Universidad Tecnològica de Querètaro

Universidad Tecnològica
de Querètaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnològica de
Querètaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad
Tecnològica de Querètaro, o=UTEQ, ou=UTEQ,
[email protected], c=MX
Fecha: 2014.01.31 14:44:20 -06'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
“DISEÑO DE UN MINISISTEMA ELECTROSPINNING”
Empresa:
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIA APLICADA Y TECNOLOGÍA
AVANZADA, IPN.
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN
Presenta:
FRANKY ASAEL PRADO AMARO
Asesor de la UTEQ
Asesor de la Organización
Lic. Ma. Teresa Novoa Pardiñas
Dr. Eduardo Morales Sánchez
Santiago de Querétaro, Qro. Enero 2014
RESUMEN
El Electrohilado o electrospinning es una técnica utilizada para generar fibras o
películas a escala micro y nanométricas. El electrospinning consiste en depositar
un material polimérico sobre un colector por medio de electrostática. Cuando se
aplica una alta tensión a la solución esta se polariza y es atraída por fuerzas
electrostáticas hacia un colector. Un sistema para electrospinning está formado
por un colector drum, un
actuador lineal el cual se desplaza en un eje, una
bomba para jeringa y una fuente de alto voltaje variable. Este trabajo se centró
en el diseño y la construcción de un sistema para electrospinning de tamaño
pequeño con referencia a los comerciales, es decir en el escalamiento
dimensional de los componentes.
La metodología seguida fue: rediseñar
los componentes del sistema
electrospinning. Se dibujaron en Solid Works, se obtuvieron los dibujos a detalle,
se construyeron las piezas, se ensamblaron, se creó un control de velocidades
para los motores y por último se probó el sistema.
Palabras claves: (electrospinning, polímeros).
2
DESCRIPTION
Applied Research Center for Advanced Science and Technology has a very large
infrastructure, where we can find classrooms, laboratories, teachers cubicles,
green areas, a prototype workshop, a computer room, a lecture hall, a video
classroom, a student area, an administrative area, a library, and a botanical
garden. The mechatronics laboratory has equipment for electronic design as
oscilloscopes, fountains, bench multimeters, soldering irons, computers with
software for mechanical and electronic design. I worked with Dr. Eduardo
Sánchez Morales, who always gave me support about questions or problems
regarding the project, being a very kind and respectful person.
3
ÍNDICE
Página
Resumen
………………………………………………………………… 2
Description ……................................................................................... 3
Índice ……..………………………………………………………………... 4
I.
Introducción ………………………………………………………… 5
II.
Antecedentes ……………………………………………………….. 6
III.
Justificación ………………………………………………………… 7
IV.
Objetivos …………………………………………………………….. 8
V.
Alcance ….………………………………………………………….. 9
VI.
Análisis de riesgos ………………………………………………... 10
VII.
Fundamentación teórica ………………………………………….. 11
VIII.
Plan de actividades ………………………………………………. 23
IX.
Recursos materiales y humanos ………………………………… 24
X.
Desarrollo del proyecto …………………………………………… 25
XI.
Resultados obtenidos …………………………………………….. 58
XII.
Conclusiones y recomendaciones …………………………….... 59
XIII.
Anexos
XIV.
Bibliografía
4
I.
INTRODUCCIÓN
En los últimos años se han investigado nuevas formas de ensamblar el
sistema con el fin de aportar nuevos elementos, potencializar las características
de las fibras desarrolladas y permitir la encapsulación o el electrohilado de
materiales que por no poseer las propiedades eléctricas necesarias no era
posible someter al proceso. Estos nuevos ajustes han permitido procesar nuevos
materiales.
Mejores materiales son fundamentales para la creación de nuevos productos y
procesos que le permitan a las empresas incrementar su competitividad y generar
valor en los mercados correspondientes. En los últimos años, nuevos
compuestos desarrollados al unir materiales tradicionales con biomateriales han
generado un gran interés en la comunidad científica.
Por medio de estas características en la actualidad, las fibras poliméricas están
siendo estudiadas para desarrollar dispositivos que encapsulan proteínas,
antibióticos y otros compuestos que pueden ser usados en implantes tales como:
aisladores para claves de estimulación cardiacos, dispositivos de asistencia
ventricular, prótesis vascular, recubrimientos de implantes mamarios, adhesivos
tisulares, apósitos para heridas, la piel, etc. Estas aplicaciones van dirigidas a
mantener niveles terapéuticos constantes y sostenidos, en el nivel de acción
donde se ha producido una herida o donde se requiera la liberación sostenida de
fármacos.
5
II. ANTECEDENTES
En el Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada
(CICATA), se realizan diferentes proyectos, proporcionando servicio a la
comunidad científica y a los diferentes sectores productivos de bienes y servicios.
Asimismo se fomenta el fortalecimiento de la calidad y la competitividad nacional
e internacional del aparato productivo en México. En la línea de investigación de
Mecatrónica, se trabaja principalmente en temas relacionados con el análisis y
simulación, el diseño de mecanismos, la robótica, los procesos industriales, la
instrumentación, los prototipos y la opto-mecatrónica. Por ello, el CICATA trabaja
en la técnica de electrospinning para generar nanofilamentos para su estudio.
Dentro de las necesidades que se detectaron para generar nanofilamentos por
electrospinning es que se requiere un sistema mecánico pequeño de tal modo
que se tenga mayor control en el depósito y con poco volumen de material.
Por lo anterior este trabajo se refiere al diseño y la construcción de un sistema
mecánico para electrospinning de tamaño pequeño pero conteniendo las
principales partes como: un colector, una bomba de jeringa, un actuador lineal
para la bomba y la instrumentación necesaria para su funcionamiento adecuado.
6
III.
JUSTIFICACIÓN
En la línea de investigación de Mecatrónica del CICATA, surge la
necesidad de desarrollar un sistema mecánico para el electrospinning de tamaño
pequeño, el cual puede ser utilizado en la formación electrostática de fibras
poliméricas, donde se hace uso de fuerzas eléctricas para producir fibras con
diámetros en un rango desde dos nanómetros hasta varios micrómetros, a partir
de soluciones poliméricas.
Con este sistema se obtendrán fibras poliméricas, las cuales serán estudiadas y
analizadas para ser implementadas en otras líneas de investigación, con el
propósito de que surjan nuevas aplicaciones y métodos en la comunidad
científica.
7
IV.
OBJETIVOS
Diseño y construcción de un sistema mecánico para electrospinning de
tamaño pequeño.
Objetivos específicos:
*Diseño y construcción de un elemento colector drum.
*Diseño y construcción de un elemento actuador lineal.
*Diseño y construcción de un elemento actuador bomba para jeringa.
*Control de velocidades de los motores.
*Ensamble y prueba de los elementos.
8
V.
ALCANCE
El proyecto se llevará a cabo en las diferentes etapas de diseño y
construcción de los elementos.
Se realizará el diseño en el software SolidWorks con dimensiones especificadas
por el Doctor Eduardo Morales Sánchez, una vez que se realice el diseño y
simulación, se mandarán a construir las piezas de los elementos con las medidas
específicas, en un torno convencional. Los materiales para realizar cada
componente serán acero inoxidable y aluminio.
Una vez concluido el diseño y construcción de cada elemento se
ensamblará para realizar una prueba mecánica.
Posteriormente se realizara la automatización, en la cual se utilizarán motores
reductores de CD a 12V, los cuales serán manipulados con fuentes de tensión
variables. Por último se llevarán a cabo las pruebas en el sistema mecánico para
electrospinning, de tamaño pequeño construido para obtener nanofilamentos.
Estas son las partes del sistema a construir (entregables):

