Diseño hidráulico de vertedores escalonados con pendientes moderadas: Metodología basada en un estudio experimental

Durante las últimas tres décadas el interés y diversidad en el uso de canales escalonados han aumentado debido al desarrollo de nuevas técnicas y materiales que permiten su construcción de manera rápida y económica (Concreto compactado con rodillo CCR, Gaviones, etc.). Actualmente, los canales escalonados se usan como vertedores y/o canales para peces en presas y diques, como disipadores de energía en canales y ríos, o como aireadores en plantas de tratamiento y torrentes contaminados. Diversos investigadores han estudiado el flujo en vertedores escalonados, enfocándose en estructuras de gran pendiente (  45o) por lo que a la fecha, el comportamiento del flujo sobre vertedores con pendientes moderadas (  15 a 30o) no ha sido totalmente comprendido. El presente artículo comprende un estudio experimental de las propiedades físicas del flujo aire-agua sobre canales escalonados con pendientes moderadas, típicas en presas de materiales sueltos. Un extenso rango de gastos en condiciones de flujo rasante se investigó en dos modelos experimentales a gran escala (Le = 3 a 6): Un canal con pendiente 3.5H:1V (  16o) y dos alturas de escalón distintas (h = 0.1 y 0.05 m) y un canal con pendiente 2.5H:1V (  22o) y una altura de escalón de h = 0.1 m. Los resultados incluyen un análisis detallado de las propiedades del flujo en vertedores escalonados con pendientes moderadas y un nuevo criterio de diseño hidráulico, el cual está basado en los resultados experimentales obtenidos. English abstract: Stepped chutes have been used as hydraulic structures since antiquity, they can be found acting as spillways and fish ladders in dams and weirs, as energy dissipators in artificial channels, gutters and rivers, and as aeration enhancers in water treatment plants and polluted streams. In recent years, new construction techniques and materials (Roller Compacted Concrete RCC, rip-rap gabions, etc.) together with the development of the abovementioned new applications have allowed cheaper construction methods, increasing the interest in stepped chute design. During the last three decades, research in stepped spillways has been very active. However, studies prior to 1993 neglected the effect of free-surface aeration. A number of studies have focused since on steep stepped chutes (  45o) but the hydraulic performance of moderate-slope stepped channels is not yet totally understood. This study details an experimental investigation of physical air-water flow properties down moderate slope stepped spillways conducted in two laboratory models: the first model was a 3.15 m long stepped chute with a 15.9o slope comprising two interchangeable step heights (h = 0.1 m and h = 0.05 m); the second model was a 3.3 m long, stepped channel with a 21.8o slope (h = 0.1 m). A broad range of discharges within transition and skimming flow regimes was investigated. Measurements were conducted using a double tip conductivity probe. The study provides new, original insights into air-water stepped chute flows not foreseen in prior studies and presents a new design criterion for chutes with moderate slopes based on the experimental results.

Incidencia de la doble acción mixta en la respuesta estructural de puentes mixtos

Las estructuras mixtas tienen como filosofía una disposición óptima de los materiales que las forman tanto por su resistencia, aspecto constructivo, funcional y formal. Habitualmente estos materiales serán acero y hormigón que trabajan de forma solidaria gracias a la conexión dispuesta en la interfaz entre materiales y que transmite el flujo rasante entre ambos permitiendo así que la sección trabaje de un modo solidario. Tanto el hormigón como el acero, pueden formar parte de las secciones mixtas de diferentes maneras. En el caso del acero, se tratará primordialmente de acero estructural en la zona inferior de la sección, pero también se encontrará embebido en el hormigón en forma de armadura pasiva, o en forma de armaduras activas, aunque en el siguiente trabajo nos centraremos más en los casos en que la losa se refuerce mediante armadura pasiva. Además, estudiaremos casos en los que las distintas chapas que forman la sección metálica, puedan tener diferentes resistencias, tratándose entonces de secciones metálicas híbridas. Por otra parte, el hormigón no sólo estará presente en las secciones como hormigón vertido “in situ” sino que también existirán casos a los que llegaremos más adelante en el que se usen losas de hormigón prefabricado, que incluso puedan trabajar de encofrado perdido del hormigón “in situ” pasando a formar, los dos tipos, parte de la losa de hormigón bien superior o inferior según la tipología de puente empleado. La acción mixta, será estudiada en este trabajo en su aplicación en puentes y viaductos, pero también tiene una profunda aplicación en el ámbito de la edificación en base a sus peculiaridades, mínimos pesos a bajo coste, apropiada rigidez, monolitismo y arriostramiento sin fragilidad, grandes posibilidades de empleo de la prefabricación, rapidez de ejecución, mínimos cantos con bajo coste, etc. También se puede usar en una actividad creciente y cada vez de mayor importancia, como es el refuerzo de antiguas estructuras metálicas o de hormigón, al transformarlas en mixtas, aumentando así su capacidad portante. La construcción mixta ofrece las máximas posibilidades de empleo racional de los materiales básicos de la construcción moderna, a saber el hormigón y el acero, así como la creación de formas, procesos, etc., en un campo en el que a pesar de todos los logros alcanzados sigue en evolución y alcanza nuevos límites cada día.

