Con base en los tres documentos: Solar_Dryers.pdf, DESIGN_OF_A_SOLAR_COLLECTOR.pdf y Solar_Dryers-APENDICES.pdf, se plantea la tarea individual completa para los estudiantes del programa de Ingeniería Agroindustrial en la asignatura Fundamentos de Programación.

UNIVERSIDAD DE SUCRE

Facultad de Ingenierías

Programa de Ingeniería Agroindustrial

Asignatura: Fundamentos de Programación

Docente: Justo Fuentes

Tarea Individual — Programación Aplicada a Secadores Solares

🎯 Objetivo general

Aplicar principios de programación en Python al modelado y análisis de sistemas de secado solar, utilizando los fundamentos físicos de balance de masa, energía y transferencia de calor descritos en el libro Solar Dryers y sus apéndices técnicos.

Los estudiantes emplearán Google Colab y chatbots de IA (ChatGPT o Gemini) para desarrollar un notebook interactivo que calcule eficiencias, caudales, pérdidas y rendimiento térmico de sistemas de secado, con base en datos modificados individualmente.

🧩 Justificación

El secado solar es una operación unitaria fundamental en la ingeniería agroindustrial, empleada para conservar productos agrícolas reduciendo su contenido de humedad. La programación permite simular y analizar su desempeño mediante ecuaciones físicas y correlaciones empíricas. El uso de Python + IA ayuda a los estudiantes a conectar teoría y práctica, fomentando la comprensión de procesos térmicos, el diseño experimental y la comunicación técnica digital.

🧠 Competencias

Código	Competencia	Descripción
C1	Pensamiento lógico y computacional	Estructura algoritmos para resolver balances de masa y energía.
C2	Análisis de sistemas térmicos	Aplica ecuaciones de eficiencia del secador, colector y sistema global.
C3	Uso de herramientas digitales	Implementa cálculos en Python utilizando Google Colab.
C4	Aprendizaje autónomo asistido por IA	Genera y depura código con ayuda de chatbots (ChatGPT, Gemini).
C5	Comunicación profesional	Presenta un video técnico con análisis, resultados y reflexiones.

🧭 Estrategias

Estudio del libro base (Solar Dryers) y sus apéndices 7, 12 y 13.
Reformulación de los ejemplos con nuevos datos de entrada.
Creación de algoritmos en Python para calcular:
- Eficiencia del secador y del colector solar (Apéndice 7).
- Caudal de aire por convección natural (Apéndice 12).
- Caudal de aire forzado y potencia del ventilador (Apéndice 13).
Interacción con IA para obtener:
- Explicaciones teóricas.
- Código corregido y documentado.
- Visualización de resultados (gráficas y tablas).
Video de exposición (5–8 minutos) explicando:
- Presentación personal.
- Enfoque del ejercicio.
- Interacción con IA.
- Resultados y conclusiones.

💬 Sugerencias de prompts para los estudiantes

“Explícame las ecuaciones del Apéndice 7 del libro Solar Dryers y cómo calcular la eficiencia del sistema y la eficiencia del colector.”
“Ayúdame a programar en Python el cálculo de eficiencia de un secador solar cuando el flujo, la temperatura y la masa de producto cambian.”
“Muéstrame cómo representar el balance energético en un colector solar plano.”
“Escribe el código para estimar el flujo de aire natural de acuerdo con el Apéndice 12.”
“Explícame cómo se calcula la potencia del ventilador según el Apéndice 13 y genera el código correspondiente.”
“Genera una gráfica que relacione la temperatura de entrada y la eficiencia de secado.”
“Redacta mis conclusiones sobre cómo la programación permite optimizar el diseño del secador solar.”

⚙️ Instrucciones

Crear un notebook en Google Colab llamado: Tarea_SecadorSolar_Apellidos_Nombre.ipynb
Estructurar el trabajo en las siguientes secciones:
- Identificación y objetivo del ejercicio.
- Descripción teórica (referencia al apéndice correspondiente).
- Desarrollo del código en Python.
- Resultados numéricos y gráficos.
- Conclusiones técnicas.
Usar prompts con ChatGPT o Gemini y conservarlos dentro del Notebook.
Grabar un video individual (5–8 minutos) explicando:
- Presentación personal.
- Enfoque y pasos del código.
- Interpretación de resultados.
- Reflexión sobre el uso de IA en ingeniería agroindustrial.

