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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/6032| Título : | Comprensión de los conceptos de transmitancia y absorbancia a través de un dispositivo sensor de gases. |
| Autor : | ELIZALDE TORRES, JOSEFINA GONZALEZ CARDEL, MARIO FRANCISCO |
| Fecha de publicación : | 2018 |
| Resumen : | En este proyecto se plantea una nueva metodología para presentar a los alumnos de la asignatura de Analítica experimental II, en la facultad de química UNAM, los conceptos de transmitancia y absorbancia ópticas. Estos conceptos se presentaran de una manera tangible, a través de un fenómeno físico que será posible ver a simple vista. La comprensión de este fenómeno es de gran importancia, ya que es el principio físico de las espectroscopias. La base de esta metodología es el desarrollo de una película delgada de polímero conductor, como es el caso de la polianilina, que cambia de color al entrar en contacto con un gas y por tanto varía su transmitancia óptica. El cambio de color e indirectamente la transmitancia, será medida por la etapa de detección de un dispositivo electrónico que usará como fuente luminosa, un diodo emisor de luz (LED) de longitud de onda conocida, que hace incidir sobre la película un haz luminoso y visible, el cual será atenuado al ser obstruido parcialmente por el cambio de color sufrido por la película, el haz transmitido alcanzará un fototransistor, optoacoplado con el LED, que actúa como detector de intensidad luminosa y mide cuanto varía la intensidad con el cambio de color de la película, este cambio se reflejará en un cambio de voltaje que será enviado a una segunda etapa del sistema electrónico para su medición, dicho cambio de voltaje representará una medida indirecta del cambio de la transmitancia, así mismo, una medida indirecta también de la concentración del gas detectado. Finalmente el sistema electrónico de medición y despliegue de concentraciones estará diseñado en base a la tarjeta de desarrollo ARDUINO-UNO. Finalmente se evaluará el resultado de aplicar esta estrategia didáctica a los alumnos. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6032 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | ELIZALDE TORRES, JOSEFINA |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2018-2021 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | 1. Desarrollar una metodología para la formación de películas delgas de polianilina probando sobre sustratos de vidrio y policarbonato. 2. Diseñar, construir y probar un dispositivo electrónico experimental capaz de almacenar y procesar datos en una computadora, para la cuantificación de los cambios de transmitancia que sufre la película de polianila al ser expuesta a un gas. 3. Medir indirectamente la transmitancia y relacionarlas con las diferentes concentraciones de gas a las que la película de polianilina es expuesta a partir de una señal eléctrica. 4. Diseñar y construir un sistema optoelectrónico de monitoreo de gases, basado en la tarjeta ARDUINO-UNO, que emplea como elemento sensor una película delgada de polianilina. 5. Aplicar la estrategia didáctica a un grupo de alumnos que cursen la materia Analítica experimental II. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | La metodología propuesta permitirá que los alumnos comprendan de una manera fácil y clara los conceptos de transmitancia y absorbancia ópticas, a partir de los cambios de estas propiedades ópticas que experimenta una película al entrar en contacto con un gas, cambios que pueden ser observables a simple vista y que tienen una aplicación como el monitoreo de gases contaminantes. |
| metadata.dc.description.strategies: | Desarrollar y estandarizar un método basado en un baño químico, para depositar películas delgadas de polímero conductor sobre sustrato de vidrio o policarbonato, las cuales se caracterizaran por espectroscopias infrarroja (IR), ultravioleta-visible (UV-Vis) y Raman para comprobar la presencia de la polianilina en su sal emeraldina, y por interferometría se caracterizará su topografía.
Basandose en los principios de las espectroscopias es necesario diseñar una fuente luminosa (LED), de longitud de onda en el espectro visible, determinada experimentalmente, utilizando fuentes luminosas de diferentes longitudes de onda, la que enviará un haz hacia la película de polianilina, la cual entrará en contacto con el gas y al adsorberlo cambiará de color atenuando parcialmente la luz proveniente del LED. Un fotodetector acoplado ópticamente con la fuente medirá la atenuación provocada por la adsorción de la película y la traducirá en un cambio de voltaje.
