Como varios se interesaron en este pequeño horno voy a poner algunos datos para construirlo.
En una lata de chapa de 20 litros se practica un agujero al costado a unos 10 cm del fondo por donde se inserta un caño galvanizado de unas 2 pulgadas tapando la punta que queda en el interior con un papel para que no le entre la mezcla refractaria.
Necesitaremos también un caño de PVC de unos 15 cm de diámetro y un largo de 70 cm
En el fondo de la lata es conveniente colocar dos ladrillos refractarios que harán de piso,
Colocamos luego el caño de PVC cuidando que quede bien concéntrico y podemos agregar algún tejido de malla amplia entre el caño de PVC y la pared de la lata para que quede mas armado como se ve en la figura.
Preparamos cantidad suficiente de mezcla refractaria, unos 20 o 30 Kg mezclados 2 o 3 kg de cemento portland y cantidad de agua para que quede una mezcla bastante chirle, la volcamos entre la pared de la lata y el tubo cuidando que no queden espacios con aire, una vez lleno hasta la boca hay que dejar fraguar, dejarlo varios días, luego con cuidado retirar el tubo de PVC y con un palo de escoba entrar por el caño galvanizado sacando el papel que habíamos puesto y dejando la entrada de aire perfectamente libre.
La tapa puede hacerse con la misma mezcla refractaria en un molde dejando un agujero en el medio para la salida de los gases o bien usar una tapa de hierro con perforaciones como el que estoy usando yo
Mi horno a estas alturas ya tiene bastantes batallas y se le han caído un poco las paredes
Este hornito tiene unos 2 años y siempre esta afuera a la intemperie, asi que bastante mal tratado
Como puede verse una vieja cortadora de césped sirve como carrito de transporte. (Lo que había a mano)
Otra parte importante del horno es el soplador, use una calefacción de auto, la busqué en la chatarra y con cartón corrugado un caño de PVC y la pistola de soldar plástico quedó así
Para alimentarlo, con 12 v de una batería o una fuente
Va conectado así al horno
Como puede verse la potencia del soplador es muy buena.
El metal a derretir, (yo solo lo uso para aluminio), se coloca en crisol de fundición, este también lo conseguí en la chatarra, es importante si se va a alimentar con carbón que el crisol tenga una tapa, para evitar que le caigan basuras durante el proceso
Mas o menos se pueden derretir en este crisol unos 500 o 600 gr de aluminio.
El horno se carga así, se vuelca un poco de carbón en el fondo, una capa de 10 cm, sobre ese piso se pone el crisol con el metal a fundir con la tapa, luego se pone alrededor del mismo mas carbón que se humedece con un poco de kerosene, se enciende y luego se vuelca arriba otro poco mas de carbón, todo el carbón de la carga es mas o menos la mitad de una bolsita, unos 1,5 Kg.
Se conecta el soplador y se tapa, en unos 25 a 30 minutos se podrá ver que el interior esta al rojo vivo como en esta imagen
Para sacar el crisol podemos usar unas tenazas largas, apagamos la turbina y tratamos de sacar lo mas que se pueda la ceniza que esta sobre la tapa del crisol y con guantes y extremo cuidado sacamos el crisol, quitamos la tapa del mismo y volcamos el metal fundido en un recipiente, las latas de conservas son muy buenas para esto. Ojo porque una gota de metal fundido pasa la zapatilla y el pié también.
Hay que dejar enfriar durante bastante tiempo y recién romper la lata para sacar el bloque.
La centrífuga es una herramienta muy útil en cualquier laboratorio de química y de biología, también los aficionados a la microscopía verán con agrado este trabajo. Si bien estos instrumentos pueden adquirirse en lugares donde se compran insumos para laboratorio, los precios están bastante fuera del alcance del aficionado, todo lo que sea instrumental debe cumplir con normas ISO y otras que lo encarecen. Como los trabajos del aficionado son eso, cosas de aficionado, propongo este proyecto que sale prácticamente nada y cumple muy bien para los propósitos del mismo.
La parte fundamental de una centrífuga es el cabezal, asi que me puse manos a la obra con el mismo, he usado aluminio que he fundido en mi horno a carbón en menos de 1 hora con media bolsita de combustible.
Como ya se que van a preguntar, la turbina es de la calefacción de un vehículo, se alimenta con 12v y el caudal de aire es muy bueno, el horno (la lata de 20 litros) esta descrito en http://anajesusa.wordpress.com/2010/07/03/fundicion-de-metales-en-el-horno-de-microondas/ Se puede fundir el aluminio también en el microondas, pero como era bastante cantidad preferí hacerlo en este horno, además que mi mujer estaba en casa y si le uso el MO seguro había bronca en la pajarera, así que mejor no.
