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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ItemDiseño y evaluación de una mini-fábrica de plantas: eficiencia hídrica, nutricional y energética bajo distintos fotoperiodos y velocidades de flujo de aire(Universidad Autónoma Chapingo, 2025-11)La creciente demanda en alimentos ha impulsado el desarrollo de sistemas de producción sustentables enfocados al uso eficiente de recursos y a una reducción en la emisión de contaminantes. En este sentido las PFALs (Plant Factories with Artificial Lighting) juegan un papel esencial, ya que son sistemas de cultivo en ambiente controlado que permiten una producción intensiva y estable con una mayor eficiencia en el uso de recursos mediante el control preciso de los factores ambientales. En este trabajo se diseñó un módulo mini-PFAL orientado a la producción de lechuga (Lactuca sativa L. var. francesa) adaptado para entornos urbanos en donde no se tienen las condiciones para establecer algún tipo de cultivo. Se realizaron experimentos para evaluar el efecto de diferentes velocidades de flujo de aire (0.0, 0.5, 0.9, y 1.4 m s-1) sobre el cultivo, además de distintos fotoperíodos con la mismo Integral de luz diaria (DLI), pero dividido en subperiodos (16h/8h, 5h 20 min /2h 40 min, 8 h/4h, luz/oscuridad) sobre rendimientos, uso de recursos (agua/energía) y contenido nutrimental en hoja (N, P, K, Ca, Mg, B). El módulo tiene una capacidad de 81 con un costo de producción de $15 MXN por cada planta; el costo total de fabricación únicamente de materiales y componentes fue de casi $26 mil MXN. Los resultados indican que proporcionar un flujo de aire a una velocidad entre 0.9 a 1.4 m s-1 sobre el dosel de la planta mejora los rendimientos en promedio un 18 % con respecto a un flujo nulo; El fotoperíodo correspondiente a 8h/4h favoreció un aumento del 17.66 % en área foliar y 25.25 % en peso fresco con respecto a 16h/8h. El trabajo demostró la viabilidad técnica del módulo mini-PFAL como herramienta de investigación y producción urbana, y plantea recomendaciones para optimizar su viabilidad económica.
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ItemSistema de control proporcional-integral-derivativo en un secador solar tipo invernadero(Universidad Autónoma Chapingo, 2025-11)El sistema secador solar tipo invernadero (SSSTI) representa una alternativa sustentable para la deshidratación óptima de productos agrícolas, debido a que aprovecha la energía solar, permite controlar tanto la temperatura del aire como del producto y protege el material de la intemperie y agentes contaminantes. Sin embargo, sin un sistema de control apropiado, el aire dentro del SSSTI puede alcanzar temperaturas superiores a 60 °C, lo que puede representar un riesgo de salud para la supervisión directa del operador y afectar negativamente la calidad final del producto. Por lo anterior, la presente investigación integra el diseño y evaluación de dos desarrollos tecnológicos orientados a mejorar la eficiencia y seguridad del secado solar: un dispositivo de medición continua de peso del producto y un sistema de control automático Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Para la medición en tiempo real del peso del producto durante el proceso de secado, se construyó una balanza electrónica utilizando una celda de carga PA1 y un amplificador HX711. La calibración de la balanza permitió obtener una ecuación lineal que corrigió la variación del sensor por efecto térmico. En los experimentos realizados de deshidratado de jitomate con temperaturas que varían entre 40 °C y 70 °C, la balanza construida mostró alta precisión y una correlación casi perfecta (R = 0.99) con respecto a una balanza comercial, aunque se detectó diferencia significativa a 60 °C. Además, se diseñaron y evaluaron tres estrategias de control: controlador PID de la temperatura del aire, controlador PID basado la temperatura del producto del producto y un controlador ON/OFF de la temperatura del aire. Para el diseño de los controladores se obtuvieron funciones de transferencia de primer orden con retardo mediante un procedimiento de identificación de sistemas que usó un algoritmo de optimización por enjambre de partículas (PSO). Los resultados experimentales mostraron que el control PID del producto permite reducir el tiempo de secado, el consumo energético y la oscilación térmica, manteniendo la temperatura del producto por debajo de 55 °C.
