Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

Energy Potential of the biodigestor Installed in the Santa Barbara Farm, Sumapaz Province, Colombia

ABSTRACT This research is oriented towards determining the energy potential of a biodigester installed on the Santa Bárbara farm, which is located in the Sumapaz province, Colombia. For this, the existing animal species in the scenario is determined, which will contribute organic waste to the biodigester, the number of animals is also determined, considering the herd movement, which would make it possible to determine the biomass generated daily, with the purpose of establishing the sizing of the appropriate biodigester technology and knowing the behavior of the energy parameters. Among the main results obtained, it was evidenced that the biodigester installed by the producer is not capable of assimilating the biomass generated daily, due to the number of existing animals; noting that despite the fact that only approximately 35% of the energy potential is used, due to the dimensioning of the anaerobic digestion technology (tubular polyethylene biodigester) installed in the Santa Bárbara farm, despite this it is shown that it contributes to saving energy and the conservation and preservation of the environment. However, if the biodigester designed in the research were installed, the energy potential would be used 100%, validating that the adequate dimensioning of the anaerobic digestion technology is proportional to the energy savings to be obtained in agricultural units.

RESUMEN La presente investigación se orienta en la determinación del potencial energético de un biodigestor instalado en la finca Santa Bárbara, la cual se localiza en la provincia Sumapaz, Colombia. Para ello se determina la especie animal existente en el escenario, dado que aportará los residuos orgánicos hacia el biodigestor, también se determina la cantidad de animales, considerándose el movimiento de rebaño, lo cual posibilitaría determinar la biomasa generada diariamente con el propósito de establecer el dimensionamiento de la tecnología de biodigestor adecuada y conocer el comportamiento de los parámetros energéticos. Entre los principales resultados obtenidos, se evidenció que el biodigestor instalado por el productor, no es capaz de asimilar la biomasa generada diariamente, debido a la cantidad de animales existentes; observándose que a pesar de que solo se aprovecha aproximadamente el 35% del potencial energético, debido al dimensionamiento de la tecnología de digestión anaerobia (biodigestor tubular de polietileno) instalada en la finca Santa Bárbara, a pesar de ello se demuestra que se contribuye al ahorro energético y a la conservación y preservación del medioambiente. Sin embargo, si fuese instalado el biodigestor diseñado en la investigación, el potencial energético se aprovecharía en un 100%, validándose que el dimensionamiento adecuado de la tecnología de digestión anaerobia es proporcional al ahorro energético a obtener en unidades agropecuarias.

Biophysicochemical study of biodigesters fed with pig and bovine manure, in Sumapaz Province, Colombia

ABSTRACT In recent years, the construction of biodigestion systems has been implemented, achieving effective results in economic, energy and environmental matters, where the annual production of biogas has increased to significant levels with the purpose of producing electrical and heat energy (Steyer et al. 2006). The work aimed to evaluate the behavior of 4 biodigesters supplied with bovine and porcine excreta and to assess the biophysicochemical quality of their biols, in Fusagasuga Municipality, Cundinamarca. Five moments of analysis of variables in the field (T, HR, pH) and sampling of tributaries, effluents from four biodigesters, located in production systems (3 pigs and 1 bovine) in Fusagasugá Municipality were performed. Samples were transported to the nutrition laboratory of University of Cundinamarca, where through instrumental analytical techniques such as potentiometric tests, gravimetry, multiparametric measurement, titration and spectrophotometry, variables like pH, total dissolved solids (TDS), electrical conductivity (EC), nitrogen, phosphorus and potassium were evaluated. Biophysicochemical indicators determined in liquid fertilizers-biols, showed slightly alkaline pH values, high EC and TDS, moderately concentrated available nitrogen and potassium contents and slightly lower phosphorus values than those reported in other similar works, which allows recommending them for use as liquid biofertilizers in moderately tolerant crops. Biogas produced in Mirador and Santa Bárbara biodigesters presented the highest concentration of methane gas, significantly exceeding (P<0.050) the CH4 obtained in Meseta and Saucita, which can be explained by the type of substrate used (pig and bovine manure) and the weather conditions of the farms studied.