Acoustic properties of microperforated panels and their optimizatión by simulated annealing

This thesis investigates the acoustic properties of microperforated panels as an alternative to passive noise control. The first chapters are devoted to the review of analytical models to obtain the acoustic impedance and absorption coefficient of perforated panels. The use of panels perforated with circular holes or with slits is discussed. The theoretical models are presented and some modifications are proposed to improve the modeling of the physical phenomena occurring at the perforations of the panels. The absorption band is widened through the use of multiple layer microperforated panels and/or the combination of a millimetric panel with a porous layer that can be a fibrous material or a nylon mesh. A commercial micrometric mesh downstream a millimetric panel is proposed as a very efficient and low cost solution for controlling noise in reduced spaces. The simulated annealing algorithm is used in order to optimize the panel construction to provide a maximum of absorption in a determined wide band frequency range. Experiments are carried out at normal sound incidence and plane waves. One example is shown for a double layer microperforated panel subjected to grazing flow. A good agreement is achieved between the theory and the experiments. RESUMEN En esta tesis se investigan las propiedades acústicas de paneles micro perforados como una alternativa al control pasivo del ruido. Los primeros capítulos están dedicados a la revisión de los modelos de análisis para obtener la impedancia acústica y el coeficiente de absorción de los paneles perforados. El uso de paneles perforados con agujeros circulares o con ranuras es discutido. Se presentan diferentes modelos y se proponen algunas modificaciones para mejorar la modelización de los fenómenos físicos que ocurren en las perforaciones. La banda de absorción se ensancha a través del uso de capas múltiples de paneles micro perforados y/o la combinación de un panel de perforaciones milimétricas combinado con una capa porosa que puede ser un material fibroso o una malla de nylon. Se propone el uso de una malla micrométrica detrás de un panel milimétrico como una solución económica y eficiente para el control del ruido en espacios reducidos. El algoritmo de recocido simulado se utiliza con el fin de optimizar la construcción de paneles micro perforados para proporcionar un máximo de absorción en una banda determinada frecuencias. Los experimentos se llevan a cabo en la incidencia normal de sonido y ondas planas. Se muestra un ejemplo de panel micro perforado de doble capa sometido a flujo rasante. Se consigue un buen acuerdo entre la teoría y los experimentos.

Desarrollo de metodología e instrumentación para el análisis de compuestos de interés biológico en sistemas de flujo continuo