Colector drum

Actuador lineal

Actuador bomba para jeringa

Ensamble

Fuentes de tensión variables
9
VI.
ANÁLISIS DE RIESGOS
En la siguiente (tabla 3.0) se muestran los riesgos tomados en cuenta, desde el
de mayor prioridad hasta el de menor.
Riesgos
Consecuencias
Soluciones
Prioridades
No tener a tiempo las Retrasar el proyecto
Buscar otro centro de
piezas realizadas por respecto a plan de
1
maquinado (tornero)
el tornero
actividades
Especificar a detalle cada
Que alguna pieza no
una de las dimensiones,
tenga las medidas
No funcione el
o que tengan un mal
electrospinning
los ángulos, y todas las
2
medidas respecto a cada
corte
pieza
Poseer un mínimo
Asesoría técnica y
conocimiento acerca
Mal funcionamiento
3
búsqueda de información
del proyecto
Tabla 3.0 Análisis de riesgo
10
VII.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
El electrospinning proviene de los primeros experimentos en electrospray de
Rayleigh en 1897, del estudio detallado de Zeleny en 1914. Sin embargo fue
Formhals quien la patentó en 1934. Formhals inventó el aparato electrostático de
electrohilado, donde a una solución polimérica se le aplicó un campo eléctrico
proveniente del electrodo de polaridad negativa para formar fibras delgadas que
eran atraídas a un electrodo móvil de polaridad positiva.
El electrospinning es una técnica que permite producir fibras poliméricas de
diámetros micro y nanométrico, películas mediante la aplicación de una alta
tensión.
El proceso de electrospinning permite obtener fibras por medio de estiramiento
coaxial de una solución viscoelástica. Estas fibras poseen diámetros que van de
las submicras a los nanómetros, rangos en los que es posible encontrar
características únicas, entre las que se encuentra: un área superficial muy grande
en relación al volumen (en el caso de las nanofibras, esta relación puede ser un
aproximado de 103 veces más que una microfibra), flexibilidad en la superficie,
alta porosidad, poros interconectados y un rendimiento mecánico superior,
comparado con otras formas ya conocidas del material; estas características
hacen de las nanofibras, óptimas candidatas para una variedad de aplicaciones,
entre ellas: ingeniería de tejidos, textiles, elementos para cubrir heridas, medios
de filtración, membranas especiales
y diversas aplicaciones médicas
11
tales
como: reemplazo de huesos, implantes dentales, sistemas de liberación de
fármacos, injertos vasculares y vasos sanguíneos artificiales, entre otros.
La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o
moléculas gigantes llamadas polímeros.
Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas
pequeñas denominadas monómeros que constituyen enormes cadenas de las
formas más diversas. Existen polímeros naturales de gran significación comercial
como el algodón, formado por fibras de celulosas.
La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se
emplean para hacer telas y papel.
La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al
nylon.
La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo de polímero natural.
El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de guayule, son también
polímeros naturales importantes.
Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria
son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.
Polímeros naturales: Son aquellos provenientes directamente del reino vegetal o
animal, como la seda, lana, algodón, celulosa, almidón, proteínas, caucho natural
(látex o hule), ácidos nucleicos, como el ADN, entre otros.
12
Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros
naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado.
Polímeros sintéticos: Son los transformados o “creados” por el hombre. Están
aquí todos los plásticos, los más conocidos en la vida cotidiana son el nylon, el
poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC) y el polietileno. La gran variedad de
propiedades físicas y químicas de estos compuestos permite aplicarlos en
construcción, embalaje, industria automotriz, aeronáutica, electrónica, agricultura
o medicina.
La técnica consiste en hacer girar soluciones de polímero a través de altos
campos eléctricos, se basa en aplicar suficientes fuerzas eléctricas que superen
las fuerzas de la tensión superficial en la solución de polímero cargado, de esta
forma a un voltaje determinado, finos chorros de solución son expulsados desde
el capilar hasta el plato colector. Posteriormente el chorro se mueve en la
dirección del campo eléctrico, alongándose de acuerdo con las fuerzas externas
e internas y experimentando inestabilidad en algunas ocasiones. El disolvente se
