universidad de guayaquil facultad de ingenierÍa...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

SIMULACIÓN Y MODELADO, DE LOS PROCESOS DE POTABILIZACIÓN PARA

PEQUEÑOS FLUJOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS DE CONSUMO EN UNA

PARROQUIA RURAL DEL CANTÓN EL EMPALME.

AUTOR:

BRYAN FRANCISCO BURGOS PIN

TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

ING. GONZALO VILLA MANOSALVAS, MSc.

GUAYAQUIL – ECUADOR

SEPTIEMBRE 2019

i

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: “Simulación y modelado, de los procesos de potabilización para pequeños flujos de aguas

subterráneas de consumo en una parroquia rural del cantón El Empalme”.

AUTOR(ES)

(apellidos/nombres): Burgos Pin Bryan Francisco

REVISOR(ES)/TUTOR(ES)

(apellidos/nombres): Ing. Gonzalo Iván Villa Manosalvas

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ingeniería Química

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO: Ingeniero Químico

FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGINAS: 98

ÁREAS TEMÁTICAS: Ingeniería y Tecnología de Medio Ambiente

PALABRAS CLAVES/

KEYWORDS: Potabilización de aguas, aguas subterráneas, modelado, simulación de procesos

RESUMEN/ABSTRACT:

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo elaborar el modelado y la simulación de los procesos de potabilización

propuestos, en relación a los datos tomados del estudio: “Electrocoagulación para tratamiento de pequeños flujos de aguas

subterráneas de consumo Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil. Se simulan los procesos de Captación,

Aireación de bandejas, Filtración y Desinfección usando conforme la norma de diseño para abastecimiento de agua potable

establecida por la Secretaría Nacional del Agua (SENAGUA). Las muestras de estudio fueron tomadas de sectores rurales la región costa del Ecuador: Colimes, Santa Lucía (Recinto Barbasco)

y Rocafuerte (Recinto La Jaguas) , por lo cual se toman como referencias estas aguas ya que son de fuentes subterráneas, y de

acuerdo a los cálculos y fórmulas pertinentes obtener resultados teóricos que puedan aproximarnos a los resultados reales

esperados, ofreciendo una solución rápida, previa a los costos y tiempo que puede generar un diseño real de potabilización de

aguas, ofreciendo un resultado guía para cada uno de los procesos involucrados en el tratamiento de las aguas subterráneas del

cantón El Empalme, ya que estos modelos pueden ser usados para este tipo de aguas a nivel nacional, debido a que se basa en

normas locales.

ADJUNTO PDF: X SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono:

0999928756

E-mail:

[email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN: Nombre: Universidad de Guayaquil – Facultad de Ingeniería Química

Teléfono: 04-229-2949

E-mail: www.fiq.ug.edu.ec

ii

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CARRERA INGENIERIA QUIMICA

UNIDAD DE TITULACIÓN

Guayaquil, 30 de agosto de 2019

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR

Habiendo sido nombrado Dra. Sandra Ronquillo Castro, tutor revisor del trabajo de

titulación: “Simulación y modelado, de los procesos de potabilización para pequeños

flujos de aguas subterráneas de consumo en una parroquia rural del cantón El

Empalme”. Certifico que el presente trabajo de titulación, elaborado por Burgos Pin Bryan

Francisco C.I. No. 0929440527 con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial

para la obtención del título de INGENIERO QUÍMICO, en la Carrera de Ingeniería Química,

ha sido REVISADO Y APROBADO en todas sus partes, encontrándose apto para su

sustentación.

_______________________________

Dra. Sandra Ronquillo Castro

C.I. No. ______________

iii


CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA


CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD

Habiendo sido nombrado Gonzalo Iván Villa Manosalvas, tutor del trabajo de titulación certifico

que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado por Bryan Francisco Burgos Pin

C.I.0929440527, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la obtención del

título de Ingeniero Químico.

Se informa que el trabajo de titulación: “Simulación y modelado de los procesos de potabilización

para pequeños flujos de aguas subterráneas de consumo en una parroquia rural del cantón El

Empalme”, ha sido orientado durante todo el periodo de ejecución en el programa antiplagio

Urkund quedando el 3 % de coincidencia.

https://secure.urkund.com/view/53415556-720544-198966

Ing. Gonzalo Iván Villa Manosalvas

Docente - Tutor

C.I. 0907348189

https://secure.urkund.com/view/53415556-720544-198966

iv

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CARRERA INGENIERIA QUIMICA


LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

Yo, Burgos Pin Bryan Francisco C.I. No.0929440527, certifico que los contenidos

desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “Simulación y modelado, de

los procesos de potabilización para pequeños flujos de aguas subterráneas

de consumo en una parroquia rural del cantón El Empalme.” es de mi

absoluta propiedad y responsabilidad Y SEGÚN EL Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE

LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E

INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y no exclusiva para

el uso no comercial de la presente obra con fines no académicos, en favor de la Universidad

de Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera pertinente.

_____________________________________

Burgos Pin Bryan Francisco

C.I. No. 0929440527

*CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899 -

Dic./2016) Artículo 114.- De los titulares de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros

educativos.- En el caso de las obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas politécnicas, institutos superiores técnicos,

tecnológicos, pedagógicos, de artes y los conservatorios superiores, e institutos públicos de investigación como resultado de su

actividad académica o de investigación tales como trabajos de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos

académicos, u otros análogos, sin perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales

corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no

comercial de la obra con fines académicos.

v

DEDICATORIA

Con todo mi cariño y mi amor para mi madre Janeth Pin que siempre ha tenido fe en mí, ha

sido una gran maestra en este trayecto de mi vida, el ejemplo de perseverancia y lo sigue

siendo hasta ahora. También a mi padre Francisco Burgos por enseñarme el valor del

trabajo, y con su ejemplo de solidaridad permitirme mantenerme en el camino correcto.

A mi hija Nabil, como ejemplo de que hay que seguir avanzando y nunca rendirse a pesar de

los obstáculos que hay en la vida.

A mis hermanas por su apoyo y compañía que siempre me extendieron la mano y estuvieron

animándome para seguir adelante y lograr este éxito.

Finalmente, a los docentes que aportan con su conocimiento y experiencia a la Facultad de

Ingeniería Química, también a los docentes que ahora ya no están con nosotros y que

sembraron la semilla para continuar su legado de contribuir con todos los conocimientos

obtenidos para hacer del Ecuador un mejor país, en memoria a estos grandes maestros.

Bryan Francisco Burgos Pin

vi

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Jehová porque me sigue dando la dicha de estar con vida, guiándome en cada

paso y decisión para poder sobrellevar el gran camino, y sobre todo, el esfuerzo que lleva la

preparación como Ingeniero Químico.

Agradezco a los docentes de la Facultad que depositaron en mí todo el conocimiento posible

que requiero para ser un profesional.

A la Dra. Sandra Ronquillo por su paciencia y ayuda desinteresada, al Ing. Gonzalo Villa

por la colaboración brindada en esta investigación.

A mis familiares en general, porque de cualquier manera me ayudaron en cada peldaño de

esta meta, por su amor incondicional.

A mi esposa Andrea por ser mi paz y mi apoyo en todo momento y con la promesa de seguir

adelante para lograr todo lo que me proponga.

Bryan Francisco Burgos Pin

vii




“SIMULACIÓN Y MODELADO, DE LOS PROCESOS DE POTABILIZACIÓN PARA

PEQUEÑOS FLUJOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS DE CONSUMO EN UNA

PARROQUIA RURAL DEL CANTÓN EL EMPALME.”

Autor: Burgos Pin Bryan Francisco

Tutor: Ing. Gonzalo Villa Manosalvas, MSc.

RESUMEN

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo elaborar el modelado y la simulación

de los procesos de potabilización propuestos, en relación a los datos tomados del estudio:

“Electrocoagulación para tratamiento de pequeños flujos de aguas subterráneas de consumo

Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil. Se simulan los procesos de

Captación, Aireación de bandejas, Filtración y Desinfección usando conforme la norma de

diseño para abastecimiento de agua potable establecida por la Secretaría Nacional del Agua

(SENAGUA).

Las muestras de estudio fueron tomadas de sectores rurales la región costa del Ecuador:

Colimes, Santa Lucía (Recinto Barbasco) y Rocafuerte (Recinto La Jaguas) , por lo cual se

toman como referencias estas aguas ya que son de fuentes subterráneas, y de acuerdo a los

cálculos y fórmulas pertinentes obtener resultados teóricos que puedan aproximarnos a los

resultados reales esperados, ofreciendo una solución rápida, previa a los costos y tiempo que

puede generar un diseño real de potabilización de aguas, ofreciendo un resultado guía para

cada uno de los procesos involucrados en el tratamiento de las aguas subterráneas del cantón

El Empalme, ya que estos modelos pueden ser usados para este tipo de aguas a nivel nacional,

debido a que se basa en normas locales.

Palabras clave: Potabilización de aguas, aguas subterráneas, modelado, simulación de

procesos

viii




“SIMULATION AND MODELING OF THE POTABILIZATION PROCESSES FOR

SMALL FLOWS OF UNDERGROUND WATER CONSUMPTION IN A RURAL

PARISH OF THE CANTON EL EMPALME.”

Author: Burgos Pin Bryan Francisco

Advisor: Ing. Gonzalo Villa Manosalvas, MSc.

ABSTRACT

The objective of this research work was to develop the modeling and simulation of the

proposed purification processes, in relation to the data taken from the study:

“Electrocoagulation for the treatment of small flows of underground groundwater for

consumption. Faculty of Chemical Engineering of the University of Guayaquil The processes

of Collection, Aeration of trays, Filtration and Disinfection are simulated using according to

the design standard for drinking water supply established by the National Secretariat of Water

(SENAGUA).

The study samples were taken from rural sectors in the coastal region of Ecuador: Colimes,

Santa Lucía (Barbasco Campus) and Rocafuerte (La Jaguas Campus), so these waters are

taken as references since they are from underground sources, and in agreement to the

pertinent calculations and formulas to obtain theoretical results that can approximate the

expected real results, offering a quick solution, prior to the costs and time that a real design

of water purification can generate, offering a guiding result for each of the processes involved

in the treatment of groundwater in the El Empalme canton, since these models can be used

for this type of water nationwide, because it is based on local regulations.

