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Innovación en la enseñanza de la ingeniería: uso de la nomografía y software abierto para la representación gráfica de ecuaciones

Acaban de publicar nuestro artículo en la revista Plos One, del primer cuartil del JCR. El artículo presenta una propuesta innovadora para la enseñanza de la ingeniería mediante la aplicación de la nomografía, una técnica matemática que se utiliza para representar gráficamente ecuaciones complejas. Su principal contribución es la introducción del software Nomogen, una herramienta basada en Python que permite generar nomogramas de tres variables de manera rápida y precisa, sin necesidad de manipular determinantes ni realizar dibujos manuales.

El estudio también demuestra la viabilidad de la nomografía como recurso didáctico en la enseñanza de la ingeniería, ya que facilita la interpretación de ecuaciones multivariables y reduce los errores en cálculos repetitivos. A través de una metodología experimental aplicada a estudiantes de ingeniería de diferentes niveles, los autores confirman que existe un renovado interés en el uso de nomogramas en entornos educativos, puesto que destacan su utilidad como complemento a los métodos digitales convencionales.

Los resultados del estudio revelan que, aunque el 78,4 % de los estudiantes encuestados nunca habían utilizado nomogramas, el 86,5 % reconoció su capacidad para interpretar fenómenos con múltiples variables de manera clara. Esta percepción constituye un argumento sólido a favor de la integración de la nomografía en los programas de ingeniería.

El uso del software Nomogen permitió superar las limitaciones tradicionales de la nomografía, ya que elimina la complejidad matemática inherente a su construcción manual. La posibilidad de generar gráficos precisos y adaptables a diferentes contextos hace que la herramienta sea accesible para estudiantes y docentes.

El análisis de las respuestas de la encuesta también reveló diferencias en la valoración de los nomogramas según el nivel formativo de los estudiantes. Los estudiantes en etapas avanzadas de sus estudios mostraron una mayor valoración de su utilidad en cuanto a la comprensión de fenómenos con múltiples variables.

El estudio abre diversas oportunidades de desarrollo futuro en los campos de la ingeniería y la educación. Algunas áreas que podrían explorarse son:

  1. Ampliación del uso de nomogramas en otras disciplinas: Evaluar su aplicabilidad en áreas como la mecánica de suelos, hidráulica y estructuras, donde la representación gráfica de ecuaciones puede simplificar análisis complejos.
  2. Integración de inteligencia artificial: Incorporar algoritmos de aprendizaje automático para optimizar la generación de nomogramas y mejorar su precisión en función de patrones detectados en bases de datos de ingeniería.
  3. Desarrollo de herramientas interactivas: Explorar la posibilidad de crear versiones digitales interactivas de los nomogramas, que permitan una manipulación dinámica de las variables en tiempo real.
  4. Evaluación longitudinal de su impacto educativo: Realizar estudios a largo plazo para analizar la retención del conocimiento y la eficacia del aprendizaje cuando se incorporan nomogramas en la enseñanza de la ingeniería.
  5. Comparación con otros métodos gráficos: Investigar la efectividad de la nomografía frente a otras técnicas de visualización de datos, como los diagramas de contorno o los gráficos tridimensionales en programas informáticos especializados.

Este artículo representa un avance significativo en la enseñanza de la ingeniería, rescatando una herramienta histórica y adaptándola a las nuevas tecnologías con el objetivo de mejorar la comprensión y aplicación de conceptos matemáticos complejos.

Referencia:

BLIGHT, T.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ROSCHIER, L.; BOULET, D.; YEPES-BELLVER, L.; YEPES, V. (2025). Innovative approach of nomography application into an engineering educational context. Plos One, 20(2): e0315426. DOI:10.1371/journal.pone.0315426

Como se ha publicado de forma abierta, os dejo el artículo completo a continuación. Espero que sea de interés para vosotros.

