INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE INSTALACIONES INDUSTRIALES EN LA ASIGNATURA “EXPERIMENTACIÓN EN PLANTAS PILOTO” DE INGENIERÍA QUÍMICA Miguel ARNAL, María SANCHO, Beatriz GARCÍA-FAYOS E.T.S.I. Industriales, Departamento de Ingeniería Química y Nuclear Universidad Politécnica de Valencia Resumen En el proceso de Bolonia que actualmente se desarrolla en las universidades europeas, va a tener una especial importancia la formación en competencias, que obligará a buscar situaciones de aprendizaje que fomenten en los estudiantes el desarrollo de la capacidad de aplicación y resolución de problemas lo más reales posible. En el caso del Ingeniero Químico, consideramos que una de las competencias fundamentales es la capacidad de diseño de instalaciones industriales, capacidad que actualmente se adquiere en la elaboración del Proyecto Final de Carrera. Ante esta situación, diversos profesores del Dpto. de Ingeniería Química y Nuclear detectamos la necesidad de complementar la formación del alumno antes de enfrentarse al PFC introduciendo el diseño de instalaciones en alguna de las asignaturas troncales de la titulación. La asignatura elegida ha sido "Experimentación en Plantas Piloto", una asignatura experimental de 4,5 créditos eminentemente prácticos, impartida en el 2º cuatrimestre de 3er curso. En este trabajo se describe la metodología empleada para introducir al alumno en el diseño, que se basa en el método de proyectos, y se analiza la mejora del aprendizaje de los alumnos a partir de una serie de criterios de calidad que se evalúan por los docentes mediante escalas de tipo Likert. Palabras Clave:

1.

competencias, diseño, método de proyectos

Introducción

De acuerdo con los planteamientos del proceso de Convergencia Europea, la planificación didáctica de una materia debe consistir en una exposición secuencial de todo el conjunto de actvidades y tareas a realizar para tutorizar las experiencias de aprendizaje de los estudiantes [1]. El reto es diseñar unas metodologías de trabajo del profesor y de los alumnos que sean adecuados para que los estudiantes puedan conseguir las competencias deseadas. Así, el centro de atención en la planificación debería ser las competencias a adquirir por el alumno, mientras los métodos de enseñanza y los sistemas de evaluación se definen paralela e integradamente en relación a las comptencias. Dentro de este contexto, para que se produzca un crecimiento del estudiante en las competencias establecidas en el perfil de la titulación, el estudiante debe enfrentarse a situaciones de estudio y trabajo similares a las que puede encontrar en la práctica de su profesión. Así, se deben buscar metodologías que propicien un acercamiento a la realidad profesional como vía para conseguir un aprendizaje significativo, profundo y constructivo, que permita seguir aprendiendo de manera permanente [2]. Siguiendo esta línea, el aprendizaje orientado a proyectos es un método de enseñanzaaprendizaje que consiste en realizar un proyecto para resolver un problema aplicando las habilidades y los conocimients adquiridos en su desarrollo. Este método se recomienda en materias terminales, en cursos donde ya se integran contenidos de diferentes áreas de conocimiento y se pueden realizar trabajos multi e interdisciplinares, con duración de un semestre o un curso completo. Algunas de las competencias que permite desarrollar el método de proyectos son [1]:

a) Conocimientos: análisis, síntesis, conceptualización, desarrollo y profundización de conocimientos y habilidades técnicas, investigación e innovación de soluciones técnicas, transferencia de conocimientos y procedimientos a situaciones prácticas. b) Habilidades y destrezas: pensamiento sistémico, pensamiento crítico, manejo de información, expresión oral y escrita, trabajo en equipo. c) Actitudes y valores: iniciativa, constancia, sistematización, responsabilidad personal y grupal, respeto a los demás. Entre las numerosas ventajas del método de proyectos podrían destacarse las siguientes: Los estudiantes aprenden a tomar sus propias decisiones y a actuar de forma independiente. Mejora la motivación para aprender porque se apoya en la experiencia. Permite aplicar los conocimientos, habilidades y actitudes adquiridas a situaciones concretas. Favorece un aprendizaje integrador. Fortalece la confianza de los estudiantes en sí mismos. Se genera un producto final, el proyecto, en el que los alumnos ven reflejados los resultados de las competencias adquiridas, incluyendo el trabajo en grupo.