Keywords: Water purification, groundwater, modeling, process simulation

ix

ÍNDICE GENERAL

DEDICATORIA ..................................................................................................................................... v

AGRADECIMIENTO ............................................................................................................................ vi

RESUMEN.. ...................................................................................................................................... .vii

ABSTRACT… ..................................................................................................................................... viii

ÍNDICE DE ABREVIATURAS ............................................................................................................ xii

ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................................................... xiii

ÍNDICE DE FIGURAS ..................................................................................................................... xiii

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍA .............................................................................................................. xiv

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................1

1 CAPÍTULO I........................................................................................................................2

EL PROBLEMA .................................................................................................................................2

1.1 Planteamiento del problema ..............................................................................................2

1.1 Formulación y Sistematización de la Investigación .............................................................2

1.2 Formulación del problema de investigación .......................................................................3

1.2.1 Sistematización del problema .....................................................................................3

1.3 Justificación de la investigación ..........................................................................................3

1.3.1 Justificación teórica ....................................................................................................3

1.3.2 Justificación metodológica .........................................................................................3

1.3.3 Justificación práctica...................................................................................................4

1.4 Objetivos de la investigación ..............................................................................................4

1.4.1 Objetivo general .........................................................................................................4

1.4.2 Objetivo especifico .....................................................................................................4

1.5 Delimitación de la investigación .........................................................................................5

1.5.1 Delimitación Temporal ...............................................................................................5

1.5.2 Delimitación Espacial ..................................................................................................5

1.5.3 Delimitación del Contenido ........................................................................................7

1.6 Hipótesis .............................................................................................................................7

1.6.1 Variable independiente ..............................................................................................8

1.6.2 Variable dependiente .................................................................................................8

1.6.3 Operacionalización de las variables ............................................................................9

2 CAPÍTULO II.....................................................................................................................10

x

MARCO DE REFERENCIA ...............................................................................................................10

2.1 Antecedentes ...............................................................................................................10

2.2 Marco Teórico ..................................................................................................................11

El agua como recurso ...............................................................................................................11

Aguas subterráneas ..................................................................................................................11

El agua subterránea en el Ecuador ...........................................................................................12

Contaminación del agua subterránea ......................................................................................13

2.2.1 Características Físico Químicas del Agua Subterránea..............................................14

2.2.2 Calidad Bacteriológica del agua ................................................................................16

2.2.3 La consecuencia de los productos químicos agrícolas sobre el ambiente ................17

2.2.4 Procesos de tratamientos propuestos para potabilizar el Agua Subterránea ...........17

Variaciones de consumo ..........................................................................................................20

Caudal de diseño ......................................................................................................................22

Tratamiento..............................................................................................................................22

Almacenamiento ......................................................................................................................23

Tratamientos Potables .............................................................................................................31

Carga superficial .......................................................................................................................32

Dimensionamiento de sistema de filtrado ...............................................................................33

Área de filtración requerida. ....................................................................................................33

Hipoclorito de Sodio .................................................................................................................38

3 CAPÍTULO III....................................................................................................................40

3.1 Metodología de la investigación .......................................................................................40

3.2 Materiales y Equipos ..........................................................................................................40

3.3 Diseño de la investigación ..................................................................................................40

4 CAPÍTULO IV ...................................................................................................................41

4.1 Cálculos y Resultados .......................................................................................................41

4.1.2 CAUDALES DE DISEÑO ..............................................................................................41

4.1.3.4 Caudal de diseño o Caudal de bombeo: ...................................................................42

4.2 DESINFECCIÓN ..............................................................................................................44

5 CAPÍTULO V ....................................................................................................................46

5.1 Conclusiones.....................................................................................................................46

5.2 Recomendaciones ............................................................................................................46

5.3 Bibliografía .......................................................................................................................47

xi

5.4 Referencias .................................................................................................................................47

5.5 Anexos ..............................................................................................................................50

Anexo A. TABLAS DE RESULTADOS DE ANÁLISIS DE AGUAS .....................................................50

Anexos B NORMA INEN 1108 AGUA POTABLE .........................................................................53

Anexos C Fotografías ................................................................................................................61

Anexos D Tutoriales para modelados .......................................................................................69

TUTORIAL PARA EL MODELO DOTACIÓN..................................................................................69

TUTORIAL PARA EL MODELO AIREADORES DE BANDEJAS ........................................................73

TUTORIAL PARA EL MODELO FILTRACION ................................................................................77

TUTORIAL PARA EL MODELO DESINFECCION AGUAS ...............................................................81

xii

ÍNDICE DE ABREVIATURAS

mg/L Miligramos por litro

ml Mililitros

cm Centímetros

mm Milímetros

m/d Metros por días

m2 Metros cuadrados

m3 Metros cúbicos

µm Micra

m3/d Metro cúbico por día

ppm Partes por millón

ml/min Mililitros por minuto

L/hab*día Litro habitante por día

l/día Litro por día

l/s Litro por segundo

seg. Segundo

m3/h Metro cúbico por hora

g/h Gramos por hora

l/día-agua Litros por día de agua

Q Caudal

xiii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Operacionalización de las variables .....................................................................................9

Tabla 2 Parámetros de Turbiedad y pH ...........................................................................................15

Tabla 3 Parámetros químicos de agua .............................................................................................16

Tabla 4 Parámetros bacteriológicos .................................................................................................16

Tabla 5 Tasa de crecimiento poblacional ........................................................................................18

Tabla 6 Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua, disposición de excertas y

residuos sólidos. ...............................................................................................................................19

Tabla 7 Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio .................................................20

Tabla 8 Porcentajes de fugas a considerarse en el diseño de sistemas de abastecimiento de agua

potable ..............................................................................................................................................22

Tabla 9 Parámetros para diseñar un aireador de bandejas................................................................24

Tabla 10 Períodos de contacto mínimos aireadores .........................................................................24

Tabla 11 Clasificación de filtros rápidos .........................................................................................28

Tabla 12 Velocidad y caudales para operación de filtros rápidos ...................................................29

Tabla 13 Guía de diseño para filtros rápidos ...................................................................................29

Tabla 16 Lavado de filtros ...............................................................................................................31

Tabla 17 Ejemplos de filtración tradicional .....................................................................................31

Tabla 18 Características del agua y tratamiento potable ..................................................................31

Tabla 19 Valores de k para dosificación de cloro, para n = 0,86 .....................................................37

Tabla 20 Límites de cloro residual ..................................................................................................37

Tabla 21 Demanda de cloro para aguas ...........................................................................................37

Tabla 20 Materiales y Equipos ........................................................................................................40

Tabla 22 POZO 1: Guayas -Recinto Barbasco – Santa Lucía ..........................................................50

Tabla 23 POZO 2: Manabí -Recinto Las Jaguas – Rocafuerte ........................................................50

Tabla 24 POZO 3: Manabí -Recinto Las Jaguas – Rocafuerte ........................................................51

Tabla 25 POZO 4: Guayas -Centro del pueblo de colimes ..............................................................51

Tabla 26 Análisis microbiológico del agua cruda del POZO 2 ........................................................52

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Mapa de Ubicación del pozo 1, proveniente de la zona rural: Santa Lucía .........................5

Figura 2 Mapa de Ubicación del pozo 2, proveniente de Rocafuerte ...............................................6

Figura 3 Mapa de Ubicación del pozo 3, proveniente de Rocafuerte ................................................6

Figura 4 Mapa de Ubicación del pozo 4, proveniente de Colimes ....................................................7

Figura 5 Mapa de población con saneamiento básico por cantones 2010 ........................................10

Figura 6 Participación porcentual Aguas Subterráneas vs Aguas superficiales ...............................12

Figura 7 Composición porcentual de los recursos hídricos totales por región .................................12

xiv

Figura 8 Participación porcentual de caudal autorizado de agua subterránea por usos, años 2006 y

2016 .................................................................................................................................................13

Figura 9 Torre de aireación de la planta de tratamiento San Carlos. ...............................................23

Figura 10 Aireadores típicos de bandejas .......................................................................................25

Figura 11 Teoría de filtración ..........................................................................................................32

Figura 12 Resultados de análisis fisicoquímico de la muestra de agua de pozo cruda ....................62

Figura 13 Resultados de análisis microbiológicos del agua de pozo cruda......................................63

Figura 14 Resultado microbiológicos de agua de pozo Manabí. .....................................................64

Figura 15 Interfase para el modelo "Captación de aguas" ...............................................................65

Figura 16 Interfase para el modelo "Diseño de aireadores de bandejas" .........................................66

Figura 17 Interfase para el modelo “Desinfección de aguas” ..........................................................67

Figura 18 Interfase para el modelo “Filtración Rápida” ..................................................................68

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍA

Fotografía 1 Pozo de agua subterránea para consumo ....................................................................61

Fotografía 2 Vista superior de un pozo abierto de agua subterránea ..............................................61

1

INTRODUCCIÓN

El agua en su estado natural no es pura, en la naturaleza las aguas de ríos, lagos, subterráneos,

mares y aguas lluvias presentan diferentes contenidos de sales minerales, gases y partículas

que se encuentran presentes en aquellos medios en los que se halla este recurso hídrico.

Las aguas subterráneas son un recurso natural, de tal manera hay varios contaminantes que

son generados de forma natural o también son derivados de actividades humanas como: aguas

residuales, pesticidas, productos agrícolas, desechos industriales, etc., estos alteran las

características de manera tal que la imposibilita de muchos usos, y esto incluye el de consumo

humano.

Estas aguas están protegidas por las capas del mismo suelo, dependiendo también de las

características de éste. Sin embargo, las aguas de pozo tienen altas cargas de minerales

disueltos como hierro y manganeso, así también altas concentraciones de anhídrido

carbónico, que por la conversión de este gas en ácido carbónico influye en los valores bajos

de pH.

En relación a los resultados comparativos urbano-rural se evidencia que el 79,1% de la

población urbana tiene agua segura y del área rural apenas el 51,4%, esto significa que en el

área rural la mitad de la población no cuenta con agua segura, también la problemática se

centra en la calidad del agua.

El presente proyecto surge como respuesta a los bajos niveles de cobertura y una baja

eficiencia en el servicio de agua potable en las zonas rurales del Ecuador, se ha propuesto

ofrecer una solución a los sectores que hacen uso de las aguas subterráneas para consumo,

con la Simulación y modelado de los procesos de potabilización para pequeños flujos de

aguas subterráneas de consumo.

Este proceso constará de las siguientes etapas: Captación, Aireación de bandejas, Filtración

Rápida y Desinfección tomando como base los parámetros de diseño que indica la Secretaria

Nacional del Agua (SENAGUA).

