Agitador magnético y calefactor de BANGGOOD

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1. Agitador magnético
2. Contenido
3. Características
4. Montaje del soporte del termómetro
5. Poniendo a prueba la máquina: Hacemos un lote de biodiesel
6. Mi opinión final
7. El vídeo



1. Mezclador magnético

Ha llegado a mi casa un paquete de la casa Banggood.

Se trata de un agitador o mezclador magnético para preparar disoluciones, especialmente aquéllas que son difíciles, lentas y pesadas de preparar. Por ejemplo, el sulfato de cobre es difícil de disolver en agua. Puedes pasarte media hora o más con una cuchara o similar dando vueltas a mano para disolver unos gramos de sulfato. 

Esta máquina hará el trabajo por nosotros mientras nosotros nos podemos dedicar a otra cosa.

Enlace del agitador-mezclador: http://bit.ly/2D4oDVi

Otro tipo de trabajo que hace esta máquina es provocar agitación en un recipiente conteniendo algunas sustancias. Hay casos en que no es suficiente con que dichas sustancias estén mezcladas en un recipiente: Hay que agitar mecánicamente para que la reacción química tenga lugar.



Esta máquina también proporciona calor en su bandeja o plato base, pues algunos procesos necesitan ser hechos a cierta temperatura, de modo que el recipiente que reposa sobre esa bandeja se calienta. Tiene un mando giratorio para regular el calor, que podemos dosificar desde un mínimo hasta unos respetables 350ºC. 

Ojo con las manos y las quemaduras, este equipamiento no es un juguete...




2. Contenido

En la foto sobre estas líneas vemos el contenido del paquete recibido:

1. Unidad principal del mezclador-agitador
2. Brazo soporte para el termómetro
3. Imán con cobertura de teflón con fusible de repuesto
4. Cable de red con toma de tierra
5. Adaptadores para el cable de red
6. Manual de instrucciones y especificaciones



3. Características

Modelo: SH-2
Alimentación: 220V (Existen modelos para 110V)
Temperatura: Ajustable, hasta 350ºC  (180W)
Agitación: Velocidad desde 100 hasta 1600 rpm
Brazo para sujetar un termómetro
Tamaño de la bandeja: 120 x 120 mm
Máximo volumen de líquido a procesar: 2000 ml (2 litros)



4. Montaje del soporte del termómetro

A veces es necesario monitorizar la temperatura de un proceso poniendo un termómetro sumergido en el líquido. Para tal fin, este equipo incluye un brazo para sujetar ese termómetro y permitir que se sumerja en el líquido y así medir la temperatura.

Este brazo viene desmontado y consta de cuatro partes. En el vídeo muestro como se monta, en unos segundos

Anclaje en la unidad principal para el brazo del termómetro

5. Poniendo a prueba la máquina: Hacemos un lote de biodiesel

Ya tenemos a punto el mezclador

Vamos a ponerlo a prueba, con una tarea que le va a exigir las tres cosas:

- Preparar una disolución
- Provocar agitación continua en un líquido
- Suministrar calor

Esa tarea va a consistir en hacer un pequeño lote de biodiesel, un combustible alternativo al diesel o gasoil, hecho con aceite vegetal, del que usamos para cocinar, incluso ya usado y requemado. Mediante un sencillo proceso convertiremos ese aceite usado que es un residuo en un magnífico combustible ecológico.

PRIMERA TAREA: Preparar el metóxido sódico
Hay que disolver una pequeña cantidad de sosa cáustica (hidróxido sódico) en alcohol metanol, que será el reactivo que convierta el aceite en biodiesel.

Pero hay un problema: Esta solución es harto pesada y penosa de hacer a mano, podríamos estar horas y horas disolviendo a mano, y mientras tanto se nos evaporaría el metanol (es muy volátil).

Esta es una excelente ocasión para poner esta máquina a trabajar:

Ponemos en un frasco el metanol, la sosa cáustica y el imán agitador, lo cerramos (para evitar que se evapore el metanol) y lo ponemos sobre la unidad. Accionamos el agitador, regulamos la intensidad (velocidad) de agitación y lo dejamos funcionando hasta que la sosa cáustica se disuelva totalmente.

