Chapingo Repository :: Browsing Maestría en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua by Issue Date

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Evaluación del comportamiento hidráulico de un sistema de riego por goteo subsuperficial

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-01) Jiménez Torres, Juan Manuel ; Ángeles Montiel, Vicente ; Cristóbal Acevedo, David ; Hernández Mendoza, Teresa Marcela

Actualmente el SDI es más utilizado, ya que es considerado el método de riego más avanzado. La expansión se ha visto limitada por factores como taponamiento de los emisores. Es difícil conocer el factor exacto que causa el taponamiento; sin embargo, ya sea parcial o completo, en ambos casos reducen la uniformidad de la aplicación de agua lo que tiene un efecto sobre el rendimiento de los cultivos aumentado los costos financieros y ambientales, además dicha obstrucción influye de manera diferente según el tipo de emisor utilizado. Derivado de lo anterior es importante el monitoreo en campo de la obstrucción de los emisores; por lo que el objetivo de la investigación fue la evaluación del comportamiento hidráulico de un sistema de riego por goteo subsuperficial, con cuatro emisores diferentes: deluxe, turbo slim, P1 e IsiplastTape, colocados a 20 y 35 cm de profundidad. El diseño experimental fue en bloques al azar, cada bloque consta de 5 laterales de 83 m de longitud del mismo tipo de cinta, con separación de 80 cm, teniéndose así 4 repeticiones de cada tratamiento, los cuales fueron: TD(20), TD(35), TTS(20), TTS(35), TP1(20), TP1(35), TIS(20) y TIS(35). La evaluación se llevó a cabo por la metodología tradicional basada en los coeficientes de uniformidad y la propuesta por la ASAE EP458. Después de 760 horas de operación se obtuvo que: el taponamiento encontrado se distribuye de manera aleatoria en la lateral de riego, la profundidad de colocación del emisor influye sobre el rendimiento del mismo teniéndose mejor rendimiento a 35 cm además dichos resultados fueron diferentes según el tipo de emisor; el mejor tratamiento fue TD(35) correspondiente al emisor deluxe; para el caso de los tratamientos TIS(20) y TIS(35) al final de la evaluación se encontraron porcentajes de taponamiento de 38.69% y 26.92 % respectivamente.

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Vehículo terrestre no tripulado con mecanismo para sembrar maíz

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-01) Sánchez Chávez, David Iván ; Cruz Meza, Pedro ; Velázquez López, Noé ; Ruíz García, Agustín

Este trabajo describe el desarrollo mediante la metodología del diseño mecánico y la robótica, del prototipo de un vehículo terrestre no tripulado tipo skid-steer, con características y componentes para sembrar maíz, tomando en cuenta las dimensiones de los espacios dedicados a la agricultura, las velocidades típicas de trabajo, y la simplicidad para el mantenimiento. Para ello se hizo una estructura principal de aluminio, en la cual se ubicaron los componentes seleccionados más adecuados: llantas, baterías de alimentación a 12 V, sensores ultrasónicos, encoders, cámaras, drivers, tarjeta de control; se hizo el diseño y construcción de: transmisión mecánica de cadena, y sistema de suspensión, y la adaptación de una sembradora de jardín. Se realizó el control del movimiento mediante el uso de PWM para variar la velocidad de las ruedas y así realizar giros, esto se usó también para el sentido de giro del disco vertical de dosificación de semillas. La plataforma obtenida permitió explorar el uso de nuevas formas de trabajo, presentando una alternativa para hacer frente a las exigencias entorno a las labores agrícolas, como la necesidad de producir más y el daño causado al suelo por la maquinaria actual.

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Generación de vapor con colector solar basado en nanopartículas

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-01) Reyes Rivera, Alejandro Eric ; Cruz Meza, Pedro ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Villaseñor Perea, Carlos Alberto

El presente trabajo describe una investigación enfocada en la nuez de castilla (Juglans Regia. L) para determinar sus propiedades físico-mecánicas que, para el diseño y desarrollo de equipos especializados en labores agrícolas es necesario conocer, así como el desarrollo de un algoritmo de clasificación del fruto por tamaño utilizando técnicas de visión por computadora. Se presentan los resultados obtenidos en pruebas mecánicas de compresión hechas a la cascara verde en la nuez en 3 orientaciones (x, y & z) y en 3 periodos de almacenamiento (4, 7 y 10 días), se analizó la carga necesaria para iniciar la fractura en esta, y su relación con el contenido de humedad la cual se determinó en cada uno de los periodos. Los resultados muestran un incremento en el contenido de humedad durante el tiempo de almacenamiento del 67 al 73% y una relación lineal negativa para la carga aplicada en 3 direcciones cuya menor media se registró en la dirección “Y” del fruto donde la carga descendió de 450 a 200 N. El algoritmo para la identificación y clasificación de nueces fue desarrollado en un lenguaje de programación en C++ e incorporando las librerías de OpenCV, La detección de orientación se realizó mediante el cálculo del error relativo porcentual de la posición del fruto. Fue probado en una banda transportadora con una cámara y un sistema de rotación y orientación del fruto en su parte final, Los resultados observados en la medición y clasificación de la nuez reflejan una exactitud de 96.7% y una especificidad de 93.5%, además de una velocidad media de 7 nueces por minuto, para las condiciones de iluminación y manejo específicas de este trabajo.