La cromatogafía líquida de alta perfomance (HPLC) se ha transformado en una de las herramientas analíticas preferidas en el ámbito académico, tecnológico e industrial. Aunque la técnica data de fin de la década del ´60, no ha sido hasta mediado de los años '70 que la misma ganó popularidad, fundamentalmente por los avances logrados en la reproducibilidad de la fabricación de fases estacionarias, mejores bombas de alta presión y el desarrollo de detectores más sensibles. La cromatografía líquida de alta performance es en la actualidad una técnica de gran utilidad en la química clínica y en la bioquímica. Esta técnica resulta muy útil para el análisis de compuestos a nivel de trazas dentro de las complejas matrices biológicas. El objetivo principal del presente proyecto es realizar investigaciones en el área de la Química Analítica, específicamente química bioanalítica, a fin de desarrollar metodologías y detectores electroquímicos altamente sensibles y selectivos para el análisis de compuestos de interés biológico mediante cromatografía líquida de alta presión. El proyecto comprende tres líneas íntimamente relacionadas: A) Análisis de metabolitos de catecolaminas por HPLC con apareamiento iónico, en orina de ratas cuyas madres han sido sometidas a estrés por inmovilización; esto permitirá correlacionar el efecto del estrés prenatal en los niveles de catecolaminas presentes en las crías. Esta línea está comprendida en un objetivo más amplio que es correlacionar el efecto del estrés prenatal sobre la madurez sexual de las crías. B) Análisis de antibióticos del grupo de las fluoroquinolonas mediante técnicas electroquímicas y de HPLC. Se pretenden elucidar los procesos de electrodo que ocurren durante la electrorreducción de antibióticos del grupo de las fluoroquinolonas, para de esta manera desarrollar detectores electroquímicos para sistemas de flujo continuo. C) Desarrollo de un micropotenciostato computarizado para la detección en sistemas de flujo continuo. (...) También se pretende implementar el uso de un microelectrodo anular desarrollado en la Comisión Nacional de Energía Atómica.

CONTROL DEL FLUJO DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE CC TOLERANTE A FALLAS

El objetivo general de esta propuesta es investigar y desarrollar nuevos convertidores electrónicos de potencia, más eficientes, confiables y robustos, para controlar el flujo de energía eléctrica en Sistemas Híbridos. Estos sistemas pueden alimentarse de almacenadores y generadores de CC, como por ejemplo baterías, ultracapacitores y celdas de combustible. Como objetivos específicos se pretende proponer nuevas topologías de convertidores electrónicos de potencia, incluyendo los controladores digitales, con las siguientes características: • Alto rendimiento, • Tolerantes a fallas, • Desarrollo de estrategias para la detección y diagnóstico de fallas. Se propone modelar y realizar simulaciones de las nuevas propuestas con el objetivo de compararlas con otras ya existentes. Con el objetivo de validar experimentalmente los resultados teóricos y de simulación también se propone implementar prototipos demostrativos. La implementación de los citados convertidores se realizará con dispositivos semiconductores de potencia y componentes magnéticos de alta frecuencia para maximizar las relaciones potencia/volumen y/o potencia/peso del sistema.

Test de sobrecarga acuosa y manometría de alta resolución para valoración de la resistencia al flujo esófago-gástrico en paciente s con acalasia

La manometría convencional es el “gold standard” para diagnosticar trastornos motores del esófago, pero la información que da sobre la repercusión funcional de estas alteraciones es escasa. La manometría de alta resolución permite estudiar con detalle la motilidad esofagogástrica mediante la generación de mapas topográficos de presiones desde la orofaringe hasta el estómago. Hipótesis: Si la generación de mapas topográficos de presiones en el esófago mediante manometría de alta resolución demuestra la resistencia al flujo esofagogástrico. Objetivo: Comprobar si un test con sobrecarga de agua puede mostrar la presencia de resistencia al flujo esofagogástrico en pacientes con acalasia. Método: Estudiamos 2 grupos de pacientes con alteración de la motilidad esofágica. Un grupo de 8 pacientes que cumplen criterios manométricos de acalasia y, como grupo control, 8 pacientes con disfunción del peristaltismo esofágico ( DPE). A cada paciente se le realizó un test de sobrecarga que consistía en la ingesta rápida de 200 ml de agua mientras se registraban las presiones esofágicas. Resultados: Los pacientes con acalasia ingirieron el agua más lentamente que los pacientes con DPE (82± 14 seg vs 34± 6 seg, p&0,05). Mientras la unión gastroesofágica (UGE) permaneció contraída en el grupo de pacientes con acalasia (46,6± 6 mm Hg; p&0,05), permaneció relajada durante el tiempo del ingesta en pacientes con DPE ( 16,6 ± 4,7 mm Hg). La unión esófago-gástrica (UGE) experimentó una migración proximal en pacientes con acalasia de 1,3 ± 0 cm mientras que en el grupo control no migró (0 cm; p&0,05). La ingesta de agua se asoció a un incremento de la presión del esófago distal (2 cm por encima de la UGE) significativamente mayor en los pacientes con acalasia que en los pacientes con DPE (42,2 ± 20 vs 9,5± 7,9 mm Hg respectivamente, p&0,05) lo que produjo un incremento del gradiente de presión esófago-gástrico en pacientes con acalasia (16± 0,9 mmHg) que no se observó en los pacientes con DPE (0,1 ± 0,4 mmHg ; p&0,05). Conclusión: Un test con sobrecarga de agua durante la medición de la topografía y de las presiones esofágicas demuestra obstrucción al flujo esofagogástrico en los pacientes con acalasia. Este test podría contribuir a valorar la repercusión funcional en pacientes con acalasia y podría servir para el seguimiento de pacientes con acalasia tratados.