Sosa cáustica en metanol: Metóxido sódico. Ha llevado quince minutos de agitación continua

Pensaba que iba a tardar más, pero en aproximadamente quince minutos no quedaba rastro de sosa cáustica. Ya tenemos el metóxido sódico preparado. Detengo la agitación y retiro el frasco.

Por cierto, lo que hace la agitación es un imán como el de la foto siguiente. Con el equipo viene incluido un imán, pero yo he adquirido aparte un juego de 7 imanes de tamaño variado. Estos imanes van recubiertos de un plástico (teflón) que es resistente químicamente a ácidos, bases, disolventes y además soporta temperaturas de más de 200ºC

Imanes recubiertos de teflón: La pieza que realmente hace la disolución-agitación

Enlaces para adquirir estos imanes (dos opciones): 
http://bit.ly/2FerEDd
http://bit.ly/2FVRn3u

Bien, ya hemos hecho un trabajo de disolución, ahora vamos a completar este lote de biodiesel para pedirle a la máquina las otras dos tareas:

- agitación continua (mezclado)
- calefacción

Pongo encima del mezclador un tarro con aceite de cocina usado, previamente filtrado y deshidratado, activo la calefacción para mantener (de momento sin termómetro, a ojo) unos 50º-55ºC necesarios para la reacción química, introduzco en el aceite otro imán para agitar, y acto seguido activo la agitación.

Aunque el aceite es usado, se ve bastante limpio y transparente

Vierto sobre el aceite el metóxido sódico que preparé antes.

La mezcla se espesa repentinamente, es normal, esto ocurre sólo durante un momento, enseguida se vuelve más fluida. Mantengo la agitación durante media hora sin dejar de aplicar calefacción para mantener esos 55ºC

Nada más verter el metóxido sódico, el aceite se enturbia, cambia de color y se vuelve bastante espeso, pero esto sólo será un instante, enseguida cambia de color y textura (suponiendo que no hayamos permitido entrar agua en el proceso ya sea en el aceite, en el metanol, la sosa...)

Tras media hora de agitación detengo la agitación y la calefacción. El biodiesel en bruto exhibe un color y una fluidez (foto siguiente) que indica que la reacción química se ha llevado a cabo satisfactoriamente.

A continuación dejo en reposo el frasco, y en el vídeo se puede ver como en apenas dos minutos (a cámara rápida apenas 30 segundos) se deposita en el fondo del frasco la esperada capa de glicerina, señal inequívoca de que la reacción ha salido bien. Debe cosecharse entre 1/6 y 1/5 de glicerina respecto del volumen total, y se puede apreciar que así ha sido. En las dos fotos siguientes, la glicerina en el fondo del frasco.

Glicerina posada en el fondo del frasco, en cuestión de 3-4 minutos tras parar la agitación

Otra foto al trasluz, la glicerina abajo; el biodiesel en bruto (sin lavar) arriba flotando

El biodiesel de las dos fotos anteriores no está aún terminado del todo para poder se utilizado en un vehículo, por eso se ve turbio cuando debería ser de una preciosa transparencia. Hacen falta aún tres procesos que escapan al cometido de este vídeo, y esos tres procesos serían:

- Lavado con agua, ya sean burbujas o niebla para eliminar impurezas (no todas se van con la glicerina, algunas quedan en el biodiesel)

- Deshidratado (aplicación de calor) para evaporar los restos de agua de los lavados anteriores. Esto hace que el biodiesel bien terminado adquiera una transparencia soprendente si se tiene en cuenta su origen: Aceite de cocina usado, requemado y bien oscuro

- Filtrado final previo al envasado o uso, para eliminar cualquier impureza que se haya captado durante el proceso. De todos modos, los vehículos tienen sus propios filtros, pero no está de mas ser cuidadosos, yo prefiero filtrar antes de envasar/usar.

