Prototipado arquitectónico con microcontroladores: caso de estudio: las instalaciones de microalgas. by Esteban Álvarez

A mis padres, que tanto me han apoyado y enseñado. A todos aquellos que de una forma u otra me han llevado hasta aquí y me seguirán acompañando.

RESUMEN-ABSTRACT-RESUMO - Este trabajo trata sobre las posibilidades de los prototipos implementados con tecnologías electrónicas como Arduino, vinculadas con la generación de nuevas ideas proyectuales espaciales, estructurales o como se trata en este documento, energético-ambientales, tema del cual no existe una gran cantidad de referencias. Así, después de un estudio de los inicios de estas técnicas y de su contextualización actual, se diseña un prototipo que ayude a entender el proceso dentro de su construcción, desde la comprensión de los conceptos tangentes al propio modelo, en este caso el entendimiento de las microalgas hasta la puesta en marcha de los estudios con la máquina totalmente formalizada. No se ha de entender, sin embargo, como un proceso cerrado, sino como un ciclo de prueba y error, de introducción y de extracción hasta llegar a un modelo final que se pueda multiplicar e introducir en una instalación real.

- Este traballo trata sobre as posibilidades dos prototipos implementados con tecnoloxías electrónicas como Arduino, vinculadas coa xeneración de novas ideas proxectuais, espaciais, estructurales ou como se trata neste documento, enerxético-ambientais, tema do cual non existe unha gran cantidade de referencias. Así, despois dun estudo dos inicios destas técnicas e da súa contextualización actual, diseñase un prototipo que axude a entender o proceso dentro da súa construcción, dende a comprensión dos conceptos tanxentes ao propio modelo, neste caso o entendemento das microalgas, ata a posta en marcha dos estudos coa máquina totalmente formalizada. Non se pode entender, sen embargo, como un proceso pechado, senon como un ciclo de proba e erro, de introducción e de extracción ata chegar a un modelo final que se poda multiplicar e introducir nunha instalación real.

- This work deals with the possibilities of prototypes implemented with electronic technologies such as Arduino, linked to the generation of new spatial and structural project ideas or, as discussed in this document, energy-environmental, a subject on which there are not a large number of references. Thus, after a study of the beginnings of these techniques and their current contextualization, a prototype is designed, which helps to understand the process within its construction, from the understanding of the concepts tangent to the model itself, in this case the understanding microalgae, until the start of the studies with the fully formalized machine. However, it is not to be understood as a closed process, but rather as a cycle of trial and error, introduction and extraction until a final model is reached that can be multiplied and introduced in a real installation.

PALABRAS CLAVE: Prototipo, electrónico, cibernético, microalgas, espirulina.

Número de DNI: Fecha de entrega: 07/09/2021

OS TULÍNDICEPRA

oduciónItr osObjetiv oCntex odlgíaMet coteóriMa 1. 2. oalgsMicr 1. 2. otip Pr 1. 2. 3. 4. Conclusie

Inicios del prototipado electrónico en arquitectura. Prototipos electrónicos en arquitectura en la actualidad Energía depuradora Bioarquitectura de algas Hardware Software Pruebas controladas Esquema de la instalación real

6 7 8 9 10 11 13 18 19 21 27 31 40 45 48

1. Introducción A la pregunta, ¿qué es un prototipo? se le suele dar una gran variedad de respuestas, después de una no corta reflexión. A pesar de esto, se puede vislumbrar cual podría ser su definición. Los prototipos son la primera formalización de las ideas, experimentaciones e investigaciones a través de modelos físicos o digitales en los cuales, a través del error, se adquiere conocimiento sobre partes o el conjunto de los elementos de un proyecto, que posteriormente serán mejorados, actualizados o producidos en repetición. La definición de maquetas, es decir la representación de un objeto a escala, podría ser confundida con la definición de prototipos, pero en cambio, estas estarían englobadas en la definición de este último. Se podrían puntualizar dos tipos de fabricación de un prototipo, los tradicionales realizados a mano o herramientas anteriores a la introducción de los computadores (martillos, sierras, tornos...) y otros realizados mediante máquinas, siendo algunas de ellas, las de control numérico (impresoras 3D, brazos robóticos o cortadoras láser), las maquetas digitales, o los microcontroladores [1]. Se entiende también, que ambas aproximaciones tienen en muchos casos fines diferentes y que su uso no se contrapone al otro, sino que pueden ser complementarias. Los prototipos tradicionales por su parte, darían la posibilidad de un contacto más estrecho con el objeto fabricado, pudiendo, en el proceso de fabricación, sentir el tacto del material, el peso, etc..., o modificar el diseño en el mismo proceso de producción . En el caso de los prototipos no tradicionales, estos permiten la investigación de nuevas tecnologías y su implementación de una manera más natural teniendo además, un control más preciso sobre el objeto. Debido a esto, también se los puede denominar como prototipos tecnológicos.

2. Objetivos En el avance de la arquitectura, los sistemas tecnológicos son un pilar fundamental para su desarrollo, siendo el prototipado (entendido como todo aquel objeto que permite explorar o demostrar ciertos aspectos de un artefacto futuro) un aliado a la hora de incorporar estos, a un diseño concreto, capturando en el proceso, información acerca de su rendimiento y posibles modificaciones con un riesgo mínimo. En este sentido, es importante la investigación sobre su uso en un gran abanico de áreas emergentes. Los objetivos aquí tratados son: -Explorar las diferentes posibilidades de los prototipos tecnológicos en arquitectura - Diseñar un prototipo tecnológico, en este caso será uno en torno a la captación de CO2 (y posterior generación de energía) con microalgas para un entorno conocido (nuevo espacio central de la ETSAC). -Estudiar la interacción entre usuario y ambiente sobre el prototipo. Es decir, primero, como los individuos se relacionan con el espacio, al comunicárseles información sobre la captación de CO2 de las microalgas, así como de la energía extraídas de estas. Y segundo, como el recipiente o sistema que mantiene el ambiente biológicamente activo, llamado biorreactor, regularía su temperatura idónea a través de protectores solares. -Reflexionar sobre la capacidad de los prototipos para agilizar la implantación de nuevas tecnologías a la Arquitectura, en este caso, las biotecnologías. 7

Como todo prototipo, funciona como una pieza representativa del artefacto final y del sistema que compone. En este caso, el prototipo se realiza en un tamaño y cantidad menor al que tendría el diseño final para el espacio central de la ETSAC, por lo que, para que los datos recopilados tengan una fácil lectura se toman los datos dentro de un recinto de menor tamaño, adaptándolos posteriormente al diseño final.

3. C o nt e xt o L a g e n er a ci ó n d e pr ot o ti p os t e c n ol ó gi cos h a n i d o g a n a n d o u n m a y or d es arr oll o, d es d e s us i ni ci os e n l os a ñ os 6 0 a pr o xi m a d a m e nt e, e xis ti e n d o c a d a v ez m ás est u di os q u e e n c u e ntr a n e n ell os u n a f or m a d e a h orr ar c os t es y m ej or ar s us dis e ñ os, p u di e n d o arri es g ar s e m ás e n s us pr o p u est as. Ej e m pl o d e est o s erí a n l os est u di os estr u ct ur al es d e ntr o d el est u di o F ost er a n d P art n ers (FI G. 1) c o n h err a mi e nt as d e i m pr esi ó n 3 D [ 1], o l a c u bi ert a di n á mi c a d e E F T E d e H Y B RI D a (FI G. 2), q ui e n es a tr av és d e e x p eri m e n t a ci o n es c o n l os m at eri al es e n c o ntr ar o n s e g ú n ell os, r es p u est as a l a pr esi ó n n e c es ari a d e l a m e m br a n a, al n ú m er o d e c u er d as d e ntr o d el m at eri al e ntr e otr os [ 2]. P or otr a p art e, c o n f or m e a v a nz a l a i nfor m á ti c a y l a el e ctr ó ni c a el p ot e n ci al v a a u m e nt a n d o y s u a c c esi bili d a d t a nt o d e a pr e n diz aj e c o m o d e c os t e, p er mit e q u e y a n o s ol o l os gr a n d es est u di os p u e d a n a pli c ar est as t é c ni c as.

FI G. 1: I n v es ti g a ci ó n s o br e estr u ct ur as ós e as, f u e nt e: h tt ps:// w w w.f ost er a n d p art n ers. c o m/ pl us/ a-j o ur n e y-t o- di git al- m a n uf a ct ur e/

I n cl us o y d e bi d o a l a n at ur al ez a d e l os e nt or n os c o m p ut a ci o n al es, e xis t e u n a m a y or c a p a ci d a d d e c ol a b or a ci ó n i nt er dis ci pli n ar e n l os pr o y e ct os. E n est e s e n ti d o, es p osi bl e, c o m o s e tr at ar á e n el tr a b aj o, q u e l a bi ol o gí a s e a a pli c a d a d e f or m a dir e ct a a l a cr e a ci ó n d e es p a ci os o p or l o m e n os, a q u e el es p a ci o, gir e e nt or n o y a n o s ol o al i n di vi d u o, si n o al e c osist e m a e n g e n er al cr e a n d o sist e m as m ás s ost e ni bl es. A ct u al m e nt e p ar a g e n er ar est os pr ot o ti p os s e s u el e n u tiliz ar pl a c as el e ctr ó ni c as c o m o Ar d ui n o (l a m ás e x t e n di d a y d e m a y or tr ay e ct ori a), R as p b err y Pi o Fir e fl y (l a c u al f u e d es arr oll a d a p or u n est u di o d e ar q uit e ct ur a y est á e nf o c a d a al pr ot o ti p a d o, o g e n er a ci ó n d e pr ot o ti p os, e n est e á m bit o). C a b e m e n ci o n ar p or úl ti m o q u e t o d as y s o br e t o d o Ar d ui n o ti e n e n gr a n d es c o m u ni d a d es q u e c o m p art e n s us m o d el os, p u di e n d o así f a cilitar el a pr e n diz aj e y el fl uj o d e c o n o ci mi e nt o e i d e as e ntr e pr of esi o n es.

FI G. 2: H y p er m e m br a n e D e m o 4, f u e nt e: h t t p s: / / a r q ui t e c t u r a vi v a. c o m / o b r a s / h y p er m e m br a n e- d e m o- 4

4. Metodología A la hora de abordar el prototipado de tecnologías arquitectónicas se ideará y construirá, un modelo que pudiera ser implantado en un entorno conocido y compararse con otras experiencias. Para la elección del modelo se realiza un estudio sobre los orígenes del prototipado a través de herramientas electrónicas, que además de dar una visión general del campo de estudio ayudará a mejorar el prototipo planteado. En este sentido, se escogerá la implementación de un biorreactor de microalgas, dando a conocer posibilidades quizás, más alejadas de lo mayoritariamente conocido en este campo. Teniendo en cuenta también las investigaciones en torno al funcionamiento de las microalgas (expuestas en el capítulo 6.1) y su actual implantación en el diseño de edificios e instalaciones (capítulo 6.2), se crea un sistema que integra los biorreactores con el usuario del espacio en el que se instalan y el medio que lo rodea. El siguiente paso para desarrollar el modelo es, por tanto, crear el biorreactor para que, a la llegada de las microalgas, sean introducidas en este lo más rápidamente posible. Lo primero será, por lo tanto, el ensamblaje de los componentes eléctricos del prototipo, a la vez que se escribe el código comprobando su correcto funcionamiento. Posteriormente, se diseña la envolvente de los elementos electrónicos y el depósito de las microalgas.

Una vez desarrollado el prototipo, se analizará tanto su diseño como su funcionamiento mediante dibujos, esquemas y gráficas con el fin de extraer conclusiones y proyectar a grandes rasgos una instalación que responda a los estudios previos. Por último, el trabajo se centrará en la contextualización del sistema propuesto, tanto en relación con las experiencias de prototipado previamente analizadas, como con su aplicación conjunta con la biología.

5. M ar c o t e óri c o FI G. 1: ( p á gi n a a nt eri or) " T h e U ni v ers al C o nstr u ct or, J o h n Fr az er", f u e nt e: h tt ps:// w w w. stir w orl d. c o m/s e e-f e at ur e s- s p a c e 1 0st u d y- b y- m olli e- cl a y p o ol- di g s-i nt o-t h ee v ol u ti o n- of- di git al-i n- ar c hit e ct ur e- 1- 2

5. 1 Pr ot oti p o s el e ctr ó ni c o s e n ar q uit e ct ur a pr e ar d ui n o. L a pr á c ti c a ar q uit e ct ó ni c a h a t e ni d o q u e li di ar c o n u n a gr a n v ari e d a d d e pr o bl e m as a l a h or a d e cr e ar h a bit ats h u m a n os, d es d e s u pr o pi a c o nstr u c ci ó n h ast a el i m p a ct o d e est os s o br e el m e di o a m bi e nt e. P ar a e nfr e nt ars e a ell os l os ar q uit e ct os h a n e c h a d o m a n o d e m á q ui n as c o n t e m p or á n e as a ell os o h a n cr e a d o l as s u y as pr o pi as. E n el úl ti m o si gl o, l a i ntro d u c ci ó n d e l a el e ctr ó ni c a h a a y u d a d o a s ol u ci o n ar u n a c a n ti d a d cr e ci e n t e d e pr o bl e m as. Est a gr a n r ev ol u ci ó n, l a c u al e m pi ez a c o n l a i ntr o d u c ci ó n d el tri o d o ( v ál v ul a el e ctr ó ni c a d e a m pli ti c a ci ó n q u e c o ns t a d e tr es el e ctr o d os y q u e p er mit e a m pli ti c ar c orri e n t es d é bil es) [ h ti ps:// es. wi ki p e di a. or g / wi ki/ Tri o d o] e n 1 9 0 6 p or L e e D e F or est ( c o nsi d era d o el p a dr e d e l a el e ctr ó ni c a) [ 3], fl e n e u n o d e s us m a y or es cr e ci mi e n t os c o n l a i ntr o d u c ci ó n d el or d e n a d or di git al a m e di a d os d e l os a ñ os 6 0, c o m o s us tit uto d e s u pr e c e d e nt e a n al ó gi c o. Si n e m b ar g o, n o f u e l a el e ctr ó ni c a e n si l a pr á c ti c a i ntro d u ci d a e n l a ar q uit e ct ur a, si n o q u e v e n dr á d e l a m a n o d e l a ci b er n é ti c a, m u c h o m ás m ul ti dis ci pli n ar d es d e s us b as es, y a q u e est u di a l a r etr o ali m e nt a ci ó n y l a tr a nsf or m a ci ó n d e l a i nfor m a ci ó n e n siste m as a ut orr e g ul a d or es c o m o l a bi ol o gí a o l a i nfor m á fl c a. Est a dis ci pli n a s e i n c or p orarí a a l a pr á c ti c a ar q uit e ct ó ni c a d e l a m a n o d e G or d o n P as k, ci b er n é tt c o e i n ve nt or i n gl és, el c u al m a nt e ní a u n a estr e c h a r el a ci ó n c o n C e dri c Pri c e d e ntr o d e l a Ar c hit e ct ur al Ass o ci a ti o n y N i c h ol as N e gr o p o n t e y a q u e er a visit a nt e d el " M a c hi n e Gr o u p " e n el MI T li d er a d o p or N e gr o p o nt e [ 4].

