Laboratorio de Hidráulica

Infraestructura

El laboratorio se sitúa en una nave de más de 1000 m² que cuenta con tres sistemas independientes de aportación de agua en circuito cerrado con una capacidad de 60, 120 y 400 L/s. La solera, apta para el paso de camiones, permite la construcción de modelos físicos de grandes dimensiones. Actualmente, el laboratorio cuenta con un canal de 30 m de longitud y 2 m de altura, un modelo de una presa a escala 1:40, dos modelos para el estudio de la hidrología urbana, dos sistemas de tuberías a presión para el análisis de la eficiencia de redes de abastecimiento y un modelo integral a escala del ciclo urbano del agua en la ciudad de A Coruña.

Simulador de lluvia-escorrentía de un tramo de calle a escala real

Modelo a escala real de una sección de drenaje urbana de 36 m² para el estudio de la transformación de lluvia escorrentía y el transporte de contaminantes en superficie y en la red de tuberías. Las características del modelo son las siguientes:

• Pavimento de hormigón con pendiente trasversal de 2% y longitudinal de 0.5%.
• Simulador de lluvia basado en goteros capaz de generar intensidades de 30, 50 y 80 mm/h.
• Canal generador de escorrentía superficial aguas arriba.
• 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.

Plataforma Científica para Ensayos de Escorrentía Urbana

Modelo a escala real de una intersección urbana para el estudio del proceso de transformación lluvia-escorrentía y movilización de contaminantes en superficie y a través de la red de colectores. Las características del modelo, 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, como por ejemplo cubiertas vegetadas o sistemas filtrantes. Como configuración inicial se han instalado tejados de teja cerámica curva y con pendiente regulable.
• Dispone de cuatro imbornales, cuatro canalones y una reja transversal instalada aguas abajo que drenan la escorrentía superficial generada hacia cuatro pozos de registro. Estos pozos, junto a seis tramos de tuberías de plástico transparentes de 200 mm de diámetro, forman el sistema de drenaje del modelo.
• Aguas arriba de cada calle de la intersección existe la posibilidad de generar escorrentía superficial y aportaciones de caudal en tuberías.

Modelo integral del ciclo urbano del agua de A Coruña - Medusa

Modelo conceptual que representa el funcionamiento de la gestión urbana del agua en la ciudad de A Coruña. La instalación está compuesta por una cuenca de aportación, un embalse y una ETAP en cabecera. A continuación, el agua es distribuida por una red de tuberías con una gran cantidad de sensores para el control de los consumos de los distintos sectores en la ciudad. Finalmente, la instalación cuenta con una EDAR aguas abajo del modelo desde la que se recircula el agua. Además de su carácter divulgativo, el gran números de equipos de medida con los que cuenta el modelo es gestionado mediante sistemas avanzados TICs que permitirán desarrollar nuevas estrategias de gestión basadas en la aplicación de Inteligencia Artificial y Machine Learning.

Plataforma de ensayos con agua residual urbana

Banco de ensayos que utiliza agua residual urbana real para el análisis del funcionamiento de diferentes tipos de conducciones frente a procesos físicos y biológicos que se dan en las redes de saneamiento, como por ejemplo procesos de acumulación, erosión y transporte de sedimentos. Esta instalación se encuentra en el edificio de pretratamiento de la EDAR de A Coruña para contar con un suministro continuo y representativo de agua residual, y cuenta con el soporte y la instrumentación de los Laboratorios de Hidráulica y de Ingeniería Sanitaria y Ambiental del CITEEC. Sus principales características son:

• La instalación consiste en dos depósitos situados en los extremos de un banco metálico de 10 m de longitud y 0.8 m de ancho, que sirve de soporte para las conducciones a ensayar y cuya pendiente es regulable entre -0.5 y 6 %.
• El agua residual urbana es introducida en el depósito de cabecera desde el sistema de pretratamiento de la EDAR. En este depósito se regula y se divide el caudal hacia las conducciones mediante una válvula de tajadera y vertederos triangulares. Finalmente, el agua pasa a través de las conducciones hasta un depósito de cola con una compuerta automática que ajusta las condiciones de contorno de los experimentos.
• Es posible medir en continuo caudales, calados y velocidades en las conducciones y cargas contaminantes en ambos depósitos mediante sondas de turbidez y de absorbancia de luz. Además, se cuenta con tomamuestras automáticos en ambos depósitos.
• Por último, se ha optimizado una técnica fotogramétrica para la obtención de los volúmenes de sedimentos depositados y el análisis de formas de fondo.