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Riego con agua gris doméstica para un cultivo hidropónico de lechuga (Lactuca Sativa L.)

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-08) Serna Abascal, Cynthia ; Ángeles Montiel, Vicente ; Arana Muñoz, Omar Elmer ; Hernández Mendoza, Teresa Marcela

A medida que la población crece, las necesidades de agua potable aumentan de forma exponencial al igual que la necesidad de alimento; es por esto que se estudian nuevas formas de mitigar esta necesidad apremiante que sufre la población mundial. Por este motivo se desarrolla esta investigación donde se utilizan las aguas grises como alternativa para el riego en un cultivo hidropónico de lechuga (Lactuca sativa L.) El estudio se llevó a cabo en un domicilio particular por nueve semanas, en las cuales se evaluaron las distintas características del agua de riego. El cultivo se realizó en 54 bolsas de una mezcla de sustrato donde la mayor parte fue zeolita, se utilizaron dos tratamientos, un testigo de agua potable y agua gris de lavadora que se hizo pasar por un filtro desarenador donde se retiraron partículas grandes, el riego se realizó a nivel de suelo sin tocar la parte comestible del cultivo. En el criterio agronómico y químico el agua gris cumplió con los índices para ser una buena agua de riego, sin embargo, en el criterio microbiológico se obtuvieron resultados elevados de coliformes fecales y coliformes totales, en promedio 4.7 𝑋 10 3 NMP/100 ml y 2.1 𝑋 10 3NMP/100 ml respectivamente, lo cual puede sugerir un riesgo al utilizarse para el riego de cultivos crudos; a pesar de estos altos niveles los resultados tras analizar el cultivo de lechuga para microorganismos patógenos sólo se encontraron coliformes totales en un nivel bajo, siendo el más alto de 6.67 NMP/g de masa seca, los coliformes fecales(E.coli) no se detectaron; estadísticamente no hay diferencias altamente significativas (α = 0.01) entre aquellas lechugas regadas con agua gris y agua potable; además de darse cumplimiento a los límites establecidos por la Norma Oficial Mexicana NOM-093-SSA1-199, así que el consumo de este cultivo se considera apto.

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Análisis del flujo en una alcantarilla para riego

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-11) Arellano Choca, Roberto ; Carrillo García, Mauricio ; Ruíz García, Agustín ; Ruíz García, Agustín ; Navarro Gómez, Humberto Iván ; Vázquez Peña, Mario Alberto ; López Cruz, Irineo L. ; Contreras Magaña, Efraín

Debido a las suposiciones en las ecuaciones para el diseño de estructuras hidráulicas, muchas veces el flujo no sigue el comportamiento real, por lo tanto, es necesario construir modelos físicos y numéricos para obtener resultados adecuados. Este trabajo presenta el comportamiento del flujo en un modelo físico y mediante simulaciones CFD 2D de una estructura hidráulica tipo alcantarilla, que muestra un funcionamiento hidráulico desde vertedor a orificio, incluyendo una zona de transición, la cual ha sido poco estudiada. Las características del modelo físico son: construido con un tubo de acrílico con diámetro D=4.48 cm y longitud L=50 cm, dimensiones referidas a una alcantarilla típica en carreteras, con capacidad de variaciones de carga de 0-30 cm en la entrada, dos bombas con capacidad de 0-1.5 y 0-2 l·s-1, un sensor ultrasónico HC-SR04 y un medidor de flujo FS400a. Las simulaciones se realizaron en ANSYS Fluent 18.2 con los modelos Volumen de fluido y K-épsilon. De los datos de tirante obtenidos de la operación del modelo físico (6.66-11.7 cm), la mejor ecuación para el caudal con funcionamiento de vertedor fue Q=1x10-06·H7.3224 con R2=0.920. Para cargas de 11.7-16.5 cm la ecuación de la zona de transición fue: Q=8.166·H-51.57 con R2=0.984. Finalmente, de 16.5 cm en la ecuación de orificio fue: Q=7.131·H0.8798 con R2=0.993; con base en la tendencia de las lecturas el comportamiento se puede aproximar a una ecuación para todas las zonas como: Q=-5x10-05·H3-0.235·H2+14.756·H-99.08 con R²=0.996. Con respecto a la simulación numérica, la mejor aproximación al modelo físico fue empleando el modelo Standard/Standard, en comparación con el RNG y Realizable. Aunque la zona de transición presenta curvatura, puede adoptarse un modelo lineal presentando 98 % de precisión. A pesar de estos resultados, se recomienda hacer simulaciones adicionales.