evapora y los segmentos de fibras son depositados al azar en un sustrato.
Existen diferentes mecanismos de montaje para llevar a cabo la técnica.
El típico montaje para la ejecución de la técnica de electrospinning, consta de un
capilar a través del cual debe ser expulsada la solución polimérica (aguja, cono,);
una fuente de alto voltaje que posee dos terminales las cuales deben conectarse
uno al lugar de salida de la solución y otro directamente al plato colector (lámina
13
de metal conductor, mandril rotativo), donde se depositarán las fibras posterior a
la evaporación del disolvente (figura 1.0).
Figura 1.0 Sistema electrospinning representativo
La técnica puede ser desarrollada de forma horizontal o vertical (figuras 1.1 y 1.2)
según se desee, el principal inconveniente al trabajar en posición vertical es la
posible salida de gotas de solución desde el capilar hacia el plato colector, las
cuales pueden caer sobre las fibras depositadas haciendo defectuosa la
superficie de las mismas e interrumpiendo el proceso.
Figura 1. 1 Sistema electrospinning horizontal
14
Figura 1.2 Sistema electrospinning vertical
Para impulsar la solución a través del capilar puede utilizarse una bomba de
infusión; si se trabaja de forma horizontal con el cono como capilar (figura 1.3),
la salida de la solución puede estar determinada por la fuerza de gravedad ligada
a la viscosidad de la solución.
Figura 1.3 Sistema electrospinning con plato horizontal
15
Otro sistema conocido es el colector drum que es rotatorio y hace posible la
preparación de fibras poliméricas alineadas.
Se han construido diferentes prototipos de sistemas mecánicos electrospinning
en CICATA (figura 2.0), pero el sistema que se ha empleado consiste: en una
bomba inyectora, un colector drum, un actuador lineal y una fuente de alta tensión
(Kv).
Elemento
actuador
bomba para
Cono de
Taylor
Elemento
actuador
lineal
jeringa
Disolución
de polímero
Fuente
de alta
tensión
(Kv)
Figura 2.0 Sistema mecánico electrospinning
16
Elemento
Colector
drum
La disolución de polímero es impulsada al extremo de la bomba inyectora. Entre
la punta de la aguja y el colector drum se establece un campo eléctrico mediante
la aplicación de una diferencia de potencial.
Mediante el actuador lineal existe un desplazamiento horizontal, en el cual está
montada la bomba inyectora y cuando la tensión superficial de la gota que se
forma en el extremo de la aguja es vencida por la fuerza del campo eléctrico, la
gota se distorsiona formando el cono de Taylor.
Esta distorsión provoca la expulsión de un chorro cargado eléctricamente en
dirección al colector formando los filamentos.
17
El sistema electrospinning mecánico está formado por:
1.- Elemento colector drum: este elemento consiste en un tambor que estará
girando por un motor reductor de CD.
El colector tiene la función de sustrato conductor donde las fibras son
depositadas. Para obtener fibras alineadas es necesario emplear un colector
giratorio.
El grado de alineación de las fibras está en función del tipo del colector y de la
velocidad de rotación del motor reductor CD.
2.- Elemento actuador lineal: consiste en el desplazamiento del actuador bomba
para jeringa, por medio de un tornillo sin fin.
3.- Elemento actuador bomba para jeringa: formado por una base rectangular y
en la cual se coloca la jeringa para que se mantenga alineada y por medio de un
tornillo sin fin, que gira por medio de un motor reductor, tiene un desplazamiento
en el eje “Y”.
4.- Fuente de alta tensión kilovolts (kv): una tensión de corriente directa en un
intervalo de varios de kv es necesario para generar la gota de Taylor y que ésta
se adhiera al colector drum.
Cuando la tensión se aplica inicialmente a la solución, la gota en la punta de la
boquilla forma una superficie hemisférica. Cuando el campo eléctrico se
18
aumenta, la superficie pasa de una forma hemisférica a una esférica, y al final a
una forma cónica.
Estos cambios son debidos al aumento de la carga en la solución con su tensión
superficial, y la forma cónica final. Cuando la tensión aplicada induce una carga
para superar la tensión de superficie, un chorro es eyectado desde el cono de
Taylor. La tensión y el campo eléctrico aplicados al sistema afectan la morfología
de la fibra y el diámetro, mientras que la orientación de las líneas de campo
eléctrico tiene efecto en la orientación final de la fibra dentro de la estructura.
Debido a que se aplica más fuerza y más resistencia para transformar la solución
en un jet, menos voltaje da como resultado fibras más delgadas.
Fuente de alto suministro de energía de tensión, series “30A→ 40A” *
Características de la fuente de alta tensión:

0 a 30 kV, 35 kV o 40 kV de salida

4, 15 ó 30 vatios de potencia de salida

Amplio rango de tensión de entrada

Salida indefinida protección contra cortocircuitos

Capacidad máxima corriente de salida a 0 voltios

De frecuencia fija, el diseño de baja energía almacenada

Salida de monitores de corriente y tensión

400 000 Hr. MTBF @ 65 °C
*Se anexa información general referente a la fuente de alta tensión (anexo 1)
19
SolidWorks
Es un software de automatización de diseño. En SolidWorks se pueden croquizar
las ideas y experimentar con diferentes diseños para crear modelos en 3D.
El modelo de SolidWorks consiste en:

Piezas

Ensamblajes

Dibujos
Una pieza es un objeto 3D individual formado por operaciones. Una pieza puede
transformarse en un componente de un ensamblaje y puede representarse en 2D
en un dibujo. Entre los ejemplos de piezas se encuentran: los pernos, las espigas,
las chapas, etc.
La extensión de un nombre de archivo de pieza de SolidWorks es: .SLDPRT. Las
operaciones son las formas y funciones que construyen la pieza. La operación
Base es la primera operación creada. Constituye la infraestructura de la pieza.
Un ensamblaje es un documento en el que las piezas, las operaciones y otros
ensamblajes (subensamblajes) se encuentran agrupados en una relación de
posición.
Las
piezas
y
los
subensamblajes
existen
en
documentos
independientes del ensamblaje. Por ejemplo, en un ensamblaje, un pistón puede
agruparse con otras piezas, como una varilla o un cilindro de conexión. Este
nuevo ensamblaje puede utilizarse entonces como un subensamblaje en el
20
ensamblaje de un motor. Igualmente la extensión de un nombre de archivo de
ensamblaje de SolidWorks es: .SLDASM.
Un dibujo es una representación 2D de una pieza o un ensamblaje 3D.
Igualmente la extensión de un nombre de archivo de dibujo de SolidWorks es :
.SLDDRW.
Moto reductor B01 1:87
Características del motor reductor:

Rango de tensión de alimentación: 3 a 12Vdc

Torque 1.4 Kg F*cm.

Velocidad 100RPM.

Consumo de corriente sin carga: 80mA.

Consumo de corriente atrancado: 600mA.

Cuenta con un eje de 5.3 mm de diámetro aplanado por ambos lados a
3.6mm y orificios para facilitar su montaje con tornillos.

