Feria de la Ciencia en la Calle de Jerez

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Los días 8, 9 y 10 de Mayo junto con el I.E.S. Paterna asistí a la VII Feria de la Ciencia en la Calle de Jerez. Situada en la Plaza del Arenal en Jerez de la Frontera, Cádiz, el stand del I.E.S Paterna presentó tres experiencias distintas pero con algo en común, las algas y su estudio. Durante esta maravillosa experiencia, la cual se empezó en Enero de 2019 y terminó en Mayo de ese mismo año, hemos aprendido a trabajar en equipo entre nosotros, los alumnos, pero también a coordinarnos con los profesores para lograr el mejor resultado posible. El stand contaba con numerosas experiencias:

Atrapa tu Alga: esta sería la primera experiencia la cual consiste en una piscina con algas donde los más pequeños tratan de pescarlas con cañas de pescar y posteriormente con la ayuda de un cartel explicativo clarificarlas.
¡Queremos más Algas!: aquí el objetivo es el estudio de la variedad de microalgas <<Tetraselmis Chuii>> en distintas condiciones de cultivo variando el aported el

CO2, que es su alimento. El experimento cuenta con tres acuarios. En uno el aporte de CO2 se realiza mediante aireación, en otro mediante un sistema de motores automatizados con Arduino y en otro no se realiza ningún aporte de CO2 de forma artificial cogiendo las algas el alimento del aire. Hay que tener en cuenta que en el sistema de aireación el aporte de CO2 no es puro, sino que se bombea aire del medio que entre otras muchas sustancias contiene CO2. Tras la realización de medidas de temperatura, pH y recuento celular durante meses comparamos los tres estanques y comprobamos que el más eficiente es el acuario con el sistema de aireación seguido del estanque con el sistema de aspas y siendo el menos aconsejable aquel que no tiene ningún aporte de CO2.

Arduino y su Encuentro con las Microalgas: A pesar de haber trabajado en la experiencia anterior, esta ha sido mi experiencia principal en la que con la ayuda de dos profesares de tecnología (un arquitecto y una ingeniera industrial) conseguíamos, entre los tres, la automatización por completo de uno de los estanques de la experiencia anterior, concretamente aquel cuyo aporte de aire es realizado mediante el movimiento por aspas. Además automatizamos la toma de medidas y datos de pH y de temperatura en todas las peceras.

Arduino, la Electrónica al Alcance de Cualquier Persona

Era en Enero de 2019 cuando descubriría Arduino, una plataforma de hardware y software libre con la que pode realizar cualquier proyecto de electrónica que se te ocurriera y de la forma que tú quieras. Con este descubrimiento pasaría de querer estudia Ingeniería Informática a Ingeniería Electrónica Industrial.

Nuestros objetivos eran la automatización de un motor de paso con eje horizontal para el movimiento del Acuario Dos y la automatización de sensores de temperatura y de pH para la toma automática de muestras para su posterior estudio. Pero esto suena muy bonito sobre el papel, pero a continuación se mostrarán todas las dificultades afrontadas durante los cinco meses que tendríamos para la realización del proyecto y como nuestras ideas y objetivos irían cambiando hasta ser lo que finalmente han sido.

Desde el departamento de Ciencias nos trasmitían nuestra parte del trabajo para la feria, la automatización del motor. Es aquí cuando Beatriz Jiménez Parejo, ingeniera industrial y mi profesora de Tecnología de la Comunicación y la Información (TIC); me daba a conocer Arduino. Al principio, por la falta de experiencia, tomamos la decisión de practicar con pequeños proyectos no relacionados con la feria para coger práctica en el funcionamiento del lenguaje de Arduino, Arduino IDE, mientras esperábamos a recibir todas las piezas necesarias, que como veremos a lo largo del proyecto, sería un grave problema.