Pueden ver el hornito al rojo
El metal fundido lo volqué en una lata de durazno al natural, hay que tener siempre mucho cuidado, una gota de aluminio derretido te perfora si te cae encima.
Así quedó el bloque y con una altura de unos 3 cm
Acá ya le he dado una frenteada con el torno
He hecho el cabezal de 8 tubos y para perforarlo es necesario volcar la mesa de la perforadora de banco a unos 30° (mejor si son 45°).
Luego con el torno se da un ángulo de manera que el las perforaciones queden a 90°
El cabezal terminado queda como se ve en la imagen.
Los tubos que se pueden usar son de este tipo, el de la izquierda, observe que tiene un borde en la boca que hace tope en el cabezal y los Eppendorf (son los tres de la derecha)
Conseguí varias licuadoras en la chatarra, con tierra incluida, elegí esta porque es simétrica, traje otra muy linda pero el motor esta al costado y va a dificultar poner la cobertura al cabezal.
Al motor lo subí para que el cabezal quede bien cerca del mismo y el vástago no haga tanta fuerza
El motor de la licuadora no se puede usar tal como esta porque levanta muchas vueltas y por mas balanceado que este todo va a vibrar, este motor traía un acople muy corto y tuve que soldarle una varilla roscada para prolongarlo, quedó bien pero no me quedé conforme, tal vez un motor de ventilador funcionará muy bien, estos no levantan tantas vueltas y el vástago es largo se adaptaría mucho mejor al cabezal.
Esta es la electrónica, muy simple para controlar la velocidad
En lugar del BT136 puede usarse un TIC226 el potenciometro de 150K es por disponibilidad, puede usarse otro valor y recalcular la resistencia R1 de manera que al mínimo el motor este detenido y al máximo llegue a una velocidad adecuada, como les comenté antes estos motores giran a muchas RPM y no es conveniente porque aflojan el cabezal y rompen tubos.
Una vista del modelo casi listo, falta la pintura. Con el recubrimiento de otra licuadora vieja fabrique una protección, no queremos regar todo el laboratorio con materia fecal si se rompe el tubo cuando buscamos parásitos allí.
Vista desde arriba
La parte inferior con sus patas de goma para que ande paseando por toda la mesada.
El modelo terminado, dejé las teclas de la licuadora pero sería conveniente agregar en ese lugar un reloj temporizador del tipo del que usan los lavarropas, o hacer un temporizador electrónico.
Un video que muestra el funcionamiento del engendro
Agradecimientos: Especialmente a los chicos del foro de ciencia experimental que han aportado ideas y en caso de Gabriel que ha colaborado con parte del material que he utilizado en el proyecto.
El banco de capacitores descrito en este blog anteriormente http://anajesusa.wordpress.com/2012/01/17/el-banco-de-capacitores/ es una herramienta muy interesante para realizar experimentos físicos, he seleccionado como ya es un clásico en este blog, diez pruebas y fenómenos que pueden realizarse con el dispositivo.
1. La onda de choque en el vacío
Mas de una vez he escuchado polémicas sobre la falta de asesoramiento científico que a veces hay en producciones cinematográficas de ciencia ficción, una frecuente es lo que ocurre realmente en el vacío cuando se produce una explosión, en los filmes vemos que la nave donde escapan los héroes es alcanzada y se producen tremendos cimbronazos y si son los eternos estadounidenses, salen airosos, si son los monstruos malos, la detonación destruye su nave y los elimina. Aprovechando este dispositivo (banco de capacitores) y que dispongo de cámara de vacío he realizado unas pruebas simples para ver los efectos. Consiste en adaptar el filamento explosivo dentro de un frasco plástico al que le he cortado la base y he sujetado con cinta papel de aluminio, el papel es frágil y lo suficiente rígido para mantener la deformación que le provoque la onda de choque. El primer petardazo lo hice al vacío, a unas 400 micras, un vacío no tan vacío de una bomba mecánica, al momento de la explosión la presión subió unas 300 micras sobre el valor que tenía, producto de la volatilización del material del fusible Esta es la imagen de la explosión misma, la tonalidad azul se debe a que era un filamento de hierro, ese color depende de los espectros de emisión de los átomos que componen el fusible explosivo, Otra prueba del presente trabajo trata el tema espectros discretos. En esta imagen pueden verse restos incandescentes del filamento dentro del frasco El foil de aluminio quedó intacto y es muy curioso el no escuchar ningún ruido cuando ocurre la detonación, también veremos este fenómeno en detalle en otra prueba Estas fotos que siguen corresponden a la explosión a presión atmosférica La onda de choque rompe el foil de aluminio y puede verse la luz de la explosión que sale por arriba del recipiente La membrana de aluminio destruida
Conclusión, en vacío no hay onda de choque tal como la conocemos a presión atmosférica, si es posible que una cantidad de material producto de la detonación se disperse en una especie de frente que podría alcanzar la nave, pero los cimbronazos y eso…. quedan muy lindos y que bueno que los malos mueren ahí, pero no.
