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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ABASTECIMI ENTO DE AGUA POTABLE EN LA VEREDA SAN JUAN NEPOMUCENO DEL MUNICI PIO DE TÓPAGA-

BOYACÁ

DANIEL ALEJANDRO CELY VARGAS

DARÍO ARMANDO SOLEDAD BAUTISTA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA DUITAMA

2010

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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ABASTECIM IENTO DE AGUA POTABLE EN LA VEREDA SAN JUAN NEPOMUCENO DEL MUNICI PIO DE TÓPAGA-

BOYACÁ

DANIEL ALEJANDRO CELY VARGAS

DARÍO ARMANDO SOLEDAD BAUTISTA

Trabajo de grado en la modalidad de monografía, pre sentado como requisito parcial

para optar por el título de INGENIERO ELECTROMECÁNI CO

Director: Ing. MELCHOR ANTONIO GRANADOS SAAVEDRA Docente de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Seccional Duitama

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA DUITAMA

2010

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TABLA DE CONTENIDO 1. TÍTULO …………………………………………………………………………..…….……….5 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………………………………………………….…....6

2.1 Antecedentes……………………………………………………………………….……….….6

2.2 Definición del problema ……………………………………………………………….…..….6

2.3 Formulación del problema…………………………………………………………..…..….…7

3. JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………………...…..8

3.1 Justificación Técnica……………………..………………………………………..……….….8

3.2 Justificación Económica………………………………………………………………….……8

3.3 Justificación Social……………………...………………………………………………….….8

4. OBJETIVOS…………………………………………………………………………….…….9

4.1 Objetivo General………………..……………………………………………...………….….9

4.2 Objetivos Específicos…………………………………………………………..……….…….9

5. MARCO REFERENCIAL………………………………………………………….……....10

5.1 Marco Conceptual………………………………………………………………………...….10

5.1.1 Principales tipos de fuentes de agua……………..………….…….....…………………10 5.1.2 Agua contaminada proveniente de ríos…………………………….....…………………10

5.1.3 Criterios de calidad del agua…………..…………………….....…………...……………12 5.1.4 Agua potable y apta para el consumo humano………….……………...……………...12 5.1.5 Teoría hidráulica………………….…………..……………………………….……………12 5.2 Marco Teórico………………………………………………………….………...……..…….14 5.2.1 Potabilización de agua………………………………………..………….….…………….14

5.2.2 Procesos en la potabilización de agua………………….…………..….….…………….15 5.2.3 Tipos de potabilización de agua…....…………………………...………………..………17

5.2.4 Captación del agua………….….……..…………….……………….……………….……20

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5.2.5 Tipos de sistemas de abastecimiento de agua………...…..…………..……...….……20

5.2.6 La bomba centrífuga…..………..…………..…………………………….………………21 5.2.7 Elementos en un sistema de distribución de agua por gravedad…….………………24 6. ALCANCES Y LIMITACIONES……………………………………………………………..25

6.1 Alcances……………………………………….……………………………………….……..25 6.2 Limitaciones……………………………………….…………………………..……………...25 7. DISEÑO METODOLÓGICO PRELIMINAR...………………….….………………………26

7.1 Tipo de investigación…………………………………….……………………..……………26

7.2 Población…………………………………………………….……………………………..…26 7.3 Recolección de la información……………………………….……………..………………26 7.4 Procesamiento de la información……….……………………….………………….………27 8. RECURSOS……………………………………………………….……………………...…28

8.1 Talento humano……………………………………………………….……………...………28

8.2 Recursos físicos………………………………………………………….…………..………28 9. PRESUPUESTO………………….………………………………………….…………….…29 10. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES………………………….………………….…...……30

11. BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA PRELIMINAR……………………………………...…..31

11.1 Bibliografía preliminar ……………………………..………………………..…………..31

11.2 Infografía preliminar……………………………….….……………………………….....32

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1. TÍTULO

“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ABASTECIM IENTO DE AGUA POTABLE EN LA VEREDA SAN JUAN NEPOMUCENO DEL MUNICI PIO DE TÓPAGA-

BOYACÁ”