Peso: 32gr.
21
En la (figura 3.0) se muestra un diseño de las dimensiones del motor
Figura 3.0 Motor reductor (5-12) volts dc
22
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES
Para obtener mejores resultados se realizó un diagrama de Gantt, (tabla 1.0)
en el cual se muestran las actividades
que se tienen que realizar en
determinadas fechas, para llevar un control del tiempo.
Tabla 1.0 Diagrama de Gantt 1
23
IX.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
En la (tabla 2.0) se muestran los recursos materiales y humanos que se
utilizaron en la construcción del sistema electrospinning, así como también los
componentes de las fuentes de (0-3) volts. Además en la tabla (2.1) se muestra
los costos totales, para la realización del sistema.
Tabla 2.0 Recursos materiales y humanos
s
Tabla 2.1 Costos
24
X.
DESARROLLO DEL PROYECTO
Lo primero que se realizó fue conocer el concepto de electrospinning, sus
componentes y su funcionamiento.
Se realizaron varias propuestas del diseño, una vez definido el mismo se
empezaron a generar las piezas en SolidWorks.
X.I Diseño de un elemento colector drum en SolidWorks
En la siguiente (figura 4.0) se muestra el diseño del colector drum en vista
isométrica así mismo se expresan sus componentes con sus dimensiones
especificadas.
Figura 4.0 Colector drum
25
Figura 4.1 Base de soporte del colector drum. Unidad de medida pulgada
Figura 4.2 Calza. Unidad de medida pulgada
26
Figura 4.3 Cara lateral para eje chico de cilindro. Unidad de medida pulgada
Figura 4.4. Cara lateral para eje grande del cilindro. Unidad de medida pulgada
27
Figura 4.5. Cilindro drum. Unidad de medida pulgada
Figura 4.6. Rodamiento rígido de bolas. Unidad de medida pulgada
28
Figura 4.7. Separador .Unidad de medida pulgada
Figura 4.8. Tornillo avellanado con hexágono interior. Unidad de medida pulgada
29
Figura 4.9. Tornillo avellanado con hexágono interior. Unidad de medida pulgada
30
X.II Diseño de un elemento actuador lineal
Se realizó el diseño del actuador lineal en la (figura 5.0) se muestra el ensamble
del actuador lineal en vista isométrica, junto con sus medidas específicas de
cada pieza.
Figura 5.0 Actuador lineal
31
Figura 5.1. Barra. Unidad de medida pulgada
Figura 5.2. Tuerca hexagonal larga. Unidad de medida pulgada
32
Figura 5.3 Tornillo sin fin para actuador lineal. Unidad de medida pulgada
Figura 5. 4 Pieza del rodamiento .Unidad de medida pulgada
33
Figura 5.5 Cubrimiento del tornillo sin fin grande. Unidad de medida pulgada
Figura 5.6 Rodamiento rígido de bolas. Unidad de medida pulgada
34
Figura 5.7 Opresor con hexágono interior. Unidad de medida pulgada
Figura 5.8 Prisma de desplazamiento. Unidad de medida pulgada
35
X.III Diseño de un elemento actuador bomba para jeringa en SolidWorks
Se diseñó un actuador bomba para jeringa (figura 6.0), especificando las
mediadas de cada pieza del actuador lineal, en las figuras posteriores.
Figura 6.0 Actuador bomba para jeringa
36
Figura 6.1 Barra base .Unidad de medida pulgada
Figura 6.2 Pieza del rodamiento. Unidad de medida pulgada
37
Figura 6.3 Tornillo sin fin para actuador bomba para jeringa. Unidad de medida pulgada
Figura 6.4 Eje. Unidad de medida pulgada
38
Figura 6.5 Rodamiento rígido de bolas .Unidad de medida milímetro
Figura 6.6 Cubrimiento del tornillo sin fin pequeño. Unidad de medida pulgada
39
Figura 6.7 Opresor con hexágono interior. Unidad de medida pulgada
Figura 6.8 Tuerca cilíndrica. Unidad de medida pulgada
40
Figura 6.9 Prisma de empuje a la jeringa de 5 ml. Unidad de medida pulgada
Figura 6.9.1 Prisma donde se coloca la jeringa de 5 ml. Unidad de medida pulgada
41
Figura 6.9.2 Tornillo cabeza redonda con hexágono interior. Unidad de medida pulgada
42