Por si queréis ver la apariencia que debe tener un biodiesel bien terminado, es algo así como las siguientes fotos que corresponden a una muestra de biodiesel que hice en el año 2012 hace ya cinco años (cada lote que hacía guardaba una muestra):

Muestra de lote de biodiesel terminado el 27-7-2012

Biodiesel transparente y limpio, listo para usar en un coche, camión, barco y hasta en un tren!

La muestra de Biodiesel, al trasluz

Nota de seguridad: Tanto el metanol como la sosa cáustica son productos químicos a tratar con cuidado. El metanol es tóxico, irritante e inflamable. La sosa cáustica es igualmente tóxica y muy corrosiva. Ambos productos juntos, y además en formato líquido, son aún más peligrosos. Tratar con cuidado, con protección personal (guantes, gafas) y medidas de seguridad adicionales (extintor de CO2, grifo cercano para enjuagarse, controlar los utensilios y su limpieza...). Ni que decir tiene que éste es un experimento para adultos, y mejor si están familiarizados con estas cosas.

Por si queréis reproducir este experimento, aquí tenéis la receta detallada:

Método y cantidades para hacer biodiesel casero a pequeña escala

6. Mi opinión final

Pues está claro ¿No? xD

Me alegro mucho de haber hecho esta adquisición. Puede que no sea un artículo que vaya a usar todos los días, de acuerdo, pero habrá veces en que será muy oportuna y útil.

El manejo es sencillo, no precisa mantenimiento (quizás con el tiempo, dependiendo de los productos que usemos y el cuidado que le demos, la bandeja supongo que puede llegar a ponerse "fea" o incluso corroerse). Por eso recomiendo limpiar la bandeja después de cada uso.

Agitador-mezclador: http://bit.ly/2D4oDVi
Imanes(dos opciones): http://bit.ly/2FerEDd   y  http://bit.ly/2FVRn3u

7. El vídeo

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TUTORIAL. Cómo construir un motor stirling

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Mis tres primeros vídeos en mi canal de YT son motores stirling, pero en ellos no se dice apenas nada sobre su construcción, excepto en la descripción del vídeo y los comentarios. Con este tutorial doy por quitada una espina que tenía clavada por no haber contado antes cómo construir uno de estos motores.

Este motor es muy fácil de construir, y los materiales elegidos son bastante corrientes, para que reunirlos no sea una odisea, ni tampoco gastarnos mucho dinero.

tipo de motor:Gamma
Orientación: Vertical

El procedimiento y orden de montaje los vas a encontrar en el vídeo, aquí prefiero poner, como siempre, esquemas, planos y notas adicionales.


PARTES DEL MOTOR STIRLING:

Partes del motor stirling

Cilindro desplazador
Pistón desplazador
Eje pistón desplazador
Guía del eje desplazador
Cilindro de potencia (o de fuerza)
Pistón de potencia (fuerza)
Tapa (del cilindro desplazador)
Bielas y articulaciones
Cigüeñal
Soporte cigüeñal
Rodamientos cigüeñal
Soporte volantes inercia
Volantes de inercia
Contrapesos
Soporte stirling


Voy a describir y comentar cada una de esas partes, en una especie de FAQ:



CILINDRO DESPLAZADOR

Es el vaso de cristal de una cafetera de émbolo. Hay al menos dos tamaños, vamos a elegir el menor. Al parecer, todas estas cafeteras tienen las mismas medidas vayas a la tienda que vayas. Supongo que esto es porque se trata de un producto importado a un único y gran fabricante. Retiramos el émbolo y la abrazadera con el asa y nos quedamos con el vaso de cristal que es lo que nos interesa. La abrazadera con el asa la reservamos: Servirá como soporte para el motor.