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Desempeño fisico-mecánico de un biocompuesto de matriz epóxica reforzado con fibra de Agave angustifolia Haw

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-12) Colin Torres, Jorge ; Hidalgo Reyes, Martín ; González Peña, Marcos Miguel ; Pérez López, Artemio

En México, anualmente se generan cerca de 15.6 Mt de residuos agroindustriales entre los que destaca el bagazo de agave en la producción de bebidas espirituosas. Así, en 2017, se generaron cerca de 80 mil toneladas de bagazo derivados de la producción de 4 Mm3 de mezcal. En este estudio se desarrollaron biocompuestos de fibra corta de bagazo del Agave angustifolia Haw y se evaluó el desempeño físico-mecánico que presenta como refuerzo de una matriz de polímero epóxico de baja viscosidad en un biocompuesto laminar. Primero, se elaboraron paneles de 200x110x3.8 mm3 , para probar 12 combinaciones con tres contenidos (18, 24 y 30%) y cuatro longitudes de fibra (1, 3 y 6 mm, y mezcla), y se compararon con los paneles de resina sin fibra. Se realizaron pruebas de tracción paralela y de flexión de tres puntos. Después de seleccionar la mejor combinación, se evaluó el efecto del pretratamiento químico con bicarbonato de sodio, silano, e hidróxido de sodio, en la interfaz fibra-matriz para incrementar la resistencia mecánica (tracción, flexión, impacto y dureza) antes y después de la absorción de agua. Mediante Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) se observaron las superficies de fractura de las probetas ensayadas a impacto para conocer el efecto del tratamiento químico sobre las propiedades físico-mecánicas del material. Finalmente se evaluó el efecto que tiene la hibridación en la resistencia a la flexión. Los resultados obtenidos permiten observar una disminución de la resistencia mecánica (tracción, flexión) con la incorporación de fibras, sin embargo, el módulo de elasticidad aumenta en los dos modos de prueba. Los tratamientos químicos tienen un efecto positivo en la resistencia mecánica, sin embargo, tienden a disminuir el módulo de elasticidad. La resistencia al impacto mejora con la incorporación de fibras y con los tratamientos químicos. La hibridación tiene un efecto positivo en las propiedades de flexión del material biocompuesto. El tratamiento con bicarbonato exhibe el mejor comportamiento en todos los ensayos realizados.

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Modelación hidrológica con base en precipitación de estaciones meteorológicas automáticas e imágenes gpm-imerg en la cuenca río Huaynamota

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-12) Espinosa López, José Alberto ; Ibáñez Castillo, Laura Alicia ; Arteaga Ramírez, Ramón ; Galeana Pizaña, José Mauricio

México cuenta con una gran variación fisiográfica y climática que se refleja en la distribución del recurso hídrico siendo el sur en donde se encuentran los ríos más caudalosos del país, el 50 % es superficie montañosa, el resto es una superficie regularmente plana, en este escenario es necesaria la administración y estimación del recurso hídricos ya sea para cubrir las necesidades de los asentamientos urbanos, actividades agrícolas y pecuarias o para la predicción de inundaciones que generan grandes pérdidas financieras y en muchos casos vidas humanas. Esta investigación se realizó en la cuenca del Río Huaynamota que abarca parte de los estados de Zacatecas, Durango, Nayarit y Jalisco, forma parte de la cuenca Lerma-Chapala Santiago. Para el análisis de la respuesta de la cuenca se evaluaron eventos ocurridos en los periodos del 21 al 26 de julio de 2016, 14 al 24 de agosto de 2017 y del 1 al 16 de septiembre de 2017, mediante los métodos Hidrograma Unitario Modificado Clark e Hidrograma Unitario de Clark, implementados en el modelo HEC-HMS 4.2.1. La precipitación fue obtenida de imágenes GPM-IMERG y de Estaciones Meteorológicas Automáticas. Los resultados fueron satisfactorios ya que en la mayoría de los eventos el coeficiente de Nash Sutcliffe fue mayor a 0.5 que se considera aceptable. De lo anterior se concluye que la modelación hidrológica con base en modelos distribuidos a partir de imágenes de satélites meteorológicos como insumo de precipitación, resultan ser una buena opción para su implementación en regiones con poca instrumentación.

