Etapa de investigación

Los materiales  y reactivos que utilizados en esta primera etapa han sido:

  1. Balanza electrónica
  2. Probeta 100ml
  3. Espátula metálica
  4. Vaso de precipitados
  5. Soplete
  6. Crisol
  7. Recipiente para extender el plástico
  8. Placa calefactora
  9. Varilla de vidrio
  10. Almidón de maíz
  11. Almidón de patata
  12. Almidón de trigo
  13. Glucosa
  14. Ácido cítrico
  15. Ácido acético
  16. Agua destilada
  17. Glicerina

 METODOLOGÍA DE LA FASE EXPERIMENTAL

A principios de curso empezamos este proyecto realizando una amplia revisión bibilográfica para conocer y entender el método, además de saber en qué punto se encuentra este campo de investigación actualmente. Comenzamos seleccionando la materia prima necesaria siguiendo la hipótesis y basándonos en la información recopilada,  empezamos obtener bioplástico en el laboratorio. Para ésto, utilizamos diferentes polímeros naturales, harina de maíz, harina de trigo y almidón de patata (el cual se extrajo en el laboratorio de patatas) y como componente fijo, glicerina (excedente de la producción de biodiésel en la que están trabajando nuestras compañeras), un  poco de ácido, vinagre o ácido cítrico (extraído de frutos cítricos) y agua destilada.

Cuando ya habíamos trabajado y obtenido bioplástico de los distintos polímeros naturales mencionados, empezamos a probar con distintas proporciones de cada reactivo, observando las distintas características que se obtenían en cada producto.

El proceso de fabricación del plástico consiste en lo siguiente:

  1. En primer lugar, medimos la masa necesaria del componente sólido (polímero natural) necesario con la balanza electrónica en un vaso de precipitados.
  2. A continuación, medimos con la probeta el volumen de los distintos componentes líquidos, de la mezcla (agua y ácido), la cual vertemos al vaso de precipitados utilizado anteriormente para medir la masa del componente sólido.
  3. Seguidamente, colocamos el vaso encima de la placa calefactora y removemos la mezcla con una varilla de vidrio.
  4. Cuando la mezcla empieza a ser más espesa, retiramos el vaso de la fuente de calor y extendemos la mezcla en una bandeja con la espátula.
  5. Aproximadamente 48 horas más tarde ya podremos retirar el plástico totalmente seco.

Las cantidades de las muestras fueron variando, dependiendo de cómo se observaba la muestra inicial, aumentando o disminuyendo los reactivos.

El almidón de patata lo obteníamos previamente a la obtención de bioplástico. Para ello pelábamos y rallábamos la patata, ésta se dejaba en remojo durante unas cuantas horas. Posteriormente se retiraba la patata (que puede ser reutilizada) y parte del agua, y se filtraba la suspensión que quedaba en el vaso, recogiéndose, de esta manera el almidón.

A todos los diferentes bioplásticos obtenidos se les hizo un estudio de características como flexibilidad y resistencia, tiempo de degradación, impermeabilidad, aislante y su temperatura de fusión.

  • La flexibilidad y  resistencia se observó con nuestras propias manos. Con una superficie aproximada de 0,1 metros cuadrados de plástico, se colocaron objetos pesados hasta que se rompía. 
  • Para comprobar el tiempo de degradación, se tomó, aproximadamente, 0,1g del bioplástico y se dejó a la intemperie, sometido a las inclemencias meteorológicas. Se observó durante, aproximadamente, un mes.
  • Su impermeabilidad se observó poniendo en contacto con agua.
  • Para observar su carácter aislante, el bioplástico se utilizó para coger objetos muy calientes. Comprobamos que podíamos hacerlo sin quemarnos. También para comprobar su carácter de aislante de la electricidad se le aplicó una corriente eléctrica continua, de poca diferencia de potencial, y se comprobó que no había continuidad alguna.
  • La temperatura de fusión se intentó medir, dándole calor hasta que pasase a estado líquido. No se obtuvieron resultados, por lo que comprobamos que el plástico es termorresistente, lo que implica que para darle forma al  material, se debe hacer en el momento de la hacerlo, se debe moldear en ese momento, porque no se podría hacer de otra manera más tarde.

 También, con los bioplásticos obtenidos se intentó sacar unos filamentos para poder usar en una impresora 3D. Para ello usamos un microtubo y jeringuilla (construidos por nosotros mismos), por el cual hacíamos pasar el plástico recién obtenido, aún semilíquido.

Construcción de la maqueta

Los materiales utilizados para la construcción de la maqueta han sido:

  • Listones de madera.
  • Fuente de alimentación.
  • Placa calefactora.
  • Perfil de aluminio.
  • Tubo.
  • Botella.
  • Barra roscada métrica.
  • Nuez de laboratorio
  • Bomba de agua.
  • Arduino.
  • Servomotor 180º 90g.
  • Motor paso a paso.
  • Motor DC 5v.
  • Módulo de relés.
  • Placa controladora de motores.
  • Motor trifásico sin escobillas 1000Kv.
  • Placa solar 5v 2w.
  • Batería de polímero de litio (LiPo) 3s 11.1v 1500mAh.
  • Mecanismo movimiento de un cajón.
  • Varilla removedora.
  • Puente rectificador de diodos.
  • Condensador electrolítico de 25v 100Mf.
  • Varilla roscada 5mm.
  • Bridas.

