Doctorado en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua

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https://repositorio.chapingo.edu.mx/handle/20.500.12098/934

El posgrado hace énfasis en una sólida formación analítica, lógica y matemática de sus estudiantes, para proponer soluciones formales a problemas del campo mediante la aplicación de métodos estadísticos, modelos matemáticos e inteligencia artificial.

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    Análisis de tracción en tractores agrícolas 4x4
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2014-02) Morelos Moreno, Alvaro ; Romantchick Kriuchkova, Eugenio ; Pérez Sobrevilla, Luciano ; López Casteñs, Gilberto de Jesús ; Velázquez López, Noé
    El tractor agrícola 4x4 es un vehículo con tracción en las cuatro ruedas, donde la tracción de las ruedas delanteras es conectada a la tracción de las ruedas traseras por medio de una transmisión. La discrepancia cinemática es un indicador importante de la eficiencia del tractor 4x4 e influye en los gastos de combustible y la productividad. El objetivo de este trabajo es analizar los índices de trabajo del tractor agrícola 4x4 con diferentes condiciones de operación. La metodología consistió en la instrumentación del tractor agrícola y en la investigación teórica y práctica de los índices de trabajo. El tractor agrícola fue instrumentado con sensores para determinar la velocidad de trabajo, las velocidades angulares de las ruedas, la fuerza de tracción, el consumo de combustible, así como el diseño, construcción e instrumentación de un banco para la medición de los radios de rodadura. A partir del análisis de las fuerzas de tracción de las ruedas motrices en la curva, se determinó que los patinajes incrementan en las ruedas traseras y disminuyen en las ruedas delanteras, también fueron definidas las condiciones críticas para desconectar la tracción delantera, cuando el patinaje de las ruedas delanteras se aproxima a cero. La discrepancia cinemática del tractor depende de las variaciones entre las velocidades angulares, los radios de rodadura, los patinajes, las fuerzas de tracción y los torques de las ruedas delanteras y traseras, así como también de los radios de giro y ángulo de dirección al tomar una curva. Fueron definidas las zonas de trabajo del tractor 4x4 para la transmisión entre las ruedas conectada y desconectada, en dependencia de la carga aplicada, la cual fue definida por la profundidad, el ancho y la velocidad de trabajo, lo que permitió mejorar los índices de trabajo, tales como el incremento de la productividad y ahorros de combustible.
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    Análisis de una propuesta de aforador de garganta larga modificado para flujo con sedimentos
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2022-11) Brigido Morales, Juan Gabriel ; Carrillo García, Mauricio ; Prado Hernández, Jorge Víctor ; Flores Velázquez, Jorge ; Navarro Gómez, Humberto Iván
    México es un país que cuenta con pocos dispositivos de medición de caudales en cuencas pequeñas, además este tipo de cuencas tienen pocas mediciones de caudales cuando ocurre una tormenta. Sin embargo, es muy importante prestar atención a este tipo de mediciones para el uso eficiente de los recursos hídricos. Este trabajo aborda como posible solución, la construcción de una estructura basada en los principios de los aforadores de garganta larga para la gestión de las cuencas pequeñas. A esta estructura se ha añadido un aforador supercrítico al final de la garganta donde se instalará un pozo de observación. Este segundo sitio servirá para seguir tomando lecturas cuando el primer pozo se obstruya a causa de los sedimentos. Por lo tanto, en este trabajo se desarrolló un estudio hidráulico en forma bidimensional por medio de la Dinámica de Fluidos por Computadora (CFD) para tres canales con sección transversal rectangular, triangular y trapezoidal, con el fin de encontrar el mejor comportamiento en el canal supercrítico donde la sección rectangular fue la mejor para este canal rectangular, además de su fácil fabricación o construcción. A partir de este resultado, se realizó un nuevo análisis en una sección transversal rectangular con diferentes pendientes en el aforador supercrítico, para diferentes sitios de medición, se realizó un análisis CFD para coordenadas, unidimensional, bidimensional y tridimensional utilizando el software HEC-RAS®, Iber® y ANSYS® CFX®. Así, los resultados mostraron que la mejor ubicación del pozo de observación en el aforador supercrítico se situará 2/5 partes utilizando una pendiente del 10%, obteniendo un R2 de 0,999 y un error máximo del 5%.
