Qué enseña
Un laboratorio de telemetría industrial cuesta decenas de miles de dólares y ocupa una sala. Un estudiante que no ha estado en uno llega a su primer trabajo sabiendo la teoría del control y sin haber visto nunca un dato de planta.
Esta herramienta simula procesos físicos reales, los instrumenta con sensores que se comportan como sensores, y publica sus lecturas por la misma cadena que usa una planta de verdad. El estudiante no ve gráficas bonitas: ve telemetría, con lo que eso implica.
Casi cualquier simulador resuelve la ecuación diferencial y dibuja la curva. Eso enseña el proceso, no el oficio.
En planta nadie ve la variable: ve lo que un instrumento dice de la variable, con su ruido, su rango saturado, su retardo y, de vez en cuando, su falla. Diagnosticar es distinguir cuándo el proceso cambió de cuándo cambió el sensor — y eso solo se aprende con sensores que fallan.
Las siete prácticas
Ordenadas en tres niveles, de un balance de masa a un diagnóstico espectral.
| # | Práctica | Nivel | Duración | Qué se aprende |
|---|---|---|---|---|
| P01 | Descarga de tanque por orificio | 1 | 45 min | Torricelli: balance de masa y respuesta no lineal |
| P02 | Sistema de bombeo | 2 | 45 min | Curva H-Q y punto de operación |
| P03 | Intercambiador en contracorriente | 2 | 45 min | Transferencia de calor y perfiles de temperatura |
| P04 | Motor de inducción trifásico | 2 | 60 min | Arranque y curva par-velocidad |
| P05 | Control PID de nivel | 3 | 60 min | Sintonización empírica por Ziegler-Nichols |
| P06 | Reactor CSTR isotérmico | 3 | 50 min | Cinética de primer orden en continuo |
| P07 | Análisis de vibración | 3 | 50 min | Diagnóstico espectral de fallas mecánicas |
La progresión no es por dificultad matemática sino por qué tiene que hacer el estudiante: en nivel 1 observa, en nivel 2 interpreta una curva característica, y en nivel 3 actúa sobre el proceso — sintoniza un controlador, ajusta un reactor, diagnostica un espectro.
El contrato de proceso
Los ocho procesos físicos implementan la misma interfaz mínima. Eso es lo que permite que el resto del sistema no sepa qué está simulando.
El método de actuación tiene una implementación vacía por defecto. Un proceso sin actuadores —una descarga por gravedad, por ejemplo— no tiene que declarar nada: simplemente no lo sobrescribe. Obligar a todos a implementar un método que la mitad no usa habría llenado el código de cuerpos vacíos.
Los modelos van desde una ecuación de Torricelli hasta un equivalente eléctrico de motor de inducción con dinámica de rotor, un reactor de tanque agitado y un análisis espectral de vibración.
El sensor imperfecto
Un sensor lee una variable del proceso activo, pero no la devuelve tal cual. Entre la variable y el dato que llega al estudiante hay tres transformaciones, y las tres son físicas.
Cada sensor declara su rango, su σ de ruido y su frecuencia de muestreo. Los tres son parámetros de la práctica, no constantes del código, así que la misma variable puede medirse con un instrumento preciso y lento o con uno ruidoso y rápido — y el estudiante ve la diferencia sobre el mismo proceso.
Sin ruido, cualquier derivada numérica sale limpia y cualquier umbral funciona. Con ruido, el estudiante descubre por su cuenta que derivar amplifica el ruido —lección central del término derivativo de un PID— y que un umbral sin histéresis parpadea. Son dos cosas que se explican en clase y solo se entienden cuando le pasan a uno.