RESUMEN En los últimos años se ha implementado la construcción de sistemas de biodigestión, consiguiendo resultados efectivos en materia económica, energética y ambiental, donde se han incrementado la producción anual de biogás en niveles significativos con el propósito de producir energía eléctrica y calorífica (Steyer et al., 2006). El objetivo evaluar el comportamiento de 4 biodigestores abastecidos con excretas bovinas y porcinas y la calidad biofisicoquímica de sus bioles, en el municipio de Fusagasugá Cundinamarca Se realizaron cinco momentos de análisis de variables en campo (T, HR, pH) y muestreos de afluentes, efluentes provenientes de cuatro biodigestores, ubicados en sistemas productivos (3 porcinos y 1 bovino) del municipio de Fusagasugá, para ser transportados al laboratorio de nutrición de la universidad de Cundinamarca, donde por medio de técnicas analíticas instrumentales como potenciometría, gravimetría, medición multiparamétrica, titulación y espectrofotometría, se evaluaron variables: pH, sólidos totales disueltos (TDS), conductividad eléctrica (CE), nitrógeno, fósforo y potasio. Los indicadores biofisicoquímicos determinados en abonos líquidos-bioles, mostraron valores de pH ligeramente alcalinos, CE y TDS altos, contenidos de nitrógeno disponible y potasio medianamente concentrados y valores de Fósforo ligeramente inferiores a lo reportado en otros trabajos similares, lo cual permite recomendarlos para su uso como biofertilizantes líquidos en cultivos moderadamente tolerantes. El biogas producido en los biodigestores Mirador y Santa Bárbara, presentaron la mayor concentración de gas metano, superando de forma significativa (P<0.050) al CH4 obtenido en Meseta y Saucita, lo cual se puede explicar por el tipo de sustrato utilizado (estiércol porcino y bovino) y las condiciones climatológicas de los predios estudiados.

Energy management in the Base Business Unit Agricultural Worshops in Granma Province

ABSTRACT The present work was developed in the Base Business Unit (UEB) Granma Agricultural Workshops of Bayamo Municipality. It aims to evaluate the energy management in that plant, with the purpose of achieving greater efficiency and competitiveness. For this, the use of the methodology proposed by the Center for Study and Environment (CEEMA) of Cienfuegos University is used for the application of Total Efficient Energy Management Technology (TGTEE). On that purpose, the consumption of electricity, diesel, fuel oil, gasoline, lubricants and liquefied gas, as well as the costs for one kWh of electricity and one L of fuel, respectively, were registered for the years 2020 and 2021, according to the data in the Departments of Economy and Energy of the entity, with which a database was created applying the analytical-mathematical method of the (TGTEE), based on the Microsoft Office package (Excel). The results show that the energy carriers with the greatest weight in the production of the UEB are electricity and diesel. It is ruled out that the energy management is deficient since the determination coefficients (R2) for both carriers are less than 75%.

RESUMEN El presente trabajo se desarrolló en la Unidad Empresarial de Base (UEB) Talleres Agropecuarios Granma del municipio Bayamo. El mismo tiene como objetivo evaluar la gestión energética en dicha planta, con el propósito de lograr una mayor eficiencia y competitividad. Para ello se recurre al empleo de la metodología propuesta por el Centro de Estudio y Medio Ambiente (CEEMA) de la Universidad de Cienfuegos para la aplicación de la Tecnología de Gestión Total Eficiente de la Energía (TGTEE). Para lograr dicho objetivo se parte de una base, que, , comprendió la toma de los consumos de electricidad, diésel, fuel oil, gasolina, lubricantes y gas licuado, así como los costos para un kW h de electricidad y un L de combustible, respectivamente para los años 2020 y 2021, registrados en los departamentos de economía y energía de la entidad, con la cual se confeccionó una base de datos aplicando el método analítico-matemático de la (TGTEE), apoyándose en el paquete de Microsoft Office (Excel). Los resultados evidencian que los portadores energéticos de mayor peso en la producción de la UEB son la energía eléctrica y el diésel. Descartándose de que la gestión energética es deficiente pues los coeficientes de determinación (R 2 ) para ambos portadores son inferiores al 75%.