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    Análisis de Vulnerabilidad y Riesgo de Contaminación del Acuífero de Texcoco, Estado de México
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2020-12-19) Vázquez Castro, Ma. de Lourdes ; Carrillo García, Mauricio ; Reyes Gutiérrez, Lázaro Raymundo ; Reyes Ramírez, Aurelio
    México, enfrenta problemas de disponibilidad de agua y contaminación, los cuales se agravan por el consumo y uso desmedido de este recurso natural. El agua subterránea presenta una gran cantidad de problemas debido al descenso continuo de sus niveles y en algunos sectores del acuífero existe un riesgo elevado a la contaminación, impactando de manera negativa el suministro de este recurso. De esto deriva la importancia de la gestión y manejo sustentable de este recurso hídrico. El acuífero de Texcoco es el principal recurso de agua de al menos 13 municipios en la parte oriente del Valle de México, es la principal fuente de abastecimiento de una población cercana a los 3,200,000 habitantes. El crecimiento económico de una región, así como el bienestar de la población depende fuertemente de la posibilidad de alcanzar un manejo sustentable. El objetivo de este trabajo fue determinar el riesgo de contaminación del agua subterránea, generando y analizando mapas de riesgo con base a los parámetros de Dar Zarrouk y el método AVI. La vulnerabilidad intrínseca se determinó con base a variables que caracterizan al acuífero en estudio como; profundidad del nivel del agua, litología, tipo de acuífero, topografía, características de la zona no saturada y su conductividad hidráulica saturada. La información para el desarrollo de esta metodología se adquirió a través de mediciones en campo y recopilación de datos, abarcando la superficie del terreno, correspondiente al área estudio. El mapa de vulnerabilidad y riesgo a la contaminación se elaboró con base a las zonas susceptibles de infiltración, a partir de datos de la conductividad hidráulica, Kfs (m∙d-1) y espesor h (m) de la zona no saturada, se obtuvieron valores de la resistencia hidráulica C=1.4 a 3.9 días, que muestran un cierto grado de vulnerabilidad, la cual se clasifico conforme a los niveles del modelo.
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    Análisis del comportamiento de la estructura de un invernadero con ventila cenital
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2014-12) López Bautista, Vicente ; Villaseñor Perea, Carlos Alberto ; López Casteñs, Gilberto de Jesús ; Carrillo García, Mauricio ; Cervantes Osornio, Rocío
    Los invernaderos se deben diseñar de acuerdo a normas en vigor o considerando las condiciones climáticas de la zona; es probable que la estructura diseñada para un país específico no cumpla la eficiencia estructural de un país diferente. En este trabajo se evaluó la capacidad estructural de un invernadero con ventila cenital, en su pórtico más limitativo, esa variante es típica en la región central de México. Se aplicó el Método de los Elementos Finitos (FEM) a un modelo tridimensional con el programa ROBOT V. 2014. Obteniéndose las tensiones que se producen en los diferentes elementos, a partir de un estado combinado de cargas. Para el caso de columnas y cuerda inferior las tensiones son superiores a las admisibles, por lo que se recomienda emplear perfiles de mayor sección, o la incorporación de otros elementos estructurales. La aplicación de estas herramientas ingenieriles ayudaría a garantizar la seguridad mecánica de la estructura de invernaderos y su optimización. Previamente se realizaron estudios de la carga de viento y la caracterización del material. En túnel de viento con un modelo a escala fueron estimados coeficientes de presión y la carga aerodinámica. Además, se realizó una visualización del comportamiento del flujo de aire utilizando inyección de humo y simulación FEM. Resultó que la tendencia de los coeficientes de presión y la visualización del flujo de aire coinciden para esta geometría, los resultados del estudio de la carga del viento se usaron para definir la carga dinámica. Para la caracterización mecánica del acero se llevó a cabo un análisis teórico; un análisis de flexión de una viga en voladizo utilizando probetas del material, en este caso se midieron deformaciones con extensometría eléctrica; también se empleó simulación con ordenador. Las predicciones teóricas indicaron una mayor flexión que la que se presenta en las mediciones experimentales. Encontrándose un valor promedio del módulo de Young no coincidente con los valores estándares. Como resultado del ensayo experimental, el desplazamiento del eje neutro es mayor en las probetas sin soldadura, lo cual concuerda con la simulación FEM. Los valores de las constantes encontradas se emplearon en el software utilizado para determinar las tensiones.
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    Análisis del Proceso Lluvia-Escurrimiento en la Cuenca Rio Chapingo
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01) Montiel Gonzaga, Ricardo ; Prado Hernández, Jorge Víctor ; Ibañéz Castillo, Laura Alicia ; Vázquez Peña, Mario Alberto ; Pascual Ramírez, Fermín
    La estimación del volumen escurrido con modelos hidrológicos en cuencas no aforadas resulta más económica que usar estaciones hidrométricas; los modelos a usar deben ser evaluados previo a ser implementados. El propósito de esta investigación fue analizar el proceso de lluvia escurrimiento en la cuenca Río Chapingo México; mediante el uso de los modelos SCS-CN, Green-Ampt (GA) y CN4GA integrados en un modelo hidrológico para reproducir los hidrogramas de escurrimiento directo de ocho eventos de lluvia escorrentía. Los parámetros de GA se obtuvieron con tres modelos denominados Brooks-Corey, Rawls y Saxton- Rawls, caracterizados por la forma de obtener la presión capilar del frente de humedecimiento (𝜓𝑓) y la conductividad hidráulica a saturación (𝐾𝑠), antes de ser usados fueron evaluados con herramientas estadísticas del error, el cual Brooks- Corey resulto ser el mejor. Los resultados de la modelación hidrológica se analizaron con herramientas estadísticas del error. En el análisis de hidrogramas de tres eventos con 𝑄 ≥ 8310 m3 y 𝑄𝑝 ≥ 1.93 𝑚3𝑠−1 el modelo GA no calibrado reprodujo mejor los hidrogramas con una RMSE de 0.14 a 0.43 m3 s-1, un MRE de 0.20 a 0.28 y una eficiencia de Nash de 0.92 a 0.95. En cuatro eventos bien definidos con 𝑄 inferiores a 6350 m3 y 𝑄𝑝 ≤ 1.44 𝑚3𝑠−1, los modelos SCS-CN y GA no calibrados sobrestimaron 𝑄 𝑦 𝑄𝑝 con una eficiencia de -1.38 a -7.34. En un evento prolongado ambos modelos estimaron el escurrimiento con una RMSE de 0.07 m3 s-1 y un MRE de 0.35 y una eficiencia de 0.71. El modelo CN4GA subestimo 𝑄 𝑦 𝑄𝑝 en la mayoría de los eventos no calibrados. En eventos calibrados GA fue con poca diferencia respecto SCS-CN el mejor estimador de los hidrogramas. El modelo CN4GA estimó con menos éxito el escurrimiento pico (𝑄𝑝) y subestimó el volumen escurrido.
