Hidrodinamica de planeadores submarinos y su impacto en la funcionalidad de sensores CTD

Los recientes desarrollos tecnológicos permiten la transición de la oceanografía observacional desde un concepto basado en buques a uno basado en sistemas autónomos en red. Este último, propone que la forma más eficiente y efectiva de observar el océano es con una red de plataformas autónomas distribuidas espacialmente y complementadas con sistemas de medición remota. Debido a su maniobrabilidad y autonomía, los planeadores submarinos están jugando un papel relevante en este concepto de observaciones en red. Los planeadores submarinos fueron específicamente diseñados para muestrear vastas zonas del océano. Estos son robots con forma de torpedo que hacen uso de su forma hidrodinámica, alas y cambios de flotabilidad para generar movimientos horizontales y verticales en la columna de agua. Un sensor que mide conductividad, temperatura y profundidad (CTD) constituye un equipamiento estándar en la plataforma. Esto se debe a que ciertas variables dinámicas del Océano se pueden derivar de la temperatura, profundidad y salinidad. Esta última se puede estimar a partir de las medidas de temperatura y conductividad. La integración de sensores CTD en planeadores submarinos no esta exenta de desafíos. Uno de ellos está relacionado con la precisión de los valores de salinidad derivados de las muestras de temperatura y conductividad. Específicamente, las estimaciones de salinidad están significativamente degradadas por el retardo térmico existente, entre la temperatura medida y la temperatura real dentro de la celda de conductividad del sensor. Esta deficiencia depende de las particularidades del flujo de entrada al sensor, su geometría y, también se ha postulado, del calor acumulado en las capas de aislamiento externo del sensor. Los efectos del retardo térmico se suelen mitigar mediante el control del flujo de entrada al sensor. Esto se obtiene generalmente mediante el bombeo de agua a través del sensor o manteniendo constante y conocida su velocidad. Aunque recientemente se han incorporado sistemas de bombeo en los CTDs a bordo de los planeadores submarinos, todavía existen plataformas equipadas con CTDs sin dichos sistemas. En estos casos, la estimación de la salinidad supone condiciones de flujo de entrada al sensor, razonablemente controladas e imperturbadas. Esta Tesis investiga el impacto, si existe, que la hidrodinámica de los planeadores submarinos pudiera tener en la eficiencia de los sensores CTD. Específicamente, se investiga primero la localización del sensor CTD (externo al fuselaje) relativa a la capa límite desarrollada a lo largo del cuerpo del planeador. Esto se lleva a cabo mediante la utilización de un modelo acoplado de fluido no viscoso con un modelo de capa límite implementado por el autor, así como mediante un programa comercial de dinámica de fluidos computacional (CFD). Los resultados indican, en ambos casos, que el sensor CTD se encuentra fuera de la capa límite, siendo las condiciones del flujo de entrada las mismas que las del flujo sin perturbar. Todavía, la velocidad del flujo de entrada al sensor CTD es la velocidad de la plataforma, la cual depende de su hidrodinámica. Por tal motivo, la investigación se ha extendido para averiguar el efecto que la velocidad de la plataforma tiene en la eficiencia del sensor CTD. Con este propósito, se ha desarrollado un modelo en elementos finitos del comportamiento hidrodinámico y térmico del flujo dentro del CTD. Los resultados numéricos indican que el retardo térmico, atribuidos originalmente a la acumulación de calor en la estructura del sensor, se debe fundamentalmente a la interacción del flujo que atraviesa la celda de conductividad con la geometría interna de la misma. Esta interacción es distinta a distintas velocidades del planeador submarino. Específicamente, a velocidades bajas del planeador (0.2 m/s), la mezcla del flujo entrante con las masas de agua remanentes en el interior de la celda, se ralentiza debido a la generación de remolinos. Se obtienen entonces desviaciones significantes entre la salinidad real y aquella estimada. En cambio, a velocidades más altas del planeador (0.4 m/s) los procesos de mezcla se incrementan debido a la turbulencia e inestabilidades. En consecuencia, la respuesta del sensor CTD es mas rápida y las estimaciones de la salinidad mas precisas que en el caso anterior. Para completar el trabajo, los resultados numéricos se han validado con pruebas experimentales. Específicamente, se ha construido un modelo a escala del sensor CTD para obtener la confirmación experimental de los modelos numéricos. Haciendo uso del principio de similaridad de la dinámica que gobierna los fluidos incompresibles, los experimentos se han realizado con flujos de aire. Esto simplifica significativamente