Las cinco fallas
A cualquier sensor se le puede inyectar una falla, con duración opcional. Es la herramienta central del laboratorio: el instructor rompe algo y el estudiante tiene que darse cuenta.
| Falla | Qué hace la lectura | Cómo se ve en planta |
|---|---|---|
| frozen | Se queda en el último valor leído | Transmisor colgado. La curva se vuelve una recta horizontal mientras el proceso sigue moviéndose |
| drift | Se aleja del valor real de forma creciente con el tiempo | Deriva de calibración. La más difícil de detectar: al principio es indistinguible de un cambio real |
| out_of_range | Salta un 75 % del span del instrumento | Falla de acondicionamiento. Evidente, pero obliga a decidir si se descarta el dato o la lectura entera |
| noise | Ruido con diez veces la desviación normal | Problema de apantallamiento o tierra. La señal sigue siendo correcta en promedio |
| signal_loss | No devuelve nada | Cable cortado. Obliga a distinguir «cero» de «sin dato», que es la confusión más cara en telemetría |
Las otras cuatro se ven. La deriva crece despacio desde el instante en que se inyecta, así que durante los primeros minutos es una lectura perfectamente creíble: sin discontinuidad, sin ruido raro, sin valor imposible.
Es exactamente el fallo que en planta pasa meses sin detectarse y que termina descubriéndose porque los balances no cierran. Un laboratorio que solo simula fallas evidentes enseña a mirar la alarma; este enseña a desconfiar del dato.
La falla puede llevar duración, y al vencerse el sensor vuelve solo a su comportamiento normal. Eso permite montar un escenario que se degrada y se recupera sin que nadie intervenga a mitad del ejercicio.
La práctica es un archivo
Una práctica no se programa: se declara. Son tres archivos y ninguno es código.
Los sensores se identifican con nomenclatura de instrumentación —LT_001 para un transmisor de nivel, por ejemplo—, que es la que el estudiante va a encontrar en cualquier plano de planta.
Añadir una práctica nueva es escribir un YAML, una guía y un diagrama. No se toca el generador, ni el transporte, ni la interfaz. Un docente puede crear un ejercicio para su curso sin escribir Python, siempre que el proceso físico que necesita ya exista.
El catálogo de instrumentos
Cada sensor de una práctica apunta a una ficha del catálogo. Y esa ficha no es decorativa: es material de selección de instrumentación.
| Campo | Ejemplo de lo que enseña |
|---|---|
| Principio de medición | Radar de onda guiada, vórtice, efecto Hall, RTD, piezoeléctrico… |
| Rango y precisión típicos | Qué se puede esperar del instrumento en la realidad |
| Ventajas | Sin contacto con el fluido; inmune a vapor, polvo y espuma |
| Limitaciones | Costo elevado; requiere calibración inicial |
| Marcas de referencia | Los fabricantes que el estudiante verá en un catálogo real |
| Norma aplicable | La referencia técnica que respalda el instrumento |
| Imagen | Cómo se ve el aparato físico |
Que cada ficha declare qué tiene de malo el instrumento es la parte que un catálogo comercial nunca trae. Seleccionar instrumentación es elegir entre compromisos —precisión contra costo, robustez contra mantenimiento—, y un estudiante que solo ha leído ventajas no ha aprendido a elegir.
La cadena de telemetría
Las lecturas no se dibujan directamente: recorren la misma cadena que en una planta. Ese recorrido es tan parte del ejercicio como el proceso.
El corredor de mensajes es opcional: si no está configurado, el generador detecta que no hay que publicar y sigue funcionando. Un estudiante puede correr la práctica en su portátil sin levantar la infraestructura completa, y el docente puede montarla entera cuando el objetivo del día es precisamente la cadena.
Al terminar, el sistema genera un informe en PDF de la sesión. Cierra el ciclo del oficio: en planta, un ensayo que no produce un informe no ocurrió.
Arquitectura
Verificación
Las pruebas se concentran en los modelos físicos y en el registro de prácticas, que es donde un error no se nota: una curva equivocada sigue siendo una curva creíble.
El modelo del motor de inducción calculaba el par con la corriente total del estator en vez de la del rotor. Al acercarse a la velocidad síncrona el par tendía a infinito en lugar de a cero, así que el motor nunca alcanzaba el equilibrio: aplicarle carga lo aceleraba.
El modelo devolvía números plausibles y la curva se veía razonable. Lo detectó la prueba que verifica lo obvio —que la carga frena— y no la inspección visual. Corregido, el motor arranca con quince veces la corriente de vacío y con carga baja de velocidad, que es lo que hace un motor real.
El entorno completo se levanta con contenedores: corredor de mensajes, base de datos temporal, tableros, generador y suscriptor.