técnica en la materia objeto del
proyecto; la realidad es que se trata de tecnologías muy novedosas que están actualmente
en fase de desarrollo en Europa. Por estas circunstancias se requiere estar al día en relación
con los nuevos avances en este campo y consideramos muy importante comenzar el proyecto
haciendo una búsqueda exhaustiva de los avances actuales en el campo de la logística de
almacenes autoportantes automáticos. Para ello realizaremos un análisis documental
profundo y visitaremos instalaciones en fase de desarrollo donde se pretendan aplicar
técnicas similares a las que se pretenden evaluar en este proyecto. Se realizarán consultas
en foros de usuarios y asociaciones logísticas así como en la documentación de fabricantes
de sistemas similares que desarrollan o aplican este tipo de tecnologías.
En esta tarea participaría el BECARIO que se solicita.
HITO 2. DISEÑO DEL SISTEMA Y ANÁLISIS NUMÉRICO
En esta fase se llevará a cabo el diseño del sistema y se desarrollará el modelo numérico.
Tarea 1. Diseño del sistema.
El diseño del sistema y sus componentes se realizará mediante aplicaciones informáticas
(Autocad, ANSYS, RStab). Consistirá en diseñar, calcular y comprobar cada uno de los
componentes del sistema haciendo especial hincapié en sus elementos de unión. Se
construirán los primeros prototipos para realizar comprobaciones dimensionales. Se
comprobará la funcionalidad de los nudos estructurales críticos. Se examinarán distintos tipos
199
de uniones que permitan mayor facilidad de montaje. También se analizará la variación de la
rigidez en todas las uniones.
Tarea 2. Análisis numérico.
Se elegirán varios sistemas autoportantes de entre aquellos que se consideren más
adecuados según criterios de localización, características, representatividad y singularidad,
entre otros factores. Para ello se solicitará el apoyo de los usuarios finales. Se realizarán
varias simulaciones numéricas de los sistemas elegidos en servicio incorporando como
alternativa los nuevos elementos diseñados y, después de analizarlas, se seleccionaran las
tres opciones que presenten mayores ventajas.
HITO 3. ÁNALISIS Y COMPARACIÓN DE RESULTADOS DEL NUEVO DISEÑO
En esta fase se evaluarán los resultados obtenidos en las simulaciones numéricas realizadas
Tarea 1. Análisis y comparación de resultados.
Las variaciones obtenidas en los distintos modelos numéricos analizados se estudiarán con
detalle analizando las posibles causas que las generan. Se propondrán distintas alternativas
que redunden en mejoras del diseño. Serán objeto de especial estudio los nuevos elementos
del sistema de uniones propuesto.
Tarea 2. Determinación de la competividad del sistema.
Una vez comparados los resultados se realizará se tratará de determinar la competitividad del
sistema. Se tomarán como base los siguientes parámetros: Ahorro de materia prima, ahorro
de tiempo de montaje, costes de producción, tiempo de entrega del producto.
HITO 4. DISEÑO Y PREPARACIÓN DEL EQUIPAMIENTO PARA LOS ENSAYOS
En este hito se procederá a diseñar, preparar y adaptar el equipamiento necesario para llevar
a cabo los ensayos de los componentes del nuevo sistema que se quiere evaluar.
Tarea 1. Adaptación de la estructura pórtico de reacción y de los dispositivos de ensayo.
El laboratorio de estructuras metálicas del Departamento de Construcción, ubicado en el
Edificio de Servicios Científico-Técnicos del Campus de Gijón, dispone de un pórtico de
reacción autoequilibrado de gran versatilidad que se deberá adaptar y ajustar a las
características particulares de cada prototipo que conforma el sistema estructural objeto del
estudio.
Los dispositivos de ensayos constan de actuadores hidráulicos, una central hidráulica de
doble efecto, transductores de fuerza y desplazamiento a tracción y compresión. Además,
disponen de software para la gestión de resultados.
200
El equipamiento lo completan transductores de desplazamiento, para medir de modo
simultáneo y sincronizado con la carga los desplazamientos en los puntos objetivos de cada
ensayo en particular.
Tarea 2. Puesta a punto de todos los dispositivos.
Una vez adaptado el equipo de ensayos se procederá a la puesta a punto de todos sus
componentes como fase previa a la realización de los ensayos. Esto implica verificar que cada
uno de esos componentes funciona adecuadamente, así como el equipo completo. Especial
atención se pondrá en el funcionamiento del sistema de control de la toma de datos para
garantizar su funcionamiento permanente. Así mismo se establecerán procedimientos para
situaciones de emergencia.
HITO 5. DEFINICIÓN Y REALIZACIÓN DE ENSAYOS DE LOS COMPONENTES
Una vez preparado y revisado el equipamiento para llevar a cabo la parte experimental del
proyecto habría que definir el número y tipo de prototipos a ensayar. Se fabricarán y
prepararán las probetas y se realizaran los ensayos previstos para satisfacer dos objetivos:
por un lado validar los resultados del análisis numérico y por otro obtener valores de eficacia
de los componentes y de rigidez de los nudos.
Los ensayos experimentales se han en el Laboratorio de Estructuras Metálicas del
Departamento de Construcción.
Tarea 1. Definición y fabricación de probetas y prototipos a escala real.
Teniendo en cuenta los costes que representan en todo momento la realización de ensayos a
escala real se hará un estudio pormenorizado de las piezas que conforman el sistema para
decidir cuáles son los componentes a ensayar. Las probetas y prototipos a escala real se
definirán según la cantidad de tipologías diseñadas y el número de prototipos según la
normativa de aplicación. Se construirán todos los elementos diseñados que integran el
sistema utilizando los materiales disponibles actualmente en el mercado.
Tarea 2. Realización de ensayos sobre probetas y prototipos a escala real.
Los ensayos de probetas en el laboratorio son imprescindibles en un proyecto de estas
características para poder contrastar la simulación numérica y llegado el caso ajustar el
modelo numérico. Los resultados de los ensayos permiten evaluar la capacidad portante y por
ende la eficacia de cada uno de los componentes así como la rigidez y resistencia en el caso
de los nudos. En cuanto al ensayo de prototipos a escala real también son necesarios para
probar su idoneidad y su funcionamiento.
Estos ensayos serán realizados por personal con experiencia en este ámbito que garanticen
las condiciones de seguridad y, como es preceptivo, se seguirán las normativas y los códigos
de aplicación a cado tipo de ensayo en particular.
HITO 6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES Y ELABORACIÓN DE
INFORMES DEL SISTEMA DESARROLLADO
201
Una vez que hayan concluido las tareas previamente descritas se dispondrá de todos los
resultados técnico-experimentales y numéricos. A partir de ellos se analizarán con detalle los
resultados y se establecerán comparaciones con sistemas previos. A continuación se
elaborará un informe.
Tarea 1. Análisis de los resultados experimentales.
Se analizarán los resultados experimentales de las diferentes probetas y prototipos
considerados en el estudio. Esta fase conlleva el establecimiento de comparativas entre los
resultados numéricos y experimentales y los correspondientes ajustes de datos relativos a los
componentes del sistema. También se compararán con otros sistemas anteriores.
Tarea 2. Elaboración del informe.
Consistirá en elaborar un informe técnico completo de la respuesta mecánica de las piezas
que conforman el nuevo sistema desarrollado. Incluirá un análisis detallado de los resultados,
tanto numéricos como experimentales, obtenidos en las distintas etapas del proyecto.
