Enfoque UTE

Experimental Analysis of the Relationship between Flow Velocities and Sediment Transport in a Laboratory Channel Featuring a Lateral Bifurcation and Sand Bed

Abstract: This experimental study investigates the relationship between flow velocities and sediment transport in a laboratory flume featuring a 90 ° lateral bifurcation with a mobile sediment bed composed of medium sand (D₅₀ = 1.06 mm). The experiment was conducted at the Center for Research and Studies in Water Resources Engineering of the National Polytechnic School (CIERHI-EPN) using a scaled, fixed-geometry open-channel model under subcritical flow conditions with a constant discharge of 40 l/s. The objective is to establish empirical, experimentally validated correlations between flow structures and sediment dynamics in bifurcated channels. Instantaneous flow velocities were recorded at over 180 points using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV), and topographic measurements of the sediment bed were used to quantify scour and deposition. A total of 43.3 l of sand was scoured (with maximum depth of 15.01 cm), 8.0 l was redeposited (up to 8.49 cm thick), and 35.3 l was transported beyond the mobile bed. Results indicate that flow is predominantly one-dimensional in the upstream channel, while the bifurcation induces complex three-dimensional velocity components (Vx, Vy, Vz) associated with shear layers, vortex formation, and sediment redistribution. Compared to previous studies that focused on fixed beds or numerical simulations, this research provides high-resolution, experimental evidence of the link between secondary flow structures and sediment transport patterns under mobile-bed conditions. The findings contribute to improved predictive capabilities for morphodynamic behavior in natural bifurcations and support the development of more efficient sediment control and hydraulic design strategies.

Resumen: Este estudio experimental investiga la relación entre las velocidades del flujo y el transporte de sedimentos en un canal de laboratorio con una bifurcación lateral de 90 °, equipado con un lecho móvil compuesto por arena media (D₅₀ = 1.06 mm). El experimento se realizó en el Centro de Investigaciones y Estudios en Ingeniería de los Recursos Hídricos de la Escuela Politécnica Nacional (CIERHI-EPN), utilizando un modelo físico de canal abierto con geometría fija, operado en condiciones de flujo subcrítico y con un caudal constante de 40 l/s. El objetivo es establecer correlaciones empíricas validadas experimentalmente entre las estructuras del flujo y la dinámica del sedimento en canales bifurcados. Se registraron velocidades instantáneas del flujo en más de 180 puntos mediante un velocímetro acústico Doppler (ADV), y se realizaron mediciones topográficas del lecho para cuantificar la socavación y la sedimentación. En total, se socavaron 43.3 l de arena (con una profundidad máxima de 15.01 cm), se redepositaron 8.0 l (con espesores de hasta 8.49 cm), y se transportaron 35.3 l más allá del lecho móvil. Los resultados indican que el flujo es predominantemente unidimensional en el canal de aproximación, mientras que la bifurcación induce componentes tridimensionales del flujo (Vₓ, Vᵧ, V𝓏), asociados a capas de corte, formación de vórtices y redistribución de sedimentos. En comparación con estudios previos que se enfocan en lechos fijos o simulaciones numéricas, esta investigación aporta evidencia experimental de alta resolución sobre la relación entre estructuras de flujo secundario y patrones de transporte de sedimentos en condiciones de lecho móvil. Los hallazgos contribuyen a mejorar la capacidad predictiva del comportamiento morfodinámico en bifurcaciones naturales y respaldan el desarrollo de estrategias más eficientes para el control de sedimentos y el diseño hidráulico.

