PLÁSTICOS BAJO CERO

COLEGIO LA INMACULADA ALGECIRAS

PROFESORA:Desirée Serrano Ríos

XV Edición Diverciencia

PROYECTO DESARROLLADO POR

LOS ALUMNOS DE 1º BTO DE

CIENCIAS

Gonzalo Serrano Ruíz

Lucía Muñoz Jiménez

Javier Medina Talavera

Juan Carlos Valenzuela Jiménez

Martina Varela García

INTRODUCCIÓN

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El trabajo que presentamos es un proyecto de Ciencia Ciudadana, término acuñado para definir elproceso participativo por el cual los ciudadanos se involucran directamente en el proceso deinvestigación. El objetivo del proyecto “Desafío Bajo Zero” era realizar mediciones climatológicas enun entorno tan interesante y extremo como resulta La Antártida a partir de la conexión yprogramación en Arduino de una red de nodos conectada en un prototipo de estación sensorizada,réplica a la existente en la base española Gabriel de Castilla de la Antártida.Lamentablemente, la situación actual de la pandemia por COVID-19 ha impedido la recogida dedatos en la Base por la vuelta apresurada del Buque Hespérides que encabezaba la expedición ynos ha obligado a realizar un giro en nuestra investigación. Aprovechando la construcción denuestro prototipo se realizarán mediciones durante 48 horas en nuestro centro, que luego seráncomparadas y analizadas con los resultados obtenidos de otros centros participantes ubicados endistintos puntos de nuestra geografía española. Por último, otro de los aspectos que queríamosconsiderar en nuestro proyecto es el problema de la contaminación medioambiental y, de forma másespecífica, la contaminación de los mares y los océanos debido a la existencia de sustanciasdañinas como los microplásticos. En nuestro proyecto hemos desarrollado una “medusa flotante”que nos permitirá recoger muestras de posibles plásticos en nuestra costa.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN

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La idea de realización del proyecto surge de la mano de la Fundación Ibercivis, entidadcomprometida con la ciencia, la educación y el fomento de vocaciones STEM entre los jóvenes.Desde nuestro centro, movidos por la misma inquietud, contemplamos la posibilidad de participaren la misión científica “Desafío Bajo Zero”. Por ello, un grupo de alumnos de 1º de Bachillerato,aprovechando los conocimientos teóricos adquiridos en el bloque de contenidos: “Ecología yMedioambiente” de la materia de Biología de 4º de ESO, desarrolló una propuesta de misióncientífica dentro de la asignatura “Proyectos de Investigación” que fue seleccionada junto a otros 19centros participantes de toda España.En dicha misión, los alumnos debían ensamblar, conectar y programar en Arduino un prototipo deestación sensorizada, equipada con diversos nodos, réplica de la existente en la Base EspañolaGabriel de Castilla de la Antártida. De este modo, podrían obtenerse los valores de temperatura,humedad, luminosidad, radiación UV, TVOC y CO2 provenientes de la Isla Decepción, en laAntártida; datos que finalmente no han podido recogerse por efecto de la pandemia.Sin embargo, proseguimos nuestro proyecto con la misma ilusión porque nuestra estaciónsensorizada va a poder participar, junto al resto de centros seleccionados, en la medición conjuntaque se llevará a cabo durante 48 horas ininterrumpidas durante los días 13 a 15 de abril de 2021.De este modo, podremos obtener un amplio abanico de mediciones que nos permitirán hacer uninteresante estudio ambiental comparativo.

OBJETIVOS

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El objetivo general de nuestro proyecto es la realización de un estudio ambiental comparativo através de la medición de parámetros de temperatura, humedad, nivel de radiación UV, nivel deluminosidad, compuestos orgánicos volátiles (TVOC) y CO2 en distintas zonas de la geografíaespañola; así como determinar la posible presencia de microplásticos en el Mar Mediterráneo, através de una recogida de muestras selectiva llevada a cabo por un prototipo de “medusa”.De forma específica, nos planteamos los siguientes objetivos: Realizar el ensamblaje y conexión electrónica de todos los sensores que forman parte de la

estación sensorizada, a través del microprocesador Arduino. Programar cada uno de los códigos que integran el prototipo, verificando su correcto

funcionamiento. Realizar un estudio preliminar a través de mediciones llevadas a cabo en distintas zonas del

Campo de Gibraltar para verificar el correcto funcionamiento de la estación antes de desarrollar las mediciones conjuntas.