El ej e m pl o m ás c o n o ci d o d e est a i n fl u e n ci a f u e el “ F u n P al a c e ” . Est e, s e g ú n C e dri c Pri c e, c o nsis tirí a e n u n gr a n as till er o, n o t a nt o m e c á ni c o, si n o ci b er n é ti c o, c u y a pr o gr a m a ci ó n i nfor m á ti c a q u e s erí a m o di fi c a d a p or l os us u ari os, p er mi tirí a u n a a d a pt a ci ó n c o n ti n u a d el e di fi ci o. P ar a est o, s e pr o p o n e n l a i ntr o d u c ci ó n d e cir c uit os c o n b ot o n es y l u c es p ar a c a pt ar l a p ar ti ci p a ci ó n d e l a “ a u di e n ci a ”. D e est a m a n er a, s e ll e va a u n ni v el s u p eri or l a i d e a d e siste m as, al p u nt o e n q u e l as pr o pi as p art es físi c as d el pr o y e ct o, s e p o n drí a n al mis m o ni v el q u e s us r e d es d e i nf or m a ci ó n [ 5]. P er o m ás si g ni fi c ati v o e n el á m bit o a tr at ar s er á s u pr o y e ct o “ G e n er at or ” (FI G. 1) d e 1 9 7 9 p ar a l a Gil m a n C or p or a ti o n e n Fl ori d a, c u y o e n c ar g o c o nsis tí a e n u n c e ntr o d e r etir o si n u n pr o gr a m a fij o, si n o u n a i d e a d el ef e ct o q u e s e q u erí a b us c ar. C o n el fi n d e e n c o n tr ar est e ef e ct o, s e dis e ñ a n el e m e nt os q u e s a tisf a c erí a n l as d e m a n d as d e l os us u ari os ( c o m prar, v er l a t el evisi ó n, r ez ar, pr e p ar ar l a c o mi d a, et c.), t a nt o c o m o i n di vi d u o o c ol e c ti v o y a ni v el es p a ci al, d e d el eit e y c o ntr ol.

FI G. 1: Pr o y e ct o G e n er a d or, Pl a n d e S er vi ci o y Estr u ct ur a c o n Ll a v e, f u e nt e: Ar c hi v o e n lí n e a d el M O M A.

El dis e ñ o c o nsis tirí a así pri n ci p al m e nt e ( a d e m ás d e otr os c o m p o n e n t es s e c u n d ari os c o m o p a n el es) e n u n as estr u ct ur as c ú bi c as d e m a d er a e m pl az a d as e n u n a m all a d e ci m e nt a ci ó n d e h or mi g ó n d e 1 2 x 1 2. L os c u b os p or s u p art e, p o drí a n d es pl az ars e c o n u n a gr ú a s u p eri or, c o m o y a h a bí a pr o y e ct a d o p ar a el " F u n P al a c e " [ 7]. L os c o ns ult or es i nfor m á ti c os d e C e dri c Pri c e, J o h n y J uli a Fr az er, r e alizar o n el pr o gr a m a q u e a p ar tir d e i n p uts r e ci bi d os p or l os us u ari os m o viliz a b a u n gr ú a, c a m bi a n d o l a or g a niz a ci ó n d e l as pi ez as q u e c o m p o ní a n el e di fi ci o, l as c u al es s e c o m u ni c a b a n a s u v e z c o n el siste m a, a tr av és d e c hi ps i nte gr a d os

FI G. 2: , Pr ot o ti p o d e tr a b aj o d el pr o y e ct o d e g e n er a d or, W hit e O a k, Fl ori d a ( ci n c o r e ci nt os, m o d el o y z ó c al o) f u e nt e: Ar c hi v o e n lí n e a d el M O M A

e n ell as. I n cl us o p e ns ar o n q u e q uiz ás l as a c ti vi d a d es d e l as p ers o n as q u e o c u p ar a n est os es p a ci os p o drí a n s er d e m asi a d o a b urri d as, c o n l o c u al el pr o pi o dis p osi ti v o , i n c or p orarí a m o di ti c a ci o n es e n el siste m a m ej or a n d o l a or g a niz a ci ó n [ 6]. E n est e s e n ti d o, y d e bi d o a l a n at ur al ez a d el pr o y e ct o, s e r e aliza u n pr ot o fl p o (FI G. 2)( el c u al s er á a nt e c e d e nt e d e otr os pr ot o ti p os e x p eri m e n t al es r e aliz a d os d e ntr o d e l as cl as es i m p ar ti d as, t a nt o p or J uli a Fr az er, c o m o p or G or d o n P as k, si e n d o “ T h e U ni v er s al C o nstr u ct or ” el m ás si g ni ti c ati v o) d o n d e el mi cr o pr o c es a d or i nt err o g a a l a estr u ct ur a p ar a d es c u brir el est a d o a ct u al d e s u c o n fl g ur a ci ó n y u n m o nit or m u estr a d at os est a dís ti c os, a n álisis o si m pl e m e nt e l a i m a g e n d el est a d o a ct u al d el m o d el o. T a m bi é n s e i n c or p orarí a u n a gr a b a d or a q u e r e pro d u c e l as i m á g e n es, p u di e n d o s er u ttliz a d as p ar a otr os c ál c ul os o di b uj os d el pr o y e ct o [ 7].

Así, l as i d e as d e l a ci b er n é ti c a f u er o n ll e va d as a l a ar q uit e ct ur a d e f or m a flr m e p er o pr á c ti c a m e nt e s ol o p or est e p e q u e ñ o gr u p o d e p ers o n as m e n ci o n a d as. P ar al el a m e nt e, l a t e c n ol o gí a el e ctr ó ni c a s e i b a d es arr oll a n d o a m ás v el o ci d a d a p ar tir d e l os 8 0 y l os or d e n a d or es p ers o n al es a p ar e cí a n c o n f u erz a, cr e a n d o u n e c osist e m a a pr o pi a d o p ar a l a r ei n cor p or a ci ó n d el e nf o q u e ci b er n é ti c o al c a m p o d e l a ar q uit e ct ur a [ 8]. Gr a ci as a est o, e n l os 9 0 v u el v e n c o n m a y or vi g or l as t e orí as d e l os ar q uit e ct os visi o n ari os a nt es m e n ci o n a d os, es d e cir, C e dri c Pri c e, G or d o n P as k, et c..., t e ni e n d o c o m o f o cos d e est u di o , d e p art a m e n t os d el “ M ass a c h uss et I ns tit ute of t e c h n ol o g y “ c o m o el “ MI T´s I ntelli g e nt R o o m Pr oj e ct ” o el “ Mit Ki n e fi c D esi g n Gr o u p ”, y d e l a “ B artl e ti S c h o ol of Ar c hit e ct ur e ” b aj o l a g uí a d e St e p h e n G a g e [ 9]. U n ej e m pl o p ar a di g m á ti c o d e est o s erí a l a t esis “ Ki n e fi c W all ” d e 1 9 9 8, p or Br y a nt P. Y e h, s u p er vis a d a p or Willi a m J. Mit c h ell, pr of es or d e ar q uit e ct ur a e n el MI T. El pr o y e ct o c o nsis ti a e n el pr ot o fí p a d o d e u n a s u p er fi ci e di n á mi c a l a c u al s e pli e g a y s e d es pli e g a a tr av és d e u n os c a bl es q u e c o n e ct a n, p or u n a d e l as c ar as d e s u estr u ct ur a, l os v ér ti c es q u e c o m p o n e n c a d a tri á n g ul o q u e l a c o nf or m a (FI G. 3) c o n u n a b as e d e s er vo m ot or es c o n tr ol a d os p or s e ns or es d e p osi ci ó n q u e c a p t a n el m o vi mi e n t o pr ó xi m o al pr ot o ti p o. P ot e n ci al m e nt e l a s u p er tí ci e p o drí a r es p o n d er a c u al q ui er ti p o d e es fi m ul o , t a nt o a m bi e nt al c o m o h u m a n o, e n f u n ci ó n d el us o pr o p u es t o, p or ej e m pl o, a nt e l a l uz s ol ar, el vi e nt o, el d es e o d e c a m bi ar l a estr u ct ur a o el i m p uls o [ 1 0]. C o m o s e v er á p ost eri or m e nt e, l a i nst al a ci ó n d e mi cr o al g as pr o p u est a, c o nt e n dr á el e m e nt os pr o v e ni e nt es d e est os pr o y e ct os e i n ves fi g a ci o n es. P or u n a p art e, l as p a nt all as i nfor m a ti v as q u e i n c or p ora Fr az er e n el Pr o y e ct o " G e n er at or", así c o m o u n pr o gr a m a q u e i m pri m e l a c o n ti g ur a ci ó n d e l os el e m e nt os q u e c o ns tit u y e n el es p a ci o e n el c as o d el pr ot o ti p o d e Pri c e, y e n el

FI G. 3: Di a gr a m a d e c o ntr ol y m o vi mi e nt o d el sist e m a d el m ur o ki n e ti c o c o n u n sist e m a d e f e e d b a c k s e nsi bl e. F u e nt e:

c as o d el q u e s e pr o p o n e; d at os pr o v e ni e nt es d el bi orr e a ct or y d el es p a ci o e n el q u e s e i ns ert a n, c o m o el di ó xi d o d e c ar b o n o pr o v e ni e nt e d e l os us u ari os. P or otr a p art e, el s e ns or p osi ci o n al d el " Ki n e ti c w all " e n es t e c as o p as arí a n a s er, t ér mi c os y l u mí ni c os, c o ntr ol a n d o u n pr ot e ct or s ol ar.

5. 1 Pr ot oti p o s el e ctr ó ni c o s e n ar q uit e ct ur a p o st ar d ui n o. E n l a a ct u ali d a d l os c o m p o n e nt es el e ctr ó ni c os h a n s e g ui d o e v ol u ci o n a n d o y si m pli ti c a n d o, a c er c á n d os e a l os us u ari os y f a cilita n d o s u us o, p er o a l a v ez si e n d o m ás p ot e n t es q u e s us pr e d e c es or es. Gr a ci as a est o y si g ui e n d o el r u m b o d e l os gr u p os d e est u di o d e l os 9 0, a nt es m e n ci o n a d os, h u b o u n a e x pl osi ó n d e pr ot o ti p a d os a pri n ci pi os d e l os 2 0 0 0. Ar d ui n o es u n o

FI G. 4: Us a n d o Gr ass h o p p er p ar a c o ntr ol ar s er v os, f u e nt e: LI F T ar c hit e cts h t t p s : / / w w w.li f t a r c hi t e c t s . c o m / bl o g / 2 0 0 9 / 9 / 1 2 / u si n g- g r a s s h o p p e r-t oc o ntr ol-s er v os

d e l os mi cr o pr o c es a d or es q u e h a f a cilita d o est e pr o c es o. A p ort a ci o n es d e ar q uit e ct os c o m o LI F T ar c hit e cts, h a n c o ns e g ui d o a c er c ar m ás el pr ot o ti p a d o al á m bit o g e n er al d e l a pr á c ti c a ar q uit e ct ó ni c a, y a q u e c o nsi g ui er o n e nl az ar el mi cr o pr o c es a d or d e Ar d ui n o c o n l a pr o gr a m a ci ó n vis u al d e Gr ass h o p p er (FI G. 4)( d e ntr o d e R hi n o c er os, c u y o us o si er a m as e x t e n di d o e ntr e l os ar q uit e ct os), c u y a c ur v a d e a pr e n diz aj e es m e n or q u e l a d e l a pr o gr a m a ci ó n c o n v e n ci o n al [ 1 1]. Gr a ci as a t o d o est o, l a c a n ti d a d d e pr ot o ti p os q u e s e h a n pr o d u ci d o d es d e e nt o n c es h a si d o n u m er os a. E n est e tr a b aj o s e pr o p o n dr á u n a cl asi ti c a ci ó n q u e b us c a e nt e n d er l a c a p a ci d a d q u e ti e n e n est as h err a mi e n t as p ar a a m pli ar l os r e c urs os q u e t e n e m os c o m o ar q uit e ct os y a giliz ar pr o c es os dif u mi n a n d o e n el c a mi n o l os lí mit es d e l as pr of esi o n es q u e i nter vi e n e n e n el dis e ñ o ar q uit e ct ó ni c o. S e p o drí a h a c er u n a cl asi fl c a ci ó n g e n er al e n tr es gr a n d es gr u p os: 1. A q u ell os pr ot o ti p os q u e v a n diri gi d os a el e m e nt os ki n é ti c os . 2. L os pr ot o ti p os q u e f u n ci o n a n c o m o h err a mi e nt as pr o d u c ti v as , t a nt o c o nstr u c ci o n es i n sit u c o m o f a bri c a ci ó n d e m at eri al es. 3. L os pr ot o fl p os q u e s e diri g e n a l a d et e c ci ó n y r e c ol e c ci ó n d e d at os , q u e p er mit a n l a t o m a d e d e cisi o n es s o br e el e nt or n o pr o y e ct u al. Es i m p ort a nt e i n di c ar q u e est a n o pr e t e n d e s er u n a cl asi ti c a ci ó n rí gi d a, si n o q u e c a d a gr u p o s u el e c o m bi n ar s e c o n l os otr os, e i n cl us o , t a m bi é n c a b e l a p osi bili d a d d e a ñ a dir m ás el e m e nt os si s e e n c o n tr as e q u e f u er a n e c es ari o. Al tt n al, el p ot e n ci al d e l a el e ctr ó ni c a ti e n e pr a c fl c a m e nt e c o m o lí mit e, l a

i m a gi n a ci ó n d el pr o y e c fist a, a d e m ás d e s u h a bili d a d e n est a m at eri a. El pri m er gr u p o, el d e l a ar q uit e ct ur a ki n é ti c a , a q u ell a c u y as p art es ( estr u ct ur a, p ar ti ci o n es, c o b ert ur a, et c...) p u e d e n d es pl az ar s e e n c u al q ui er a d e l os ej es o r otar s o br e ell os. El i n p ut q u e ej e c ut a l as ór d e n es d e m o vi mi e n t o n o ti e n e p or q u e s er ú ni c a m e n t e d a d o p or el us u ari o, si n o q u e t a m bi é n p u e d e s er c o ns e c u e n ci a d e u n c a m bi o dir e ct o e n el a m bi e nt e c o m o l a h u m e d a d, l a t e m p er at ur a o l a r a di a ci ó n. U n gr a n ej e m pl o d e est os pr ot o ti p os, es el pr o y e ct o d e m á q ui n as p ort u ari as H y dr a m a x d e J as o n K ell y J o h ns o n y N at ali e G a ti e g n o (FI G. 5, 6, 7). El dis e ñ o

FI G. 5 ( arri b a): Pr ot o fí p o d e l a pr o p u est a, F u e nt e: F ut ur e Ci fi es L a b, h ti p:// w w w. f ut ur e- ci ti es-l a b. n et/ h y dr a m a x FI G. 6 ( a b aj o): R e n d er d e l a pr o p u est a, F u e nt e: F ut ur e Ci tí es L a b, h ti p:// w w w. f ut ur e- ci fi es-l a b. n et/ h y dr a m a x FI G. 7 (iz q ui er d a): V ari a ci ó n d e l a r ot a ci ó n e n tij er a d e l as c er c h as, f u e nt e: F ut ur e Ci ti es L a b, h fi p:// w w w.f ut ur e- ci ti es-l a b. n et/ h y dr a m a x

s e e n m ar c a d e ntr o d e u n a c o n v o c at ori a p ar a el S F M O M A ( S a n Fr a n cis c o M us e u m of s u M o d er n Arts) e n M arz o d e 2 0 1 2. P es e a n o s er c o n c e bi d o p ar a s er c o nstr ui d o, s u f or m aliza ci ó n c o ns tit u y e u n e di ti ci o, c u y o c o m p o n e n t e pr e d o mi n a nt e es u n a gr a n estr u ct ur a q u e s e e x ti e n d e d es d e el m u ell e d e S a n Fr a n cis c o y c u y o pri n ci p al o bj e ti v o es l a r e col e c ci ó n d e a g u a d e l a ll u vi a y d e l a ni e bl a, así c o m o m o d ul ar el ti uj o d e air e y l a e x p osi ci ó n s ol ar. E n el pr ot o ti p o, l os m e c a nis m os s o n a c fl v a d os p or s e ns or es l ater al es al d et e ct ar el p as o d e u n asist e nt e a l a e x p osi ci ó n, p or s u pr o xi mi d a d [ 1 2]. E n c u a nt o al gr u p o d e l as h err a mi e nt as pr o d u c ti v as , p o d e m os e n c o ntr ar, c o m o s e tr at a e n est e tr a b aj o, bi orr e a ct or es d e al g as c o m o l os n u m er os os q u e vi e n e dis e ñ a n d o e c o L o gi c St u di o, u n a p ar ej a d e ar q uit e ct os c u y a pr á c ti c a s e c e ntr a e n l a i ntro d u c ci ó n d e siste m as bi ol ó gi c os e i nfor m á ti c os e n l a ar q uit e ct ur a, o t a m bi é n s e p u e d e n e n c o n tr ar e n i n c u b a d or as d e h o n g os, l os c u al es p er mit e n al dis e ñ a d or c o n o c er y e x pl or ar l as c a p a ci d a d es d el mi c eli o ( m at eri al pr o d u ct o d el cr e ci mi e n t o d e l os h o n g os) d e ntr o d e s us dis e ñ os. I n cl us o, y u n p o c o s e p ar a d as d e l as a nt eri or es, e xis t e n pr ot o ti p os d e c o nstr u c ci ó n r o b ó fl ca a dist a n ci a, c o m o l os q u e s erí a n n e c es ari os p ar a l os pri m er os r ef u gi os e x tr at err estr es, t a nt o e n M art e c o m o e n l a L u n a a tr av és d e u n pr o c es o d e i m pr esi ó n 3 D d e r e golit o pr e vi a m e nt e r ec ol e ct a d o[ h ti ps:// w w w.r e s e ar c h g at e. n et / p u bli c ati o n / 3 0 8 8 7 5 1 6 1 _ Pr eli mi n ar y _fi n di n g s _ fr o m _ a _ m ulti-r o b ot _ s y st e m _f or _l ar g e- s c al e _ e xtr a- pl a n et ar y _ a d diti v e _ c o nstr u c tt o n]. P or ej e m pl o, e n c u a nt o a l a u tiliz a ci ó n d el mi c eli o c o m o m at eri al c o nstr u c fl v o, el pr ot o ti p o F u n gi h o us e d e I g n a ci o M o n er e o F u e nt es (FI G. 7, 8). Est e pr ot o ti p o c o nsis t e e n u n a c aj a d e m et a cril at o d e d o bl e c á m ar a

FI G. 7 y 8: F u n gi H o us e, f ot o gr a ti a p or J uli a M ar ti n ez d e S ol a M o n er e o. F u e nt e: Bi of a bri c a ci ó n Mi c eli o c o m o m at eri al d e c o nstr u c ci ó n, I g n a ci o F u e nt es- C as fill a n a M o n er e o.

( p ar a e vit ar c o n d e ns a ci o n es o p ér di d a d e c al or) q u e sir ve c o m o i n c u b a d or a p ar a l a cr e a ci ó n d e pr o b e t as d e mi c eli o p er mi ti e n d o l a m a ni p ul a ci ó n d e l a pr o d u c ci ó n c o n g u a nt es d e g o m a tij os a l a c aj a. P or otr a p art e est arí a n l os s e ns or es q u e m o nit oriz a n l a h u m e d a d, l a t e m p erat ur a y el C O 2 d el i nteri or d e l a i n c u b a d or a. C o n r es p e cto a l a t e m p erat ur a p or ej e m pl o, s e a c ti v arí a u n a pl a c a p el ti er ( l a c u al c o nsis t e e n u n a b o m b a d e c al o r e n est a d o s óli d o q u e tr a ns ti er e c al or d e u n l a d o d el dis p osi fl v o a otr o , c o ns u mi e n d o p ar a ell o e n er gí a el é ctri c a) d e d os l a d os, u n o c ali e n t e y otr o fri o, r e g ul a n d o el a m bi e nt e i nt er n o s e g ú n s e al c a n c e l a t e m p er at ur a m á xi m a o mí ni m a [ 1 3]. A d e m ás d e est os dis p osi ti v os, q u e s e a c ti v arí a n s e g ú n l as f as es d e pr o d u c ci ó n, c o m o el cr e ci mi e nt o d el h o n g o o s u s e c a d o, s e a gr e g a otr o p ar a i nfor m ar al us u ari o d el est a d o d e l a m u estr a y d e l os d at os a ti e m p o r eal d e l os s e ns or es, est o es, u n m o nit or L C D 1 6 x 2 bits. E n est e c as o , l os pr o gr a m as q u e u tiliz arí a Ar d ui n o p ar a c o n tr ol ar t o d os l os dis p osi fl v os s erí a n es crit os a tr av és d el l e n g u aj e d e pr o gr a m a ci ó n C + + c o n u n a s eri e d e c o n di ci o n al es si m pl es [ 1 3]. Fi n al m e nt e, e n el úl ti m o gr u p o, p ar a d et e ct ar y r e c ol e ct ar d at os , s e p u e d e n cr e ar h err a mi e nt as el e ctr ó ni c as q u e u ttli c e n c á m ar as, s e ns or es, et c..., p or ej e m pl o s e p o drí a a v eri g u ar l os í n di c es d e c o nt a mi n a ci ó n, pr o gr a m as d e i d e n ti fl c a ci ó n d e o bj et os q u e a y u d e n a c o m pr o b ar el n ú m er o d e p ers o n as o tr á ti c o q u e p as a p or u n a c all e d et er mi n a d a o d el a nt e d e l a p u ert a d e u n l o c al c o m er ci al. El pr o y e ct o 1 4 J o ul es es el p erf e ct o ej e m pl o d e est o, 3 ti p os d e dis p osi ti v os q u e c ol e ct a n l os d at os (FI G. 9), el pri m er o es u n ci nt ur ó n q u e d et e ct a l a c a n ti d a d d e p ers o n as q u e cir c ul a a s u alr e d e d or. El s e g u n d o es u n s e ns or q u e 15

FI G. 9: " Pr ot o c ol os m e c á ni c os" . F u e n t e: h t t p: / / w w w.i a a c bl o g. c o m / pr o gr a ms/ 1 4-j o ul es/

FI G. 1 0: " M a p a d e a c ti vi d a d". F u e nt e: htt p s: / / d a niil. k o s h el y u k. sit e / p r oj e ct- 1sli d es. ht ml ?sli d e = 5 ?l a n g = E n ?f ull =tr u e

s e u bi c a e n l a p art e i nferi or d e u n a sill a gir a t ori a, q u e s e u bi c a e n el c e ntr o d e u n es p a ci o a a n aliz ar, p ar a q u e l os tr a ns e ú nt es l a u fili c e n y s e p u e d a r e c o n o c er c u al es el p u nt o al q u e pr es t a n m a y or i nter és, p u di e n d o cr e ar c a mi n os m ás aj ust a d os a est e d at o. E n t erc er l u g ar, s e c ol o c a u n a tir a c o n u n s e ns or pi ez o el é ctri c o s e nsi bl e a l a pr esi ó n e n u n o d e l os c a mi n os el e gi d os, así s e p o drí a d et e ct ar el n ú m er o d e bi ci cl et as q u e p as a p or ell as.

Con todos estos datos, finalmente, se podría elaborar un plano dinámico (FIG. 10) que nos aporte información sobre el recorrido de las personas dentro de un espacio público. En este caso, este recorrido tiene como última finalidad, la utilización del paso de cada transeunte para generar energía, en concreto 14 julios por segundo mientras camina, o 25 julios mientras corre. [14] Todos estos ejemplos, nos relatan el marco en el que se encontraría el modelo sobre el que se trabajará la parte práctica. Primero, tendrá elementos de recolección de información que servirán, tanto para observar su rendimiento en un espacio como para informar al usuario, por ejemplo cuanto CO2 se depura. Segundo, producirá las microalgas que en un proceso posterior se podrían utilizar como biomasa para producir energía, y en tercer lugar, se podrían añadir elementos kinéticos que protegieran a las algas de una excesiva radiación. Este último punto solo de mostrará como planteamiento, pero no se incluirá en el prototipo. Tal y como se ha indicado anteriormente, normalmente estos prototipos no tienen por qué entrar solo en un grupo, sino que pueden pertenecer a varios. Para concluir este apartado, es importante puntualizar que antes de realizar un prototipo se ha de realizar un estudio del comportamiento y objetivos de este, para lo cual muchas veces se han de investigar temas que no son puramente arquitectónicos pero que si pueden ser vinculables a la arquitectura como la producción del micelio en el caso de la Fungi House, la energía motriz producida por las personas en el caso de 14 Joules y en el caso del prototipo propuesto, el cultivo de microalgas y sus aplicaciones como depurador de aire o fuente de energía. 16

6. Microalgas. FIG.11: (página anterior) “Microalgas vistas en microscopio” https://www.nationalgeographic.com.es/fotografia/foto-del-dia/cultivando-oxigeno_12197

6. Microalgas 6.1 Energía depuradora. En este trabajo, el prototipo creará un sistema en el cual las microalgas puedan cambiar las características de su entorno y este cambio, sea enviado en forma de datos a los usuarios, de manera que puedan tomar decisiones con respecto a esto. La manera en la cual estos organismos modifican su entorno tanto vivas como en forma de biomasa (no en el prototipo, pero si en una instalación a una escala mayor) tratará de ser explicada en este capítulo. Las microalgas son organismos fotosintéticos con un tamaño de micrómetros y que constan de una única célula. Crecen en diversos hábitats marinos y son capaces de convertir la energía luminosa y el dióxido de carbono (CO2), en "biomasa" [15]. Las microalgas han sido recientemente introducidas en la arquitectura como respuesta al aumento de los gases de efecto invernadero, en específico al CO2, producido en gran parte, debido al consumo de energía en los edificios (entorno a un 17,5%, sin tener en cuenta la contaminación producida por los transportes debida a un mal planeamiento urbano) [16].

A lo largo de las últimas décadas se ha desarrollado y expandido el uso de energías renovables para combatir el cambio climático, entre las que figurarían, la energía eólica, la energía solar o la mareomotriz entre otras. A pesar del cambio que suponen, ninguna de ellas tiene la propiedad de reducir activamente la cantidad de dióxido de carbono de su ambiente, al contrario que las algas, las cuales, además de usarse como un combustible natural en forma de biometano o biocombustible como el etanol o el biodiesel (no tóxico y muy biodegradable) [17], pueden purificar el aire que las rodea (sobre todo en lugares en los que la concentración de CO2 es alta, como polígonos industriales) incluso pudiendo depurar el proveniente de la combustión del combustible que han generado. Por otra parte, es mucho más estable en la obtención de energía que otras fuentes renovables. La reducción activa de las emisiones contaminantes se hace incluso más determinante en el diseño arquitectónico cuando los eurodiputados cuyas leyes entran progresivamente (o no tan progresivamente) en las distintas normativas relacionadas con la edificación, buscan reducir las emisiones totales en un 60% para 2030 [18] y dado que es muy difícil cambiar las instalaciones de antiguos edificios, los nuevos han de compensar las ratios de contaminación de los primeros. De hecho, las microalgas son las responsables de la generación de la mitad del oxígeno de todo el planeta [19] y su capacidad de fijación de CO2 es mayor que las plantas tradicionales forestales, agrícolas y acuáticas.[20] Por otra parte, aunque no se puedan apreciar a simple vista individualmente debido a su tamaño (2-200 micras) [21], ocupan grandes extensiones en altas concentraciones dando al agua colores de verdosos a rojizos en algunas zonas, incluso en algunos casos, ciertas especies de microalgas son capaces de generar luz. Su veloz crecimiento, su alta actividad fotosintética y el porcentaje de lípidos que contienen las hacen perfectas como materia prima para generar energía. Además de que en comparación con especies terrestres como el aceite de girasol o el maíz, últimos ocupan una extensión de terreno de cultivo mayor que las microalgas [22].