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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1 ANTECEDENTES El municipio de Tópaga está ubicado en la provincia del Sugamuxi del departamento de Boyacá, a 2900 metros de altura sobre el nivel del mar. Se estima que su población es de 4189 habitantes y presenta una temperatura promedio de 12°C. En la figura 1 se muestra la ubicación geográfica del proyecto. En esta población se encuentra la vereda de San Juan Nepomuceno la cual es atravesada por un río, el cual se constituye como la única fuente de suministro de agua para los habitantes de ésta vereda, ya que allí no se cuenta con un sistema de acueducto debido a la mala administración municipal. 1 En la vereda San Juan Nepomuceno las condiciones de vida de los habitantes son realmente preocupantes, y más aún cuando la única fuente de agua utilizada para comer, para bañarse y para diversos usos, es la que recogen del río. Esta agua según algunos estudios realizados previamente presentó un alto grado de contaminación y por lo tanto no cumple con los estándares y requisitos mínimos de calidad para ser consumida por la población humana. 2 2.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Debido a que el agua del río de la Vereda San Juan Nepomuceno del Municipio de Tópaga no es apta para el consumo humano ya que presenta un alto grado de contaminación y salinidad, lo que se comprobará cuando se dé inicio al proyecto; se hace necesario hacer una propuesta de solución a este problema que es la de potabilizar esta agua para que esté en las mejores condiciones de higiene y salubridad. En consecuencia de lo anterior surge la idea de diseñar e implementar un sistema de abastecimiento de agua potable, en el que es necesario instalar un depósito para el almacenamiento de agua en un punto elevado para distribuir el agua por gravedad, y que tenga un volumen suficiente para cubrir las necesidades de la comunidad durante la vida útil del proyecto. Al cubrir una necesidad básica como el acceso al agua potable, conseguiremos que las personas se enfermen con una frecuencia mucho menor, que puedan desarrollar sus actividades de trabajo en total normalidad, y que no tengan la necesidad de comprar medicamentos y así poder invertir ese dinero para cubrir otras necesidades. Con esta acción pretendemos que mejore la calidad de vida de la comunidad y contribuyamos a su desarrollo.

1 Colección Nuestra Región, fascículo N°12. Copyright Casa Editorial El Tiempo. 2007 2 Primer informe de proyecto de investigación Gente, Uptc. [Agosto de 2009]

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2.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cómo el diseño e implementación de un sistema de a bastecimiento de agua potable permite dar la solución a las necesidades b ásicas, contribuyendo al mejoramiento de la calidad de vida y al desarrollo de la población de Tópaga?

Figura 1 . Ubicación geográfica del proyecto

Fuente: Google Maps

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3. JUSTIFICACIÓN

3.1 JUSTIFICACIÓN TÉCNICA Técnicamente la viabilidad del proyecto se basa en la importancia de su desarrollo y el buen diseño al que se llegue finalmente. Con el diseño del sistema de abastecimiento de agua potable se estudiarán y se evaluarán los costos que implicaría su implementación para mejorar las condiciones del agua del río, y poner en práctica los conocimientos adquiridos en las áreas de hidráulica y mecánica. 3.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA En el diseño del sistema de abastecimiento de agua potable en la vereda San Juan Nepomuceno en el municipio de Tópaga, se mostrará que se puede obtener la reducción en los costos de transporte de agua desde el municipio hasta la vereda, y en la inversión en tratamientos médicos para la comunidad. El presente proyecto pretende estudiar y evaluar algunos enfoques de los recursos hidráulicos que deben tomarse en cuenta para construir una nueva forma de economía en nuestro país.

3.3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL Estos nuevos enfoques ofrecen la oportunidad de introducir recientes aplicaciones de la tecnología probada para resolver problemas del uso del agua y que son fuente de muchos de los problemas sociales, económicos y por ende de salud y pobreza que pueden formar parte de los propósitos de la mejora de la calidad de vida de los habitantes de los municipios como objetivo a corto y largo plazo.

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4. OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GENERAL Suministrar agua potable, de excelente calidad y en las mejores condiciones de higiene y salubridad a los habitantes de la Vereda San Juan Nepomuceno mediante el diseño e implementación de un sistema de abastecimiento.