Realizar un estudio ambiental comparativo entre todas las mediciones desarrolladas por los 20 equipos participantes, que nos permitan un análisis y un desarrollo de conclusiones exhaustivo.

Construir un prototipo de “medusa” que permita la recogida selectiva de muestras en el Mar Mediterráneo y realizar un análisis de las mismas, para determinar la presencia de microplásticos en nuestra zona y sus características.

EL CLIMA Y SUS VARIABLES DE ESTUDIO

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Temperatura atmosférica. Se trata del grado de calor o frío que existeen las masas de aire atmosférico, calentadas principalmente por laradiación solar.Presión atmosférica. Se trata de la presión ejercida en todas lasdirecciones por la masa de aire de la atmósfera y que incideenormemente en los demás elementos climáticos.Vientos. Las variaciones de presión en el aire generandesplazamientos de la masa gaseosa que conocemos como viento yque permiten la distribución de la energía y calor en la atmósfera demanera más equitativa.Humedad. Se trata del grado de agua en estado gaseoso que se hayapresente en los gases de la atmósfera.Precipitación. La abundancia de vapor de agua en la atmósfera lolleva a condensar en forma de nubes, que desplazadas por el vientochocan entre sí y liberan su contenido líquido, en lo que conocemoscomo lluvia. Influencia de los elementos

climáticos. Fuente:portaleducativo.net

EL CLIMA ANTÁRTICO

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La Antártida posee el clima más fríode todos los continentes. Sutemperatura histórica más baja estambién la menor temperaturaregistrada en el planeta entero (-89.2 °C), y su región oriental esconsiderablemente más fría que laoccidental, dado que se halla amayor altura.Sus temperaturas mínimas anualessuelen rondar los -60 °C en inviernoy en el interior del continente,mientras que sus máximas anualesse aproximan a los 0 °C en verano yen las costas.

Mapa de la Antártida. Fuente: canaltiempo21.com

EL CLIMA MEDITERRÁNEO

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El clima Mediterráneo, en general, es un subtipo declima templado que se caracteriza por inviernostemplados y lluviosos y veranos secos y calurosos otemplados, con otoños y primaveras variables, tantoen temperaturas como en precipitaciones. En la zonadel Campo de Gibraltar, lugar donde residimos,predomina este clima de manera generalizada,aunque se diferencian tres sectores climáticos dentrodel territorio que ocupa la comarca. La zona este ysureste presenta un clima mediterráneo subtropical; lazona suroeste posee un clima oceánico y el resto delárea posee un clima mediterráneo subcontinental. Latemperatura media anual para el conjunto de lacomarca se encuentra entre 15-20 °C no existiendoimportantes fluctuaciones entre las temperaturasregistradas en verano e invierno. Imagen área Campo de Gibraltar. Fuente: iniciativa comarcal

EL MICROPROCESADOR DE ARDUINO

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Arduino es una plataforma que permite la creación de electrónica mediante código abierto, la cual está basada en hardware y software libre. Aunque existen varios modelos de microprocesadores Arduino, para nuestro proyecto se ha utilizado el modelo Mega 2560. El microprocesador ArduinoMEGA 2560 está compuesto básicamente, por: Un microcontrolador (ATmega2560). Una interfaz USB-Serie que permite re-programar dicho microcontrolador utilizando

simplemente un ordenador, un cable USB y el software Arduino IDE. Un conjunto de cabezales que permiten conectar los pines de entrada/salida.

Fuente: https://programarfacil.com/

LA ESTACIÓN SENSORIZADA

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La estación sensorizada que ensamblamos en nuestro proyecto venía equipada con una serie de sensores que tuvimos que conectar y programar adecuadamente para su correcto funcionamiento.

Fuente:https://www.desafiobajozero.com

SENSORES DE LA ESTACIÓN

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Sensor UVM-30A

Se utiliza para detectar el índice de intensidad ultravioleta (UV). Esta

forma de radiación electromagnética tiene longitudes

de onda más cortas que la radiación visible y son

precisamente dichas longitudes cortas las que detecta el sensor. El

sensor tiene una amplia gama espectral de 200 nm hasta 370 nm.

