Taller “Escudriñemos el Universo desde
el Papel hasta el Átomo”
XIII Semana Nacional de la
Ciencia y la
Tecnología
del 15 al 26 de junio de 2015
§ Nombre del
Instituto, Programa, Centro, Departamento: Instituto de
Tecnología Celulósica (ITC) de la
Facultad de Ingeniería Química de la UNL.
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Responsables
de la actividad:
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Colaboradores
de la actividad
Olmos
Graciela,
DNI 18.564.452, Licenciada en Química y Profesora de Química,
gvolmos@fiq.unl.edu.ar.
Lanieri Diana, DNI
32.078.387. Licenciada en Química. dianalanieri@gmail.com.
§
Días y
horarios de la actividad
Martes 16 de junio de
10.30 a
12.30
Martes 23 de junio de
10.30 a
12.30
§
Título de la
actividad: “Escudriñemos
el Universo desde el Papel hasta el Átomo”
§
Tipo de
actividad: Taller
teórico-práctico en laboratorios y gabinete Informático.
§
Breve
descripción de la actividad
El papel es un
material fabricado por el hombre partiendo de materias primas celulósicas
naturales, principalmente, el tronco de árboles.
Las fibras
celulósicas son elementos constitutivos característicos de estas materias
primas. Tienen forma de tubos con extremos cerrados y poseen dimensiones características
muy pequeñas: 10-50 m de diámetro y 1-3 mm de longitud.
Las paredes fibrosas
están conformadas por tres componentes químicos principales: celulosa,
hemicelulosa y lignina. Las fibras se agrupan coaxialmente y se mantienen
unidas por la lignina.
Mediante procesos
químicos y mecánicos se desmonta la estructura de la matriz vegetal separando
las fibras individualmente, obteniendo la pasta o pulpa celulósica.
Dependiendo de las
distintas combinaciones aplicadas de energía química, energía mecánica y calor,
se pueden obtener distintos tipos de pastas (mecánicas, semiquímicas y
químicas).
El papel se obtiene
depositando una capa uniforme de estas fibras sobre una tela filtrante,
prensando y secando bajo tensión. Entre las características básicas del papel
tenemos: espesor, gramaje (peso por unidad de superficie) y densidad. Una de
las propiedades mecánicas más importante del papel es la resistencia a la
tracción.
§
Destinatarios
Estudiantes
avanzados de escuelas secundarias con orientación en Química, Biología o áreas
afines, acompañados por – al menos - un docente responsable.
§ Cupo
máximo de participantes: 20 estudiantes por día y
horario de dictado (10 computadoras disponibles incluyendo estudiantes y
docentes).
§
Lugar
de realización
Facultad
de Ingeniería Química. Edificio Damianovich
Laboratorios
de Ensayos en Húmedo, Laboratorio de Ensayos Físicos (ITC) y Gabinete
Informático
Santiago
del Estero 2654. Santa Fe
§
Ejes
temáticos
En
1957, el holandés Kees Boeke publicó la obra “Una Visión del Cosmos: El
Universo en 40 Saltos”. ¡Extraordinario como este docente hace más de medio
siglo le mostró a sus alumnos como podía meter todo el universo conocido en 40
décadas, desde una partícula subatómica hasta el límite donde “se curva el
espacio”!... (Ver referencia bibliográfica 6)
Con
esta visión abarcativa e integradora se escudriñarán algunos objetos
cotidianos, desarrollando los siguientes contenidos básicos.
* Composición y estructura
físico-química de la celulosa y el papel
* Relación entre propiedades
químicas, geométricas, físicas y de resistencia
mecánica del papel.
Se aplicará una metodología
en dos etapas: 1) Práctica en laboratorios: realización de las experiencias
necesarias para obtener información y datos; 2) Teórico-práctica en gabinete
informático: obteniendo modelos y herramientas para análisis y simulación a
partir de la información y los resultados previos.
§
Objetivos
· Escudriñar
(acechar, analizar, atisbar, averiguar,
buscar, curiosear, examinar, experimentar, hurgar, husmear, indagar, investigar,
inquirir, medir, mirar, observar, otear, profundizar, rastrear, vislumbrar, …
con cuidado y atención) un universo que abarca varias décadas de longitudes
características; desde partículas del orden de los Angström (10 -10 metros = 0,0000000001 m) como
los átomos de Carbono, Oxígeno o Hidrógeno, hasta escala humana (1 m) como una bobina de
papel. Serán objetos escudriñados: papel, madera, chips de madera, pasta
celulósica, fibra celulósica, pared fibrosa, fibrillas celulósicas,
macromoléculas, moléculas y átomos.