HITO 7. HERRAMIENTAS
COMERCIALIZACIÓN
Y
DOCUMENTACIÓN
DEL
SISTEMA
PARA
SU
Una vez cumplidos los hitos anteriores, es necesario completar este último hito para ser
capaces de introducir y poder comercializar el nuevo sistema de almacenaje desarrollado en
el proyecto en los diferentes mercados (nacional, europeo y americano).
Tarea 1. Estudio de las herramientas y documentación a elaborar.
En esta fase del proyecto se procederá a realizar un análisis de las herramientas y la
documentación a generar para posicionar el producto en el mercado.
Como herramientas principales se analizarán aplicaciones informáticas para ser capaces de
realizar propuestas técnico-económicas de modo eficiente.
Además, es necesaria la difusión del nuevo diseño a consultores logísticos, integradores y
clientes finales. Esta difusión se realizará mediante web, catálogos electrónicos específicos y
animaciones en 3D.
Tarea 2. Elaboración de documentación técnica.
Teniendo en cuenta que se trata de un proyecto con un gran contenido técnico, será necesario
elaborar una documentación técnica específica que permita manejar con facilidad el producto
diseñado.
La documentación técnica consistirá en el diseño de Macros para aplicaciones de ANSYS y
RStab, la preparación de bases de datos con valores técnicos obtenidos en los ensayos, la
elaboración de manuales técnicos para proyectar y planos de los componentes
estandarizados.
202
2.5. Resultados esperables.
Con el diseño de este nuevo sistema se espera eliminar los procesos de pintado y de soldeo.
Esto conlleva, a su vez, una reducción de costes en el proceso de fabricación de la estantería,
una disminución de emisiones contaminantes, una reducción de plazos de entrega al cliente
y el consiguiente incremento de competitividad.
- Se estima una reducción de los plazos de entrega entre un 15% y un 25%.
- Se espera un aumento de la competitividad entre el 7% y el 13%.
2.6. Plan de divulgación de los resultados.
Como se ha comentado en la tarea 2 del hito 7 se prevé elaborar documentación técnica
específica para manejar el producto diseñado.
Los resultados obtenidos se divulgarán, al finalizar el proyecto, en congresos nacionales e
internacionales. Se pretende realizar al menos dos publicaciones en revistas internacionales
indexadas dentro del Jounal Citation Report. Asimismo, si los resultados obtenidos son los
esperables se pretende patentar el nuevo sistema.
Gastos
Personal
Beca 6
meses TC
4500 €
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
Fabricación de
probetas de
ensayo y
prototipos
7.000 €
Equipos de
medida y utillaje
para equipos de
ensayo 9.000 €
Bibliografía (200
€) Viajes (500 €)
TOTAL
GASTOS
Mantenimiento
Equipos (1.500 €)
22.700 €
Entidad/Empresa
financiadora
Personal
Fungible
Inventariable
Ref.
Proyecto/Contrato
NOEGA SYSTEMS
S.L.
5.200 €
8.000 €
Otros
Gastos
TOTAL
INGRESOS
1.200 €
14.400 €
203
4.AYUDA SOLICITADA
BECA 6 meses: 4.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
2.250 €
204
205
PROYECTO Nº 18
Título: Obtención y caracterización mecánica de piezas de titanio comercial puro mediante
la técnica de spark plasma sintering (SPS). Estudio de la influencia de los tratamientos de
shot peening en su comportamiento mecánico y a corrosión
Investigadora responsable: Inés Fernández Pariente
Tfno: 985181992
Otros investigadores: Adolfo Fernández, Elisa Fernández García
El centro de investigación en Nanomateriales y Nanotecnología, situado en El Entrego (San
Martin del Rey Aurelio, Asturias), es considerado un referente en la técnica del Spark Plasma
Sintering, disponiendo de equipamiento pionero en el mundo, el cual permite la fabricación de
piezas a partir de polvos en tiempos muy cortos, con densificaciones cercanas al 100% y de
dimensiones que no es posible conseguir con otras técnicas de pulvimetalurgia. El Centro está
muy interesado en la colaboración con la Universidad, lo que le permitirá conocer las
propiedades mecánicas de las piezas fabricadas mediante este proceso. El Centro permitirá
el acceso a sus instalaciones y equipamientos, y muestra además su disponibilidad para
cualquier otra necesidad que pudiera surgir durante el desarrollo del proyecto.
El titanio es un material muy utilizado debido a su bajo peso, propiedades mecánicas y
resistencia a la corrosión, además de presentar un comportamiento biocompatible. El titanio
comercial puro (Ti-cp) es utilizado en la fabricación de prótesis maxilofaciales al presentar
propiedades adecuadas sin necesidad de recurrir a elementos de aleación perjudiciales en
algunos casos para la salud, como el caso del aluminio, del cual no se descarta su relación
con el Alzheimer.
Actualmente los procesos más comunes en la fabricación de estas prótesis están basados en
el arranque de viruta. Estos métodos implican una gran pérdida de material, encareciendo el
producto. La pulvimetalurgia representa en una opción alternativa al limitar el gasto de
206
material, aunque hasta hace poco era una opción poco viable debido a las peores propiedades
que ofrecía.
El tecnología SPS (Spark Plasma Sintering), aún en desarrollo, se presenta como una
competente alternativa debido a la reducción en el tiempo de fabricación con respecto a la
pulvimetalurgia convencional (minutos frente a horas), además de introducir mejoras a nivel
de propiedades mecánicas, biocompatibilidad y de resistencia a la corrosión.
El Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología, situado en El Entrego
(Asturias), se puede considerar un referente mundial, pues dispone de equipamiento único en
el mundo para desarrollar materiales nanoestructurados en piezas de tamaños no obtenidos
en otros equipos de similares características.
La pulvimetalurgia se caracteriza por permitir obtener piezas que solo requieren pequeñas
modificaciones superficiales, como la rugosidad, un factor importante a la hora de diseñar un
implante ya que influye en la proliferación osteoblástica y la producción de matriz ósea.
Con el fin de modificar la rugosidad superficial hacia valores de interés, las muestras obtenidas
se someterán a tratamientos superficiales de Shot Peening (SP) que consisten en hacer
impactar un flujo de esferas contra una superficie causando deformaciones plástica s y
dejando huellas que modifican la rugosidad de la muestra, además de inducir un
endurecimiento superficial por deformación y un campo de tensiones residuales de
compresión, contribuyendo a mejorar las propiedades mecánicas del material.
Este tratamiento puede aplicarse de manera severa, aumentando los tiempos de aplicación y
las coberturas (Severe Shot Peening, SSP). Con ello además de aumentar los efectos
anteriores, se consigue disminuir la dimensión de los granos de las capas superficiales hasta
dimensiones nanométricas, contribuyendo a mejorar aún más las propiedades mecánicas y la
resistencia a la corrosión.
El objetivo de este trabajo es la caracterización mecánica de probetas de Ti-cp, utilizado entre
otras cosas en prótesis maxilofaciales, obtenidas mediante SPS, así como evaluar el efecto
que tiene en las características mecánicas y la resistencia a la corrosión el tratamiento
superficial SP y SSP sobre dichas muestras. Estos tratamientos se realizaran con polvo de
corindón, el cual presenta mejoras adicionales a la proliferación osteoblástica.
Se partirá de polvo de Ti-cp con dos granulometrías distintas y misma composición química
que se sinterizarán con el fin de someterlas a tratamientos de SP y SSP utilizando polvo de
corindón.
Posteriormente, se caracterizarán mecánicamente mediante distintas medidas y ensayos:

Caracterización superficial incluyendo la medida de la rugosidad, caracterización
microestructural y perfiles de microdurezas.
207



Medida de perfiles de tensiones residuales y del parámetro FWHM mediante difracción
de rayos-X.
Estimación de las propiedades mecánicas con el ensayo de Small Punch Test (SPT).
Ensayos de polarización para la evaluación de la tendencia a la corrosión en fluidos
corporales.
Con este trabajo se espera obtener una mejora en las propiedades del Ti-cp y validar la
tecnología SPS para su uso en la fabricación de prótesis maxilofaciales.
El titanio y sus aleaciones son materiales muy utilizados en la industria debido a su bajo peso,
unido a unas buenas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Además el titanio
comercial puro (más del 99% de titanio) y alguna de sus aleaciones presentan un
comportamiento biocompatible, es decir, no interfieren ni degradan el medio biológico en el
cual son utilizadas. El titanio comercial puro (Ti-cp) es ampliamente utilizado en la fabricación
de prótesis maxilofaciales, puesto que presenta propiedades mecánicas adecuadas para este
tipo de implantes, sin necesidad de recurrir a elementos de aleación, perjudiciales en algunos
casos para la salud, como por ejemplo el caso del aluminio, del que aún no se descarta su
relación con el Alzheimer.
Actualmente los procesos más comunes en la fabricación de estas prótesis están basados en
el arranque de viruta (fresado, ultrasonidos y electroerosión, entre otros) a partir de barras de
material. Estos métodos implican una gran pérdida de material, lo que encarece el producto,
ya de por si caro debido al alto coste del Ti-cp.
La pulvimetalurgia representa en estos casos una opción alternativa al limitar el gasto de
material que supondría un mecanizado por arranque de viruta, aunque, hasta hace poco, era
una opción poco viable debido a las peores propiedades mecánicas que ofrecían las piezas
fabricadas por estos métodos (materiales muy porosos).
El desarrollo reciente de la tecnología SPS (Spark Plasma Sintering), en la que se consigue
la compactación del polvo mediante descargas eléctricas, se presenta como una competente
alternativa debido a la reducción en el tiempo de fabricación con respecto a la pulvimetalurgía
convencional (minutos frente a horas), permitiendo además obtener altas densidades y
densificaciones cercanas al 100%. Investigaciones previas realizadas sobre piezas de Ti-cp
obtenidas mediantes esta técnica, demuestran mejoras a nivel de propiedades mecánicas,
biocompatibilidad y de resistencia a la corrosión en comparación con el Ti-cp obtenido por
otros métodos [1,2].
El SPS es una técnica nueva, pues a pesar de ser desarrollada en 1906, no fue hasta finales
de los 90 cuando cobró mayor importancia, por lo que se puede considerar una técnica todavía
en desarrollo. A este respecto, el Centro de Investigación en Nanomateriales y
Nanotecnología, situado en El Entrego (Asturias), se puede considerar un referente mundial,
208
pues dispone de un horno SPS único en el mundo para desarrollar materiales
nanoestructurados con propiedades específicas en piezas de tamaños no obtenidos en otros
equipos de similares características.
Las técnicas de pulvimetalurgia se caracterizan por ser ‘near to net shape technologies’, es
decir, permiten obtener piezas que sólo requieren pequeñas modificaciones superficiales,
como la rugosidad. La rugosidad es un factor importante a la hora de diseñar un implante,
como demuestran estudios previos, ya que la proliferación osteoblástica y la producción de
matriz ósea se ven influidas por este parámetro [3,4].
Con el fin de modificar la rugosidad superficial hacia valores que resulten de interés [5], las
muestras obtenidas serán sometidas posteriormente a tratamientos superficiales. Entre estos
métodos el Shot Peening (SP) es un tratamiento de deformación en frío que consiste en hacer
impactar un flujo de esferas contra una superficie metálica. Estos proyectiles son lanzados
con la suficiente energía para causar deformaciones plásticas y dejar huellas tras el impacto
que modificarán la rugosidad superficial de la muestra. Al mismo tiempo se induce en las
muestras un endurecimiento superficial por deformación y un campo de tensiones residuales
de compresión, debido al impedimento que encuentras las capas deformadas elásticamente
a recuperar su posición debido a la deformación plástica de las capas más superficiales. Todo
ello contribuye a mejorar las propiedades mecánicas del material [6].
Además, cabe la posibilidad de utilizar este tratamiento de manera no convencional, es decir,
aumentando los tiempos de aplicación y las coberturas, dando lugar a los denominados
tratamientos de shot peening severos (SSP). Con estos tratamientos además de aumentar los
