Sobre el experimento: «Daniell en la estratosfera, ¡vaya tela!»

El proyecto “Daniell en la estratosfera, ¡vaya tela!” del IES Peñamayor de Nava pretende realizar dos experimentos:

El primero de ellos es el estudio del comportamiento de una pila Daniell en las condiciones estratosféricas de baja presión y temperatura. El funcionamiento de este tipo de pilas en función de estas condiciones extremas está perfectamente descrito teóricamente y tiene un gran valor didáctico, ya que recoge la esencia del comportamiento electroquímico que subyace en cualquier tipo de pila galvánica basada en reacciones de oxidación-reducción.

El segundo consiste en someter una serie de elementos textiles, fabricados a partir de fibras naturales y artificiales, a esas mismas condiciones con el fin de determinar, mediante diferentes ensayos, cómo bloquean la radiación solar los diferentes tipos de tejidos y cómo se ven afectadas las propiedades de los materiales textiles cuando son sometidos a una radiación solar elevada en combinación con bajas presiones y temperaturas.

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Su experimento: «Cazadores atmosféricos»

Nuestro proyecto estudia la propagación del sonido en distintas capas de la atmósfera mediante varios experimentos. Algunos estudios sugieren que cerca de la tropopausa el sonido se propaga de forma similar a como lo hace en la capa SOFAR submarina, descubierta en 1940. A una profundidad de unos 750 m los infrasonidos son capaces de propagarse cientos de km sin sufrir atenuación, propagándose a una velocidad mínima.

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Para verificar si existe una capa SOFAR atmosférica, se plantean dos experimentos:

1. Experimento no 1: medida de la velocidad de propagación del sonido en el aire. En la capa SOFAR submarina se produce un descenso de la velocidad hasta los 700 metros de profundidad, donde vuelve a crecer. Se trata de realizar medidas a diferentes alturas para comprobar cómo evoluciona la velocidad del sonido y si encontramos un mínimo en alturas
   cercanas a la tropopausa, donde algunos estudios sugieren que puede darse un fenómeno de propagación similar al de la capa SOFAR submarina.
2. Experimento no 2: registro de ultrasonidos provenientes de fuentes lejanas. En alturas próximas a una hipotética capa SOFAR atmosférica, las fuentes de infrasonidos que pretendemos escuchar son las aeronaves.
3. Además habrá un tercer experimento en el que se reproducirá el himno de nuestra región (“Asturias, Patria Querida”) en la estratosfera para comprobar si existen variaciones en las cualidades del sonido.

• INICIO DEL PROYECTO Y DIFUSIÓN

No todos los alumnos y alumnas que forman parte del proyecto poseen conocimientos de programación y manejo de tarjetas controladoras, por lo que ha sido necesario realizar un aprendizaje previo de los fundamentos de la programación y un repaso de conceptos básicos de electricidad y electrónica.
Los miembros del grupo adquieren además distintos roles, dividiéndose en diferentes “departamentos”. Se trata de que tengan una experiencia de trabajo lo más cercana posible al que desarrollarían dentro de una empresa tecnológica. Así, se constituye un departamento de compras, otro de informática y otro de marketing, nombrando a los responsables de cada uno de ellos.

Paralelamente, se hace una difusión del proyecto a toda la comunidad educativa, con distintas
actuaciones:
1) En el Centro se habilitaron paneles informativos sobre el proyecto.
2) Se ha expuesto el proyecto en la I Feria de Ciencia e Innovación del Principado de Asturias, celebrada en Laboral Centro de Arte el pasado 17/11/2022.
3) LA RTPA (Televisión Autonómica del Principado de Asturias) realizó un reportaje en nuestro Centro el 01/12/2022 que se emitió en el Informativo del mediodía.
4) En la cuenta de Instagram del departamento de tecnología del Centro (@robot.nava) se actualiza información de forma periódica sobre el estado del proyecto.

• BÚSQUEDA DE PATROCINADORES Y ADQUISICIÓN DE LOS COMPONENTES

Para poder costear la adquisición de los componentes se han buscado patrocinadores. Hasta el momento, se ha conseguido la colaboración de los Ayuntamientos de Nava, Cabranes y Bimenes, las 3 localidades de las que proviene el alumnado de nuestro Centro.
Para la adquisición de los componentes, el alumnado del departamento de compras ha realizado una labor de investigación en la Red para elegir aquellos que sean más adecuados a las condiciones de trabajo a las que se verán sometidos durante la misión.