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Recuperación de energía eólica residual de extractores de aire en invernaderos

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-12) Terrazas Ahumada, Diego ; Romantchik Kriuchkova, Eugenio ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Ríos Urban, Eduardo

La recuperación de energía eólica residual de extractores de aire en invernaderos representa una fuente constante de producción de energía limpia, disminuyendo así los costos de producción por la reducción de gastos en consumo eléctrico. El objetivo de este trabajo es diseñar, construir y evaluar un sistema de recuperación de energía eólica residual. Este sistema consta de un aerogenerador colocado a una distancia óptima, un cono en la descarga de aire y un mecanismo para variar el ángulo de las aspas del aerogenerador. Se analizó el balance de energía del sistema, midiendo los parámetros principales de energía como voltaje, amperaje, velocidades de aire y velocidades angulares de los rotores. Se realizaron pruebas en un invernadero con extractor Multifan 130 (1.2 kW, 550 rpm y 1.3 m de diámetro) sin cono y con cono, con el aerogenerador (3 aspas con 1.2 m de diámetro). La implementación del sistema permitió recuperar un máximo de 55% de la energía del motor. Con el cono instalado, aumenta en 10% la energía eléctrica recuperada. Experimentalmente se demostró que cambiando 3 grados el ángulo original de las aspas de aerogenerador, la velocidad angular incrementa en 17.7%.

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Delimitación de zonas de riesgo a inundaciones en el río Metztitlán, Hidalgo

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-12) Ramírez Alcántara, Hugo ; Ibáñez Castillo, Laura Alicia ; Chávez Morales, Jesús ; Reyes Ramírez, Aurelio

Se generaron mapas de riesgo e identificaron áreas susceptibles a inundación en 25 km del río Metztitlán, Hidalgo, México, utilizando la metodología del Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), la cual considera el grado de peligrosidad, vulnerabilidad y exposición ante un evento extraordinario. Se utilizó el software de modelación hidráulica HEC-RAS, versión 5.0.5, que simula el comportamiento y dinámica de la superficie inundada, basándose en la geometría del cauce, coeficiente de rugosidad de Manning, datos de flujo, curva elevaciones-gastos y condiciones de frontera. Se realizó la simulación hidráulica en condiciones de flujo permanente y régimen subcrítico, la cual se calibró con información de la estación hidrométrica Venados (26042) del 27 de junio al 7 de julio del 2011 y se realizó la validación con el hidrograma del 7 al 15 de agosto del 2012. De acuerdo con varios parámetros estadísticos de ajuste entre niveles del río observados y simulados, el modelo resultó ser muy efectivo, lo cual genera confianza en su precisión para definir las zonas de riesgo, y si fuera necesario predecir niveles del cauce. El modelo calibrado presentó un coeficiente de Nash de 0.98 y el de validación de 0.94. Como resultado, se obtuvieron 6 mapas de riesgo ante inundaciones correspondientes a los diferentes periodos de retorno (5, 20, 50, 100, 500 y 1000 años), donde se observa un incremento en el área de inundación respecto a los periodos de retorno, afectando principalmente zonas agrícolas y asentamientos humanos.

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Pronóstico de caudales horarios con filtro de kalman discreto en la cuenca del río Huaynamota

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-12) Alvarado Hernández, Leticia ; Ibáñez Castillo, Laura Alicia ; Ruiz García, Agustín ; Vázquez Peña, Mario Alberto

En este estudio se utilizó el algoritmo del filtro de Kalman discreto (DKF) para el pronóstico de caudales en conjunto con un modelo autorregresivo con entrada exógena (ARX), el código se programó en Matlab®, con ayuda del Toolbox identificación de sistemas se identificaron las órdenes del modelo ARX (na y nb). Se estableció un periodo P para recalcular los parámetros a y b del mismo modelo, estos parámetros los retoma el algoritmo del filtro de Kalman discreto para el pronóstico de los caudales para cada periodo de tiempo, el pronóstico se realizó seis pasos hacia adelante L=1, 2, 3, 4, 5 y 6 horas. Se emplearon series de datos horaria (Δt=1 hora) de caudales a la salida de la cuenca y de lluvia de seis estaciones meteorológicas, se analizó información para el periodo de agosto a septiembre del año 2017, la cuenca de estudio se encuentra en el centro del país, siendo ésta una porción de la cuenca del río Huaynamota delimitada a partir de la estación meteorológica Chapalagana ubicada en el estado de Nayarit. Se obtuvieron resultados satisfactorios, los valores del índice de eficiencia de Nash-Sutcliffe para L=1 fue de 0.99 y para L=6 fue de 0.85.