Cilindro desplazador (vaso de cafetera de émbolo)

medidas del vaso (mm):
Alto: 135 
diámetro: 68
Dónde conseguirlo: En un chino
Precio aprox: 5 €


PISTÓN DESPLAZADOR

Lo haremos a partir de una lata de bebida energéticas. De los dos tamaños que hay, elegiremos el pequeño. Son todas de aluminio y esto nos viene bien porque pesa menos que la chapa de hierro. Irá alojado dentro del cilindro desplazador. Un detalle importante es que, a diferencia de un motor de explosión, este pistón no comprime el aire, sino que lo desplaza, de un extremo a otro según este pistón sube y baja. Por eso no debe entrar ajustado a las paredes del cilindro, y se deja un espacio de pocos milímetros: Por ahí pasará el aire de un extremo a otro del cilindro.

Estas medidas son críticas en el diseño de un stirling: El tamaño del cilindro impone qué tamaño deberá tener el pistón, típicamente 2/3 de la longitud del cilindro. Para esa cafetera, una lata de refresco de bebida energética tiene un grosor bastante adecuado, no así el largo que hay que recortarlo.

A esta lata hay que hacerle varios mecanizados:

1. Taladro a 2 mm en el centro en ambos extremos para pasar el eje
2. Recortar la lata para dejarla con una longitud de 80mm (2/3 partes de la longitud del cilindro que es de 135 mm).
3. Cerrar (sellar) la unión de ambas mitades, y también la abertura de beber.
4. Insertar el eje en la lata. Fijarlo con pegamento en ambos extremos

Pistón desplazador terminado

Medidas pistón terminado (mm)
Largo: 80
Diámetro: 53



EJE PISTÓN DESPLAZADOR

Sirve cualquier alambre rígido y recto con un diámetro de 2 mm. Un radio de bicicleta es muy adecuado para esto. Suelen tener 30 cms de largo. Habrá que recortarlo después a la medida, y doblar el extremo a 90º para insertar una articulación de la biela.


GUÍA DEL EJE DESPLAZADOR

No podemos hacer pasar el eje del desplazador a través de un simple taladro en la tapa, con esto tendríamos dos problemas:

1) El cilindro debe ser lo más hermético posible, y a través de un simple taladro no conseguiriamos un sellado decente.

2) El pistón desplazador subiría y bajaría inclinado, rozando las paredes del cilindro. Este tubito de cobre obliga, es decir: guía al pistón.

Estos dos problemas los evitamos haciendo pasar el eje a través de un tubito de cobre que uniremos a la tapa, soldado o pegado (yo elegí opción pegamento).

Guía eje desplazador. Pequeño tubo de cobre

Medidas de este tubo (mm)
Largo: 35
Diámetro externo: 3
Diámetro interno: 2
Dónde conseguirlo: En una tienda de material de modelismo, maquetas...



CILINDRO DE POTENCIA (CILINDRO DE FUERZA)

Este es el cilindro (con su correspondiente pistón) que realmente hace el trabajo útil en el motor stirling. Cilindro y pistón desplazador no producen trabajo, sino que reproducen las condiciones de funcionamiento de forma sincronizada.

Este cilindro está hecho en acero, las paredes son lisas tanto por fuera como por dentro, y no lleva la típica costura de soldadura. También puede hacerse en cobre, aluminio, etc. Yo elegí el acero inox porque al no oxidarse no tiene variaciones dimensionales ni sus paredes se vuelven rugosas.

Tanto este cilindro como su pistón (lo veremos a continuación) me lo hicieron en un taller de torneros, a la medida, con gran precisión. Es la opción mas cómoda...pero no la más económica. Esto también se puede hacer con medios caseros, aunque perderemos precisión y por tanto, prestaciones.

Medidas de este tubo (mm):
Largo: 55
Diámetro interno: 20
Diámetro externo: 23
Grosor pared: 1.5

Cilindro (y pistón) de fuerza, en acero y teflón respectivamente

PISTÓN DE POTENCIA (PISTÓN DE FUERZA)

Alojado en el cilindro de fuerza, es el que realiza el trabajo útil en el motor gracias a las cíclicas variaciones de +presión y -presión que ocurren dentro del cilindro desplazador, según el pistón desplazador esté arriba (el aire abajo estará +caliente= +presión) o el pistón desplazador esté abajo (el aire arriba estará -caliente = -presión)

Está hecho en teflón, un tipo de plástico anti-fricción que aguanta altas temperaturas y tiene muy buenas cualidades mecánicas. También se puede hacer en nylon, en plástico e incluso en madera. También hay quienes hacen este pistón con adhesivo epoxi, usando un molde.