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Conocer detalladamente el estado actual del agua del río de la vereda San Juan

Nepomuceno, así como el impacto que tiene el consumo y utilización de ésta agua por parte de los habitantes de la vereda.

• Suministrar agua potable de excelente calidad en la vereda mediante la reducción del porcentaje de bacterias y la eliminación de los desechos orgánicos del agua para determinar los efectos favorables que tendría la implementación del sistema de abastecimiento de agua potable sobre la población.

• Mejorar los hábitos de consumo de agua y de salud integral por parte de la comunidad.

• Provocar un impacto sanitario favorable en la población más vulnerable a las enfermedades.

• Establecer las condiciones del buen suministro de agua potable mediante la determinación de la influencia que tiene cada uno de los elementos que componen el sistema de abastecimiento de agua como el tanque de almacenamiento, las bombas, la tubería, entre otros.

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5. MARCO REFERENCIAL 5.1 MARCO CONCEPTUAL 5.1.1 PRINCIPALES TIPOS DE FUENTES DE AGUA Manantiales: Los manantiales son puntos donde el agua surge a la superficie desde una fuente subterránea. Normalmente suelen tener un flujo de alrededor de 2 l/s. Aunque pueden ser más abundantes. Arroyos, grandes corrientes y ríos: Son las fuentes menos deseables porque son las más contaminadas, especialmente cuando corriente arriba existen poblaciones humanas o zonas de pastoreo de ganado. De todas maneras, en ocasiones las necesidades de la comunidad no se pueden satisfacer por otros medios y no queda más remedio que emplearlo. También es una fuente de agua que cambia notablemente con la época del año en la que nos encontremos. Esta fue la fuente escogida, en la figura 2 se muestra la ubicación en detalle del proyecto. 3

Figura 2. Ubicación en detalle del proyecto

Fuente: Ing. Antonio Granados

5.1.2 AGUA CONTAMINADA PROVENIENTE DE RÍOS Las aguas contaminadas contienen los productos de las actividades humanas, tanto líquidos como sólidos, contienen materias orgánicas y fecales, productos de limpieza, aceites, sales y partículas de diferente tipo, así como múltiples elementos que resultan de las actividades industriales por ejemplo metales pesados, diferentes productos químicos de tipo orgánico, etc. El agua como tal es un compuesto químico de formula H2O sin embargo por su gran capacidad de disolver, el agua que se encuentra en la naturaleza contiene diferentes

3 Pérez Carrión, J. M. y Vargas, L. El agua. Calidad y tratamiento para consumo humano. Manual I, Serie Filtración Rápida. Programa Regional.

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cantidades de diversas sustancias en solución y hasta en suspensión, lo que corresponde a una mezcla:

• Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman ácidos oxácidos. • Los óxidos de los metales u óxidos básicos reaccionan con el agua para formar

hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en el agua, pero los óxidos de los metales activos se combinan con gran facilidad.

• El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los halógenos. • El agua forma combinaciones complejas con algunas sales, denominándose

hidratos. En algunos casos los hidratos pierden agua de cristalización cambiando de aspecto, y se dice que son eflorescentes, como le sucede al sulfato cúprico, que cuando está hidratado es de color azul, pero por pérdida de agua se transforma en sulfato cúprico anhidro de color blanco.

Las propiedades químicas del agua contaminada se dividen en dos grandes grupos: sólidos en suspensión y compuestos en disolución. La materia orgánica tanto en suspensión como en disolución presenta una composición casi homogénea en las que predominan proteínas, hidratos de carbono y algunas grasas o aceites sin olvidar fenoles y plaguicidas. La distribución de esta materia orgánica es importante respecto a características organolépticas del agua y algunas propiedades físicas tales como densidad y turbidez y químicas como el pH, ya que se ven notablemente afectadas. Efectos nocivos del agua contaminada Para la población: Perjuicios a la salud humana (intoxicaciones, enfermedades infecciosas y crónicas, muerte). Molestias estéticas (malos olores, sabores y apariencia desagradable). 4 En la tabla 1 se muestran algunos componentes químicos típicos que pueden hallarse en las aguas contaminadas y sus efectos.