2

1 CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del problema

Según información del último estudio realizado por SENAGUA, se registran 6916 pozos de

agua en el Ecuador, de los cuales se determina la distribución porcentual del uso de estas

aguas en donde: El 77.55% es para consumo humano, 8,98% es usado para riego de cultivos,

6,51% para abrevadero, y 4,87% es para uso industrial. (SENAGUA, 2016)

En el Ecuador, existen zonas en las cuales el agua subterránea es el único recurso al cual

tienen acceso, estos son intensamente explotados a falta de otros recursos hídricos, más aún

en periodos de sequía por lo que cada vez se hace más urgente la demanda hídrica, y como

consecuencia del crecimiento poblacional y del desarrollo industrial y agropecuario existe

degradación en la calidad de estas aguas subterráneas también a falta de protección y control

de las mismas. (Burbano, 2011)

El Empalme que cuenta con 84.472 habitantes, a pesar de ubicarse al pie de la cuenca del río

Guayas es un cantón con déficit de agua potable, según el censo del 2010 hasta esa fecha, el

15,46% de los pobladores contaba con cobertura de agua potable por red pública, y hasta el

2014 creció al 33,7%, por lo cual aún sigue siendo una necesidad de este cantón. (Albán,

2018)

Un estudio realizado en el año 2013 de la Prefectura del Guayas indica que uno de los

indicadores de contaminación son las altas concentraciones de coliformes fecales en varios

cantones, entre ellos El Empalme, también la actividad agrícola mal manejada es causal de

presencia de plaguicidas en el agua, por lo cual es necesario el tratamiento de potabilización.

(Diario El Universo, 2017)

1.1 Formulación y Sistematización de la Investigación

Se consideró para esta investigación datos de caracterización de agua de pozo de la

investigación: “Electrocoagulación para tratamiento de pequeños flujos de aguas

subterráneas de consumo rural” conociendo que estas aguas son de uso de los habitantes de

3

sectores rurales, con contexto de producción ganadera, agrícola y avícola; lo que incide en

los contaminantes de esas aguas; y por ende no cuentan con la calidad para consumo humano.

1.2 Formulación del problema de investigación

¿Es posible mediante la simulación y modelado predecir el tiempo y la dosificación necesaria

para el tratamiento que requiere el agua subterránea para ser potabilizada y apta para el

consumo humano?

1.2.1 Sistematización del problema

Esta investigación pretende demostrar cuáles son los procesos necesarios y adecuados para

lograr la potabilización del agua subterránea en estudio para su posterior consumo aplicando

la simulación mediante el programa MATLAB, siendo también útil para realizar

simulaciones con diferentes condiciones y características en base a otros resultados

experimentales obtenidos de aguas subterráneas en general.

1.3 Justificación de la investigación

1.3.1 Justificación teórica

La deficiencia del suministro de agua potable hace que los habitantes se vean orientados al

uso y consumo de las aguas subterráneas sobre todo en las zonas rurales de este cantón;

creando la necesidad de abastecimiento de este recurso vital. Y debido a la falta de

tratamiento de estas aguas previo a su consumo ponen en riesgo su salud.

Siendo este un problema en esta zona se considera necesario buscar una metodología que sea

una opción para contribuir a mitigar la deficiencia de este suministro hídrico, bajo parámetro

de normas ambientales vigentes para el Ecuador.

1.3.2 Justificación metodológica

El Ingeniero Químico posee la capacidad de solucionar este tipo de inconvenientes

relacionados al mejoramiento de aguas, por lo cual en esta investigación se propone el uso

4

del programa MATLAB para la resolución de ecuaciones mediante el ingreso de datos

necesarios que servirán para el proceso adecuado del tratamiento de aguas subterráneas según

los resultados obtenidos de la caracterización de las muestras. El uso de este simulador tiene

relevancia ya que simplifica la labor en la solución de ecuaciones matemáticas y de ingeniería

permitiendo ejecutar los procesos de potabilización de manera virtual, con el fin de obtener

resultados favorables con un menor costo de recursos que si se ejecutaran en un sistema real.

1.3.3 Justificación práctica

Los resultados de este trabajo serán útiles para la propuesta de los sistemas que se requieran

para el proceso de potabilización del agua subterránea de la parroquia, de acuerdo a la

demanda del sector, mediante el ingreso de datos al simulador, ofrecerá respuestas causales

que permitirán una orientación rápida a las necesidades de los procesos propios del agua

subterránea a tratar, y de esta manera utilizando un lenguaje básico de simulación contribuir

al desarrollo de nuevas tecnologías amigables con el medio ambiente y la ingeniería.

1.4 Objetivos de la investigación

1.4.1 Objetivo general

Proponer una solución alternativa al estudio y análisis a la problemática de acceso del agua

potable de las comunidades rurales del cantón El Empalme, con el diseño de un modelo

desarrollado usando el lenguaje de programación matemática Matlab, que permita la

simulación de los procesos necesarios para la potabilización de pequeños flujos de aguas

subterráneas para su consumo.

1.4.2 Objetivo especifico

• Utilizar los resultados de la caracterización de las aguas subterráneas del estudio:

“Electrocoagulación para tratamiento de pequeños flujos de aguas subterráneas de consumo

rural”, por ser un referente del perfil de las aguas del sector rural en atención.

• Construir un modelo para estudiar los procesos de potabilización de bajos flujos de

aguas subterráneas utilizando el simulador desarrollado con el programa Matlab.

5

• Con datos reales característicos del agua subterránea obtenidos de otra investigación,

simular los procesos y tiempo de tratamiento necesario para la orientación a la obtención de

aguas potable para consumo de la comunidad rural del cantón El Empalme.

1.5 Delimitación de la investigación

1.5.1 Delimitación Temporal

Esta investigación se realizó con los resultados del estudio de las muestras tomadas de aguas

de pozos de diferentes sectores de la costa ecuatoriana, las cuales fueron llevadas a cabo en

un periodo de 6 meses.

1.5.2 Delimitación Espacial

Las muestras del estudio tomado como referencia fueron obtenidas de los sectores rurales de

la Costa del Ecuador: Colimes, Santa Lucía (Recinto Barbasco) y Rocafuerte (Recinto La

Jaguas)

Fuente: (Soriano Muñoz & Zambrano Macias, 2019)

Figura 1 Mapa de Ubicación del pozo 1, proveniente de la zona rural:

Santa Lucía

6



Figura 2 Mapa de Ubicación del pozo 2, proveniente de Rocafuerte

Figura 3 Mapa de Ubicación del pozo 3, proveniente de Rocafuerte

7


1.5.3 Delimitación del Contenido

El presente trabajo se fundamenta en la recopilación de información publicada de trabajos

referente al tema en análisis, libros e investigaciones realizadas que muestran tratamiento de

aguas subterráneas, y mediante los resultados obtenidos de otras investigaciones se procederá

a determinar el tratamiento idóneo para el agua motivo de este estudio de investigación y

usando el lenguaje de programación Matlab se simularán los procesos de potabilización que

permitan mejorar la calidad del agua y sus tratamientos de casos similares.

1.6 Hipótesis

Mediante la simulación y análisis de los procesos involucrados en la potabilización de aguas

subterráneas se pretende demostrar que es posible entregar agua con parámetros permisibles

para consumo humano para la comunidad rural en atención y similares.

Figura 4 Mapa de Ubicación del pozo 4, proveniente de Colimes

8

1.6.1 Variable independiente

Simulador virtual desarrollado con el programa Matlab.

1.6.2 Variable dependiente

Aguas para consumo del sector rural.

9

1.6.3 Operacionalización de las variables

Tabla 1 Operacionalización de las variables

Problema General Objetivo General Hipótesis Variable

Independiente Variable

Empírica Indicadores Ítems

En las comunidades rurales es

muy difícil tener acceso al agua

potable debido a los costos y

diseño de los procesos para cada etapa de potabilización que se

deben comprender de acuerdo a

las necesidades según las

características del agua subterránea en estudio.

Proponer una solución alternativa al estudio

y análisis a la problemática de acceso del

agua potable de las comunidades rurales del

cantón El Empalme, con el diseño de un modelo desarrollado usando el lenguaje de

programación matemática Matlab, que

permita la simulación de los procesos

necesarios para la potabilización de pequeños flujos de aguas subterráneas para

su consumo.

Mediante la simulación

y análisis de los

procesos involucrados

en la potabilización de aguas subterráneas se

pretende demostrar que

es posible entregar

agua con parámetros permisibles para

consumo humano para

la comunidad rural en

atención y similares.

Simulador

virtual

desarrollado

con el programa

Matlab.

Modelo desarrollado

con el lenguaje de

cómputo de Matlab

mg/L; m3/h ;

g/h ; L/s ; m ;

g/m3.

Uso de

modelo

matemático

Matlab para diseñar los

modelados de

acuerdo con

los parámetros

que indica

SENAGUA

Problema específico Objetivo Específico Variable

Dependiente

Según las características y análisis

fisicoquímicos y microbiológicos

del agua se deben determinar los procesos adecuados de

potabilización para las aguas

subterráneas del sector rural para

obtener agua apta para consumo.

1) Utilizar los resultados de la

caracterización de las aguas subterráneas del

estudio: “Electrocoagulación para tratamiento de pequeños flujos de aguas

subterráneas de consumo rural”, por ser un

referente del perfil de las aguas del sector

rural en atención.

2) Construir un modelo para estudiar los

procesos de potabilización de bajos flujos de

aguas subterráneas utilizando el simulador

desarrollado con el programa Matlab.

3) Con datos reales característicos del agua

subterránea obtenidos de otra investigación,

simular los procesos y tiempo de tratamiento

necesario para la orientación a la obtención de aguas potable para consumo de la

comunidad rural del cantón El Empalme.

Aguas para

consumo del

sector rural.

Calidad del agua

potable

Norma Inen

NTE INEN

1108

Aplicación

de los

procesos requeridos

para cumplir

con la norma

establecida

Elaborado por: Bryan Burgos Pin.

10

2 CAPÍTULO II

MARCO DE REFERENCIA

2.1 Antecedentes

Entre los resultados obtenidos, en el país en 2016 el 70,1% de la población cuenta con un

manejo seguro del agua o agua de calidad, el 85,9% de la población cuenta con instalaciones

mejoradas. Sin embargo, al verificar que la población cuente con agua segura, saneamiento

básico e insumos para el lavado de manos (ASH, por sus siglas en español), se determinó que

solo el 55,5% de la población ecuatoriana cuenta con dichos componentes de manera

simultánea. Pero la cifra es menor para la población rural, donde solo el 36,4% tiene agua

segura. En cuanto a la brecha urbano-rural, también afecta a los niños: el 34,3% de los niños

que viven en el área rural tienen ASH y el 61,7% corresponde para los niños del área urbana.