Determinación de sistemas de flujo regionales y locales en las depresiones tectónicas del Baix Empordà y La Selva (NE de España) en base a datos hidroquímicos e isotópicos

The Baix Empordà-Selva-Gavarres aquifer system is related to the fault set that created the tectonic basins of Empordà and Selva areas (NE Spain) during the Neogene. In this work, we describe groundwater hydrogeological, hydrochemical and isotopical (3H, δD, δ18O, and the 87Sr/86Sr ratio) characteristics of this system in order to illustrate the relevance of fault zones in groundwater flow-paths and the recharge. In that way, we identify two flow systems, with distinct hydrochemistry and isotopes. A local flow system originates at the Gavarres Range, and it flows towards the basins of the Baix Empordà and Selva, with an approximate residence time of 20 years. Additionally, a regional flow system has only been identified in the Selva basin. This one is related to the main fault zones, as preferential flow paths. Its recharge is located in mountain ranges with higher altitudes, namely the Transversal and Guilleries Ranges, with residence times larger than 50 years. Isotopical data has also shown mixing processes between both flow systems and rainfall recharge while multivariate statistical analysis of principal components has shown the main processes that control hydrochemistry of each flow systems

Modelado, extracción y análisis de información del flujo de datos de Twitter

En este artículo se propone el análisis de las interacciones entre usuarios de Twitter, tanto lo que se genera alrededor de un usuario concreto como el análisis de un hashtag dado durante un periodo de tiempo establecido.

Parametrización de kB-1 para estimar el flujo de calor sensible con imágenes AVHRR

La necesidad de evaluar la evapotranspiración a escala regional para la gestión de regadíos ha hecho que sean innumerables los intentos por aplicar imágenes AVHRR-NOAA en la determinación el flujo de calor sensible. La principal limitación de estos métodos es la estimación de la resistencia aerodinámica. El parámetro crítico en la expresión de la resistencia aerodinámica es kB-1. La parametrización de kB-1 ha sido infructuosa a escala regional por no disponer hasta ahora de medidas de flujo de calor sensible a escala del píxel AVHRR en superficies heterogéneas y durante toda una temporada de riegos. Para resolver esta medida de flujo se ha desarrollado el cintilómetro. En la primera parte de este trabajo se estudia la representatividad espacial de las medidas del cintilómetro. El núcleo de esta aportación consiste en la correlación entre el parámetro kB-1, el NDVI y la altura solar. Los buenos resultados obtenidos (r2=0.81) ofrecen una nueva metodología para determinar el flujo de calor sensible. La estimación de kB-1, las imágenes AVHRR y los datos meteorológicos permiten calcular el flujo de calor sensible durante toda la temporada de riegos con errores inferiores al 20%.

Fórmulas estadísticas de resistencia al flujo para hidráulica fluvial

El empleo en hidráulica en lámina libre de las ecuaciones de resistencia al flujo de Gauckler-Manning o Darcy-Weisbach requiere la determinación de un coeficiente de resistencia; determinación que si bien es suficientemente precisa con un reducido esfuerzo y coste en cauces artificiales, resulta mucho más difícil y cara en ríos. Con objeto de eliminar la necesidad de una estimación independiente del coeficiente de resistencia se han desarrollado estadísticamente una serie de ecuaciones para flujo permanente y uniforme en ríos, en las que se prescinde de dicho coeficiente. El presente artículo pretende ser una revisión de las fórmulas de este último tipo más difundidas en la práctica de la hidráulica fluvial.