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    Análisis nutricional de suelos con Aprendizaje Automático y Espectroscopía Vis-NIR
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2023-11) Reyes Rivera, Alejandro Eric ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Cruz Meza, Pedro ; Villaseñor Perea, Carlos Alberto ; Ontiveros Capurata, Ronald Ernesto
    El presente trabajo de tesis se centra en la aplicación de técnicas de Aprendizaje Automático (ML por Machine Learning) y Espectroscopia visible y de infrarrojo cercano (Vis-NIR) para mejorar el análisis nutricional de suelos en un contexto de la agricultura de precisión. El objetivo principal es estudiar y aportar en la mejora de la precisión y eficiencia en la predicción de nutrientes del suelo, en particular el nitrógeno. Se abordan dos enfoques esenciales en la tesis: la selección de variables y la calibración de algoritmos ML. Por un lado, se explora la efectividad de tres métodos de selección de longitudes de onda claves en la predicción de nitrógeno total y pH del suelo, mediante el uso de datos espectrales Vis-NIR y métodos de búsqueda y optimización, incluyendo algoritmos genéticos y bio-inspirados. Por otro lado, se profundiza en la evaluación de métodos de calibración para la predicción de nitrógeno en el suelo, empleando la espectroscopia NIR y modelos con diferentes enfoques de aprendizaje, incluyendo vectores de soporte y arboles de decisión. Donde también se investiga el uso del aprendizaje profundo, con la implementación de redes generativas adversarias para aumentar la cantidad y calidad de los datos disponibles para entrenamiento de los modelos, lo que potencialmente mejora la precisión de las predicciones. Los resultados obtenidos a través de los experimentos realizados con estas técnicas y enfoques sustentan a este trabajo académico como una contribución al conocimiento en la intersección de tecnología y agricultura, al demostrar cómo la integración de técnicas avanzadas de análisis puede revolucionar la manera en que se gestionan los nutrientes del suelo para una producción agrícola más eficiente y sostenible.
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    Aplicación de sistemas fotovoltaicos a invernaderos con pared húmeda mediante el análisis teórico- experimental de los balances energéticos
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2017-12) Ríos Urbán, Eduardo ; Romantchik Kriuchkova, Eugenio ; López Cruz, Irineo Lorenzo ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Barrera Calva, Enrique
    La radiación solar es una fuente de energía inagotable y gratuita. La cual puede ser aprovechada por sistemas fotovoltaicos para suministrar electricidad a los extractores de aire de invernaderos con pared húmeda, con ello se aumenta su nivel de sustentabilidad y representa una solución a la falta de red eléctrica en lugares aislados. La pared húmeda se utiliza para controlar, principalmente, la temperatura del invernadero. El objetivo de este trabajo es diseñar un sistema fotovoltaico en función de la temperatura de operación del invernadero. Existen diversas investigaciones relacionadas de aplicación de energía fotovoltaica en invernaderos, sin embargo, estos sistemas no satisfacen las necesidades energéticas de enfriamiento. La metodología de trabajo fue: 1) análisis de los balances de energía en pared húmeda, invernadero, extractor de aire y sistema fotovoltaico. 2) Estudios experimentales utilizando los balances de energía para la obtención de los parámetros de operación del invernadero durante su funcionamiento. 3) Modelación de la temperatura del invernadero y calibración. 4) Diseño, instalación y evaluación del sistema fotovoltaico. Los principales resultados son: 1) Coeficiente global de transferencia de calor en la cubierta, 2) Caudal y energía eléctrica requerida por los extractores en función de la temperatura, 3) Potencial de recuperación de energía de desecho en los extractores de aire. 4) Eficiencia energética y exergética de los sistemas fotovoltaicos. Se obtuvo la relación de las variables de los balances energéticos que permite obtener el diseño del sistema fotovoltaico en función de la temperatura.