Tabla 1 . Componentes de aguas contaminadas

Fuente: Laboratorio Hydritec

4 Di Bernando, L (1991) Water - Supply problems and treatment technologies in developing countries of South America

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5.1.3 CRITERIOS DE CALIDAD DEL AGUA Calidad del agua: Es el conjunto de características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas propias del agua.

• Organolépticos: olor, Sabor, percepción visual (sustancias y materiales flotantes). • Microbiológicos: presencia de microorganismos patógenos (Coliformes totales,

Coliformes fecales, Mesófilos). • Físico-Químicos: características como: PH, Color, turbiedad, Sólidos, Cloro

residual, alcalinidad, dureza, cloruros, hierro, Nitritos, Sulfatos. 5 5.1.4 AGUA POTABLE Y APTA PARA EL CONSUMO HUMANO Es aquella que cumple condiciones y requisitos de calidad para ser consumida por la población humana sin producir efectos adversos a su salud. Se entiende por agua potable la que es apta para beber y para los demás usos domésticos, ésta debe ser limpia, inolora, fresca y agradable, debe contener algunos gases, especialmente aire y sales disueltas en pequeñas cantidades. No debe poseer materias orgánicas, gérmenes patógenos ni sustancias químicas. Esta agua es un bien indispensable para el desarrollo de toda civilización, ya que posibilita la expansión demográfica y los progresos de la producción, que van desde la agricultura hasta la electrónica. El agua es la necesidad más urgente para el ser humano, a pesar de ello son muy pocas las poblaciones que disponen de este elemento en cantidad suficiente, ya que su distribución en el mundo es despareja. 6 5.1.5 TEORÍA HIDRÁULICA Para el dimensionamiento y la construcción del sistema, se deben tener en cuenta los fundamentos teóricos vigentes en un sistema de distribución y abastecimiento de agua por gravedad. Para imprimir movimiento al agua es necesario aplicarle una determinada energía. En un sistema de abastecimiento de agua por gravedad la fuente de dicha energía es la ejercida por el campo gravitatorio terrestre. La cantidad de dicha energía que posee el sistema está determinada por las elevaciones relativas entre todos los puntos del sistema. Una vez se haya construido, todos los puntos del sistema estarán fijados y no podrán moverse, con lo que las alturas relativas no variarán. Consecuentemente para cualquier sistema existe una cantidad fija especifica de energía gravitatoria disponible para poder mover el agua, entonces se buscará el diseño ideal del trazado de tuberías para poder transportar el agua a determinados flujos deseados a partir del manejo preciso de esta energía contemplando, por un lado, conservarla y, por otro, disiparla por medio de las pérdidas ocasionadas por fricción. Esto se hará seleccionando el tamaño y tipo de tubería, la localización estratégica de válvulas de control, tanques rompe-presión, tanques de distribución, etc. Hidrostática: La hidrostática es la parte de la hidráulica que estudia los líquidos en reposo. Aquí solo se tiene en cuenta el caso en el que el agua está en reposo en una

5 Pérez Carrión, J. M. y Vargas, L. El agua. Calidad y tratamiento para consumo humano. Manual I, Serie Filtración Rápida. Programa Regional. 6 Monografias.com/el agua

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tubería que pertenece a un sistema de abastecimiento de agua. En dicho caso, el sistema está en equilibrio estático y las presiones que se miden son iguales en cualquier punto. Es decir, que si en cualquier punto del sistema se inserta un tubo piezométrico, la columna de agua que ascendería por dicho tubo se elevaría hasta justamente la línea de carga estática del sistema, o hasta el nivel más alto del sistema, por ejemplo, el de la superficie libre de un deposito. Hidrodinámica: Suponiendo ahora que, en el caso anterior, se abre parcialmente la válvula de control, permitiendo que circule un pequeño caudal de agua (suponiendo que el tanque se rellena a la misma velocidad a la que va perdiendo el agua, de tal manera que el nivel de la superficie permanezca constante). Lo que se observará es que el nivel de las columnas de agua que hay dentro de los tubos piezométricos instalados a lo largo de la tubería va a decrecer un poco. A medida que la válvula de agua se abre poco a poco para permitir que circule un mayor caudal, los niveles de dichas columnas decrecerán aun más.