Una vez cogimos algo de práctica con Arduino IDE empezamos a trabajar en nuestro acuario, el Acuario 2. Debido al limitado presupuesto nos vimos obligados a utilizar materiales reciclados en casi su totalidad. Primeros planteamos la idea de mover el agua con una turbina Pelton debido a la baja resistencia que ofrece ante el movimiento del agua en posición horizontal. Y es aquí cunado surge el primer problema. El acuario tiene que tener doce litros de agua quedando el límite demasiado bajo como para colocar el eje, el cual ha sido también reciclado del taller del instituto, por fuera del acuario.

La solución que dimos fue taladrar los laterales del acuario, el cual pedimos que fuera de metacrilato para un mejor trabajo con este, de forma que el eje quedara por encima de la superficie del agua paro que la turbina pudiera mover el agua como queríamos. Mientras Francisco Atienza Cabeza, arquitecto y mi profesor de Tecnología Industrial (TIN); se encargaba junto con los siete integrantes restantes pertenecientes a la parte tecnológica del proyecto a taladrar la pecera para poder pasar el eje del motor.

Mientras, Beatriz y yo conseguíamos poner en marcha el primer motor del proyecto. El motor era en motor de paso de 4V, y esto sería un grabe problema. Mientras, la idea de taladrar la pecera se convertía en un sueño imposible en vez de una realidad debido a que la pecera resultó ser de un cristal demasiado fino, incluso para taladrarlo con brocas de cristal específicas; en vez de metacrilato como pedimos pero que por falta de presupuesto tubo que ser de cristal, quedándonos sin la pecera de la que nos encargábamos. Al taladrar una de las paredes de cristal explotó debido al calor producido por el roce entre el cristal y la broca. Con tres paredes restantes para practicar empezamos a buscar soluciones mientras esperábamos otra pecera, la cual nos sería facilitada en breve por el coordinador del proyecto y profesor nuestro de Física y Química de 4º de ESO , Antonio Ruiz González.

Empezamos a practicar enfriando constantemente las paredes de cristal con agua y haciendo paradas con el taladro. Además, poníamos cinta de carrocero y cinta aislante en la zona de perforación para tener un mejor agarre de la broca. A pesar de nuestros constantes intentos y de haber solucionado el problema del calentamiento del cristal, al penetrar por completo el cristal el impacto del taladro rompía fácilmente el cristal debido a lo fino que era.

Los Motores de Paso eran, para Beatriz y para mi, el primer problema que teníamos. Su utilización en un prolongado tiempo provocaban su sobrecalentamiento. Entonces decidimos colocar dos motores en vez de uno, pero no todo era tan fácil. Esto producía varios inconvenientes:

Como no podíamos colocar un eje horizontal, tuvimos que apostar por uno vertical. El principal problema era que al estar toda la turbina Pelton en contacto con el agua, en vez de una pequeña parte como sucedía con el eje horizontal, la potencia necesaria para mover la turbina es mucho mayor que antes.

Debido a la potencia extra necesitada con el nuevo sistema de turbinas que plantemos y por la complejidad de programar dos motores de paso a la vez en Arduino decidimos cambiar los motores por unos de corriente continua mucho más fáciles de montar y de programar. Pero no teníamos motores de corriente continua (C.C) así que decidimos buscar motores en el taller para reutilizarlos. Y es entonces cuando encontramos docenas de motores cuyo objetivo era, hasta entonces, ocupar un espacio en los diversos muebles del taller mientras su estado empeorara. La mayoría de ellos o no funcionaban o solo aguantaban minutos. Al final nos quedamos con apenas cinco motores más o menos.

Debido a que la nueva pecera sería igual que la anterior tendríamos un problema de espacio ya que el tamaño de las turbinas Pelton, pues cada motor lleva su propia turbina, ocuparía una parte importante de la superficie acuática; pero el espacio era suficiente para colocar las turbinas. El problema sería para los componentes de biología a la hora de tomar medidas pero no supondría gran molestia.