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    Characterization of digesters enriched with high concentrations of propionate and chicken litter in anaerobic digestion
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2024-10) Ochoa Bernal, Thalia Guadalupe ; Espinosa Solares, Teodoro ; Hernández Eugenio, Guadalupe ; H. Huber, David ; Solís Oba, María Myrna
    The process of anaerobic digestion (AD) involves four key metabolic steps: 1) hydrolysis, 2) acidogenesis, 3) acetogenesis, and 4) methanogenesis. These steps are driven by a complex network of microorganisms working in unison to fully break down organic compounds into biogas. Propionate serves as a crucial intermediate in anaerobic digestion, with about 20 % to 43 % of methane production stemming from its complete oxidation. High concentrations of propionate, exceeding 2 g L-1, can result from organic overloads, leading to the failure of methanogenic processes and process imbalances. This study aimed to characterize a digester under continuous mesophilic conditions (35 ± 5 °C), fed with chicken litter 3 % of total solids and gradual enrichments with 0.5, 0.8, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0, 6.0, 12.0, 18.0, and 24.0 g L-1 of sodium propionate, to analyze changes in microbial populations. The microbial consortium that developed exhibited tolerance to high propionate concentrations. To elucidate its role in the degradation of propionate, 18 DNA samples were taken at strategic points of the enrichment and subjected to bioinformatic analysis. This analysis revealed the presence of species that do not act in syntrophy and facilitate propionate degradation. Furthermore, there was a substantial 50 % increase in methanogenic archaea. The developed microbiome enabled the stable maintenance of anaerobic digestion, ensuring consistent methane production without inhibition of methanogenesis despite high propionate concentrations.
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    Co-digestión anaeróbica de chlorella vulgaris libre de aceite y glicerol como alternativa para la producción de metano y ácidos carboxílicos.
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2017-01) Meneses Reyes, José Carlos ; Espinosa Solares, Teodoro ; Hernández Eugenio, Guadalupe ; Balagurusamy, Nagamani ; Robles Martínez, Fabián
    El objetivo de este trabajo fue evaluar la viabilidad técnica usando microalga Chlorella vulgaris extraída de aceite (M) y glicerol (G) en co-digestión con pollinaza (P). Las diferentes proporciones de materia prima M (0 - 30%), G (0 - 3%) y P (67 - 100%) fueron investigadas para determinar la mejor condición en co-digestión bajo condiciones mesofílicas. Según el modelo de Gompertz modificado, se obtuvo el mejor potencial bioquímico de metano (PBM) (131.1 mL CH4 gSValimentados-1) con la triple co-digestión (M-G-P) en una proporción de 30:3:67. Dando seguimiento al estudio, tres mezclas fueron probadas para aumentar la productividad en digestión anaeróbica, usando estado estacionario en reactores de tanque agitado continuo (CSTR, siglas en inglés). Los tratamientos combinados de M-G-P fueron los siguientes: 0:0:100, 30:0:70 y 30:3:67, estos fueron definidos en base a los resultados de las pruebas de PBM. La mejor actividad de metano específica (AME) estadísticamente fue 30:3:67 con 270 mL CH4 gSVañadidos-1, esto confirmó el resultado de PBM obtenido con CSTR. Los CSTR fueron perturbados con una sobrealimentación, el substrato pasó de 3 % sólidos totales (ST) con 30 días tiempo de retención hidráulica (TRH) al 14 % ST con 20 días TRH durante 11 días, esto generó ácidos carboxílicos de cadena media. El tratamiento 30:3:67 obtuvo altas concentraciones de acetato (7.54 g L-1) y propionato (3.3 g L-1), producidos a un pH 7.3 y una tasa de producción de 0.68 g L-1 d-1 y 0.3 g L-1 d-1 respectivamente. Este resultado mostró que la producción de metano y ácidos carboxílicos pueden ser obtenidos a partir de residuos de microalga.
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    Comportamiento mecánico de los frutos de zapote negro (Diospyros nigra (J.F.Gmel.) Perr. & Perr.) en postcosecha
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2023-11) Olmedo Obrero, Guadalupe ; Villaseñor Perea, Carlos A. ; Mancera Rico, Arturo ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Thalasso Siret, Fréderic
    Los frutos de Zapote negro (Diospyros nigra (J.F.Gmel.) Perr. & Perr.) han enfrentado limitaciones en su comercialización. Por lo tanto, este estudio se enfoca en caracterizar las propiedades mecánicas de los frutos de Zapote negro en su estado de poscosecha, justo después de la cosecha. Además, se examina cómo estas propiedades cambian a lo largo del tiempo durante el almacenamiento, tanto en condiciones ambientales (18.5 °C ± 1.4 °C y HR de 43.7 % ± 3.9 %) como en condiciones de refrigeración comercial (3.6 °C ± 1 °C y HR de 44 % ± 6 %). El estudio también incluye la creación de modelos matemáticos que estiman el peso de los frutos basándose en sus propiedades geométricas.
