https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/43 Tesis y artículos científicos Thu, 23 Apr 2026 18:53:54 GMT 2026-04-23T18:53:54Z https://rinacional.tecnm.mx:443/retrieve/d26f5db5-f61b-416e-95f3-940739eacf5a/logo.png https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/43 https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/8703 Title: Design and Characterization of an Advanced pH Instrument Usign Articifial Intelligence Algorithms For Vertical Farming Applications Authors: Hinojosa Meza, Rolando Moisés Description: Global Vertical Farming (VF) applications with characteristic Industry 4.0 connectivity will become more and more relevant as the challenges of food supply continue to increase worldwide. A cost-effective and portable instrument that enables accurate pH measurements for VF applications is presented. We demonstrate that by performing a well-designed calibration of the sensor, a near Nernstian response, 57.56 [mV/pH], ensues. The system is compared to a ten-fold more expensive laboratory gold standard, and is shown to be accurate in determining the pH of substances in the 2–14 range. The instrument yields precise pH results with an average absolute deviation of 0.06 pH units and a standard deviation of 0.03 pH units. The performance of the instrument is ADC-limited, with a minimum detectable value of 0.028 pH units, and a typical absolute accuracy of ±0.062 pH units. By meticulously designing bias and amplification circuitry of the signal conditioning stage, and by optimizing the signal acquisition section of the instrument, a (minimum) four-fold improvement in performance is expected. In addition, we proposed an advanced filtering scheme based on Recurrent Neural Networks (RNNs) and Deep Learning to enable efficient control strategies for Vertical Farming (VF) applications. We demonstrate that the best RNN model incorporates five neuron layers, with the first and second containing ninety Long Short-Term Memory neurons. The third layer implements one Gated Recurrent Units neuron. The fourth segment incorporates one RNN network, while the output layer is designed by using a single neuron exhibiting a rectified linear activation function. The RNN models are contrasted with conventional digital Butterworth, Chebyshev I, Chebyshev II, and Elliptic Infinite Impulse Response (IIR) configurations. The RNN digital filtering schemes avoid introducing unwanted oscillations, which makes them more suitable for VF than their IIR counterparts. Finally, by utilizing the advanced features of scaling of the RNN model, we demonstrate that the RNN digital filter can be pH selective, as opposed to conventional IIR filters. Temperature affects pH measurement, producing inaccurate readings. More complex sensors integrate Automatic Temperature Compensation (ATC) because they accurately adjust the electrode calibration for pH when the temperature changes. However, ATC cannot correct for the pH/temperature effects of unknown samples. For this reason, a fuzzy interference system is also proposed to compensate for the temperature effects on pH measurements through a Mamdani interference system, in addition to genetic algorithms to adjust the vertices in the output matrices. Mon, 01 May 2023 00:00:00 GMT https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/8703 2023-05-01T00:00:00Z https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/8701 Title: Desarrollo de un Control Adaptable para el manejo de los Sistemas de Iluminación Artificial aplicado a Sistemas Cerrados de Producción de Plantas (CPPS) Authors: Romero Lomeli, Ricardo Description: El uso de la tecnología LED como radiación artificial en la producción de plantas, ha producido a últimas fechas implementar de manera experimental algunos métodos de variación de la calidad e intensidad de la luz, realizando diferentes estudios sobre los efectos que tienen en el crecimiento de las plantas. Se ha reportado por medio de la literatura, algunos reportajes de irradiación de espectros de luz para el crecimiento de plantas, además de algunas estrategias para el ahorro de energía en Sistemas Cerrados de Producción de Plantas (CPPS-Closed Plant Production System); sin embargo, no hay hasta ahora algún sistema que pueda realizar el control automático de recetas de luz y sólo algunas evidencias confiables sobre el consumo de energía por medio del uso de la luz LED pulsada en sistemas de iluminación de menera experimental aplicado en Cámaras Cerradas y no en Fábricas de Plantas y Granjas Verticales. Al a fecha existe un último trabajo sobre la aplicación de algunas estrategias de luz LED en operación pulsada para el crecimiento de diferentes cultivos (Microgreens