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Interpcepción de lluvia por dosel en pino (Pinus hartwegii) y oyamel (Abies religiosa) mediante nube de puntos

(Universidad Autónoma Chapingo, 2018-12) Bolaños Sánchez, Claudia ; Prado Hernández, Jorge Víctor ; Silván Cárdenas, José Luis ; Vázquez Peña, Mario ; Arévalo Galarza, Gustavo

Las cubiertas vegetales cumplen una función importante al retener a través de su follaje un porcentaje considerable de la precipitación, conocida como intercepción de lluvia. En los últimos años se ha reconocido esta abstracción como un componente fundamental en los procesos hidrológicos y en la gestión de recursos hídricos a nivel cuenca, por lo tanto, su cuantificación y estimación a través de modelos ha sido objeto de estudio por diversos autores con la finalidad de incluirla dentro de los balances hídricos y precisar la disponibilidad de agua subterránea y superficial. Con el objetivo de analizar este proceso en Pinus hartwegii y Abies religiosa, se cuantificaron los componentes: flujo de traslocación, flujo cortical, precipitación incidente y otras variables meteorológicas durante los meses mayo y junio de 2018, en 21 eventos de lluvia. Las mediciones se realizaron mediante colectores bajo dosel, collarines en fustes y el uso de una estación meteorológica. Además, se evaluaron los modelos: Gash (1979) y el modelo Gash modificado por Valente, para implementar los modelos se dedujeron los parámetros meteorológicos a partir de la tasa de evaporación por Penman-Monteith (PM) y Gash (GASH), para los parámetros de dosel se utilizaron dos métodos, uno gráfico (A) y un nuevo método propuesto (B) mediante nubes de puntos generadas con fotogrametría de drones. Para P. hartwegii, el modelo Gash (1979) usando (GASH) y el método (A) resultó mejor con un RMSE de 0.37 mm, En A. religiosa, el mejor ajuste lo presentó el modelo Gash modificado por Valente usando (PM) y el nuevo método propuesto de nube de puntos (B) con un RMSE de 0.61 mm.

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Caracterización físico mecánica del grano de haba (Vicia faba L.) para ocho variedades de México

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01) Cuapantecatl Garrido, Norberto ; Velázquez López, Noé ; Ruíz García, Agustín ; Cruz Meza, Pedro

Los costos y rendimientos bajos en cultivos básicos en el medio rural, así como el minifundio, en México hacen de la agricultura una labor poco redituable para los campesinos. Por lo anterior, el presente trabajo es parte del desarrollo de componentes para dar valor agregado al cultivo de haba (Vicia faba L.), como equipos de descascarado y clasificación mediante visión artificial. Se presenta la caracterización paso a paso de las propiedades físico mecánicas del grano de haba, de 8 variedades disponibles en el altiplano Mexicano: humedad [%] (base húmeda), dimensiones en 3 ejes [mm], área superficial [mm2 ], grosor del tegumento (cáscara) [mm], Esfericidad (Φ), Densidad (ρ) [g/mm3 ]., resistencia a la compresión [kN], desplazamiento [mm], energía absorbida (Ea) [J], módulo de proporcionalidad de deformabilidad (Ep) [MPa] y masa [kg]; Dichos ensayos se realizaron en los laboratorios correspondientes de la Universidad Autónoma Chapingo. El tamaño de muestra se definió en 30 granos por ensayo y se repitieron dichas pruebas, en sus 3 ejes (longitud, ancho, espesor), para cada variedad, finalizando con un análisis estadístico (prueba de Tukey). Con dichos resultados, se diseñó un disco de descascarado de 80 cm de diámetro, dispuesto por 28 cuchillas. El grosor del borde se basa en el grosor del grano y la velocidad de corte variable. El método (continuo), se diseñó un cilindro de descascarado con 90 cm de diámetro por 4 m de largo, con 40 cuchillas colocadas, a lo largo del diámetro, separadas a 30 mm; Finalmente, se desarrolló un equipo de clasificación de grano, utilizando visión artificial, con un programa que detecta el color de la cáscara de haba y los actuadores controlados electrónicamente para su separación. Mediante este sistema de clasificación, el costo del grano se incrementa de $ 8 a 15 pesos por kg a $20 a $30 pesos por kg.

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Modelos neurodifusos del microclima de un secador solar tipo invernadero para deshidratación de estevia (Stevia rebaudiana, L.)

