Mechanized substrate conditioning: Impact on physicochemical properties, seedling viability, and nursery productivity

  • Félix Javier Manjarrés Arias Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador
  • Ernesto Ramiro Santillán Mariño Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador
  • Jorge Eduardo Meythaler Naranjo Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador
  • Hernán Vinicio Morales Villegas Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador
  • Harold Saúl Díaz Báez Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador
Keywords: Substrate Preparation; Seedling Viability; Mechatronic System; FEA Analysis; Productivity; Ergonomics; Sieve

Abstract

Substrate preparation in nurseries in the Andean region is a fundamental operation that directly impacts seedling viability and overall productivity. However, traditional manual methods represent a production bottleneck, create inconsistencies in the quality of the final product, and expose operators to significant ergonomic risks. This article presents the design, validation, and impact evaluation of a semi-automated mechatronic system that integrates the processes of sifting and mixing for soil preparation. The design methodology included conceptualization based on user needs, followed by numerical validation using Finite Element Analysis (FEA) and Discrete Element Method (DEM) to optimize structural integrity and particle dynamics. The implemented prototype was experimentally evaluated at the Tunducama Nursery (Cotopaxi, Ecuador). The results demonstrate a substantial improvement in substrate quality, reflected in a 31.63% increase in the seedling survival rate.Additionally, a 5.00% increase in daily production capacity was recorded, while the required workforce was reduced from six to two operators. It is concluded that the mechanized integration of these processes offers a viable and high-impact technological solution that optimizes resources, standardizes agronomic product quality, and mitigates the physical burden on workers.

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Author Biographies

Félix Javier Manjarrés Arias, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador

Docente e investigador del Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, especializado en el área de Diseño y Mecánica Computacional. Su formación académica inició con el título de Tecnólogo en Mecánica de Aviación mención Motores del Instituto Tecnológico Superior Aeronáutico de la Fuerza Aérea, seguido por los títulos de Ingeniero Automotriz por la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE e Ingeniero Industrial por la Escuela Superior Politécnica del Chimborazo. Posteriormente, obtuvo los posgrados de Magíster en Gestión de Empresas mención PYMES en la ESPE y Magíster en Ciencias en Diseño, Producción y Automatización Industrial por la Escuela Politécnica Nacional. Su trayectoria profesional incluye la participación en proyectos de investigación y vinculación, manteniendo colaboración interinstitucional con la Universidad Técnica de Cotopaxi, la Escuela Politécnica Nacional y la Escuela Superior Politécnica del Chimborazo. Adicional a su rol en la ESPE, es catedrático en el programa de Maestría de Diseño Mecánico, con mención en Estructuras y Recipientes a Presión, de la Facultad de Ingeniería Mecánica en la Escuela Politécnica Nacional. Su producción científica está documentada en artículos académicos disponibles para consulta en su perfil de Google Scholar.

Ernesto Ramiro Santillán Mariño, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador

Es docente e investigador del Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, especializado en el área de Diseño y Mecánica Computacional, Producción y Automatización Industrial. Su formación académica inició con el título de Ingeniero Mecánico de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Posteriormente, obtuvo los posgrados de Magíster en Dirección de Empresas Mención Proyectos en la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo y Magíster en Ciencias en Diseño, Producción y Automatización Industrial por la Escuela Politécnica Nacional. Su trayectoria profesional incluye la participación en proyectos de investigación y vinculación. Adicional a su rol dentro de la ESPE, fue catedrático en el programa de Maestría de Diseño Mecánico Mención Autopartes en la Universidad Internacional SEK. Su producción científica está documentada en artículos académicos disponibles para consulta en su perfil de Google Scholar.

Jorge Eduardo Meythaler Naranjo, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador

Es docente e investigador del Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, especializado en el área de Energía y Termofluidos. Su formación académica inició con el título de Ingeniero Mecánico en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Posteriormente, obtuvo los posgrados de Diplomado Superior en Autotrónica por la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Diplomado Superior en Gestión del Aprendizaje Universitario por la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE y de Magíster en Gestión de Energía por la Universidad Técnica de Cotopaxi. Su trayectoria profesional incluye la participación en proyectos de investigación y vinculación, manteniendo colaboración interinstitucional con la Universidad Técnica de Cotopaxi, y la Escuela Superior Politécnica del Chimborazo. Adicional a su rol en la ESPE, está acreditado en el programa Formador de Formadores del Senescyt. Su producción científica está documentada en artículos académicos disponibles para consulta en su perfil de Google Scholar.

Hernán Vinicio Morales Villegas, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador

Es docente e investigador del Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, especializado en el área de Energía y Termo fluidos. Su formación académica inició con el título de Ingeniero Mecánico por la Escuela Superior Politécnica del Chimborazo. Posteriormente, obtuvo los posgrados de Magíster en Gestión Superior del Aprendizaje Universitario en la ESPE y Magíster en Diseño y Formulación de Proyectos en la Universidad Nacional de Chimborazo. Luego obtuvo un Magister en Gestión de las Energías por la Universidad Técnica de Cotopaxi.  Ha participado como funcionario, capacitador y colaborador en proyectos de productivos, de vinculación y otras funciones, con la Universidad Técnica de Cotopaxi, empresas particulares y estatales. Posee producción científica disponible en Google Scholar, Scopus y otras páginas electrónicas.

Harold Saúl Díaz Báez, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Latacunga | Ecuador

Es Ingeniero Mecatrónico graduado en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE (Ecuador). Cuenta con experiencia profesional en el sector de hidrocarburos, con especialización en aseguramiento y control de calidad mecánica en funciones de supervisión. Está acreditado como Inspector Nivel II por la ASNT TC-1A en ensayos no destructivos (VT y PT). Sus intereses académicos y profesionales abarcan la inspección y evaluación de integridad estructural, la implementación de sistemas de aseguramiento de calidad y la optimización de procesos industriales, con un marcado énfasis en la aplicación de normas internacionales como ASME y AWS.

References

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Published
2025-10-07
How to Cite
Manjarrés Arias, F. J., Santillán Mariño, E. R., Meythaler Naranjo, J. E., Morales Villegas, H. V., & Díaz Báez, H. S. (2025). Mechanized substrate conditioning: Impact on physicochemical properties, seedling viability, and nursery productivity. Religación, 10(48), e2501560. https://doi.org/10.46652/rgn.v10i48.1560