de lechuga, plantas de chile serrano, lenteja); llevando esta reciente propuesta a la creación de un sistema de control automático de espectros de luz que pueda manipular la irradiación de luz artificial por medio de la selección de la receta más adecuada para el crecimiento de plantas a una frecuencia de luz pulsada y selección del porcentaje del ciclo de trabajo, dado que se estarían sumando todos los aspectos manejados por separado de varios artículos (uso de luz LED, selección de recetas de luz, frecuencia de luz pulsada y ahorro energético de acuerdo al porcentaje del ciclo útil usado). A través de los resultados obtenidos, se podrá establecer un adecuado equilibrio de energía para que se pueda garantizar que llegue al misma irradiación artificial de los Microgreens cultivados y que puedan ser lo más confiable posible sus efectos, además de que se tendrá un ahorro de energía al ser pulsada la operación del sistema. Por último, éstos podrían ser de mucha utilidad para aplicaciones reales en los Sistemas Cerrados de Producción de Plantas (CPPS), debido a que las recetas ya sólo serán seleccionadas de manera directa. Tue, 01 Jun 2021 00:00:00 GMT https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/8701 2021-06-01T00:00:00Z https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/5937 Title: Implementación de un Sistema de Radiación artificial Multiespectral tipo LED en modo pulsado y continuo para granjas verticales y fábricas de plantas Authors: Alvarez Ramirez, Israel Description: La radiación artificial con tecnología LED permite implementar nuevos métodos de producción realizando diferentes estudios sobre los efectos que se tienen en el crecimiento de las plantas al variar la calidad e intensidad de la luz. En la literatura se reportan diferentes estrategias para el ahorro de energía en Sistemas de Producción de Planta Cerrada (CPPS). Sin embargo, no existen evidencias confiables sobre el consumo de energía con el uso de la tecnología de luz LED pulsada en el sistema de iluminación disponible en Fábricas de Plantas y Granjas Verticales. Este trabajo impulsó varios experimentos sobre la aplicación de diferentes estrategias de luz LED en modo de operación pulsado y continuo para el crecimiento y desarrollo de diferentes cultivos (Microgreens de lechuga, plantas de chile serrano, lenteja). Esta propuesta es de reciente creación dado que en ningún artículo publicado que aplican luz pulsada consideran el ahorro energético. De acuerdo a los resultados obtenidos es crucial establecer una adecuada equivalencia de energía entre ambos modos de operación de la luz para garantizar que la misma irradiación llegue a los cultivos y puedan ser cuantificables sus efectos. Los resultados pueden ser una guía útil para aplicaciones de la vida real en Sistemas de Plantas de Producción Cerrada (Closed Plant Production System, por sus siglas en inglés). Sat, 01 May 2021 00:00:00 GMT https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/5937 2021-05-01T00:00:00Z https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/1313 Title: Cámara de Control de Temperatura de una Reacción Polimérica a través de un Sistema de Enfriamiento Automatizado Authors: Aguiñaga Martínez, Juan Manuel#AUMJ971105HASGRN00 Description: Las metodologías convencionales de síntesis de polímeros pueden ser llevadas a cabo mediante procedimientos de polimerización por radicales libres en solución bajo atmosferas oxidantes normales (en presencia de aire), utilizando iniciadores y empleando polímeros sintéticos y/o naturales. Entre otras variables de operación, la temperatura de reacción es muy significativa debido a que puede definir el peso molecular final del polímero sintetizado. Temperaturas altas de síntesis producen a menudo polímeros de bajo peso molecular y limitan la rapidez con que la reacción puede llevarse a cabo disminuyendo la eficiencia de la reacción. Aunado a lo anterior, las reacciones de polímeros llegan a ser exotérmicas por lo que se genera calor de formación que propicia un aumento más rápido de la temperatura de síntesis. En el laboratorio de Conversión de la Energía adscrito al programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga se desarrollan proyectos relativos a la síntesis de copolímeros de poliacrilonitrilo para sus posibles aplicaciones en la industria textil. Dentro de este contexto, se contempla la síntesis de homopolímero de poliacrilonitrilo para la fabricación de fibras poliméricas de acabado textil. Considerando lo anterior, se requiere de un sistema mecatrónico para el control de la temperatura de una reacción polimérica que permita monitorear y controlar esta variable y que de manera automática mantenga la