METODOLOGÍA EN LA CONSTRUCCIÓN DE LA MAQUETA

A continuación se detalla, en orden, las fases y la metodología seguida en cada una de ellas.

Todo el material utilizado ha sido reciclado de otros lugares y dispositivos.

1º.-  Montaje del chasis con los listones de madera.

 2º.- Tolva de sólidos:

Cortamos una pieza de 10cm del perfil de aluminio, tras ello instalamos el servomotor que hace mover la compuerta para permitir el paso del almidón y colocamos un motor CC en la parte inferior para que pueda caer más fácilmente al hacer vibrar la tolva.

 3º.- Tolva de líquidos:

Abrimos la botella por la parte inferior y taladramos un agujero en el tapón.Pegamos la entrada de la bomba de agua al tapón y la sellamos con silicona termofusible. En la salida de la bomba conectamos el tubo.

4º.- Mecanismo de Agitación:

 Cortamos otros 10 cm de perfil de aluminio donde colocamos el motor, paso a paso, reciclado de una impresora. En el eje del motor colocamos la varilla agitadora. Esta pieza la sujetamos al mecanismo de un cajón para así poder subir o bajar la varilla para introducir el recipiente donde se fabrica el bioplástico. 

5º.- Acoplamiento a la cuba mezcladora:

Instalamos el mecanismo agitador en el chasis y a continuación colocamos las dos tolvas, orientando la salida del sólido y sujetando el tubo que viene de la bomba de líquidos al recipiente principal.

6º.- Electrónica:

 Colocamos en el chasis el arduino con la placa controladora de motores ya instalada. Acoplamos el módulo de relés a su lado y lo conectamos al arduino. La bomba de 12v va conectada al relé, que accionamos con el arduino y por último, el servomotor y el motor CC a la placa controladora de motores.

Tras ello, le cargamos el código correspondiente para el control de la maqueta:

#include <Servo.h> 

#include <AFMotor.h>

//Declaracion de variables

int bomba = 2;  //La bomba se encuentra en el pin 2

int suma = 0;   // Variable para que solo se ejecute la primera vez

//STEPPER

// Conecta un Motor stepper con 200 pasos por revolucion (1.8 grados)  NEMA 17 200 pasos 

// Para el motor 2 se utilizan los puertos (M3 and M4)

AF_Stepper motor(200, 2);

// DC motor on M2

AF_DCMotor motorV(2);

//SERVO

Servo servo1;

void setup() {

 //PUERTO SERIE   

  Serial.begin(9600);

  //SETUP STEPPER REMOVEDOR

  motor.setSpeed(60);  // 60 rpm    

  //SETUP BOMBA GLICERINA

  pinMode(bomba,OUTPUT);

  // SETUP VIBRADOR

  motorV.setSpeed(200); //INICIO VIBRADOR

  //SETUP SERVO HARINA

  servo1.attach(9);

}

void loop() {

  Serial.println(«COMIENZO DEL PROCESO»);   

  if (suma==0) { 

    Serial.println(suma);

    delay(1000);

    //BOMBA

    Serial.println(«BOMBA»);

    digitalWrite (bomba,LOW); //ENCIENDE RELE (EN EL RELE ES AL REVES)

    delay(5000);

    digitalWrite (bomba,HIGH); //APAGA RELE

    delay(1000);

     //SERVO HARINA

    Serial.println(«SERVO»);

    servo1.write(0);

       // ARRANCA VIBRADOR

      motorV.run(FORWARD); 

    delay(15000);

    // PARAR MOTOR #2

    motorV.run(RELEASE); //STOP VIBRADOR

    servo1.write(90);

    delay(1000);

  }  

  Serial.println(«REMOVIENDO»);

  motor.step(200, FORWARD, MICROSTEP); 

  motor.release();

  suma=suma+1;

  Serial.println(suma);

}

Tras comprobar el código y hacer la primera prueba, decidimos poner un sistema para alimentar de forma renovable la maqueta. En nuestro caso ni el motor sin escobillas ni la placa solar podían generar suficientes vatios como para poder alimentar directamente la maqueta, pero si podían cargar la batería LiPo, lentamente, para poder alimentarla en caso de corte de luz durante algo menos de una hora (excepto la placa calefactora, ya que va a 220V AC consumiendo 1500W y la maqueta funciona a 12v DC y un pico de consumo de poco más de 30W).

 El motor trifásico (izquierda en la foto) lo conectamos a un rectificador de diodos para pasar de corriente CA a CC y un condensador para depurar la salida y junto con la placa solar (derecha en la foto), cargar lentamente la batería que va conectada directamente al circuito del arduino.

El resultado final se observa en la siguiente fotografía: