9. Integración 106
11.2. Mejoras y trabajos futuros
Para medir absorbancia se realizó una investigación que concluye en la compra de un haz de barrera láser de alto rendimiento marcaKeyence LV-NH300compuesto por un emisor y receptor láser visible a longitud de onda 660 nm. También se solicita para él, un amplificador de señal LV-N11MN. Ambos pedidos están en proceso a través de importaciones de LATU y Keyence México.
La propuesta para medir absorbancia se basa en la siguiente explicación. Conectando el sensor con un amplificador de resolución de 16 bits a un controlador, se puede leer con muy buena resolución la luz que llega del emisor al receptor. El emisor se coloca en uno de los laterales de vidrio del reactor y el receptor en el lateral opuesto. Si el fotobiorreactor solo contiene agua, la medición inicial será considerada máxima, a medida que se va desarrollando el cultivo, se observará con gran resolución como la luz entre emisor y receptor disminuye. Finalmente, el procedimiento consistiría en medir regularmente con este sensor y a la misma vez, tomar mues- tra del cultivo en el fotobiorreactor para medir con el equipo especial que cuenta Latitud(Algae online analyzer). Tras realizar esta operación durante varios cultivos, se podría encontrar una relación matemática que permita desarrollar un algoritmo, y de esta forma, a través de la medi- ción del sensorLV-NH300(ver Figura 11.1) obtener la absorbancia o la biomasa del cultivo sin necesidad de tomar muestras del fotobiorreactor.
Figura 11.1: sensor LV-NH300
Si bien los sensores no llegaron a tiempo, realizar esta funcionalidad podría ser un proyecto entero en sí mismo.
Otra mejora es continuar sensando más variables, como la incidencia de luz de acuerdo a la distancia e intensidad. Se pensó gobernar esto conIoT, pero por razones de tiempo no se logró implementar. Una guía con un tornillo de borlas y un motor a pasos que permita acercar o alejar el panel de radiación de forma precisa y un sensor resistivo para medir la distancia recorrida, posiblemente requiere ser importada (ver Figura 11.2).
Figura 11.2: Guía con motor a pasos
Adicionando esta mejora en la medición, y el resto de los parámetros, podrían obtenerse indi- cadores que aseguren la generación adecuada de biomasa. Por ejemplo, a partir de los cultivos realizados crear perfiles que repitan las condiciones de anteriores cultivos.
Aunque el control de la temperatura logrado se comprobó y es preciso, si se lograra configurar el baño de agua circulante con una entrada auxiliar de control, a través de la cual se pueda controlar la diferencia de temperatura entre el fotobiorreactor y la temperatura del baño de agua, se podrían determinar los parámetros para crear un lazo de control PID que sea aún más preciso y estable.
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Apéndice A: Planificación y desarrollo
Una vez establecido el proyecto a realizar, se coordinaron reuniones tanto con los tutores como con los referentes de Latitud. En una primera instancia se solicitó a Latitud permiso de utilización de los laboratorios asignados al proyecto a realizar para los tres integrantes del equipo, a su vez, se gestionó el permiso permanente para que el equipo pueda asistir a Latu a trabajar de lunes a sábados en el horario de 8:00 a 22:00 horas, dicho permiso luego se extendió de lunes a domingo manteniendo el horario. Tras estas solicitudes, Latu provee a los integrantes del equipo tarjetas de pasantes con validez de un año como modalidad de acceso. Por otra parte, se solicitó a Latu e Ingenio permiso para utilizar el laboratorio de electrónica ubicado en el edificio central, el cual fue inaugurado en agosto de 2022 (durante el transcurso del proyecto), a su vez, existe un convenio entre Ingenio y universidad ORT para la utilización del laboratorio de electrónica. Para el acceso al laboratorio, fue necesario coordinar una reunión con Ingenio en donde se introdujo sobre su uso y, por parte de Ingenio se brindó una inducción de seguridad y acceso, además, para poder hacer uso del mismo, el equipo firmó el protocolo de uso del laboratorio. Luego, fue necesario que Ingenio grabe la huella dactilar de los integrantes del equipo ya que de esta forma se acciona la puerta de acceso al laboratorio. Por cuestiones de seguridad, en el protocolo firmado se indica que debe notificarse el acceso y la salida del laboratorio en el puesto de recepción de Latu.
En dicho laboratorio de electrónica se tiene a disposición para su uso el siguiente equipamiento:
2 Impresoras 3D
2 Estaciones de soldadura Microscopio
Horno de soldadura 3 Fuentes reguladas
2 Tester Mini torno
Cámara termográfica Pinza amperimétrica Pistola de aire caliente Taladro de banco Calibrador de procesos 2 Carpetas antiestática 2 Soportes tercera mano 2 Pinzas de precisión 2 Lámparas con lupa 3 Pulseras antiestática Kit IoT
Además del equipamiento antes mencionado, se tuvo a disposición herramientas de mano y accesorios básicos aportados por Latu.
Teniendo en cuenta los plazos académicos establecidos para el proyecto, y la gran dimensión del mismo, se definieron las etapas necesarias para la culminación, con la intención de entregar al cliente un producto final profesional. Tras haber definido las etapas en el diagrama de Gantt (ver figura A.1), el equipo estableció como modalidad de trabajo realizar reuniones diarias, principalmente presenciales en la institución donde se realizó el proyecto desde las 16 hasta las 20 horas, en ocasiones, dichas reuniones se realizaron en formato virtual. Con este seguimiento diario se realizaba la puesta a punto de los avances obtenidos por cada integrante, y surgían los intercambios necesarios generando que no haya estancamientos en las tareas planteadas. Dicha organización permitió llevar a cabo todas las tareas propuestas.
Para la organización del trabajo por parte del equipo, se definieron reuniones semanales con el cotutor y cada dos semanas con ambos tutores, dichas reuniones fueron realizadas mayormen- te en modalidad virtual, alguna de éstas fueron grabadas. A su vez, se coordinaron reuniones bimensuales presenciales en el Latu con ambos tutores a modo de mostrar los avances que se obtenían. Semanalmente se realizaron reuniones con los investigadores referentes de Latitud de forma de obtener la constante confirmación y aprobación de las decisiones tomadas en base a la investigación, y a su vez, mostrarles loa avances obtenidos. Por otra parte, también se coordina- ron reuniones con la gerencia de Latitud con la intención de dar celeridad a gestiones paralelas que fueron necesarias para el desarrollo del proyecto, como lo fueron: compras, vinculación de proveedores, entrega de materiales, solicitudes de trabajo a mantenimiento, etc.
Al finalizar cada reunión, el equipo actualizaba la bitácora de trabajo con los puntos tratados.
A.1. Herramientas utilizadas
Durante el desarrollo del proyecto fue necesario la utilización de distintas herramientas en cuanto alsoftwareyhardwarerefiere, las mismas se detallan a continuación.
Para el diseño de la estructura y el fotiobiorreactor en sí, se utilizó el programa ”AutoCAD” e
”Inventor”.
Los diseños de las cajas 3D que se realizaron para albergar los microcontroladores fueron dise- ñados con ”Fusión 360”, y se utilizó la impresora 3D del laboratorio de electrónica marcaPrusa, modeloPrusa i3 MK3S, por lo que también se utilizó elsoftware”PrusaSlicer” dePrusa.
Los primeros tressoftwaresmencionados pertenecen aAutodesk, y se adquirieron mediante una licencia estudiantil con validez de un año.
Los diagramas eléctricos fueron realizados en el programa ”Fritzing”, para el cual se adquirió una licencia por cuenta del equipo.
Lux evo”.
Las termografías que se muestran a lo largo del documento fueron tomadas con la cámara ter- mográfica del laboratorio marcaFLIR.
Algunos de los planos diseñados fue necesario imprimirlos, para eso se utilizaron plotters e impresoras A3 que el Latu tiene disponible.
Finalmente, la redacción general donde se describe la realización del proyecto se realizó en
”LaTeX” en la plataforma”Overleaf”.
Para generar los guiones, ya sea para la lectura de variables como para el control de los actua- dores, se utilizó el programa ”Arduino” del propio microcontrolador.
Para la comunicación serial de los microcontroladores hacia el microprocesador se utilizó el lenguaje ”Python”.
UtilizamosThingsboard como herramientaIoT.
El lenguaje de programación ”R” fue utilizado para realizar gráficos de muchos de los capítulos.
Apéndice B: Manual de Instalación
Figura B.1: Lista componentes vista superior
Figura B.2: Lista componentes vista inferior
Para realizar la instalación del fotobiorreactor será necesario contar con una llave allen 5 mm y 1.5 mm , una llave inglesa Nº10 (10 mm). La instalación debe ser realizada por personal prepa- rado para manipulación de herramientas de mano. Los componentes en adelante mencionados están detallados en las figuras (ver figuras B.1 y B.2).