2. El sonido en el vacío
Como les había comentado es curioso hacer una detonación en la cámara de vacío porque se escucha solo un clic metálico, el solo hecho que la explosión se produzca en un ambiente estanco, ya limita mucho el ruido, todos sabemos que si no queremos que nos escuchen lo que hablamos en una habitación cerramos la puerta y desde la habitación contigua ya no se oye, eso ocurre porque las ondas sonoras se transmiten por aire, al hacer la explosión en la cámara por tanto hay dos factores por lo que no se escucha el ruido uno porque la cámara esta cerrada y otro porque en el vacío al no haber aire el sonido no se propaga mas que por las vibraciones de los sólidos que componen los soportes y cables.
En esta prueba se quiso eliminar el primer factor que limita, el recipiente estanco, para ello se instaló un micrófono dentro de la misma cámara de vacío y se grabó lo que ocurría
Esta imagen muestra el piezoeléctrico usado como micrófono
La tapa superior de la cámara de vacío con las salidas del cable de micrófono que va a la netbook
Para micrófono se usó un piezoeléctrico, se evitó usar el conocido electret porque estos micrófonos llevan incorporado un transistor de efecto de campo (FET) que puede ser afectado por el pulso electromagnético que se produce (ver prueba 5)
Para analizar la grabación se usó un software gratuito audacity
Los resultados:
En esta figura puede verse la explosión a presión atmosférica
La siguiente imagen es el espectro de frecuencias y magnitud de las mismas, el ruido llega a los -15 Db
Esta imagen corresponde a la explosión en vacío, el caso es que aún hay un pequeño ruido debido justamente a las vibraciones que transmiten los soportes donde se encuentra el fusible. Hay que destacar que se uso un recipiente dentro de la misma campana para evitar el sputtering, que al chocar contra las paredes y el propio micrófono transmite mas vibraciones
Puede verse el espectro y la magnitud que esta en los -51 Db unas 65 veces mas atenuadas que a presión atmosférica.
Una de las aplicaciones mas comunes en la cotidianidad de nuestros hogares del banco de capacitores es el flash fotográfico o destello fotográfico, en las cámaras hay un dispositivo que descarga la energía acumulada en un capacitor en una lámpara de xenón
Esta descarga debe estar bien sincronizada con la apertura del diafragma, este fogonazo actúa como fuente de luz artificial para iluminar la escena donde se toma la foto.
Para corroborar este efecto en completa oscuridad se toma una filmación a la vez que se hace una descarga del banco en un filamento de hierro, la cámara se debe colocar de manera que el destello de la explosión no alcance la lente y es conveniente apantallar parte de la misma ya que la luz es muy potente, luego analizamos con virtualdub (ver prueba numero 8) y encontraremos un frame donde la escena se encuentra iluminada.
He puesto un archivo que se llama flahnvo.avi , es un pequeño video para analizar con virtualdub, con un poco de humor ;-) , usando el efecto flash.
4. Sputtering
Este efecto que si bien puede ser interesante para recubrir espejos, caso que en este mismo blog se trató anteriormente http://anajesusa.wordpress.com/2009/05/25/la-tecnica-del-sputtering/ en ocasiones suele ser poco deseable, porque hace una suciedad alrededor de donde se produce la volatilización del filamento, el sputtering se produce cuando el plasma despega átomos completos del metal que se depositan sobre cualquier material que pudiera ser alcanzado, las cámaras de vacío en caso que se hayan hecho las descargas allí pueden ser limpiadas con ácido clorhídrico, agrego una foto del fenómeno.
Acá el sputtering grosero en el interior de un fusible, si uno detona muchas veces en una campana de vidrio, queda todo el interior recubierto de una fina capa de los metales, ensucia bastante.
5. PEM (Pulso electromagnético) EMP en ingles
Mucho se ha hablado del pulso electromagnético y muchas series de ciencia ficción han ilustrado los efectos que produce. Para aclarar, el PEM es un fenómeno que, si bien no causa gran problema físico a las personas, provoca una destrucción de toda la tecnología electrónica que se encuentra dentro de la zona en que ocurre. Este fenómeno está asociado a explosiones nucleares e impactos de asteroides y produce una gran diferencia de potencial de varios miles de voltios por metro.