Ecuación de continuidad: La ecuación de continuidad y el teorema de Bernoulli son clave para el entendimiento del funcionamiento y naturaleza de dichos sistemas. La ecuación de continuidad constituye la expresión analítica del principio de la conservación de masa, es decir en el movimiento de un fluido su masa no sufre variación. Sean 1 y 2 dos secciones transversales de un tubo de corriente de áreas S1 y S2. En el interior de este tubo se considerarán las líneas de corriente cuyas secciones transversales tienen por áreas S1 y S2. En la sección 1 la velocidad normal a la sección transversal elemental S1 es v1 y para S2 será v2. El caudal máximo entrante por la sección S1 tiene que ser igual al saliente por la sección S2, pues de lo contrario se produciría una variación de la masa fluida en el interior del elemento de corriente, lo cual es imposible en un movimiento permanente de un fluido incompresible, pues la densidad es constante. Por lo tanto:

�� ∗ �� = �� ∗ �� = �

Donde �� y �� son las velocidades medias de las secciones 1 y 2 respectivamente. La aplicación directa de la Ecuación de Continuidad es determinar los caudales mínimos y máximos deseados para cada diámetro de tubería. La velocidad máxima de flujo deseado se toma como 3 m/s y la mínima 0,7 m/s. Puesto que se conocen los diámetros de las tuberías y de ahí las secciones transversales, se podrá deducir cual es el caudal necesario. Teorema de Bernoulli: En los sistemas de distribución de agua por gravedad se puede simplificar diciendo que la energía está presente de cuatro formas diferentes: como energía potencial, presión, velocidad y fricción. La Ecuación de Bernoulli es simplemente una ecuación de energía que relaciona entre si cada una de estas formas de energía presentes en un fluido sometido a un campo gravitatorio. Ecuación de Bernoulli para el caso real: En el caso real, la diferencia está en que si se contemplan las pérdidas de energía que sufre el sistema. Es decir, que la energía ya no se va a conservar puesto que parte de ella se pierde por fricción y turbulencia del agua. La Ecuación de Bernoulli queda de la siguiente manera:

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��⍴ �

�

2 � � = ��⍴ �

�

2 � � ∆� = ���

Siendo ∆H el termino que refleja las pérdidas de energía del punto 1 al punto 2. El término incluye las pérdidas de energía por fricción del agua con la tubería, las pérdidas de carga debidas al paso del agua por válvulas, codos, T´s, etc. y las pérdidas ocasionadas por las turbulencias internas de las moléculas de agua unas contra otras. En la figura 3 se ilustra la ecuación de continuidad. 7

Figura 3. Gráfico de la ecuación de continuidad

Fuente: Google Ecuación de continuidad

5.2 MARCO TEÓRICO 5.2.1 POTABILIZACIÓN DEL AGUA

La potabilización del agua significa la extracción, desactivación o eliminación de los microorganismos patógenos que existen en el agua. La destrucción y/o desactivación de los microorganismos supone el final de la reproducción y crecimiento de esto microorganismos. Si estos microorganismos no son eliminados el agua no es potable y es susceptible de causar enfermedades. El agua potable no puede contener estos microorganismos. La potabilización se logra mediante desinfectantes químicos y/o físicos. Estos agentes también extraen contaminantes orgánicos del agua, que son nutrientes para los microorganismos. Los desinfectantes no solo deben matar a los microorganismos sino que deben además tener un efecto residual, que significa que se mantienen como agentes activos en el agua después de la desinfección para prevenir el crecimiento de los microorganismos en las tuberías provocando la recontaminación del agua. 8 Compuestos químicos para la desinfección del agua: Cloro (Cl), Dióxido de Cloro (ClO2), Hipoclorito (OCl-), Ozono (O3), Halógenos: Bromo

7 Teoremas de Bernoulli y ecuación de continuidad, en aplicaciones prácticas. Información suministrada por el director del proyecto. 8 Manual de tratamiento de aguas. Galvis, A. Vargas, V. (2008).

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(Br2), Iodo (I), Cloruro de Bromo (BrCl), Metales: cobre (Cu2+), plata (Ag+), Permanganato potásico (KMnO4), Fenoles, Alcoholes, Jabones y detergentes, Sales de amonio, Peróxido de Hidrogeno, Distintas ácidos y bases. Compuestos físicos para la desinfección del agua: Luz Ultravioleta (UV), Radiación electrónica, Rayos Gamma, Sonido, Calor.