📊 Rúbrica (escala 1–5)

Criterio	Nota 1 (Deficiente)	Nota 2 (Básico)	Nota 3 (Aceptable)	Nota 4 (Bueno)	Nota 5 (Excelente)	Peso (%)
Estructura y claridad del Notebook	El documento carece de secciones claras y contiene errores de formato.	El notebook presenta secciones mínimas, pero desordenadas.	Se observan secciones básicas con estructura parcial.	El notebook está bien organizado y legible.	El notebook presenta estructura profesional, secciones completas, orden lógico y estética cuidada.	15
Programación y resultados	Código incompleto o con errores que impiden obtener resultados.	Código parcialmente funcional con errores de cálculo.	Cálculos correctos en la mayoría de las secciones.	Código depurado, cálculos correctos y reproducibles.	Código optimizado, con funciones propias, validaciones y resultados bien interpretados.	20
Comprensión teórica (Apéndices del libro)	No se evidencia comprensión del contenido de los apéndices.	Se cita parcialmente la teoría sin aplicarla correctamente.	Aplica las fórmulas con errores menores.	Explica adecuadamente la teoría y la aplica al código.	Integra la teoría con el análisis, demostrando dominio conceptual y crítico.	15
Uso documentado de IA (ChatGPT o Gemini)	No se incluyen prompts ni evidencias de interacción.	Pocos prompts y sin relación con el problema.	Prompts útiles pero sin reflexión sobre su uso.	Buen uso de prompts y reflexiones claras.	Prompts variados, precisos y estratégicos; reflexión crítica sobre el papel de la IA.	15
Reflexión técnica e interpretación de resultados	Sin análisis ni conclusiones.	Conclusiones genéricas o fuera de contexto.	Explica resultados de manera básica.	Analiza resultados con argumentos técnicos.	Integra resultados, teoría y reflexión ingenieril con visión aplicada.	15
Presentación del video y creatividad	Sin video o exposición confusa.	Video incompleto, sin claridad técnica.	Exposición aceptable con apoyo visual básico.	Presentación clara, fluida y con buen uso del lenguaje técnico.	Exposición profesional, creativa, con dominio del tema y uso didáctico de recursos visuales.	20

📘 Referencias

E. S. Mujumdar. (2000). Solar Dryers – Their Principles and Practice.
Apéndice 7: Evaluation of Dryer Performance
Apéndice 12: Estimation of Natural Convection Air Flow Rates
Apéndice 13: Calculation of Air Flow Through Drying Beds
Ejercicio de diseño: Design of a Solar Collector (PDF adicional)

🧮 Anexo — Asignación individual de ejercicios

Cada estudiante resolverá un ejercicio distinto, modificando los datos de entrada (caudal, área del colector, tipo de producto, humedad inicial y final, etc.), y deberá calcular los parámetros principales indicados en su asignación.

Nº	Nombre completo	Ejercicio individual asignado
1	Ivan David Alian Monterroza	Eficiencia del sistema y pick-up efficiency del secador (Apéndice 7). Producto: mango.
2	Natalia Bohórquez Suárez	Cálculo de la eficiencia del colector solar (Apéndice 7). Producto: ají.
3	Skarlet Cervantes Pineda	Estimación del flujo de aire natural (Apéndice 12). Producto: arroz.
4	Fabian Cifuentes Payares	Potencia del ventilador en secador forzado (Apéndice 13). Producto: maíz.
5	Karoll Dayana Contreras Peña	Evaluación del sistema de secado de hierbas (Apéndice 7). Producto: albahaca.
6	Isaura Donado Pérez	Estimación del caudal natural (Apéndice 12). Producto: arroz integral.
7	Fabian Alberto Durango Rodríguez	Eficiencia global del secador de frutas tropicales (Apéndice 7). Producto: piña.
8	Juan Camilo Garavito Solorzano	Cálculo de flujo y potencia del ventilador (Apéndice 13). Producto: fríjol.
9	Abraham Isaac Garay Carmona	Balance energético del colector solar (Diseño del colector). Producto: cacao.
10	Gabriel José Herazo Álvarez	Estimación del flujo natural en secador tipo chimenea (Apéndice 12). Producto: arroz.
11	Julio Miguel Navarro Ortega	Eficiencia de secado del sistema (Apéndice 7). Producto: tomate.
12	Ana María Pérez Mercado	Cálculo del número de Reynolds y Nusselt en el colector (Diseño del colector). Producto: plátano.
13	Deisy Prasca Rodríguez	Determinación de flujo natural (Apéndice 12). Producto: yuca rallada.
14	María Ángel Ramos Almario	Potencia requerida del ventilador (Apéndice 13). Producto: maíz amarillo.
15	Daniela Roy Rodríguez	Eficiencia del colector solar (Apéndice 7). Producto: hierbas aromáticas.
16	Julian David Ruíz Suarez	Estimación del flujo natural (Apéndice 12). Producto: fríjol rojo.
17	Daniel Alberto Santana Vasquez	Evaluación del secador forzado (Apéndice 13). Producto: arroz paddy.
18	Jarol Javier Santos Cárdenas	Cálculo del pick-up efficiency (Apéndice 7). Producto: pimentón.
19	Natalia Suarez Julio	Eficiencia global del sistema (Apéndice 7). Producto: cebolla.
20	Juan Esteban Tobios Carvajal	Cálculo de flujo y potencia del ventilador (Apéndice 13). Producto: arroz integral.
21	José Daniel Vergara Romero	Estimación de flujo por convección natural (Apéndice 12). Producto: granos mixtos.
22	Emily Villalba Ríos	Evaluación del rendimiento térmico del colector (Apéndice 7). Producto: tomate deshidratado.
23	Gerardo Vitola Sabayeth	Estimación del flujo en secador tipo chimenea (Apéndice 12). Producto: maíz.
24	Juan Elías Vitola Salas	Potencia requerida del ventilador (Apéndice 13). Producto: fríjol cargamanto.
25	José Zuluaga Zuluaga	Eficiencia de secado y del colector (Apéndice 7). Producto: guayaba.

