Terminal Didáctico con Sensores IoT y tecnología Blockchain: Innovación educativa para prevenir fallas en dispositivos eléctricos

Resumen:

Enfrentar los desafíos de la ingeniería requiere herramientas pedagógicas innovadoras, En la UPT Aragua estamos desarrollando un terminal didáctico que integra sensores IoT (voltaje, intensidad de corriente, temperatura, humedad relativa, entre otros) y tecnología blockchain (lo que permite la descentralización de los datos recolectados), permitiendo a nuestros estudiantes analizar estadísticas de los registros de mediciones de los parámetros eléctricos en tiempo real, con el objetivo, de realizar una estadística para predecir fallas en dispositivos y equipos eléctricos de baja tensión. Este proyecto no solo pretende modernizar la enseñanza, sino que prepara a los futuros profesionales con habilidades clave para la industria 4.0.

Introducción

Este proyecto nace en el año 2018 con el desarrollo de un primer prototipo de terminal que recolectaba datos de tarjetas con tecnología RFID (Radio Frequency Identification), de manera local, lo que permitió realizar prácticas de cifrado de datos básico, transacciones con claves públicas y privadas, registro de datos personales, entre otros. En el 2020, se realiza un segundo prototipo funcional de terminal didáctico, donde se incorpora un registro de coordenadas GPS (Sistema de Posicionamiento Global) y variables recolectadas de sensores IoT (Internet de las Cosas), la idea fundamental era enviar un dato recolectado de un sensor y mostrar su ubicación. Aunque esta etapa tuvo un retraso producto de la pandemia del COVID-19, se realizaron varias experiencias prácticas con los estudiantes de Instrumentación y Control de la UPT Aragua, los cuales fueron entrenados para realizar sus propios terminales, teniendo una experiencia muy enriquecedora. En la actualidad, 2025, este proyecto pretende realizar una actualización con la ayuda de la IA (inteligencia artificial), donde se integren los datos recolectados por los sensores IoT y los beneficios de la tecnología Blockchain para realizar un registro descentralizado y generar una Bit-Data para realizar un estudio estadístico de prevención de fallas en dispositivos eléctricos.

¿Por qué es necesario desarrollar en la UPT Aragua un terminal didáctico para el estudio estadístico de la prevención de fallas de dispositivos eléctricos?

En Venezuela, la estabilidad de nuestro sistema eléctrico es un reto nacional, formar ingenieros capaces de diagnosticar y prevenir fallas es un eje estratégico de la nación. Para lograr este objetivo es vital entrenar a nuestros futuros ingenieros con capacidades de análisis estadísticos de variables eléctricas. La nueva versión del terminal didáctico surge como respuesta a estas necesidades claves en el ámbito educativo de la ingeniería eléctrica:

A. Formación práctica: Los estudiantes necesitan interactuar con sistemas reales en entornos educativos controlados, donde se puede simular eventos y fallas en dispositivos eléctricos, por ejemplo, realizar una práctica con un motor eléctrico con sobre-tensión o sobre-carga y poder identificar el evento con los datos obtenidos en los registros del terminal.
B. Tecnología accesible: Democratizar el acceso a herramientas IoT-blockchain con desarrollos propios de hardware y software libre. La idea es que los terminales didácticos puedan ser replicables por nuestros estudiantes y tengan acceso a la bit-data con la idea fundamental de poder analizar y/o prevenir fallas en los sistemas eléctricos.

Nuestra experiencia previa demostró que es posible crear prototipos funcionales de bajo costo. El segundo prototipo operativo del terminal didáctico, desarrollado en 2020 y replicado por nuestros estudiantes de PNF Instrumentación y Control (2022-2024), permitió geolocalizar datos, mediante coordenadas GPS (Figura 2).

Ahora, queremos dar un salto cualitativo en una nueva versión del terminal: en lugar de solo registrar ubicaciones, necesitamos procesar variables críticas (voltaje, corriente, temperatura, humedad relativa, entre otros) para realizar un estudio estadístico en tiempo real, generando un Big Data que permita implementar un sistema de prevención de fallas en este caso en dispositivos eléctricos de baja tensión como por ejemplo: motores, hornos eléctricos, sistemas de refrigeración, sistemas de iluminación, entre otros.

Así funciona nuestro terminal didáctico " Un Laboratorio Portátil IoT"

El terminal opera mediante un ecosistema tecnológico integrado con sensores inteligentes con tecnología IoT.

Miden en tiempo real parámetros como:

Fluctuaciones de voltaje (±5%).
Picos de amperaje.
Temperatura en motores, hornos, sistemas de control, entre otros.
Humedad relativa ambiental.

Lo novedoso está en el diseño modular: usando componentes hardware y software libre (Arduino/Raspberry Pi), donde tanto estudiantes como profesores puede replicar el sistema a bajo costo. Durante los últimos años, 12 equipos de alumnos ya crearon sus propias versiones funcionales del prototipo 1, los cuales son fácilmente escalable a la nueva versión del sistema.

Impacto real en los laboratorios de Instrumentación y Control de la UPT Aragua.

Tras la pandemia, se pudo identificar tres brechas críticas en nuestra universidad:

Limitado acceso a laboratorios físicos: los horarios de las materias académicas y los múltiples grupos estudiantiles que utilizan el laboratorio, limitan el uso de los talleres y laboratorio de nuestra universidad.
Desconexión entre teoría estadística y aplicaciones reales: la falta de un entorno educativo real 24/7 limita la experiencia de predicción de falla de los dispositivos y equipos eléctricos (motores, hornos, sistemas de refrigeración, entre otros).
Falta de entrenamiento en tecnologías disruptivas: estas tecnologías son de alto costo y con licencias limitadas en el tiempo.

La integración de sensores IoT con la robustez de los sistemas blockchain pretende ayudar a solucionar esta brecha tecnológica, donde ahora en cualquier lugar con acceso a la data generada por el sistema se puede identificar eventos o fallas, surgiendo preguntas de cómo se pueden prevenir. El terminal tiene como desafíos ayudar forma creativa a resolver estos problemas. Un caso concreto: lo planteo nuestros estudiantes del PNF Instrumentación y control (2024), el grupo usó la versión previa del terminal para geolocalizar, y recolectar datos en ambiente controlado. "Antes solo veíamos números en planillas; ahora interactuamos con datos vivos", comentaron los estudiantes.

Desafíos y oportunidades

Aunque el proyecto se tiene una amplia experiencia previa, no está exento de desafíos. La falta de infraestructura tecnológica, como un ancho de banda limitado de internet y la inestabilidad de los servicios básicos, puede dificultar su implementación. Sin embargo, estos obstáculos también representan una oportunidad para desarrollar soluciones innovadoras en el ámbito educativo.

Conclusión: Formando ingenieros para el futuro

Este terminal no es solo un dispositivo: es un puente entre la academia y las necesidades reales de los sistemas estadísticos para prevención de fallas, en este caso fallas eléctricas en dispositivos y equipos de baja tensión, donde puede ser escalable a otros sistemas. Al combinar IoT para capturar datos y blockchain para garantizar su confiabilidad, estamos creando un nuevo estándar en la educación técnica para la ingeniería.

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