La cloración es el método más utilizado para desinfectar el agua. La fuente de cloro puede ser el hipoclorito de sodio, la cal clorinada o el hipoclorito hiperconcentrado. Es altamente tóxico para una gran cantidad de microorganismos, muy soluble en agua, tiene aptitud desodorizante y es un buen detergente además de su economía y disponibilidad de grandes cantidades. Función de la potabilización: La inactivación química de los contaminantes microbiológicos en agua natural o no tratada es normalmente uno de los pasos finales de la purificación para la reducción de microorganismos patógenos en el agua. La combinación de diferentes pasos para la purificación del agua (oxidación, coagulación, sedimentación, desinfección, filtración) se utiliza para la producción de agua potable y segura para la salud. Como medida adicional en muchas plantas de tratamiento utilizan un método secundario de desinfección del agua, para evitar y proteger las aguas de la contaminación biológica que se pudiera producir en la red de distribución. Normalmente se utilizan un tipo de desinfectante diferente al que se utiliza en el proceso de purificación durante etapas previas. El tratamiento secundario de desinfección asegura que las bacterias no se multiplican en el sistema de distribución del agua. Esto es necesario porque las bacterias pueden permanecer en el sistema y en el agua a pesar de un tratamiento primario de desinfección, o pueden aparecer posteriormente durante procesos de retrolavado o por mezcla de aguas contaminadas por ejemplo por inclusión de bacterias en las procedentes de aguas subterráneas que se introducen debido a grietas en el sistema de tuberías o distribución. Mecanismo de potabilización: La potabilización normalmente provoca la corrosión de la pared celular de los microorganismos, o cambios en la permeabilidad de la célula, cambios en la actividad de protoplasma celular o actividad enzimática (debido al cambio estructural de las encimas). Estos problemas en la célula evitan la multiplicación de los microorganismos. Los desinfectantes también provocan la oxidación y destrucción de la materia orgánica que son generalmente nutrientes y fuente de alimentación de los microorganismos. 9

5.2.2 PROCESOS EN LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA Transferencia de sólidos : Se consideran en esta clasificación los procesos de cribado, sedimentación, flotación y filtración. A. Cribado o cernido: Consiste en hacer pasar el agua a través de rejas o tamices, los cuales retienen los sólidos de tamaño mayor a la separación de las barras, como ramas, palos y toda clase de residuos sólidos. También está considerado en esta clasificación el microcernido, que consiste básicamente en triturar las algas reduciendo su tamaño para que puedan ser removidas mediante sedimentación.