Ensamble del reactor
Nota:La instalación de los vidrios y las tapas se realiza una sola vez, o cuando se requiera por razones de esterilización o higiene.
1. Colocar la base sólida del reactor acostada sobre una mesa con las patas hacia afuera, permitiendo que la vista desde arriba se vea la parte frontal nivelada en la mesa.
2. Colocar la junta de silicona médica de modo que los agujeros de la misma queden alinea- dos con los de la base del fotobiorrector.
3. Colocar el vidrio centrado cuidadosamente sin que el mismo invada (tape) ningún agujero del fotobiorreactor.
4. Colocar la junta de goma en todo el perímetro interno del fotobiorreactos sin invadir los agujeros.
5. Colocar la Tapa del fotobiorreactor
6. Colocar todos los tornillos y sus respectivas tuercas. Ajustarlos dando una vuelta sola por vez comenzando desde los extremos y hacia el centro de cada arista.
7. Apretar hasta que la silicona médica se comprima levemente con la base del reactor
Colocar una goma sobre la mesa, girar el reactor dejando la cara inferior hacia arriba y repetir los pasos del 1 al 7 respectivamente.
Instalación Tapa
Colocar el agitador axial sobre el eje del motor en la tapa de agitación y apretar. A continuación, cuidadosamente colocar la tapa del fotobiorreactor y ajustar las 4 tuercas utilizando una llave Nº10.
Sensores y actuadores B.1
1. Colocar difusor de aire con la llave cerrada y ajustar la mordaza de la entrada sanitaria incorporada.
2. Colocar el sensor de temperatura y ajustar la mordaza de la entrada sanitaria incorporada.
3. Colocar la entrada multipropósito y ajustar la mordaza de la entrada sanitaria incorporada.
Sensores y actuadores B.2
1. Colocar difusor de aire con la llave cerrada y ajustar la mordaza de la entrada sanitaria incorporada.
2. Colocar el sensor de pH en la entrada con rosca 4/4 y ajustar manualmente.
3. Colocar el sensor de oxígeno disuelto y ajustar la mordaza de la entrada sanitaria incor- porada.
Instalación eléctrica y sensores
Nota: Si bien todas las conexiones de sensores y actuadores son en tensión continua, la instala- ción debe ser realizada por personal idóneo de eléctrica o electrónica.
Figura B.3: Borneras de interconexión
La instalación de sensores y actuadores en el tablero es de acuerdo con el siguiente detalle B.3:
TQ1 Interruptor termomagnético para controlador LED TQ1 Interruptor termomagnético para fuente de 12 volts
Bornes 1 y 3 (1 amper) módulos LED 1 , 2 y 4 (1 amper) módulos LED 2 Bornes 5 y 6 entrada resistencia variable 100 KΩpara atenuación LED Bornes 7, 8, 9 entrada resistencia variable regulación RPM motor Bornes 10 y 11 al sensor PT100
Bornes del 12 al 16 motor agitador axial
Bornes 17, 18 (5 amper), 19, 20 Conexión bombas de agua 12V Bornes 21 y 22 Alimentación auxiliar 12V
Bornes 23, 24 y 25 Entradas auxiliares
Figura B.4: Conexión hidráulica con camisas en serie
Conexión hidráulica en serie B.4
De acuerdo con lo detallado en la figura (ver figura B.4) el circuito de circulación serie es de acuerdo al siguiente detalle:
1. Colocar la salida de agua proveniente de la fuente de agua controlada (baño de agua) en la entrada inferior de la camisa de agua derecha.
2. Colocar la salida (arriba) de la camisa de agua derecha a la entrada inferior de la camisa de agua izquierda.
3. Conectar la salida superior de la camisa izquierda (arriba) a la entrada de la fuente de agua controlada (baño de agua).
Para finalizar la instalación, ubicar los paneles LED, el reactor y sus componentes como se los desea operar.
Apéndice C: Manual de Usuario
AlgaeIoT es un fotobiorreactor industrial que se implementa para el cultivo de algas y ciano- bacterias en un medio estable, inocuo y controlado. Este manual de usuario pretende orientar a un usuario sobre como utilizar el fotobiorreactor, por lo tanto, no se describe como se realiza un cultivo porque esto depende de otra disciplina.