Software Engineering for a Mini-PFAL (Plant Factory with Artificial Lighting) with IoT Interconnectivity

ABSTRACT Software engineering is a systematic approach that allows traceability of programming-oriented projects in the multiple paradigms that can be written, thus allowing the orderly planning of information flows and algorithms to reach the desired result through of the implementation of a robust and systematic methodology. On the other hand, the Indoor trend is a technological concept that has evolved with the entry of the 21st century, with the aim of promoting urban, peri-urban and rural agriculture. This concept creates agriculture anywhere from a department to a greenhouse. The present work presents the results of a research in software engineering referred to the design of a mini-PFAL, technified with multiple layers of software for the control of growth parameters in experimental lettuce crops, such as light intensity, temperature, humidity, light spectrum frequency, irrigation control, etc. The design strategies for the creation of the software architecture at its different levels are described, applying the software design methodology. The structure of the design process is ordered from the requirements analysis to the interface design, with them the final product reported is a PFAL IoT system that is interconnected via Bluetooth and WiFi with the SmartPhone, in turn via USB port to a GUI Visual Studio application, having a WareHouse data that administrates the information of the variables in a local database which manages the information on a SharePoint page that in turn, links with Access, having a Dashboard to directly control crop growth remotely, thus having an intelligent PFAL system for growing vegetable crops in vertical format.

RESUMEN La ingeniería de software permite la planeación ordenada de los flujos de información y algoritmos para llegar al resultado deseado a través de la implementación de una metodología robusta y sistemática. Por otro lado, la tendencia Indoor, es un concepto tecnológico que ha evolucionado con la entrada del siglo XXI, con el objetivo de promover la agricultura urbana, periurbana y rural, fomentando agricultura en formato vertical en cualquier parte, desde un departamento hasta un invernadero. En el trabajo se exponen los resultados de investigación de ingeniería de software para una Mini-Fábrica de Plantas con Iluminación Artificial (mini-PFAL: Plant Factory with Artificial Lighting), tecnificada con múltiples capas de software para el control de parámetros que intervienen en el crecimiento de cultivos, como son la intensidad luminosa, temperatura, humedad, espectro luminoso, ciclos de riego/día y otros. Se exponen las estrategias de diseño para la creación de la arquitectura de software en sus diferentes niveles. Aplicando la metodología de diseño de software, se ordena la estructura del proceso de diseño, desde el análisis de requerimientos hasta el diseño de interfaz. El producto final resulta un sistema PFAL IoT que se interconecta vía Bluettoth y WiFi con el SmartPhone, a su vez vía puerto USB a una aplicación GUI Visual Studio, teniendo una data WhereHosue que administra la información de las variables en una base de datos local que gestiona la información en una página SharePoint que, a su vez, vincula con Access y un Dashboard, resultando un sistema PFAL inteligente.

Monitoring of Sugarcane Cultivation Using Satellite Images

ABSTRACT In the present work, the vegetation indices obtained from satellite images are used to monitoring sugarcane crop. The study was carried out in 5,5 ha of sugarcane field, planted with CP 52-43 variety located in Camajuaní Municipality, Cuba. Vegetative evolution of the plantation was monitored by field measurements of leaf width, stem diameter, stem height, soil moisture and vegetal cover, using the diagonal distribution method for samples collection. The services available in Earth Observed System (EOS) were used to obtain images of vegetative index of: NDVI, SAVI, EVI and NDWI. The initial stage of crop was characterized by low values of soil moisture and foliar development of sugarcane plants, EVI and NDVI indices showed results according to the low vegetative development with values between 0,2 and 0,4, while NDWI agreed with dry soil. In the rainy season, after the fourth month of the plantation, an increase in soil moisture to 42,9% took place, the plants´ biophysics parameters: stem height, stem diameter and leaf width also increased, EVI index reached between 0,6 and 0,8 in 74,4% crop area and in the same way NDVI index showed values between 0,7 to 0,8. However, NDWI index showed values between -1 and -0.6 belonging to dry soil, no matching with the actual moisture conditions. Through monitoring with Sentinel-2 satellite, a more stable representation of the increase in vegetation was achieved, as well as more adequate values of the initial and final state of the crop were obtained.

