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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    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) 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.
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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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    Control del déficit de presión de vapor (dpvc) en cultivos de invernadero con sistemas de nebulización
    (Universidad Autónoma Chapingo, 2020-12) 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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    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.