Conexión del Sensor en Arduino Mega. Fuente:https://www.desafiobajozero.com

SENSORES DE LA ESTACIÓN

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Sensor luz (TSL2561)

Se trata de un sensor de luz ambiental de segunda

generación que contiene dos convertidores de analógico a

digital (ADC) que integran corrientes de dos fotodiodos.

La comunicación con el dispositivo se realiza a través de

un bus serie I2C o SMBusest�ndar de dos cables.

Conexión del Sensor en Arduino Mega. Fuente:https://www.desafiobajozero.com

SENSORES DE LA ESTACIÓN

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Sensor BMP280

El dispositivo BMP280 es un sensor de presi�n barom�trica

absoluta especialmente dise�ado para aplicaciones

m�viles. Sus peque�asdimensiones y su bajo consumo

de energía permiten la implementación en dispositivos

a batería como tel�fonosm�viles, m�dulos GPS o relojes.

Conexión del Sensor en Arduino Mega. Fuente:https://www.desafiobajozero.com

SENSORES DE LA ESTACIÓN

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Sensor GPS NEO-6M

Este sensor se caracteriza por contener receptores GPS independientes, flexibles y

rentables, que ofrecen numerosas opciones de

conectividad en una miniatura ideal para dispositivos m�vilesque funcionan con baterías con limitaciones de espacio y costes

muy estrictas.

Conexión del Sensor en Arduino Mega. Fuente:https://www.desafiobajozero.com

SENSORES DE LA ESTACIÓN

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Sensor CCS811

El dispositivo CCS811 es un sensor de gas digital de potencia ultra baja que integra un sensor de gas de �xido met�lico (MOX) para detectar una amplia gama

de compuestos org�nicosvol�tiles (COV) para interiores.

Conexión del Sensor en Arduino Mega. Fuente:https://www.desafiobajozero.com

SENSORES DE LA ESTACIÓN

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Sensor DS 3231 (RTC)

El DS3231 es un reloj I2C extremadamente preciso y de

bajo costo en tiempo real (RTC) con un oscilador de cristal integrado. El dispositivo

incorpora una entrada de batería y mantiene un cronometraje

preciso cuando la alimentación principal del dispositivo se

interrumpe.Conexión del Sensor en Arduino Mega. Fuente:https://www.desafiobajozero.com

SENSORES DE LA ESTACIÓN

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Sensor DHT 22

El sensor DHT 22 viene programado con una señal

digital calibrada que utiliza una t�cnica exclusiva de recolecci�nde se�ales digitales de humedad relativa y temperatura en 8 bits.La auto calibraci�n está basada en un coeficiente de calibraci�nque se archiva en la memoria

OTP.

Conexión del Sensor en Arduino Mega. Fuente:https://www.desafiobajozero.com

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO

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Durante la primera parte del desarrollo de nuestro proyecto recibimos de parte de la Fundación Ibercivis los componentes de una maqueta que contenía los sensores necesarios para recopilar datos de la Antártida. Una vez montada la maqueta, procedimos a realizar la conexión eléctrica de cada uno de los sensores a nuestra placa de Arduino Mega. Para ello, hicimos uso de una placa electrónica base (breadboard) que permitió conectar los pines digitales a las salidas y entradas de forma correcta.

PROGRAMACIÓN DEL DISPOSITIVO ARDUINO

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Durante la segunda parte del proceso, se procedió a codificar cada uno de los sensores de la estación para la obtención de

datos a través del microprocesador de Arduino.

Dichos códigos fueron puestos en marcha uno a uno en el aula

para verificar su correcto funcionamiento.

Fragmento de codificación del sensor MBP 280

OBTENCIÓN PRELIMINAR DE DATOS

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Para verificar el correcto funcionamiento de nuestra estación sensorizada se realizaron una

serie de mediciones en distintos lugares del Campo de Gibraltar.

Dichas mediciones nos han permitido obtener valores de temperatura, humedad, radiación ultravioleta (UV), luminosidad, compuestos

orgánicos volátiles (TVOC) y dióxido de carbono (CO2). Para realizar el traspaso de datos desde

Arduino hasta nuestro ordenador se utilizó la plataforma Thingspeak. En dicha plataforma se

cr��el canal privado: “DESAFÍO BAJO ZERO LA INMACULADA ALGECIRAS”, que nos permiti��

obtener y representar los datos recogidos por los distintos sensores de la estación en tiempo real.