2.

Antecedentes

Tras varios años dirigiendo Proyectos Final de Carrera, algunos profesores del Dpto. de Ingeniería Química nos dimos cuenta de que los alumnos llegaban a este punto con escasa formación en el diseño de plantas industriales. Al analizar el currículum del Ingeniero Químico, comprobamos que el diseño propiamente dicho no se abordaba en su totalidad en ninguna asignatura, así que decidimos que podía ser interesante incluirlo en alguna de nuestras asignaturas experimentales. Las asignaturas experimentales de la titulación de Ingeniero Químico son un conjunto de asignaturas troncales eminentemente prácticas que se imparten entre 2º y 4º curso, y que engloban las prácticas de laboratorio de las asignaturas teóricas de esos cursos del área de Ingeniería Química. Se trata por tanto de asignaturas con un carácter aplicado y multidisciplinar, que resultan muy propicias para el desarrollo de las competencias de más alto nivel. Para introducir a los alumnos en el diseño de instalaciones industriales se escogió la asignatura “Experimentación en Plantas Piloto”, la penúltima del conjunto de asignaturas experimentales, que se ubica en el 2º cuatrimestre del tercer curso. Las principales razones para escoger esta asignatura fueron el hecho de que los alumnos ya son bastante autónomos en el trabajo en el laboratorio, y que ya han cursado las asignaturas teóricas necesarias para abordar un diseño. Por otro lado, conceptualmente la asignatura resulta ideal, puesto que los estudiantes deben trasladar los resultados obtenidos en la planta piloto de laboratorio, a escala industrial, lo cual simula en gran medida el proceso que se sigue en la profesión para el diseño industrial. En cuanto a la metodología empleada para introducir el diseño, consideramos que la asignatura reunía todas las características necesarias para poder aplicar el método de proyectos basado en un trabajo cooperativo, siguiendo así la forma tradicional de trabajo en grupo de estas asignaturas. Además, esta metodología nos permitiría adquirir las competencias que buscábamos desarrollar en los alumnos.

3.

Objetivos

A través de la aplicación del método de proyectos en la asignatura “Experimentación en Plantas Piloto” se pretende alcanzar los siguientes objetivos: 1. Introducir al alumno en el diseño de instalaciones industriales. 2. Conseguir que los alumnos apliquen sus conocimientos teóricos y sus destrezas adquiridas en el diseño de una instalación industrial.

3. Fomentar la iniciativa y el autoaprendizaje de los estudiantes. 4. Mejorar el trabajo en grupo aumentando la participación y el grado de implicación de todos los miembros.

4. 4.1

Descripción del trabajo Aplicación del método de proyectos en “Experimentación en Plantas Piloto”

