Maestría en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua
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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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ItemDesarrollo de un sistema de visión artificial para el monitoreo de producción de jitomate en invernadero(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-12)El monitoreo continuo de cultivos en invernadero, en conjunto con la automatización de sus procesos, permite hacer un uso eficiente de los recursos disponibles, tales como agua, energía, fertilizantes, suelo, mano de obra, entre otros; así como también mejorar la calidad, uniformidad y rendimientos en la producción. Con el avance tecnológico en los sistemas de visión artificial, actualmente se puede obtener información útil del estado de los cultivos, de manera no invasiva. En esta investigación se propone implementar un sistema de visión artificial para cuantificar el número, tamaño y estado de madurez de los frutos en un cultivo de jitomate bajo condiciones de invernadero. Esta información resulta útil para el pronóstico de rendimientos semanales y poder realizar una mejor planeación, tanto en el manejo de las cosechas, como en mejores estrategias de mercadotecnia. Se implementó un sistema de visión con una cámara estéreo RGB-D y algoritmos con redes neuronales de convolución para la detección y clasificación por grado de madurez de los frutos de jitomate. Con el sistema desarrollado se obtuvo una sensibilidad del 70 % (capacidad para identificar los frutos) y una precisión de 96 % (la probabilidad de que un objeto identificado sea un fruto de jitomate), en la detección de frutos bajo condiciones de invernadero. Por otro lado, se obtuvo una precisión del 94 % en la clasificación correcta de los frutos por estado de madurez. Para la estimación del peso de los frutos se implementaron varios algoritmos de procesamiento de imágenes para obtener características geométricas, las cuales se utilizaron como entradas en una red neuronal multicapa. En este último sistema se obtuvo una raíz del error cuadrático medio de 11.85 g, con un coeficiente de determinación R2 = 0.88.
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ItemCaracterización de mortero de cemento portland conteniendo agregado fino de pet (tereftalato de polietileno)(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01)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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ItemModelación de temperatura y amoniaco en una granja cunícola mediante dinámica de fluidos computacional(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-12)En México la crianza de conejos se lleva a cabo en construcciones rústicas. Al carecer de un diseño adecuado, la granja presenta problemas ambientales, como altas temperaturas y concentraciones elevadas de gases nocivos a consecuencia de una inadecuada tasa de ventilación. Lograr un ambiente dentro de rangos óptimos para el conejo, es una necesidad para evitar problemas de crecimiento y reproducción. El objetivo de este trabajo fue analizar mediante dinámica de fluidos computacional (CFD) la distribución de la temperatura y concentración de amoniaco en el interior de una granja de conejos ubicada en Chapingo, México. La investigación se realizó en dos etapas, primero se desarrolló e instaló un sistema de monitoreo basado en Arduino, en una instalación cunícola. En la segunda etapa se desarrolló un modelo CFD, el cual fue evaluado con datos experimentales medidos durante el mes de julio de 2019. La raíz del cuadrado medio del error (RMSE) entre datos medidos y simulados fue 1.16 en amoniaco y 0.41 en temperatura. Se evaluó el efecto de tres ángulos de incidencia del viento sobre la instalación (0°, 45° y 90°). Los resultados indicaron mejor distribución de temperatura y amoniaco cuando el ángulo de incidencia del viento fue de 45° respecto a las ventanas. La temperatura interna fue de 2 °C menos que la externa y la concentración de amoniaco de 10 a 13 ppm, la cual se encuentra por debajo del límite máximo recomendado de 25 ppm.
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ItemConteo automático de olivos mediante morfología matemática con imagenes adquiridas por sistema aéreo tripulado remotamente(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-11)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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ItemMonitoreo 3D y análisis CFD del ambiente de un invernadero con ventilación natural(Universidad Autónoma Chapingo, 2019-01)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.