Ingeniería e Investigación

An Initial Approximation to the Simulation of Soil CO₂ Emissions Using the IPCC Methodology in Agricultural Systems of Villavicencio

ABSTRACT At a global level, the agricultural sector has represented the largest source of greenhouse gas (GHG) emissions. Our research hypothesizes whether it is possible to faithfully define the effect of soil management factors on modeling soil carbon organic (SOC) sequestration and reducing soil CO2 emissions in different agricultural systems across three zones of Villavicencio (Colombia) by applying the Tier-1 IPCC process-based model. Agroforestry systems (AFS) are typically found in zone 1, and intensive croplands (CL) in zones 3 and 4. Soil CO2 emissions rates are calculated according to the current IPCC guidelines for national GHG inventories. Root-mean square error (RMSE, RMSE/n), R2, and Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) are measured to assess model performance. In zone 1, 7-year coffee-based agroforestry stored higher SOC, neutralizing -10,83t CO2 eq ha1 year1 than 25-year soybean/corn crop rotation in zone 3, with emissions of 2,56t CO2 eq ha1 year1. The agricultural systems of zones 3 and 4 turned out to be greater emitters, with 7 223 and 3 889t CO2 eq year1, respectively, which could increase if CL continues to adopt agricultural practices that encourage full tillage. The beneficial effects of AFS on stored SOC are identified via field observations and correctly reproduced by RMSE evaluation.

RESUMEN A nivel mundial, el sector agropecuario ha representado la mayor fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Nuestra investigación hipotetiza si es posible definir fielmente el efecto de los factores de manejo del suelo en el modelado del secuestro de carbono orgánico del suelo (COS) y la reducción de las emisiones de CO2 del suelo en diferentes sistemas agropecuarios para tres zonas de Villavicencio (Colombia) aplicando el modelo basado en procesos de nivel 1 del IPPC. Los sistemas agroforestales (AFS) se encuentran típicamente en la zona 1, y los sistemas intensivos de tierras de cultivo (CL) en las zonas 3 y 4. Las tasas de emisiones de CO2 del suelo se calculan de acuerdo con las directrices actuales del IPCC para los inventarios nacionales de GEI. Se evalúan el error cuadrático medio (RMSE, RMSE/n), el R2 y la eficiencia de Nash-Sutcliffe (NSE). En la zona 1, el sistema agroforestal de café de 7 años almacenó más COS, neutralizando -10,83t CO2 eq ha1 año1 que el cultivo de soya/maíz en rotación de 25 años de la zona 3, con emisiones de 2,56t CO2eq ha1 año1. Los sistemas agropecuarios de las zonas 3 y 4 resultaron ser más emisoras, con 7 223 y 3 889t CO2 eq año-1 respectivamente, lo cual puede aumentar si el CL continúa adoptando prácticas agrícolas que incentiven la labranza convencional. Los efectos benéficos de los AFS sobre el COS almacenado se identifican mediante observaciones de campo y se reproducen correctamente mediante la evaluación del RMSE.

Modeling Biometrie Attributes from Tree Height Using Unmanned Aerial Vehicles (UAV) in Natural Forest Stands

ABSTRACT This study estimated biometric attributes of individual trees from the automated measurement of tree height (THUV) by using images from unmanned aerial vehicles (UAVs). An experiment was carried out in a natural forest stand in the north of Mexico by using a DJI P4 multispectral equipment and regression analysis. The results show that total tree height (TH) is successfully estimated from UAV images, as the automated estimation of total height (THUV) reaches a R2 = 0,95 and a RMSE = 0,36 m. Consequently, THUV was statistically reliable to generate allometric equations (R2 > 0,57) regarding the canopy height model (CH), diameter at breast height (DBH), basal diameter (BD), above-ground biomass (AGB), volume (V), and carbon contents (C). It is concluded that the estimation of total height with UAVs is a viable option to improve efficiency in forest inventories. However, increased efforts towards the configuration of modern technologies and statistical algorithms are needed; future research challenges remain, particularly in the densest forests areas.

RESUMEN Este estudio estimó los atributos biométricos de árboles individuales a partir de la altura total estimada automáticamente mediante el uso de imágenes de vehículos aéreos no tripulados (VANT). Se llevó a cabo un experimento en un rodal de bosque natural en el norte de México utilizando un equipo multiespectral DJI P4 y análisis de regresión. Los resultados muestran que la altura total del árbol (TH) se estima con éxito a partir de imágenes de VANT, ya que la estimación automática de la altura total (THUV) alcanza un R2 = 0,95 y un RMSE = 0,36 m. En consecuencia, el THUV fue estadísticamente confiable para generar ecuaciones alométricas (R2 > 0,57) con respecto al modelo de altura del dosel (CH), el diámetro a la altura del pecho (DAP), el diámetro basal (BD), la biomasa superficial (AGB), el volumen (V) y el contenido de carbono (C). Lo que se concluye es que la estimación de altura total con VANT es una opción viable para mejorar la eficiencia en los inventarios forestales. Sin embargo, se requieren más esfuerzos orientados a la configuración de tecnologías modernas y algoritmos estadísticos; persisten los desafíos de la investigación futura, particularmente en las áreas boscosas más densas.