Figura 5 Mapa de población con saneamiento básico por cantones 2010

Fuente: (Molina, Pozo, & Serrano, 2018)

Como se observa en el mapa, los cantones de saneamiento más bajas (menos del 56% de la

población) se encuentran en la región amazónica, los cantones con coberturas de la región

Costa más bajas son: los cantones Eloy Alfaro, Muisne, San Lorenzo, Chilla, Santa Lucía y

Pindal. (Molina, Pozo, & Serrano, 2018).

11

Mauricio Narváez en su estudio de nominado “Diseño de un sistema de potabilización a partir

de aguas subterráneas, para la planta los Álamos de la ciudad de Francisco de Orellana” , en

base a las características físico-químicas y micro bacteriológicas de las aguas subterráneas

tomadas del sector Los Álamos de la ciudad Francisco de Orellana, propuso que entre los

procesos de tratamientos necesarios para remover el exceso de Hierro, Coliformes fecales,

coliformes totales y turbiedad, los más factibles son: Captación, aireación de Bandejas,

filtración y desinfección, realizando los diseños como propuesta para la potabilización del

agua subterránea. (Narváez Hernández, 2010).

2.2 Marco Teórico

El agua como recurso

El agua es el recurso que aparece con mayor cantidad en la superficie terrestre, esta forma

los océanos, los ríos, etc.; además constituye parte esencial de todos los organismos vivos.

El agua no se puede sustituir, la mayor reserva hídrica se encuentra en los océanos y mares,

todos los pobladores de la tierra tienen acceso, pero el consumo creciente hace de este sea

limitado, el ser humano necesita agua en una determinada calidad y tiene menos del 0,08%

del agua total del planeta delimitada en lagos manantiales y ríos, lo que simboliza el total del

agua apta para su consumo. (González González, 2015)

Aguas subterráneas

Es el agua que existe bajo el nivel freático, sin embargo, las personas toman en cuentan el

líquido de los lagos, ríos o mares, pero el agua además está presente como parte del ciclo

hidrológico en la atmosfera, las nubes, los glaciares y debajo del suelo, en forma de hielo o

vapor.

La virtud de las aguas subterráneas está en que se pueden encontrar en casi cualquier lugar

del mundo, además estas aguas debido a la filtración natural son limpias. Estas pueden

originarse por la infiltración de aguas de lluvia, ríos o glaciares, al igual que el agua

superficial éstas también se agotan. (Pérez Villareal & Ávila Olivera, 2015)

12

El agua subterránea en el Ecuador

En la mayor parte del territorio ecuatoriano existe agua subterránea dulce que está disponible,

indicando que los acuíferos más abundantes se encuentran en la cuenca del río Guayas y en

los aluviones del Oriente.

También hay lugares en donde tienen como único recurso de acceso el agua subterránea de

donde se abastecen a las poblaciones para su consumo, esta agua también es usada para el

riego de cultivos por lo que es un recurso esencial.

El promedio anual de los recursos hídricos subterráneos en el Ecuador es de 56,556 hm3 de

los cuales 15,137 hm3 le corresponden a la región Costa, 8,381 hm3 a la Sierra y 33,037 hm3

a la Amazonía; siendo el volumen neto de aguas subterráneas de 14,272 hm3. (SENAGUA

S. d., 2017)

Fuente: (SENAGUA S. d., 2017)


Figura 6 Participación porcentual Aguas Subterráneas vs Aguas superficiales

Figura 7 Composición porcentual de los recursos hídricos totales por región

13

Figura 8 Participación porcentual de caudal autorizado de agua subterránea por usos, años

2006 y 2016


Contaminación del agua subterránea

La contaminación de aguas subterráneas se da por las actividades que realizan los habitantes

en la superficie de las cuales cabe mencionar:

• Derrame de sustancias tóxicas tales como grasas y aceites, residuos químicos que a

continuación se infiltran

• Sobre explotación de los acuíferos que pone en riesgo la recarga de los mismos.

• Fugas en la red de alcantarillado.

• Esta contaminación de las aguas subterráneas imposibilita el uso para las futuras

generaciones, tanto para uso de consumo, como comercial y agrícola. (Ambiente,

s.f.)

14

2.2.1 Características Físico Químicas del Agua Subterránea

▪ Color: El color del agua es otorgado debido a sustancias disueltas o en suspensión que

pueden existir en la misma, también pueden ser productos de materia orgánica o

descomposición de vegetales. Se puede mencionar que también se debe a presencia de sales

como Hierro y Manganeso en caso de aguas subterráneas ya que estas son poco oxigenadas.

(Calderón López & Orellana Yánez, 2015)

▪ Dureza: La dureza está representada por la concentración de cationes metálicos que se

encuentran presentes en el agua, esta dureza es resultado causal de sales de Calcio y

Magnesio, también así en menor nivel por Aluminio, Hierro, Manganeso, y Zinc. Esta dureza

es expresada como la cantidad de CaCO3 equivalente. (Caiza Chananguano, 2014)

▪ pH: El pH influye en algunos fenómenos que se producen en el agua, este término es

empleado para expresar la concentración de iones hidronio [H+] con la relación de la

concentración de iones hidroxilo [OH-] y seguidamente, el grado de acidez o alcalinidad de

una muestra de agua; sin embargo, no mide la alcalinidad total ni la acidez total de la misma.

Este influye en la eficacia de los desinfectantes, en el caso del cloro permite para el pH más

bajo que prevalezca un compuesto clorado más eficaz (ácido hipocloroso, HOCl) sobre otro

de menor poder desinfectante (ión hipoclorito. OCI-). No obstante, si el agua muestra un

valor de pH menor a 7 unidades puede actuar como corrosiva, por lo contrario, si presenta

mayor a 7 puede causar depósitos de calcio que obstruyen las tuberías de distribución.

(Lozano Rivas & Lozano Bravo, 2015)

▪ Turbidez: La turbidez se debe a la presencia de partículas de materia insoluble tales como:

sales de hierro, arcilla, materia orgánica, etc., toda agua potable debería ser transparente y

sin partículas en suspensión. La turbidez en aguas subterráneas puede ser generada por

presencia de partículas orgánicas o por desprendimiento de biopelículas en el sistema de

distribución. El valor paramétrico para la turbidez es UNF. (Pradana Pérez, y otros, 2019)

15

Tabla 2 Parámetros de Turbiedad y pH

PARÁMETRO UNIDADES LÍMITE DESEABLE LÍMITE MÁXIMO

PERMISIBLE

Turbiedad

pH

NTU

U

5

7.0 – 8.5

20

6.5 – 9.5

Fuente: (Secretaría del Agua, Norma de diseño para sistemas de abastecimiento de

agua potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el área rural, 2014)

▪ Hierro y Manganeso: El hierro y el manganeso son elementos que casi siempre se

encuentran juntos en aguas subterráneas, estos son causantes de la coloración del agua, no

obstante, pueden causar obstrucción en las tuberías. La eliminación se da mediante aireación,

floculación y filtración. Por lo tanto, para las aguas dirigidas al consumo las concentraciones

totales de Hierro y Manganeso no deben superar los 0,3 y 0,1 mg/L. Aunque no se conozcan

efectos adversos que puedan perjudicar la salud, las concentraciones superiores a 2 mg/L de

Hierro y mayores de 0,4 mg/L de Manganeso causan sabor desagradable al agua. El Hierro

y Manganeso se miden por titulación o colorimetría. (Lozano Rivas & Lozano Bravo, 2015)

▪ Nitritos y Nitratos: La existencia de nitrito y nitrato en el agua, es un indicador de

contaminación. Es consecuencia de una nitrificación del nitrógeno orgánico o de disolución

de sales de nitratos atravesados por el agua.

El exceso de estos componentes en el agua para consumo es responsable de

metahemoglobina, el cual reduce la capacidad de absorción de oxígeno mediante la sangre.

(Andrés Cabrerizo, 2019)

▪ Sulfatos: Este componente otorga salinidad a las aguas, deterioro de sabor y es proveniente

de la oxidación de sulfuros, encontrándose en forma de magnesita. El valor puede ser de 30

a 50 mg/L, pero en zonas yesíferas pueden llegar a 300 mg/L y estas pueden originar

corrosión de los sistemas de distribución y causar efectos laxantes, aunque suelen encontrarse

concentraciones más altas en aguas subterráneas. (Pradana Pérez, y otros, 2019)

16

Tabla 3 Parámetros químicos de agua

PARÁMETRO UNIDADES LÍMITE DESEABLE LÍMITE MÁXIMO

PERMISIBLE

Dureza Total

Sólidos totales disueltos

Hierro

Manganeso

Nitratos, NO3

Sulfatos

mg/l CaCO3

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

120

500

0.2

0.05

10

50

300

1000

0.8

0.3

40

400

Fuente: (Secretaría del Agua, Norma de diseño para sistemas de abastecimiento de agua

potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el área rural, 2014)

2.2.2 Calidad Bacteriológica del agua

Las aguas subterráneas están libres de organismos microbiológicos que puedan producir

enfermedades al ser humano. No obstante, se ven afectadas las capas freáticas por la

contaminación superficial existente tales como aguas residuales, fertilizantes y desechos en

general que puedan ser filtradas al agua siendo causantes de contaminación. (Narváez

Hernández, 2010)

Tabla 4 Parámetros bacteriológicos

PARÁMETRO UNIDADES LÍMITE DESABLE LÍMITE MÁXIMA

PERMISIBLE

Coliformes totales

Color

Olor

Sabor

NMP/100 ml

Pt-Co

Ausencia

5

Ausencia Inobjetable

Ausencia

30

Ausencia Inobjetable



17

2.2.3 La consecuencia de los productos químicos agrícolas sobre el ambiente

Para las grandes plantaciones mecanizadas de los Estados Unidos inducen más alimentos por

hombres- hectáreas que las de cualquier otro país, la aplicación de los insecticidas y

fertilizantes ha tenido efectos nocivos sobre el ambiente. En la agricultura, los fertilizantes

que tienen alto contenido de nitrato y fósforo se han filtrado hasta las aguas subterráneas

donde han causado efecto dañino para la salud, los países en desarrollo representan el 25%

del uso mundial de plaguicidas en la agricultura. (Organización de las Naciones Unidas para

la Alimentación y la Agricultura, s.f.)