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01) Guerrero Santana, Alejandro ; López Cruz, Irineo L. ; Salazar Moreno, Raquel ; Fitz Rodríguez, Efrén

El desarrollo de modelos matem´aticos permite aumentar el conocimiento que se tiene sobre un sistema, incluso hacer predicciones sobre su comportamiento. Esto nos ayudan a tomar mejores decisiones sobre su manejo, mejorar el dise˜no, y/o controlar el sistema. Cuando se trata de sistemas que involucra la transferencia de calor y masa, por lo regular se acude a modelos mecanicistas representados por ecuaciones diferenciales. Dichos modelos involucran entradas y par´ametros que en algunas ocasiones son muy dif´ıciles de obtener. Adem´as, dichos modelos necesitan pasar por an´alisis de incertidumbre y de sensibilidad. Dichos an´alisis complican el estudio cuando se trabaja con poco tiempo. Una alternativa es utilizar modelos de caja negra, como los neurodifusos. Estos tienen como ventaja que solamente necesitan datos de entrada-salida del sistema que se desea estudiar para poder modelar su comportamiento. En este trabajo se generan modelos neurodifusos de arquitec tura ANFIS utilizando el Neuro-Fuzzy Desginer Toolbox de Matlab. Se realizaron cuatro experimentos de deshidratado con 75 kg de estevia cada uno, donde se midi´o la tempera tura y humedad relativa del aire de secado. La p´erdida de peso de la estevia se midi´o cada 30 minutos con cuatro muestras de 300 g. Los datos clim´aticos que se registraron fueron la humedad y temperatura del aire, la velocidad del viento y la radiaci´on solar. Con los datos obtenidos se estimaron los coeficientes para modelos de raz´on de humedad del producto que obtuvieron las estad´ısticas RMSE y EF de 0.01 a 0.08 y 0.93 a 0.99, respect´ıvamente. Finalmente, se concluy´o con modelos neurodifusos ANFIS para la predicci´on de tempera tura y humedad del aire de secado que obtuvieron las estad´ısticas RMSE de 1.63 a 4.70, MAE de 1.18 a 4.05, EF de 0.86 a 0.98 y r de 0.96 a 0.99, demostrando potenical para furura aplicaci´on al deshidratado solar de productos agr´ıcolas.

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Monitoreo 3D y análisis CFD del ambiente de un invernadero con ventilación natural

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01) Rosales Vicelis, José Eduardo ; Fitz Rodríguez, Efrén ; López Cruz, Irineo L. ; Ramírez Árias, José Armando

La mayoría de los invernaderos en México son de bajo a mediano nivel tecnológico, en donde predomina la ventilación natural como mecanismo de modificación del ambiente. Sin embargo, la operación de ésta es deficiente, resultando en condiciones ambientales no óptimos para los cultivos. Por lo tanto, se propone realizar el análisis del ambiente de un invernadero mono-bahía de 300 m2, conventilación natural. El análisis se realizó modelos numéricos de dinámica de fluidos computacional para diferentes configuraciones de ventilación y condiciones climáticas externas diversas. La configuración de las ventilas del invernadero incluye dos laterales (LE, LO) y dos cenitales (CE, CO). Esto resulta en una infinidad de condiciones ambientales, al aplicar diferentes combinaciones de porcentajes apertura para cada una de las ventilas. Por ejemplo, para la combinación de porcentaje de apertura LE50-LO50-CE0-CO0, se obtuvo una disminución de temperatura de 5 °C, y un gradiente vertical de 2 °C. En contraste, con la combinación LE50-LO50-CE50-CO50, se logró una reducción de 8.77 °C y un gradiente vertical de 1.38 °C. La velocidad y dirección del viento juegan un papel importante en implementar la combinación de aperturas correcta. Por ejemplo, para la combinación de aperturas LE75-LO0-CE0-CO0, cuando la dirección del viento es de Este-Oeste, a velocidades superiores a 2 ms-1, la temperatura del aire desciende a más de 4 °C y genera un gradiente térmico de 1 °C. En contraste, a velocidades menores, la temperatura del aire disminuye únicamente 1 °C y el gradiente térmico es superior a 2 °C. Para evaluar las predicciones de los modelos CFD se diseñó e implementó un sistema inalámbrico de monitoreo tridimensional de temperatura del aire del invernadero.