Evaluation of Potential Substrates for Biogas Production in Colombia using Anaerobic Digestion Systems

ABSTRACT Increasing energy demands around the globe require alternative sources of energy. Considering the large amount of agro-industrial and agriculture-related activities in Colombia, energy generation from biomass waste is a promising option to meet the energy needs of the country. Anaerobic digestion (AD) is a good alternative to use these wastes. In this study, several potential substrates for biogas generation using AD systems were identified through a literature review. Vinasses, palm oil industry residues, swine manure, coffee industry residues, and municipal solid wastes were found as potential substrates for AD. Considering factors such as composition, the amount of waste production, availability, and their relationship with important Colombian economic activities, three substrates were selected to perform biochemical methane potential (BMP) experiments. The selected substrates were swine manure (SM), palm oil mill effluent (POME), and coffee residues (CR). The obtained BMP values were 240, 465, and 314 NmLCH4/g VS, respectively. An analysis of kinetic parameters analysis was conducted for the BMP experiments, based on the logistic and Gompertz models. It was seen that the AD of SM starts faster than in the other evaluated substrates. Nevertheless, the overall methane production rate was the highest for POME, followed by CR. SM had the lowest methane production yield. The obtained values of BMP, kinetic parameters, and those collected during the literature review can be useful for the design and implementation of AD systems in Colombia. Moreover, attention should be paid to substrates such as POME, which have a high energy production potential.

RESUMEN El aumento de la demanda de energía en el mundo hace necesaria la búsqueda de fuentes alternativas de energía. Considerando la amplia actividad agroindustrial y agropecuaria en Colombia, la generación de energía a partir de residuos de biomasa es una opción promisoria para satisfacer las necesidades energéticas del país. La digestión anaerobia (DA) es una buena alternativa para aprovechar estos residuos. En este estudio se identificaron varios sustratos potenciales para la generación de biogás utilizando sistemas de DA a través de una revisión de la literatura. Las vinazas, los residuos de la industria del aceite de palma, el estiércol porcino, los residuos de la industria del café y los desechos sólidos municipales se consideraron como sustratos potenciales para la DA. Considerando factores como la composición, la cantidad de residuos producidos, la disponibilidad y su relación con importantes actividades económicas colombianas, se seleccionaron tres sustratos para realizar experimentos de potencial bioquímico de metano (BMP). Los sustratos seleccionados fueron estiércol porcino (SM), efluente de la industria de aceite de palma (POME) y residuos de café (CR). Los valores de BMP obtenidos fueron 240, 465 y 314 y NmLCH4/g SV respectivamente. Se realizó un análisis de parámetros cinéticos para los experimentos de BMP con base en los modelos logístico y de Gompertz. Se vio que la digestión anaerobia de SM inicia más rápido que en los otros sustratos evaluados. Sin embargo, la tasa de producción de metano fue más alta para POME, seguida por CR. SM tuvo la tasa más baja de producción de metano. Los valores obtenidos de BMP, parámetros cinéticos y los recolectados durante la revisión de la literatura pueden ser de utilidad para el diseño e implementación de sistemas AD en Colombia. Aún más, debe prestarse atención a los sustratos como POME, que presentan un alto potencial de producción de energía.

Bench-Scale Biopile Hydrocarbons Removal Optimization Using the Response Surface Methodology and Simultaneous Optimization

ABSTRACT Nowadays, the generation of vast volumes of oily sludges is associated with industrial operations such as production, pretreatment, processing, water separation, and storage tank maintenance. Biopiles can be more efficient than other techniques for removing hydrocarbons in sludges, but their removal efficiency depends on operating variables. The goal of this study was to determine the best operating variable ranges at the bench scale to simultaneously optimize hydrocarbons removal in a biopile prototype. This research was conducted within the framework of a Cuban project and used an experimental protocol that integrates several standardized methods and engineering procedures into a series of steps. A Box-Behnken design was implemented for three factors and two response variables: the mass of Total Petroleum Hydrocarbons (TPH) removed and the final concentration of TPH. A simultaneous optimum was obtained for an initial TPH concentration of 39 278 mg.kg-1 and contents of texturizer and moisture of 6,45 and 25,95%, respectively. The obtained variable ranges ensure a compromise solution that maximizes the mass of TPH removed and keeps the contaminant concentration under the Cuban disposal regulations. The results have been used to set up the biopiles at a pilot scale as a subsequent stage of the project.