9 Manual de tratamiento de aguas. Galvis, A. Vargas, V. (2008).

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B. Sedimentación: Consiste en promover condiciones de reposo en el agua, para remover, mediante la fuerza gravitacional, las partículas en suspensión más densas. C. Flotación: El objetivo de este proceso es promover condiciones de reposo, para que los sólidos cuya densidad es menor que la del agua asciendan a la superficie de la unidad de donde son retirados por desnatado. Para mejorar la eficiencia del proceso, se emplean agentes de flotación. Mediante este proceso se remueven especialmente grasas, aceites, turbiedad y color. Los agentes de flotación empleados son sustancias espumantes y microburbujas de aire. D. Filtración: Consiste en hacer pasar el agua a través de un medio poroso, normalmente de arena, en el cual actúan una serie de mecanismos de remoción cuya eficiencia depende de las características de la suspensión (agua más partículas) y del medio poroso. Este proceso se utiliza como único tratamiento cuando las aguas son muy claras o como proceso final de pulimento en el caso de aguas turbias. Los medios porosos utilizados además de la arena, que es el más común son la antracita, el granate, la magnetita, el carbón activado, la cáscara de arroz, la cáscara de coco quemada y molida y también el pelo de coco en el caso de los filtros rápidos. Transferencia de iones : La transferencia de iones se efectúa mediante procesos de coagulación, precipitación química, absorción e intercambio iónico. A. Coagulación química: Consiste en adicionar al agua una sustancia que tiene propiedades coagulantes, la cual transfiere sus iones a la sustancia que se desea remover, lo que neutraliza la carga eléctrica de los coloides para favorecer la formación de flóculos de mayor tamaño y peso. Los coagulantes más efectivos son las sales trivalentes de aluminio y fierro. Las condiciones de pH y alcalinidad del agua influyen en la eficiencia de la coagulación. Este proceso se utiliza principalmente para remover la turbiedad y el color. B. Precipitación química: La precipitación química consiste en adicionar al agua una sustancia química soluble cuyos iones reaccionan con los de la sustancia que se desea remover, formando un precipitado. Tal es el caso de la remoción de hierro y de dureza carbonatada (ablandamiento), mediante la adición de cal. C. Intercambio iónico: Consiste en un intercambio de iones entre la sustancia que desea remover y un medio sólido a través del cual se hace pasar el flujo de agua. Este es el caso del ablandamiento del agua mediante resinas, en el cual se realiza un intercambio de iones de cal y magnesio por iones de sodio, al pasar el agua a través de un medio poroso constituido por zeolitas de sodio. Cuando la resina se satura de iones de calcio y magnesio, se regenera introduciéndola en un recipiente con una solución saturada de sal. D. Absorción: La absorción consiste en la remoción de iones y moléculas presentes en la solución, concentrándolos en la superficie de un medio adsorbente, mediante la acción de las fuerzas de interfaz. Este proceso se aplica en la remoción de olores y sabores, mediante la aplicación de carbón activado en polvo. Transferencia de gases: Consiste en cambiar la concentración de un gas que se encuentra incorporado en el agua mediante procesos de aireación, desinfección y recarbonatación.

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A. Aireación: La aireación se efectúa mediante caídas de agua en escaleras, cascadas, chorros y también aplicando el gas a la masa de agua mediante aspersión o burbujeo. Se usa en la remoción de hierro y manganeso, así como también de anhídrido carbónico, ácido sulfhídrico y sustancias volátiles, para controlar la corrosión y olores. B. Desinfección: Consiste en la aplicación principalmente de gas cloro y ozono al agua tratada. C. Recarbonatación: Consiste en la aplicación de anhídrido carbónico para disminuir el pH del agua, normalmente después del ablandamiento. Transferencia molecular: En el proceso de purificación natural del agua. Las bacterias saprofitas degradan la materia orgánica y transforman sustancias complejas en material celular vivo o en sustancias más simples y estables, incluidos los gases de descomposición. También los organismos fotosintéticos convierten sustancias inorgánicas simples en material celular, utilizando la luz solar y el anhídrido carbónico producto de la actividad de las bacterias y a la vez, generan el oxígeno necesario para la supervivencia de los microorganismos aeróbicos presentes en el agua. Este tipo de transferencia se lleva a cabo en la filtración, en la cual los mecanismos de remoción más eficientes se deben a la actividad de los microorganismos. 10 5.2.3 TIPOS DE POTABILIZACIÓN Filtro de grava: Es un tipo de potabilización que consiste en dos o mas módulos operados en paralelo con un flujo descendente, donde cada unidad es empacada con lechos de grava de granulometrías variables en el rango de gruesa en el fondo a mas fina en la superficie. La grava de mayor tamaño origina grandes áreas superficiales dentro del lecho filtrante y por consiguiente valores bajos de carga superficial, favoreciendo el proceso de sedimentación como mecanismo predominante en el filtrado del material solido. El lecho filtrante esta formado por tres capas de grava con tamaños que varían entre 3 y 25 mm. La capa más fina se coloca en la superficie y la más gruesa sobre el fondo de la unidad, cubriendo el sistema de drenaje. La longitud recomendada para el filtro es de 0.6 m. La capa intermedia y la última funcionan como lecho de soporte. En la tabla 2 se muestra el espesor y granulometría de las gravas.