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Comunicaciones presentadas al 27th International Congress on Project Management and Engineering AEIPRO 2023

Durante los días 10-13 de julio de 2023 tiene lugar en Donostia-San Sebastián (Spain) el 27th International Congress on Project Management and Engineering AEIPRO 2023. Es una buena oportunidad para debatir y conocer propuestas sobre dirección e ingeniería de proyectos. Nuestro grupo de investigación, dentro del proyecto de investigación HYDELIFE, presenta varias comunicaciones. A continuación os paso los resúmenes.

BRUN-IZQUIERDO, A.; YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Optimización energética de tableros tipo losa pretensados aligerados mediante modelos Kriging. 27th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 10-13 de julio, Donostia/San Sebastián (Spain).

El objetivo de este trabajo es desarrollar una metodología para optimizar la energía en la construcción de tableros losa pretensado aligerados. Se lleva a cabo un análisis de la sección transversal para determinar los parámetros de diseño a través de un estudio del estado del arte. A partir de ese análisis, se identifican las variables de diseño que mejorarán la eficiencia energética del tablero. La metodología se divide en dos fases: primero, se utiliza una técnica estadística llamada hipercubo latino para muestrear las variables del tablero y determinar una superficie de respuesta; y en segundo lugar, se optimiza la superficie de respuesta mediante un modelo de optimización basado en Kriging. Como resultado, se ha desarrollado una metodología que reduce el costo energético en la construcción de tableros losa pretensado aligerados. Las recomendaciones para mejorar la eficiencia energética incluyen emplear esbelteces elevadas (alrededor de 1/28), reducir el consumo de hormigón y armadura activa, y aumentar la cantidad de armadura pasiva.

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Durability assessment and re-design of coastal concrete bridge through a non-destructive damage detection method. 27th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 10-13 de julio, Donostia/San Sebastián (Spain).

Los expertos y los gobiernos llevan tiempo centrándose en reducir los costes de reparación y mantenimiento de estructuras cruciales como los puentes mediante un mantenimiento y una reparación continuos. Este estudio explora la rentabilidad de dos métodos de predicción de daños mediante el método de densidad espectral de potencia (PSD) en comparación con el método convencional de detección de daños mediante el rediseño de diferentes espesores de recubrimiento de hormigón para un puente costero de hormigón armado. El estudio evalúa el impacto de los iones cloruro en la localización y extensión de los daños a lo largo de la vida útil del puente y compara los costes totales de mantenimiento y reparación. Los resultados muestran que, si bien el método PSD es eficaz para estructuras de hormigón con recubrimientos de hormigón bajos, el aumento del espesor del recubrimiento de hormigón puede dar lugar a mayores costes de reparación.

YEPES, V.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ROSCHIER, L.; BOULET, D.J.; BLIGHT, T. (2023). Códigos abiertos basados en Python para la construcción de nomogramas y su aplicación en la ingeniería de proyectos. 27th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 10-13 de julio, Donostia/San Sebastián (Spain).

La Nomografía es una disciplina científica que se encarga de representar gráficamente fórmulas complejas mediante nomogramas, permitiendo el cálculo de tres o más variables matemáticas. Durante el siglo XX, esta técnica fue ampliamente utilizada en áreas como la ingeniería, medicina, electrónica, ciencias físicas, biológicas, etc. Sin embargo, con la llegada de las calculadoras y computadoras, la construcción de nuevos nomogramas y su enseñanza en la universidad disminuyeron. En los últimos años, la nomografía ha resurgido gracias a la ayuda de códigos de programación como PyNomo y Nomogen, basados en Python, que pueden generar un nomograma en cuestión de segundos, frente a las horas que antes requerían. En este trabajo se presentan estos códigos abiertos y algunos nomogramas generados con ellos, analizando su usabilidad, precisión y contribución a la relación entre las variables de las expresiones matemáticas. Finalmente, se destacan las posibilidades del uso de los nomogramas en la enseñanza e ingeniería de proyectos.