RESUMEN En el presente trabajo se utilizan los índices de vegetación, obtenidos a partir de imágenes satelitales, en el seguimiento del cultivo de la caña de azúcar. El estudio se realizó en una plantación cañera del municipio de Camajuaní, Cuba, en un área de 5,5 ha plantada de la variedad CP 52-43. Durante el período vegetativo del cultivo, se realizó el seguimiento del crecimiento mediante mediciones en el campo del ancho de la hoja, el diámetro y la altura del tallo, la humedad del suelo y el espesor de la cobertura vegetal, empleando el método de distribución diagonal doble. Para el monitoreo con imágenes satelitales, se emplearon los servicios disponibles en el sistema Eart Observed System (EOS). Los índices evaluados fueron: NDVI, SAVI, EVI y NDWI. La etapa inicial del cultivo se caracterizó por bajos valores de humedad del suelo y desarrollo foliar de las plantas, los índices EVI y NDVI mostraron resultados acordes al bajo desarrollo vegetativo del área, con valores entre 0,2 y 0,4, en tanto el NDWI se identificó con un suelo seco. En la etapa lluviosa, después del cuarto mes del cultivo, la humedad alcanzó valores de 42,9% y tuvo lugar un incremento de la altura, el diámetro del tallo y el ancho de las hojas, el índice EVI alcanza valores de 0,6 a 0,8 en el 74,4% del cultivo, de igual modo el índice NDVI mostró valores de 0,7 a 0,8. Por su parte el índice NDWI mostró valores entre -1 y -0,6 lo que no se ajusta a las condiciones de humedad imperantes. Mediante el monitoreo con el satélite Sentinel-2, se logró una representación más estable del aumento de la vegetación, así como valores más adecuados del estado inicial y final del mismo.

Draft Force Prediction of Narrow Tillage Tool Using the Finite Element Method

ABSTRACT The Finite Element Model (FEM) has been used to predict the soil behavior disturbed by tillage tool, as well as the necessary draft force to break it. The aim of the present work is to analyze, by a simulation model of soil-tillage tool interaction in finite element, the draft force behavior of the vibratory subsoiler bent leg (narrow farming tillage tool), tilling a Ferralitic soil block, using the linear form to the extended Drucker-Prager elastoplastic constitutive relation model. The software used was Solid Works and its complement Simulation to model the vibratory bent leg and the soil block. The mechanical properties of soil were determined in the soil box CS-CEMA-25 and assigned to simulation model which was analyzed in function of moisture, bulk density, working depth and forward speed. The results showed the FEM reliability to predict the draft forces behavior of narrow tillage tool.

RESUMEN El Método de Elementos Finitos (MEF) ha sido utilizado para predecir el comportamiento del suelo removido por la herramienta de labranza, así como la fuerza de tracción necesaria para su rompimiento. El objetivo del presente trabajo es analizar, mediante un modelo de simulación de la interacción suelo-herramienta de labranza en elementos finitos, el comportamiento de la fuerza de tracción de la herramienta de labranza estrecha de un subsolador vibratorio, labrando un bloque de suelo Ferralítico (Rhodic Ferralsol) y utilizando la forma lineal del modelo elastoplástico de relación constitutiva de Drucker-Prager extendido. El software empleado fue Solid Works y su complemento Simulation para modelar, tanto la herramienta del subsolador como el bloque de suelo. Las propiedades mecánicas del suelo fueron asignadas al modelo de simulación, en función de la humedad, densidad, profundidad de trabajo y velocidad de avance de 0,65 ms-1. Los resultados mostraron la confiabilidad del MEF para predecir el comportamiento de los esfuerzos de tracción de esta herramienta de labranza.

Evaluation of Chemical-Physical Properties in Nanche (Byrsonima Crassifloria L.)

ABSTRACT The objective of this paper was the evaluation of chemical- physical properties of nanche and the determination of the quality in its fruit. Nanche fruit has food and agroindustry potential due to its chemical properties, with º Brix percent between 10,03 and 10,35, pH values in fruit in the range of 3,83 to 5,27 and citric acid percent between 1,24 and 1,75. The results show that the polar and equatorial diameters of the fruits ranged between 1, 41and 1, 98 cm, and 1,46 and 2,29 cm, respectively. The maturity or ripen index ranged between 5, 73 and 8,18 as average, classifying red and green fruits as acid and the yellow fruit as bittersweet.