La Automatización de los Motores, una Parte Fundamental

Retomando los motores, como la mayoría de los que encontramos en el taller no funcionaban empezamos a barajar otras opciones. Mientras íbamos buscando más motores practicábamos y utilizábamos los que teníamos. Como teníamos que ir alternando los dos motores cada media hora para evitar sobrecalentamientos investigamos como podríamos hacerlo. La mejor opción que encontramos fue la utilización de una placa externa que funciona como controladora de los motores, la L298N. Esta placa controladora lleva un cable conectado a a GND que sería el polo negativo de la fuente de alimentación que utilizamos para obtener más energía. A su vez también saldría de la conexión de GND de la placa controladora a la fuente de alimentación un cable que iría a GND en la placa. Y el positivo iría de la fuente de alimentación a la L298N. En este caso utilizamos 12V y entre 0.5A y 1A. Hay que tener en cuenta que la controladora del motor consume entorno a un

30% de la energía que le llega y la placa solo transmite 5V a los motores Además, hay que tener en cuenta que la Arduino Uno R3, el modelo que hemos utilizado, lo hemos alimentado mediante el USB conectándolo mediante un cargador de móvil de 5V y 500mA.

Finalmente, acabaríamos consiguiendo numerosos motores de 12V que estaban en el institutos sin ninguna utilidad y nosotros les dimos una nueva vida.

Uno de los graves problemas que tuvimos con los motores fue con su alimentación, ya que las fuentes de alimentación que había en el instituto no funcionaban exceptuando algunas pocas que exceptuando una acabaron debido a su uso prolongado, inservibles. También cabe destacar que mientras conseguíamos poner en funcionamiento las placas con Arduino dejamos los motores conectados directamente a la fuente de alimentación lo que provocó la <<muerte>> de casi todas las fuentes de alimentación tanto por su uso como por un problema que tuvimos con un temporizador analógico con el cual programamos paradas para que descansaran los motores y la fuente. Pero tenerlo casi dos semanas en funcionamiento acabo por estropearlo fundiendo cuatro fuentes de las cincos que teníamos.

Por precaución preparamos más de una docena de fuentes de alimentación de ordenadores estropeados que estaban a punto de acabar en un punto limpio dando, otra vez, una nueva vida a estas piezas de ordenador.

Sensores de Temperatura y de pH, la Toma Automática de Datos con Arduino

Una parte de nuestra experiencia era la automatización de los motores, pero no era la única. La toma de datos de forma automática con Arduino era la otra parte de la experiencia. Empezamos con los sensores de temperatura, utilizando el modelo sumergible del DS18B20.

En general tanto el código como el montaje de estos sensores fue relativamente bien, exceptuando varios problemas:

Hasta un punto avanzado del proyecto, los sensores nos daban <<aleatoriamente>> un error que consistía en que marcaba una temperatura concreta, <<-127ºC>>, pero como todo tenía un motivo. Tras investigar descubrimos que este error es una especie de error genérico y si hay algo mal, independientemente de lo que sea, marca esta temperatura. Más adelante encontramos uno de los motivos que provocaba esto. La energía pasaba solo cuando el programa le ordena al sensor tomar la temperatura. Como mientras no pasaba energía, la temperatura marca <<-127ºC>>. La solución era fácil, poner un botón activado haciendo que pase la energía. A esto se le llama <<Pull-Up>>.

Cuando pensábamos que todo se había solucionado, la suerte nos volvió a dejar solo. Volvió el error al marcar la temperatura pero esta vez no era la resistencia. No sabíamos el motivo y no sería hasta casi dos meses después de encontrarnos con este problema cuando Beatriz se dio cuento del posible motivo, a menos de una semana de la feria, que podría provocarlo. Después de casi cinco meses de proyecto la suerte nos acompañó. El motivo que Beatriz planteó era que al ser agua de mar destilada con una alta cantidad de sal, esto podría provocar un fallo en la medida de temperatura. la solución fue fácil, no sumergir el sensor por completo para evitar que el agua tocara la junta superior para evitar problemas con la salinidad. Y funcionó, nuestros errores con los sensores de temperatura estaban solucionados y quedaba una cosas menos por acabar.