RESUMEN La generación de volúmenes de lodos oleosos está asociada a operaciones industriales como producción, pretratamiento, procesamiento, tratamiento de aguas y mantenimiento de tanques de almacenamiento. Las biopilas pueden ser más eficientes que otras técnicas para degradar los hidrocarburos en lodos, pero su eficiencia en la remoción depende de variables operativas. El objetivo de este estudio fue determinar los mejores rangos de variables operativas a escala de banco para optimizar simultáneamente la eliminación de hidrocarburos en un prototipo de biopila. Esta investigación se desarrolló en el marco de un proyecto cubano y utilizó un protocolo experimental que integra varios métodos estandarizados y procedimientos de ingeniería en una serie de pasos. Se implementó un diseño Box-Behnken para tres factores y dos variables de respuesta: la masa de Hidrocarburos Totales de Petróleo (HTP) removida y la concentración final de HTP. Se obtuvo un óptimo simultáneo para una concentración inicial de HTP de 39 278 mg.kg-1 y porcentajes de texturizante y humedad de 6,45 y 25,95 % respectivamente. Los valores obtenidos garantizan una solución de compromiso que maximiza la masa de HTP removida y mantiene los hidrocarburos bajo lo establecido en la normativa cubana de eliminación de residuos. Los resultados fueron utilizados para establecer biopilas a escala piloto en una siguiente etapa del proyecto.

School Children's exposure to PM_2,5 in a high pollution area of Bogotá, Colombia

ABSTRACT Approximately 93% of the world's children under 15 are exposed to ambient PM25 levels exceeding the World Health Organization's guidelines. PM2;5 and other air pollutants affect children's mental and motor development, as well as their lung function, even at low concentrations. In low- and middle-income countries, the effects are potentially stronger because of the weaker land-use policies in place, which increases households' proximity to industrial sources. Such is the case of areas with mixed land use in western Bogota, Colombia. In this work, the exposure of children to PM2,5 at a school in the Puente Aranda district was estimated. PM2,5 concentrations were measured using low-volume area samplers during school hours in February 2020. Information on the children's daily activity was recorded in order to estimate the physical effort applied during their normal school activities, and the minors' respiratory symptomatologies were consulted with their parents. The inhaled dose was estimated using inhalation rates. The results showed that children aged three to five inhale the highest doses and report higher rates of respiratory symptoms. Indoor PM2,5 concentrations were consistently higher, agreeing with previous reports, probably because of dust resuspension and poor classroom ventilation. Air pollution mitigation measures must be put into effect in order to protect this highly vulnerable population. These measures will also positively affect the safe return of students to school activities after the pandemic lockdown.

RESUMEN Aproximadamente el 93 % de los niños menores de 15 anos del mundo estan expuestos a niveles ambientales de PM25 que superan las directrices de la Organización Mundial de la Salud. El PM2,5 y otros contaminantes del aire afectan el desarrollo mental y motor de los niños, asi como su función pulmonar, incluso en concentraciones bajas. En los países de ingresos bajos y medios, los efectos son potencialmente más fuertes debido a la existencia de políticas de uso de la tierra mas debiles, lo cual aumenta la proximidad de los hogares a las fuentes industriales. Tal es el caso de las areas con uso mixto de suelo en el occidente de Bogota, Colombia. En este trabajo se estimo la exposición de niños a PM2,5 en una escuela del distrito de Puente Aranda. Las concentraciones de PM2,5 se midieron utilizando muestreadores de area de bajo volumen durante el horario escolar en febrero de 2020. Se registro información sobre la actividad diaria de los niños para estimar su tasa metabolica en base al esfuerzo físico aplicado a cada actividad escolar. Además, la dosis inhalada se estimo utilizando las tasas de inhalación, y se consultaron sintomatologías respiratorias de los menores con sus padres. Los resultados mostraron que los niños de 3 a 5 anos inhalan las dosis mas altas y reportan las tasas más altas de síntomas respiratorios. Las concentraciones de PM2,5 en interiores fueron consistentemente más altas, probablemente debido a la re suspensión del polvo y la mala ventilación del aula. Se deben implementar medidas de mitigación de la contaminación del aire para proteger a esta población altamente vulnerable. Estas medidas también afectaran positivamente el retorno seguro de los estudiantes a las actividades escolares después del confinamiento de la pandemia.

