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Laboratorio de Hidráulica
Impulsamos la innovación en ingeniería hidráulica e hidrología mediante el estudio experimental de inundaciones, drenaje urbano y sistemas de abastecimiento y saneamiento.
Ingeniería hidráulica e hidrología
Este laboratorio cuenta con infraestructuras que permiten abordar problemas vinculados a casi cualquier ámbito de la ingeniería hidráulica y la hidrología, incluyendo tanto flujos en presión como en lámina libre. En las instalaciones del laboratorio se pueden desarrollar proyectos relacionados con el estudio de inundaciones, hidrología y drenaje urbano empleando simuladores de lluvia, con los sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento, con la hidráulica fluvial y con las obras hidráulicas y los embalses.
Este laboratorio cuenta con infraestructuras que permiten abordar problemas vinculados a casi cualquier ámbito de la ingeniería hidráulica y la hidrología, incluyendo tanto flujos en presión como en lámina libre. En las instalaciones del laboratorio se pueden desarrollar proyectos relacionados con el estudio de inundaciones, hidrología y drenaje urbano empleando simuladores de lluvia, con los sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento, con la hidráulica fluvial y con las obras hidráulicas y los embalses.
- Análisis del riesgo de inundaciones en sistemas urbanos y naturales
- Aplicación de infraestructura verde y soluciones basadas en la naturaleza para mejorar la resiliencia ante el cambio climático
- Estudio de los procesos hidrológicos y transporte de contaminación en cuencas urbanas y naturales empleando simuladores de lluvia
- Desarrollo y calibración de modelos de calidad de aguas superficiales
- Establecimiento y explotación de estaciones de control de calidad de aguas en sistemas de agua urbana y medio natural
- Análisis mediante estudios de campo y modelización matemática del impacto sobre calidad de agua producida por vertidos de cargas contaminantes urbanas e industriales
- Procesos de desembocadura de ríos (zonas deltaicas, rías)
- Hidráulica fluvial (restauración de márgenes y riberas)
- Obras hidráulicas (presas y aprovechamientos hidroeléctricos)
- Gran superficie, caudal y volumen de ensayo: más de 1.000 m² de superficie. Cuenta con un aljibe inferior para el depósito de agua de 400 m3 de capacidad, junto con tres sistemas independientes en circuito cerrado para aportar agua a los modelos experimentales con unos caudales de 60, 120 y 400 L/s
- Disponibilidad de equipos de medida de niveles y velocidades tradicionales (velocimetría dóppler acústica, puntual o a lo largo de todo un perfil), así como aplicación de técnicas de imagen para determinación de velocidades y contaminación (ej. velocimetría de imagen de partículas PIV)
- Automatización integral: Control total de sistemas de bombeo, instrumentación y ensayos mediante sistemas automáticos
- Enfoque multidisciplinar: Posibilidad de abordar problemas de abastecimiento, saneamiento, hidrología urbana y fluvial, embalses y calidad del agua
- Aplicación de IA y Machine Learning: Integración de tecnologías inteligentes en modelos reales para desarrollar nuevas estrategias de gestión del agua
- Ensayos a gran escala sobre una estructura flexible y versátil: Infraestructura de investigación de gran escala para simulaciones altamente representativas de entornos urbanos e hidráulicos reales
Instalación diseñada para la edición y análisis del proceso de transformación de lluvia en caudal en superficies urbanas. Cuenta con:
Simulador de lluvia que ofrece varios niveles de intensidad
Superficie urbana que simula un tramo de calle, incluyendo la acera con dos sumideros y un canal de aportación de escorrentía directa
Pequeña red de tubos de drenaje que recogen la escorrentía superficial y la derivan a un punto de salida para la medición de parámetros vinculados al flujo o al nivel de contaminación de agua
El tipo de análisis que se realiza incluye la medición del flujo superficial con alta precisión para la calibración de modelos numéricos y en la red de drenaje para la calibración de modelos duales, la medición del transporte de contaminantes depositados en superficie y a través de la red de drenaje, o el análisis del funcionamiento hidráulico y la eficiencia de remoción de contaminación de superficies porosas o permeables.