Y llegó la última tarea por terminar y que, posiblemente, siga estando así para siempre. Hablamos del sensor de pH. Debido a la falta de tiempo, apenas pudimos tocar estos sensores. A pesar de esto se llevaron al stand para que todo aquel que pasara por allí pudiera ver cual sería, teóricamente, su funcionamiento.

La Gran Semana, Todo o Nada

La semana del 6 al 12 de Mayo empezaba con presión, y no porque faltara algo por acabar pues todo estaba listo para el stand, sino porque era la semana donde presentaríamos nuestro proyecto de cara al público.

Mi jornada empezaría el Martes por la tarde donde junto a José Cabrales, profesor de Biología; Elena Acero Sánchez, profesora de Física y Química; Antonio Ruiz González, coordinador del proyecto y María José Blázquez, profesora de Biología y coordinadora de la experiencia << Atrapa tu Alga>>; partíamos hacia la PLaza del Arenal para montarlo todo para el día siguiente, donde empezaría nuestra exposición al público.

Los siguientes tres días pasarían exitosamente exceptuando problemas puntuales de organización. Toda la suerte que no tuvimos en los cinco meses de desarrollo la tuvimos esta semana. El esfuerzo y trabajo duro de todos en todo momento tuvo sus frutos, la exposición de cara al público fue un éxito.

El único problemas que tuvimos relativo a Arduino ocurría por las tardes. Debido a las que la L298N llevaba trabajando y a su exposición directa al Sol producía que esta se sobrecalentara. La solución era darle descansos a la placa y sobre todo evitar que le diera el Sol. A pesar de esto, todo salio perfecto.

Mis Conclusiones

A pesar de la gran cantidad de problemas encontrados a lo largo del desarrollo del proyecto debido principalmente a la falta de material en buen estado y por la nula experiencia previa con Arduino, el resultado ha sido completamente satisfactorio logrando la automatización de un cultivo de microalgas en apenas cuatro meses. Además, debido a la gran cantidad de problemas, hemos tenido que esforzarnos al máximo empleando nuestra mejor versión para lograr este objetivo haciendo un uso fundamental del método científico para lograr localizar los problemas y poder solucionarlos. La experiencia ha sido para nosotros muy enriquecedora debido a la situación, donde aprender un sistema, nuevo para nosotros, de programación y de hardware para lograr el objetivo establecido en un tiempo reducido a sido clave. Esta falta de tiempo también nos ha enseñado a trabajar en situaciones de más presión siendo esto positivo para nuestros trabajos futuros donde se pueden llegar a encontrar situaciones parecidas.

Agradecimientos

Me gustaría aprovechar la ocasión para darles las gracias a:

Beatriz Jiménez Parejo, mi profesora de TIC, por enseñarme Arduino una plataforma de hardware y software libre que me ha impresionado. Por enseñarme aspectos que conlleva trabajar en grupo; por cambiar, en cierto modo, mi forma de pensar y de ver las cosas. Por apoyarme y ayudarme, porque sin ella no hubiera podido realizar mi parte del proyecto. Por transmitirme esas ansias de aprender, de superarse a uno mismo y realizar el mejor trabajo posible. Por sacrificar horas y horas para lograr que esto saliera hacia delante, por reivindicar la importancia de la tecnología en este proyecto y en el mundo, por darme la oportunidad de demostrar de lo que soy capaz de hacer y por defenderme y ayudarme cuando lo necesité. Por mostrarme que rendirse no es una opción. Por ser una de las mejores profesoras que un alumno puede tener, por esforzarse cada día en ser como es y hacer el mejor trabajo posible.