Medición de humedad en canal de Thingspeak.

OBTENCIÓN PRELIMINAR DE DATOS

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Medida 1

Colegio La Inmaculada

Laboratorio de Química

del centro, lugar

luminoso, en interior.

Medida 2

Domicilio particular en

La Línea de la

Concepción

Terraza exterior,

soleada.

Medida 3

Domicilio particular en

Algeciras

Habitación interior,

poco soleada.

OBTENCIÓN PRELIMINAR DE DATOS

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Medida 4

Playa Getares,

Algeciras

Cerca del mar, aire

libre.

Medida 5

Zona recreativa «El

Bujeo», Tarifa

Vegetación, aire libre.

ESTUDIO PRELIMINAR DE DATOS

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Una vez realizadas las 5 mediciones, los resultados fueron procesados en una hoja de cálculo para poder representar gráficamente cada una de las variables recogidas por los

distintos sensores, comparando así los valores en los distintos lugares de medición.

ESTUDIO PRELIMINAR DE DATOS

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ESTUDIO PRELIMINAR DE DATOS

24

0123456789

1011

0 800 1600 2400 3200

Rad

iac

ión

UV

tiempo (s)

Medición 1 Medición 2 Medición 3Medición 4 Medición 5

MICROPLÁSTICOS

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Los microplásticos son un grupo de materialessintéticos que están hechos de polímerosderivados del petróleo o de base biológica.Son partículas sólidas, de tamaño inferior a 5mm, que no son solubles en agua y cuyadegradabilidad es baja.Debido a que no se biodegradan y solo sedesintegran en partes más pequeñas, estosmicroplásticos terminan siendo absorbidos oingeridos por muchos organismos, causandosu muerte por intoxicación al no poderdiferenciar si es su alimento marino.

Fuente: https://www.ecoticias.com/residuos-reciclaje/204272/microplasticos-estan-tejidos-cuerpo-humano

MICROPLÁSTICOS

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Cada vez resulta más común la idea de quetodos los mares y océanos existentescontienen cierta cantidad de plásticoscontaminantes y, a su vez, de microplásticos,ya que cada segundo se arrojan más de 200kilos de estas sustancias al medio acuático.Debido a la determinante persistencia y a lafácil dispersión de los plásticos, es posibleencontrarlos en todos los rincones del planeta,desde el Ártico hasta la Antártida.

Fuente: fuente: www.anellides.com

TIPOS DE MICROPLÁSTICOS

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El plástico no es indestructible. Algunos plásticos comienzan a descomponerse en el océano en elprimer año. Otros ya llegan en forma de partículas muy pequeñas al mar, dentro de estas partículas seencuentran los microplásticos y nano plásticos. La diferencia entre micro y nano plásticos reside en sutamaño de partícula. Mientras los microplásticos varían de 0,1 a 100 µm, los nano plásticos tienen untamaño de, aproximadamente, 1 a 100 nm. A su vez existen dos tipos de microplásticos ynanoplásticos según su origen: primarios y secundarios. Ambas categorías de plásticos sonextremadamente tóxicos para el medio debido al origen de sus componentes, formadosmayoritariamente por dos tipos de plásticos. El primero de ellos es el polietileno (PE), el más simple delos polímeros desde un punto de vista químico, compuesto por una unidad lineal y repetitiva deátomos de carbono e hidrógeno. El segundo tipo de plástico es el polipropileno (PP), utilizadonormalmente para fabricar tapones y fibras sintéticas de prendas de ropa y otras telas textiles.

Molécula de PP. Fuente: http://www.petrocuyo.com/es/tecnologia/el-polipropileno/

Molécula de PE. Fuente: https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/

OBTENCIÓN DE MUESTRAS

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Para llevar a cabo la recogida de muestras acuáticas se construyeron dos pequeñas medusas confiltros en su interior que fueron depositadas varias horas en algunas zonas estratégicas del Campo deGibraltar: playa del Rinconcillo (Algeciras), río Palmones (Los Barrios) y puerto marítimo (Algeciras).