efectos anteriores, es posible conseguir disminuir la dimensión de los granos de las capas
superficiales hasta dimensiones nanométricas, contribuyendo a mejorar aún más las
propiedades mecánicas del material. Estos tratamientos mejoran a su vez la resistencia a la
corrosión puesto que la gran densidad de fronteras de grano que se crean resultan
beneficiosas para la formación de una capa pasivada protectora [7].
Estudios previos referidos al tratamiento de SP en implantes dentales de titanio, indican que
el polvo de corindón resulta ser la opción que otorga un mayor crecimiento de osteoblastos
que facilita la rápida fijación entre el implante y el hueso, es decir, favorece a la
osteointegración [8].
Basándose en todo lo anterior la propuesta de este proyecto es obtener piezas de Ti-cp
mediante SPS y someterlas posteriormente a tratamientos de SP y SSP con el fin de
caracterizar sus propiedades y observar las mejoras introducidas por estos tratamientos. Se
evaluará el potencial de estos procesos en la fabricación de prótesis maxilofaciales, pudiendo
representar un avance en el sector de fabricación de prótesis.
209
[1] M. Zadra, F. Casari, L. Girardini y A. Molinari. Microstructure and mechanical properties of
cp-titanium produced by spark plasma sintering. Powder metallurgy. 2008, vol. 51, Nº1
[2] R. Nicula, F.Lüthen, M. Stir, B: Nebe, E. Burkel. Spark plasma sintering sysnthesis ofporous
nanocrystalline titanium alloys for biomedical applications.Biomolecular Engineering 2007. Nº
24
[3] C. Aparicio, F.J. Gil, F. J. Peña y J. A. Planell. Mejora del comportamiento a fatiga de la
osteointegración de implantes dentales de titanio arenados. Anales de mecánica de la
fractura. Volumen 19. 2002.
[4] C.Aparicio, D. Rodríguez, F.J. Gil, C. Fonseca, M. Barbosa, G. Nussbaum, A. García y J.
A. Planell. Comportamiento a la corrosión de implantes de titanio granallados. Biomecánica
VII, 1999.
[5] C. Aparicio. Tratamientos de superficie sobre titanio comercialmente puro para la mejora
de la osteointegración de los implantes dentales. Tesis doctoral. Universitat politécnica de
Catalunya, 2004.
[6] S. Bagherifard, I. Fernández-Pariente, R. Ghelichi, M. Guagliano. Fatigue behavior of
notched steel specimens with nanocrystallized surface obtained by severe shot peening .
Materials and Design 45 (2013) 497–503
[7] S. Bagheri Fard, M. Guagliano. Effects of surfaces nanocrystallization induced by shot
peening on material properties: a Review. Frattura ed Intefrità Strutturale, 7. 2009.
[8] C.Aparicio, F.J. Gil, A. Padrós, C. Peraire y J.A. Planell. Aplicación del shot peening en
implantes dentales de titanio para la mejora de la osteointegración. Revista metalurgia. Mayo
1998 Nº34 Madrid
2.3 Objetivos.
El objetivo de este trabajo es la caracterización mecánica de probetas de titanio comercial
puro, utilizado entre otras cosas en implantes maxilofaciales, obtenidas mediante la técnica
de sinterización Spark Plasma Sintering (SPS), así como evaluar el efecto que tiene en las
características mecánicas y la resistencia a la corrosión el tratamiento superficial de Shot
Peening (SP) y Severe Shot Peening (SSP) sobre dichas muestras.
2.4 Metodología.
Se partirá de polvo de titanio comercial puro (Ti-cp) con diferentes granulometrías con el fin
de obtener piezas lo más densas posibles mediante la técnica SPS. A partir de un polvo de
forma irregular con una pureza del 99,5%, grado 2 y un tamaño máximo de 150µm se obtendrá
210
mediante molienda de atrición un segundo polvo con un tamaño máximo de 30 µm. La
caracterización de polvos fue previamente realizada en otro trabajo anterior llevado a cabo
por la persona solicitante de esta beca de colaboración.
Una vez obtenido el polvo del material, se sinterizarán dos tipos de probetas a partir de los
polvos obtenidos previamente con tamaños de grano máximo de 150µm y 30µm con la misma
composición química. Una serie cada tipo de probetas ha sido fabricada con anterioridad, y
otras cuatro series similares (dos de cada tipo) serán sinterizadas con el fin de someterlas
posteriormente a tratamientos de SP y SSP. Las muestras serán rechazadas si no cumplen
un mínimo de densificación del 95%.
Tras la comprobación de la densidad se realizarán los tratamientos de SP y SSP utilizando
polvo de corindón sobre una serie de probetas para cada tratamiento, puesto que según
bibliografía este material favorece la osteointegración del material biocompatible. Estos
tratamientos requerirán de las pruebas previas para determinar la intensidad Almen y el tiempo
necesario para obtener cada grado de cobertura.
Posteriormente, todas las series serán caracterizadas mecánicamente para lo cual se llevarán
a cabo distintas medidas y ensayos:





Medida de la rugosidad obtenida en las distintas series de probetas.
Observación microestructural mediante microscopía óptica de las distintas series,
evaluando las modificaciones introducidas por los tratamientos de SP y SSP.
Medidas de microdureza para conocer la dureza de las muestras. En el caso de las
probetas tratadas superficialmente se realizarán perfiles de microdureza con el fin de
determinar el alcance de los distintos tratamientos.
Perfil de tensiones residuales en las muestras sometidas a SP y SSP mediante
técnicas de difracción de los rayos X. También mediante esta técnica se realizará la
medida del parámetro FWHM (Full Width at Half Maximum), relacionado con el
endurecimiento por deformación.
Estimación de las propiedades mecánicas de las probetas de las distintas series (límite
elástico y tensión de rotura) mediante el ensayo de Small Punch Test (SPT). Este
ensayo necesita muestras de pequeñas dimensiones (10x10x0.5mm3) que serán
mecanizadas a partir de las probetas sinterizadas. Comparación de los resultados.
Con el fin de evaluar la tendencia a la corrosión de las muestras en los fluidos corporales, se
realizarán ensayos de polarización en probetas sumergidas previamente, durante 24h, en
Ringer Lactato, compuesto químico que simula el plasma sanguíneo.
Una vez realizados todos los ensayos, se realizará un análisis de los resultados y se extraerán
las conclusiones derivadas de este trabajo.
211
Mejorar las propiedades del Ti-cp obtenido hasta hoy en día mediante técnicas de
sinterización. Validar la tecnología del SPS para el uso de fabricación de prótesis
maxilofaciales, así como caracterizar el Ti-cp obtenido mediante esta nueva tecnología.
El plan de trabajo será desarrollado en un periodo de 11 meses (considerando el mes de
agosto no laborable), y se desarrollara en 8 fases.
Fase 1.Preparación de polvos mediante molienda de atrición. (0,5 mes).
Fase 2.Sinterización de probetas mediante SPS y comprobación de densidad y densificación
(1,5 meses).
Fase 3. Tratamientos de SP y SSP, incluyendo las pruebas previas para determinar intensidad
de Almen y grado de cobertura (2 meses).
Fase 4. Caracterización superficial que incluye medida de la rugosidad, caracterización
microestructural de la superficie y perfiles de microdurezas. (1,5 meses).
Fase 5. Medida de los perfiles de tensiones residuales y del parámetro FWHM, mediante
difracción de rayos-X (1,5 meses).
Fase 6. Estimación de las propiedades mecánicas mediante ensayos de small punch test (1,5
meses).
Fase 7. Estudio del comportamiento a corrosión mediante curvas de polarización en Ringer
Lactato (1 mes).
Fase 8. Evaluación de resultados y conclusiones. Preparación de un artículo y poster para
revistas y congresos internacionales con índice de impacto (1,5 meses).
Los resultados derivados de esta investigación serán publicados en revistas de alto índice de
impacto y en congresos nacionales e internacionales.
212
Gastos
Personal
9.000 €
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
1.800 €
16.000 €
TOTAL
GASTOS
26.800 €
4.AYUDA SOLICITADA
750€ x 12 meses = 9.000 €
5.AYUDA CONCEDIDA
2.250 €
213
214
PROYECTO Nº 19
Título: Incorporación de dispositivos de realidad aumentada para un servicio de conducción
eficiente con asistencia a bordo
Investigador responsable: Xabiel García Pañeda
Tfno: 985182377
Otros investigadores: Roberto García Fernández, David Melendi Palacio
ADN Mobile Solutions (Gijón/Xixón). La empresa ha mostrado su interés por el resultado final
del proyecto, que de ser positivo incorporaría a su tecnología CATED en un futuro. Asimismo,
la empresa se ha comprometido a proporcionar el equipamiento necesario para el estudio,
personal para el asesoramiento e instalación de equipos en vehículos, así como vehículos
para poder realizar los test de usabilidad.
Actualmente, la empresa ADN Mobile Solutions cuenta con una tecnología denominada
CATED que permite llevar a cabo recomendaciones en tiempo real con el fin de mejorar la
eficiencia en la conducción de vehículos. El sistema de visualización de dichas
recomendaciones embarcado en el vehículo, utiliza una pantalla convencional de pequeñas
dimensiones, donde se muestran las alarmas durante el proceso de conducción. Dichas
alarmas tienen como objetivo informar a los conductores de las acciones ineficientes que
realizan, en base a parámetros tales como el consumo de combustible o las revoluciones por
minuto del motor.
En lo que se refiere a la visualización de información a bordo del vehículo existe, desde hace
tiempo, una investigación muy activa para aplicar técnicas de realidad aumentada siguiendo
las ideas desarrolladas para la aviación de combate. Entre las ventajas de este tipo de
dispositivos podemos citar el hecho de que no es necesario dejar de mirar a la carretera para
consultar la información que se muestra, con la consiguiente mejora en lo referente a la
seguridad vial.
A partir de los conceptos anteriores, en este proyecto se propone la evaluación de la viabilidad
de emplear un dispositivo de realidad aumentada como interfaz a un sistema de conducción
215
eficiente con asistencia a bordo. Este planteamiento supone una serie de cuestiones que aún
no han sido resueltas actualmente en el mercado, y en las que diversas empresas tienen
especial interés. Gracias a la conjunción de la tecnología CATED de la empresa ADN y los
sistemas de realidad aumentada, los conductores podrán disponer de información relativa a
la conducción en su campo de visión.
En el proyecto se analizará la capacidad de un dispositivo de realidad aumentada (en concreto
se empleará el dispositivo denominado Navdy1 que distribuirá sus primeras unidades a
principios del año 2015) para presentar la información necesaria durante la conducción. Dicho
análisis deberá realizarse tanto desde el punto de vista computacional, como desde el punto
de vista de mejora de la visualización. Para ello, se adaptará la aplicación de asistencia a
bordo para utilizar el dispositivo de realidad aumentada como interfaz con el conductor. Se
realizarán pruebas de carga de trabajo y estudios con conductores para observar su impacto
durante la conducción (usabilidad). Una vez realizada la evaluación, se analizará si los
resultados son mejores que utilizando una pantalla convencional, tanto a nivel tecnológico
como a nivel de experiencia de usuario. Además, existe la opción de compatibilizar el uso del
sistema de conducción eficiente con un navegador GPS a través del mismo interfaz, siendo
necesario también su análisis de viabilidad.
El objetivo del proyecto es mejorar la tecnología CATED que la empresa ADN Mobile
Solutions, conjuntamente con diversos grupos de investigación del Instituto, desarrolla desde
hace años y que actualmente se encuentra en servicio en diversas empresas como EMTUSA,
EMULSA y ALSA entre otras. Si el resultado de los análisis es positivo se espera que el
sistema de realidad aumentada pueda incorporarse como interfaz del sistema de
recomendación a bordo de la tecnología CATED mejorando con ello la interacción sistemaconductor y convirtiéndose en un sistema pionero en su campo.
Para apoyar el desarrollo del proyecto, la empresa ADN adquirirá los equipos Navdy, asignará
horas de su personal a las diversas actividades y proporcionará vehículos para la realización
de los test de usabilidad.
Dicho trabajo se enmarca en la colaboración que el Grupo DMMS del Instituto realiza desde
hace ya varios años con la empresa ADN Mobile Solutions. En esta colaboración, centrada
en la conducción eficiente y los estudios de movilidad, han participado también numerosas
empresas e instituciones como el Ayuntamiento de Gijón. Fruto de dicho trabajo, han sido
presentadas diversas publicaciones científicas, destacando “Blended learning system for
efficient professional driving” en la revista Computers and Education (JCR: 2.630), así como
la creación de varias patentes. Además, el trabajo conjunto ha desembocado en la creación
por parte de AENOR de un grupo de trabajo en el campo de la conducción eficiente (AEN/CTN
1
www.navdy.com
216
216/GT 6 Sistema de Gestión de Conducción Eficiente.) donde participan representantes tanto
de la empresa (Abel Rionda y Fernando Aparicio) como de la Universidad (Xabiel García
Pañeda).
Cabe destacar que la tecnología desarrollada en esta colaboración fue presentada por el
Ayuntamiento de Gijón al concurso EUROCITIES Awards 2013 (Gijón: LabCityCar –
Sustainable
Mobility)
donde
fue
seleccionada
como
finalista
en
(http://www.eurocities.eu/eurocities/news/EUROCITIES-awards-2013-shortlist-announcedWSPO-998GQW).
Asimismo, derivado de la colaboración, se han obtenido diversos proyectos de investigación
conjuntos como:



Analytic Box: Diseño y alineación con la norma ISO 50001 de un sistema de learning
analytics para un servicio de conducción eficiente de vehículos de combustión. PCTI.
2013-2014.
Diseño y evaluación de métricas de evolución de aprendizaje para conducción
eficiente de vehículos de combustión. Plan Nacional de I+D. 2014-2017.
Creación de un sistema automático de detección de patrones de eficiencia y seguridad
a partir de la monitorización del vehículo. DGT. 2014-2015.
En el campo de la divulgación se han desarrollado numerosas presentaciones y charlas tanto
en España como en el extranjero, destacando:









Conferencia inaugural del Congreso Colombiano de Computación en el año 2013
(http://www.mineducacion.gov.co/cvn/1665/w3-article-327182.html).
XI Conferencia Internacional de APTE (Open Data Smart Cities: hacia un modelo de
ciudad inteligente con datos abiertos). 2013.
Charla en las Jornadas Organizadas por la REDAUTI (CYTED) en La Plata
(Argentina). 2013.
Charla para la Agencia Local de la Energía del Nalón. 2013.
Conferencia en Smart City Expo Barcelona. 2013.
Charla para el programa de Doctorado de Ingeniería Telemática de la Universidad del
Cauca. 2013
Presentación para la Dirección General de Tráfico. 2013.
Charla en las “12 Jornadas Técnicas Smart Cities” de Langreo. 2014.
Presentación de la conferencia final del proyecto Batterie (atterie: Better Accessible
Transport to Encourage Robust Intermodal Transport). 2014.
Se han presentado los siguientes artículos en congresos científicos:

UrVAMM – A Full service for Environmental-Urban and Driving Monitoring of
Professional Fleets. A. Rionda, I. Marín, D. Martínez, F. Aparicio. A. Alija, A. García
217


Allende, M. Miñambres, Xabiel G. Pañeda. SmartMILE 2013, International Conference
on New Concepts in Smart Cities. Gijón. 2013.
La conducción eficiente como elemento clave para la reducción de los costes
operativos de una compañía de transporte. Abel Rionda, Ignacio Marín, Xabiel García
Pañeda, Francisco Fernández Linera, Daniel Álvarez Mantaras, Pablo Luque
Rodríguez. Congreso de Ingeniería del Transporte (CIT). 2014.
Evaluación del aprendizaje de conducción eficiente en un entorno profesional. Abel
Rionda, Xabiel G. Pañeda, Roberto García, David Melendi, Alejandro G. Pañeda,
Gabriel Díaz, Laura Pozueco. Simposio Internacional de Informática Educativa (SIIE).
Logroño, España. 2014.
Es también destacable que la empresa ADN Mobile Solutions acaba de obtener la concesión
de financiación en la convocatoria de la Unión Europea Instrumento Pyme para desarrollar
comercialmente el producto CATED BOX/BLED fruto de esta actividad investigadora conjunta
(Más
información
del
instrumento
PYME:
http://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/en/h2020-section/sme-instrument).
Este proyecto debería mantener el impulso a esta colaboración mejorando la calidad de la
tecnología desarrollada y aumentando por tanto el impacto económico de una empresa que
actualmente contrata a 14 egresados de la Escuela Politécnica de Ingeniería y que es,
probablemente, una de las PYMES con más proyección del Parque Científico Tecnológico de
Gijón. La posibilidad de disponer de un interfaz de realidad aumentada como dispositivo de
interacción en el vehículo convertiría a la tecnología CATED en un sistema sin equivalente en
el mercado. No debería olvidarse tampoco la mejora de la seguridad, al no tener el conductor
que apartar la vista de la carrera. En lo que se refiere a desarrollos futuros, dicho interfaz
permitiría al sistema convertirse en interactivo e incorporar más información al proporcionar
una capacidad de proyección mucho mayor.
2.3 Objetivos.
El objetivo general del proyecto será evaluar la utilización del dispositivo de realidad
aumentada Navdy (http://www.navdy.com/) para su utilización como interfaz en el vehículo de
la tecnología CATED.
218
Dentro de este objetivo general, los objetivos concretos del proyecto serán los siguientes:
1. Adaptación de la aplicación de asistencia a bordo para presentarse en el dispositivo
Navdy.
2. Evaluación del funcionamiento desde el punto de vista de la carga computacional y la
usabilidad.
3. Análisis de la mejora sobre la asistencia mediante pantalla convencional.
4. Análisis de la viabilidad de la convivencia en el mismo dispositivo con navegadores
GPS.
2.4 Metodología.
La metodología de trabajo utilizará una estructura clásica en los procesos de evaluación:

En primer lugar, se realizará la construcción de un prototipo que sirva como base
de experimentación, desarrollando todos los aspectos computacionales y gráficos
adecuados para su correcta implantación en el entorno vehicular.
 A continuación, se realizará un conjunto de test, que darán pie a la evaluación de la
viabilidad de la propuesta y la usabilidad de la misma.
 Finalmente se analizarán los resultados obtenidos en la experimentación previa del
proceso, para poder obtener conclusiones relevantes.
El resultado final del proceso consistirá en la obtención de los diferentes prototipos
desarrollados y la creación de los informes con las conclusiones de los análisis que indiquen
la viabilidad de la propuesta y en qué condiciones.
Los resultados esperables del proyecto son los siguientes:


Un prototipo de aplicación de recomendación a bordo, adaptada al uso del dispositivo
Navdy como interfaz. Se incluirá el diseño de la misma y un prototipo capaz de
presentarse adecuadamente en el dispositivo.
Estudio de la viabilidad de uso del dispositivo Navdy como interfaz para el sistema de
asistencia a bordo de la tecnología CATED. En este estudio se incluirá tanto la
219

viabilidad desde el punto de vista de la capacidad de computación del dispositivo,
como un estudio de viabilidad desde el punto de vista de la usabilidad.
Estudio de viabilidad para la presentación simultánea de la aplicación de
recomendación a bordo y un navegador GPS en el dispositivo Navdy. En dicho estudio
se evaluará la capacidad de computación para presentar ambas aplicaciones
simultáneamente y la viabilidad desde el punto de vista de la usabilidad.
El proyecto tendrá una duración de 6 meses, siendo la organización de las actividades la
siguiente:
1. Adaptación de la aplicación de asistencia a bordo para presentarse en el dispositivo
Navdy. (meses 1-4. Personal: David Melendi, Becario, Personal ADN). En esta tarea
se modificará la aplicación CATED de asistencia a bordo para ejecutarse en el
dispositivo Navdy y recibir la información vía Bluetooth. Actualmente dicha aplicación
se ejecuta en el dispositivo embarcado que simplemente proyecta sus resultados en
una pantalla. En el nuevo diseño el sistema embarcado debería transmitir los datos
para que estos se presentaran en el nuevo dispositivo. Se pasa de una concepción de
sistema centralizado a una estructura distribuida. También será necesario modificar el
interfaz para adaptarse a una presentación sobre una superficie transparente.
2. Evaluación del funcionamiento desde el punto de vista de la carga computacional y la
usabilidad. (mes 4-5. Personal: Xabiel García, Becario, Personal ADN). Una vez
construido el prototipo se realizarán pruebas de carga monitorizando el consumo de
recursos en el dispositivo. Deberá determinarse si el dispositivo tiene capacidad para
ejecutar las tareas de recepción de la información, procesamiento y presentación sin
deteriorar los tiempos de respuesta del sistema. Además, se realizarán pruebas para
evaluar la usabilidad. Se estudiará si la calidad de la proyección es adecuada y si es
posible seguir visualizando la vía cuando se presentan las alarmas del sistema de
recomendación. Para ello se realizarán test con conductores.
3. Análisis de la mejora sobre la asistencia mediante pantalla convencional. (mes 6.
Personal: Xabiel García, Becario, Personal ADN). Con los resultados de la evaluación
anterior se realizará un análisis comparativo para determinar si la mejora aportada por
220
el nuevo dispositivo compensa el incremento del coste en el servicio comercial
derivado de su adquisición, modificación del software e incorporación de la transmisión
vía Bluetooth.
4. Análisis de la viabilidad de la convivencia en el mismo dispositivo con navegadores
GPS. (mes 6. Personal: Roberto García, Becario, Personal ADN). Uno de los
elementos que desde hace tiempo están presentes en los vehículos son los
navegadores GPS. Actualmente cuando un vehículo lleva incorporado tanto el GPS
como el asistente de conducción eficiente, es necesario disponer de dos pantallas de
proyección. Una mejora en la usabilidad y de la seguridad sería la convivencia de
ambas aplicaciones en el mismo sistema de presentación. Por eso en esta actividad
se evaluará la capacidad del dispositivo para ejecutar ambas sin comprometer los
tiempos de respuesta.
Los resultados del proyecto se divulgarán con el siguiente plan:




Publicación de un artículo en un congreso científico especializado en el tema.
Adicionalmente el resultado de la investigación podría ser incluido en una publicación
en revista científica.
Presentación de los resultados en charlas de ámbito comercial por parte de la empresa
ADN.
Presentación de los resultados en eventos relacionados con Internet de las Cosas y
Smart Cities organizados por todo tipo de instituciones públicas y privadas.
Eventos organizados por el IUTA en la temática relacionada con el proyecto
(Conducción eficiente, Internet de las cosas, Smart Cities, etc.).
221
Gastos
Personal
Fungible
Inventariable
Otros Gastos
4.500 €
TOTAL GASTOS
4.500 €
Los gastos de personal serán los de la contratación del becario con cargo al proyecto. La
persona contratada se encargará de la modificación y adaptación de las aplicaciones, así
como la realización de los test. Colaborará con las tareas de diseño de aplicaciones y test con
los miembros senior del grupo de trabajo.
Adicionalmente la empresa colaboradora proporcionará al proyecto los siguientes activos:



Dispositivo Navdy: 300€
Dispositivo embarcado CATED: 400€
Horas de personal propio: 6.000 € (estimación. El personal se encargará de la
instalación de la comunicación Bluetooth en el dispositivo embarcado CATED, del
asesoramiento para el desarrollo del nuevo prototipo de aplicación y de la instalación
en vehículos del mismo).
4.AYUDA SOLICITADA
4.500 €
5.AYUDA CONCEDIDA
2.250 €
222
223

Proyectos 2015 - IUTA - Universidad de Oviedo

Transcripción

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