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ItemMonitoreo fenológico de lechuga mediante CNN en fábrica de plantas con iluminación artifical (PFAL)(Universidad Autónoma Chapingo, 2025-11)Las fábricas de plantas con iluminación artificial (PFALs) permiten cultivar hortalizas en entornos controlados, pero presentan limitaciones en la automatización del fenotipado y en la precisión de la segmentación bajo condiciones lumínicas variables. En particular, la iluminación púrpura generada por diodos LED rojo-azul altera la percepción del color y dificulta la delimitación del dosel vegetal, afectando la obtención confiable de parámetros morfológicos. El objetivo de esta investigación fue diseñar e implementar un sistema automatizado de fenotipado RGB-D basado en un robot cartesiano y modelos de aprendizaje profundo para analizar rasgos morfológicos de lechuga (Lactuca sativa L.) en un sistema PFAL. Las imágenes RGB-D se capturaron durante el ciclo de crecimiento bajo dos condiciones: fotoperiodo activo con luz púrpura y fase oscura del fotoperiodo, manteniendo una vista cenital fija y geometría constante. Se entrenaron los modelos YOLOv8n-seg y YOLOv11n-seg bajo tres configuraciones de datos (50–35–15 %, 70–20–10 % y 90–5–5 %). YOLOv11n- seg alcanzó la mayor precisión (F1 = 0.953, Dice = 0.966, mAP50–95 > 0.96), reduciendo 40 % los falsos positivos en la fase oscura del fotoperiodo y manteniendo una precisión de segmentación superior al 96 % con luz púrpura. A partir de las máscaras se extrajeron métricas morfológicas 2D–3D área proyectada, altura, volumen aparente, circularidad y relación altura-diámetro que sirvieron como entradas para un modelo multimodal orientado a la predicción no destructiva de peso fresco, peso seco y área foliar. El sistema propuesto supera las limitaciones de segmentación bajo iluminación artificial compleja y sienta las bases de un pipeline de fenotipado RGB-D automatizado para agricultura de precisión.
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ItemSistema de adquisición de datos y monitoreo IOT para una minifábrica de plantas con iluminación artificial(Universidad Autónoma Chapingo, 2025-11)Se diseñó e implementó un sistema con Internet de las Cosas (IoT) para una mini fábrica de plantas con iluminación artificial (mini-PFAL) para producción de hortalizas de hoja. El sistema integró monitoreo ambiental, de cultivo y solución nutritiva, además de una adquisición de datos mediante microcontroladores ESP32, una Raspberry Pi 5 para almacenar los datos en MariaDB, visualización en Node-RED y captura programada de imágenes RGB-D con un robot cartesiano. La validación operativa se realizó durante 21 días en un cultivo de espinaca (Spinacia oleracea L.) en sistema hidropónico NFT. Las mediciones de los sensores se realizaron cada minuto y fueron usadas para evaluar la continuidad, la disponibilidad (completitud y brechas), el tiempo medio entre fallas, el tiempo medio de recuperación y la caracterización de la iluminación mediante el mapeo del densidad de flujo fotónico fotosintético (PPFD) y el cálculo del integral de luz diaria (DLI) a 13 h. Se esperaron 30,240 registros por variable, se documentaron brechas discretas y se alcanzó una completitud global superior al 93 %, suficiente para análisis agronómicos y para la trazabilidad temporal entre sensores. El robot cartesiano fue capaz de capturar el 96.82 % del total de imágenes esperadas, con las únicas imágenes faltantes correspondientes a períodos en los que se registró una falla eléctrica en las instalaciones. Dicho conjunto de imágenes se empleará en futuros trabajos de fenotipado y estimación de parámetros del crecimiento vegetal. Se concluye que la arquitectura propuesta es operativamente sólida y escalable, ya que integra la adquisición de datos, el almacenamiento, la visualización y la captura automatizada de imágenes en un flujo unificado. La mini-PFAL funciona como una plataforma reproducible para verificar sensores, optimizar la gestión de cultivos y desarrollar bases de datos dirigidas a estudios avanzados de fenotipado y optimización de una mini-PFAL.
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ItemAislamiento y caracterización de biomasa lignocelulósica de residuos sólidos de la producción de mezcal(Universidad Autónoma Chapingo, 2025-10)El mezcal es una bebida espirituosa distintiva, derivada del agave, cuya producción abarca una serie de etapas cruciales: cosecha, cocción, molienda, fermentación, destilación y envasado. Durante la fase de cosecha, se genera una cantidad significativa de residuos sólidos, conocidos como "pencas" (hojas de agave), que tradicionalmente se desechan en los campos de cultivo. Posteriormente, en la etapa de destilación, se produce un segundo tipo de residuo, el "bagazo", que constituye la materia fibrosa restante del agave después de la extracción de los jugos fermentados. La gestión adecuada de estos residuos es fundamental para disminuir los problemas de contaminación del aire, suelo y agua de las regiones mezcaleras. En consecuencia, la presente investigación tuvo como objetivo principal dilucidar la composición química de los residuos derivados de la penca y el bagazo del agave. Adicionalmente, se buscó optimizar la extracción de celulosa y hemicelulosa del bagazo, así como la celulosa de las pencas, mediante la aplicación de un tratamiento alcalino potenciado por ultrasonido. El material resultante fue sometido a caracterización mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), lo que corroboró la presencia de grupos funcionales característicos de la celulosa y hemicelulosa. La difracción de rayos X reveló una estructura cristalina en las muestras postratamiento, con un potencial zeta negativo que sugiere una considerable repulsión electrostática intermolecular. El análisis morfológico por microscopía electrónica de barrido (SEM) evidenció una topografía irregular y una superficie rugosa. Asimismo, los análisis termogravimétricos indicaron que las celulosas extraídas poseen una estabilidad térmica superior a la hemicelulosa obtenida del bagazo. En conjunto, estos hallazgos demuestran la factibilidad de revalorizar los residuos sólidos de la producción de mezcal, transformándolos en celulosa y hemicelulosa de bajo costo con propiedades prometedoras, lo que subraya el potencial de valorización de estos subproductos agroindustriales.