Río Palmones, Los Barrios (Cádiz) Puerto de Algeciras (Cádiz) Playa del Rinconcillo, Algeciras (Cádiz)

OBTENCIÓN DE MUESTRAS

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Se llevó a cabo una recogida de agua con las tres muestras mencionadas:

Muestra 1: playa del Rinconcillo, en Algeciras.

Muestra 2: río Palmones en Los Barrios.Muestra 3: puerto marítimo de Algeciras.

Tanto las muestras de agua recogidas como los filtros del interior de las medusas serán

enviadas a un laboratorio especializado para su análisis, con el propósito de determinar la

posible presencia de microplásticos en dichas zonas de recogida. Una vez

obtenidos los resultados analizados se incluirán en nuestro análisis de resultados,

junto con las mediciones conjuntas de Arduino.

Muestras recogidas

CONCLUSIONES

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La conexión de los distintos sensores a través de la placa Arduino Mega se ha realizado deforma correcta, ya que las mediciones efectuadas arrojan resultados coherentes.

El sensor de temperatura presentó valores medios de 20ºC propios de la época estacional enque nos encontramos, registrándose algunos picos de 16ºC en la zona de “El Bujeo”.

El sensor de humedad registró valores por encima del 60% en todas las medidas alcanzandopicos cercanos al 86% en las zonas cercanas al mar y rodeadas de vegetación. Estos valoresson propios de la zona del Campo de Gibraltar, cuya cercanía al mar propicia unos elevadosvalores de humedad.

El sensor de luminosidad registró los valores más altos en la zona de playa, donde lasmediciones fueron efectuadas a plena luz del día. Del mismo modo, en esta zona se registraronlos valores más altos de índice de radiación UV, oscilando entre 7 y 8, lo que es catalogadocomo índice de radiación alta según las indicaciones de la OMS.

Respecto a la medición de compuestos orgánicos volátiles y dióxido de carbono, los datosregistrados son mucho más elevados en habitaciones interiores o mal ventiladas, poniendo demanifiesto la importancia de hacer circular el aire de forma periódica en estancias ocupadas porpersonas.

BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA

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https://www.xataka.com/investigacion/seis-razones-que-convierten-a-la-antartida-en-un-valioso-y-gigantesco-laboratorio-que-hemos-de-cuidarhttp://www.uca.es/es/cargarAplicacionNoticia.do?identificador=6880https://www.arduino.cc/educationhttps://ibercivis.es/project/desafio-bajozero/http://desafiobajozero.com/https://aemetblog.es/2017/05/03/aemet-en-la-antartida-2/https://www.datosmundial.com/oceania/antartida/clima.phphttps://anellides.com/es/blog/islas-de-plastico/https://www.ecologiaverde.com/que-son-los-microplasticos-definicion-y-tipos-1543.html#anchor_1https://concepto.de/polietileno/#ixzz6qiavpHYehttp://www.petrocuyo.com/es/tecnologia/el-polipropilenohttps://www.um.es/geograf/clima/tema01.htmlhttps://concepto.de/clima-2/#ixzz6qnYQPujPRevista científica: “Ciencias Espaciales”, publicación enero-marzo 2006https://concepto.de/antartida/#ixzz6qnkHNZlYhttps://www.canaltiempo21.com/meteorologia-prevision-del-tiempo-el-clima-de-la-antartida/

AGRADECIMIENTOS

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A la Fundación Ibercivis y Ciencia ciudadana, por impulsarproyectos de investigación que fomenten las vocacionescientíficas entre los jóvenes.

Al XV Encuentro Eureka de alumnado investigador, porofrecernos la oportunidad de participar con nuestro trabajo.

A nuestro colegio “La Inmaculada” por facilitarnos todos losmedios a su alcance para desarrollar nuestro proyecto.

A nuestra profesora, Desirée Serrano, por orientarnos yguiarnos en nuestra investigación.

A D. Javier Cacho, por compartir con nosotros su ampliaexperiencia como investigador científico en numerosasmisiones a la Antártida.

GALERÍA FOTOGRÁFICA

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Momento de recepción del Kit Arduino. Conexión de sensores a la breadboard.Momento de la medición simultánea en el

centro de La Inmaculada..

Momentos de la conferencia impartida por D. Javier Cacho en el aula de 1º de Bto del Centro La Inmaculada Algeciras..