es una introduccion de como se pede resolver el problema de diseño y aplicacion de laboratorios remotps

1. DESARROLLO DE LABORATORIOS REMOTOS
INTRODUCCIÓN
El modelo educativo actual está enfocado al desarrollo de competencias, las
cuales se adquieren de mejor forma si el estudiantes está en contacto con el
mundo real, lo cual se logra en el proceso educativo con la aplicación de prácticas
de laboratorio donde el estudiante conoce el proceso, identifica, verifica,
experimenta y demuestra sus competencias.
En forma específica en las aéreas de la ingeniería es necesario que los
estudiantes refuercen sus conocimientos a través de la experimentación, por
medio de prácticas de laboratorio, las cuales están actualmente requeridas en los
planes de estudio por competencias, pero la disponibilidad de laboratorio equipado
adecuadamente para su realización sigue siendo un gran problemas ya que el
costo del equipamiento para algunas aéreas de conocimiento son altos (Figura
1.1), así como de la disponibilidad en los tiempos requeridos (Andrés A.
Nogueiras-Meléndez, 2009). Aun en los casos de que se cuenta con laboratorios
debidamente equipados, el número de equipos disponibles para la realización de
las practica es insuficiente por su alto costo para que cada uno de los alumnos
realicen su proceso de aprendizaje por medio de la practicas, así como los horario
de acceso a los laboratorios esta sujetos a sistemas administrativos que no
siempre están enfocados al proceso educativo, haciendo que en algunos casos el
equipo está disponible pero no se tiene acceso a este, dando origen a un bajo
factor de utilización.
Fig. 1.1
Una alternativa para resolver la falta de laboratorios tradicionales
debidamente equipados y con una accesibilidad adecuada, son los

2. laboratorios virtuales y remotos a través de internet (Andrés A. Nogueiras-
Meléndez, 2009), (Asma Khalil1, 2009), actualmente ya existe la posibilidad
de tener acceso a estos en el país, definiendo a un laboratorio virtual como
“un espacio electrónico de trabajo concebido para la colaboración y la
experimentación a distancia con objeto de investigar o realizar otras
actividades creativas, y elaborar y difundir resultados mediante tecnologías
difundidas de información y comunicación" [UNESCO Paris 2000], siendo
sus componentes básicas los mostrados en la figura 1.2 y considerando
que un laboratorio remoto es el conjunto de equipos e instrumentos reales
que se pueden operar y controlar en forma remotamente, utilizando una
interfaz específica (Figura 1.3), (Bruce D. Moulton, 2004). Mostrando en la
tabla 1.1, las diferentes posibilidades que se tienen para tener acceso a los
laboratorios por parte de los estudiantes y docentes en la actualidad.
NATURALEZA DEL RECURSO
UBICACIÓN REAL SIMULADO
ACCESO AL
RECURSO
LOCAL LABORATORIO
TRADICIONAL
LABORATORIO
VIRTUAL UN
SOLO USUARIO
REMOTA LABORATORIO
REMOTO
LABORATORIO
VIRTUAL
MULTIUSUARIO
Tabla 1.1
LABORATORIO VIRTUAL LABORATORIO REMOTO
Figura 1.2 Figura 1.3

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el planteamiento en el desarrollo de un laboratorio remoto en forma amplia
implica en ciertos casos considerar que este se puede aplicar en diferentes
practicas del área del conocimiento donde se requiere como lo más importante
que el estudiante verifique en un equipo real las consideraciones teóricas del
comportamiento de un dispositivo para ciertos parámetros a la entrada,
características en su salida y señales de control de acuerdo a su naturaleza y
principio de operación.
Tomando en cuenta el enfoque del laboratorio remoto anteriormente planteado
surge la necesidad que el laboratorio tenga acceso en forma remota, el cual
cuente con un equipo o dispositivo evaluado confiable, equipo de medición
adecuado tanto en precisión y tiempo de respuesta para cada uno de los
parámetros a evaluar, así como dispositivos de entrada, salida y control apropiado
para ser aplicados en la evaluación de la operación del equipo o dispositivo.
Otra característica que hay que tomar en cuenta para un laboratorio remoto es por
lo que respecta, la forma en que el estudiante tendría acceso en forma remota,
estando está definida en función de la velocidad de respuesta del equipo o
dispositivo a una variación tanto de la entrada como su salida, así como a señales
de control, planteando que para los casos los sistemas donde la reacción, efecto o
respuesta es lenta y la cual en algunos casos pueden tardar varios minutos, como
por ejemplo los sistemas térmicos, donde la velocidad de trasmisión de la
información no es crítica para la operación adecuada del sistema, donde se puede
plantear un acceso síncrono, tomando en cuenta que la velocidad de transmisión
de los datos a través de acceso remoto por medio de la WEB (internet), podría
sufrir un retraso sin afectar la operación del equipo o dispositivo, así como el
resultado de la practica.
Por otra parte existen sistemas en que su tiempo de respuesta requerida es del
orden de milisegundo, para su operación y control, siendo necesario una velocidad
de transmisión de datos alta, por ejemplo los sistema de control electrónicos de
velocidad con PWM, figura 1.4, para motores CD de velocidad critica, donde una
velocidad alta de transmisión de los datos es muy importan para una correcta
evaluación de su operación, planteando como una solución posible la evaluación
de funcionamiento del dispositivo en forma remota con acceso asíncrono de los
parámetros, es decir el estudiante envía al laboratorio remo la información