RESUMEN El objetivo del presente trabajo fue la evaluación de propiedades químico-físicas del nanche y la determinación de la calidad en frutos. Los porcentajes de ºBrix oscilaron entre 10,03 y 10,35, el pH entre 3,83 y 5, 27 y porcentaje de ácido cítrico entre 1,24 y 1,75. El fruto del nanche tiene potencial alimenticio y en la agroindustria, por sus propiedades químicas. Los diámetros polar y ecuatorial de los frutos oscilaron entre 1,41 y 1,98 cm y 1,46 a 2,29 cm respectivamente, siendo los frutos de color amarillo los de mayores diámetros. El índice de madurez o sabor osciló entre 5,73 y 8, 18 como promedio, clasificando como ácidos a los frutos rojos y verdes y agridulces a los de color amarillo.

Numerical Analysis and Experimental Validation of Pouring Casting Metal in Sand Mold

ABSTRACT Metal foundry represents an important sector within the mechanical industry. The method of casting metal into sand molds has been used for millennia because the freedom it allows the designer in terms of size and shape. The objective of this research is to establish a numerical simulation model, experimentally validated, of molten metal pouring in a sand mold, taking as analysis criteria the internal defects in the body of the bearing support of the 4 500 lb. harrow. In this research, an analysis was carried out, from the Finite Element Method (FEM), of casting process taking into account the molten metal pouring temperature, the mold preheating temperature and the filling speed. These parameters were recorded during the experimental testing of the process. An inspection procedure is shown, in which elements of visual analysis of the piece obtained and of simulation by MEF were used to determine the magnitude and location of internal defects inside the piece. The defects were classified in blowhole, porosity and cold junction, a correspondence was appreciated in terms of their location, between the simulated and the experienced models; while the defects area relative error in these models is less than 10%.

RESUMEN La fundición de metales representa un importante sector dentro de la industria mecánica. El método de vaciado de metal en moldes de arena ha sido utilizado durante milenios debido a la libertad que le permite al diseñador en términos de tamaño y forma. El objetivo de la presente investigación es establecer un modelo de simulación numérica, validado experimentalmente, del vertido de metal fundido en molde de arena teniendo como criterio de análisis los defectos internos en el cuerpo del soporte de los rodamientos de la grada de 4 500 lb. En esta investigación se realizó un análisis, a partir del Método de Elementos Finitos (MEF), del proceso de fundición teniendo en cuenta la temperatura de vertido del metal fundido, la temperatura de precalentamiento del molde y la velocidad de llenado, estos parámetros fueron registrados durante el ensayo experimental realizado del proceso. Un procedimiento de inspección es mostrado, en el que se utilizaron elementos de análisis visual de la pieza obtenida y de simulación por el MEF, para determinar la magnitud y localización de los defectos internos en el seno de la pieza. Los defectos fueron clasificados en sopladura, porosidad y unión fría, se apreció una correspondencia en cuanto a la localización de los mismos, entre el modelo simulado y el experimentado; mientras que el error relativo del área de los defectos en dichos modelos es menor al 10%.

Evaluation of Azutecnia Horizontal Probe in Sugarcane Sampling

ABSTRACT Improving the sugarcane payment to the sugarcane grower, in a differentiated way, according to the quality of the raw material, demanded the design by the national industry of the AZUTECNIA Horizontal Sampling Probe, as part of the kit of equipment for that purposes. The objective of the research was to determine the fulfillment of the quality of work and the technological and exploitation indices of the probe in the sampling of sugarcane to be ground in the mill under the conditions of the Cuban sugar agroindustry. The research was carried out in the laboratory of “Panchito Gómez Toro” Agro-Industrial Sugar Company, in Villa Clara Province. The standards and evaluation procedures for agricultural machines established by the Institute of Agricultural Engineering in Cuba were taken into account. The results showed that the quality of work was satisfactory, as it complied with the sample weight of 15 kg demanded by the laboratory in cane harvested with strange matter less than 12%. The operating system with the working organ active for a short period influenced the marked decrease in the productivity of operating, productive and exploitation time, as well as the exploitation coefficients associated with them; however, there is no difficulty in guaranteeing the established 16 daily samples. It showed adequate reliability, with a technical safety coefficient greater than 70%, and average fuel costs based on the number of samples and their weight of 0.053 L/sample and 0.004 L/kg, respectively.