I n cl us o ti e n e n u n a m a y or e ti ci e n ci a f otosi nt é ti c a; a pr o xi m a d a m e nt e d el 3 al 8 % fr e nt e al 0, 5 % d e l as pl a n t as t errestr es y n o c o m pit e n c o n l os c ul fl v os tr a di ci o n al es l os c u al es e n m u c h os c as os ti e n e n q u e o c u p ar b os q u es p ar a a b ast e c er l as d e m a n d as ali m e n ti ci as. E n es e s e n ti d o, l as al g as n o s ol o cr e c e n e n a g u as s al a d as y d ul c es, si n o q u e t a m bi é n p u e d e n cr e c er e n a g u as r esi d u al es p u di é n d os e i nst al ar e n si ti os n o c ul fl v a bl es. [ 2 3] E n el pr o c es o d e pr o d u c ci ó n d el bi o di es el, l as mi cr o al g as n o s ol o c a pt ur a n el C O 2, e n m a y or o m e n or m e di d a s e g ú n l a m et e or ol o gí a ( a pr oxi m a d a m e nt e u n 5 0. 1 ± 6. 5 % d el C O 2 e n dí as n u bl a d os y u n 8 2. 3 ± 1 2. 5 % e n dí as s ol e a d os) y l a es p e ci e d e al g a, si n o q u e a d e m ás c o m o s e h a m e n ci o n a d o c o n a nt eri ori d a d p u e d e n cr e c er e n a g u as r esi d u al es, o bt e ni e n d o el f ósf or o y el nitr ó g e n o d e est as, til tr a n d o l as a g u as y v ol vi e n d o al g u n as d e ell as e n p ot a bl es. [ 2 3] E n pr ef er e n ci a p ar a el c ul tt v o d e est as al g as c o n ti n es e n er g é fl c os s e d e b e n d e es c o g er d e e ntr e l os m ás d e 1 0 0. 0 0 0 ti p os q u e e xis t e n, a q u ell as q u e c o nt e n g a n, e ntr e pr ot eí n as, a c eit es y c ar b o hi dr at os, m a y or c a n ti d a d d el s e g u n d o c o m p o n e nt e y s e e n c u e ntr e n c o n t a m a ñ os m á xi m os d e 0, 4 m m. [ 2 3] E n s u c ul ti v o s e us a n 2 siste m as: e n est a n q u es (FI G. 1 3) o e n f ot o bi orr e a ct or es (r e ci pi e nt e q u e m a n ti e n e u n a m bi e nt e bi ol ó gi c a m e n t e a c fi v o [ h ti ps:// es. wi ki p e di a. or g / wi ki/ Bi orr e a ct or])( FI G. 1 2)( pl a n os, t u b ul ares, et c...). P ar a el c ul ti v o, u n o d e l os f a ctor es m ás d e cisi v os es l a e v a p or a ci ó n d el a g u a, m a y or es e n l os est a n q u es a bi ert os, p er o n o s o n l os ú ni c os i n di c a d ores a t e n er e n c u e nt a. Ta m bi é n e n est os, l a t as a d e cr e ci mi e n t o es m ás b aj a, pr es e n t a n u n m a y or ri es g o d e c o nt a mi n a ci ó n, l a c o n c e ntr a ci ó n d e l a bi o m as a es m e n or, al i g u al q u e el a pr o v e c h a mi e nt o d e l a l uz y r e q ui ere n u n ár e a m u c h o m a y or. P er o n o t o d o est á a f av or d e l os f oto bi orr e a ct or es, y a q u e est os úl fi m os ti e n e n u n a i nst al a ci ó n m ás c o m pli c a d a y m ás c ar a. [ 2 3] A l a h or a d e r e alizar el c ul fí v o s e d e b e u filiz ar u n a f u e nte d e n utri e nt es, est a p o drí a s er d e a g u as r esi d u al es, ll a n ur as d e i n u n d a ci ó n o es c orr e n ti as d e l a a gri c ult ur a ( q u e d e h e c h o e n m u c h os c as os ll e g a n al m ar c a us a n d o l a pr olif er a ci ó n d e ci ert os ti p os d e al g as t óxi c as q u e a c a b a n c o n l a f a u n a m ari n a),l as c u al es c o n tí e n e n nitr ó g e n o, p ot asi o y/ o f ósf or o, e ntr e otr os el e m e nt os m e n os i m p ort a nt es, p er o c u y a a us e n ci a p o drí a r e d u cir l a t as a d e cr e ci mi e nt o d e l as al g as, est os s erí a n, a d e m ás d e m u c h os oli g o el e m e nt os, el hi err o y el síli c e. H a y q u e t e n er e n c u e nt a, si n e m b ar g o, q u e est as f u e ntes d e n utri e nt es n o d e b e n s er e n vi a d as dir e ct a m e nt e a l as al g as, si n o q u e d e b e n d e p as ar p or u n a s eri e d e tr a nsf or m a ci o n es a n a er ó bi c as p or p art e d e b a ct eri as q u e l os c o n vi ert e n e n m et a n o, di ó xi d o d e c ar b o n o y f er tiliza nt e or g á ni c o. Si l as a g u as r esi d u al es s e e n ví a n dir e ct a m e nt e al g u n as es p e ci es p o drí a n m orir [ 2 3]. A d e m ás d e l os n utri e nt es, el di ó xi d o d e c ar b o n o es b ási c o p ar a el pr o c es o f ot osi nt é fi c o d e l as mi cr o al g as, a m a y or c o n c e n tr a ci ó n d e est e, m a y or es l a pr o d u c ci ó n d e bi o m as a. U n o d e l os m a y or es c o m p e fi d or es d e h e c h o es el o xí g e n o d e bi d o a q u e l a e nzi m a q u e tij a el C O 2, p or ell o y t e ni e n d o e n c u e nt a q u e e n c o n di ci o n es n or m al es el o xí g e n o es m ás a b u n d a nt e e n u n e nt or n o n or m al, l a f u e nte d el C O 2 d e b e d e pr o v e nir d e u n air e ri c o e n c ar b o n o c o m o el d e l as f á bri c as o l a pr o pi a c o m b us ti ó n d el bi o di es el q u e pr o d u c e n l as al g as [ 2 3]. P ost eri or m e nt e al pr o c es o d e c ul ti v o s e r e col e ct a l a bi o m as a, q u e s e p u e d e u tiliz ar n o s ol o p ar a g e n er a ci ó n e n er g é ti c a, si n o q u e t a m bi é n p u e d e s er c o ns u mi d a c o m o ali m e nt o, p u e d e s er d a d a c o m o ali m e nt o p ar a a ni m al es, c o m o f er filiz a nt e e i n cl us o p ar a m at eri al es i n d ustri al es c o m o bi o pl ás tt c os

FI G. 1 2: (s u p eri or) “ F ot o bi orr e a ct or T u b u l ar ”. F u e nt e:h ti ps://i biz a b ot a ni c o bi ot e c n o l o gi c o. c o m/f ot o bi orr e a ct or-t u b ul ar/ FI G. 1 3: (i nf eri or) “ Al g as c ul ti v a d as e n est a n q u es ” . F u e nt e:h ti ps:// w w w. a q u a c ult ur e alli a n c e. or g / a d v o c at e / al g a s- c ulti -

[ 2 3]. El p as o d e r e c ol e c ci ó n d e l a bi o m as a a nt es d e pr o d u cir el c o m b us ti bl e es el m ás c o m pli c a d o y el q u e m ás n e c esit a d e e v ol u ci ó n, y a q u e l a r e nt a bili d a d d el pr o c es o n o es m u y el e v a d a a ct u al m e nt e. Est o s e d e b e a q u e d e bi d o a s u t a m a ñ o mi cr os c ó pi c o, n o s e p u e d e n u tiliz ar l os mis m os m ét o d os d e e xtr a c ci ó n q u e l os c ul ti v os q u e s e h a n u tiliz a d o tr a di ci o n al m e nt e p ar a l a f a bri c a ci ó n d e bi o di es el [ 2 3]. A ct u al m e nt e es p osi bl e l a e x tr a c ci ó n d el 9 5 % d el a c eit e c o n t e ni d o e n l as mi cr o al g as, el c u al c o ns flt u y e d e u n 1 6 % al 3 2 % d el p es o s e c o d e l a es p e ci e C hl or ell a v ul g aris. El i n c o nv e ni e nt e e n est e p u nt o es l a i n e ti ci e n ci a d el pr o c es o d e e xtr a c ci ó n d el a c eit e, y a q u e l a c a n tt d a d d e e n er gí a q u e s e u tiliz a p ar a est e es m u y alt a, d e 3 3 MJ p or 0, 1 kil os d e mi cr o al g a, si e n d o 3 5, 7 MJ/litr os, l a e n er gí a pr o d u ci d a p or el bi o di es el d e l as al g as [ 2 4].

6. 2 Bi o ar q uit e ct ur a d e al g a s Gr a ci as a l as c ar a ct erís fl c as d e l as mi cr o al g as, así c o m o d e l os r e ci pi e nt es e n l os q u e est as s e pr o d u c e n d e m a n er a ar ti ti ci al, s e e n c u e ntr a q u e l os e di ti ci os, a d e m ás d e otr as f or m as d e el e m e nt os p ú bli c os c o m o p ér g ol as ur b a n as, r e pr es e nt a n u n a o p ort u ni d a d e x c e p ci o n al p ar a s u i m pl e m e nt a ci ó n d e f or m a m asi v a, o c u p a n d o u n a c a n ti d a d c asi i n c o nt a bl e d e m etr os c u a dr a d os y c ú bi c os, l os c u al es p o drí a n p as ar d e s er es p a ci os i n ert es a el e m e nt os vi v os, g e n er a d or es d e e n er gí a y d e p ur a d or es d el air e. N os e n c o n tr a m os, e n es e s e n fi d o, t o d o ti p o d e dis e ñ os q u e b us c a n el e nf o q u e q u e d e b erí a t e n er l a i ns er ci ó n d e est os or g a nis m os e n el h á bit at h u m a n o.

D e ntr o d e l os es p a ci os i nt eri or es e xist e n ar q uit e ct os c o m o J a c o b D o u e ni as, c u y o tr a b aj o s e c e n tr a e n el dis e ñ o c o n m at eri al es bi ol ó gi c os, q ui é n s e pr e g u nt a e n l a e x p osi ci ó n Li vi n g T hi n gs, si l as mi cr o al g as d e b erí a n s er tr at a d as “c o m o u n a m a s c ot a, u n a pl a nt a d e i nteri or, u n el e ctr o d o m é s ti c o, u n m u e bl e o al g o c o m pl e t a m e nt e ú ni c o ” . P ar a r e s p o n d er a e st a pr e g u n t a, p or l o t a nt o, cr e a u n a s eri e d e e s p a ci o s q u e si m ul a n e s b oz o s d e h a bit a ci o n e s e n l a s c u al e s e s t o s mi cr o or g a ni s m o s s e i ntro d u c e n. P or u n a p art e, d e n tr o d e u n c o m e d or y d e u n a s al a d e e st ar ( FI G. 1 4) s e sit ú a n bi orr e a ct or e s a m o d o d e l á m p ar a s ( s e i ntro d u c e n e n s u i nteri or al g a s l u mi ni s c e nte s)

FI G. 1 4: (s u p eri or) “ F ot o bi orr e a ct or T u b u l ar ”. F u e nt e: h ti ps:// m a tir ess. or g / w or ks/ FI G. 1 5: (i nf eri or) “ Al g as c ul ti v a d as e n est a n q u es ” . F u e nt e: h ti ps:// m a tir ess. or g / w or ks/ li vi n g-t hi n gs/ FI G. 1 6: ( d er e c h a) “ Al g as c ul ti v a d as e n est a n q u es ” . F u e nt e: h fl p:// w w w. d o u e ni as. d esi g n/ li vi n g-t hi n gs- 1

q u e e st á n c o n e ct a d a s a u n a e s p e ci e d e c e n tr o d e c o n tr ol c o n f or m a d e e st a nt erí a ( FI G. 1 5). E n e st e, s e p u e d e m a ni p ul ar c a d a l u mi n ari a d e f or m a i n di vi d u al m e di a nt e u n si st e m a d e p erill a s, v ál v ul a s, b o m b a s, e ntr e otr o s el e m e nt o s, q u e a c ci o n a n l a re c ol e c ci ó n d e l a s mi cr o al g a s (FI G. 1 6). [ 2 5] Otr o i nt er e s a nt e di s e ñ o p ar a i nteri or vi e n e d e l a m a n o d el i n ve nt or J uli a n M el c h orri c o n u n a l á m p ar a d e mi cr o al g a s (FI G. 1 7) c o m p u e st a p or 7 0 p ét al o s d e 3 t a m a ñ o s dif e r e nt e s, s uj eto s p or 1 2 0 c u er d a s d e m et al y q u e s o n r e s p al d a d o s p or u n si ste m a hi dr á uli c o q u e l a s c o n e ct a a u n a u ni d a d d e s o p ort e vit al ali m e nt á n d ol a s y m a nt e ni é n d ol a s vi v a s e n el c u al s e p o drí a n i ntr o d u cir s e n s or e s q u e m o nit or e e n c ar a ct erí s ti c a s c o m o ni v e l e s d e n utri e n t e s, te m p er at ur a, a ci d e z d el m e di o , e t c. [ 2 6] El di s p o si ti v o s e b a s arí a e n u n a p at e nt e d e s arr oll a d a p or el e q ui p o d e i n g e ni er o s q u e c ol a b or ó e n s u c o n str u c ci ó n (FI G. 1 8). E n él s e d e s cri b e n l a s c ar a ct erí s ti c a s d e l a s u ni d a d e s, c o m p u e st a s p or p olí m e r o s m ul fl c a p a tr a n s p ar e nt e s o tr a n sl ú ci d a s, l a s c u al e s p o drí a n s er p er m e a bl e s a g a s e s c o m o el o xí g e n o o el di ó xi d o d e c ar b o n o y c u y a f u n ci ó n e s q u e e st o s s e a n i nt er c a m bi a d o s p or l a s mi cr o al g a s y el m e di o a m bi e nt e. E st a tr a n sf er e n ci a r e d u c e l o s c o st o s p or air e a ci ó n, ti pi c a m e nt e re ali z a d o s c o n c o m pl ej o s y c ar o s si st e m a s l o s c u al e s a d e m á s n e c e sit a n a p ort e e n er g é tt c o. [ 2 7] S e i n c or p or a n t a m bi é n l u c e s ar ti fl ci al e s, ta nt o p ar a il u mi n ar el i nt eri or, c o m o p ar a s u plir l o s r e q ui sit o s l u mí ni c o s q u e n o o b t e n g a n l o s mi cr o or g a ni s m o s d e u n a f u e nt e n a t ur al d e bi d o a e s t ar e n u n i nt eri or. P or otr a p art e, l a a pli c a ci ó n e n f a c h a d a s e s l a m á s e xt e n di d a y al i g u al q u e a ni v el in d u stri al, l o m á s c o m ú n e s q u e s e u tili c e n si st e m a s t u b ul are s o e n p a nt all a, si e n d o e s t e úl ti m o el m á s u tili z a d o. El pr o y e ct o c o n m a y or r e p er c u si ó n q u e u tili z a e st e si st e m a, a d e m á s d e s e r el pri m er e di fi ci o d el m u n d o i m p ul s a d o ú ni c a m e nt e p or al g a s, f u e l a c a s a BI Q (FI G. 1 9), d e s arr oll a d a p or el e s t u di o A R U P . L o s p a n el e s e n e s t e c a s o c u br e n l a s c ar a s s ur e st e y s uro e st e d el e di ti ci o sir vi e n d o a d e m á s c o m o ai sl a mi e nt o t ér mi c o y a c ú s ti c o. Mi e ntr a s, p or u n a p art e, s e ali m e n t a n a l o s mi cr o or g a ni s m o s c o n ali m e nt o s y C O 2, p or otr a, s e r e c ol e ct a n p eri ó di c a m e nt e, e n for m a d e p ul p a, p ar a g e n er ar bi o g á s e n u n a pl a n t a e xt er n a. [ 2 8] El ar q uit e ct o, C e s ar e Gri fi a, p or s u p art e, e x pl or a, e n e s t e c a s o n o u n a f a c h a d a e n sí, si n o u n a " gr a nj a d e al g a s " q u e f u n ci o n a a m o d o d e s e g u n d a pi el s o br e u n a s u p er ti ci e d e 7 5 x 1 8 m, c o m p u e s t a d e 2 s e c ci o n e s: u n a f a c h a d a a c fí v a y otr a f a c h a d a p a si v a (FI G. 2 0). L a s e g u n d a, s erí a s ol o u n r e v e s fi mi e nt o c o n u n o s m ó d ul o s q u e p o drí a n s er i n ti a d o s y q u e d a n c o n ti n ui d a d al c o nj u n t o ar q uit e ct ó ni c o. El pri m er o p or el c o n tr ari o s erí a el el e m e nt o pri n ci p al, si e n d o c o n s tr ui d o p ar a c u m plir l a f u n ci ó n d e c ul tí v o d e l a s al g a s, a d e m á s d e t e n er i n stal a d o u n si ste m a d e l u c e s i nter a c ti v a s c a p a c e s d e cr e ar i m á g e n es, t ext o s y a ni m a ci o n e s. E st a s e c ci ó n e st á