2.2.4 Procesos de tratamientos propuestos para potabilizar el Agua Subterránea

2.2.4.1 Captación

La captación de agua subterránea es el conjunto de dispositivos o estructuras que permiten

obtener agua en cierto volumen desde un cuerpo subterráneo de forma continua para

satisfacer una determinada demanda sin disminución de las condiciones hidrológicas aguas

abajo. (Secretaría del Agua, Mejora del conocimiento de aguas subterráneas para contribuir

a su protección, gestión integrada y gobernanza, 2016).

La estructura de captación deberá tener una capacidad que permita derivar un caudal mínimo

al sistema de agua potable de 1.2 veces el caudal máximo diario correspondiente al final del

periodo de diseño. (Secretaría del Agua, Norma de diseño para sistemas de abastecimiento

de agua potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el área rural, 2014)

Período o Tiempo de diseño

Es el lapso en el cual la obra cumple su función sin necesidad de ampliaciones. En base a la

norma vigente del Ecuador (SENAGUA), los sistemas de agua potable serán diseñados para

un período de 20 años, o en un justificado caso se podrá diseñar para un período de diseño

diferente, pero en ningún caso la población futura puede ser mayor 1.25 veces la población

presente.



18

Población de diseño

La población de diseño será calculada en base a la población presente que es determinada

mediante un recuento poblacional en función de las características de cada comunidad.



Población Futura

Para el cálculo de la población futura se empleará la siguiente fórmula:

Pf = Pa*(1+r)n

(1)

Donde:

Pf: Población futura (habitantes)

Pa: Población actual (habitantes)

r: Tasa de crecimiento geométrico de la población expresada como fracción decimal*

n: Período o tiempo de diseño (años)

Para el cálculo de la tasa de crecimiento poblacional se tomará como base los datos

estadísticos proporcionados por los censos nacionales, y solo en caso de falta de estos datos

se adoptarán los índices de crecimiento geométrico que se indican en la siguiente tabla:

Tabla 5 Tasa de crecimiento poblacional

REGIÓN GEOGRÁFICA r (%)

Sierra

Costa, Oriente y Galápagos

1.0

1.5



19

En el diseño, serán considerados los siguientes niveles de servicios:

Tabla 6 Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua, disposición de excertas

y residuos sólidos.

NIVEL SISTEMA DESCRIPCIÓN

0 AP

EE

Sistemas individuales. Diseñar de acuerdo a las

disponibilidades técnicas, usos previstos del agua, preferencias

y capacidad económica del usuario

Ia AP

EE

Grifos públicos

Letrinas sin arrastre de agua

Ib AP

EE

Grifos públicos más unidades de agua para lavado de ropa y

baño

Letrinas sin arrastre de agua

IIa AP

EE

Conexiones domiciliarias, con un grifo por casa

Letrinas con o sin arrastre de agua

IIb AP

ERL

Conexiones domiciliarias, con más de un grifo por casa

Sistema de alcantarillado sanitario

Simbología utilizada:

AP: Agua potable

EE: Eliminación de excretas

ERL: Eliminación de residuos líquidos



20

Dotaciones

En la Tabla 7, se muestran las dotaciones correspondientes a los diferentes niveles de

servicio.

Tabla 7 Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio

NIVEL DE SERVICIO CLIMA FRIO

(l/hab*día)

CLIMA CALIDO

(l/hab*día)

Ia

Ib

IIa

IIb

25

50

60

75

30

65

85

100



Variaciones de consumo

Caudal medio

El caudal medio se calculará mediante la ecuación:

Qm =f ∗ (P x D)

86400

( 2)



Donde:

Qm: Caudal medio (l/s)

f: Factor de fugas

P: Población al final del período de diseño

D: Dotación futura (l/hab*día)

21

Caudal máximo diario

El caudal máximo diario, se calculará con la ecuación:

QMD = KMD ∗ Qm ( 3)



Donde:

QMD : Caudal máximo diario (l/s)

KMD: Factor de mayoración máximo diario

El factor de mayoración máximo diario (KMD) tiene un valor de 1.25, para todos los niveles

de servicio.

Caudal Máximo horario

El caudal máximo horario, se calculará con la ecuación:

QMH = KMH ∗ Qm

( 4)



Donde:

QMH : Caudal máximo horario (l/s)

KMH: Factor de mayoración máximo horario

El factor de mayoración máximo horario (KMH) tiene un valor de 3 para todos los niveles

de servicio.

Fugas

Para el cálculo de los diferentes caudales de diseño, se tomará en cuenta por concepto de

fugas los porcentajes indicados en la Tabla 8.

22

Tabla 8 Porcentajes de fugas a considerarse en el diseño de sistemas de abastecimiento de

agua potable

NIVEL DE SERVICIO PORCENTAJE DE FUGAS

Ia y Ib

IIa y IIb

10%

20%



Caudal de diseño

En sistemas de conducción a bombeo, el caudal de diseño se establecerá en función del

consumo máximo diario y el número de horas de bombeo, según la siguiente expresión:

24 horas

QB = 1.05 QMD

N° horas de bombeo al día

( 5)



Donde:

QB: Caudal de bombeo

QMD: Caudal máximo diario calculado al final de período de diseño

En ningún caso el caudal de diseño de la conducción corresponderá al caudal máximo

horario.

Tratamiento

La capacidad de la planta de potabilización será de 1.10 veces el caudal máximo diario

correspondiente al final del período de diseño.

En cualquier tipo de agua se considerará la desinfección como tratamiento mínimo.

(Secretaría del Agua, Norma de diseño para sistemas de abastecimiento de agua potable,

disposición de excretas y residuos líquidos en el área rural, 2014)

23

Almacenamiento

La capacidad de almacenamiento será el 50% del volumen medio diario futuro.

En ningún caso, el volumen de almacenamiento será inferior a 10m3. (Secretaría del Agua,

Norma de diseño para sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y

residuos líquidos en el área rural, 2014)

2.2.4.2 Aireación

La aireación se usa fundamentalmente como pretratamiento de aguas subterráneas, para

transferir oxígeno al agua, disminuir las altas concentraciones de Hierro, Manganeso y

Anhídrido carbónico, entre otros compuestos volátiles que pueden ser causantes de malos

olores y sabores. Los sistemas más empleados para este fin son: Bandejas de aireación,

cascadas (escaleras) y vertederos. (Lozano Rivas & Lozano Bravo, 2015)

Figura 9 Torre de aireación de la planta de tratamiento San Carlos.

Fuente: (Nuñez Camacho, 2015)

24

A continuación, se muestran los parámetros que se deben considerar al diseñar un aireador

de bandejas:

Tabla 9 Parámetros para diseñar un aireador de bandejas

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

Carga Hidráulica 100 - 200 m3/m2-día

Número de bandejas 3 – 9 -

Altura Total del aireador 1,2 a 3 m

Separación entre bandejas 30 – 50 cm

Profundidad de agua en la bandeja 0,01 m

Espesor de lecho de contacto 15 – 20 cm

Área entre el medio de contacto 0,05 – 0,15 m2/l/s

Diámetro 0,04 – 0,15 cm

Elaborado por: Bryan Burgos P.

Fuente: (Secretaría del Agua, Normas para estudio y diseño de sistemas de agua potable y

disposición de aguas residuales para poblaciones mayores a 1000 habitantes, 2012)

Los períodos de contacto mínimos en aireadores para remoción y absorción de algunos gases

y compuestos comunes en la potabilización del agua son:

Tabla 10 Períodos de contacto mínimos aireadores

Fuente: (Lozano Rivas & Lozano Bravo, 2015)

OBJETIVO Tiempo mínimo de contacto (segundos)

Remoción de CO2 0,7 a 1,0

Remoción de compuestos Orgánicos

Volátiles (olor y sabor)

1,0 a 1,5

Remoción de H2S 1,5 a 2,0

Absorción de O2 0,4 a 0,6

25

Bandejas de aireación

Para calcular el área total de las bandejas, se emplea el caudal de diseño y la carga hidráulica

asumida.

A= Q

CH


( 6 )

Donde,

A Área total de las bandejas de aireación (m2)

Q Caudal de diseño (m3/ d)

CH Carga hidráulica (m3/m2*d)

Por lo tanto, se debe tomar en cuenta que debe ser suficiente la descarga de los orificios o

ranuras del fondo de las bandejas para que no se rebosen.

Área Requerida para las bandejas

Según (Guerrero Bermeo, 2015), el área requerida para las bandejas varía entre 0.05 y 0.15m2

por l/s de agua tratada, por lo general menos de 0.06 m2.

Para el diseño, se tomará como base Ar = 0.05m2.

Figura 10 Aireadores típicos de bandejas

Fuente: (Romero Rojas, 2005)

26

Número de bandejas

𝐍𝐛 = A

Q ∗ Ar

( 7)

Fuente: (Guerrero Bermeo, 2015)

Donde:

Nb = Número de bandejas

A = Área total de las bandejas de aireación

Q = Caudal de diseño

Ar = Área requerida para las bandejas

Carga de superficie

q = QA


( 8)

Donde,

q = Carga de superficie (m3/m2-día)

Q = Caudal de diseño

A = Área total de las bandejas de aireación

Para calcular aproximadamente el tiempo de exposición o contacto del agua entre bandejas,

se puede usar la siguiente fórmula:

T = n ∙ √2 ∗ d

g


( 9)

Donde,

T = Tiempo de exposición o contacto (s)

n = Número de bandejas

27

d = Distancia entre bandejas (m) (Se estima 50cm lo cual está dentro del rango según la tabla

6)

g = Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2)

Cálculo del caudal que pasa a través de cada orificio:

Qorif = π∗d2

4∗ q


( 10)

Donde:

Qorif = Caudal que pasa a través de cada orificio en la bandeja, m3/día

d = Diámetro de los agujeros de la bandeja, m

q = carga de superficie, m3/m2-día

2.2.4.3 Filtración

La filtración es una operación unitaria en donde una mezcla de sólido-líquido atraviesa una

sustancia porosa (generalmente arena), para retener la materia en suspensión. Además de

retirar la turbiedad residual, elimina, junto con las partículas, gran parte de los

microorganismos patógenos resistentes a la desinfección.