RESUMEN Perfeccionar el pago de la caña de azúcar a los productores, de forma diferenciada, según la calidad de la materia prima demandó del diseñó por la industria nacional de la Sonda Horizontal Toma Muestra AZUTECNIA, formando parte del Kit de equipos para esos fines. El objetivo de la investigación consistió en determinar el cumplimiento de la calidad del trabajo, los índices tecnológicos y de explotación de la Sonda en el muestreo de caña de azúcar a moler en el ingenio en la agroindustria azucarera cubana. La investigación se desarrolló en el laboratorio de la Empresa Agroindustrial Azucarera Panchito Gómez Toro de la provincia de Villa Clara. Se tomó en cuenta las normas y procedimientos de evaluación de máquinas agrícolas establecidos por el Instituto de Ingeniería Agrícola en Cuba. Los resultados mostraron que la calidad del trabajo fue satisfactoria, al cumplir con el peso de la muestra de 15 kg demandado por el laboratorio en caña cosechada con materias extrañas inferiores al 12%. El régimen de operación con los órganos de trabajo del equipo activos por un período corto influyó en la disminución marcada de la productividad de tiempo operativo, productivo y de explotación; así como de los coeficientes de explotación asociados a estos; sin embargo, no existen dificultad para garantizar las 16 muestras diarias establecidas. Mostró una adecuada fiabilidad, con un coeficiente de seguridad técnica superior al 70%, y gastos de combustible promedios en función del número de muestras y de su peso de 0,053 L/muestra y 0,004 L/kg respectivamente.

Evaluation of Advice to The Irrigator in “Amistad Cubano Búlgara” Agricultural Production Cooperative

ABSTRACT An exploratory diagnosis was carried out in the Agricultural Production Cooperative (APC) “Amistad Cubano Búlgara” to evaluate the current advice service to the irrigator (IAS). A characterization of the APC was made, surveys were applied, interviews and field evaluations were carried out in areas of watering systems for aspersion (Machines of Central Pivot). The information allowed determining as strengths the existence of a climatic station automated, the interest of the institution in introducing technologies, the disposition of the cooperativities to carry out improvements in the watering activity, even when they have as weaknesses a low educational level of the work force, the lack of specialist technicians in the watering activity, operators in the machines of pivot power station are not qualified, all what is reflected in the indicators of efficiencies that oscillate between 63 and 70%, and in the applications of inadequate watering norms that cause the low agricultural yields. These results allowed elaborating an action plan that will drive to improve the administration of the watering in a long term starting from the implementation of an advice system to the irrigator in real time. That will propitiate an appropriate training of the human resources, an appropriate and efficient use of the available resources, redounding in a good and appropriate use of water and bigger efficiency of the watering systems.

RESUMEN Se realizó un diagnóstico en la cooperativa de producción agropecuaria (CPA) Amistad Cubano Búlgara para evaluar el servicio de asesoramiento al regante que se brinda, para lo cual se hizo una caracterización de la CPA, aplicando encuestasy evaluaciones de campo en áreas de sistemas de riego por aspersión [Maquinas de Pivote Central (MPC)]. La información permitió situar como fortalezas, la existencia de una estación agroclimática automatizada, el interés de la institución para introducir tecnologías, la disposición de los cooperativistas a realizar mejoras en la actividad de riego; y como debilidades que tienen, el bajo nivel de escolaridad de la fuerza de trabajo, la no existencia de técnicos especialistas en la actividad de riego, el personal que trabaja en las máquinas de pivote central no han sido capacitados lo que se refleja en los indicadores de eficiencias que oscilan entre 63-70% y en las aplicaciones de normas de riego inadecuadas que ocasionan los bajos rendimientos agrícolas. Estos resultados permitieron elaborar un plan de acción que conducirá a largo plazo a mejorar la gestión del riego a partir de la implementación de un sistema de asesoramiento al regante en tiempo real, lo que propiciarán una adecuada capacitación de los recursos humanos, un uso adecuado y eficiente de los recursos disponibles, redundando en un uso óptimo y adecuado del recurso agua y mayor eficiencia de los sistemas de riego.