Para la aplicación del método de proyectos con el fin de diseñar una instalación industrial, se ha escogido la práctica de extracción sólido-líquido mediante un sistema extractor tipo Soxhlet. En esta práctica de laboratorio los alumnos emplean un disolvente para extraer aceite a partir de almendra o cacahuete. Tradicionalmente, los estudiantes, organizados en grupos de 4-5 personas, realizaban la práctica de laboratorio en la que obtenían una serie de datos experimentales a partir de los cuales debían elaborar una memoria realizando una serie de cálculos y analizando los resultados obtenidos. Generalmente, la mayor parte de la memoria se realiza fuera del horario de clase por lo que los alumnos suelen repartirse las tareas, de manera que el trabajo en grupo se limita prácticamente a la recopilación de las tareas individuales. La nueva metodología aplicada en la práctica de extracción ha consistido en trasladar la información trabajada en el laboratorio, donde el extractor opera por cargas, a un diseño a escala industrial para conseguir un funcionamiento en continuo. Para ello, los alumnos realizan la práctica de laboratorio de la misma forma que antes, pero con el nuevo enfoque, deben observar y analizar cada una de las acciones realizadas puesto que luego deberán traducirlas a operaciones de ingeniería. Tras el estudio de las diferentes etapas y transformaciones de la materia prima mediante el diagrama de bloques, el estudiante adquiere una visión global del problema. Después de la práctica de laboratorio, los alumnos deberán relacionar los conocimientos adquiridos en ésta y otras asignaturas (Fluidos, Reactores Químicos, etc.) para aplicarlos en el diseño de la instalación industrial, que estará basado principalmente en el proceso productivo. Concretamente, los estudiantes deben desarrollar de forma libre e innovadora la parte correspondiente al sistema de obtención de aceite de almendra, y buscar alternativas en la valorización de los residuos. Los profesores de la asignatura tratamos de respetar en la medida de lo posible el diseño original que hagan los alumnos, orientándoles para que su diseño pueda funcionar y sea técnicamente realizable. Además, en el diseño deben tener en cuenta la seguridad asociada a los compuestos químicos, al proceso y al entorno de trabajo. Por otra parte, deben contemplar la gestión de los residuos generados en la instalación mediante propuestas de valorización y/o reutilización en los casos que sea posible. Con todo ello, se pretende dar un enfoque lo más real y aplicado posible al diseño, aumentando así la motivación del alumno y su grado de implicación, gracias a la cierta libertad o flexibilidad a la hora de proponer un diseño. Todo este proceso de diseño se realiza fuera del horario de clases, desde el principio del cuatrimestre cuando se realiza la práctica de laboratorio. El trabajo es tutorizado de forma periódica por los docentes, en consultas grupales en las que deben estar presentes todos los miembros. En estas sesiones de tutorías, el docente debe observar y evaluar el funcionamiento del grupo: el grado de participación de los distintos miembros, la argumentación técnica en la defensa de su diseño, y la coherencia dentro del grupo en los planteamientos realizados. 4.2

Evaluación de la mejora del aprendizaje

Para poder analizar y evaluar la mejora del aprendizaje conseguida por los alumnos tras la aplicación de esta metodología, se han definido una serie de criterios de calidad que posteriormente serán valorados. Los criterios de calidad seleccionados son los siguientes: A) Conocimiento y aplicación de las acciones realizadas en el laboratorio. Este criterio se evaluará a través del diagrama de bloques del proceso industrial que los alumnos deben incluir en el proyecto final. B) Percepción de los riesgos asociados a la práctica: compuestos químicos, proceso experimental y entorno de trabajo. Este criterio se valorará mediante el informe de seguridad que los alumnos entregan al final de la práctica y a través de su aplicación en el diseño de la instalación industrial.

C) Grado de innovación del diseño original propuesto. Se evaluará la aplicación del conocimiento experimental en el diseño, así como el razonamiento tecnológico de la solución planteada. D) Implicación y participación de los miembros del grupo. Se valorará a través de la observación de cada grupo en las sesiones de tutorías. E) Presentación y calidad del proyecto final realizado. Se evaluará el informe escrito que cada grupo de alumnos entrega como producto final del proceso. Se tendrán en cuenta no solo los conocimientos desarrollados y aplicados sino también la calidad de la presentación y la estructura del trabajo, así como la expresión escrita.

5.