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    Construcción de un desalinizador de aguas salobres para potabilización del agua en uso agrícola
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2024-11) García Martínez, Jesús Antonio ; Valle Guadarrama, Salvador ; Carrillo García, Mauricio ; Villaseñor Perea, Carlos Alberto ; Martínez Solís, Fermín
    Este trabajo aborda la construcción y evaluación de un sistema de desalinización de agua salobre mediante la tecnología de humidificación-deshumidificación (HDH), que representa una alternativa viable para la producción de agua dulce en comunidades rurales. En el primer capítulo, se realiza una revisión exhaustiva de la literatura sobre los principios termodinámicos y psicrométricos que sustentan la operación de los sistemas HDH, destacando su capacidad para operar con fuentes de energía renovable, como la solar, y su potencial de implementación a pequeña escala. Posteriormente, se realizó un análisis bibliométrico que evalúa la investigación en tecnología HDH entre 2000 y 2023. Empleando la metodología PRISMA, se identificaron tendencias, autores y enfoques en eficiencia energética y producción de agua destilada, señalando el crecimiento de este campo. En una cuarta fase, se llevó a cabo el modelado del sistema HDH utilizando principios de psicrometría, lo que permite parametrizar un dispositivo físico y evaluar su desempeño en función de la producción de agua dulce y la eficiencia energética. Los principales componentes del sistema, como humidificadores y deshumidificadores, son analizados y optimizados para mejorar la eficiencia del ciclo, proponiendo el uso de bombas de calor para maximizar la recuperación de agua. El sistema HDH presenta un alto potencial para su implementación en zonas rurales, aunque se identifican áreas de mejora para incrementar su eficiencia y reducir los costos operativos.
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    Construcción, evaluación y modelación matemática de un secador solar tipo invernadero
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2017-12) Garduño García, Angel ; López Cruz, Irineo Lorenzo ; Ramírez Arias, José Armando ; Ruíz García, Agustín ; Romantchik Kriuchkova, Eugenio ; Pérez Vega, Cuauhtémoc ; López Cruz, Irineo L. ; Arteaga Ramírez, Ramón ; Flores Velázquez, Jorge
    Las pérdidas de productos agrícolas frescos en México de acuerdo con estudios de FAO son de hasta más de 55%. El secado al sol es un método común para deshidratar productos agrícolas; pero la calidad del producto es muy baja. Los sistemas de secado y deshidratado con energía solar reducen las pérdidas y mejoran la calidad del producto, pero su diseño, optimización y control necesita el desarrollo de modelos matemáticos y experimentos. El objetivo de la presente investigación fue construir, evaluar y modelar matemáticamente un secador solar tipo invernadero de forma parabólica, mediante pruebas realizadas sin producto y bajo condiciones de deshidratación de Stevia (Stevia rebaudiana) y frutos de jitomate (Solanum lycopersicum L). El estudio se desarrolló en la Universidad Autónoma Chapingo, Chapingo, México. Se construyó un sistema secador solar tipo invernadero (SSSTI), de forma parabólica, con cubierta de policarbonato, piso de concreto, estructura de acero galvanizado y extractores para el control de temperatura. El funcionamiento del SSSTI se evaluó mediante monitoreo de la temperatura y humedad en su interior sin producto, mediante el deshidratado de Stevia, donde la temperatura máxima del secador se mantuvo entre 45 y 50 °C, y mediante deshidratado de frutos de jitomate, donde la temperatura se mantuvo en un máximo de 45 °C. Se encontró que el SSSTI puede alcanzar temperaturas máximas de hasta 69 °C sin producto y sin ventilación forzada. El contenido de humedad final de Stevia fue entre el 12% y 13% base húmeda, con un tiempo de secado entre 6 y 6.5 h. El contenido de humedad en el caso del jitomate se redujo del 95% al 24% en 7 h en un día soleado. De nueve modelos matemáticos de capa delgada, que se evaluaron en el experimento de jitomate, la ecuación de Page presentó el mejor ajuste a las mediciones. Finalmente, se desarrolló un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) para la temperatura y flujo del SSSTI, el cual fue evaluado contra datos experimentales considerando su variación espacial.
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    Control del déficit de presión de vapor (dpvc) en cultivos de invernadero con sistemas de nebulización
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2020-12-11) Gutiérrez Hernández, José Orbelin ; Fitz Rodríguez, Efrén ; López Cruz, Irineo Lorenzo ; Ruíz García, Agustín
    Los beneficios de controlar el déficit de presión de vapor de un cultivo ( DPV c ) son diversos, como un mejoror rendimiento y calidad de los frutos, reducción del estrés hídrico, hasta la prevención de enfermedades. Para controlar el DPV c fue necesario caracterizar el sistema de nebulización y el sistema de ventilación ajustando los porcentajes de apertura de las ventilas laterales del invernadero con la finalidad de minimizar gasto de agua y el tiempo de operación del sistema de nebulización. Se implementó un simple control ON-OFF para la activación del sistema de nebulización, aplicando una tasa de nebulización constante de 0.15 g·m-2·s-1, mientras se mantenía un porcentaje de apertura del 10 o 15 y 50 % para las ventilas laterales y cenitales, respectivamente. Bajo esta configuración de operación se logró mantener un DPV c promedio de 0.99 kPa, un 59 % de humedad relativa, una temperatura del aire de 25.3°C y una temperatura del cultivo de 23.6°C. La transpiración del cultivo se redujo en un 31.8 % por los efectos del control DPV c implementado. Se analizaron los efectos que tienen las variables ambientales (temperatura del aire, humedad relativa, DPV c y radiación solar) en la conductancia estomática ( g s ) en las hojas del cultivo. Los resultados muestran que mantener el DPV c en un rango de 0.7 a 1.3 kPa, mejora la g s , en un 54.6 %. Por otro lado, al aumentar la temperatura de la hoja del cultivo y DPV c , la conductancia estomática tiene un efecto negativo. En contraste, si se aumenta la humead relativa en un rango de 45 a 80 %, se tiene un efecto positivo. Se observó también que el DPVc y la radiación solar afectan directamente la g s , siempre y cuando se mantenga el DPVc en rango ideal (0.7 a 1.3 kPa).