Monitoring via Infrared Spectrometry and Rheometry of a Vulcanization-Like Process of Chewing Gum Waste

ABSTRACT Once chewed, chewing gum becomes a disposable and non-degradable cumulative residue that causes environmental, economic, and social problems. Collecting and treating chewing gum waste until its properties are adapted for some profitable use will generate environmental and economic savings. In this work, chewing gum waste was collected, sanitized, and subjected to a laboratory-scale rubber vulcanization-like process with sulfur. The evolution of the process was monitored via sequential measurements of torque and the acquisition of a series of ATR-FTIR spectra on the raw and resulting material of aliquots isolated from the reaction medium every 10 minutes for 4 hours. The absorbance values of the signals in the series of ATR-FTIR spectra were normalized and subjected to a descriptive statistical analysis, which allowed detecting intensity variations in bands attributed to carboxylate, as well as a slight decrease in the intensity of the bands attributed to hydroxyl, carbonyl, methylene in alpha to carbonyl, and other CHn groups in aliphatic fragments. These intensity changes and the trend of rheometric measurements during the process (vulcanization curve) evidenced that chewing gum waste did indeed react. Its vulcanization process had an absolute cross-linking maximum 5,15 minutes into the process and caused a remarkable increase in the torque of the resulting material; the Shore A hardness changed from 20 to 95 units, and the density varied from 1 280 to 1 510 kg/m3. These findings hint at an alternative treatment to reduce environmental pollution and revalue chewing gum waste.

RESUMEN Una vez masticada, la goma de mascar se convierte en un residuo acumulativo desechable y no degradable que causa problemas ambientales, económicos y sociales. Recoger y tratar los desechos de goma de mascar hasta que sus propiedades se adapten a un uso rentable generara ahorros ambientales y econômicos. En este trabajo se recogieron y desinfectaron desechos de goma de mascar, y se los sometió a un proceso similar a la vulcanizacion de caucho con azufre a escala de laboratorio. La evolucion del proceso se monitoreó mediante mediciones secuenciales de torque y la adquisicion de una serie de espectros ATR-FTIR de la materia prima y el material resultante de alícuotas aisladas del medio de reaccion cada 10 minutos durante 4 horas. Los valores de absorbancia de las senales en la serie de espectros ATR-FTIR se normalizaron y se sometieron a un analisis estadístico descriptivo que permitió detectar variaciones de intensidad en bandas atribuidas al carboxilato, así como una ligera disminucion en la intensidad de las bandas atribuidas a hidroxilo, carbonilo, metileno en alfa a carbonilo y otros grupos CHn en fragmentos alifaticos. Estos cambios de intensidad y la tendencia de las medidas reometricas durante el proceso (curva de vulcanizacion) evidenciaron que los residuos de goma de mascar en efecto reaccionaron. Su vulcanizacion tuvo un máximo absoluto de entrecruzamiento a los 5,15 minutos de proceso y causó un aumento notable en el torque del material resultante; la dureza Shore A cambici) de 20 a 95 unidades, y la densidad vario de 1 280 a 1 510 kg/m3. Estos hallazgos sugieren un tratamiento alternativo para reducir la contaminacion ambiental y revalorizar los desechos de goma de mascar.

Strapping Spiral Ties for Short Tie-Columns in Confined Masonry Walls Using a Micro-Numerical Model

ABSTRACT Many dwellings in the world are built using confined masonry walls. Confinement is achieved by tie-columns and bond beams of reinforced concrete. These tie-columns are traditionally reinforced by using closed loop ties. In this paper, a new type of ties for tie-columns is presented: strapping spiral ties. These strapping ties are compared against traditional ties by a three-dimensional micro-numerical model and the experimental behavior of short tie-columns. This study resulted in an improvement in the compressive strength, in the degree of confinement of the concrete, and in the efficiency of tie-columns with strapping spiral ties. In addition, an increase in the stiffness at the unloading stage was also obtained.

RESUMEN Algunas de las viviendas en el mundo se construyen con muros confinados de mampostería. El confinamiento se logra mediante castillos y dalas de concreto reforzado. Estos castillos se refuerzan tradicionalmente mediante el uso de estribos tradicionales cerrados. En este trabajo se presenta un nuevo tipo de estribos para castillos: estribos flejados y en espiral. Estos estribos flejados se comparan con los estribos tradicionales mediante un modelo micro numérico tridimensional y el comportamiento experimental de castillos cortos. Este estudio resultó en una mejora en la resistencia a la compresión, en el grado de confinamiento del concreto y en la eficiencia de los castillos con estribos en espiral. Además, también se obtuvo un aumento de la rigidez en la etapa de descarga.

Soil Conditions and Shield Tunneling Viability for Bogotá Metro Line 1

ABSTRACT Bogotá, the capital city of Colombia, has experienced a critical situation regarding its public transport and road network condition. Unfortunately, the city has lacked an analytical long-term evaluation with regard to transport planning and infrastructure that is able to meet the growing demand. The metro system has been planned for more than half a century, and the existing soil investigations have not been fully used to evaluate the feasibility of building a metro in Bogotá's subsoil. In order to estimate the construction viability of an underground system in the city, the authors studied the ground conditions along the alignment of Metro Line 1, as proposed in 2014. This research brought forward the stratigraphie profile of the first 6,6 km of the alignment. The ground displacements induced by tunneling were estimated by means of a finite element analysis, and the results are presented in this paper along with their significance. The results forecast surface settlements lower than 10 mm, showing that the condition and strength of the soil are suitable for underground metro construction. However, soil consolidation and appropriate monitoring during and after tunneling should be taken under consideration for the sake of the project's success.

RESUMEN Bogotá, la capital de Colombia, se ha caracterizado por su situación crítica en temas de transporte público y condiciones de conexión vial. Desafortunadamente, la ciudad ha carecido de una evaluación analítica a largo plazo con respecto a la planeación del transporte, así como de una infraestructura que sea capaz de satisfacer la creciente demanda. El sistema metro ha sido planeado por más de medio siglo, y los estudios de suelos existentes no han sido aprovechados en su totalidad para evaluar la viabilidad de construir un metro en el subsuelo de Bogotá. Para estimar la viabilidad de construir un sistema subterráneo en la ciudad, los autores estudiaron las condiciones del suelo a lo largo del trazado de la Línea de Metro 1, tal y como se propuso en 2014. Esta investigación puso de manifiesto la columna estratigráfica de los primeros 6,6 km del trazado. Los desplazamientos del suelo inducidos por la construcción de túneles se estimaron mediante un análisis de elementos finitos, y los resultados se presentan en este artículo en conjunto con su significancia. Los resultados pronostican asentamientos menores a 10 mm, indicando que las condiciones y la resistencia del terreno son aptas para la construcción de un metro subterráneo. Sin embargo, la consolidación del suelo y un monitoreo adecuado durante y después de la construcción de los túneles deben ser consideradas en pro del éxito del proyecto.

Urban Road Network Serviceability Analysis Using Traffic Flow Profiles

ABSTRACT Urban road networks are lifelines for cities in fulfilling the transportation needs of their inhabitants. The Patna Urban Agglomeration Area (PUAA) lacks properly planned roads; many of them have varying widths, with encroachments that reduce effective road width. A serviceability analysis is required through a traffic survey in order to create a traffic flow profile. This profile aids in performing time-based path, elevation, and serviceability analyses. In this study, traffic data were collected using cameras at vital road junctions and signals. A manual traffic survey was conducted at locations where active traffic was observed during peak hours. The road network of the study area was created using Google Maps, digitizing roads as lines and utilities as points. The traffic survey data, the road network, and the utilities were analyzed in the Network Analyst tool of the ArcGIS software. The analyses revealed suitable routing at underpass and overpass, as well as feasible paths during peak hours and locations with poor utility access. The analysis focused on the low-income group of people who depend on public transport and utilities and are the driving force of a developing economy. Suitable solutions are suggested to improve the existing road network.

RESUMEN Las redes de carreteras urbanas son líneas vitales en las ciudades para satisfacer las necesidades de transporte de sus habitantes. El Área de Aglomeración Urbana de Patna (PUAA) carece de carreteras debidamente planificadas; muchas tienen anchos variables con invasiones que reducen el ancho efectivo del camino. Se requiere un análisis de capacidad de servicio a través de una encuesta de tráfico para crear un perfil de flujo de tráfico. Este perfil ayuda a realizar análisis de ruta, elevación y capacidad de servicio en función del tiempo. En este estudio, los datos de tráfico se recolectaron usando una cámara en cruces de carreteras y señales vitales. Se llevó a cabo un estudio de tráfico manual en lugares donde solo se observó tráfico activo en horas pico. La red de carreteras del área de estudio se creó usando Google Maps, digitalizando las carreteras como líneas y los servicios públicos como puntos. Los datos de la encuesta de tráfico, la red de carreteras y los servicios públicos se analizaron con la herramienta Network Analyst del software ArcGIS. Los resultados revelaron rutas adecuadas en el paso subterráneo y elevado, así como rutas factibles durante horas pico y las ubicaciones con acceso deficiente a los servicios públicos. El análisis se centra en el grupo de personas de bajos ingresos que dependen del transporte y los servicios públicos y son la fuerza que impulsa una economía en desarrollo. Se sugieren soluciones adecuadas para mejorar la red vial existente.

Evaluation of Tunnel Elastic and Elasto-Plastic Deformations with Approximations Obtained from 3D-FEM Simulations

ABSTRACT Nowadays, there are computer tools designed to simulate engineering problems. Numerical simulations in three dimensions (3D) are the closest to reality, but they require a significant amount of time and experience. In this paper, the aim is to present formulae and graphs obtained from numerical simulations using the finite element method (FEM). Their application decreases the time required to obtain deformations in the periphery of different tunnel sections and further serves to evaluate them for different excavation lengths in the face of unexpected geotechnical changes during drilling. Using the RS2 and RS3 software, 3D analyses were carried out according to the Mohr-Coulomb (MC) model, considering elastic and elasto-plastic perfect behaviors as well as isotropic and anisotropic conditions. The graphs presented herein allow obtaining displacements from an axisymmetric model to infer the 3D displacements horseshoe tunnels, and the polynomial expressions aid in determining the displacements of an established excavation length. Finally, comparisons between the displacements reported by other authors and those obtained with the polynomial expressions are presented as a means of validation for this research.

RESUMEN En la actualidad existen herramientas computacionales diseñadas para simular problemas de ingeniería. Las simulaciones numéricas tridimensionales (3D) son las más cercanas a la realidad, pero requieren una cantidad importante de tiempo y experiencia. En este artículo, el objetivo es presentar fórmulas y gráficos obtenidos de simulaciones realizadas utilizando el método de elementos finitos (FEM). La aplicación de estos disminuye el tiempo requerido para obtener deformaciones en la periferia de distintas secciones de túnel, e incluso funciona para evaluarlas con respecto a distintas longitudes de excavación cuando se encuentren cambios geotécnicos inesperados durante la perforación. Mediante el software RS2 y RS3, se realizaron análisis 3D de acuerdo con el modelo Mohr-Coulomb, teniendo en cuenta comportamientos elásticos y elastoplásticos perfec-tos, así como condiciones isotrópicas y anisotrópicas. Los gráficos aquí presentados permiten obtener los desplazamientos a partir de un modelo axisimétrico para a su vez inferir los desplazamientos 3D de túneles con forma de herradura, y las expresiones polinómicas ayudan a determinar los desplazamientos de una longitud de excavación establecida. Por último, se presentan comparaciones entre los desplazamientos reportados por otros autores y aquellos obtenidos con las expresiones polinómicas como medio para la validación de esta investigación.

Influence of Conventional and Hybrid Septic Tank-Anaerobic Filter Configurations on the Hydrodynamics and Performance of Wastewater Treatment

ABSTRACT Decentralized treatment is an adequate strategy to more sustainably treat municipal wastewater in rural and peri-urban areas. In light of the above, this study evaluated, on a pilot scale, the performance of an anaerobic configuration consisting of a septic tank (ST) and an anaerobic filter (AF) in two modalities: (i) a conventional system (CS) in separate reactors and (ii) a hybrid system (HS) with a ST and an AF in a single reactor -both with theoretical hydraulic retention times (HRTs) of 36, 30, 24, and 18 hours. The results indicated that the HS had a better performance (less variability) under the different conditions evaluated, achieving, at an HRT of 18 hours, higher reduction efficiencies (52,0±16,8% COD and 73,06±18,5% TSS) compared to the CS (39,8±13,1% COD and 65,8±20,52% TSS). Although hydrodynamic analysis showed dual flow (full mix and plug flow) in both configurations, the HS exhibited a greater predominance of plug flow (62%) than the CS (52%), which allowed the former to reach a real HRT closer to the theoretical value than the latter (23/24 vs. 19/24 hours). This behavior guarantees the lowest occurrence of dead zones and short circuits, as well as a higher Persson hydraulic efficiency (0,62) and lower area requirements for the HS in comparison with the CS (0,5).

RESUMEN El tratamiento descentralizado es una estrategia adecuada para tratar las aguas residuales municipales en áreas rurales y periurbanas de manera más sostenible. Con base en esto, este estudio evaluó, a escala piloto, el desempeño de una configuración anaerobia conformada por un tanque séptico (TS) y un filtro anaerobio (FA) en dos modalidades: (i) un sistema convencional (SC) en reactores separados y (ii) un sistema híbrido (SH) con TS y FA en un solo reactor -ambos con tiempos teóricos de retención hidráulica (TRH) de 36, 30, 24 y 18 horas. Los resultados indicaron que el SH presentó un mejor desempeño (menor variabilidad) bajo las diferentes condiciones evaluadas, logrando, a un TRH de 18 horas, mayores eficiencias de reducción (52,0±16,8 % DQO y 73,06±18,5 % SST) en comparación con el SC (39,8±13,1 % DQO y 65,8±20,52 % SST). Aunque el análisis hidrodinámico mostró flujo dual (mezcla completa y flujo pistón) en ambas configuraciones, el SH presentó mayor predominio del flujo pistón (62 %) que el SC (52 %), lo que permitió que el primero alcanzara un TRH real más cercano al valor teórico que el segundo (23/24 vs. 19/24 horas). Este comportamiento garantiza la menor ocurrencia de zonas muertas y cortocircuitos, así como una mayor eficiencia hidráulica de Persson (0,62) y menores requerimientos de área para el SH en comparación con el SC (0,5).

Multi-Tone Optical Source Generation for Applications in Next-Generation Passive Optical Networks using Photonic Structures

ABSTRACT This study presents the design and simulation of an integrated multi-carrier optical source with a 227 GHz bandwidth for passive optical network (PON) applications. The optical comb generation attained using a photonic structure known as a micro-ring resonator fabricated in silicon nitride (Si3N4) facilitates cost reduction when produced on a large scale. Additionally, the generated optical comb accomplishes non-uniform tones in terms of the optical signal-to-noise ratio (OSNR), which allows for the dynamic assignment of carriers to retainable customers as a function of the data rate and transmission distance requirements. The design and simulation demonstrate the generation of frequency combs with optical carriers in a range of 5-40 tones, an OSNR range of 20-80 dB, and a free spectral range (FSR) of 50-3 610 GHz. To achieve these features, a geometric design of the device is proposed, and its response to variations of input laser parameters is described. In summary, the device uses two optical micro-resonators with radii of 100 and 450 pm and controls the power and the tuning of laser parameters. The proposed method allows generating a deterministic and reliable path to the frequency combs. Finally, the characteristics of the obtained combs are tested to determine their potential use in PON transmissions.

RESUMEN Este trabajo presenta el diseño y simulación de una fuente óptica multiportadora integrada con un ancho de banda de 227 GHz para aplicaciones en redes ópticas pasivas (PON). La generación de peine óptico, que se logra utilizando una estructura fotónica conocida como microresonador óptico fabricada en nitruro de silicio (Si3N4), facilita la reducción de costos cuando se produce a gran escala. Además, el peine óptico generado logra tonos no uniformes en términos de la relación señal óptica a ruido (OSNR), lo que permite la asignación dinámica de portadoras a clientes retenibles en función de los requisitos de velocidad de datos y distancia de transmisión. El diseño y la simulación demuestran la generación de peines de frecuencia con portadoras ópticas con un rango de 5-40 tonos, un rango OSNR de 20-80 dB y un rango espectral libre (FSR) de 50-3 610 GHz. Para lograr estas características, se propone el diseño geométrico del dispositivo y se caracteriza su respuesta ante la variación de los parámetros del láser de entrada. En resumen, el dispositivo utiliza dos microresonadores ópticos con radios de 100 y 450 pm y controla la potencia y la sintonización del láser. El método propuesto permite obtener una ruta determinista y confiable a los peines de frecuencia. Finalmente, se evalúan las características de los peines obtenidos para determinar su potencial uso en las transmisiones con PONs.

Comparison of Aluminum and Copper Winding Materials for Switched Reluctance Machines with Finite Element Analysis

ABSTRACT Today, with the decrease in fossil fuel reserves, interest in electric vehicles has grown. Undoubtedly, electric machines are one of the most important parts of electric vehicles. Studies on electrical machines directly affect vehicle performance. Since the electrical machine used is mounted on the vehicle, reducing the total weight without changing the output power will positively affect the overall performance of the vehicle. The windings used to create the magnetic field in electrical machines are made of copper. Electrical machinery manufacturers try to use completely different materials instead of copper or partially reduce its use. At this point, aluminum emerges as an attractive material for various manufacturers. This study analyzed the winding structure of a switched reluctance machine (SRM) proposed for an electric vehicle by using copper and aluminum at an equivalent resistance value, the results of which were compared. As a result of a 2D finite element analysis, it was observed that the machine's output performance is largely kept when aluminum is used instead of copper for the winding. It was also observed that the aluminum total winding weight decreased by 43,40% compared to that of copper.

