Doctorado en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua

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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    Modelación matemática de un secador solar tipo invernadero
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2020-11-30) Marín Camacho, José Francisco ; López Cruz, Irineo L. ; Ruíz García, Agustín ; Valle Guadarrama, Salvador ; López Ortiz, Anabel
    En México se desperdician, cada año, alrededor de 10 mil toneladas de alimentos (verduras y frutas), equivalente al 37% de la producción de acuerdo con estudios de la FAO. El deshidratado puede contribuir a reducir este problema ya que permite aumentar la vida postcosecha de los productos agrícolas. El objetivo de esta investigación fue generar y analizar modelos matemáticos del comportamiento de un secador solar tipo invernadero. Se llevaron a cabo experimentos de secado de tomate (Solanum lycopersicum L) y guayaba (Psidium guajava) que se utilizaron para evaluar modelos de capa fina; se generaron modelos ARX y ARMAX para predecir la temperatura dentro del secador y se desarrolló un modelo dinámico mecanicista que predice el comportamiento del secador solar durante el proceso de secado de frutos de tomate. El sistema de secado solar parabólico tipo invernadero permite condiciones adecuadas para el secado de rodajas de tomate y guayaba, ya que reduce el contenido de humedad al 20% en base húmeda en tomate y al 8% en el caso de guayaba. Con un tiempo de secado de 8 horas para ambos productos. El mejor modelo fue el Henderson y Pabis Modificado para ambos productos, con una eficiencia de modelado de 0.995 y 0.997, respectivamente. Las variables de estado predichas por el modelo mecanicista coincidieron razonablemente con los datos experimentales medidos, ya que el valor del error cuadrático medio de la predicción fue 9.02% para la temperatura de la cubierta, 6.26% para la temperatura del aire, 6.13% para la temperatura del piso y 6.00% para el contenido de humedad de tomate. Dado que los modelos dinámicos ARX y ARMAX mostraron un ajuste mayor del 85% con los datos del conjunto de evaluación; son una excelente opción para diseñar sistemas de control para el ambiente del sistema secador solar tipo invernadero.
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    Respuesta de la cuenca alta Laja-Peñuelitas, ante escenarios de cambio climático y uso del suelo
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2021-11-26) Jaimes Rodríguez, Jorge ; Ibáñez Castillo, Laura Alicia ; Arévalo Galarza, Gustavo Antonio ; Vázquez Peña, Mario Alberto ; Monterroso Rivas, Alejandro Ismael
    Conocer la respuesta de una cuenca ante cambios es de vital importancia para cualquier tomador de decisiones. El objetivo del presente trabajo fue obtener la respuesta hidrológica de la cuenca alta Laja-Peñuelitas a través del comportamiento del hidrograma en la estación hidrométrica Puente Dolores, ante escenarios potenciales de cambio climático y uso del suelo y vegetación. El modelo HEC-HMS fue calibrado/validado hasta la estación hidrométrica Puente Dolores, el modelo calibrado presentó un desempeño NSE (0.768) y el mejor desempeño del modelo validado NSE (0.542), clasificando los rendimientos del modelo como muy bueno y satisfactorio respectivamente. Utilizando el programa RClimDex se analizó los cambios en los extremos de precipitación, empleando los índices de cambio climático desarrollados por el ETCCDI, mostrando una tendencia estadística no significativa ascendente (62.09 %) y significativa ascendente (14.05 %), indicando que en la cuenca es posible establecer el mantenimiento y ligero aumento en el comportamiento y cantidad de la precipitación. Finalmente, a través del modelo hidrológico calibrado se analizó la sensibilidad del hidrograma ante cambios potenciales en el clima (incrementos en precipitación en 10 %, 20 % y 30 %) y uso del suelo y vegetación (incremento y decremento en 10 % en el número de curva de escurrimiento), partiendo de información de los índices de cambio climático y del análisis de diferentes series de uso del suelo y vegetación de INEGI. Los resultados indican que tanto incrementos en precipitación o en el número de curva de escurrimiento aumentaron considerablemente el comportamiento del caudal en el hidrograma calibrado, presentando un efecto aun mayor ante la combinación clima-uso, con un máximo caudal pico de 131.1 m3 s-1 representando un aumento del 195.76 % respecto al caudal pico calibrado, mostrando que un aumento potencial en la precipitación y/o superficies impermeables intensificara el escurrimiento generado en la cuenca.