Prototype of a Biodegradable Plate Made from Sugarcane Bagasse: Evaluation of Formation and Mechanical Properties

Abstract: This article presents the development and evaluation of a biodegradable plate prototype made from sugarcane bagasse. The research proposes sugarcane bagasse as a sustainable alternative for the manufacturing of biodegradable products and analyzes the environmental issues associated with the use of disposable plastics. Experiments were conducted to determine |the ideal proportions of potato starch, water, and sugarcane bagasse, as well as the temperature and pressure conditions required to create a plate with favorable mechanical properties. When pressed at a temperature of 110 °C and a pressure of 8 bars, a mixture of 20 grams of sugarcane bagasse, 35 grams of potato starch, and 33 milliliters of water produced plates with the best structural integrity and without significant defects. Regarding failure energy, displacement, and maximum bending stress, the mechanical tests carried out based on ASTM D5628 and ASTM D7264 standards demonstrated that the specimens manufactured under these conditions had adequate strength. The use of sugarcane bagasse as a raw material for manufacturing biodegradable products is feasible, offering a practical solution to reduce the environmental impact of disposable plastics. The results provide a solid foundation for research and improvements in the manufacturing process of biodegradable products from agricultural waste.

Resumen: Un prototipo de plato biodegradable creado a partir de bagazo de caña de azúcar ha sido desarrollado y evaluado en este artículo. La investigación propone el bagazo de caña de azúcar como una alternativa sostenible para la fabricación de productos biodegradables y analiza los problemas ambientales asociados con el uso de plásticos desechables. Se llevaron a cabo experimentos para determinar las proporciones ideales de almidón de papa, agua y bagazo de caña de azúcar, así como las condiciones de temperatura y presión necesarias para crear un plato con propiedades mecánicas favorables. Cuando se prensó a una temperatura de 110 °C y una presión de 8 bares, una mezcla de 20 gramos de bagazo de caña de azúcar, 35 gramos de almidón de papa y 33 mililitros de agua produjo platos con la mejor integridad estructural y sin defectos significativos. En cuanto a la energía de falla, el desplazamiento y la tensión máxima de flexión, las pruebas mecánicas realizadas según los estándares ASTM D5628 y ASTM D7264 demostraron que las muestras fabricadas bajo estas condiciones tenían una resistencia adecuada. El uso del bagazo de caña de azúcar como materia prima para la fabricación de productos biodegradables es factible, ofreciendo una solución práctica para reducir el impacto ambiental de los plásticos desechables. Los resultados proporcionan una base sólida para la investigación y mejoras en el proceso de fabricación de productos biodegradables a partir de residuos agrícolas.

Optimized Fairing Development for Electric Motorcycle Using CFD Simulation and Finite Element Analysis (FEA)

Abstract: The growth of urbanization has generated an increase in the use of motorized transport, which has intensified problems such as road congestion, environmental impact and health and safety risks. Currently, the automotive field is responsible for more than 10 % of global greenhouse gas (GHG) emissions. In response to this problem, manufacturers have developed several solutions, with electric vehicles playing the leading role as a sustainable alternative. Electric motorcycles have shown a growth in sales in recent years in Ecuador; however, their growth is limited by factors such as lack of infrastructure and government regulations. Manufacturers focus on aerodynamics as a key aspect to improve efficiency; to optimize their design, tools such as wind tunnels or computational simulations are used, the latter being a more accessible option. This study proposes the design of a fairing for an electric motorcycle using CAD/CAE software, based on the IDes process. Three proposals were developed, evaluating their aerodynamic performance under the conditions of Loja province. The results indicated that design 3 obtained the best performance, with an average drag coefficient of 0.283 and a lift coefficient of -0.273, subjected to different speeds. From the structural point of view, epoxy resin with unidirectional prepreg S-glass fiber was selected for its balance between mechanical properties and cost. The simulation showed a maximum deformation of 0.35339 mm under various stresses. Furthermore, in the modal analysis, at 78.802 Hz, the fairing presented a deformation of 15.788 mm with a maximum amplitude of 6.5 Hz, validating its ability to withstand the dynamic conditions of the motorcycle without compromising its structure.