RESUMEN Hoy, con la disminución de las reservas de combustibles fósiles, ha aumentado el interés por los vehículos eléctricos. Sin duda, las máquinas eléctricas son una de las partes más importantes de los vehículos eléctricos. Los estudios sobre máquinas eléctricas afectan directamente el rendimiento del vehículo. Dado que la máquina eléctrica utilizada está montada en el vehículo, la reducción del peso total sin cambiar la potencia de salida afecta positivamente el rendimiento general del vehículo. Los devanados utilizados para crear el campo magnético en las máquinas eléctricas están hechos de cobre. Los fabricantes de maquinaria eléctrica intentan utilizar materiales completamente diferentes en lugar del cobre o reducir su uso parcialmente. En este punto, el aluminio emerge como un material atractivo para varios fabricantes. En este estudio se analizó la estructura de bobinado de una máquina de reluctancia conmutada (SRM) propuesta para un vehículo eléctrico, utilizando cobre y aluminio con un valor de resistencia equivalente, cuyos resultados se compararon. Como resultado de un análisis de elementos finitos 2D, se observó que el rendimiento de salida de la máquina se mantiene en gran medida cuando se utiliza aluminio para bobinado en lugar de cobre. Se observó que el peso total del devanado de aluminio disminuyó en un 43,40 % en comparación con el de cobre.

Women at the Faculty of Engineering of Universidad Nacional de Colombia, Bogotá Campus: History, Present, and Future

ABSTRACT The Faculty of Engineering of Universidad Nacional de Colombia (UNAL) has a rich and complex history, which is inexorably linked to the convulsed history of Colombia. This article seeks to give visibility to the participation and historical contributions of women in the growth and development of the Department of Engineering throughout its 161 years of existence, as well as to recognize their contributions with the names of their protagonists, in order to honor their struggles and achievements in favor of women's rights in the country. This article also shows data and testimonials that reflect the significant gender gaps that still persist in the Faculty, it characterizes the women who are part of the academic community in their roles as students, professors, researchers, and directors, it lists the actions undertaken as institutional policies for closing gender gaps, and it proposes future measures to be implemented.

RESUMEN La Facultad de Ingenieria de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) cuenta con una rica y compleja historia, unida inexorablemente a la convulsionada historia de Colombia. Este articulo busca visibilizar la participación y las contribuciones históricas de las mujeres en el crecimiento y desarrollo de la Facultad de Ingenieria en sus 161 años de existencia, asi como reconocer sus aportes con el nombre de sus protagonistas, en aras de honrar sus luchas y conquistas en favor los derechos de las mujeres en el pais. El articulo también muestra cifras y testimonios que reflejan las significativas brechas de género que aun persisten en la Facultad, hace una caracterización de las mujeres que hacen parte de la comunidad académica en sus roles de estudiantes, profesoras, investigadoras y directivas, enumera las acciones emprendidas como politica institucional para cerrar las brechas de genero y propone acciones futuras a implementar.

Curricular Experiences Leading to the ABET Accreditation in the Electrical and Electronics Engineering Programs

ABSTRACT Accreditation processes not only recognize the high quality of curricular programs; they also guarantee their continuous self-improvement. This paper aims to socialize the curricular experiences in the Electrical and Electronics Engineering programs of Universidad Nacional de Colombia (Bogota Campus) within the framework of the decade-long efforts made to achieve the international ABET accreditation in 2021. This work thoroughly describes the implementation of the CDIO curriculum design methodology and its subsequent transition towards a curricular assessment based on learning outcomes. The results of some qualitative studies regarding the perceptions of faculty and alumni are presented, as well as a detailed proposal of the skills to be developed in each year of the syllabus, establishing their level of implementation. Moreover, a detailed description is provided regarding the methodology adopted for measuring performance indices during four semesters, as well as the main results of the assessment of each learning outcome. Finally, the main curricular challenges to be addressed over the following years within the Electrical and Electronics Engineering programs are described.

RESUMEN Los procesos de acreditación no solo reconocen la alta calidad de los programas curriculares; también garantizan el mejoramiento continuo de los mismos. Este artículo pretende socializar las experiencias curriculares de los programas de Ingenieria Electrica e Ingenieria Electrónica de la Universidad Nacional de Colombia (Sede Bogota), en el marco de los esfuerzos de más de una década para lograr la acreditación internacional ABET en el ano 2021. Este trabajo describe detalladamente la implementación de la metodologia de diseño curricular CDIO y su posterior transición hacia una evaluación curricular por objetivos de aprendizaje. Se presentan los resultados de algunos estudios cualitativos sobre las percepciones de profesores y egresados, así como la propuesta detallada de las habilidades a desarrollar en cada ano del plan de estudios, distinguiendo su nivel de implementación. A su vez, se detalla la metodologia de medición adoptada para los indicadores de desempeño durante cuatro semestres, así como los principales resultados de la evaluación (assessment) para cada meta de aprendizaje. Finalmente, se describen los principales desafios curriculares a enfrentar en los próximos años en los programas de Ingenieria Electrica y Electrónica.