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    Desarrollo de un implemento agrícola para mejorar la aireación y la humedad del suelo
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2014-09) Peña Peralta, Miguel Ángel ; Romantchik Kriuchkova, Eugenio ; Pérez Sobrevilla, Luciano ; Morelos Moreno, Álvaro ; Paneque Rondón, Pablo
    La aireación y humedad del suelo son elementos esenciales para el crecimiento y desarrollo de las raíces de los cultivos, y su disponibilidad se reduce debido a la compactación del suelo, la cual es reflejada por el incremento en la densidad del suelo y la reducción de los espacios porosos. La labranza vertical es un tipo de labranza de conservación que mejora la aireación y la infiltración del agua de lluvia en el suelo sin voltear el prisma del suelo para no degradar su estructura, como sucede en la labranza convencional. En este trabajo se diseñó y construyó un rodillo aireador para mejorar la aireación del suelo e incrementar la infiltración del agua de lluvia en el suelo. Se desarrollaron las ecuaciones que describen 1) la cinemática de la rotación del rodillo aireador con el avance del tractor, 2) la relación esfuerzo-deformación y la deflexión de los elementos de corte, y 3) las propiedades físicas del suelo, tales como la humedad, densidad aparente, espacio poroso, compactación y difusión del oxígeno en el suelo. El rodillo aireador consistió de cuchillas metálicas de geometría triangular, montadas en discos portacuchillas en un eje solido de acero, el cual fue fijado a un chasis acoplado al enganche de tres puntos de un tractor MF-592T. El implemento fue evaluado en diferentes condiciones de humedad del suelo, velocidad de trabajo, tipo de cuchillas y carga vertical adicional. El rodillo aireador incrementó la humedad, la porosidad total y la tasa de difusión del oxígeno. Las cuchillas de geometría asimétrica presentaron un mejor desempeño que las cuchillas simétricas, cuya mayor rigidez las hace más susceptibles a presentar fatigas y rupturas por las condiciones cíclicas de operación. La penetración apropiada de las cuchillas en el suelo se logró a una velocidad de 3 km h-1 con una carga adicional de 200 kg.
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    Desarrollo de un sistema inteligente para el control mecánico de maleza en cultivos a hilera
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2023-12) Gaytán Campos, Israel ; Fitz Rodríguez, Efrén ; Cruz Meza, Pedro ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Guzmán Cabrera. Rafael
    A lo largo de la historia, la maleza ha significado un problema inherente a la producción de alimentos y su control ha estado presente como un reto con constantes búsquedas de para su solución. Tomando en cuenta la situación ambiental y de salud a nivel mundial, y visualizando un panorama futuro a corto plazo, el desarrollo de métodos alternativos a la utilización de controles químicos ofrecerá una luz en el camino para la humanidad al contar con fuentes de producción de alimento con procedencia segura y sin riesgos que pongan en peligro la integridad de quien produce y de quien consume. La inteligencia artificial como área de la tecnología actual ha tenido un gran desarrollo en los últimos años, así como la utilización de sistemas que empleen esta herramienta tecnológica en muchas de las diversas actividades realizadas por el ser humano. El lograr detectar y localizar plantas de cultivos, frutas y maleza representa una gran ventaja en la búsqueda de la automatización de tareas agrícolas, la detección de maleza a su vez permite tomar medidas preventivas y de control para la infestación de malas hierbas por lo que es importante disponer de métodos que cuantifiquen y analicen la distribución de las malezas de forma rápida y precisa. El presente trabajo busca el desarrollo de un sistema inteligente para el control mecánico de cultivos a hilera, con un enfoque de detección en tiempo real a partir de redes neuronales convolucionales profundas que guíen a un sistema de control para la erradicación de malas hierbas al interior de una parcela de producción agrícolas en cultivos sembrados en hilera.