Resumen El crecimiento de la urbanización ha generado un aumento en el uso de transporte motorizado, lo que ha intensificado problemas como la congestión vial, el impacto ambiental y riesgo en la salud y seguridad. Actualmente, el campo automotriz es responsable de más del 10 % de las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI). Como respuesta a esta problemática, los fabricantes han desarrollado diversas soluciones, teniendo el papel principal los vehículos eléctricos como una alternativa sostenible. Las motocicletas eléctricas han mostrado un crecimiento en ventas en los últimos años en Ecuador; sin embargo, su crecimiento se ve limitado por factores como la falta de infraestructura y regulaciones gubernamentales. Los fabricantes se enfocan en la aerodinámica como un aspecto clave para mejorar la eficiencia, para optimizar su diseño, se emplean herramientas como túneles de viento o simulaciones computacionales, siendo este último una opción más accesible. Este estudio propone el diseño de una carenado para una motocicleta eléctrica utilizando software CAD/CAE como el SolidWorks para el diseño y el Ansys workbench para la simulación, basado en el proceso IDEs. Se desarrolló tres propuestas, evaluando su desempeño aerodinámico bajo las condiciones de la provincia de Loja. Los resultados indicaron que el diseño 3 obtuvo el mejor desempeño, con un coeficiente de arrastre promedio de 0.283 y una fuerza de sustentación de -0.273, sometido a distintas velocidades. Desde el punto de vista estructural, se seleccionó la resina epoxi con fibra de vidrio S preimpregnado unidireccional, por su equilibrio entre propiedades mecánicas y costo. La simulación determinó una deformación máxima de 0.35339 mm bajo diversos esfuerzos. Además, en el análisis modal, se halló 78.802 Hz, el carenado presentó una deformación de 15.788 mm con una amplitud máxima de 6.5 Hz, validando su capacidad para soportar las condiciones dinámicas de la motocicleta sin comprometer su estructura.

Use of carbon activated impregnated with Fe to enhance methane production of wastewater from nixtamalization process

Abstract: Wastewater from the nixtamalization process represents a challenge due to its complex and highly alkaline composition. The present work aims to enhance methane production by anaerobic digestion of nejayote with conductive materials based on carbon modified with iron. Through two experimental phases, the most significant results show that the metal load in granular activated carbon (GAC) does not stimulate electron transfer in a medium such as nejayote. On the other hand, when the pH is kept at neutral values, an 88 % reduction in COD and high values of accumulated methane are obtained. The study describes the relationship between using GAC and nejayote as a methane promoter in anaerobic digestion, which can be a sustainable alternative.

Resumen: Las aguas residuales provenientes del proceso de nixtamalización representan un reto por su composición compleja y altamente alcalina. El presente trabajo tiene como objetivo potenciar la producción de metano mediante la digestión anaeróbica de nejayote con materiales conductores a base de carbón modificado con hierro. A través de dos fases experimentales, los resultados más significativos muestran que la carga metálica en el carbón activado granular (CAG) no estimula la transferencia de electrones en un medio como el nejayote. Por otro lado, cuando el pH se mantiene en valores neutros, se obtiene una reducción del 88 % en la DQO y altos valores de metano acumulado. El estudio describe la relación entre el uso del CAG y el nejayote como promotor de metano en la digestión anaeróbica, lo que puede ser una alternativa sustentable.

Development and physical-chemical and microbiological characterization of a yogurt-like product, lupine (Lupinus mutabilis Sweet) -based