FI G. 1 7: (s u p eri or) “ Bi o ni c c h a n d eli er ”. F u e nt e: h ti ps:// artsf o u n d a ti o n. c o. u k/t es ti m o nials/j uli a n- m el c hi orri- 2/ p er h er o e- vis c os o- p a r a- ali m e nt os- a c ui c ol as/ FI G. 1 8: (i nf eri or) “ U ni d a d es d el f ot o bi o rr e a ct or ”. F u e nt e: U. S. P at e nt N o. W O 2 0 1 7/ 0 9 3 7 4 4 Al. W as hi n gt o n, D C: U. S. P a t e nt a n d Tr a d e m ar k O ti c e.

FI G. 1 9: “ BI Q h o us e ” h ti ps://i n h a bit at. c o m/ t h e- w orl d s-fir stal g a e- p o w er e d- b uil di n go p e n s-i n- h a m b ur g /r o e- vi s c o s o- p ar a- ali m e nt os- a c ui c ol as/

FI G. 2 0 : “ C ai d a pr o gr a m a d a d e l as al g as ” h ti ps:// c es ar e gri fl a. c o m/ 2 0 1 5/ 0 3/ 1 6/ v er ti c al- al g a e-f ar m- 2 0 1 4/

c o m p u e st a d e 1 1 7 4 m ó d ul o s or g a ni z a d o s e n 1 8 c ol u m n a s. L o s m ó d ul o s e st á n c o m p u e st o s p or u n a c á m ar a d e pl á s ti c o, c o n u n c a n al l ater al p ar a e vit ar d err a m e s y r ef or z a d a e n s u p erí m e tr o. C a d a m ó d ul o ti e n e e n e st e c a s o u n a c a p a ci d a d d e 1 0/ 1 5 litr o s. El e q ui p a mi e n t o t é c ni co s e pr o y e ct a e n s u b a s a m e nt o, d e n tr o d e e st e e s t arí a el e q ui p o d e b o m b e o c o n ci n c o d e p ó sit o s d e 4 0 0 0 litr o s d e c a p a ci d a d y q u e s o n i n s p e c ci o n a bl es. S erí a, a sí, u n ci cl o s e mi c err a d o, al el c u al si m pl e m e nt e s e l e i ntr o d u c e a g u a p ar a r e p o n er l a e v a p or a ci ó n d e l o s ta n q u e s [ 2 9]. D e ntr o d e e st e cir c uit o ( FI G. 2 1) l a s mi cr o al g a s n e c e sit arí a n a pr o xi m a d a m e nt e 1 0 mi n ut o s p ar a cir c ul ar alr e d e d or d e e st e [ 2 9].

FI G. 2 1:( arri b a) “ Sist e m a d e l a fac h a d a ”. F u e nt e: h ti ps:// c es ar e gri ti a. c o m/ 2 0 1 5/ 0 3/ 1 6/ v er ti c al- al g a e-f ar m- 2 0 1 4/ FI G. 2 2:( d er e c h a) “ Sist e m a d e l a f a c h a d a ” Ki m, K. H. ( 2 0 1 3). F u e nt e: B e y o n d Gr e e n: Gr o wi n g Al g a e F a c a d e ( R e p.). C h arl o ti e, C ar oli n a d el N ort e. d oi: 1 0. 1 7 8 3 1/ R E P: A R C C % Y 2 1 1r o e- vis c os o- p ar a- ali m e nt os- a c ui c o l as/

A v a n c e s i nt er e s a nt e s h a r e ali za d o el l a b or at ori o d e i n ve s ti g a ci ó n d e di s e ñ o a v a n z a d o d e l a U ni v e rsi d a d d e C ar oli n a d el S ur e n C h arl o ti e, c o n l a ar q uit e ct a K y o u n g H e e Ki m e n c a b e z a. U n a d e l a s i n ve s ti g a ci o n e s m á s d e s arr oll a d a s s e tr at a d e u n bi orr e a ct or e n p a nt all a si mil ar al f a bri ca d o e n l a " BI Q h o u s e " p er o c o n ti g ur a s v a cí a s q u e atr a vi e s a n s u a n c h o (FI G. 2 2). L a f a c h a d a s e di s e ñ a p or m ó d ul o s c o n e str u ct ur a d e al u mi ni o ( q u e aí sl a n t ér mi c a m e nt e al e di fl ci o) y c o n a críli c o ( p olí m ero t er m o pl á sti c o tr a n s p ar e nt e) q u e f a cilita l a f a bri ca ci ó n, d a m a y or r e si st e n ci a i m p a ct o y e s m á s li g er o q u e e l vi dri o [ 3 0].

E n c u a nt o a l a s p erf or a ci o n e s e n s u di s e ñ o, ti e n e n c o m o ti n ali d a d p er mi tir u n a vi si ó n ní fl d a d el e x t eri or, a sí c o m o u n a c orr e ct a il u mi n a ci ó n y v e n til a ci ó n. S e e s t u di a n dif e r e nt e s g e o m e trí a s c o m bi n a d a s c o n dif er e nt e s o p a ci d a d e s m e di a nt e tr at a mi e nt o c o n c h orr o s d e ar e n a e n l a z o n a o c u p a d a p or l a s al g a s, p u di e n d o a sí r e d u cir el tt nt e v er d e tr a n s mi ti d o al i nteri or c o n s er v a n d o l a m a y or c a n fl d a d l u mí ni c a. Otr a c ar a ct erí s ti c a i m p ort a nt e p ar a pr o p or ci o n ar a m b a s p art e s d el p a n el y q u e s e h a r e ali za d o el e q ui p o d e K. Ki m e s s u c a p a ci d a d e str u ct ur al, pr o d u ci é n d o s e l a m á xi m a t e n si ó n e n l o s b or d e s d el p a n el y e n el p erí m etr o d e l o s v a cí o s (FI G. 2 3). FI G. 2 3: (s u p eri or) “ Sist e m a d e l a f a c h a d a ” Ki m, K. H. ( 2 0 1 3) . F u e nt e: B e y o n d Gr e e n: Gr o wi n g Al g a e F a c a d e ( R e p.). C h arl o fi e, C ar oli n a d el N ort e. d oi: 1 0. 1 7 8 3 1/ R E P: A R C C % Y 2 1 1r o e- vis c os o- p ar a- ali m e nt os- a c ui c o l as/ FI G. 2 4: (i nf eri or) “ Sist e m a d e l a f a c h a d a ” Ki m, K. H. ( 2 0 1 3) . F u e nt e: B e y o n d Gr e e n: Gr o wi n g Al g a e F a c a d e ( R e p.). C h arl o ti e, C ar oli n a d el N ort e. d oi: 1 0. 1 7 8 3 1/ R E P: A R C C % Y 2 1 1r o e- vis c os o- p ar a- ali m e nt os- a c ui c o l as/ FI G. 2 5: ( d er e c h a) “ Sist e m a d e l a f a c h a d a ”. F u e nt e: h fi ps://f a c a d es pl us. c o m/ u n c- c h ar l o ti es-i nt e gr at e d- d esi g n-r es e ar c h-l a b-i m a gin es- a n- al g a e- gl ass- c urt ai n w all/

P or otr a p art e, n o s ol o e st u di a n l a r e si st e n ci a e str u ct ur al d e l a f a c h a d a si n o

t a m bi é n s u s c ar a ct erí s ti c a s t ér mi ca s m e di a nt e t er m o gra ti a (FI G. 2 4) c o n u n a dif er e n ci a t ér mi ca d e l a z o n a d e vi si ó n c o n l a d e al g a s d e 7, 2 gr a d o s c e n ti gr a d o s ( 2 0, 5 5o C c o ntr a 2 7, 7 7o C) [ 3 0]. E n p o st eri or e s pr ot o ti p o s, el mi s m o e q ui p o h a r e ali za d o v ari a ci o n e s s o br e e st e m o d el o , u tili z a n d o dif e r e nt e s m at eri al e s y ti p o s d e bi orr e a ct or e s ll e ga n d o a r e s ulta d o s m u y i nter e s a nt e s a ni v e l e st é fl c o y q u e d a n a ú n m á s ti e xi bili d a d a e st a i n stal a ci ó n. Si st e m a s t u b ul ar es, hi n c h a bl e s, c o m p ar ti m e n t a d o s, o s u s p e n di d o s s erí a n al g u n a d e l a s e x pl or a ci o n e s r e ali za d a s, a u n q u e d e m o m e nt o si n u n a n áli si s t a n p or m e n ori z a d o c o n el d e ll e n o s y v a cí o s e x p u e s t o a nt eri or m e nt e. [ 3 1] E n c u a nt o a l a s i n st al a ci o n e s e n el e xt eri or s e p o drí a n n o m br ar d o s pr o y e ct o s d e E c o L o gi c St u di o, " Ur b a n Al g a e F oll y " y " A bi ot e c h n ol o gi c al pl a y gr o u n d ". El pri m er o ( FI G. 2 6) s e c o n str u y e c o n m o ti v o d e l a e x p o si ci ó n d e Mil á n d e 2 0 1 5. U n o d e l a s pri n ci p al e s a p ort a ci o n e s d e e st e pr o y e ct o e s l a i nter a c ci ó n d e l o s u s u ari o s c o n l a pr o pi a ar q uit e ct ur a vi v a. E n e st e c a s o s e cr e arí a u n a vi n c ul a ci ó n dir e ct a e ntr e l o s i nt er e s e s d e l o s vi a n d a nt e s c o n el d e l a s al g a s y e s q u e c u a n d o l o s u s u ari o s p a s a n p or d e b aj o d el p a b ell ó n (FI G. 2 7), u n a s v ál v ul a s q u e c o n tr ol a n el ti uj o d e 9 cir c uit o s d e a g u a y mi cr o al g a s pr o v e ni e nt e s d e 3 t a n q u e s, a bri é n d o s e o c err á n d o s e e n f u n ci ó n d e l a u bi c a ci ó n d e c a d a p er s o n a. [ 3 2]

FI G. 2 6: (s u p eri or) “ Ur b a n Al g a e F oll y ”. F u e nt e: h ti ps:// w w w. e c ol o gi cst u di o. c o m/ v 2 / pr oj e ct. p h p ?i d c at = 3 &i d s u b c at = 7 1 &i d pr oj = 1 4 7 # 1 1 9 7 5 4 7 2 FI G. 2 7: (i nf eri or) “ M o d el o 3 d d el c o nj u nt o d e Ur b a n Al g a e F oll y ” . F u e nt e: h ti ps:// p u c k e tír a n d. c o m/ ur b a n- al g a e-f oll y FI G. 2 8: (iz q ui er d a) “ C aj a d e c o ntr ol s u b t err a n e a d e Ur b a n Al g a e F oll y ”. F u e nt e: htt p s:// p u c k ettr a n d. c o m/ ur b a n- al g a e-f o ll y y h ti ps:// w w w. e c ol o gi cst u di o. c o m/ v 2 / pr oj e ct. p h p ?i d c at = 3 &i d s u b c at = 7 1 &i d pr oj = 1 4 7 # 1 1 9 7 5 4 7 2 24