Diseño en SolidWorks del motor reductor eléctrico (figura 7.0) que se utilizara
para manipular el colector drum y los actuadores bomba para jeringa y lineal.
Figura 7.0 Motor reductor CD (5-12) v
43
Diseño de la jeringa de 5 ml (figura 8.0) que se utilizara para depositar el
polímero.
Figura 8.0 Jeringa de 5 mililitros
44
X.IV Construcción de los actuadores y el colector drum
Por medio de un torno, máquinas de corte, taladros de banco y herramientas
se realizó:
Construcción de un elemento colector drum. Después del rediseño y la
simulación se mandaron a construir todas las piezas empezando por el colector
drum (imagen1.0) en un torno convencional.
Imagen 1.0 Elemento colector drum
45
Construcción de un elemento actuador lineal. Se realizó la construcción de cada
pieza del elemento lineal, para posteriormente ensamblar las piezas (imagen
1.1). Se realizó un tornillo sin fin en el torno con las medidas especificadas en el
diseño, así como también la base y las caras donde colocarían los rodamientos
para tener un mejor giro del tornillo.
Imagen 1.1. Actuador lineal
Construcción de un elemento actuador bomba para jeringa. Este elemento
consiste en una base rectangular, en donde se coloca la jeringa y por medio del
tornillo sin fin se desplaza hacia el colector drum (imagen 1.2).
Imagen 1.2 Actuador bomba para jeringa
46
Después de la construcción y ensambles de los actuadores (imagen 1.3) y el
colector drum se comenzó al ensamble sistema mecánico electrospinning. Se
unieron todos los elementos imagen (imagen 1.4).
Imagen 1.3 Ensamble del actuador lineal y del actuador bomba para jeringa
Imagen 1.4 Ensamble de los actuadores y colectores drum
47
X.V Diseño y construcción de las fuentes
Se comenzó con el diseño en el software PCB Wizard, de las fuentes de (0-3)
volts (figuras 9.0 y 9.1).
Figura 9.0 Diagrama de fuente (0-3) Volts
48
Figura 9.1 Componentes de la fuente (0-3) volts
Es esta (figura 9.2) se muestran las pistas de las fuentes que se formarán en
las placas fenólicas, para posteriormente planchar, taladrar y soldar los
componentes en la placa fenólica.
Figura 9.2 Pistas de fuente (0-3) Volts
49
Después del diseño de las placas se dio paso a la construcción de las fuentes
(imagen 2.0).
Imagen 2.0 Fuente de 0-3 volts
Así mismo se colocaron dentro de una caja todas las fuentes; las tres fuentes de
(0-3) volts y la fuente de alta tensión (imágenes 2.1 y 2.2), para tener todas las
fuentes dentro de una misma caja.
50
Imagen 2.1 Fuente de alta tensión 15 Kv
Imagen 2.2 Unión de todas las fuentes en una caja especial
51
X.VI Control de velocidades de los motores
El control del sistema será manipulado por varias fuentes de tensión variables
que manipularán la velocidad (RPM) de los motores de cada elemento y éstas,
a su vez, estarán sincronizadas.
En esta (figura 10.0) se muestra el montado de los motores reductores en los
actuadores, que harán girar a los tornillos sin fin en los actuadores y al colector
drum.
Figura 10.0. Ensamble de los motores en el electrospinning
52
En la imagen (3.0) se muestra el sistema electrospinning ensamblado, junto con
sus fuentes de (0-3) volts y la fuente de alta tensión.
Imagen 3.0. Manipulación de los motores reductores del sistema electrospinning
53
X.VII Prueba
Se realizaron
las pruebas con respecto a las especificaciones para formar
filamentos que posean diámetros mayores a las submicras.
Con este sistema se desarrollaron filamentos utilizando la solución de polímero
zeina en alcohol etílico al 96 (imagen 4.0). La zeína es una proteína que se extrae
del maíz.
Imagen 4.0 La solución de polímero que se utilizó para realizar las pruebas fue zeína en alcohol etílico al
96
Estos son los componentes en cantidades específicas para la preparación de la
solución de polímero:

20 ml de etanol o alcohol etílico

3.13 g de zeína

0.69 g de glicerol
54
La distancia entre la punta de la aguja y el colector drum fue de 4 cm como se
muestra en la (imagen 4.1) .La aguja que se utiliza debe de ser una de 5 ml.
La tensión aplicada en el punta del guja fue de 8.8 kv.
El flujo de la solución de polímero en la aguja es de 1.5 ml por hora.
La tensión en el motor reductor del actuador bomba para jeringa fue de 600 milis
volts.
Imagen 4.1 Preparación del sistema para la formación de los filamentos
55
En esta (imagen 4.2) podemos observar cómo comenzó a formarse la primera
gota de Taylor en la punta de la aguja.
Imagen 4.2 Formación de la gota de Taylor
Estos son los primeros filamentos que se empiezan a formar en el colector drum
aplicando una tension de 8.8 kV en la punta de la guja (imagen 4.3).
Imagen 4.3 Formación de los primeros filamentos en el colector drum
56
En las siguientes (imágenes 4.4 y 4.5 se observa cómo se lleva a cabo el
funcionamiento del sistema mínimo electrospinning y la formación de los
filamentos.
Imagen 4.4 Técnica del electrohilado formación de filamentos
Imagen 4.5 Técnica del electrohilado utilizando zeína en alcohol etílico al 96
57
XI. RESULTADOS OBTENIDOS
Como producto final se redujeron las dimensiones del
electrospinning para facilitar su
sistema mini
manejo y así lograr alcanzar los objetivos
específicos, establecidos desde un principio:

Diseño y construcción de un elemento actuador lineal.

Diseño y construcción de un elemento actuador bomba para jeringa.