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    Desarrollo de un sistema mecatrónico para el control de los dosificadores de semilla, fertilizante y pesticida de una sembradora – fertilizadora
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2017-02) Torres Sandoval, Julio ; Romantchik Kriuchkova, Eugenio ; López Cruz, Irineo Lorenzo ; López Canteñs, Gilberto de Jesús ; Morelos Moreno, Álvaro
    En las máquinas sembradoras-fertilizadoras, los elementos de mayor importancia que afecta la calidad de aplicación de los insumos son los dosificadores, los cuales para su accionamiento utilizan una rueda motriz y un sistema de transmisión por cadena o engranes, para las máquinas más utilizadas en el campo mexicano. Este tipo de accionamiento se ve afectado por las condiciones del suelo, cubierta vegetal y velocidad de avance de la máquina debido al deslizamiento de la rueda motriz o bloqueo del sistema de transmisión por residuos vegetales, afectando así el funcionamiento de los dosificadores. En algunos países este tipo de accionamiento ha sido reemplazado por sistemas electromecánicos (utilizan motores eléctricos para accionar los dosificadores) e hidráulicos (utilizan motores hidráulicos para accionar los dosificadores) que permiten eliminar esta desventaja. En el presente trabajo se desarrolló un sistema mecatrónico (SM) para el control de los dosificadores de semilla, fertilizante y pesticida de la máquina sembradora-fertilizadora Modelo LC-U-N del fabricante Sembradoras del Bajío S.A. de C.V.; además del desarrollo de la instrumentación y el equipo necesario para la realización de las pruebas de laboratorio de la máquina. El SM está basado en la plataforma de desarrollo Arduino como unidad de procesamiento y control, además de motores de corriente directa para accionar los dosificadores. El SM permite el cambio continuo y en tiempo real de la dosis de aplicación de cada uno de los insumos (semilla, fertilizante y agroquímico), así como el control de la presión de vacío en la cámara de succión del sistema neumático. Los cambios de la dosis de aplicación se logran con el control de la frecuencia de rotación de los dosificadores, utilizando la técnica de modulación por ancho de pulso (PWM) y el diseño de controladores tipo ProporcionalIntegral (PI) y Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Los controladores permiten alcanzar la dosis de aplicación deseada para cada uno de los insumos en un tiempo máximo de 2 s, alcanzando el estado estable en un tiempo máximo de 2.5 s, con errores de la variable de control (frecuencia de rotación) dentro del intervalo del ± 5%, a excepción del dosificador de pesticida que presenta errores dentro del ± 10%. Se logra obtener un desempeño aceptable para los controladores de cada uno de los dosificadores y del controlador de la presión de vacío del sistema neumático de semilla.
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    Desarrollo, análisis y evaluación de un modelo dinámico de crecimiento, transpiración y absorción de nitrógeno para jitomate en invernadero.
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2017-10) Martínez Ruiz, Antonio ; López Cruz, Irineo Lorenzo ; Pineda Pineda, Joel ; Ruíz García, Agustín ; Martínez Gutiérrez, Gabino Alberto
    El modelo HortSyst es un modelo en tiempo discreto para describir la dinámica del tiempo fototérmico (PTI), producción de materia seca (DMP), nitrógeno absorbido (Nup), índice de área foliar (LAI) y la transpiración del cultivo (ETc) para cultivos en invernadero. El modelo asume que no existen limitaciones de agua y nutrimentos. Las variables de entrada son la temperatura del aire, humedad relativa, y la radiación global solar diaria. Este modelo cuenta con trece parámetros. Para evaluar la predicción del modelo, se llevaron a cabo dos experimentos en invernadero, durante otoño-invierno y primavera-verano en Chapingo México. Se trabajó con dos cultivos de jitomate (Solanum lycopersicom L.) variedad “CID F1” en sistemas hidropónicos. Las plantas se distribuyeron con densidad de 3.5 plantas m-2. El objetivo de esta investigación fue desarrollar un modelo de cultivo y adaptarlo a invernaderos mexicanos y comparar el rendimiento de este modelo HortSyst con el modelo Vegsyst, también se llevó a cabo un análisis de sensibilidad global usando el método de Sobol para determinar cuáles parámetros fueron más importantes y después se realizó una calibración para encontrar los valores correctos de los parámetros, se usó el método de mínimos cuadrados no lineales y un método heurístico (evolución diferencial), también se llevó a cabo un análisis de incertidumbre para cuantificar la incertidumbre de las predicciones del modelo para ello se aplicó un método frecuentista y el método GLUE. Finalmente, se presentó una propuesta para el uso del modelo HortSyst para el manejo del riego y nitrógeno para jitomate en cultivo sin suelo. Se usaron diferentes estadísticas para juzgar la efectividad del modelo por ejemplo; la raíz del cuadrado medio del error (RMSE), sesgo, la eficiencia de modelación (EF), coeficiente de variación (CV), kurtosis, skewness, etc. el análisis y evaluación del modelo fue exitoso y las estadísticas resultaron aceptablemente. En conclusión el modelo podría ser una buena herramienta para el manejo de los sistemas de producción en invernadero.