Ver en la foto anterior, junto al cilindro.

Medidas de este pistón (mm):
Largo: 19
Diámetro: 20


TAPA (DEL CILINDRO DESPLAZADOR)

Es una tapa de bote de conserva, por supuesto, metálica. Debe tener un diámetro tal que pueda cerrar completamente la boca del vaso de la cafetera (cilindro desplazador).

Se le hacen dos taladros:

- Uno en el centro, a 3 mm para fijar el tubito de cobre (guía eje desplazador)

- Otro mas bien en la periferia, para poner el cilindro de fuerza, a 10 mm de diámetro (pueden ser 6-15 mm) esto no es preciso, pero recomiendo hacer este taladro a un diámetro menor que el pistón de fuerza para evitar que se pueda colar al frasco. Yo hice el taladro a 10 mm de diámetro.

Esta tapa, llegado el momento, se unirá al vaso de cristal (cilindro desplazador) mediante unos puntos de pegamento, y lo sellaremos con silicona de alta temperatura.

Tapa del cilindro desplazador

BIELAS Y ARTICULACIONES

Para unir mecánicamente cada uno de los dos pistones con el cigüeñal vamos a construir dos bielas partiendo de un palillo de hacer brochetas. Elegiremos uno que esté bien recto y mediante cortes sucesivos ajustaremos la longitud, de modo que cada uno de los pistones pueda hacer su carrera completa pero sin llegar a sobrepasarla.

Excelente material para hacer las bielas

A cada una de estas dos bielas y en cada uno de sus extremos, fijaremos una articulación para permitir a la biela girar. En total necesitaremos cuatro articulaciones.

Estas articulaciones son terminales utilizados en electrónica y se ajustan muy bien a este uso. Hay de diferentes tamaños, lo mas recomendable es usar uno que permita que los palillos entren sin holgura. Con una gota de pegamento dejaremos esas articulaciones firmemente pegadas a su biela.

Terminales para electrónica aptos como articulaciones

Las medidas de las bielas no tiene mucho sentido que las muestre, ya que las tolerancias, pequeños errores o diferencias en el montaje harán que tu montaje difiera ligeramente del mío, pero aún así las diré:

medidas de las bielas (sin contar la articulación, solo la madera):
Biela pistón desplazador: Largo (mm): 30
Biela pistón de fuerza: Largo (mm): 50

Estas medidas deben determinarse de forma individual, para cada motor, haciendo girar el cigüeñal y comprobando la medida correcta. De todos modos, la diferencia será muy poca respecto a las medidas anteriores si estás usando los mismos materiales.




CIGÜEÑAL

Lo haremos con un radio de bicicleta, tiene rigidez más que suficiente y se puede trabajar con unos simples alicates.

Le vamos a hacer dos codos: Uno para el pistón desplazador, y otro -desfasado 90º- para el pistón de fuerza. El pistón de fuerza va retrasado 90º con respecto al pistón desplazador.

Las medidas se toman con el escalímetro o regla sobre el propio motor stirling y a continuación sólo hay que ir doblando cada uno de los codos. Tres son las medidas importantes en el cigüeñal:

1) Largo del cigüeñal. Hay que dejar unos mm sobresalir para poner los soportes de CD que servirán de sujeción a los CD.

2) Distancia entre los codos: Equivale a la distancia entre los dos cilindros. Cada codo debe estar encima de su biela.

3) Altura de cada codo: debe ser la mitad de la carrera de cada uno de los dos cilindros. El cilindro desplazador tiene una carrera de 50 mm, pero vamos a dejar 5mm libres en el tope superior e inferior. Quedan pues, 40 mm. Así que daremos la mitad -20mm- como longitud del codo.