la puesta experimental y facilita su realización en condiciones con medios limitados. Las pruebas experimentales han confirmado cualitativamente los resultados numéricos. Más aun, se sugiere en esta Tesis que la respuesta del sensor CTD mejoraría significativamente añadiendo un generador de turbulencia en localizaciones adecuadas al interno de la celda de conductividad. ABSTRACT Recent technological developments allow the transition of observational oceanography from a ship-based to a networking concept. The latter suggests that the most efficient and effective way to observe the Ocean is through a fleet of spatially distributed autonomous platforms complemented by remote sensing. Due to their maneuverability, autonomy and endurance at sea, underwater gliders are already playing a significant role in this networking observational approach. Underwater gliders were specifically designed to sample vast areas of the Ocean. These are robots with a torpedo shape that make use of their hydrodynamic shape, wings and buoyancy changes to induce horizontal and vertical motions through the water column. A sensor to measure the conductivity, temperature and depth (CTD) is a standard payload of this platform. This is because certain ocean dynamic variables can be derived from temperature, depth and salinity. The latter can be inferred from measurements of temperature and conductivity. Integrating CTD sensors in glider platforms is not exempted of challenges. One of them, concerns to the accuracy of the salinity values derived from the sampled conductivity and temperature. Specifically, salinity estimates are significantly degraded by the thermal lag response existing between the measured temperature and the real temperature inside the conductivity cell of the sensor. This deficiency depends on the particularities of the inflow to the sensor, its geometry and, it has also been hypothesized, on the heat accumulated by the sensor coating layers. The effects of thermal lag are usually mitigated by controlling the inflow conditions through the sensor. Controlling inflow conditions is usually achieved by pumping the water through the sensor or by keeping constant and known its diving speed. Although pumping systems have been recently implemented in CTD sensors on board gliders, there are still platforms with unpumped CTDs. In the latter case, salinity estimates rely on assuming reasonable controlled and unperturbed flow conditions at the CTD sensor. This Thesis investigates the impact, if any, that glider hydrodynamics may have on the performance of onboard CTDs. Specifically, the location of the CTD sensor (external to the hull) relative to the boundary layer developed along the glider fuselage, is first investigated. This is done, initially, by applying a coupled inviscid-boundary layer model developed by the author, and later by using a commercial software for computational fluid dynamics (CFD). Results indicate, in both cases, that the CTD sensor is out of the boundary layer, being its inflow conditions those of the free stream. Still, the inflow speed to the CTD sensor is the speed of the platform, which largely depends on its hydrodynamic setup. For this reason, the research has been further extended to investigate the effect of the platform speed on the performance of the CTD sensor. A finite element model of the hydrodynamic and thermal behavior of the flow inside the CTD sensor, is developed for this purpose. Numerical results suggest that the thermal lag effect is mostly due to the interaction of the flow through the conductivity cell and its geometry. This interaction is different at different speeds of the glider. Specifically, at low glider speeds (0.2 m/s), the mixing of recent and old waters inside the conductivity cell is slowed down by the generation of coherent eddy structures. Significant departures between real and estimated values of the salinity are found. Instead, mixing is enhanced by turbulence and instabilities for high glider speeds (0.4 m/s). As a result, the thermal response of the CTD sensor is faster and the salinity estimates more accurate than for the low speed case. For completeness, numerical results have been validated against model tests. Specifically, a scaled model of the CTD sensor was built to obtain experimental confirmation of the numerical results. Making use of the similarity principle of the dynamics governing incompressible fluids, experiments are carried out with air flows. This significantly simplifies the experimental setup and facilitates its realization in a limited resource condition. Model tests qualitatively confirm the numerical findings. Moreover, it is suggested in this Thesis that the response of the CTD sensor would be significantly improved by adding small turbulators at adequate locations inside the conductivity cell.