Los materiales filtrantes más usados en las potabilizadoras convencionales son: Arena y

Antracita.

Estos pueden usarse solos o combinados. La arena por su bajo costo y disponibilidad es de

amplio uso, sin embargo, actualmente viene siendo reemplazada por la Antracita ya que tiene

mayor capacidad de almacenamiento de sólidos y genera menores pérdidas de carga.

(Lozano Rivas & Lozano Bravo, 2015).

Actualmente el filtrado rápido es la tecnología más utilizada con respecto a un filtro granular,

el material granular del medio poroso generalmente es la arena.

La propiedad con respecto al filtrado lento es que tiene una capacidad de filtrado 50 a 100

veces más rápida.

El agua subterránea suele carecer de grandes concentraciones de microorganismos o

partículas, pero el filtrado puede ser requerido ya que en el proceso de oxidación se generan

28

partículas que deben eliminarse. Una filtración adecuada junto con una desinfección química

debe ser aplicados para asegurar que el agua se encuentre libre de patógenos. (Howe, Hand,

Crittenden, Trussell, & Tchobanoglous, Principios de tratamiento de aguas, 2016).

La filtración rápida puede remover de 1000 a 1500 UNT y hasta 10000 coliformes

fecales/100 ml de muestra, esporádicamente hasta 20000. Por encima de 1500 UNT se

recomienda considerar pre-sedimentación. (Secretaría del Agua, Normas para estudio y

diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas residuales para poblaciones

mayores a 1000 habitantes, 2012)

Los filtros rápidos pueden clasificarse de acuerdo con la siguiente tabla:

Tabla 11 Clasificación de filtros rápidos

CARÁCTERTISTICA TIPO DE FILTRO

Tipo de pretratamiento

Tipo de Flujo

Medio filtrante

Tasa de filtración

Modo de operación

Convencional

Filtración directa

Coagulación

Descendente

Ascendente

Mixto

Arena sola

Arena y antracita

Medios múltiples

Constante

Declinante

Gravedad

Presión


disposición de aguas residuales para poblaciones mayores a 1000 habitantes, 2012).

29

Tabla 12 Velocidad y caudales para operación de filtros rápidos

TIPO DE TUBERÍA VELOCIDAD m/s CAUDAL UNITARIO POR

AREA DEL FILTRO m/d

Afluente

Efluente

Agua para lavado

Drenaje lavado

Agua de enjuague

0,3 – 1,2

0,9 – 1,8

1,5 – 3

0,9 – 2,45

1,8 – 3,65

470 – 700

470 – 700

880 – 1470

880 – 1470

230 - 470


disposición de aguas residuales para poblaciones mayores a 1000 habitantes, 2012).

Tabla 13 Guía de diseño para filtros rápidos


Tasa de filtración arena sola 120 - 240 m3/m2-día

Tasa de filtración arena y

antracita

180 – 360 m3/m2-día

Número de filtros plantas

medianas y grandes

4 -

Número de filtros en plantas

pequeñas

2 -

Superficie del lecho filtrante ≤ 200 m2

Profundidad del lecho filtrante 1,2 – 1,8 m

Diámetro de arena gruesa 0,5 – 6 mm

Coeficiente de uniformidad 1,2 – 1,3 -

Dureza de la arena 7 Escala de

Mohr

Solubilidad al ácido clorhídrico ≤ 5 %



30

Tabla 14. Características de la arena

Tamaño efectivo

Coeficiente de Uniformidad

Dureza

Solubilidad al HCl

0.15 – 0.35 mm

1.5 – 3

7

˂ 5 %



Tabla 15. Características de la arena

CAPA # DIÁMETRO (mm) ESPESOR (m)

1

2

3

1 -1.4

4 – 5.6

16 - 23

0.1

0.1

0.15



La capa de agua sobre nadante tendrá una altura de 1m a 1,5 m, y se dejará un borde libre de

0,2 m a 0,3m en la caja del filtro.

La velocidad de filtración deberá ser de 0,1 m/h a 0,2 m/h.

Se usará un mínimo de dos unidades dimensionadas para que cada una pueda trabajar al 65%

del caudal total de diseño.

Lavado de filtros

El lavado de los filtros puede hacerse en sentido ascendente con el agua proveniente a

gravedad desde un tanque elevado diseñado para el efecto, o con el agua bombeada desde la

cámara de aguas claras, o finalmente, se puede hacer lavado mutuo de un filtro con el caudal

producido por los demás.

El tanque de agua de lavado puede tener una capacidad mínima equivalente al volumen de

agua requerido para lavar un filtro por 7 min, pero puede ser mayor según las condiciones de

31

cada proyecto. En plantas pequeñas y medianas es recomendable el lavado mutuo. (Secretaría

del Agua, Normas para estudio y diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas

residuales para poblaciones mayores a 1000 habitantes, 2012)

Tabla 14 Lavado de filtros


Tasa de lavado 0,6 – 0,9 m/min

Tiempo de lavado 3 – 5 min

Expansión del lecho 15 – 50 %

Número de filtros en plantas

pequeñas

2 -



Tabla 15 Ejemplos de filtración tradicional

EJEMPLOS DE FILTRACIÓN TRADICIONAL

TIPO TAMAÑO DE PORO MATERIALES USADOS

Microtamización 1 – 100 µm Polietileno, acero inoxidable, tela, etc.

Tierra de diatomeas 5 – 50 µm Diatomeas

Material granular 0,1 – 10 µm Arena, antracita, otros minerales

Fuente: (Ojeda Guzzini, 2015)

Tratamientos Potables

Las aguas subterráneas que pueden encuadrarse dentro de las normas de calidad para agua

potable mediante un proceso que no exija coagulación, podrán requerir filtración lenta según

los siguientes criterios:

Tabla 16 Características del agua y tratamiento potable

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA TRATAMIENTO POTABLE

Turbiedad media <10 UNT

NMP < 1000 col/100ml

Filtración lenta

32

Turbiedad media < 50 UNT

NMP < col/100ml

Filtración lenta con pretratamiento

Turbiedad media < 150 UNT

NMP < 5000 col/100ml

Filtración lenta con sedimentación simple y

pretratamiento.



Carga superficial

La filtración es identificada por la velocidad de agua a través de un manto filtrante o del

manto poroso, con lo cual se puede calcular la carga superficial con la siguiente ecuación:

qF=

Q

AF

Fuente: (Ruiz Sánchez, 2013)

( 11)

Donde:

qF = Carga superficial

AF = Área filtrante

Q = Caudal que entra al filtro

Fuente: (Arboleda Valencia, 2000)

Figura 11 Teoría de filtración

33

Dimensionamiento de sistema de filtrado

Número de unidades y tamaño

En potabilizadoras pequeñas deberán usarse al menos 2 unidades y preferiblemente 4; en

cualquier caso, este número de unidades se puede estimar con la expresión:

n= 0,044*√Q

Fuente: (Lozano Rivas & Lozano Bravo, 2015)

( 12)

Donde:

n: Número de unidades de filtración

Q: Caudal de diseño de la potabilizadora (m3/d)

Luego de haber definido el número de filtros se puede calcular el área de cada unidad.

Área de filtración requerida.

El área de filtración se puede obtener del caudal (m3/d) y de la tasa o velocidad de filtración

(m/d).

A =Q

V

( 13)

Donde:

A= Área de filtración requerida

Q= Caudal de diseño

V= Tasa o velocidad de filtración

34

Área de cada filtro

Área de cada filtro =Área de filtración requerida

Número de unidades

( 14)

Caudal del filtro

Caudal del filtro =Caudal de diseño

Número de unidades

( 15)

Caudal total

Qt = Qmd + (R*Qmd) ( 16)

Donde:

Qt = Caudal total

Qmd = Caudal medio diario

R = Razón de flujo

Longitud de la pared común por unidad (m).

a = (2 ∗ n ∗ A

2 ∗ 1)

0.5

( 17)

Donde:

a = Longitud de la pared

A= Área de cada filtro

n = Número de unidades de filtración

Ancho de la unidad (m).

b = ((n + 1)A

2 ∗ n)

0.5

Fuente: (Flores, 2012)

( 18)

35

Donde:

b = Ancho de la unidad

A= Área de cada filtro

n = Número de unidades de filtración

1. Desinfección

La desinfección tiene como principal objeto la eliminación de organismos patógenos; a pesar

de, no implicar la destrucción de todos los organismos vivos ni la producción de un agua

esterilizada.

La mayoría de las aguas subterráneas no contienen organismos patógenos, siempre y cuando

los pozos sean construidos adecuadamente y no tengan sean contaminadas con las aguas

superficiales, estas aguas pueden ser bombeadas directamente al sistema de distribución, ya

que usualmente el agua de estos pozos privados es consumida sin ser procesadas por un

proceso de desinfección. (Howe, Hand, Crittenden, Tchobanoglous, & R., Principios de

tratamiento del agua, 2016)

Cloración

La cloración es uno de los procesos de desinfección más empleado en el mundo para

potabilizar el agua. El cloro, interviene en la oxidación de sustancias orgánicas e inorgánicas

que adicionan sabor y olor al agua, además de tener un gran poder germicida.

El cloro se manifiesta generalmente de tres formas:

➢ Gaseoso (Cl2): Es un gas amarillo-verdoso con una concentración del 100% de

sustancia activa. Se emplea en plantas grandes, requiere también de instalaciones apropiadas

y equipo de dosificación.

➢ Hipoclorito de Sodio (NaOCl): Es un líquido transparente amarillo-ámbar con

aproximadamente un 13% de sustancia activa. Se utiliza frecuentemente en instalaciones de

pequeños caudales y su dosificación se realiza mediante bombas dosificadoras.

➢ Hipoclorito de Calcio, HTH, Perclorón (Ca(OCl)2): Es un sólido granulado o

polvo de color blanco. Viene presentado con una concentración del 30% al 70% de sustancia

activa. Se usa por lo general en potabilizadoras de bajo caudal y su dosificación se hace

36

mediante pequeñas bombas dosificadoras luego de haber preparado la solución. Uno de los

inconvenientes es que la solución tiende a sedimentarse, por lo que se necesita algún

mecanismo para agitarla constantemente. (Lozano Rivas & Lozano Bravo, 2015)

Hipocloradores

En plantas pequeñas y en ocasiones en plantas de mediano tamaño, se puede utilizar

hipoclorito de calcio o de sodio para la desinfección del agua. El hipoclorito de calcio se usa

cuando el agua es deficiente de alcalinidad y dureza, por lo que contiene el 3% al 5% de Cal;

este puede ser usado en forma granular o tabletas, las cuales proveen una fuente estable de

cloro por 18h a 24h y se disuelven más lentamente que los granos. El hipoclorito de sodio es

comercializado en forma líquida, es inestable deteriorándose más rápidamente que el

hipoclorito de calcio y requiere mayor cuidado en su manejo, pero también puede resultar

económico. La dosificación se realiza en pequeños tanques prefabricados que disponen de

un sistema con un orificio calibrado con carga constante, la solución se prepara una o dos

veces al día a mano, de acuerdo a la dosis de cloro adoptada y a l caudal de la planta.