síntesis dentro de un intervalo de temperatura determinado. Para este estudio se empleó la metodología de síntesis de copolímeros de poliacrilonitrilo reportado por Dena-Aguilar et al., como punto de partida para el diseño y construcción de una cámara de control de temperatura a través de un sistema de enfriamiento automatizado. En este trabajo, se desarrolló una metodología para diseñar y construir una cámara de control de temperatura con dimensiones de 30 x 30 x 60 cm (ancho x profundo x alto) prevista de un (i) módulo de control para regular la posición vertical del reactor, velocidad de agitación de la reacción y monitoreo de la temperatura; (ii) un área de puesta de baño maría, (iii) una placa elevadiza porta-reactor para desplazar el reactor de una zona caliente a una zona fría conforme la temperatura de reacción, (iv) un sistema de enfriamiento a base de aire a presión, el cual es canalizado por un arreglo tuberías de policloruro de vinilo clorado de 1/2” (de tipo aspersor) y (v) un sistema de agitación. Se emplearon más de 270 piezas entre materiales de acero al carbón, electrónica modular compatible con hardware y software Arduino, agitador de tanque de montaje fijo hecho a la medida, comunicación serial y CNC robótica además de fabricar unidades de soporte mediante impresión 3D con material de poliácido láctico. Por mencionar algunos, se usó acero al carbón comercial de ángulo de 3/4”, lamina de acero galvanizado y solera de 1/8”, microcontroladores Arduino Nano y ATmega2560, motor DC con reductor JGA25-370, agitador vertical con un impulsor adaptado de tipo vortex hecho a la medida, sensor termopar tipo K, encoder rotatorio KY-040, controlador puente H L298N, display LCD y diversos conectores seriales, switchs, banda y polea dentadas, varilla lisa y roscada, cableado general de red Ethernet, coples, entre otros. Todos los componentes modulares están controlados por un lenguaje programable en Arduino. Se obtuvieron los diagramas electrónicos del sistema embebido empleando software de acceso libre Proteus y Fritzing. La propuesta de solución consistió en eliminar la manipulación manual de control de temperatura de una síntesis polimérica de poliacrilonitrilo a través de un sistema mecatrónico automatizado que permita mantener la temperatura de reacción en 60 ±2 °C empleando un baño maría convencional (zona caliente) y un sistema de enfriamiento (zona fría) por aspersores de aire a presión. Se logró el diseño y construcción de (i) una estructura de soporte con dimensiones 30 x 30 x 60 cm para colocar la fuente de suministro de calor a baño maría, un sistema de elevación y una zona enfriamiento por ventilación forzada, (ii) un sistema de sujeción del reactor y de agitación de reaccion con un impulsor tipo vortex hecho a la medida, (iii) una plataforma elevadiza sobre el eje y para retirar el reactor del baño maría y llevarlo a la sección de enfriamiento de manera automatizada y conforme la temperatura de reacción y (iv) un arreglo de enfriamiento (tipo aspersor) hechos a la medida para suministro de aire frío al reactor. Se desarrolló un programa de control en la plataforma electrónica de código abierto Arduino para la interacción con el sistema. El presente estudio tiene como antecedentes la continuidad de un trabajo previo de desarrollo de un extrusor para hilatura en húmedo por lo que se requería establecer el módulo de proceso de síntesis polimérica para el control de la temperatura de reacción dentro de un intervalo definido. Esta Tesis es una secuencia más extensiva y metódica del proyecto de residencia profesional, el cual fue realizado de manera grupal. Por lo que se establecieron nuevas metas y objetivos más pertinentes para lograr conformar un proyecto de titulación integral a través de Tesis. Este trabajo es parte de un proyecto global de un sistema de hilatura integral que comprende etapas de síntesis, extrusión y estiramiento y bobinado de un filamento polimérico. Por lo que esté estudio se desarrolló de manera grupal por los requerimientos, condiciones y características del proyecto proponente. Por tanto, los productos entregables de los participantes comparten las mismas secciones básicas del documento de Tesis con la diferencia de los resultados logrados en módulos de proceso diferentes. Este estudio presenta los logros alcanzados de la etapa de síntesis enfocado al diseño, construcción, automatización y control de una cámara de control de temperatura de una reacción polimérica. Lo anterior bajoautorización y aprobación de la Academia de Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga. Thu, 01 Oct 2020 00:00:00 GMT https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/1313 2020-10-01T00:00:00Z