Comportamiento termomecánico de una funda para eje motriz durante el proceso de soldadura por fricción rotativa directa

La industria automotriz requiere una alta calidad en la fabricación de sus productos, tales como las fundas para diferencial, por lo que es de suma importancia tener un control sobre el comportamiento mecánico de estos productos. Los procesos de unión en estado sólido, son conocidos como procesos de unión permanente, o procesos de soldadura. Estos procesos son utilizados debido a su diversa aplicación en distintos tipos de industrias así como también en la unión permanente de materiales ferrosos y no ferrosos. La razón esencial que impulsa esta investigación es el impacto que presentan ciertas anomalías mecánicas en piezas del giro automotriz, afectando no solo la producción de estas, sino también sus costos finales. Motivo por el que se buscó desarrollar una metodología que permitió el análisis numérico de las deformaciones y deflexiones presentes así como esfuerzos y cargas en el proceso de soldadura por fricción rotativa que se encuentra en la línea 2 de la planta de SISAMEX, S.A. de C.V. En este estudio se logró desarrollar un modelo computacional para estudiar el conjunto de elementos durante el proceso de soldadura por fricción rotativa directa. La geometria de la funda-husillo influyó considerablemente en el comportamiento mecanico durante el proceso de unión. De acuerdo a los resultados experimentales y el análisis numérico se observó que los desplzamientos mayores se generan durante la fase 2, siendo en la fase 3 mínimos o nulos. Se logró replicar con éxito el proceso de soldadura por fricción rotativa mediante un análisis numérico 2D mediante un paquete comercial CAE, así mismo se realizó la simulación del proceso en condiciones ideales y modificadas mediante un análisis 3D y se validó a través de pruebas experimentales en planta.

EFECTO DE LA VARIACION DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA EN LA FRECUENCIA DE LAS AVENIDAS

Un hecho que pasa desapercibido para la mayoría de las personas, pero no para aquellas que viven cerca de las riberas de los ríos pequeños y quebradas, o para los ingenieros hidrológicos, es el aumento en la frecuencia y magnitud de las avenidas, especialmente cuando la cuenca de la corriente empieza a sufrir las consecuencias de la deforestación, para dar campo a la urbanización y expansión de la ciudad.Este aumento en la frecuencia de las avenidas por causa de un desequilibrio ecológico natural o artificial, que a su vez es provocado cuando se elimina parcial o totalmente la cobertura vegetal en la cuenca, es investigado en este trabajo, en un caso, a partir de fórmulas matemática empíricas deducidas de pruebas experimentales y en otro caso, utilizando una expresión matemática definida cuya representación gráfica se asemeje al hidrograma de una avenida, tal y como un sinusoide.   De los resultados obtenidos en este trabajo, se infiere que cuando se dé una ecuación que represente la frecuencia probable de las avenidas en una corriente, debería indicarse que tal ecuación es válida para las condiciones que se observan en la cuenca al momento que se ha hecho el análisis, puesto que sin dicha cuenca se experimentará un gran cambio en su cobertura vegetal, la frecuencia de las avenidas variaría de manera muy significante, aumentando si hay deforestación o disminuyendo si se tiene un proceso de reforestación.

Praxis proyectiva para la enseñanza de la Biología en el COU : estudio experimental para la reforma de método y pruebas.

Comprobar si el proceso de aprendizaje de los alumnos, centrado en la realización de actividades experimentales, de discusión y análisis de documentos científicos, supone una mejora cualitativa de determinadas capacidades y hábitos. Evaluar los costes y dificultades que habrían de afrontarse caso de una hipotética generalización de esta metodología. 114 alumnos de Biología de COU, pertenecientes a centros públicos del distrito universitario de Cantabria, distribuidos en cuatro grupos, dos experimentales y otros dos testigo o de contraste.. Para verificar si la aplicación de la metodología activa considerada sirve para desarrollar determinadas capacidades y hábitos por parte de los grupos experimentales, en comparación con los grupos testigos, se consideraron las siguientes variables: formas espaciales, percepción espacial, observación, razonamiento matemático, lógica, vocabulario biológico, comentario de texto. Baterías de test sobre: formas espaciales, percepción espacial, observación-razonamiento matemático, lógica-vocabulario biológico. Comentarios de texto sobre temática científica. Análisis estadístico de los resultados obtenidos en la aplicación de los diferentes test (realizados al principio y final de la experiencia en los grupos experimentales y testigos) a través de diversos parámetros (media, desviación típica, covarianza y coeficiente de correlación). Creación de pruebas normalizadas y contrastadas en el campo de la enseñanza de la Biologia. Valoración económica de la aplicación de una metodología activa. Nueva planificación de experiencias de laboratorio (vease: 'Estructuración de las prácticas de laboratorio como proyectos de investigación, Biología'). Elaboración de documentos didácticos. Conocimiento de nuevos y valiosos elementos de juicio sobre los factores que condicionan la aplicación de una metodología activa. El trabajo realizado supone, dadas las dificultades encontradas en la obtención de resultados objetivos, una primera fase exploratoria abierta a futuras investigaciones. La valoración efectuada por el equipo investigador ha sido positiva, fundamentalmente en: factores de motivación y de participación en la planificación del trabajo a realizar; enriquecimiento en la adquisición y elaboración de recursos didácticos; conocimiento de líneas de trabajo similares; adquisición de nuevos elementos de juicio sobre los factores que inciden en la aplicación de una metodología activa en la enseñanza de la Biología.