La solución de cloro debe tener una capacidad mínima para 12h de operación. (Secretaría del

Agua, Normas para estudio y diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas

residuales para poblaciones mayores a 1000 habitantes, 2012).

Dosificación de cloro

La dosis óptima de cloro a aplicar depende del tiempo de retención en el sistema, el tipo de

compuesto de cloro y la clase de desinfectante que se forma en el agua en función de su

temperatura, pH, contenido de nitrógeno y de materia orgánica. El hipoclorito de Sodio puede

ser dosificado directamente del recipiente en que es transportado. Se puede calcular la dosis

de cloro libre requerido mediante la siguiente expresión:

C = (k/t)1/0.86 ( 19)



37

Donde:

C = Concentrado de cloro libre mg/l

k = Constante que se puede ver en tablas

t = Tiempo de contacto, min.

Tabla 17 Valores de k para dosificación de cloro, para n = 0,86

ORGANISMO ÍNDICE DESINFECTANTE

HOCl OCl- NH2Cl

Escherichia coli

Virus de poliomielitis

Virus coxsackie A2

0,24

1,2

6,3

15,6

---

---

66

---

---



Tabla 18 Límites de cloro residual

PARÁMETRO UNIDADES LÍMITE

DESEABLE

LÍMITE

MÁXIMO

PERMISIBLE

Cloro Residual mg/l 0.5 0.3 – 1.0



Tabla 19 Demanda de cloro para aguas

Tipo de agua Concentraciones

Aguas claras 0,3 mg/l

Aguas turbias 1,5 mg/l

Fuente: (Muñoz M., 1992)

38

Hipoclorito de Sodio

Fuente: (Ministerio de servicios y obras públicas viceministro de servicios básicos, 2005)

Cálculo del peso del hipoclorito de sodio

P = Q*d

( 20)

Donde:

P = Peso del cloro en gr/h

Q = Caudal de agua a clorar en m3/h

d = Dosificación adoptada en gr/ m3

Cálculo del peso del producto comercial

Pc =P ∗ 100

r

( 21)

Donde:

Pc = Peso del producto comercial en gr/h

r = Porcentaje de cloro activo que contiene el producto comercial (%)

Cálculo de la demanda horaria de la solución

qs =Pc ∗ 100

c

( 22)

Donde:

Pc = Peso del producto comercial en kg/h

qs = Demanda horaria de la solución en l/h, asumiendo que la densidad de 1 litro de

solución pesa 1kg

c= Concentración de la solución (%)

39

*El valor de qs permite seleccionar el equipo dosificador requerido

Cálculo del volumen de la solución

Vs = qs * t ( 23)

Donde:

Vs = Volumen de la solución en litros (l) (correspondiente al volumen útil de los recipientes

de preparación)

t = tiempo de uso de los recipientes de solución en horas (h)

*Se debe especificar el tiempo t en ciclos de operación de 6 horas (4 ciclos), 8 horas (3

ciclos) y 12 horas (2 ciclos) correspondientes al vaciado de los recipientes y carga de

nuevo volumen de solución.

Fuente: (Ministerio de servicios y obras públicas viceministro de servicios básicos, 2005)

40

3 CAPÍTULO III

3.1 Metodología de la investigación

En concordancia con el tipo de investigación, se eligió la investigación cuasi experimental,

donde se manipuló la variable independiente “simulador virtual” para observar los resultados

en la variable dependiente “calidad del agua potable” en los procesos de potabilización

necesarios de acuerdo con los resultados obtenidos de otro estudio de aguas subterráneas

referenciado.

3.2 Materiales y Equipos

Tabla 20 Materiales y Equipos

MATERIALES

NOMBRE

Programa matemático Matlab

Resultados de caracterización de

aguas subterráneas.

3.3 Diseño de la investigación

La investigación se desarrolla a través de la búsqueda de información relacionada con la

problemática de la potabilización de aguas subterráneas rural para el consumo humano,

considerando las características propias del agua en estudio.

3.4 Normas aplicadas

• Las normas aplicadas en el diseño de los equipos son tomadas de las normas de diseño

propuestas por la Secretaría Nacional del Agua (SENAGUA).

41

4 CAPÍTULO IV

4.1 Cálculos y Resultados

CAPTACIÓN

4.1.2 CAUDALES DE DISEÑO

Habitantes: 1500 habitantes

Dotación (Nivel IIa): 85 L/hab/día

4.1.3 Población Futura

Pf = Pa*(1+r)n

( 1)

Pf = 1500*(1+1.5)20

Pf = 1.36x10^11

4.1.3.1 Caudal medio:

Qm =f ∗ (PxD)

86400

( 2)

Qm =20∗(1500∗85)

86400

Qm= 29.51 l/s

4.1.3.2 Caudal máximo diario:

QMD = K𝑀𝐷 ∗ Qm ( 3)

QMD = 1.25 ∗ 29.51

QMD= 36.88 l/s

42

4.1.3.3 Caudal máximo horario

QMH= KMH * Qm

( 4)

QMH= 3* 29.51

QMH= 88.53 l/s

4.1.3.4 Caudal de diseño o Caudal de bombeo:

QB = 1.05 ∗ QMD

(5)

QB= 1.05 * 38.72

QB= 40.65 l/s

43

Bandejas de Aireación

4.1.3.5 Área total de las bandejas

A= Q

CH

( 6)

A= 3512.16 m3/día

220 m/día

A = 15.96 m2

*CH = Valor tomado de: (Chavarro Rodríguez, 2014)

Carga de superficie

q = Q

A

( 8)

q = 3512.16 m3/día

15.96 m2

q = 220.06 m3/m2-día

Tiempo de exposición

T = n ∙ √2 ∗ d

g

( 9)

T = 8 ∗ √2∗ 0.5

9.81

T = 2.55 seg.

Cálculo del caudal que pasa a través de cada orificio: (Nuñez Camacho, 2015)

Qorif = π∗d2

4∗ q

( 10)

Qorif = π∗(0,0004)2

4∗ 220.06

Qorif = 0,0000277 m3/día

44

4.2 DESINFECCIÓN

Hipoclorito de Sodio

Datos:

d = 0,3 mg/l ≈0,3 gr/m3≈ 0,03% (concentración deseada en el agua) *

Q= 146,34 m3/h

r= 10% (porcentaje de cloro activo en el hipoclorito de sodio comercial)

c = 3% (Concentración de la solución líquida de hipoclorito de sodio)

*Datos tomados de la tabla 19

Cálculo del peso del hipoclorito de sodio

P = Q*d

( 20)

P = 146.34*0,3 = 43.90 g/h

Cálculo del peso del producto comercial (Hipoclorito de Sodio)

Pc =P ∗ 100

r

(21)

Pc =43.90∗100

10 = 439 g/h

Cálculo de la demanda horaria de la solución

qs =Pc ∗ 100

c

( 22)

45

qs =439∗100

3 = 160 l/h

Se requieren 160 litros de solución de Hipoclorito de Sodio por hora para desinfectar el

agua con una dosis de 0,3 mg/l (3%)

Cálculo del volumen de la solución

Vs = qs * t

( 23)

Vs = 160 l/h * 12 h = 1920 litros

46

5 CAPÍTULO V

5.1 Conclusiones

▪ Según los resultados de la caracterización de las muestras de aguas subterráneas

realizadas en el estudio “Electrocoagulación para tratamiento de pequeños flujos de

aguas subterráneas de consumo rural”, hay pozos en donde las propiedades

fisicoquímicas resultan fuera del límite permisible, además del análisis

microbiológico en los que también se encuentra contaminación por Coliformes

fecales, coliformes totales y E. Coli; por lo cual este tipo de aguas no cumplen en su

totalidad con la calidad necesaria para el consumo humano, y por ende es necesario

el proceso de potabilización.

▪ Se elaboraron modelos matemático de los procesos: Captación, Aireación de

Bandejas, Filtración Rápida y Desinfección; usando el programa MATLAB, se

establecieron los cálculos a usarse en cada uno de los procesos, esta funcionalidad

ofreció resultados útiles para aplicar al campo experimental en estudio.

▪ Los modelos diseñados cumplen con la norma establecida por la Secretaría Nacional

del Agua (SENAGUA), por lo cual estos modelos pueden ser útiles para cualquier

tipo de agua que requiera de los procesos propuestos en este estudio.

5.2 Recomendaciones

Se propone realizar pruebas de campo con los resultados obtenidos en el simulador para

determinar su eficiencia en los resultados obtenidos.

Construir una planta piloto de acuerdo a la dotación necesaria del lugar de estudio, para de

esta manera realizar pruebas reales en base a los resultados obtenidos del simulador

propuesto.

Se recomienda ampliar los diseños de modelado para otros procesos de potabilización

requeridos según el agua a tratar.