Abstract: In view of the growing demand for alternatives to animal products, this study presents the development and physicochemical, microbiological and sensory characterization of a yogurt-type product based on lupine milk (Lupinus mutabilis) and starch from arracacha (Arracacia xanthorrhiza). Three versions of the product were formulated with different concentrations of starch, evaluating its proximal composition, polyphenol content, rheological behavior, microbiological profile and sensory acceptance. The results showed that the incorporation of starch did not significantly affect the basic nutritional composition, maintaining an adequate protein and fiber profile. The formulation with 3 % starch (T3) presented higher viscosity, rheological stability and sensory acceptability analysis, standing out in attributes such as flavor, texture and appearance. In addition, the pseudoplastic behavior observed suggests a favorable texture for the consumer. At the microbiological level, all formulations met safety standards, showing an adequate presence of lactic acid bacteria with probiotic potential. Therefore, this work not only highlights the potential of lupin as a base for functional fermented products but also highlights the importance of arracacha starch as a natural stabilizer. The findings open new perspectives for the development of innovative, sustainable and nutritionally balanced plant-based foods, with projection towards the food industry and the growing market of vegan and food intolerant consumers.

Resumen: Ante la creciente demanda de alternativas a productos de origen animal, este estudio presenta el desarrollo y caracterización fisicoquímica, microbiológica y sensorial de un producto tipo yogurt a base de leche de lupino (Lupinus mutabilis) y almidón de arracacha (Arracacia xanthorrhiza). Se formularon tres versiones del producto con diferentes concentraciones de almidón, evaluando su composición proximal, contenido de polifenoles, comportamiento reológico, perfil microbiológico y análisis de aceptabilidad sensorial. Donde los resultados evidenciaron que la incorporación de almidón no afectó significativamente la composición nutricional básica, manteniendo un perfil proteico y de fibra adecuado. La formulación con 3 % de almidón (T3) presentó mayor viscosidad, estabilidad reológica y aceptabilidad sensorial, destacándose en atributos como sabor, textura y apariencia. Además, el comportamiento pseudoplástico observado sugiere una textura favorable para el consumidor. A nivel microbiológico, todas las formulaciones cumplieron con los estándares de inocuidad, mostrando una adecuada presencia de bacterias ácido-lácticas con potencial probiótico. Teniendo que este trabajo no solo destaca el potencial del lupino como base para productos fermentados funcionales, sino que también resalta la importancia del almidón de arracacha como estabilizante natural. Los hallazgos abren nuevas perspectivas para el desarrollo de alimentos vegetales innovadores, sostenibles y nutricionalmente balanceados, con proyección hacia la industria alimentaria y el mercado creciente de consumidores veganos y con intolerancias alimentarias.

Evaluation of weed control techniques in Schizolobium parahyba plantations: Impact on sustainable natural regeneration

Abstract: The study evaluated the initial growth of Schizolobium parahyba under different weed control techniques, both crown and parallel. A 2A × 3B completely randomized block design was used, where A represents the distribution of vegetative material (around the canopy and parallel to the planting lines) and B the canopy radius (50 cm, 75 cm and 100 cm). Twelve treatment plots and one control plot were established. Height, diameter, number of leaves and survival were measured from the second month onwards, with a periodicity of 30 days. Among the findings. Survival did not depend on the radius or distribution of the material, since the control plot did not show the lowest yield. It is noteworthy that weed control favored growth, being the treatment with 50 cm crowns and vegetative material around them the one that obtained the best results in all the variables analyzed.

Resumen: El estudio evaluó el crecimiento inicial de Schizolobium parahyba bajo diferentes técnicas de control de malezas. Se utilizó un diseño de bloques completamente aleatorizados 2A × 3B, en el que A representa la distribución del material vegetativo (alrededor del dosel y paralelo a las líneas de plantación) y B el radio del dosel (50 cm, 75 cm y 100 cm). Se establecieron doce parcelas de tratamiento y una de control. La altura, el diámetro, el número de hojas y la supervivencia se midieron a partir del segundo mes, con evaluaciones cada 30 días. La supervivencia no dependió del radio ni de la distribución del material, ya que la parcela control no mostró el menor rendimiento. Sin embargo, el control de malas hierbas favoreció el crecimiento, siendo el tratamiento con coronas de 50 cm y material vegetativo a su alrededor el que mejores resultados obtuvo en todas las variables analizadas.