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    Modelación dinámica del crecimiento y desarrollo de frijol (Phaseolus vulgaris L.) con diferentes niveles de agua en el suelo
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2022-08-09) Servin Palestina, Miguel ; López Cruz, Irineo Lorenzo ; Ruiz García, Agustín ; Salazar Moreno, Raquel
    El frijol es la leguminosa más importante para consumo humano por su contenido proteico, vitaminas y minerales. Sin embargo, su producción está en riesgo debido al cambio climático, disminución de los recursos hídricos y un manejo inadecuado del cultivo. Aunque los modelos dinámicos de cultivos son herramientas útiles para gestión y toma de decisiones, los modelos existentes en la literatura científica tienen problemas para simular el desarrollo del cultivo, sobre todo fechas de cambio de las etapas fenológicas. Por esto, los objetivos de este trabajo de investigación fueron simular, identificar las fuentes de incertidumbre, identificar los parámetros más influyentes, calibrar y evaluar el modelo SIMPLE para simulación de biomasa y rendimiento de frijol en Zacatecas, México. En un análisis de sensibilidad espacio temporal de las zonas productoras de frijol se identificaron los parámetros Tsum>Swater>Tb>Topt >I50A, como los más influyentes para simular biomasa y tiempo térmico de frijol. También mediante
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    Monitoreo del estrés hídrico en cultivo de maíz (Zea mays L.) mediante imágenes multiespectrales de un vehículo aéreo no tripulado
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2021-09-22) López Hernández, Misael ; Arteaga Ramírez, Ramón ; Flores Magdaleno, Héctor ; Vázquez Peña, Mario Alberto ; Ruíz García, Agustín ; Quevedo Nolasco, Abel
    El cultivo de Maíz para grano se cultiva en todas las entidades federativas del país, principalmente para consumo humano, autoconsumo, uso pecuario y como semilla para siembra. La agricultura es una de las actividades productivas que más se verá perjudicada por causa del impacto del cambio climático, afectando el estado hídrico de los cultivos, disminuyendo su productividad. El monitoreo del estado hídrico de los cultivos se ha desarrollado mediante el uso de imágenes de satélite o de vehículos aéreos no tripulados (VANT) en combinación con técnicas de teledetección. En la presente investigación, se estableció un experimento de maíz con tres tratamientos de riego complementario: 100%, 75% y 50% de la Evapotranspiración del cultivo (ETc), las láminas fueron aplicadas mediante un sistema de riego por goteo superficial. La presente investigación permitió identificar las etapas del cultivo en las que se presentó estrés hídrico, a partir del cálculo de índices de vegetación (IV) con el procesamiento de imágenes multiespectrales de alta resolución espacial adquiridas mediante el sensor Parrot Sequoia acoplado a un VANT. Además, se determinaron modelos de predicción de materia seca por planta y rendimiento del cultivo. También, fue posible el mapeo de las variables biofísicas medidas, el coeficiente de cultivo Kc y la ETc. Lo anterior permitiría el monitoreo y manejo del riego del cultivo de maíz.
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    Sistema de planeación de rutas y recarga de insumos de robots colaborativos en cultivos en hilera
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2021-11-26) Calderón Carrasco, Pablo Alan ; Velázquez López, Noé ; Ruiz García, Agustín ; López Canteñs, Gilberto de Jesús
    En 2050 la población alcanzará 9,100 millones de personas. Los países en desarrollo deberán incrementar la producción de alimentos en 70% para lograr la seguridad alimentaria. La aplicación extendida de la robótica agrícola ayudará a alcanzar esta meta de forma sustentable. El objetivo de este trabajo es encontrar estrategias para instrumentar y coordinar robots agrícolas de manera fiable y económica. En el capítulo II se analizaron los sistemas de gestión de robots agrícolas colaborativos. Después de este análisis se planteó encontrar estrategias de localización y gestión para evolucionar robots con sistemas de navegación basados en la detección de las plantas cultivadas y convertirlos en sistemas multi-robot colaborativos. Ya que los robots de los que se parte carecen de subsistema de localización no pueden coordinarse con otros robots móviles por lo que un objetivo fue desarrollar un sistema de detección de cabeceras de cultivo robusto que los complemente para cambiar de línea, pero también para usar el conteo de líneas de cultivo como método de localización local, este objetivo se abordó en el capítulo III y se instrumentó en el robot “Voltan”. Finalmente, el capítulo IV es un diseño de robot colaborativo para suministro a otros robots de insumos en campo. Se obtuvieron como resultados, un algoritmo que usa LiDAR-2D, encoder y filtrado de datos propio para detección de cabeceras. Este tuvo efectividad del 100% en maqueta y en campo, lo que permite proponerlo para uso en un sistema de localización local. En conclusión, en este trabajo se encontraron las características que debe cumplir un sistema de gestión de robots colaborativos, se desarrollaron algoritmos para planeación de movimiento y localización dentro de una parcela y se propuso un diseño de robot de suministro de insumos en campo.