Ensamble y manipulación
de los elementos por medio de motor
reductores, alimentados con fuentes variables de (0-3) volts.
Con este nuevo mini sistema se podrán obtener filamentos, películas, para
después tener un estudio en el laboratorio de biotecnología acerca de alguna
aplicación de los filamentos.
58
XII.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El Electrospinning es un método económico y eficiente para la fabricación
de fibras en escala micro y nanométrica, que permite ajustar las características
que se deseen en las fibras, a través de modificaciones en los parámetros
básicos de ejecución.
Es muy importante conocer las características físicas, mecánicas, eléctricas de
los polímeros ya que son factores importantes en la formación de los filamentos.
En el actuador lineal bomba para jeringa, es importante manejar una tensión baja
en el motor reductor en la escala de los milivolts, ya que el polímero que se
deposita en la jeringa debe tener un tiempo especifico para la formación de la
gota de Taylor y que ésta, a su vez, se adhiera al colector drum y así formar los
filamentos.
59
XIII. ANEXOS
Anexo 1
Información general:
Las series "→ 30A 40A" regulan a alto tensión DC de convertidores, son una
extensión de la serie "A", directamente atiende las necesidades de las PCB en
miniatura o chasis de montaje ≥ aplicación 30kV. Diseñado y construido para
tecnología de última generación topología de conversión de energía, estas
unidades cuentan con un montaje en superficies de tecnología y técnicas de
encapsulación que proporciona alta fiabilidad y bajo coste.
Compatibilidad:
Las series "→ 30A 40A" coinciden con la serie estándar "A", para la metodología
de diseño, amplio rango de entrada, control remoto, activar / desactivar,
referencia, golpes y vibraciones.
Alto tensión a la salida:
Las series
"→ 30A 40A" son un convertidor unipolar no aislado. Se debe
especificar la salida positiva o negativa.
La salida es ajustable de 0 a 30 kV, 35 kV o 40 kV. A medida que la tensión de
salida se reduce a 0, la corriente máxima se mantiene sin cambios.
Alto voltaje de terminación de salida:
Las series "→ 30A 40A" utilizan cable para 40kV PVC. Todos volar cables son 18
pulgadas (in) y se pueden terminar con una variedad de conectores en la industria
standard.
Voltaje de salida monitor:
Las series "→ 30A 40A" cuentan con una tensión de 1000:1. El monitor tiene
una impedancia de salida calibrada para utilizar un medidor de impedancia de
entrada de 10 mega ohmios. La exactitud total es de ± 2,5% con un coeficiente
de temperatura de ± 200 ppm por ° C.
El "30A" utiliza un 1,5 Gigohm/1.78 Megohm divisor.
El "35A" utiliza un 5 Gigohm/10 Megohm divisor.
El "40A" utiliza un 5 Gigohm/10 Megohm divisor.
Para las series "30A 40A →" las aplicaciones que requieren es una escala de
diferente factor, como un diseño compatible con (0 a 5) VDC ADC, una sola,
resistencia externa de baja tensión, se puede añadir en paralelo con el monitor
de tensión de salida, para cambiar la escala de su producción. La tensión de
salida del monitor en el pin 9, hace referencia a la señal de tierra pin 5.
Salida monitor actual:
Las series "→ 30A 40A" están equipadas con una salida al monitor actual. Actual
del multiplicador de alta tensión que puede ser supervisada por la lectura de la
tensión que aparece entre el pin de salida del monitor 3 y el pin de la tierra de la
señal 5. El monitor tiene una impedancia de salida de> 20kΩ. Los divisores de
tensión interna crean una pequeño tensión (linear-offset).
Blindaje:
Los modelos de la serie "30 A → 40A" están disponibles con opción a seis lados,
envolvente Mu-Metal Blindaje. Este blindaje atenúa las emisiones magnéticas y
electrostáticas, mientras protege los circuitos internos del ruido exterior, con lo
que la reducción de rizado a la salida es global entre un 25% a un 50%, cuando
se combina con el separador de ondulación del filtro.
Mecánica:
Los convertidores de las series "→ 30A 40A" están en PCB de cajas de plástico
montables que requieren huellas de sólo 11.1 in2 a 12.75 in2 y volúmenes de sólo
11,7 in3 a 16,25 in3.
Medio ambiente:
Las series “→ 30A 40A" proporcionan un pleno rendimiento a temperaturas de 40 a 65 ° C.
Tabla 1 .Características fuente de alto suministro de energía de tensión “30A→ 40A”
XIV.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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GAMBOA, Wilsón., MANTILLA, O., CASTILLO, V., Producción de micro y
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MARÍN Márquez, Pedro., MÁRTINEZ Tapias, Pau. Diseño y estudio de
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http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/PolimerosCeluloAlmid.htm