Author: JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON

Fórmula experimental para la velocidad de caída de sedimentos en flujo transversal

Humberto Salinas Tapia JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON (2011)

En el presente trabajo se determinó de forma experimental la velocidad de caída de partículas sedimentarias en un canal con flujo transversal. Se utilizaron las técnicas ópticas Velocimetría por Imágenes de Partículas (PIV) para el fluido y de Velocimetría por Rastreo de Partículas (PTV) para los sedimentos Se utilizaron siete valores de caudal líquido con números de Reynolds del fluido ( R f ) entre 4 200 y 33 000, para evaluar el efecto del movimiento del fluido en la velocidad de caída de las partículas de sedimento. A fin de obtener las componentes de la velocidad de caída de cada partícula sedimentaria, se desarrolló un software con la técnica PTV. Los resultados muestran que la velocidad de caída de las partículas se ve afectada por el movimiento del fluido. Se propone una expresión para el cálculo de la velocidad de caída de sedimentos que toma en cuenta ese efecto.

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Ciencias de la Tierra sedimentos velocidad de caída PIV PTV tamaño de partícula Reynolds del fluido Reynolds de la partícula CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Experimental observations of cohesive sediment dynamics in aquaculture recirculation tanks

JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON Humberto Salinas Tapia (2013)

se describe un modelo para velcocidad de caida de agregados validado experimentalmente.

Cohesive sediments from non-used food and fish excreta are a main concern in aquaculture recirculation tank design. Excess concentrations of sediments can cause fish death or additional costs of energy for aeration. Flow dynamics in these tanks is represented as a multiphase flow with two disperse phases: one of solids (cohesive sediments) and one of gas (oxygen) because aeration is always needed. This research was carried out to understand the settling behavior of flocs when subjected to a liquid shear rate. A reduced scale model of an aquaculture recirculation tank was built in Plexiglas in order to use Particle Image Velocimetry and Particle Tracking Velocimetry techniques to measure fluid velocities, solid settling velocities, floc shape, and size. The optical techniques provided a description of how the phases organize in space and how this organization is related to the microphysics. Different flow rates and solid concentrations were used to develop varied configurations in the system. Models for floc settling velocity based on fractal theory were calibrated. Cohesive sediments from fish food were observed in long-term experiments at constant fluid shear rate and constant gas flow rates in the recirculation tank. Images were obtained each five minutes. Image analysis provided us with floc settling velocity data and floc size. Using floc settling velocity data, floc density data were obtained for different diameters at equilibrium conditions, after one hour or larger experiments. Statistical analysis of floc velocities for different floc sizes allowed us to obtain an expression for the drag coefficient as a function of floc particle Reynolds number (R*=ρwWsD/μ) where Ws is the floc settling velocity, D is floc diameter, ρw is the liquid mass density and μ is the liquid viscosity. The results are helpful to improve cohesive sediment removal in aquaculture recirculation tanks by providing a tool to obtain optimum sedimentation rates as a function of fluid shear rates

UAEM

Article

floc settling velocity aquaculture recirculation tank fractal dimension drag coefficient PTV PIV BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Identificación de áreas críticas de erosión en el Curso Alto del Río Lerma

MARIVEL HERNANDEZ TELLEZ JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON EMMANUELLE QUENTIN JORET CARLOS DIAZ DELGADO (2009)

El Curso Alto del Río Lerma (carl) tiene una extensión de 2 117.9 km2, presenta en su parte alta, el Volcán Nevado de Toluca, elevaciones de 4 560 msnm y en su parte baja la presa José Antonio Alzate una elevación de 2 569 msnm. La abrupta topografía, las altas precipitaciones y la intervención humana (tala de bosques y prácticas agrícolas inadecuadas), presentes en la cuenca, generan anualmente una importante pérdida de suelo. En este trabajo se identifican las áreas del carl que producen mayor pérdida de suelo. Se hizo un esfuerzo para identificar los municipios más afectados con el fin de instarles a tomar medidas preventivas. Estos municipios corresponden a Santiago Tianguistenco, Lerma y Ocoyoacac que juntos representan 60% de las zonas con grado de erosión extrema. En índices de erosión alta a los anteriores se le suman Otzolotepec, Temoaya, Xalatlaco, Toluca en las faldas del Nevado y Zinacantepec.

Article

Multidisciplinarias (Ciencias Sociales) Erosión Lerma RUSLE precipitación SIG CIENCIAS SOCIALES

Definition of critical hydrodynamic conditions for sediment motion initiation using optical technique

JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON CARLOS DIAZ DELGADO KLEVER IZQUIERDO AYALA HUMBERTO SALINAS TAPIA (2016)

Sediment motion initiation experiments were performed in a glass rectangular channel, with a loose bed in the central part. The main goal is to obtain the critical hydrodynamic characteristics that causes sediment bed motion initiation, for different cohesionless sediment grain sizes. The optical technique of Particle Tracking Velocimetry (PTV) was used in order to determine the critical velocity profiles for sediment initiation of motion. Between the parameters that define this critical velocity profile is the one known as bed rugosity which represents the height of asperities in the bed. For conditions near bed motion initiation experimental velocity profiles were obtained and they allowed us also to define fluctuating velocities u´, v´ and a value of bed rugosity ks related to a representative grain size of the bed. It was shown that obtained critical velocity profiles are in good agreement with other works in the scientific literature provided an appropriate definition of bed rugosity is made.

Universidad Autónoma del Estado de México

Article

non-cohesive sediments motion initiation bed rugosity critical velocity profile PTV INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Erosion characteristics and floc strenght of Athabasca river cohesive sediments: towards managing sediment-related issues

JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON Ian Droppo Bommanna Krishnappan Brian Trapp Christina Jaskot (2011)

Purpose: Most of Canada’s tar sands exploitations are located in the Athabasca river basin. Deposited cohesive sediments in Athabasca river and tributaries are a potential source of PAHs in the basin. Erosional behavior of cohesive sediments depends not only of fluid turbulence but on sediments structure and particularly the influence of organic content. This research tries to describe this behavior in Athabasca river sediments. Methods: An experimental study of cohesive sediments dynamics in one of the tributaries, the Muskeg river, was developed in a rotating annular flume. Variation of the shear stress allowed the determination of erosional strength for beds with different consolidation periods. Particle size measurements were made with a laser diffraction device operated in a continuous flow through mode. Optical analyses of flocs (ESEM and TEM) were performed with samples taken at the end of the experiments. Results: An inverse relationship between suspended sediment concentration (SS) and the consolidation period was found. The differences are related in this research to the increasing organic content of the sediments with consolidation period. The particle size measurements during the experiments showed differences on floc strength that are also related to changing organic content during different consolidation periods. ESEM and TEM observations confirm the structural differences for beds with different consolidation periods. The effects of SFGL on floc structure and in biostabilization of the bed are discussed. Conclusions: It is recommended in this paper that consolidation period should be taken into account for the modeling of erosion of cohesive sediments in the Athabasca river. Relating to transport models of pollutants (PAHs) it is highly recommended to consider flocs organic content, particularly algae, in the resuspension module.

Environment Canada, CONACYT

Article

Athabasca river cohesive sediments EPS erosion floc strenght Microbes. Rotating annular flume SFGL CIENCIAS SOCIALES

Modelo del transporte y deposición de Fe y Mn en el curso alto del río Lerma

JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON GRACIELA ZARAZUA ORTEGA Víctor Díaz SAMUEL TEJEDA VEGA PEDRO AVILA PEREZ (2013)

En este trabajo se desarrolló un modelo de transporte y deposición de meta- les utilizando datos obtenidos con una campaña de muestreo de concentra- ciones de los metales Fe y Mn, en el curso Alto del río Lerma, Estado de México. Para alimentar el modelo numérico de transporte se midieron en campo las secciones hidráulicas del río Lerma en un tramo de 27.9 km. Se desarrolló una ecuación de balance de masa, considerando mezcla completa en cada tramo, para tramos seleccionados del río Lerma, la cual se resolvió por el método de diferencias finitas. Simultáneamente se efectuó una campa- ña de muestreo de agua y sedimentos, tanto en suspensión como deposita- dos, lo que permitió determinar las concentraciones de los metales Fe y Mn en cada fase, en cada uno de los tramos seleccionados. Para el cálculo de las concentraciones de metales se utilizó la técnica de fluorescencia de rayos X en la modalidad de energía dispersiva (EDXRF). Se obtuvieron los coefi- cientes de partición agua-sedimento suspendido y agua-sedimento deposi- tado. El modelo de transporte de metales muestra periodos de transporte de metales y zonas de depósito bien definidos, que coinciden con la tendencia en la variación espacial y temporal de los coeficientes de partición. Se con- cluye que en zonas fluviales de deposición de sedimentos, durante los even- tos hidrológicos extremos, para efectos del modelado del transporte de metales no se pueden considerar constantes los coeficientes de partición, lo cual se acostumbra en numerosos modelos.

Article

Ingeniería Sedimentos Fe Mn coeficientes de partición EDXRF Río Lerma CIENCIAS SOCIALES

Caracterización de la contaminación por metales pesados y reducción de capacidad de almacenamiento hidráulico por azolve de un embalse mexicano

JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON CARLOS DIAZ DELGADO EMMANUELLE QUENTIN JORET PEDRO AVILA PEREZ SAMUEL TEJEDA VEGA GRACIELA ZARAZUA ORTEGA (2007)

El embalse José Antonio Alzate es el primero sobre el curso del río Lerma y acumula los sedimentos erosionados de la cuenca del Curso Alto del río Lerma (CARL), un área densamente urbanizada. Desde el punto de vista hidráulico, dicho embalse cumple la función de control de avenidas y surte de agua a distritos de riego. La realización reciente de un estudio batimétrico del mismo permitió definir el perfil actual de fondo del terreno. Estos niveles se compararon con los originales (antes de su construcción en 1959) efectuando una estimación del volumen de azolve acumulado. Igualmente se llevó a cabo un muestreo de sedimentos de fondo para su posterior análisis por fluorescencia de rayos X con el fin de determinar su posible contaminación por metales pesados. En este artículo se discuten las implicaciones de la pérdida de capacidad de almacenamiento del embalse (cerca del 50%) y de la contaminación de sus sedimentos determinando los riesgos ambientales asociados por su remoción. Teniendo en cuenta los bajos índices de contaminación por metales pesados, los cuales no sobrepasaron los criterios internacionales para uso de sedimentos en agricultura, y del volumen a dragar inferior a los 65 000 m3, se concluyó que es recomendable dragar la zona aledaña a la obra de toma para seguridad en la operación de esa estructura que es indispensable para cumplir con las funciones del embalse.

Article

Biología Batimetría contaminación de sedimentos metales pesados embalse BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Regional analysis of climate variability at three time scales and its effect on rainfed maize production in the Upper Lerma River Basin, Mexico

CARLOS ALBERTO MASTACHI LOZA ROCIO BECERRIL PIÑA MIGUEL ANGEL GOMEZ ALBORES CARLOS DIAZ DELGADO ALEJANDRO TONATIUH ROMERO CONTRERAS JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON IVONNE VIZCARRA BORDI (2016)

Rainy season use to be from May to September and actually is from June to September. Rainy season use to be from May to September and actually is from June to September. In the region, the most determinant factor for maize crop losses is the water deficit.

This study explored climate variability in the Upper Lerma River Basin, State of Mexico, Mexico, at three timescales: annual (1960–2010), monthly (1980–2010) and seasonal (1980–2010). The effects of monthly and seasonal (2003–2010) variability on rainfed maize crops were also evaluated. The variables of rainfall, maximum temperature, minimum temperature and number of hailstorms were interpolated to generate monthly spatial-temporal series. Over a period of 51 years, the climate of the region shows an accumulative annual increase of 131 mm in rainfall and an increase of 0.8 and 0.74 °C in maximum and minimum temperature, respectively. In conclusion, significant changes in the climate variables were found at the three analyzed timescales. Seasonal climate changes were found to coincide with the most vulnerable stage or flowering period of maize; particularly, a shift in the rainfall pattern generates a water deficit that impacts production yield. Hailstorms have increased in frequency, yet their phase shift results in a lesser impact to maize during its most critical stage of development.

This study was financed by the Basic Science research project, SEP-CONACYT “Mesoamerican Corn and Scenarios for Local development (El maíz473 mesoamericano y sus escenarios de desarrollo local), No. 130947. The authors also wish to thank the two anonymous reviewers and their comments for improving and restructuring the manuscript in order to highlight the results of this research.

Article

climate variability lerma river basin rainfed maize seasonal 31 trend analysis agricultural adaptation CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Criterios hidrodinámicos para el diseño de sistemas de recirculación en acuicultura

JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON Humberto Salinas Tapia VICTOR DIAZ PALOMAREZ BORIS MIGUEL LOPEZ REBOLLAR JAVIER MORENO GUEVARA LEONARDA MARIA FLORES GUTIERREZ (2014)

Con el objetivo de hacer más eficiente el uso del agua se ha desarrollado la técnica de sistemas cerrados de recirculación de agua (SRA) para acuicultura. Un aspecto que se ha relegado, en cuanto a los estudios de calidad de agua y biológicos, es el relativo a la hidrodinámica de esos tanques de recirculación. En este trabajo se describe una investigación experimental llevada a cabo en un modelo en plexiglass a escala reducida de dichos tanques de recirculación. En un tanque circular se utilizó comida para peces; los flóculos resultantes sirvieron de trazadores para establecer las características de sedimentación. Por medio de técnicas ópticas, velocimetría por imágenes de partículas (PIV), se pudo determinar una distribución óptima de difusores para lograr diferentes velocidades en el tanque, a fin de facilitar los procesos de floculación y, a su vez, los de sedimentación. Igualmente se propone un diseño del sedimentador central en función de las características de los flóculos y de su comportamiento hidrodinámico, en especial su velocidad de caída. Para calcular las velocidades de caída de los flóculos se utilizó la técnica de velocimetría por rastreo de partículas (PTV). Los resultados experimentales permitieron calibrar un modelo matemático de velocidades de caída de flóculos.

Article

Ciencias de la Tierra Acuicultura SRA flóculos PIV PTV velocidades de caída CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Recursos Hídricos: Conceptos básicos y estudios de caso en Iberoamérica

ALICIA FERNANDEZ CIRELLI ALIN ANDREI CARSTEANU Amelia Fernández Juan ANTONIO EDUARDO LANNA Carlos Andre Bulhoes Mendes CARLOS DIAZ DELGADO CECILIA DIANA DI RISIO DAMIAN INDIJ DANILO ANTON GIUDICE DORIS LILIANA OTALVARO HOYOS EDUARDO TRUJILLO FLORES EMMANUELLE QUENTIN JORET Fernando Lopez Vera GERARDO RAMOS GONZALEZ GRACIELA ZARAZUA ORTEGA Icela Dagmar Barceló Quintal Ignacio Morell Irene de Bustamante Irma Rosas Perez IRMA VILA PINTO JOSE EMILIO BARO SUAREZ JOSE LLAMAS SIENDONES JOSE LUIS CORVEA PORRAS JOSE MANUEL MURILLO DIAZ JUAN ANTONIO GARCIA ARAGON Juana María Sanz García JULIANA BAITZ VIVIANI LIMA Khalidou M. Bâ LILIANA ARRIETA QUESADA LUCAS FERNANDEZ REYES MARIA ANGELICA MONDACA JARA MARIA VICENTA ESTELLER ALBERICH Miquel Salgot PEDRO AVILA PEREZ EIME JAVIER CISNEROS BRITO RAYMUNDO JOSE GARRIDO Remigio Hernán GALARRAGA-SANCHEZ Ricardo Hirata SUELY SCHUARTZ PACHECO MESTRINHO VICTOR CAMPOS A. (2005)

El agua como fuente de vida y en el desempeño de sus funciones: sociales, ambientales, económicas y culturales, condiciona el desarrollo de una región, nación o continente, pues, la concentración urbana, el incremento de la superficie de riego para la producción de alimentos y la creciente contaminación someten a los recursos hídricos a una fuerte presión que no es posible soportar, originando situaciones de crisis. Así, mientras encuentran localidades la satisfacción de las necesidades en agua de sus habitantes representa un esfuerzo cotidiano, en otras, el desperdicio es una práctica generalizada pero inadmisible. Sin duda alguna en el mediano y largo plazo la tendencia actual en el uso de agua es simplemente insostenible. No es posible sufragar permanentemente el costo económico, social ay ambiental de abastecer a las grandes urbes con escurrimientos superficiales importados desde enormes distancias, de agotar los acuíferos de alterar la calidad de las agua rebasando límites de renovación económicamente factibles. Tampoco es posible enfrentar el problema del agua como si la disponibilidad del recurso fuera ilimitada y gratuita...

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Ciclo hidrológico Características de cuenca Hidrología subterránea Hidroquímica Calidad de agua Conservación recursos hídricos BIOLOGÍA Y QUÍMICA