P ar a q u e el si ste m a f u n ci o n e, s e i n stal a n a d e m á s d e l a s v ál v ul a s d e p a s o, u n o s s e n s or e s c o n e ct a d o s a u n a pl a c a ar d ui n o m e g a, l o s c u al e s m o nit or e a n t a nt o l a b u e n a s al u d d e l a s al g a s a tr a v é s d el p H y l a t e m p er at ur a, c o m o l a pr o xi mi d a d d e l o s u s u ari o s a l a s di s fl nt a s p art e s d el p a b ell ó n (FI G. 2 8). S e i ntr o d u c e p or otr a p art e, el E F T E ( p olí m ero t er m o pl á sti c o d e gr a n r e si st e n ci a al c al or c u y a s si gl a s pr o vi e n e n d e E ttl e n o T e tr a Fl u or o E til e n o) c o m o c o nt e n e d or d e l a i n stal a ci ó n. E st e m at eri al pr o p or ci o n a u n a b u e n a r e si st e n ci a a l a c orr o si ó n, al c al or y a l o s ra y o s U V .[ 2 3] E n c u a nt o al s e g u n d o pr o y e ct o ( FI G. 2 9), s e tr at a d e u n p a fl o d e j u e g o d e ntr o d e u n p ar q u e c o n s tr ui d o c o m o u n cili n dr o d e m a d er a e n el c u al s e i n s ert a n 5 2 bi orr e a ct or e s d e vi dri o. A tr av é s d e s u m orf ol o gí a, el air e ti u y e c o n m a y or f a cili d a d, c o n s tr u y é n d o s e a d e m á s u n a m e m br a n a c ó ni c a c o n el ti n d e a u m e nt ar l a v e n til a ci ó n, pr ot e g er d el s ol y r e col e ct ar el a g u a d e l a ll u vi a. El pr o y e ct o a d e m á s, r e co pil a d at o s s o br e s u i n ti u e n ci a e n s u e nt or n o i n m e di at o m e di a nt e s e n s or e s d e p ar fi c ul a s a ér e a s c o m o di ó xi d o d e c ar b o n o, di ó xi d o d e a z ufr e o p ar ti c ul a s ti n a s P M 2. 5 ( si gl a s e n i n gl é s d e m at eri a p ar fi c ul a d a) ( c o m o p ol v o , h ollí n, c e ni z a s, p ol e n e ntr e otr a s). P or a h or a, s e h a e n c o n tr a d o q u e el p a b ell ó n r e d u c e h a st a u n 8 5 % d e e st a s úl ti m a s. [ 3 4] P or úl fí m o, m e n ci o n ar al g u n o s pr o y e ct o s q u e i ntro d u c e n l a u fili z a ci ó n d e

FI G. 2 9: F u e nt e: “ A bi ot e c h n ol o gi c al pl a y gr o u n d ” h fi ps:// w w w. p h ot os y nt h e fi c a. c o. u k/ air b u b bl e

u n bi o g el c o m o m e di o d e c ul ti v o d e l a s mi cr o al g a s. E st e g el e s i nter e s a nt e y a q u e p er mit e r e d u cir el ni v e l d e h u m e d a d n e c e s ari o p ar a q u e l a s al g a s p u e d a n s o br e vi vir si e n d o a ú n si c a b e m á s ti e xi bl e l a l o c ali za ci ó n d e s u a pli c a ci ó n. P or otr a p art e, el cr e ci mi e n t o d e l a s al g a s e n e s t e a m bi e nt e s e pr o d u c e e n f or m a d e gr u p o s c u a si e s f éri c o s y n o d e m a n er a i n di vi d u al l o q u e p er mit e u n a s e p ar a ci ó n gr a vi m étri c a d e l o s or g a ni s m o s, m a n er a m u c h o m á s s e n cill a d e o bt e n er el bi o di e s el q u e l a u tili z a d a e n u n e n t or n o c o m pl et a m e nt e lí q ui d o.[ 3 5] P or el m o m e nt o E c ol o gi c st u di o e s el pri n ci p al e st u di o e n l a u flli z a ci ó n d e e st e g el c o n e x hi bi ci o n e s s o br e f a c h a d a s c o n c or ti n a s ( FI G. 3 0) c o m o l a s d e C e s ar e Gri ti a, p er o t a m bi én b u s c a n d o l a f or m a ar q uit e ct ó ni c a q u e m á s s e a d e c u arí a a e st e m at eri al. U n ej e m pl o d e e st o e s el pr o y e ct o H. O . R. T. U. S. X L ( FI G. 3 1) e n e st e i n ye ct a n u n a m ez cl a d e g el y mi cr o al g a s s o br e u n a s u b e str u ct ur a i m pr e s a e n 3 D c u y o cr e ci mi e nt o si m ul a al d e u n c or al si e n d o e st e e s ti m ul a d o p or l a r a di a ci ó n q u e l e r o d ea. A sí, l a s al g a s s e sit u arí a n e n l a s z o n a s d e m a y or i n ci d e n ci a s ol ar a u m e nt a n d o el r e n di mi e nt o d e l a i n st al a ci ó n. [ 3 6]

T a bl a c o m p ar ati v a P ar a p o d er o bs e r v ar c o n m a y or cl ari d a d l o s di s ti n t o s pr o y e ct o s a nt e s m e n ci o n a d o s, s e r e ali za u n a t a bl a q u e l o s sit ú a e n el fl e m p o y q u e r es u m e l a s pri n ci p al e s c ar a ct erí s ti c a s d e c a d a u n o, s u a ut or , s u n o m br e, s u t a m a ñ o el tt p o d e bi orr e a ct or y el m a t eri al q u e l o c o nf or m a. 25

Ti p No FI G. 3 0: (s u p eri or) " P h ot o. S y nt h. E ti c a c urt ai n". F u e nt e: h ti ps:// ur b a n n e xt. n et/ p h ot o-s y nt h- e ti c a/ FI G. 3 1: (i nf eri or) “ H. O. R. T. U. S. X L”. F u e nt e: htt ps:// w w w. e c ol o gi c st u di o. c o m/ pr oj e ct s/ h- o-r-t- u-s-xl- ast a x a nt hi n- g

Añ

Ta o

ño

Ma o

bi o

di o

ri al

d el

bi o

Li vi n g t hi n g s

J a c o b D o u e ni a s

2015

agua

r e ci pi e nt e

vi dri o

Bi o ni c C h a n d eli er

J uli a n M el c hi orri

2017

agua

c ojí n n e u m áti c o

p olí m er o

BI Q h o u s e

J a c o b D o u e ni a s

2013

agua

pl a n o

vi dri o

V erti c al Al g a e F ar m

C e s ar e Griff a

2015

agua

c ojí n n e u m áti c o

pl á sti c o

Mi cr o al g a e F a c a d e

K y o u n g H e e Ki m

2013

agua

pl a n o

a críli c o

Ur b a n Al g a e F oll y

E c ol o gi c st u di o

2015

agua

t u b ul ar fl e xi bl e

EFTE

A bi ot e c h n ol o gi c al pl a y gr o u n d

E c ol o gi c st u di o

2020

agua

r e ci pi e nt e

vi dri o

P h ot o. S y nt h eti c a C urt ai n

E c ol o gi c st u di o

2018

g el

t u b ul ar fl e xi bl e

EFTE

H. O. R. T. U. S X L

E c ol o gi c st u di o

2019

g el

c el d a

pl á sti c o i m pr e s o

7. Pr ot oti p o El pr ot o ti p o s e b as ar á e n l a c o ns tr u c ci ó n d e u n bi orr e a ct or c a p az d e i nt er a c ci o n ar c o n el a m bi e nt e (i n cl us o c o n l a p osi bili d a d d e h a c erl o c o n el us u ari o) y est e c o n l as al g as, a d e m ás d e ell o, t a m bi é n r e col e ct ar á d at os p ar a m o di ti c ar el dis e ñ o. Est e pr ot o ti p o s er virí a c o m o b as e p ar a c o n o c er l as p osi bili d a d es y r e q u eri mi e nt os d e l os bi orr e a ct or es q u e c o n f or m a n u n a i nst al a ci ó n d e mi cr o al g as, así c o m o d el siste m a q u e e n ví a i nfor m a ci ó n d e v u elt a a l os us u ari os d el es p a ci o d o n d e s e i ntr o d u c e n.

FI G. 1: ( p á gi n a a nt eri or) " D et all e d el pr ot o ti p o." F u e nt e: el a b or a ci ó n pr o pi a.

P ar a l a c o nstr u c ci ó n d el bi orr e a ct or es d e vit al i m p ort a n ci a l a s e n cill ez e n s u dis e ñ o, c o n el ti n d e q u e el m o d el o n e c esit e l a mí ni m a c a n ti d a d d e r e c urs os y q u e a l a v ez p u e d a s er f á cil m e nt e r e pli ca d o p or u n dis e ñ a d or si n pr of u n d os c o n o ci mi e nt os e n est e t e m a e n c o n cr et o. El bi orr e a ct or pr o p u es t o c o n st ar á e n est e c as o d el d e p ósit o q u e c o n ti e n e a l as al g as, a d e m ás d e l os s e ns or es q u e s er virá n p ar a cr e ar u n a r es p u est a a l os d at os o bt e ni d os. El C O 2, l a t e m p erat ur a y l a l u mi n osi d a d s er á n l os f a ctor es q u e s e t o m ar á n c o m o c o ntr ol. El d e p ósit o c o nst a d e u n a c aj a d e m et a cril at o a l a c u al s e i ntr o d u c e el b ur b uj e a d or q u e c a p t a el air e d el e x t eri or y l o distri b u y e e n l a s ol u ci ó n c o n l as mi cr o al g as.

FI G. 1: S e ns or G Y- 3 0 2 B H 1 7 0. h fi ps:// w w w. a m a z o n. e s/ A Z D eli v er y-l u mi n o si d a dA r d ui n o - R a s p b e r r y -i n cl ui d o / d p /

E n c u a nt o a l a i ntro d u c ci ó n d e n utri e nt es, p es e a q u e e n u n a f ut ur a i m pl e m e nt a ci ó n s erí a m ás s oste ni bl e y m ás e fl ci e n t e l a r e c u p era ci ó n d e l as a g u as gris es d el siste m a d e s a n e a mi e nto d el e di ti ci o d e ntr o d e u n t a n q u e d e c ul ti v o, e n est e e x p eri m e n t o s e pr o p or ci o n ar á n n utri e nt es d e ori g e n ar ti ti ci al, i ntr o d u ci d os e n u n fl e m p o c o ns t a nt e d e 2 4 h or as c o n el ti n d e n o dist orsi o n ar l os r es ult a d os. P or úl tt m o, s e i nter p ol ar á n l a pr o d u c ti vi d a d e n f u n ci ó n d el fl e m p o p or l os litr os d e bi o di es el q u e s e p u e d e o bt e n er d e m e di a e n u n c ul ti v o d e u n kil o d e es pir uli n a. - S e n s o r e s d e l uz (lu x e s): s e u ti li z a rí a u n m o d el o G Y- 3 0 2 B H 1 7 0, est e s e ns or p er mit e m e dir c o n u n a pr e cisi ó n d e h ast a 0, 5 l u x es c a d a 1 2 0 ms o 4 l u x es c a d a 4 ms. [ 3 7]

FI G. 2: S e ns or D S 1 8 B 2 0. El a b or a ci ó n pr o pi a. h fí ps:// w w w. a m az o n. es/ n Ji a M e - D S 1 8 B 2 0 - T e m p e r a t u r a -

( Fi g ur a 1) - S e ns or d e t e m p eratr a p ar a lí q ui d os: s u m o d el o s erí a el D S 1 8 B 2 0, m e dirí a t e m p erat ur as e ntr e - 5 5 º C y + 1 2 5 º C y u n a pr e cisi ó n s u p eri or a ± 0. 5° C e n el r a n g o – 1 0° C d e + 8 5° C. [ 3 8] ( Fi g ur a 2) - S e ns or d e t ur bi d ez: s e us a u n m o d el o T S W- 2 0 M, est e d et e ct a p ar ti c ul as s us p e n di d as e n el a g u a mi di e n d o l a tr a ns mita n ci a d e l a l uz y l a t as a d e dis p ersi ó n. [ 3 9]

FI G. 3: S e ns or T S W- 2 0 M. El a b or a ci ó n pr o pi a. h fi ps:// w w w. a m az o n. es/t ur bi d ezM o nit ori z a ci % C 3 % B 3 n- c ali d a d-r e si d u al e s-

( Fi g ur a 3) - S e ns or d e C O 2: p or úl ti m o, el fi p o u tiliz a d o p ar a est e s e ns or s erí a el H M Z- 1 9. C o nst arí a d e u n t u b o a bi ert o q u e r e co g e el air e e n l a z o n a, c o n u n di o d o i nfrarr oj o e n u n e x tr e m o y u n r e c e pt or d e l uz e n el otr o e x tr e m o. A bs or b e l a l uz i nfrarr oj a y l a c a n ti d a d d e l uz q u e r e ci b e e n el d et e ct or es i n vers a m e nt e pr o p or ci o n al a l a c o n c e ntr a ci ó n d e C O 2 e n el air e. [ 4 0] ( Fi g ur a 4)

FI G. 4: S e ns or M H- Z 1 9. El a b or a ci ó n pr o pi a. h ti ps:// w w w. a m az o n. es/ Al m e n cl aDi % C 3 % B 3 xi d o- C ar b o n o- M o nit or- C ali d a d/

O ut p uts: - P a nt all a L C D: H D 4 4 7 8 0 1 6 0 2 d e 1 6 x 2 c ar a ct er es ( Fi g ur a 5) - Mi ni m ot or: m o d el o D C 3 V- 6 V ( Fi g ur a 6) Bi orr e a ct or: - C aj a d e m et a cril at o d e 2 m m - Air e a d or d e a c u ari o - Mi cr o al g as ( es pir uli n a) - Ali m e nt o ( m a cr o n utri e ntr es):

FI G. 5: H D 4 4 7 8 0. h ti ps:// w w w. a m az o n. es/ A Z D eli v er y- H D 4 4 7 8 0- P a nt all a- c ar a ct er e si n cl ui d o/ d p/ B 0 8 2 1 6 W M DJ/r ef =sr _ 1 _ 2 0 ? _ _

- 1 0 0 gr Nitr at o d e P ot asi o - 1 0 gr F osf at o m o n o a m ó ni c o - 5 gr S ulf at o d e p ot asi o - 5 gr S ulf at o d e m a g n esi o - Mi cr o n utri e nt es:

FI G. 6: Mi ni m ot or D C 3 V- 6 V. h ti ps:// w w w. a m a z o n. e s / A N G E E K- pi e z a s- Mi ni- M ot orAr d ui n o/ d p/ B 0 7 V C M Z C C Y/r ef = sr _ 1 _ 5 ? _ _

- Q u el at o d e hi err o M at eri al c o m pl et m e nt ari o: - C a bl es D u p o nt m a c h o- m a c h o y m a c h o- h e m br a. ( Fi g ur a 7) - Ar d ui n o U N O

( Fi g ur a 8) - Pr ot o b o ar d FI G. 7: C a bl es d u p o nt. h ti ps:// w w w. a m a z o n. e s / N e uf t e c h-J u m p e r- D u p o ntC a bl e - A r d ui n o / d p / B 0 0 M 9 X O C V 4 /

( Fi g ur a 9) Pr ot e ct or s ol ar: - List o n d e m a d er a - C art uli n a

FI G. 8: Ar d ui n o U N O. h ti ps:// w w w. a m az o n. e s / A N G E E K- pi e z a s- Mi ni- M ot or- Ar d ui n o / d p / B 0 7 V C M Z C C Y / r ef = s r _ 1 _ 5 ? _ _ m k _