Resolución de hipótesis experimentales para el aprendizaje de la Fisiología Animal.

Las Nuevas Tecnologías permiten reestructurar la docencia sobre todo de las ciencias experimentales. En varias asignaturas del departamento de Fisiología de la Facultad de Biología, se aplica el nuevo método docente basado en la resolución de problemas y la tutoría. El correo electrónico permite que la tutoría y los hipermedia se utilizen óptimamente. La adquisición de habilidades y el hecho de superar unas pruebas de evaluación aporta valiosa información al alumnado. La adquisición de habilidades por simulación disminuye el fracaso en la aplicación práctica.

Evaluación de habilidades científicas en las Pruebas de Acceso a la Universidad de biología.

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Análisis de las Pruebas de Acceso a la Universidad de la asignatura de ciencias de la tierra y del medio ambiente.

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Las pruebas de evaluación en ciencias del proyecto PISA.

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La visión de los profesores sobre las competencias evaluadas en las pruebas PISA.

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¿Qué considera el alumnado que son pruebas de la evolución?

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¿Salmones o sardinas? : una unidad para favorecer el uso de pruebas y la argumentación en ecología

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La enseñanza de las Ciencias Experimentales en el Bachillerato.

Justificación del estudio de las ciencias experimentales en el Bachillerato y análisis de sus objetivos, de las condiciones que deben darse para una enseñanza eficaz de las ciencias experimentales, de las prácticas de laboratorio fundamentales para la formación científica de los alumnos, de la selección de ejercicios prácticos según los objetivos a conseguir, del material necesario para la enseñanza experimental, de la preparación de las aulas y laboratorios, de las pruebas del aprovechamiento del alumno y de la importancia de dichas pruebas para el profesor.

Evaluación del currículum de Ciencias Experimentales del Bachillerato : problemas de aprendizaje de estructura conceptual.

Intenta cumplimentar 3 objetivos: 1.- Considerar los dos tipos de criterios necesarios para un diseño adecuado del currículum de Ciencias, es decir, criterios lógicos y psicológicos, estos últimos basados en la teoría de la asimilación de Ausubel; 2.- Organizar, de acuerdo con los criterios anteriores, el contenido conceptual de un curso introductorio de Física al nivel de los últimos cursos de Bachillerato; y, 3.- Explorar su efectividad. 100 alumnos de tercero de BUP (17 años) de dos institutos de Madrid. Grupo experimental n=75 y grupo control n=35. También se pasó la prueba final (prueba b) elaborada a 33 estudiantes universitarios que habían seguido de modo independiente una asignatura de introducción a la Termodinámica. Tras diseñar material escrito de acuerdo a las consideraciones lógicas y psicológicas defendidas teóricamente, se diseñó un estudio exploratorio para investigar la efectividad de este tipo de estructura conceptual del currículum. VI.: organizacion del contenido de los materiales y VD.: rendimiento en las pruebas de evaluación. Material escrito sobre la segunda ley de Termodinámica: 40 páginas diseñadas explícitamente para esta investigación (experimental); un capítulo de Halliday y Rescrik organizado tradicionalmente (control); material escrito para enseñar a los estudiantes de ambos grupos los fundamentos de la Termodinámica y la primera ley para homogenizar los conocimientos previos requeridos. Pruebas de evaluación ad hoc: prueba a) Cumplimentada inmediatamente después del tratamiento: y prueba b) Cumplimentada 9 semanas más tarde. Índices descriptivos: frecuencias y porcentajes. Existen concepciones erróneas que interfieren con el aprendizaje de los conceptos científicos y afectan a todos los grupos por igual. No se encontraron efectos apreciables de la presentación al estudiante de la génesis de conceptos y principios. No parecen existir diferencias apreciables debido a los materiales experimentales. Se encuentran pequeñas diferencias en el aprendizaje significativo de la segunda ley debido a la estructura problema-solución. A los estudiantes les resulta difícil captar la estructura conceptual general, de alto nivel, de los materiales experimentales. Se deben identificar las preconcepciones de los alumnos y tenerlas en cuenta para evitar interferencias perjudiciales en el aprendizaje de nuevo material. Si se quiere que los estudiantes aprendan la estructura conceptual tal como se intenta, parece necesario la utilización de tratamientos más fuertes, donde se indiquen explícitamente las relaciones de alto nivel. Se observaron algunas mejoras en el aprendizaje debido a la estructura de los materiales experimentales frente a la presentación de conceptos y principios como resultados finales.