Resultados

Para analizar los criterios de calidad descritos anteriormente, se ha hecho una valoración de los mismos por parte de los profesores implicados utilizando una escala de tipo Likert de 1 a 5, en la que 1 significa el nivel más bajo de la escala, y 5 el nivel más alto [4]. Para llevar a cabo dicha valoración los profesores han empleado distintas herramientas como han sido: observación durante la realización de la práctica de laboratorio, observación de la actuación individual y en grupo en las sesiones de tutorías, y corrección del informe escrito. La tabla 1 resume las valoraciones de cada uno de los criterios de calidad definidos. Tabla 1. Valoración de los criterios de calidad del proyecto de la asignatura “Experimentación en Plantas Piloto” Criterio

Valoración

A) Conocimiento y aplicación de las acciones realizadas.

3,5

B) Percepción de los riesgos asociados a la práctica.

5

C) Grado de innovación del diseño original propuesto.

5

D) Implicación y participación de los miembros del grupo.

4

E) Presentación y calidad del proyecto final realizado.

5

A continuación se justifica la valoración de cada criterio. El primer criterio se ha valorado con 3,5 porque los estudiantes han precisado de bastante ayuda por parte del profesor para identificar las distintas acciones realizadas y, sobre todo, para aplicarlas en el diseño de la instalación. Esto es debido a dos principales razones, por un lado, el alumno se enfrenta a una tarea totalmente nueva que además tienen que realizar en el tiempo limitado que supone la sesión de laboratorio. Por otro lado, muchos estudiantes no han superado, ni siquiera cursado, alguna de las asignaturas teóricas que se consideran indispensables para poder realizar esta asignatura, lo que está permitido por la ausencia de incompatibilidades. En cuanto a los criterios B y C han sido valorados con el máximo nivel de 5 ya que los alumnos, una vez ayudados en el planteamiento inicial, son totalmente capaces de proponer de forma innovadora un diseño y además contemplar los aspectos de seguridad más importantes. Por otra parte, el criterio D, que se refiere al funcionamiento del trabajo en grupo, se ha valorado con un 4 en promedio. La mayoría de los grupos funcionan de manera satisfactoria con una fuerte implicación de todos los miembros, pues la magnitud de la tarea a realizar requiere de la participación de todos ellos. Solamente unos pocos grupos no consiguen una completa unidad a la hora de trabajar, normalmente por el hecho de estar constituidos por un elevado número de personas (5-6) o por desavenencias entre sus miembros a la hora de trabajar. Finalmente, el proyecto final realizado se ha valorado con un máximo de 5, puesto que los trabajos superan generalmente nuestras expectativas siendo de una elevada calidad, tanto por las soluciones propuestas como por la presentación y defensa de las mismas.

6.

Conclusiones

Tras analizar los resultados conseguidos después de aplicar el método de proyectos en una de las prácticas de la asignatura “Experimentación en Plantas Piloto” de Ingeniería Química, se pueden establecer las siguientes conclusiones: Se ha conseguido dar un enfoque más real al trabajo del alumno en la práctica, a través de su implicación como técnico en el desarrollo de un proceso industrial, incluyendo aspectos importantes como los relacionados con la seguridad industrial y la gestión de residuos. Se ha fomentado la iniciativa y el autoaprendizaje de los estudiantes, dejándoles bastante libertad a la hora de plantear el diseño de la instalación, consiguiéndose simultáneamente un aumento de la motivación del alumno. El grado de implicación y participación de los distintos miembros en cada grupo ha sido muy alto, favorecido por la complejidad de la tarea a realizar y por la posibilidad de proponer ideas y soluciones. A través de la metodología aplicada se consigue relacionar y aplicar diferentes materias cursadas anteriormente por los estudiantes y plasmar en el diseño del proyecto final este aprendizaje multidisciplinar.

7. [1] [2]

[3]

Referencias DE MIGUEL, M. Modalidades de enseñanza centradas en el desarrollo de competencias. Universidad de Oviedo, 2006. FERNÁNDEZ, A. “Metodologías activas para la formación de competencias”. Educatio siglo XXI. Vol. 24, 2006, pp. 35-36. MARKHAM, T. Proyect based learning handbok. Buck Institute for Education, 2003.