Si consideramos que la electrónica funciona con pocos voltios, esta gran cantidad de voltaje destruye todo, aún los aparatos que están apagados, generando así enormes dificultades ya que todos los sistemas de comunicación, informáticos, etc. quedan fuera de servicio.
“Los 3 componentes del PEM nuclear, definidos por el IEC1, son llamados E1, E2 y E3.
El pulso E1 es una componente muy rápida del PEM nuclear. Esta componente genera un campo eléctricoque induce voltajes muy intensos y rápidos en los conductores eléctricos. E1 es la componente que puede destruir ordenadores y equipos de comunicación y es además muy rápida para los protectores habituales contra rayos. La componente E1 es producida cuando la radiación gammaproducida/generada por la detonación nuclear golpea a los electrones de los átomos de las capas superiores de la atmósfera. La velocidad de los electrones se encuentra en las velocidades relativistas (más del 90% la velocidad de la luz). Esencialmente esto produce un gran pulso de corriente eléctrica vertical en las capas altas de la atmósfera sobre todo¿en? el área afectada. Esta corriente eléctrica es afectada por los campos magnéticos de la Tierraque produce un pulso electromagnético muy grande pero muy breve que afecta al área.
La componente E2 del pulso tiene mucha similitud con los pulsos electromagnéticos producido por el rayode una tormenta. Debido a esta similitud son los más fáciles de proteger porque los aparatos de protección contra rayos son capaces de asimilar bien esta componente.
La componente E3 del pulso es muy lento (tardando entre decenas y centenares de segundos) y está provocada por el calor de la detonación seguida de la restauración del campo magnético a su posición natural. La componente E3 es muy similar a una tormenta geomagnéticaprovocada por una llamarada solar muy extrema. Al igual que las tormentas geomagnéticas ¿al igual que ellas?, la componente E3 puede producir corrientes inducidas en conductores largos dañando componentes como transformadores de líneas eléctricas.”
Con nuestro pequeño banco, no le podremos quemar ningún electrodoméstico a los vecinos ni nada parecido (que lástima J). Esta pequeña detonación produce, sí, un pulso electromagnético del tipo E2 de la clasificación anterior y puede ser detectado en la zona cercana a la explosión. En definitiva es un pulso electromagnético pero no es el PEM conocido y temido por todos.
Para observar este pulso podemos armar un sencillo electrómetro, construido con un transistor de efecto de campo (FET) muy común y económico, un MPF102.
El circuito es simple y con pocos elementos:
Todo el conjunto debe estar bien apantallado en una caja metálica. En este caso se usó la caja de un magnetrón de un horno de microondas y en él se han montado todos los componentes. El instrumento tiene un microamperímetro, del tipo cero en el centro, que se ajusta con un potenciómetro de 10K, en el conector de alimentación del magnetrón se colocó un trozo de alambre de cobre de unos 15 cm (que funciona como antena), además se instaló una llave para el encendido. En el interior se soldó, tipo araña, el FET[1] con los demás componentes del circuito
[1] El FET es un tipo de transistor de muy alta ganancia y bajo ruido
Para realizar la prueba, se colocará el fusible explosivo del banco dentro de un recipiente a fin de evitar ser alcanzado por las proyecciones del material, además, es conveniente tapar con cartulina negra para que la luz de la detonación no interfiera con la observación.
Luego, se coloca el electrómetro cerca del recipiente donde está el fusible explosivo del banco y se lleva a cabo la detonación. Se podrá observar así el movimiento de la aguja del instrumento justo cuando explota. Es conveniente filmar el experimento para ver claramente el pulso.
6. Coilgun
Para esta prueba será necesario fabricar una bobina con bastantes vueltas de alambre, sobre un carretel, hay que tratar que el caño central del carretel tenga un diámetro donde entre justo el proyectil, se bobinan sobre el carretel con alambre esmaltado o forrado de 0.70 mm unas 300 vueltas,
El video del coilgun
7. Magnetizador
Usando la misma bobina que se utilizó en el coilgun podemos magnetizar diversos objetos, como muestra de ello se procede a imantar un destornillador, el fuerte pulso magnético reorienta los electrones del material convirtiéndolo en un imán
Un video
He realizado también la siguiente prueba, si calentamos un imán, llegada una temperatura llamada punto Curie, éste pierde completamente sus propiedades magnéticas, así he calentado al rojo con un soplete un pequeño imán de neodimio haciéndole perder totalmente el magnetismo, luego lo he colocado en medio de la bobina y he descargado un pulso, se magnetizó débilmente.