Panel de tuberías

Panel de tuberías instrumentado 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 se encuentra conectada directamente a la red de abastecimiento de la ciudad de A Coruña pudiendo registrar las variaciones propias de la red, y cuenta con las siguientes características:

• 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.

Sistema de tuberías a presión

Red de tuberías a presión para el estudio de pérdidas de carga en conexiones de sistemas de abastecimiento. La instalación se utiliza además para la realización de prácticas docentes en las que se explica de manera muy visual y práctica el funcionamiento de circuitos de tuberías a presión y las pérdidas de carga que se producen en este tipo de sistemas.

Canal horizontal

El canal cuenta con una longitud de 30 m y una sección de 2 m de ancho y 1.5 m de profundidad. Su rango de aplicación comprende el estudio de estructuras interpuestas en cauces, el análisis del transporte de sedimentos, y el servir como recinto de canales de gran pendiente como por ejemplo 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.

Presa Ocaña 2

Modelo físico a escala 1:40 del proyecto para la construcción de la presa correspondiente a la CEH 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 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.

Instrumentación

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

Estos equipos estiman la velocidad de un fluido a partir de los cambios de posición de sus partículas entre dos pulsos acústicos consecutivos. En el Laboratorio de Hidráulica del CITEEC se cuenta con 7 equipos doppler de hidrometría 3D (Sontek, Nortek) para la obtención de velocidades 3D puntuales de alta resolución. Además, se cuenta con dos equipos DOP2000 (Signal Processing) que utilizan el mismo principio para la obtención de perfiles de velocidad 1D. Por último, se ha adquirido un perfilador de velocidades UB-Lab (Ubertone) que permite medir adicionalmente la turbidez acústica para la estimación de parámetros de calidad de aguas.

Velocimetría de imágenes de partículas (PIV)

Se dispone de un equipo de Velocimetría de Imagen de Partículas (PIV) y Fluorescencia Inducida por láser (LIF) de LaVision. Este equipo genera pulsos de un plano de luz láser en el medio fluido iluminando las partículas en suspensión del mismo, que son introducidas artificialmente en caso de no estar presentes de forma natural en el mismo. Varias cámaras sincronizadas con los pulsos del láser captan imágenes, que son analizadas mediante técnicas de correlación estadística para estimar el movimiento de las partículas entre imágenes consecutivas y obtener campos de velocidades muy precisos dentro del plano láser generado. El equipo también permite la determinación de los campos de concentraciones de solutos mediante la técnica LIF, pudiéndose usar por ejemplo para analizar flujos de diferentes densidades.

Además, 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. Este método utiliza partículas fluorescentes e iluminación UVA para evitar la interferencia de las gotas de lluvia en las imágenes del flujo. Estas imágenes son tomadas mediante cámaras convencionales y utilizadas posteriormente para determinar el movimiento, y por lo tanto la velocidad, de las partículas presentes en el flujo.

Disdrómetro

Este disdrómetro Parsivel² (OTT) 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. Estos datos son fundamentales en estudios de lavado de contaminantes o erosión de suelos, ya que la energía de las gotas de lluvia es un parámetro clave en la puesta en suspensión de partículas. El equipo se ha usado para calibrar los simuladores de lluvia del laboratorio consiguiendo distribuciones de tamaños de gotas muy similares a las medidas en precipitaciones reales locales, y está disponible para la caracterización de eventos de lluvia o el estudio de la influencia de la energía de la lluvia en procesos de lavado y erosión de sedimentos.

Sensores de calado

Se cuenta con 20 sensores de distancia por ultrasonidos (Pepperl+Fuchs) que son utilizados para la determinación de calados superficiales, calados en conducciones en lámina libre y niveles en depósitos y vertederos.

Caudalímetros

Primero, se cuenta con seis caudalímetros electromagnéticos fijos instalados en los circuitos hidráulicos de suministro de agua del laboratorio. Otros seis caudalímetros ultrasónicos Panametrics miden los flujos de agua a presión que abastecen a los modelos físicos del laboratorio, y pueden ser cambiados de posición en función de las necesidades de cada proyecto. Además, se han adquirido dos caudalímetros ISCO área-velocidad que permiten medir flujos en conducciones en lámina libre. Por último, también se encuentran disponibles equipos de hidrometría clásica como molinetes electromagnéticos (OTT).

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.

Sensores de presión

Los sensores de presión (Druck) son empleados para el registro en continuo y con alta precisión de presiones en flujos en presión. También son utilizados para estimar niveles en depósitos y conducciones en lámina libre.