Para asegurar coherencia, verificabilidad y autenticidad de los cálculos en los notebooks, se ha agregado una nueva sección titulada:

🧾 Datos de entrada individuales para verificación

Cada estudiante recibe valores únicos (variables de entrada modificadas) para su ejercicio, de modo que:

Ningún notebook arroje idénticos resultados.
Se pueda comprobar la consistencia del cálculo.
Los datos mantengan sentido físico dentro del rango típico de un secador solar.

Estos datos incluyen:

A: área del colector solar (m²)
ṁ: caudal de aire (kg/s)
Ti: temperatura de entrada (°C)
To: temperatura de salida (°C)
mₚ: masa del producto húmedo (kg)
ωi / ωf: humedad inicial y final del producto (% b.h.)
I: radiación solar incidente (W/m²)

🧾 Datos de entrada individuales para verificación

Nº	A (m²)	ṁ (kg/s)	Ti (°C)	To (°C)	mₚ (kg)	ωi (%)	ωf (%)	I (W/m²)
1	2.8	0.035	32	54	8.0	72	10	860
2	2.5	0.028	30	50	6.0	80	12	890
3	3.0	0.030	33	48	5.5	24	10	820
4	3.2	0.040	31	52	7.0	20	8	900
5	2.4	0.025	28	46	4.5	68	12	870
6	2.6	0.029	29	44	6.5	22	9	840
7	3.1	0.034	35	58	9.0	78	15	910
8	3.0	0.038	30	55	8.2	19	8	920
9	2.9	0.033	32	57	7.4	12	5	870
10	3.3	0.027	34	50	5.9	21	9	850
11	2.7	0.031	29	51	6.0	93	15	900
12	2.8	0.037	27	49	5.0	74	14	880
13	3.1	0.039	33	56	6.3	18	6	940
14	2.5	0.030	31	53	5.8	17	7	860
15	2.4	0.027	29	50	4.7	69	10	890
16	2.9	0.032	34	55	7.1	18	8	880
17	3.2	0.040	32	58	8.0	19	7	930
18	2.7	0.028	30	47	6.4	74	11	860
19	3.0	0.031	33	54	7.9	81	14	890
20	3.1	0.039	31	55	7.3	20	8	910
21	2.8	0.029	30	52	6.1	26	10	850
22	3.0	0.037	32	56	7.7	70	13	880
23	3.3	0.040	34	59	9.2	22	9	900
24	2.6	0.033	31	53	7.0	19	8	870
25	3.0	0.036	33	57	8.5	84	14	920

🔹 Instrucción adicional para los estudiantes:

Todos los cálculos deberán basarse en estos datos numéricos asignados.
Los resultados finales (eficiencia, flujo, potencia, etc.) deben coincidir con estos rangos:
- Eficiencia del colector: 40–70 %
- Eficiencia del sistema: 25–60 %
- Caudales naturales: 0.02–0.05 kg/s
- Potencia de ventilador: 2–15 W

Segunda_Tarea_Individual_Agroindustrial_2025_2

Justo Fuentes

2025-10-21