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Diseño de un sistema de calefacción solar para invernaderos sustentables

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01) López Diaz, José Humberto ; Fítz Rodríguez, Efrén ; López Cruz, Irineo L. ; Salazar Moreno, Raquel

Aun cuando las condiciones climáticas de la región central de México son aparentemente adecuadas para la producción de cultivos en invernaderos pasivos, de acuerdo a los promedios diarios de temperatura del aire (11 a 18 °C) durante todas las estaciones del año; las temperaturas mínimas diarias pueden alcanzar valores inferiores a los 5 °C y 10 °C en invierno y verano, respectivamente. Esto no es adecuado para los cultivos y limita su establecimiento para ciclos de producción durante todo el año. En este sentido, se propone un sistema de calefacción sustentable basado en energía solar, para mejorar las condiciones ambientales durante el periodo nocturno en un invernadero mono-bahía de 300 m2 ubicado en Chapingo, Estado de México. El sistema de calefacción solar incluye: a) módulos de colectores solares con tubos de vacío con tecnología “heat-pipe” para calentar agua durante el día, b) un tanque de almacenamiento de 10 m3 con aislamiento térmico para almacenar la energía, c) bombas de recirculación y distribución de agua caliente, y d) un piso radiante que consta de una red de tuberías, enterrada a 10 cm de profundidad, de polietileno por donde circula el agua caliente. Se realizaron simulaciones numéricas en estado estacionario, mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), para estimar los perfiles verticales de temperatura del aire interior en condiciones de bajas temperaturas, asumiendo el sistema de calefacción en operación. Con este sistema se alcanzaron saltos térmicos de 5 °C, en comparación con la temperatura exterior de 0 °C. Los resultados de las simulaciones se evaluaron con datos experimentales, con los cuales se establecieron condiciones de frontera. La eficiencia del módulo solar resultó de 60 %, cuando se tiene un flujo volumétrico de 2.65 L∙min-1 , un ángulo de 29 grados de inclinación y en condiciones de invierno.

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Caracterización de mortero de cemento portland conteniendo agregado fino de pet (tereftalato de polietileno)

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01) Vásquez López, Marcelino Benito ; Hidalgo Reyes, Martín ; Cano Barrita, Prisciliano Felipe de Jesús ; García Silva, Samuel

Los envases de tereftalato de polietileno (PET) de desecho normalmente se disponen en el medio ambiente, generando problemas de contaminación. Buscando reutilizar este material, el objetivo de este trabajo fue caracterizar mortero de cemento Portland conteniendo partículas de PET como parte parcial del agregado fino natural, en proporciones volumétricas de 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, y 20 %. La relación a/c utilizada en las mezclas fue de 0.55 con partículas de PET triturado con tamaños menores a 4.75 mm, excepto el control. Se fabricaron especímenes de mortero cúbicos (5 cm x 5 cm x 5 cm), cilíndricos (5 cm x 10 cm) y prismáticos cuadrangulares (4 cm x 4 cm x 16 cm). Se evaluaron propiedades reológicas en estado fresco, así como las mecánicas y de durabilidad de mortero en estado endurecido. Los resultados indican que las mezclas mantienen sus propiedades de trabajabilidad con proporciones <15 % de sustitución con respecto al control, debido a los valores similares del esfuerzo de fluencia e índice de consistencia. Con relación a las propiedades mecánicas, a medida que se incrementa la cantidad de PET se observa una disminución de la velocidad de pulso ultrasónico, la resistencia a la compresión, el módulo de elasticidad y la resistencia a la flexión. Sin embargo, la absorción de agua aumentó en los morteros conteniendo PET. Finalmente, el análisis de microscopía electrónica de barrido demostró que existe unión en resistencia mecánica del PET con la mezcla de mortero debido a la rugosidad del agregado, producto del proceso de triturado.

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Material biodegradable de arroz quebrado y bagazo de caña para empaque

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-11) Díaz Herrera, Yumari ; Villaseñor Perea, Carlos Alberto ; Pérez López, Artemio ; Mancera Rico, Arturo

El uso de materiales biocompuestos de matrices poliméricas biodegradables reforzadas con fibras naturales es una propuesta ecológica para diversos sectores de aplicación. El objetivo de esta investigación fue elaborar un material biodegradable con potencial de aplicación en el sector de empaque al estudiar el efecto que produce la longitud de la fibra de bagazo de caña (1mm, 0.5mm y 0.25mm) y la aplicación de tratamiento alcalino a las fibras, en la resistencia mecánica del material. Se realizaron pruebas mecánicas de tracción, flexión y compresión, de absorción de agua y biodegradabilidad por medio del método de enterramiento en el suelo. La resistencia mecánica del biocompuesto con longitud de fibra de 0.25mm y con tratamiento alcalino resultó ser más resistente que los demás tratamientos. Los biocompuestos elaborados presentaron buena biodegradación, el porcentaje de peso perdido de todos los biocompuestos fue superior al 70% después de la cuarta semana. De forma general los factores de tratamiento alcalino de la fibra y tamaño de longitud de ésta, influyen significativamente en la resistencia mecánica del material. La resistencia mecánica del biocompuesto con longitud de fibra de 0.25mm y con tratamiento alcalino resultó superior a la de los plásticos expansibles de tal manera que dicho biocompuesto es una propuesta prometedora como material de empaque.