• MEDIDA DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO

Durante la misión, mediremos la velocidad de propagación del sonido para observar si existen variaciones durante el ascenso o el
descenso, similares a las que se producen en la capa SOFAR submarina (ver figura).
Dado que en nuestro planeta la velocidad de propagación no depende de la frecuencia, hemos decidido no medir directamente la velocidad de propagación de los infrasonidos, sino que mediremos la de los ultrasonidos, pues existen sensores económicos que permiten realizar esta medida compatibles con Arduino.
En el taller de tecnología hemos preparado un experimento para comprobar la viabilidad de los componentes.

La primera prueba que hemos realizado es de viabilidad del propio sensor (HC-SR04). Para ello se realiza un primer programa que mide la distancia a un obstáculo. Esta medida se realiza midiendo el tiempo de propagación de un pulso utilizando como dato una velocidad de propagación del sonido de 340 m/s. La medida obtenida se compara con la medida real.
Se prueban distancias desde 5 mm a 200 mm y se observa que para grandes distancias el error cometido es prácticamente nulo, pero para distancias inferiores a los 50 mm el error es significativo. Continuaremos realizando pruebas, ya que el espacio del que disponemos dentro del contenedor será limitado.
Conocidas estas limitaciones, pasamos a realizar el experimento inverso: partiendo de una distancia conocida y midiendo el tiempo de propagación, calcular la velocidad de propagación del sonido y compararla con el valor real. Para calcular un valor más preciso, se ha incluido un sensor de temperatura, teniendo en cuenta que sobre el valor teórico, la velocidad de propagación se incrementa con la temperatura a razón de 0.6 m/soC. Con ello, se obtienen resultados válidos con pequeños márgenes de error.

• SIGUIENTES PASOS

Los siguientes pasos que estamos desarrollando son los siguientes:

1. Evaluación del sensor de ultrasonidos a distancias inferiores a los 50 mm, considerando
   factores como el material del que está hecho el obstáculo, la inclinación o el cono de apertura
   del sensor.
2. Pruebas con otras temperaturas distintas a la temperatura ambiente.
3. Decisión sobre la forma de escuchar los infrasonidos. Se barajan dos opciones: la grabación
   utilizando un micrófono o el uso de la aplicación RedVox instalando un smartphone reutilizado
   a bordo de la sonda. La primera opción es más cara, pero implica menor peso. La segunda es
   más económica y más interesante porque podemos grabar datos en el dominio de la
   frecuencia, pero incrementará el peso de nuestra sonda.
4. Diseño del sistema de reproducción y grabación del himno de Asturias.
5. Programación de la grabación de datos en memoria en fichero CSV para un análisis posterior.
6. Programación de la telemetría con LoRa.
7. Evaluación del contenedor. En principio tenemos previsto utilizar el mismo contenedor del
   curso pasado, aunque debemos evaluar si nos ofrece el volumen necesario para trabajar.
8. Evaluación de la batería. En principio partiremos de la experiencia del curso pasado y
   reutilizaremos la misma batería.

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«Hemos expuesto en la Feria de Ciencia e Innovación. Entre otros proyectos hemos presentado el proyecto del año pasado y, en primicia, el experimento que vamos a realizar este año en el Servet VIII. Ha causado una gran impresión en la Consejera de Educación, el Consejero de Ciencia y la Alcaldesa»

IES Menendez Pidal

«Nosotros también hemos estado en la feria presentando el anterior y el próximo Servet, ha gustado mucho el proyecto»

IES Candás

La consejera de Educación y el consejero de Ciencia, Innovación y Universidad visitando el stand del IES de Candás y nuestro anterior proyecto Cansat.

La Consejería de Ciencia, Innovación y Universidad, a través del Instituto de Desarrollo Económico del Principado de Asturias (IDEPA) y con la participación de las instituciones y centros de I+D+i del
Principado, celebrará el pasado 17 de noviembre, en Laboral Centro de Arte y Creación Industrial de Gijón, una Feria de la Ciencia y la Innovación de Asturias.

Esta feria, que se enmarca en la Semana de la Ciencia y la Innovación, está dirigida fundamentalmente al alumnado y profesorado de Secundaria, Bachillerato y Formación Profesional, y quiere ser un punto de encuentro entre centros educativos y centros, instituciones y empresas que forman parte del ecosistema científico y tecnológico asturiano.

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¿Existirá alguna capa similar en la atmósfera? Para averiguarlo mediremos la velocidad del sonido a diferentes alturas y trataremos de detectar la presencia de fuentes de sonido, como las aeronaves que vuelen en esa altitud.

Los resultados serán los primeros que se hacen en el espacio aéreo europeo. Estaremos en contacto con los «Sandia National Laboratories» (Albuquerque, EE.UU.), donde un equipo está estudiando la existencia de esta capa. Finalmente, estudiaremos las cualidades del sonido reproduciendo en la estratosfera el himno de Asturias, «Asturias, patria querida».

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