Predicción de la resistencia al flujo en ríos de montaña

Se han calibrado, validado y comparado tres modelos de resistencia al flujo de contorno granular: un modelo potencial y otros dos modelos desarrollados para condiciones de alta rugosidad relativa (uno basado en una modificación de la ley logarítmica de Prandtl-von Karman y otro fundamentado en un perfil de velocidad configurado en dos zonas: una uniforme en las proximidades de los elementos de rugosidad y otra superior que sigue una distribución logarítmica). Se ha empleado para ello un numeroso conjunto de 1.533 datos tomados en ríos y en canales de laboratorio, representativo de un amplio intervalo hidráulico y geomorfológico en el ámbito de ríos de grava y de montaña. Han resultado preferibles las ecuaciones ajustadas con los percentiles granulométricos mayores (d90 o d84) que las ajustadas con el diámetro mediano (d50), debido a la mayor capacidad explicativa alcanzada dado un modelo, la menor diferencia en la bondad de ajuste entre los diferentes modelos y la menor influencia del origen de los datos (río o canal de laboratorio). Las ecuaciones ajustadas de acuerdo con los modelos en donde se contemplan condiciones de alta rugosidad relativa presentan predicciones similares, exceptuando el intervalo macrorrugoso (y/d90 < 1), en el que es preferible la correspondiente al modelo fundamentado en el perfil de velocidad configurado en dos zonas. Se recomienda restringir la aplicación de la ecuación ajustada con arreglo a la ley potencial al intervalo de y/d90 comprendido entre uno y veinte, puesto que fuera de dicho intervalo tiende a infraestimar notablemente la resistencia al flujo.

Desarrollo de ecuaciones de flujo uniforme para ríos de montaña

Con base en una selección de 145 datos pertenecientes a ríos de montaña de fuerte pendiente (entre el 1 y 5%), de alineación no sinuosa, sin vegetación significativa en el cauce y sin transporte intenso de sedimentos, se han desarrollado un conjunto de eucaciones en régimen permanente y uniforme que no requieren la estimación independiente de coeficiente de resistencia alguno, con la subsiguiente reducción en coste y esfuerzo de cálculo. Siempre que se observe estrictamente el rango experimental en el que rigen, las ecuaciones derivadas permiten una predicción de precisión equiparable a los métodos basados en la determinacion de un coeficiente de resistencia adecuado para el tramo de estudio.

Métodos para la determinación del coeficiente de resistencia al flujo en cauces de rugosidad heterogénea

Al abordar problemas hidráulicos en cauces en los que la rugosidad varía a lo largo del perímetro, es usual el empleo de un único coeficiente de rugosidad de efectos hidráulicos equivalentes. Desde finales del primer tercio del siglo XX, se han ido proponiendo diversas expresiones para la determinación de un coeficiente de rugosidad equivalente, diferenciándose éstas en las hipótesis hidráulicas asumidas. En el presente trabajo se han revisado ocho de estas ecuaciones, proponiéndose la modificación de una de ellas, y, a la luz de las hipótesis propuestas en cada una, se recomienda su uso más adecuado en función de la heterogeneidad geométrica de la sección estudiada. A efectos ilustrativos, se han contrastado numéricamente las fórmulas recopiladas, aplicándolas a un hipotético cauce natural con márgenes más rugosos que el lecho. Asimismo, se han proporcionado una serie de pautas a fin de caracterizar adecuadamente la heterogeneidad de la rugosidad en el contorno, y obtener así una división en subsecciones lo más fundamentada posible en criterios hidráulicos. Por último, a partir de la revisión de las experiencias en campo y laboratorio realizadas en esta materia durante los últimos treinta años, se intentan extraer algunas conclusiones sobre la capacidad de predicción de las fórmulas recopiladas.

Desarrollo de ecuaciones de flujo uniforme para ríos de grava

Con base en un conjunto de 904 datos hidrométricos pertenecientes a ríos de grava (de alienación no sinuosa desprovistos de cubierta vegetal significativa en el cauce y carentes de obstáculos) se han desarrollado un conjunto de ecuaciones en régimen uniforme que no requieren la estimación independiente de un coeficiente de resistencia, con la subsiguiente reducción de coste y esfuerzo de cálculo. Siempre que se respete estrictamente el rango experimental en el que rigen, las ecuaciones derivadas permiten una predicción de precisión equiparable a la de aquellos métodos basados en la determinación de un coeficiente de resistencia adecuado para el tramo de estudio.