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    Deshidratador híbrido para productos agrícolas: construcción, evaluación y modelación matemática del proceso
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2017-02) Santos Hernández, Alberto Mauricio ; Rojano Aguilar, Abraham ; Ruíz García, Agustín ; Salazar Moreno, Raquel ; Nava Gómez, Gilberto Ángel
    El uso de fuentes alternas de energía para deshidratar alimentos es una opción viable para procesar dichos productos. Sin embargo, estas tecnologías dependen de la climatología del lugar y las características constructivas del equipo, por lo cual se requiere desarrollar dispositivos para controlar el proceso. En la primera etapa de la investigación se construyó y evaluó un deshidratador híbrido portátil, solar-eléctrico, para productos agrícolas, que aprovecha la radiación solar y la convección natural mediante un sistema de calentamiento indirecto del aire, que combina y recircula el calor generado por la radiación y por una calefacción eléctrica. El ingreso del aire es generado por un sistema de ventilación hacia la cámara de deshidratado, donde un control automático estabiliza la temperatura al calentar o enfriar el sistema. Para evaluar el prototipo se deshidrataron hojas de lechuga manteniendo una temperatura constante. Los datos experimentales se utilizaron para estimar el tiempo de deshidratado del producto con base en la modelación matemática del proceso. Con este equipo las hojas se deshidrataron en menor tiempo respecto al método tradicional. Al controlar la temperatura se obtuvo un deshidratado uniforme, independientemente de las variaciones de radiación durante el experimento. El prototipo está dirigido a pequeños y medianos productores, su costo es accesible comparado con otros equipos que cuestan hasta el triple del valor estimado. En el siguiente trabajo se estudió la cinética de deshidratado en hojas de Stevia para nueve condiciones de temperatura, determinando los valores de difusividad efectiva, el factor de Arrhenius y la energía de activación para efectuar el deshidratado. Para estimar el comportamiento del proceso los datos se ajustaron a 8 modelos de deshidratado, donde el modelo Midilli presentó el mejor ajuste estadístico. Finalmente, se obtuvieron los valores de entropía, entalpia y energía libre de Gibbs para deshidratar el producto.
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    Design of automatic food dosing and oxygenation for a carp recirculating aquaculture system (RAS)
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2011-11) Mohamed Aly, El-Messery Wael ; Han Schlam, Fedérico Félix ; López Cruz, Irineo Lorenzo ; Hernández Eugenio, Guadalupe ; Figueroa Lucero, Gerardo
    During the past years the trend to move from conventional open systems to high density and highly productive recirculation aquaculture systems (RAS) was observed for its advantages. Recirculating aquaculture systems was poorly applied in Mexico, and the majority of its components were imported. The main objectives of the present study was to design and evaluate each component of a recirculating aquaculture system under local Mexican conditions, solids separator was evaluated obtaining optimum operations factors of water level in fish tank 90 cm and 2.54 cm of tank base diameter. Four suitable aerators locally designed for RAS was evaluated for choosing the máximum aeration efficiency (AAE). Spray column aerator records the highest AAE of 1.075 kgO2/kW hand oxygen transfer rate of 23.04 gO2/h. Tezontle (Volcanic sand) as an alternative media for the biostrata for its higher cost in biofilters was studied. Total ammonia nitrogen removal efficiency was 64.5 % and 73.4 % for the Tezontle and Bio-strata respectively, so the Tezontle can substitute the biostrata as an alternative media for the biofilter for its lower cost. The oxygen budgets in RAS was studied realizing one model to calculate aeration requirements and aerator size for whatever RAS producing mirror carp. Recirculating aquaculture system to preserve water; the total water used during the growing season to produce 18 kg/tank was 4666.55 liter of water. An automatic feeder was designed to provide predetermined amounts of food at controlled feeding times; food conveying was studied optimizing energy consumption.An intelligent instrumentation system monitoring and control three fish tanks with one galvanic dissolved oxygen probe and its transmitter. Peristaltic pumps extracted water from each tank without adding oxygen to the sample and dissolved oxygen measurements were auto-calibrated and statistically diagnosed.
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    Detección y estimación de la salinidad de aguas residuales utilizadas en riego por espectroscopía infrarrojo cercano
    ( 2012-06) Ontiveros Capurata, Ronald Ernesto ; Diakite Diakite, Lamine ; Álvarez Sánchez, María Edna ; Coras Merino, Pablo ; Ramírez Ayala, Carlos
    Las propiedades espectrales de las principales sales encontradas en las aguas residuales fueron estudiadas para determinar sus impactos sobre las bandas de absorción del agua en la región del infrarrojo cercano con la finalidad de evaluar cuantitativamente el contenido de sales de estas aguas residuales. Noventa muestras de aguas residuales provenientes de los tres principales canales de drenaje de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) fueron analizadas para determinar el contenido de cationes (Ca+2, Mg+2, K+1, Na+1) y aniones (CO3-2, HCO3-1, SO4-2 y Cl-1) mediante métodos convencionales de análisis químico conforme a las Normas Mexicanas vigentes. Las soluciones estándar requeridas para la calibración del modelo de predicción del contenido de sales fueron preparadas sobre la proporción de los cationes Ca:Mg:K:Na medidos. Simultáneamente se tomaron las firmas espectrales de las muestras de aguas residuales y de la solución estándar preparada mediante un espectroradiómetro ASD (FieldSpect3) portátil de alta resolución. El modelo que relaciona la absorbancia con la concentración de sales fue obtenido mediante regresión múltiple de componentes principales de las firmas espectrales (RCP) usando el software The Unscrambler de CAMO. La validación del modelo en aguas residuales reporta una adecuada precisión en la predicción de la salinidad (R2= 0.89). El ajuste del modelo fue mejor en soluciones con alta concentración. Estos resultados permiten implementar esta técnica en el uso de imágenes hiperspectrales para la detección y cuantificación de la salinidad de cuerpos de agua y suelos tanto en distritos riego como en regiones áridas y semiáridas.