4. propuesta para evaluar la operación dispositivo, para que posteriormente de
acuerdo a la metodología establecidas se apliquen al dispositivo y se obtengan los
resultados de la practica para que sean enviados al estudiantes.
PWM a una frecuencia de 31,250 KHz.
Figura 1.4
Como se menciono anteriormente se planteo que el principio de operación del
laboratorio remoto sea aplicable a prácticas de laboratorios para diferentes áreas
donde es fundamental analizar el comportamiento de un equipo o dispositivo bajo
condiciones de entrada, salida y control, para el presente trabajo se eligió un área
específica, siendo esto no limitante que el principio de operación se pueda ampliar
a otras materias donde se realicen prácticas bajo el mismo principio.
Seleccionando como el área de electrónica de potencia en donde se aplique el
laboratorio remoto, tomando en cuenta que es una parte de la electrónica que
tiene como objetivo la conversión y control de la energía (potencia) a través de la
aplicación dispositivos electrónicos, la cual tiene una gran importancia en el
proceso educativo, debido a que los dispositivo que requiere energía para su
funcionamiento cuentan con un sistema de electrónica de potencia que la
suministra, por lo tanto el eficiente uso de la energía depende de los circuitos
electrónicos de potencia, siendo actualmente un tema de gran importancia, se
requiere que los alumnos tengan acceso a laboratorio para realizar sus prácticas
en el proceso educativo.
La falta de equipos suficiente donde realizar las prácticas así como de
instrumentos de medición para la materia de electrónica de potencia en las
instituciones educativas, justifica el desarrollar la implementación de un
Laboratorio Remoto para la enseñanza de Electrónica de Potencia.

5. En forma específica se selecciono como equipo donde se realicen las practicas a
un convertidores CD- CD, (Bruce D. Moulton, 2004) (Bauer P., 2008) ya que estos
dispositivos son básicos en la aplicación de la electrónica de potencia.
Existen diferentes tipos de convertidores de CD -CD quienes en la actualidad
operan para su control a frecuencias de control que van desde los 30 KHz a
hasta decenas a MHz, como se ha mencionado el control en forma síncrona en
forma remota de estos dispositivos no operaria adecuadamente por el retraso que
se presenta a través de los medios actuales de comunicación disponibles , por lo
que se plantea, que el estudiante tenga acceso en forma asíncrona y donde
especifique las condiciones de prueba de operación del convertidor CD-CD tal
como alimentación de entrada, características de la carga así como la
sintonización de los controladores (Pablo Salas Castro, 2005), para que
posteriormente el laboratorio remoto a través de un servidor realizara la practica
en el equipo sin conexión con el estudiante y al terminar enviara los resultados.
Siendo el laboratorio remoto en forma asíncrona se podrán realizar diferentes
experimentos bajo varias condiciones de operación propuestas por los estudiantes
en ubicaciones remotas.
El laboratorio remoto en el caso particular de electrónica de potencia implica
también actividades como el diseñar e implementar un convertidor CD - CD que
sea el más representativo desde el punto de vista didáctico y tenga las
características de accesibilidad y modificación para ser integrado al sistema, otro
reto es diseñar un sistema de control y de adquisición de datos que pueda logra
que en forma remota se pueda realizar en el experimento, así como también otra
característica a desarrollar es de un sistema de gestión para la interacción del
estudiante con el convertidor CD- CD didáctico remotamente que sea segura y
mantenga el control por medio del internet en forma asíncrona, mostrando en la
figura. 1.5, un modelo básico del laboratorio remoto.

6. Figura 1.5 modelo básico de un laboratorio remoto
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un laboratorio remoto para la enseñanza de convertidores CD - CD con
acceso asíncrono.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Desarrollar e implementar un sistema de adquisición de datos basado en
LabView para la interconexión de equipo de medición comercial
(multímetro, osciloscopio, fuentes programables, cargas dinámicas).
 Desarrollar la interface para que el laboratorio funcione en la Web.
 Seleccionar la plataforma adecuado de acceso al laboratorio remoto por el
estudiante.
 Conocer la operación de convertidores CD - CD
 Desarrollar un convertidor CD - CD como equipo de laboratorio
 Desarrollar e implementar el hardware y software de un sistema de control
reprogramable para el convertidor desarrollado.
PROPUESTA DE SOLUCIÓN
Se propone implementar un laboratorio para realizar prácticas de la materia de
electrónica de potencia en un convertidor CD - CD con acceso remoto por el
estudiante en forma asíncrona, donde la practica a realizar consistiría que al
permitirle el ingreso al laboratorio en forma remota alumno propondría las
condiciones de operación del convertidor en lazo abierto de acuerdo a la teoría de
funcionamiento para que sea evaluadas posteriormente en función de la
disponibilidad en el convertidor CD –CD del laboratorio, realizando la evaluación a
en dos condiciones, una a diferente cargas y otra diferentes voltajes a su entrada

7. en forma automática, con el objeto que los resultados obtenidos de la evaluación
se envíen al alumno para que realice su análisis y explique en caso de existir las
discrepancias en función de los valores esperados teórico de operación de
convertidor, de tal forma que realice su reporte de la practica como si la hubiera
realizado en forma presencial en el laboratorio.