· Relacionar
las propiedades mecánicas y resistentes del papel, con la estructura química de
la celulosa y con la estructura fibrosa.
· Experimentar
con la formación de hojitas de papel a partir de pasta celulósica.
· Ensayar
algunas propiedades fundamentales del papel (espesor, densidad y resistencia a
la tracción).
· Construir
modelos moleculares digitales 3D de átomos, moléculas, macro moléculas y otros
agrupamientos, característicos de materias primas lignocelulósicas.
· Diseñar, construir y
ejecutar un simulador con planilla de cálculo para
relacionar la resistencia a la tracción de papeles con otras propiedades
geométricas y físicas (espesor, gramaje, densidad.
§
Contenidos
y metodología de dictado:
Actividades en laboratorios
Se
dará una breve descripción mostrando troncos, chips de madera, pastas
celulósicas (marrón y blanqueada) y papeles.
Se
observará una suspensión acuosa de pulpa donde se distinguen las fibras como
entes individuales.
Usando
la lupa se observará un papel donde las fibras celulósicas se agrupan en una
estructura distinta a la original en madera.
En
el Laboratorio de Ensayos Húmedos se formarán, hojas de ensayo a partir de una
suspensión de fibras. Las hojitas húmedas se prensarán y secarán.
Posteriormente,
en Laboratorio de Ensayos Físicos, se determinarán espesor, peso y resistencia
a la tracción, en las hojas
Actividades en Gabinete Informático
Se
usará un software libre para obtener Modelos Moleculares Digitales 3 D de
sustancias características de maderas y pastas celulósicas. Se visualizarán los
modelos con visión estereoscópica usando lentes 3D anaglifo.
Se
establecerá un sencillo modelo físico de resistencia a la tracción del papel
como equilibrio estático de fuerzas exteriores e interiores.
Para
el papel, se definirá: espesor, gramaje, resistencia a la tracción, índice de
tracción y longitud de rotura.
Se
analizarán la influencia y respuesta de las variables y se realizarán cálculos
para un caso sencillo, operando manualmente y con calculadora.
Para
simplificar los cálculos, se diseñará y construirá un “simulador” con una
planilla de cálculo, sin acceder al código de programación.
§
Recomendaciones
para docentes:
Es
conveniente que los docentes aborden con sus estudiantes, previo a realizar el
taller, algunos aspectos relacionados con las actividades a desarrollar. De ser
necesario es posible enviar algunos materiales a los interesados.
§
Materiales
con que deben concurrir los estudiantes:
Es
conveniente que los estudiantes asistan provistos de guardapolvo, anteojos de
seguridad y útiles escolares para tomar notas.
§
Antecedentes
de los docentes responsables del dictado del Taller:
Victorio
A. Marzocchi es
Ingeniero Químico y se desempeña como docente-investigador en la FIQ-UNL. Es docente de
la asignatura “Informática” del Departamento Matemática y de las asignaturas de
grado “Materiales lignocelulósicos” y “Aspectos básicos de la producción de
pastas celulósicas” dictadas por el Instituto de Tecnología Celulósica de la FIQ. Es autor de numerosas
publicaciones y presentaciones a congresos en el área celulósico-papelera y en
el área de TIC aplicadas a docencia e investigación.
María
Claudia Taleb es Magíster
en Ciencias de la Madera,
Celulosa y Papel, y se desempeña como
docente-investigadora de la
FIQ-UNL. Es docente de las asignaturas de grado “Materiales
lignocelulósicos” y “Aspectos básicos de la producción de pastas celulósicas”
dictadas en el Instituto de Tecnología Celulósica de la FIQ. Participa en
distintos proyectos de investigación y es autora de numerosas publicaciones y
presentaciones a congresos en el área celulósico-papelera.
Ana
María Adell es
Licenciada en Química y se desempeña como docente-investigadora de la FIQ-UNL. Es docente de
las asignaturas de grado “Materiales lignocelulósicos” y “Aspectos básicos de
la producción de pastas celulósicas” dictadas en el Instituto de Tecnología
Celulósica de la FIQ.
Participa en distintos proyectos de investigación y es autora
de numerosas publicaciones y presentaciones a congresos en el área
celulósico-papelera.
Miguel
Angel D´Amato es
Ingeniero Químico, docente-investigador de la FIQ-UNL con funciones en
la asignatura “Informática” y en el Instituto de Catálisis y Petroquímica
(INCAPE) UNL-CONICET.
Ricardo Ramón Weber es
estudiante de Ingeniería Industrial de la FIQ-UNL y desarrolla tareas de apoyo en la
asignatura “Informática” en el marco de una Práctica Extracurricular.
