Reactor-connections/README.md

Reactor Connections

Introduction

The following repository aims to identify and document the connections of the photobioreactor instrumentation sensors for the growth of microalgae entitled as"Modelo estadístico para la cinética de crecimiento de la microalga Chlorella vulgaris en fotobiorreactor evaluando las variables eléctricas y bioquimicas óptimas mediante el método de Taguchi", Made by Dr. Jesús Alberto Coronado Reyes, which is located in the chemistry laboratory of the Technological Institute of Morelia.

Instrumentation

The following table shows the sensors that were used for data collection from the photobioreactor

Instrumentation	model
Termopar	CEIV
Electrodo para oxígeno disuelto	DFROBOT-SEN0237-A
Electrodo para pH	HANNA-HI2211

Análisis del diagrama de bloques de LabVIEW

A continuación se análisa el funcionamiento del diagrama de bloques en LabVIEW desarrollado para el control y monitoreo de un fotobiorreactor. La plataforma utilizada es una NI myRIO y los sensores conectados permiten la medición de ph, oxígeno disuelto, temperatura e intensidad de luz.

Arquitectura del sistema

	Entradas analógicas (Adquisición de señales)
Sensor	Canal myRIO	Descripción interna
Oxígeno disuelto	B/AI1 (Pin 5)	Voltaje Sensor Oxígeno 2
pH	B/AI2 (Pin 7)	Voltaje Sensor pH 2
Temperatura	B/AI3 (Pin 9)	Voltaje Sensor temperatura

Convesión de sañales (Bloque de Fórmula)

Se usa un nodo de fórmula en LabVIEW para convertir los voltajes analógicos adquiridos desde los sensores en valores físicos útiles. Estas conversiones se realizan con base en las curvas de calibración propias de cada sensor. Estas curvas se obtienen a partir de mediciones empíricas realizadas durante el proceso de caracterización del sensor.
A continuación, se describen las fórmulas utilizadas:

Y = (X * 2.7279) - 0.3655;      // Conversión de voltaje a pH
O = (165.75 * (S - 2.6819));    // Temperatura [°C]
Z = (124.96 * (V - 0.4816));    // O2 disuelto [mg/L]
T2 = (11376.7 * U) - 0.5538;    // Oxígeno disuelto en porcentaje
B = (A - 0.5538) / 1136.7;      // Alternativa de cálculo para % de O2

• X:Voltaje leído del sensor de pH.
• S:Voltaje del sensor de temperatura.
• V:Voltaje del sensor de oxígeno disuelto (mg/L).
• U:Voltaje del sensor de oxígeno para % O2.
• A:Otra señal de entrada relacionada con oxigeno. Estas formulas buscan linealizar la respuesta del sensor y traducirla en una magnitud física. Los coeficientes dependen del modelo de sensor utilizado y de los datos de calibración obtenidos experimentalmente o del fabricante.

Control PWM (Iluminación)

La iluminación dentro del fotobiorreactor es un parametro crítico, ya que influye directamente en el crecimiento de las microalgas al regular la cantidad de energía luminosa disponible para la fotosíntesis. En esta interfaz, se emplea una salida PWM(Modulación por ancho de pulso) de la tarjeta myRIO para controlar una fuente de luz artificial (LEDs).

Canal myRIO	Descripción
Canal DIO3	Salida PWM

Variables utilizadas:

• Duty Cycle(%):Controla el porcentaje de tiempo que la señal PWM está en estado alto. Un valor más alto indica mayor intensidad luminosa.
• Frecuencia (Hz):Define la velocidad a la que la señal alterna entre encendido y apagado. Se debe ajustar para evitar oscilaciones visibles.

La interfaz permite modificar en tiempo real la variable Ajustar Luxes (o a 11200), que representa una escala arbitraria (basada en calibración) para controlar la iluminaciíon interna del sistema. Esta variable alimenta directamente el bloque de PWM, modificando el duty cycle de la señal.

Bloque I2C y lectura de intensidad de luz (Luxes)

Esté bloque permite realizar comunicación con un dispositivo esclavo mediante el protocolo I2C usando la NI myRIO. Por otra parte, la medición de la intensidad de luz se realiza mediante un sensor digital con comunicación I2C, el cual está conectado a la tarjeta myRIO por medio del canal A/I2C.

Parámetros configurados:
Channel	A/I2C Indica que se está usando el canal I2C del conector A.
Slave Address	112(dirección del dispositivo esclavo en formato decimal de 7 bits).
Byte Count	1(se está solicitando la lectura de un byte).
Bytes Read	Salida que entregará el valor leído del esclavo.
Mode	Está Marcado como Read, por lo tanto, el bloque solicitará datos desde el esclavo hacia la myRIO
Velocidad	Estándar I2C (100 kbps), adecuada para sensores comunes

Este valor leído representa la intensidad de luz medida por el sensor. Posteriormente, este byte puede convertirse a luxes mediante una fórmula de calibración que depende del sensor utilizado.

Conexiones físicas

• SDA (Serial Data): Pin 34 del conector A.
• SCL (Serial Clock): Pin 32 del conector A.

Control de adquisición y temporización

Esta sección del sistema se encarga de gestionar cuándo y con qué frecuencia se deben tomar y registrar las lecturas de los sensores.
Variables Clave:

• Datos por segundo: Determina la frecuencia de muestreo. Esta entrada controla la velocidad general de adquisición.
• No. Muestras: Define cuántas muestras se deben acumular por cada ciclo de lectura.

Elemento Principal: Elapsed Time

• Es un bloque de labVIEW que funciona como temporizador.
• Tiene una entrada de tiempo (en segundos) que representa el intervalo entre cada medición.
• Cuando ese tiempo transcurre, envía una señal lógica que habilita la ejecución del siguiente ciclo de adquisición.

Lógica de adquisición:

• Se compara la condición del temporizador con el número de muestras necesarias.
• Una compuerta AND determina cuándo ambos criterios se cumplen.
• Entonces se habilita la lectura de los sensores y el registro de los valores actuales en memoria o archivo.

Esto garantiza que las muestras se adquieran de forma periódica.

Exportación y almacenamiento

Una vez que se adquieren y procesan los datos de los sensores, es necesario almacenarlos para análisis posteriores o para visualización externa.
Construcción de tabla (Build Table):

• Cada conjunto de datos adquiridos (pH, temperatura, O2, luxes, tiempo, etc.) se agrupa como una fila en una tabla.
• Esta tabla se va actualizando continuamente durante la ejecución.
• Exportación mediante Export Data to Excel.
• Almacenamiento adicional en variable compartida Variables de respuesta.