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Conteo automático de olivos mediante morfología matemática con imagenes adquiridas por sistema aéreo tripulado remotamente

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-11) Sarabia López, Ricardo ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Romantchik Kriuchkova, Eugenio ; Olguín Rojas, Juan Carlos

En el contexto de la agricultura inteligente, el conocimiento preciso sobre la población de plantas presentes en el campo, comprende una información útil, tanto para los agricultores como para los técnicos responsables del fenotipado de cultivo. En este sentido, el uso de Sistemas de Aeronaves Pilotadas a Distancia (RPAS) ha proliferado en los últimos años como respuesta a los métodos tradicionales para el conteo de plantas, que generalmente son laboriosos, requieren mucho tiempo y son propensos a errores humanos. Por lo tanto, se propone una metodología para la detección automatizada y conteo de olivos a partir de imágenes multiespectrales de alta resolución, adquiridas por imágenes aéreas. Posterior a la adquisición de imágenes, las capturas se procesaron para obtener una representación gráfica del campo basada en nube de puntos. Con el fin de aprovechar la información de elevación contenida en ella y eventualmente identificar las plantas, esta nube de puntos 3D fue interpolada determinísticamente y convenientemente transformada mediante morfología matemática. En una etapa final, los olivos que aparecen en la imagen se segmentaron del fondo, lo que permitió su detección. Se puede concluir la viabilidad de esta metodología como una solución para la automatización del conteo de plantas en huertos de olivos, como una forma de mejorar las capacidades de fenotipado en el campo.

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Transferencia de calor y consumo de potencia en un biorreactor anaeróbico con agitación hidráulica

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-11) Ordoñez Mendoza, Aldo ; Espinosa Solares, Teodoro ; Fitz Rodríguez, Efrén ; Pérez López, Artemio

Los biorreactores anaeróbicos agitados son una tecnología viable para la producción de energía y la reducción de las emisiones de gas metano. La agitación hidráulica en biorreactores favorece la homogenización del sustrato y previene la sedimentación de lodos en el proceso de digestión anaeróbica. La estimación de coeficientes de transferencia de calor y el consumo de potencia volumétrico son factores clave para el diseño, control y caracterización de biorreactores. En el presente trabajo, se estudió la influencia que tienen las variaciones hidrodinámicas en la transferencia de calor y el consumo de potencia de un biorreactor anaeróbico con sistema de agitación hidráulica. Se desarrolló un modelo de transferencia de calor para un biorreactor agitado hidráulicamente bajo diferentes intensidades de agitación del fluido. Los parámetros de la correlación del número de Nusselt fueron estimados mediante el método gráfico de Wilson y con la técnica de Monte Carlo. Se encontró una correlación de Nusselt y el consumo de potencia específico en un intervalo de número de Reynolds de 1200 a 2000. El ajuste de la regresión de transferencia de calor mejoró al emplear el método de Monte Carlo combinado con un algoritmo de optimización global.

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Simulation and calibration of extended hortsyst model in predicting macronutrients in tomato (Solanum lycopersicum L.)

(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-12) De Acha Miranda, Mario Daniel ; Irineo L. López Cruz ; Pineda Pineda, Joel ; Ramírez Arias, José Armando ; Ruíz García, Agustín

The production potential of high crop yields is latent in Mexico, but it must be done in moderation so as not to continue increasing pollution and save production costs with optimal fertilizer use. The HortSyst dynamic model which predicts dry matter production (DMP) was calibrated and evaluated using data from the summer to fall 2018, actualized crop parameters and a time step of 5 min, for tomato grown from transplant until the beginning of the reproductive phase in a plastic greenhouse located at the central part of Mexico. The HortSyst model performance without calibration as predicting DMP had an efficiency (EF) of 0.91 and a radiation use efficiency (RUE) of 4.86 g MJ-1 m-2 PAR, failing to simulate the magnitude of the fluctuation between measurements, compared with the calibrated that failing to simulate the fluctuation pattern through measurements with EF 0.99 and RUE 5.89 g MJ-1 m-2 PAR. In order to modeling macronutrients (N, P, K, Ca and Mg) concentrations, Gaussian curves and a polynomial curve using as an input cumulative relative development rate (RDRc) were used, which resulted in a coefficient of determination (R2 ) of 0.99 for N, P, Ca and Mg models and R2 of 0.86 for K model. To determine macronutrients uptake, the concentration of the nutrients was multiplied by the weight produced, resulting in an EF greater than 0.98 in the simulations for all macronutrients.

Maestría en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua

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