47

5.3 Bibliografía

5.4 Referencias

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79.8992985,16.17z/data=!4m6!3m5!1s0x902d6de7a9edb003:0x119fa42e0ed501c7!4b1!8

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50

5.5 Anexos

Anexo A. TABLAS DE RESULTADOS DE ANÁLISIS DE AGUAS

Tabla 21 POZO 1: Guayas -Recinto Barbasco – Santa Lucía

PARÁMETRO UNIDAD LÍMITE POZO 1

Potencial de Hidrógeno pH 6.5 – 8.5 7

Sólidos totales disueltos mg/L 1000 360

Salinidad ppt - 0.3

Conductividad µs/cm - 540

Nitratos mg/L 10 0.7

Nitritos mg/L 0 0.007

Turbidez FTU 5 16

Color Pt-Co 15 5

Sulfatos mg/L 200 41

Fosfatos mg/L 0.1 1.52

Dureza mg/L 300 204

Hierro mg/L 0.3 0.2

Manganeso mg/L 0.1 0.1


Tabla 22 POZO 2: Manabí -Recinto Las Jaguas – Rocafuerte


Potencial de Hidrógeno pH 6.5 – 8.5 7.6


Salinidad ppt - 0.8




Turbidez FTU 5 78

Color Pt-Co 15 269



Dureza mg/L 300 595

Hierro mg/L 0.3 0.37



51

Tabla 23 POZO 3: Manabí -Recinto Las Jaguas – Rocafuerte


Potencial de Hidrógeno pH 6.5 – 8.5 8.1


Salinidad ppt - 1.4




Turbidez FTU 5 25

Color Pt-Co 15 50



Dureza mg/L 300 986

Hierro mg/L 0.3 0.5



Tabla 24 POZO 4: Guayas -Centro del pueblo de colimes


Potencial de Hidrógeno pH 6.5 – 8.5 7


Salinidad ppt - 0.4




Turbidez FTU 5 21

Color Pt-Co 15 17



Dureza mg/L 300 340

Hierro mg/L 0.3 0.3



52

Tabla 25 Análisis microbiológico del agua cruda del POZO 2

ENSAYO UNIDAD VALORES Límites

Permisibles

Laboratorio

de análisis

Coliformes Totales

UFC/ml

7

˂ 1

Laboratorio

de análisis

de agua.

Epapa-Coli Coliformes Fecales 3

Coliformes Totales

NMP/100ml

1.1x10^1 Laboratorio

Protal-Espol Coliformes Fecales 1.7x10^2

E. Coli 1.1x10^1


53

Anexos B NORMA INEN 1108 AGUA POTABLE

61

Anexos C Fotografías

Fuente: Bryan Burgos P.


Fotografía 1 Pozo de agua subterránea para consumo

Fotografía 2 Vista superior de un pozo abierto de agua

subterránea

62

Figura 12 Resultados de análisis fisicoquímico de la muestra de agua de pozo cruda


63

Figura 13 Resultados de análisis microbiológicos del agua de pozo cruda.


64

Figura 14 Resultado microbiológicos de agua de pozo Manabí.


65


Figura 15 Interfase para el modelo "Captación de aguas"

66


Figura 16 Interfase para el modelo "Diseño de aireadores de bandejas"

67


Figura 17 Interfase para el modelo “Desinfección de aguas”

68


Figura 18 Interfase para el modelo “Filtración Rápida”

69

Anexos D Tutoriales para modelados

TUTORIAL PARA EL MODELO DOTACIÓN

Para la utilización de los modelos desarrollados bajo ambiente de Matlab, los mismos deben

ejecutarse, dentro del software, para esto se despliega la función <<Dotación>>; ubicada en

la carpeta del mismo nombre.

Se despliega el formulario <<Dotacion>>; para realizar cálculos se debe iniciar en la sección

<<VIDA UTIL SISTEMAS DE TRATAMIENTO>>;donde usted deberá pulsar uno de los

botones de opción para seleccionar la vida útil en años del o los equipos que va a dimensionar.

70

Seleccionamos <<Plantas de Tratamiento>> y luego pulsamos la lista desplegable <<Vidal

útil (años), seleccionando 30 años.

Seguidamente se debe ingresar la población Actual de la Población de estudio, así como

seleccionar la <<Tasa de Crecimiento>>, para que se proceda al cálculo de la <<Población

Futura>>. Haremos el caculo para una Población de 1200 habitantes.

71

El <<NIVEL DE SERVICIO>>; debe ser calculado y para ello seleccione el <<Nivel>>;

despegando la lista desplegable.

Seleccionamos la opción <<BB>>; que nos indica que se está calculando para conexiones

domiciliarias con más de un grifo por casa, que poseen sistemas del alcantarillado sanitario.

Se llena el <<Factor de Fugas>> como un porcentaje del 20% del caudal de diseño. Ahora

vamos a seleccionar la <<DOTACION DE AGUA>>, pulsando uno de los botones de

opción, en este ejemplo, seleccionamos <<Clima Calido>>.

Continuamos con el <<CAUDAL MAXIMO DE DISEÑO>>; pulsando el botón de chequeo

llamado <<Caudal máximo calculado>>.

72

El cálculo finaliza en la sección de <<CALCULOS DE BOMBEO>>; donde al seleccionar

<<Tiempo bombeo (h/m3)>> se llena los campos <<Capacidad máxima de Producción de la

Planta (m3/d)>>; y la sección >>SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO>>.

73

TUTORIAL PARA EL MODELO AIREADORES DE BANDEJAS


ejecutarse, dentro del software, para esto se despliega la función <<Aireadores>>; ubicada

en la carpeta del mismo nombre.

Al pulsar el botón <<Run Aireadores>>, ubicado en la barra de herramientas, se despliega el

formulario <<Aireadores>>.

74

Por favor a partir de este momento debe usted seguir las instrucciones de los <<MENSAJES

DE SISTEMAS>>, estos lo irán guiando a través de las aplicaciones del formulario y su

correcta utilización.

En la parte superior izquierda del formulario se presenta una sección llamada <<Variables a

Calcular>>; en ella se encuentran una serie de botones de chequeo para seleccionar el cálculo

apropiado de sus necesidades. Es importante notar que todas las secciones del formulario

están desactivadas, y se irán habilitando de acuerdo a la forma como usted active los botones

de chequeo.

Seleccionando el botón de chequeo <<Área de cada Bandeja (m)>>; se despliega un

<<MENSAJE DE SISTEMA>>; que nos pide seleccionar la <<Carga Hidráulica

(m3/m2*d)>>; además de ingresar el <<Caudal de Diseño (m3/h)>>.

75

Seleccionamos ahora el <<Numero de Bandejas>>; y el sistema nos pide que selecciones el

<<Tiempo de Contacto (s)>> y la <<Separación entre Bandejas (m)>>

Seguidamente nos toca seleccionar el botón de chequeo <<Numero perforaciones por

Bandeja>>; se despliegan dos <<MENSAJES DE SISTEMA>>; que nos van a ayudar a

direccionar nuestros cálculos.

El primero nos pide que seleccionemos la <<Profundidad de agua en las Bandejas (cm)>>;

además de ingresar el <<Caudal de Diseño (m3/h)>> (este valor la fue ingresado). Un

Segundo mensaje nos pide que seleccionemos en la sección <<PERFORACIONES>>; La

<<Separación (cm)>> y el <<Diámetro (mm)>> de los Agujeros junto al <<Coeficiente de

Descarga>>.

Continuamos ahora pulsando el botón de chequeo <<tiempo de Contacto (s), y se despliega

otro mensaje de sistema, que nos pide seleccionemos la <<Profundidad del Agua en la

Bandeja>>; <<El Coeficiente de Descarga>> y el <<Diametro de las Perforaciones>>; (todos

estos parámetros ya fueron ingresados.

76

Luego de completado la parametrización del formulario realizamos los cálculos requeridos

pulsando el botón de acción llamado <<CALCULar>>.

Se llenan los campos con los datos requeridos según observamos en la grafica siguiente:

77

TUTORIAL PARA EL MODELO FILTRACION


ejecutarse, dentro del software, para esto se despliega la función <<FiltracionArena>>;

ubicada en la carpeta del mismo nombre.

<

Se despliega el formulario <<FiltracionArena>>; para realizar cálculos se utilizar la sección

<<CRITERIOS DE DISEÑO PARA FILTROS RAPIDO>>; donde hay varias subsecciones

a saber:

<<PROFUNDIDAD DEL MEDIO>>

<<LECHO DE ARENA>>

<<LECHO MIXTO>>

<<LAVADO FILTRO>>

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<<PARAMETROS FILTRO>>

Según se observa en el mensaje adjunto, en estas secciones se deben determinar los

parámetros de diseño, para el dimensionamiento de los Filtros Rápidos, pulsando cada uno

de los cuadros desplegables, ubicados en las respectivas sub secciones, de esta forma se estará

listo para el diseño de las unidades de filtración.

79

Una vez completado la selección de los parámetros de diseño se procede a los cálculos

necesarios. Para ello se debe ingresar el Caudal de Proceso en m3/d (este parámetro fue

calculado en el modelo <<Dotacion>>).

A continuación, en la sección <<DATOS>>; se debe pulsar el botón de chequeo llamado

<<Realizar Cálculos>>.

El modelo calcula y llena los campos <<Caudal por Filtro <<m3/d); <<Número de Filtros>>;

y <<Área del Filtro (m2)>>.

En la sección <<CALCULOS PARA EL FILTRO>>; debemos seleccionar la <<Longitud

del Filtro (m>>.

80

Esta acción permitirá que el modelo ya con todos los parámetros seleccionados completar los

campos restantes, a saber:

Ancho del Filtro (m)

Volumen Agua Filtrada (m3)

En la sección <<CALCULOS LAVADOS FILTROS>>; se llenan los campos:

Caudal Lavado Filtros (L/s)

Número de Canaletas (m)

Caudal por Canaleta (L/s)

Volumen Agua Requerida para Lavado (m3)

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TUTORIAL PARA EL MODELO DESINFECCION AGUAS


ejecutarse, dentro del software, para esto se despliega la función <<DesinfeccionAguas>>;

ubicada en la carpeta del mismo nombre.

Se despliega el formulario <<DesinfeccionAguas>>; donde se procede a realizar los cálculos

requeridos.

Es importante tomar atención del mensaje de sistema que se despliega al arrancar el modelo.

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El caudal de agua a tratar es dato necesario para los cálculos para desinfección de las aguas

de consumo de nuestra comunidad de estudio.

En la sección <<DEMANDA CLORO PARA AGUAS>>; se debe pulsar el botón de acción

que ubique el tipo de aguas que vamos a tratar.

Se presentan datos para el cuadro desplegable <<Dosificacion (mg/L), se debe seleccionar

un dato de este cuadro combinado según se puede leer en el MENSAJE DE SISTEMA

desplegado.

83

El sistema nos sigue enviando mensajes para que podamos avanzar en los cálculos de forma

correcta. En este caso nos pide que seleccionemos el porcentaje de cloro activo generado in

situ.

Se han calculado y llenado todos los campos de la sección <<CLORO PRODUCIDO IN

SITU>>; y se presenta otro mensaje de sistema que nos pide dar clic en el botón de chequeo

<<CALCULAR>> para obtener el flujo másico de la solución de cloro líquido (gr/h)

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Se ha completado el cálculo y todos los campos están llenos, habiendo obtenido la

información necesaria para nuestro proceso de DESINFECCION.

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