Elena Aceros Sánchez, mi profesora de Física y Química y tutora de 1º Bachillerato Científico Tecnológico; por preocuparse de mí en todo momento, tanto dentro del proyecto como fuera de él. Por ayudarme cuando lo necesitaba, por dar sus horas libres en conseguir que todo funcionara, por conseguir las microalgas y los materiales necesarios. Porque ha sido una pieza fundamental en el proyecto sin la cual esto no hubiera sido posible. Por ser la persona que es estando atenta a nuestras necesidades humanas y no solo a las necesidades del proyecto. Por animarme a seguir hacia delante cuando todo se torcía y lo único que quería era tirar la toalla; ella me enseñó que eso no era una opción válida y que podíamos con esto y con más. También por defenderme y ayudarme en los momentos difíciles. Por ser una de las mejores tutoras y maestras que alguien puede tener, por esforzarse en dar su mejor versión.

Francisco Atienza Cabeza, mi profesor de TIN y arquitecto. Por dedicar tantas horas a lograr que las peceras estubieran listas. Por transmitirme sus conocimientos, su sabiduría, por darme sus consejos, por defenderme y apoyarme en las situaciones de máximo estrés, cuando lo necesitaba. Por estar disponible cuando le necesitábamos y por enseñarme valores de como funciona nuestra sociedad y el mundo, por hacerme cambiar mi perspectiva y ver algunas cosas de una forma diferente, viéndolas como realmente son.

José Cabrales Pérez, profesor de Biología y Geología, por ayudarme en lo que necesitaba. Por invertir gran parte de sus vacaciones de Semana Santa y de su tiempo en lograr que el proyecto saliera hacia delante. Por prestarse a ayudar en todo lo que necesitábamos. Por transmitirme sus conocimientos para que pueda ser la mejor persona posible. Por preocuparse de mis necesidades personales y por mi.

Antonio Ruiz González, profesor de Física y Química y coordinador del proyecto. Por plantearnos la idea, por preocuparse de todos y cada uno de todos nosotros. Por estar en todo momento pendiente de cualquier detalle. Por realizar un trabajo excelente como coordinador, por ser una pieza fundamental en el proyecto. Por enseñarnos a trabajar en grupo, a coordinarnos y por organizarlo todo. Por inculcarnos valores y por enseñarme aspectos de la vida fundamentales para mi futuro.

María José Blázquez, profesora de Biología y Geología y responsable de la experiencia <<Atrapa tu Alga>>. Por preocuparse de todos, por estar pendiente de nuestro trabajo y de nosotros. Por ser una pieza importante en el proyecto, por ayudarnos en lo que necesitábamos y por estar pendiente de todo.

A todos esos profesores y profesoras que sin estar implicados en el proyecto o estando implicados levemente en él, se han preocupado de nosotros, de nuestro trabajo. Por animarnos a seguir hacia delante, a no tirar la toalla, a contribuir en nuestra enseñanza intentando que seamos las mejores personas posible. Por cedernos, en algunos casos, sus horas de clases para dedicárselas al proyecto por la falta de tiempo.

A todos mis familiares y amigos que me han apoyado durante el proyecto, por animarme a ser la mejor persona posible y por apoyarme en mis decisiones en todo momento.

A todos esos profesores que han contribuido en mi enseñanza, en lograr que sea la mejor persona posible, por esforzarse cada día en sacar lo mejor de nosotros.

A la directiva del I.E.S Paterna por su apoyo e interés en el proyector, por preocuparse de cada uno de los integrantes del proyecto y por su ayuda en el proyecto.

A todos mis compañeros que han participado en el proyecto encargándose de la experiencia <<Atrapa tu Alga>> y de parte de la experiencia <<¡Queremos más Algas!>> ya que sin ellos esto no hubiera sido posible.

Gracias a todos los profesores que han trabajado en este proyecto, porque ha sido un placer trabajar codo con codo con ellos y sin duda repetiría esta experiencia. Espero poder trabajar con todos ellos en un futuro en algún proyecto pero me temo que no será posible por desgracia. No tengo palabras para describirlos, simplemente...