Cambié la bobina anterior por esta de pocas espiras, pero grueso calibre
Descargué un pulso y el neodimio quedó fuertemente magnetizado prácticamente igual que la fuerza que tenía antes de llevarlo al punto Curie.
Estos trabajos son todos con fines didácticos educativos, si se va a usar el banco con alguna de estas finalidades específicamente, convendrá ir haciendo diversas pruebas para ver cual resulta más eficaz.
8. Espectros metálicos
Después de varias pruebas he logrado encontrar la forma de capturar los espectros del plasma, según que metal se volatiliza, siguiendo la técnica que nos enseña Alberto Villalobos (aewolframio de CCAA) colocando una red de difracción delante la lente de la cámara, para mas detalles en su blog http://hombrosdegigantes.blogspot.com/2008/04/digitalizacin-y-anlisis-de-espectros.html
He colocado un trozo de red de difracción de 1000 líneas por mm pegada con cinta transparente en la lente de la cámara, se puede usar un trozo de CD en su lugar.
Para realizar las pruebas es necesario colimar la luz que emite la explosión dejando solo un orificio por donde sale la misma, para ello se cubre la cámara de vacío o el recipiente donde se hace la detonación con una cartulina negra que tiene un orificio (Colimador) a la altura del filamento. Hice estos experimentos en vacío para evitar interferencias producidas por los gases del aire, pero se pueden hacer a presión atmosférica normal.
Hay que tomarle un poco la mano para apuntar la cámara en determinado ángulo se hace un video al oscuro total y se apunta de manera que el foco de luz quede bien al costado de la filmación eso deja centrado el espectro mas o menos en la mitad de la imagen, para obtener la foto luego se analiza frame a frame la filmación con algún programa como VirtualDub por ejemplo y quedan tal como estas imágenes
Espectro de un filamento de magnesio
Observen que la luz de la detonación queda bien al costado de la imagen
El espectro del cobre, en este metal predomina el verde,
En esta imagen donde se filmó directamente el estallido puede verse este color verde característico del cobre, en el círculo, un trozo de metal incandescente expulsado por la detonación.
Siempre las detonaciones conviene hacerlas dentro de algún recipiente para evitar accidentes, pues se producen proyecciones de material para cualquier parte y puede causarle quemaduras a alguien que se encuentre cerca
En esta imagen pueden verse esas proyecciones de metal incandescente
El espectro del hierro.
El siguiente es un análisis del espectro de arriba realizado por Alberto Villalobos, a quien agradezco su gentileza y predisposición
El análisis es más completo, si desea ampliar sobre el tema en científicos aficionados este link
“Como se puede ver en la siguiente imagen, el espectro practicado en un alto vacio muestra mucho menos señales que los iniciales hechos sin vacío. Si comparamos este nuevo espectro con la referencia de hierro vemos que hay muchas mas coincidencias. No obstante quedan picos importantes sin explicar. Podría ser que estas bandas sean señales moleculares de hierro pero no podrían ser de óxidos o hidróxidos por el vacio practicado.”
9. Soldadura de puntos
La prueba requiere de la confección de unos electrodos de cobre montados en una mecánica que los deje enfrentados, se uso en parte algo ya armado para este fin que presenté anteriormente este mismo blog (Una soldadora de puntos)
Con un soporte para amoladora angular que nunca sirvió para lo que nació lo armé y quedó asi:
Los elementos a puntear se colocan entre ambos electrodos y se sostienen mas o menos presionados, luego se cargan los capacitores, hay que ir probando hasta encontrar la energía necesaria para que la soldadura sea correcta, en mi caso con unos 150 voltios suelda dos alambres, como el diseño de este banco dispone de un voltímetro se puede ir cargando a distintas tensiones.
Para este tipo de usos siempre será más seguro usar capacitores de muchos microfaradios y menos voltios como el que se muestra en la imagen
Un video de cómo trabaja la soldadora de puntos
10. La compresión de la materia por el pulso magnético
El banco que estamos usando tiene una energía acumulada baja en comparación con otros, sin embargo es posible verificar este fenómeno.
Para hacerlo vamos a conectar una bobina con núcleo de aire de unas 7 u 8 vueltas tratando de formar un anillo
Luego colocamos dentro un tubo hecho con papel aluminio
El tubo se coloca dentro de la bobina tratando que las paredes del mismo queden bien pegadas a la bobina, se hace una descarga y
El resultado, queda con cintura el tubito J
Voy a agregar una imagen de axxon de materiales sometidos a muy fuertes campos magnéticos
