Doctorado 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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ItemCaracterización agroclimatica de la parte media de la cuenca del rio Apulco en la zona nororiental de Puebla(Universidad Autónoma Chapingo, 2024-11)En los últimos años la variabilidad climática pone en riesgo a la producción del rendimiento agrícola. El problema de estudio radica en la incertidumbre de la ocurrencia de eventos climáticos y la disponibilidad de los requerimientos agroclimáticos que ponen en riesgo la producción del maíz. Por lo que es necesario indagar sobre metodologías que mejoren tales condiciones. Los objetivos de estudio fueron, general: se realizó la caracterización agroclimática para el cultivo de maíz en la parte media de la cuenca del rio Apulco en la zona Nororiental de Puebla, y los específicos: (1) realizar un análisis bibliométrico y metodologías para la zonificación agroclimática en el periodo 1990 – 2024; en el que se realizó una revisión sistemática de literatura y análisis bibliométrico con el software Bibliometrix con relación a las palabras clave zonificación agroclimática, agroecológica y edafoclimática; (2) se realizó la caracterización de la información climática de 19 estaciones meteorológicas en el periodo 1980 – 2018; (3) se realizó la caracterización agroclimática de 19 estaciones meteorológicas en el que se utilizó la paquetería Climatol 4.0.0 en R, Instat+v3.36 y Qgis. Los resultados fueron: la producción científica anual con una tendencia positiva entre los años 2002 al 2019 con los autores más productivos Caramori PH, Da Silva Ricce W, y Pitta-Alvarez S.; se encontró que la información climática tiene limitaciones de disponibilidad, se identificaron valores atípicos leves y extremos, incrementos y decrementos, valores repetidos consecutivos, que se deben revisar antes del análisis. Al considerar una fecha de siembra al 20% libre de heladas, esta, debe ser posterior a 15 de marzo, y se encontró que solo dos estaciones cumplen el umbral de precipitación y tres de las unidades calor con el 100% de probabilidad. Además, que los periodos secos son limitantes de la región.
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ItemEvaluación del modelo de cultivo Hortsyst bajo un sistema de producción de jitomate en invernadero con fertirriego(Universidad Autónoma Chapingo, 2024-11)HortSyst es un modelo de crecimiento de jitomate (Solanum lycopersicum L.) para sistemas hidropónicos en invernadero el cual permite ajustar programas de nutrición del cultivo y riego. HortSyst asume que el cultivo no presenta limitación de agua en sistemas hidropónicos; sin embargo, en condiciones de cultivo en suelo si se pueden presentar limitaciones debido a las características hidráulicas del suelo. En este sentido, la presente investigación plantea adecuar el modelo HortSyst a sistemas de producción de jitomate en suelo en invernadero con fertirriego. Para estudiar la dinámica del agua en el suelo, se comparó el comportamiento de la humedad en el suelo resultado de simulaciones de pruebas de riego por goteo de un modelo generado en HYDRUS 2D con los datos observados en un modelo físico experimental. También se evaluó el modelo HortSyst para predecir la evapotranspiración del cultivo (ETc) de jitomate en un sistema de fertirriego en invernadero, en cuyo caso se compararon los valores de ETc observados mediante un balance hídrico y los simulados por el modelo HortSyst de dos ciclos de cultivo 2023 y 2024. Las predicciones del contenido de agua en el suelo del modelo HYDRUS 2D concuerdan con los valores observados, la raíz cuadrada del error cuadrático medio (RMSE) osciló entre 0.010 y 0.084 cm3 cm-3 y el índice de eficiencia de Nash-Sutcliffe (NSE) entre 0.660 y 0.996. Los parámetros estadísticos mostraron un buen desempeño del modelo HortSyst durante el ciclo 2023, con valores de NSE de 0.852 y de RMSE de 178.21 mm. En el ciclo 2024 el desempeño del modelo disminuyó considerablemente, con valores de NSE de 0.183 y de RMSE de 355.48 mm. Los resultados muestran el potencial del modelo HortSyst para predecir la ETc en suelo y la factibilidad de acoplarlo a un modelo que represente el comportamiento del agua en el suelo.
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ItemDiseño y evaluación de un sistema de monitoreo IOT y modelado para acuaponia(Universidad Autónoma Chapingo, 2024-11)La acuaponía es un sistema que combina la acuicultura con la hidroponía para crear un ambiente simbiótico, donde los desechos de los peces proporcionan nutrientes para las plantas y las plantas purifican el agua para los peces. Es esencial mantener un control preciso de las variables como la temperatura del agua, el oxígeno disuelto, pH, conductividad eléctrica y radiación, para asegurar un crecimiento óptimo de las plantas y la salud de los peces. Sin un monitoreo adecuado, estas variables pueden variar fuera de los límites permisibles, afectando negativamente la producción. Los objetivos de este trabajo de investigación fueron 1) desarrollar un sistema de monitoreo de variables fisicoquímicas y ambientales de un sistema acuapónico capaz de recopilar datos en tiempo real y 2) transmitirlos a una plataforma centralizada a través de internet (IoT), donde se pueden analizar y visualizar mediante un dispositivo externo. La implementación de este sistema permitió una gestión más eficiente de los recursos y una respuesta rápida a cualquier cambio en el sistema acuapónico. Los datos medidos por el sistema de monitoreo IoT se usaron para calibrar un modelo matemático dinámico que simula el crecimiento y la acumulación de nitrógeno en lechuga acuapónica. El método de Sobol fue utilizado para llevar a cabo un análisis de sensibilidad global del modelo. Los parámetros que más influyeron en la variabilidad de la salida del modelo fueron estimados minimizando una función de error entre las variables medidas y simuladas. De los 13 parámetros del modelo, solamente tres resultaron sensibles, dos relacionados con la absorción de nitrógeno y uno con la tasa de crecimiento. De acuerdo con las estadísticas eficiencia de modelado y raíz del cuadrado medio del error, el modelo calibrado simula de manera satisfactoria la biomasa total y contenido de nitrógeno total en el dosel.
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ItemConstrucción de un desalinizador de aguas salobres para potabilización del agua en uso agrícola(Universidad Autónoma Chapingo, 2024-11)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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ItemCharacterization of digesters enriched with high concentrations of propionate and chicken litter in anaerobic digestion(Universidad Autónoma Chapingo, 2024-10)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.