FI G. 9: Pr ot o b o ar d. h ti ps:// w w w. a m az o n. e s / A N G E E K- pi e z a s- Mi ni- M ot or- Ar d ui n o / d p / B 0 7 V C M Z C C Y / r ef = s r _ 1 _ 5 ? _ _ m k _

Es i m p ort a nt e s a b er c ó m o s e r el a ci o n a n l os s e ns or es c o n el el e m e nt o tisi c o d el c u al r e c ol e ct a n l os d at os, y q u e fl p os d e tr a nsf or m a ci o n es s e l e h a d e a pli c ar a ell os, p ar a q u e s e aj ust e n al r es ult a d o ti n al es p er a d o. E n est e s e n ti d o, pri m er o s e m u estr a n est as r el a ci o n es a tr av és d e d os es q u e m as q u e, p ost eri or m e nt e s e i ntro d u cir á n e n el I D E d e Ar d ui n o. U n a d e l a i nst al a ci ó n q u e s e est á pr ot o ti p a n d o y otr a d e pr ot o ti p o e n sí. L a pri m er a, r el a ci o n a l a pl a c a ar d ui n o, c o n l as mi cr o al g as, l as p ers o n as y el a m bi e nt e. E n el c e ntr o, l as al g as sit u a d as e n el p a fl o d e l a es c u el a, r e ci birí a n el a g u a d el m e di o d e c ul ti v o y el air e d el a m bi e nt e ( e n est e c as o c e ntr a d o e n el C O 2) y l a e n er gí a d el s ol e n f or m a d e l uz. P os t eri or m e nt e, est as e x p uls arí a n el o xí g e n o y el a g u a a l a at m os f er a a d e m ás d e u n a p art e d e l as mi cr o al g as q u e s er á p ost eri or m e nt e c o n v er tt d o e n bi o di es el. P or otr a p art e, s e t o m a n d at os d e l a c a n ti d a d d e e n er gí a e x tr aí d a y s e e n ví a n a l a p a nt all a l e d sit u a d a e n l as p ar e d es d el es p a ci o c e ntr al d e l a E T S A C. T a m bi é n ll e g arí a a est e p a n el l a c a n fl d a d d e C O 2 r e col e ct a d o e n c o m p ar a ci ó n a c ó m o s erí a el l u g ar si n mi cr o al g as. P or úl ti m o, el c al or y l a c a n ti d a d d e l u x es q u e ll e g a n a c a d a

biorreactor son evaluados en el procesador y se valora si se han de reducir tapándolo con el protector solar o no.

Patio

FIG.16: Esquema del sistema a prototipar. Elaboración propia.

En el segundo esquema se adapta el anterior para el prototipo, se sustituye el pesaje del biodiesel por un sensor de turbidez que nos permite conocer la cantidad de microalgas por litro que habría y se introducen los nutrientes de forma manual.

Por lo que respecta al resto del esquema la solución sería prácticamente la misma.

FIG.15: Esquema del prototipo. Elaboración propia.

7.1 Hardware Para la construcción del biorreactor se busca la flexibilidad en su diseño, en este sentido se diseñan los componentes básicos de este y la forma de que, a través de piezas desmontables, puedan ser intercambiadas en un futuro por otras, o se puedan agregar otras piezas. Por otra parte, se intenta consumir la menor cantidad de materiales ya que el propósito de este prototipo es ejemplificar como se puede llevar un modelo a pequeña escala a su extrapolación, no solo a una escala mayor sino a la multiplicación el número de elementos. El prototipo está constituido por una pieza superior en la cual se insertan las piezas electrónicas, la placa arduino, una protoboard para facilitar la añadidura de sensores, una entrada al recipiente contenedor de las microalgas además de un respirador que conecta este último con el ambiente, permitiendo la evaporación del agua y la expulsión del oxígeno. A su lado, se encuentra otra entrada para el aireador que introduce el aire ambiente viciado al biorreactor. Por último, en la parte superior se encuentra una rejilla para el sensor de CO2, el cual se sitúa bajo el. Inferior a esta pieza, se encuentra el contenedor de la spirulina cuyas medidas son: 24,5 x 5 x 18 cm, aproximándose estas a las proporciones de otros fotobiorreactores estudiados. Las juntas se sellan con silicona para peceras, buscando así el menor daño para los microorganismos. Por último, un soporte para la pantalla LCD que puede ser anclada al resto del biorreactor. 31

FIG.17: Axonometría del diseño con todas las piezas finales incorporadas. Elaboración propia.

Se diseña un sistema de pestañas que sirven de unión mecánica entre las piezas, que permiten fácilmente la extracción y sustitución de una pieza, que permitiría añadir aplicaciones al modelo, evolucionando este a cada paso. En este caso, la parte del esquema que relacionaría el biorreactor con su ambiente (Fig. 15) es diseñado únicamente como elementos que se podrían incluir al prototipo, el protector solar, que podría ser controlado por un sensor de luxes y un sensor de temperatura dentro de las microalgas. Con respecto al diseño original el lateral P1 es modificado para mejorar la estabilidad del biorreactor.

Caja de elementos electrónicos

P2 Tejido de protección solar

Motor Rejilla sensor de CO2

Tanque del biorreactor

Grupo del LCD

Rejilla sensor de CO2

L a f a bri c a ci ó n s e r e aliza c o n m á q ui n a d e c ort e l as er e n pl a n c h as d e m et a cril at o d e 2 m m, es p es or s u ti ci e nte t e ni e n d o e n c u e nt a el t a m a ñ o g e n er al d e l as pi ez as. A nt es d e l a i ntro d u c ci ó n d e l as al g as s e s ell ar á n l as pi e z as c e ntr al es c o n sili c o n a a pt a p ar a p e c er as, cr e a n d o u n r e ci nt o est a n c o e i n o c u o p ar a l os mi cr o or g a nis m os.

FI G. 1 8: F ot o l at er al El a b or a ci ó n pr o pi a.

d el

pr ot o ti p o.

FI G. 1 9: F ot o c e nit al El a b or a ci ó n pr o pi a.

d el

pr ot o ti p o.

FI G. 2 0: F ot o fr o nt al El a b or a ci ó n pr o pi a.

d el

pr ot o ti p o.

FIG.21: Axonometría explotada y alzados del diseño construido. Elaboración propia.

Respiradero Rejilla sensor de CO2 Conducto del aireador

Sensor de CO2 MH-Z19b Protoboard

Arduino Uno

Cables dupont

P2 Salida de cables a LCD

Sensor de turbidez TSW-20M

Entrada USB Entrada plug alimentación Microalgas Spirulina Caja de metacrilato

Pantalla LCD

Introducción de aire Expulsión de O2 71,6

89,6 82,0 13,0

32,7 2,0 30,1

12,0

7,8 4,4 11,0

2,5 18,1

13,0

7,2 12,0

7,7

37,5 80,0 35,0 24,4 179,9

94,1

89,9 50,6

38,0 31,6 41,0

244,0 46,2

56,0

FIG.19: Piezas del diseño construido. Elaboración propia.

FIG.22: Piezas complementarias. Elaboración propia.

7.2. Software Para establecer una relación entre los elementos, la placa debe de procesar las variaciones de voltaje que llegan de cada "input" y enviar los datos procesados a los diferentes "outputs" del prototipo. El código escrito en Arduino basado en el lenguaje C+, es el que permite controlar cada elemento, modificando los datos de voltaje a medidas usuales para cada detección, por ejemplo en el caso de CO2 en parte por millón (ppm) y en el caso de la turbidez, en porcentaje según un líquido que no deje pasar ningún tipo de luz y el agua totalmente cristalina. En este último caso, la turbidez nos ayudará a conocer que cantidad de energía se podría producir en una cantidad dada, por ejemplo, en el caso de que hubiese un 40% de turbidez indicaría que, en un litro, hay 40gm de microalga seca y en un 50% de turbidez de agua se podría extraer 50gm. Con esto se podría hacer una conversión al poder calorífico de las microalgas. Por otra parte, también se envían los datos en tiempo real a Python (lenguaje de programación más sencillo que C+), donde son procesados y dibujados en dos gráficas y de esta manera analizar de forma más efectiva la interacción, microalgas, personas y ambiente.

El objetivo último de este código es permitir el transvase de información procedente de las microalgas al usuario y así crear una interacción continua, cuanto mayor número de personas, mayor concentración de CO2 y cuanto mayor cantidad de CO2, mayor concentración de las microalgas y por tanto mayor generación de energía. Por esto último, es interesante en este aspecto que haya un uso intensivo del espacio en el cual se introducen los biorreactores. En esta prueba no se muestra la cantidad de energía producida a tiempo real, ya que dificultaría la comparación de los datos, pero en la instalación final, simplemente se tendría que introducir la conversión de gramos (gr.) de microalga por litro inicial a gramos de microalga por litro para la turbidez final. Con este dato bastaría multiplicar la cantidad de biomasa que se podría extraer por la capacidad calorífica de esta, en este caso 30 MJ/kg.[41]

/* Se hace una aproximación de los valores energéticos extraidos de los gramos iniciales de la muestra. https://www.hindawi.com/journals/jc/2012/285185/, poder caloríﬁco de las algas, la gasolina tiene entre 43.5 y 47.7 MJ/Kg */

#include <LiquidCrystal.h> #include <Arduino.h> #include “MHZ19.h” #include <SoftwareSerial.h>

Aclaraciones con respecto a algún punto del código.

Se importa las librerías que ayudarán al control de la pantalla LCD, y el sensor de CO2.

LiquidCrystal lcd (4, 5, 6, 7, 8, 9); //MAPEO DE PINES #define turbidAPin A0 #define RX_PIN 3 #define TX_PIN 2 MHZ19 myMHZ19; SoftwareSerial mySerial(RX_PIN, TX_PIN); // PARÁMETROS DE OPERACIÓN int const interval = 240; // numero de count por cada ciclo de muestreo, mínimo 60 int deLay = 100; // tiempo de retraso entre cada punto de muestreo, en milisegundos int unsigned count = 0; long previousMillis1 = 0; long previousMillis2 = 0; long intervaldisp = 200000; long intervaldisp2 = 100000; long intervalupdisp = 2; int read25, read35, read45, read55; float Vclear = 4.6; float voltage_1 = 0.000; float turbidity = 0.000; int seconds = 0;

Introducción de parámetros utilizados dentro del código, es decir, la pantalla LCD, los sensores y otros parámetros de medición asociados a ellos. LiquidCrystal lcd introduce la pantalla LCD en los pines 4, 5, 6, 7, 8 y 9, los cuales controlan diferentes funciones de esta, desde el contraste hasta los caracteres que le son transmitidos. Se introducen también los pines que sirven como input, el A0 que cogería los valores de la turbidez y los pines 2 y 3 que cogen los valores del sensor de CO2. Los siguientes parámetros serviran para controlar el tiempo que transcurre desde que se inicia el muestreo de la turbidez y el CO2 y el momento en el que se refresca la pantalla. También se establecen los valores iniciales de voltaje de los sensores y el voltaje que permite transmitir el agua sin microalgas, en este caso aproximadamente 4.6 V (ﬂoat Vclear = 4.6).

int nivel CO2 = 0; int unsigned aRead = 0; int unsigned averageRead = 0;

void setup() { // Start Serial communication Serial.begin(9600); pinMode(turbidAPin, INPUT); lcd.begin(16, 2); //Clear the buﬀer. lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Calentando"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Turbidez y CO2"); delay(1000);

En el apartado void setup se introducen las instrucciones sobre las primeras acciones que debe acometer al código. Se inicial la comunicación en este caso a 9600 baudios (Serial.begin(9600)), posteriormente se establece el pin del sensor como un receptor y se introducen los pixeles de la lcd (16 x 2). Finalmente se manda en la primera linea del lcd la palabra “Setup” y en la segunda la frase “ Turbidez y CO2”.

myMHZ19.printCommunication(); myMHZ19.begin(mySerial); }

void loop() { unsigned long currentMillis = millis();

Se inicia en el void loop un ciclo de repetición, ejecutando a su paso los parámetros introducidos en su interior. Por otra parte, se inicia un cronómetro para controlar el tiempo de toma de las muestras de CO2 y turbidez (millis()).

//Sensor de CO2 if (currentMillis - previousMillis1 > intervaldisp2) { int CO2; CO2 = myMHZ19.getCO2(); //Serial.println(CO2); readSensor(CO2); String graphCO2 = ""; graphCO2 += String(currentMillis/1000); graphCO2 += " "; graphCO2 += String(CO2); graphCO2 += " 1";

Serial.println(graphCO2); previousMillis1 = currentMillis; }

//Sensor de turbidez

if (currentMillis - previousMillis2 > intervalupdisp) { int unsigned intercept = count % interval; //el resto de count voltage_1 = map(analogRead(turbidAPin), 0, 900, 0, 5000); ﬂoat voltage = voltage_1 / 1000; turbidity = 100 - (voltage * 100 /Vclear); if (turbidity < 0) { turbidity = 0; } /*gramos = (turbidity * gramosinic /initurbidity); energy = 20(KJ) * gramos*/

Se inician las acciones relacionadas con la turbidez.

Si el intervalo de tiempo entre el ciclo actual y el anterior es mayor al intervalo establecido para ejecutar la pantalla entonces se ejecutarán las acciones del sensor. En este punto se inicia la conversión de voltajes a porcentaje de turbidez como porcentaje entre el agua pura y un agua que capture cualquier tipo de luz. Posteriormente a través de una serie de conversiones se transformaría este porcentaje en cantidad aproximada de energía que se podría producir en ese instante.

{

if (intercept < 60) //introduce algunos valores para mayor precisión

}

if (intercept == 25) { read25 = turbidity; } if (intercept == 35) { read35 = turbidity; } if (intercept == 45) { read45 = turbidity; } if (intercept == 55) { read55 = turbidity; }

if (intercept == 60) { String dataString = ""; averageRead = round ((read25+read35+read45+read55)/4); dataString += String(averageRead); dataString += " "; seconds = millis()/1000; dataString += String(seconds); //Serial.println(dataString); if (currentMillis - previousMillis2 > intervaldisp) //2200 { Serial.println (currentMillis + String("current")); Serial.println (previousMillis2 + String("previous2"));

Se recopilan valores del sensor a unos determinados intervalos para tener mayor precisión en los datos recopilados.

Porción del código que al ejecutarse envía una frase a python con el momento en el que se ha tomado la muestra y el valor de la turbidez. En python posteriormente se ejecutará un código para crear una gráfica con estos valores. También se ejecutará el void updateDisplay que muestra el porcentaje de turbidez en la pantalla.