Evaluación de las pruebas utilizadas en la segunda aplicación (noviembre 85) de la Reforma de las Enseñanzas Medias.

Realizar un análisis de las pruebas utilizadas en la segunda aplicación del estudio de la Reforma de las Enseñanzas Medias. 1. Análisis-estudio de la evaluación efectuada por los constructores de las pruebas. 2. Análisis del informe de la aplicación de la prueba efectuada por IMOP. 3. Análisis de los resultados de las pruebas. Test de Aptitudes Escolares TEA-3, DAT-MR, Rotación de Figuras Macizas, Cuestionario CIDE, Cuestionario de Estudio, Pruebas de Rendimiento. De acuerdo con los resultados de los distintos análisis, las pruebas pueden clasificarse en 3 grandes clases: 1. Pruebas sin problemas: Lengua Francesa, Inglés, Comprensión lectora, Ortografía, Matemáticas cálculo, Matemáticas aplicaciones, RFM, DAT-MR y TEA-3. 2. Pruebas razonablemente buenas: Ciencias Experimentales, Matemáticas reforma, Música, Plástica, Educación Física y Ciencias Sociales. 3. Pruebas con problemas: Tecnología, Educación para la Convivencia y el Cuestionario de estudio. En función de los resultados, este informe establece la recomendación de que todas las pruebas mejorarían bastante modificando ítems que plantean problemas de dificultad, de dimensionalidad y/o de discriminación y asimismo, debería hacerse un esfuerzo para introducir criterios externos de validación.

El método de adiestramiento y maduración mental (MAMM) : estudios experimentales.

Se intentó comprobar la eficacia de un programa de reeducación para niños deficientes mentales ligeros, mediante un estudio longitudinal de dos años y diversas comparaciones transversales. 12 niños deficientes mentales (CI con rango 55-75) con características de edad mental y cronológica homogeneizadas y 12 niños normales igualados en edad mental y cronológica. Se tomaron como variable independiente la pertenencia a uno de dos grupos (experimental compuesto por 12 sujetos deficientes mentales, y control compuesto de 12 sujetos normales). Como variables dependientes sirvieron una amplia variedad de pruebas de lenguaje, psicomotricidad, maduración intelectual, etc, que componían una batería de pruebas. Se tomaron varios registros a lo largo del proceso con la finalidad de evaluar la eficacia del tratamiento, que difería de grupo a grupo. Pruebas clásicas de evaluación del rendimiento intelectual a varios niveles cognitivos: memoria, lenguaje, percepción y procesos cognitivos superiores. El análisis estadístico de los datos utilizó pruebas 'T' clásicas de comparación de grupos para cada una de las variables dependientes consideradas, y pruebas 'T' cuadrado de Hotelling multivariadas para evaluar procesos afines explorados individualmente en la batería. Además, cuando fue posible dividir los grupos en bloques homogéneos, se aplicaron pruebas de Anova y Manova en el mismo sentido apuntado. Todos los cálculos se realizaron con calculadora de escritorio. El método parece mejorar ciertos aspectos puntuales del nivel cognitivo de los deficientes, en particular los aspectos perceptivo-motóricos, pero los componentes cognitivos de nivel superior no aparecen afectados en absoluto. De los resultados encontrados se deduce que la metodología empleada en reeducación es positiva en algunos aspectos. Los resultados nulos encontrados en otros pueden ser atribuidos a la escasa duración del proceso (dos años), aunque éste es el tope indicado por sus autores para encontrar efectos importantes.