Las características técnicas de la superficie urbana básica son las siguientes:
- Superficie de drenaje urbana de 36 m2
- Simulador de lluvia basado en goteros capaz de generar intensidades de 10 a 120 mm/h
- Dos imbornales y un canal de recogida de escorrentía aguas abajo
- Sistema de drenaje compuesto por tuberías de PVC de diámetros 85 y 190 mm
Esta superficie puede adaptarse y es muy versátil, permitiendo otras configuraciones permitiendo el análisis de la escorrentía superficial sobre superficies de distintos materiales con un rango de pendiente variable para por ejemplo estudiar el transporte de plásticos o la eficiencia de rejas, o la instalación de módulos de drenaje sostenible para la simulación de cubiertas verdes, pavimentos permeables o áreas de biorretención.
Nueva versión más grande y completa de la instalación MEDUSA-1 que representa un segmento de calle con una intersección con 4 módulos de tejados de pendiente y materiales variables, un entramado de tubos, unidos por pozos de registro, practicables e instrumentados.
Se incorpora aportación de escorrentía superficial y aportación de caudal por la red de conducciones, además de incluir un simulador de lluvia realista de grandes dimensiones con intensidades de precipitación de 30 a 80 mm/h.
Esta instalación permite la calibración de modelos de flujo dual, el análisis de la remoción de contaminación en tejados y calles, o la sustitución de elementos impermeables por técnicas SUDS para evaluar su rendimiento, entre otras posibilidades.
Todos los flujos están instrumentados, y se cuenta asimismo con sondas para la medida en continuo de la contaminación. Además de su potencial como infraestructura de investigación tiene un gran valor didáctico, tanto para estudiantes universitarios como para el público en general.
Las características técnicas de esta plataforma, que tiene una superficie total de 100 m2, son las siguientes:
- Cuenta con uno de los simuladores de lluvia más grandes del mundo, pudiendo generar precipitaciones con intensidades de 30, 50 o 80 mm/h
- La superficie del modelo consiste en la intersección de dos calles de manera perpendicular. El firme es de hormigón con una pendiente trasversal del 2% y longitudinal del 1%. Tiene cuatro módulos de edificación intercambiables para el análisis de diferentes tipologías de cubiertas y técnicas SUDS
- Dispone de varios imbornales, pozos de registro y una red de conducciones
- Aguas arriba de cada calle y cada tubería existe la posibilidad de incluir aportaciones de caudal en tuberías
Esta instalación simula, mediante un modelo conceptual, el sistema de abastecimiento del área metropolitana de A Coruña y la gestión del mismo:
- Cuenca de aportación, con un embalse y una ETAP (estación de tratamiento de agua potable) en cabecera
- A continuación, el agua es distribuida en alta a tres depósitos y en baja mediante una red de líneas de distribución con algunas interconexiones, con una gran cantidad de sensores para el control de los consumos de los distintos sectores en la ciudad (todas las líneas de distribución disponen de contador)
- Las líneas principales cuentan con caudalímetros de distintas tecnologías y los flujos se controlan con válvulas motorizadas que permiten abrir, cerrar o regular las líneas, y activar las interconexiones o recirculaciones
- Finalmente, la instalación cuenta con una EDAR (estación depuradora de aguas residuales) abajo del modelo, desde la que se recircula el agua.
Este simulador tiene la finalidad de probar estrategias de control en remoto de la gestión del sistema. Se incluyen sensores de distintas tecnologías y modos de conexión integrados en un sistema de control coherente, y una plataforma de gestión que permite generar escenarios de operación y respuestas automáticas del sistema frente a distintas eventualidades, como fugas o incrementos de la demanda.
El sistema de control del abastecimiento del agua urbana permite incorporar diversas plataformas de gestión de los datos basadas en general en el internet de las cosas o internet of things (IoT), junto con distintos procesos de toma de decisiones, basados en general en inteligencia artificial (IA) y en el aprendizaje automatizado o machine learning.
Esta instalación, realizada en colaboración con la empresa de abastecimiento de agua de la ciudad de A Coruña (EMALCSA), es un conjunto de dos infraestructuras de tuberías de agua a presión:
- Panel de tuberías de fundición dúctil con sus elementos a escala real
- By-pass de la red real de abastecimiento para la medición de parámetros vinculados a la calidad del agua
La primera de estas infraestructuras es una red mallada con un sistema en circuito cerrado de distribución, que se utiliza para la calibración o prueba de elementos como paso previo a su instalación en la red de distribución de A Coruña y para el estudio de pérdidas de carga en conexiones de sistemas de abastecimiento. Adicionalmente sirve como elemento de uso docente, con una gran ventaja sobre los simuladores didácticos ya que todos los elementos están a escala real.
La segunda de las infraestructuras, realizada con los mismos materiales, incluye una entrada y una salida desde la red de distribución de A Coruña, lo que establece un flujo continuo. Se dispone de un panel mallado que permite aislar y extraer segmentos de tubería para analizar la deposición de sedimentos y la formación de biopelículas que puedan producirse, en una zona que se ubica en la cabecera de la red de distribución.
Este panel de tuberías está instrumentado con sondas de medición de calidad para analizar el origen y caracterización de los procesos que influyen en la generación de depósitos en las tuberías de distribución de agua potable, que son susceptibles de dar lugar a episodios puntuales de turbidez o cambio de color del agua. Esta instalación, al encontrarse conectada directamente a la red de abastecimiento de la ciudad de A Coruña, puede registrar las variaciones propias de la red, y cuenta con las siguientes características técnicas:
- Sistema de tuberías de 100 mm de diámetro con válvulas para el establecimiento de diferentes configuraciones de flujo
- Dispone de un caudalímetro por ultrasonidos Panametrics AT600 y un sensor de presión UNIK5000 para el registro en continuo de variables hidráulicas
- El panel dispone de dos tomas para recoger muestras de agua puntuales, un contador de partículas CRIUS conter-sense, y un sistema compacto S::CAN para una caracterización físico-química en continuo midiendo parámetros de calidad como pH, temperatura, conductividad, contenido en oxígeno, nitratos, nitritos, turbidez, cloro residual o color
Además de una infraestructura de investigación, estas instalaciones forman parte de la instrumentación de control de la calidad del abastecimiento de aguas de A Coruña, y cuentan con elementos didácticos para visibilizar la importancia de estos servicios.
Tradicionalmente han existido dos metodologías de análisis de fenómenos hidráulicos: los métodos numéricos y los modelos físicos. La modelización física hidráulica aporta una cercanía con el problema y una visibilización del entorno físico que es difícilmente sustituible con los modelos numéricos. Poder observar en tres dimensiones el problema objeto de estudio, como podría ser percibir cómo una lámina de agua inunda una zona y proponer soluciones, por ejemplo, mediante barreras, es algo que se hace de un modo mucho más intuitivo sobre un modelo físico que sobre un modelo numérico.
La idea básica sobre la que se sustenta MEDUSA-6 parte de ampliar el concepto de los conocidos sistemas de realidad aumentada AR-SandBox. Estos sistemas permiten la representación topográfica y la generación de lluvia y escorrentía virtual sobre una superficie construida con arena de una forma rápida e interactiva, pero no permiten introducir ningún tipo de información cuantitativa, lo que hace que sean instalaciones esencialmente lúdicas y didácticas, sin ser válidas para un uso profesional.
Por el contrario, la instalación MEDUSA-6 se ha diseñado como un simulador realista de flujo en ríos y análisis de zonas inundables, absolutamente cuantitativo. La introducción de datos técnicos y soluciones está basada en un modelo de cálculo con el software Iber, avalado por la Dirección General del Agua y utilizado en multitud de proyectos de delimitación de zonas inundables o del dominio público hidráulico.
Este canal de experimentación de flujo en lámina libre cuenta con una longitud de 30 m y una sección de 2 m de ancho y 1.5 m de profundidad. Este canal se ha empleado en el pasado para el estudio de estructuras interpuestas en cauces o como recinto de canales de gran pendiente como escalas de peces.
Además, las características del canal hacen que sea óptimo para trabajos experimentales en conducciones aéreas o enterradas, incluyendo caracterizaciones hidráulicas del flujo, optimización de secciones, estudio de técnicas de rehabilitación de tuberías o el análisis de procesos de infiltración y exfiltración. También se podría emplear como contenedor de otro tipo de instalaciones como actuadores, válvulas, bombas, cámaras de registro o técnicas de drenaje sostenible.
Modelo físico a escala 1:40 del proyecto para la construcción de la presa correspondiente a la Central Hidroeléctrica Ocaña 2 (Ecuador). El objetivo de este modelo físico es presentar las bases para el cálculo de los órganos de desagüe y alivio en el ámbito de la ingeniería de presas. Además, la instalación también es utilizada actualmente para la realización de prácticas docentes en las que se analiza el funcionamiento de los elementos de una presa como los vertederos, las compuertas o el cuenco de disipación.
El Campus SUDS es una infraestructura piloto a escala real para el monitoreo y la evaluación de infraestructura verde (Soluciones Basadas en la Naturaleza) en los Campus de Elviña y de Zapateira.
Proyecto EQC2019-006507-P, financiado por: Plan estatal I+D+i 2017-2020 para la concesión de ayudas para la adquisición de equipamiento científico-técnico.
2019-2020 Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
El laboratorio dispone de una amplia instrumentación para la medida y monitorización de variables hidráulicas y de calidad de aguas tanto para flujos en presión como en lámina libre. Estos equipos, junto a sistemas de adquisición de datos de alta precisión, están disponibles pare su uso en los trabajos experimentales realizados en el laboratorio. Los principales equipos disponibles en el Laboratorio de Hidráulica son los siguientes:
Velocímetros y caudalímetros. Se cuenta con 3 equipos doppler de hidrometría tipo puntual ADV y un perfilador de velocidades UB-Lab que permite determinar el perfil de velocidades en 1D en tuberías y canales. El laboratorio cuenta con varios caudalímetros auxiliares área – velocidad, mediante sensores de nivel de ultrasonidos o presión). Por último, también se encuentran disponibles equipos de hidrometría clásica como molinetes electromagnéticos o perfiladores ADP para aforar cauces fluviales.
Técnicas de imagen. En el laboratorio se han metodologías para la determinación de velocidades superficiales en aplicaciones de hidrología urbana, en conducciones de drenaje o depósitos de retención, así como la determinación de niveles y contaminación empleando equipos de bajo coste basados en las plataformas Raspberry y Python. Se ha desarrollado una metodología LSPIV (velocimetría de imagen de partículas a gran escala) de bajo coste para la caracterización de la escorrentía generada en la superficie de los simuladores de lluvia del laboratorio que utiliza partículas fluorescentes e iluminación UVA para evitar la interferencia de las gotas de lluvia en las imágenes del flujo.
Disdrómetro. Se dispone de un disdrómetro Parsivel2 (OTT)que ofrece información detallada sobre diferentes variables de una precipitación como su energía, su intensidad o la distribución de tamaños y velocidades de las gotas de lluvia.
Equipos de medida de calidad de aguas. Se cuenta con cuatro sondas para la medida de sólidos en suspensión totales (SST) y otras cuatro sondas para el registro de la conductividad. Estos dispositivos (S::CAN) permiten la medida en continuo de la movilización de contaminantes (tanto su fracción sólida como disuelta) en los modelos de drenaje urbano del laboratorio.
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