Serial.println('v'); updateDisplay (averageRead); }

}

{

}

previousMillis2 = currentMillis;

} count ++;

void updateDisplay(int averageRead) lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Porcentaje de"); String Turbidez = ""; Turbidez += "turbidez: "; Turbidez += String (averageRead); Turbidez += "%"; lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(Turbidez);

Aquí se establece que frase que se ha de poner y donde en la lcd con respecto a la turbidez.

void readSensor(int CO2) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Nivel de CO2: "); lcd.setCursor(0,1); String dioxcarb; dioxcarb = String (CO2); dioxcarb += " ppm"; lcd.print(dioxcarb); }

Aquí se establece que frase que se ha de poner y donde en la lcd con respecto al CO2.

7.3. Pruebas controladas En este punto, se inicia la toma de datos los cuales nos servirá para poner en comparación los obtenidos por el prototipo una vez en marcha y con las algas introducidas en su interior. Se realizan diversas pruebas comparativas para comprobar la eficacia de las microalgas extrayendo el CO2 del ambiente y como esto modifica la turbidez. La cantidad de dióxido de carbono inicial se sitúa aproximadamente en 800 ppm dentro de 3 contextos. En primero caso, el ensayo se realiza sin ubicar las algas dentro de la habitación, que tendría medidas de 3 x 4,3 x 2,5 m y con una ventana al exterior de 2,8 x 1,8 m (la cual permanecerá cerrada a lo largo de las pruebas), midiendo las diferencias producidas por la filtración de aire de estancias adyacentes, el segundo sería la misma habitación con microalgas y la tercera sería situar las microalgas dentro de una caja transparente de polipropileno de 35 x 55 x 30 cm, con el fin de reducir el volumen de aire y notar mejor la sensibilidad del ensayo. En este último caso, este pequeño recinto se encontraría en la habitación anteriormente descrita (de orientación sur) en un primer lugar y posteriormente en otra de características similares (de orientación oeste) pudiendo así observar las posibles incidencias de la orientación en la captación de CO2. Según normativa RITE, para uso residencial debe de haber una calidad de aire IDA 2, es decir, un aire de buena calidad, teniendo este su máximo en 500 ppm. Por debajo de esta estaría la IDA 1 que 40

FIG.22: Gráfica de CO2. Habitación sin microalgas. Elaboración propia.

sería el aire de calidad óptima a menos de 350 ppm. Por otro lado, superando el límite de calidad teórica para un edificio residencial, nos encontraríamos, con 800 ppm el aire de calidad media y con 1200 particulas por millón (ppm), el aire de calidad baja. Hay que añadir, que, gracias a la flexibilidad de desmonte de las piezas, se han podido realizar todas estas pruebas, ya que el recipiente contenedor de las algas es móvil y puede entrar o salir de la habitación conforme lo requieran 41 FIG.23: Gráfica de CO2. Habitación con microalgas. Elaboración propia.

las tomas de datos. En estas primeras gráficas (FIG. 22) se pueden diferenciar en la mayoría de las gráficas, dos zonas, una distribución de los datos más elevada y otra más constante aunque con un pequeño decrecimiento. Esto último, se puede deber a las filtraciones de aire que si bien no constituyen una reducción muy importante si servirán para comparar con las siguientes gráficas. En cuanto a las correspondientes a la habitación con las microalgas introducidas en ella (FIG. 23), debido a su volumen de aire y al tamaño del 42

FIG.24: Gráfica de CO2. Caja con microalgas, orientación sur. Elaboración propia.

biorreactor, lo más usual es que no se aprecie una gran variación con respecto a las primeras gráficas. En este caso, daría un porcentaje más bajo pero que se aproxima bastante, . De no haber espirulina, el porcentaje teórico del gas se mantendría más constante.

FIG.25: Gráfica de turbidez. Caja con microalgas, orientación oeste. Elaboración

Por el contrario, en los últimos grupos de gráficas (FIG. 24, FIG. 25) correspondiente s a la introducción de las microalgas en la caja anteriormente mencionada, si se observa una mayor pendiente en la gráfica pasando de 800 a casi 500 ppm de CO2. En este caso la proporción de microalgas por volumen de aire total sería de aproximadamente el 3.8 %, mientras que en la habitación seria del 0.0068%. Por otra parte, la comparación de las gráficas con diferentes orientaciones nos indica en un principio que no hay gran variación entre ellas, pero hay que tener en cuenta que al haber sido el tiempo mayoritariamente nublado la luz se distribuiría de manera más uniforme difuminando los contrastes entre ambos resultados. 44

FIG.26: Gráfica de turbidez. Caja con microalgas. Elaboración propia.

En el caso de la turbidez (FIG. 26), los resultados son visibles en cierta medida, aumentando en un 5 % aproximadamente en 5 horas. Teóricamente, la evolución en laboratorio del crecimiento de la espirulina es de duplicarse en un margen de 16 horas. En este caso, daría un porcentaje más bajo pero es muy semejante. En la primera gráfica de turbidez por ejemplo, se aproxima el último valor a 17,5%, es decir, un multiplicador de 1,133, se obtendría cerca de 0,5 g/L del biorreactor , es decir 0,16 MJ. 45

7.4. Esquema de la instalación real. Por último, se realiza un esquema de cómo sería la instalación real de las microalgas con un biorreactor similar al prototipado. Como se ha observado en las gráficas, la proporción del volumen de los biorreactores y del volumen del espacio donde se insertan tiene una gran repercusión en el impacto real de las microalgas sobre el CO2. En ese sentido, aquí se busca un equilibrio entre proporción con respecto a cómo se ve la sección de patio con el conjunto de los biorreactores, y la cantidad de microalgas que se instalarán. Así, finalmente con 96 biorreactores de 1,21 m3 y una estancia de aproximadamente 5130 m3 se obtiene una proporción de 1,87 % de microalgas sobre el volumen total el cual en comparación con el primer ensayo en que esta proporción era de 0.0068%, se acercaría más al 3.8% del ensayo ubicado dentro de la caja . A partir de ahí, partiría el resto de la instalación que consistiría en los tubos que recogen parte de las microalgas de los biorreactores para llevarlas a un extractor de aceite que será utilizado por un quemador como biodiesel. Aparte de la energía generada por la combustión, el CO2 residual a esta se diluye en un tanque donde se encuentran también los nutrientes y el medio de cultivo que posteriormente será enviado de nuevo a los biorreactores. Además de esto, también introduciría en este tanque, microalgas en caso de ser necesario o al poner en marcha la instalación. Por otra parte, los datos de la cantidad de energía generada también se enviarían a un panel de control situado en la misma estancia que el tanque, el quemador y el extractor. Desde este panel de control se transforman los datos y se envían a una gran pantalla en el patio que informa sobre cuanta energía se estaría generando de una forma didáctica, por ejemplo en relación a las necesidades energéticas de un coche. Psteriormente, se recolectarían los datos

Planta esquemática Biorreactor

Expulsión CO2 Introducción de medio de cultivo y microalgas O2

O2 O2

CO2

Recolección de microalgas Biorreactor

CO2

Expulsión CO2

Sensor de CO2 Pantalla

Transmisión de la cantidad de energia generada

Depósito de microalgas y medio de cultivo

Quemador de diesel

del CO2 anteriores a la instalación, después se recogerían automáticamente con sensores y se compararían los datos también en el panel de control para posteriormente se comparados en la pantalla nuevamente. En este caso, la comparación podría ser con respecto a cuantos arboles de un tipo y tamaño específico harían falta para recoger la misma cantidad de dióxido de carbono que las microalgas cultivadas en el patio. Con más detalle, se representa uno de los biorreactores y como se instalaría en los muros del patio. Una estructura de aluminio sujetaría unos rastreles del mismo material que a su vez sujetarían los recipientes con gomas plásticas, permitiendo así ser retirados fácilmente para su limpieza. Del biorreactor partirían los tubos de salida y entrada mencionados en el esquema general y se dirigirían a un cajón de aluminio el cual podría contener aislante térmico evitando así el puente térmico. Desde este cajón se distribuye tanto la ida como la vuelta por toda la planta.

Extractor de diesel de microalgas

Panel de control

FIG.24: Esquema Elaboración propia.

instalación.

Expulsión O2

Rastrel

Fijación mecánica Abrazadera de caucho

Circuito de retorno Circuito de impulsión

Aireador

Marco de soporte metálico

Detalle 1:10

FIG.25: Detalle de Elaboración propia.

los

biorreactores.

8. Conclusiónes Una de las razones principales que motivaron este trabajo fue, el aprendizaje de una nueva técnica de diseño a través de la electrónica, la cúal no ha sido demasiado ilustrada en manuales o en recopilaciones que ejemplifiquen su uso en arquitectura y que por lo tanto no se conocen bien las posibilidades de estas en nuestro campo. En este trabajo, en concreto, los controladores serían un nexo de unión entre las personas y otros organismos biológicos, las microalgas, dentro de un espacio de uso público, en este caso, el interior de la ETSAC. En el primer capítulo, por lo tanto, se ha podido observar cómo ya al inicio, a la hora de aplicar la electrónica, se adopta una perspectiva proyectual completamente integrada y fundamentada con el proceso de prototipado con elementos computacionales interactivos. Desde instrumentos de configuración del espacio como el ejemplo paradigmático del constructor universal de Cedric Price. Hay que puntualizar sin embargo, que en la actualidad, la cibernética suele ser más una herramienta que un fin en sí mismo. La mayor facilidad para manejar los componentes electrónicos (cuya curva de aprendizaje, sin embargo, aún no es baladí) por usuarios al margen del campo informático ha tenido como consecuencia que cada usuario use estos instrumentos en su propia rama. Incluso, debido a la ampliación en el uso del Internet y las comunidades en foros de "makers" el conocimiento se comparte y las soluciones se solapan unas con otras. Encontramos, en este sentido, prototipos como el "Kynetic Wall" de Bryan P. Yeh, como predecesor de este boom, en el cual se implementa una estructura que refleja los cambios producidos en su entorno. Esta estructura móvil se tomara de referencia, además de la manera en que se analizan los datos en el proyecto "14 Joules" y como se producen componentes constructivos como el micelio en la "Fungi house", para crear el prototipo de una instalación que se relaciona con los usuarios y su entorno. Así, éste, no sólo podría conectarse con el usuario sino que permitiría estudiar de qué manera se pueden aplicar temas tan relevantes en la actualidad como el cuidado del medio ambiente y la integración no únicamente a nivel estético de la naturaleza en la arquitectura. Las microalgas, como se ha expuesto en el capítulo 6, son un recurso que cada vez gana más fuerza y que por el espacio que ocupa se pueden emplazar con relativa facilidad dentro de una arquitectura. En cuanto al diseño del prototipo, tanto de código como físico, requirió de conocimientos previos. En relación al primer aspecto, se requiere de una mínima habilidad en programación, en mi caso, en Python. Aunque este lenguaje es diferente al lenguaje de arduino, la lectura de los archivos que explican el funcionamiento de los inputs y outputs del prototipo es posible, y como se ha mencionado anteriormente, la aparición de foros, en este caso de arduino (así como de otros lenguajes) sirven como una gran guía. Por otra parte, en cuanto a la parte física del prototipo, el estudio de diferenctes prototipos en el capítulo 5 y el estudio del funcionamiento de un

biorreactor sirvieron de guía a la hora de diseñar el propio. Lo más importante, en este sentido ha sido la adaptación de los circuitos y el conocimiento de las necesidades de los microorganismos para que pudieran convivir en espacios relativamente compartidos. Así, finalmente, se opta por estudiar en profundidad la captación de CO2 y la generación de energía y como ambas podrían interacturar con el usuario. Esto se debe a que a pesar de que los recursos para realizar el prototipo son mucho más bajos a realizar un modelo real (aparte de la facilidad para realizar modificaciones), si se han utilizado ya una gran cantidad de material, tanto por la rama electrónica como por la biológica y estructural del biorreactor. Aún así, el método de implementación de estos sería muy parecido al mostrado y la flexibilidad de las piezas del modelo permite su adición o modificación, lo cual es el verdadero objetivo de los prototipados. En cuanto a los análisis, es resulta complejo obtener una fiabilidad cercana al 100% sobre los ensayos realizados, pero si se puede conocer en parte el comportamiento de este. Por ejemplo, como la ubicación afecta a la toma del CO2, lo cual probablemente tenga que ver con las corrientes de aire. En cuanto al sensor de turbidez, pese a que, en este prototipo se insertan en la parte superior, quizás sería más acertada su colocación en la parte central, ya que, aunque hay una bomba que hace circular el agua del depósito, si se tiende a producir una cierta acumulación de las algas, sobre todo en la parte superior.

Por último, como se ha mencionado en el capítulo de las pruebas, el aumento del CO2 tiene una cierta correlación con la turbidez. Partiendo de esta premisa, si se proyecta esta información a tiempo real, casi como una publicidad en su función de atracción, se podría conseguir una captación de usuarios atraídos por un afán Ecológico. En la figura 24 se aprecia cómo sería el espacio cubierto central de la ETSAC, una vez incorporada la instalación de microalgas y la pantalla de información de los biorreactores. En este caso, se crea un sencillo panel al cual se le podría incluso añadir otro tipo de información de la escuela en los laterales, pero cuya función principal sería la de comunicar de manera clara y directa los beneficios para el medio ambiente gracias a las algas. A modo de resumen, se ha buscado establecer un breve marco general con las bases de los prototipos con componentes electrónicos así como ejemplificaciones y una pequeña clasificación que podría servir como guía para la utilización de esta técnica de diseño en arquitectura. Como se ha dicho anteriormente, es verdad que la curva de aprendizaje, con respecto a otras formas de diseño podría ser más complicada, pero por otra parte, gran parte de las habilidades necesarias también se pueden aplicar a otros instrumentos computacionales, como el modelado en ordenador, análisis estructural, climático entre otros. Este último hecho,y su uso cadavezmás extendido,también facilita laintroducción en lenguajes como el de arduino, así como la generalización de comunidades que a través del apoyo mutuo agilizan los procesos de diseño y por lo tanto, la implantación de nuevas tecnologías, siendo unas de ellas las biológicas. Este último hecho, es el cual se ha intentado demostrar a lo largo de gran parte de este trabajo, que como todo buen prototipo, deja margen para subsecuentes añadiduras y modificaciones, desde su concepción inicial a una hipotética implantación final.

Finalmente, y como conclusión, en palabras de Rachel Armstrong, "new technologies are now available to architects that are not confined to industrial paradigms and logical approaches to urban challenges, but engage imaginatively with the natural realm. Alternative ways of performing work and choreographing matter and spacetime in design practice are now possible owing to recent advances in molecular science and an emerging portfolio of natural computing techniques." (42)

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