Lo mismo para el pistón de fuerza, excepto que la carrera es de 32mm así que el codo tendrá 16 mm de longitud.

Croquis del cigüeñal y cigüeñal terminado

Como en la foto anterior no se aprecian las medidas, añado esta:

Medidas del cigüeñal

SOPORTE DEL CIGÜEÑAL

Nos sirve cualquier cosa que permita sujetar el cigüeñal. En este montaje he hecho una especie de "U" con maderas, pegadas entre sí. Y a su vez, este soporte se fija a la tapa del cilindro desplazador mediante unos puntos de pegamento.

Las 3 maderas que conformarán el soporte del cigüeñal

La madera central tiene una ventana para permitir pasar el eje del desplazador y el cilindro de fuerza.


RODAMIENTOS DEL CIGÜEÑAL

El peso y esfuerzo a que es sometido el cigüeñal en esta máquina es de poca entidad, así que servirá como "rodamiento" una simple tuerca de diámetro interno 3mm. Estas tuercas se embuten en la madera, tal y como se aprecia en la foto de arriba. Es conveniente ponerles una minúscula gota de pegamento para que no se muevan. Cuidado con manchar de pegamento el interior de la tuerca: sería un freno para el motor por el rozamiento.


SOPORTE VOLANTES DE INERCIA

A cada uno de los extremos del cigüeñal le acoplaremos cualquier pieza que sirva para fijar después un CD. Precisamente, las piezas mas indicadas para esto son los soportes de cd que podemos obtener de viejas mecánicas ya inservibles.

Además de sujetar los CD, estas dos piezas fijan horizontalmente el cigüeñal evitando que se desplace a derecha-izquierda.

Soporte CD

VOLANTES DE INERCIA

Para que un stirling pueda funcionar regularmente, debe mover cierta masa, debe haber cierta inercia. Esto lo vamos a conseguir fijando a los soportes anteriores un CD o DVD inservible (uno por cada lado) con pegamento. En realidad, la masa representada por uno (o dos) CD no es suficiente, pero el propio CD nos permitirá añadir masa pegando a ellos alguna pieza (yo he puesto dos imanes), pero valdría cualquier cosa que pesara al menos 100 gramos, por ejemplo, dos tuercas grandes.

También los CD nos servirán para equilibrar el motor, cosa muy importante. De no hacerlo, no funcionará debido al peso del pistón desplazador. Y en caso de funcionar, lo haría dando saltos por la gran excentricidad que supondría el no estar equilibrado.


CONTRAPESOS

A cada CD, antes de pegarlo a su soporte, le haremos un taladro mas o menos a 10mm de diámetro, cerca del borde, para ponerles un tornillo y tuerca, cuyo peso equilibrará al motor.

CD como volantes de inercia, con un imán acoplado para
aumentar la masa, y también se aprecia el tornillo y
tuerca como contrapeso.

SOPORTE STIRLING

La cafetera viene con un herraje que sirve de asa. Viene muy bien como soporte: Tiene la altura justa, el diámetro justo, y un gran orificio central para que pase la llama. El inconveniente es que hay que retirar el asa, que viene soldada. El asa, además de no servir, molesta. Yo utilicé la taladradora miniatura con la herramienta disco de corte, y con algo de paciencia, el asa sale.


CÓMO PONERLO EN MARCHA

1. Ponemos un tapón metálico con un poco de alcohol y lo prendemos. 

2. Colocamos el soporte metálico de la cafetera (boca abajo) sobre la llama, y sobre ese soporte, colocamos el motor. Hay que esperar un par de minutos para que el alcohol comience a arder bien, y daremos tiempo a que el stirling se caliente también.

3. Dar un leve impulso a un volante de inercia. Si la temperatura es correcta y el calor suficiente, el motor comenzará a girar y no parará hasta que el fuego se extinga o nosotros lo apartemos del calor.

Tener en cuenta la eventualidad de que el tapón con alcohol pueda derramarse con su contenido ya encendido. No hacer funcionar el motor donde podamos ocasionar un fuego.


VÍDEO DEL TUTORIAL:

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