Se desarrollará un dispositivo basado en la tarjeta de desarrollo ARDUINO-UNO y los programas computacionales necesarios para el monitoreo de concentración de gases, como una aplicación de los conceptos bajo estudio. Implementar una metodología didáctica diferente para explicar los conceptos de transmitancia y absorbancia ópticas, de manera visual y tangible, que permita a los estudiantes comprender estos conceptos en lugar de aprenderlos como fenómenos que suceden dentro de una "caja negra". |
| metadata.dc.description.goals: | Tercer año 1.- Se diseñaron y desarrollaron las cámaras de gases transparentes para visualizar los fenómenos que involucran los conceptos de transmitancia y absorbancia al exponer una película de polianilina a gas amoniaco, así como el circuito electrónico para medirlos durante la actividad didáctica propuesta. 2.- Se desarrollaron los programas para el monitoreo y despliegue digital de las concentraciones de gas sensado en ppm con el prototipo de amoniómetro. 3.- Se aplicó la actividad didáctica propuesta a grupos de alumnos que cursaron la asignatura Analítica experimental II, correspondiente al sexto semestre de la carrera de Químico Farmacobiólogo en el área de bioquímica y alimentos, impartida en la FQUNAM. 4.- Se desarrollaron y aplicaron cuestionarios para la evaluación de la actividad didáctica propuesta, a los grupos control y experimental. 5.- Se analizaron los resultados, a través de inferencia estadística, para conocer la eficiencia de la actividad didáctica, encontrando una diferencia significativa (significancia al 90%), en la comprensión de los conceptos estudiados en los grupos que participaron en la actividad didáctica experimental. 6.- Elaboración de un video demostrativo presentando la actividad didáctica experimental, para la Red Universitaria de Aprendizaje - UNAM (RUA). 7.- Elaboración del manual de operación del prototipo optoelectrónico, aprobado por el Comité Editorial del ICAT UNAM. Clave de control: MA-TECC-2019-549. 8.- Elaboración de un informe técnico con los resultados de las mediciones de espesor de las películas delgadas de polianilina, usando interferometría óptica, aprobado por el Comité Editorial del ICAT UNAM. Clave de control: II-TECC-2019-546. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | La actividad didáctica experimental usada permite explicar los conceptos de absorbancia y transmitancia de una manera visual, ya que el fenómeno completo sucede dentro de una cámara de gases transparente y ante la vista de los alumnos, lo que permite observar como un cambio de color provoca un cambio en la absorbancia (y por tanto en la transmitancia), permitiendo una mejor comprensión de los conceptos mencionados, así como de las leyes de Lamber y de Beer. Los cuestionarios de opción múltiple que se desarrollaron para evaluar el impacto de la actividad didáctica experimental, permiten conocer el nivel de comprensión de los conceptos que los estudiantes tienen antes y después de participar en dicha actividad. Consideramos que los resultados de los cuestionarios aplicados a los estudiantes que cursaron la materia, en los semestres 2019-2 y 2020-1, muestran que la experiencia didáctica contribuyó a la comprensión de los conceptos de absorbancia y transmitancia. Y lo comprobamos con el análisis estadístico que muestra una diferencia estadísticamente significativa (confiabilidad del 90%) entre los alumnos que participan en la actividad didáctica propuesta (Grupo experimental), de los que no lo hacen, (Grupo control). El desarrollo de video mostrando la actividad didáctica, servirá como material de apoyo para profesores y alumnos. Como aplicación del desarrollo de cámaras transparentes, circuitos de medición y despliegue que ayudan a comprender los conceptos de transmitancia y absorbancia de manera visual, se obtuvo un prototipo de amoniómetro que permite conocer la concentración de gas amoniaco en el medio ambiente en espacios cerrados, en un intervalo de 0 a 100 ppm. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | Primer año: 1.- Puesta a punto del método de depósito de películas delgadas de polianilina sobre sustrato de vidrio y policarbonato. 2.- Explorar la sensibilidad de las películas dopándolas con diversos ácidos orgánicos en un sistema experimental de captura automatizada. 3.- Caracterización de las películas de polianilina por espectroscopias IR, UV-vis, Raman y su espesor por interferometría de Fiseau. Segundo año: 1.- Diseño, construcción y pruebas de un sistema de detección de gases y procesamiento automatizado de datos. 2.- Pruebas de las películas de polianilina dopadas empleando diferentes longitudes de onda y a diferentes concentraciones de gas en el sistema desarrollado. 3.- Prototipo optoelectrónico de detección de gases a base de una tarjeta Arduino UNO. Tercer año: 1.- Programas para el monitoreo y despliegue digital de las concentraciones de gas sensado en ppm. 2.- Aplicar la estrategia propuesta a un grupo de alumnos que cursen la asignatura Analítica experimental II. 3.- Elaboración del manual de operación del prototipo optoelectrónico. 4.- Elaboración de un video demostrativo para la Red Universitaria de Aprendizaje - UNAM (RUA). |
| metadata.dcterms.provenance: | Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT) |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías |
| metadata.dc.contributor.coresponsible: | GONZALEZ CARDEL, MARIO FRANCISCO |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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