Tabla 2 . Gravas

Fuente: Mecánica de Fluidos, Munson

10 Manual de tratamiento de aguas. Galvis, A. Vargas, V. (2008).

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Estructura de entrada y salida: La entrada debe incluir elementos que permitan la disipación de energía, el control, la medición, distribución del flujo y vertimiento de los excesos. La estructura de salida debe permitir el drenaje del caudal de rebose durante la operación y el vertimiento del agua del lavado durante la limpieza superficial del filtro. Sistema de Recolección-drenaje: El objetivo es captar el agua tratada lo mas uniforme posible, colectar el agua de lavado y drenar la unidad cuando se realizan las actividades de mantenimiento. El sistema de recolección y drenaje consiste en tubería de PVC que forman los colectores laterales y el colector principal, disponiendo de una válvula de apertura rápida en la tubería de recolección y drenaje. 11 La velocidad de filtración debe estar entre 2-3 m/h por ello se opta por una velocidad de 2,5 para que en caso de que uno de los filtros deba pararse, este no llegue a exceder 3 m/h. El área de cada modulo debe ser As < 10 m2. Se propone por tanto la construcción de cinco filtros de grava en paralelo, de 7 m3 cada uno, diseñando un filtro más de lo necesario para tenerlo de reserva en caso de necesidad. La longitud de la estructura se determina a partir de la ecuación:

� = ����

� = ���

Donde: A = Área total del filtro [m2]. Qd = Caudal de entrada al filtro [m3/h]. Vf = Velocidad de filtrado [m/h]. L = Longitud de cada modulo que forma el filtro [m]. As = Área de cada modulo [m2]. b = Ancho de cada modulo [m]. Filtro lento de arena (FLA): Un filtro lento de arena es un tanque grande con un drenaje en la parte de abajo, que esta cubierto por una capa base de gravilla y, por encima de esta, una capa mayor de arena de filtrado. El filtro funciona reteniendo el agua mecánicamente cuando esta pasa a través de la arena y, además, atacando biológicamente las impurezas orgánicas puesto que en las bases arenosas y de gravilla se crea una capa de una especie de limo constituido por bacterias que se alimentan de impurezas orgánicas que se encuentran en el agua. Estos filtros son relativamente fáciles de construir, pero el problema está en que el filtro de arena solo puede procesar entre 0,002 y 0,003 L/s por cada metro cuadrado de superficie de filtrado, entonces se requiere una superficie muy grande para un flujo mínimo de agua. Por otro lado el filtro requiere una atención regular porque de pronto en vez de eliminar las bacterias, el filtro puede convertirse en fuente de ellas. El medio filtrante debe estar compuesto por granos de arena duros y redondeados, libres de arcilla y materia orgánica. La arena debe lavarse, procedimiento con el que también se eliminan los granos mas finos, disminuyendo el coeficiente de uniformidad y elevando el diámetro promedio de los granos de arena. Experimentalmente se ha encontrado que el diámetro efectivo es del orden de 0,15-0,30 mm. Para las aguas claras con gran

11 Gómez Galán, Manuel y Sainz ollero, Héctor, El ciclo del Proyecto de Cooperación al Desarrollo, Cideal 2009.

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contenido bacteriológico el diámetro efectivo es 0,10 mm, en cambio para las agua muy turbias el diámetro efectivo es 0,40 mm. Cloración: La cloración ha desempeñado durante casi un siglo una función crítica al proteger los sistemas de abastecimiento de agua potable de las enfermedades infecciosas transmitidas por el agua. Se ha reconocido ampliamente la cloración del agua potable como uno de los avances más significativos en la protección de la salud publica. La filtración y la cloración prácticamente han eliminado las enfermedades transmitidas por el agua (como el cólera, la tifoidea, la disentería y la hepatitis A) en los países desarrollados. Los desinfectantes basados en cloro son los únicos con las propiedades residuales duraderas que previenen un nuevo crecimiento microbiano y proporcionan protección continua durante todo el proceso de distribución. El hipoclorito puede destruir cultivos puros de bacterias. La exposición al cloro parece causar alteraciones físicas, químicas y bioquímicas en la pared de la célula. Destruyendo así su barrera protectora, con lo que concluyen las funciones vitales y se produce la muerte del microorganismo. Los siguientes factores influyen en la potabilización del agua:

• La naturaleza y número de los organismos a ser destruidos. • El tipo y concentración del desinfectante usado. • La temperatura del agua a ser desinfectada. Cuanta más alta sea la temperatura,

mas rápida es la desinfección. • El tiempo de contacto. El efecto de desinfección se vuelve mas completo cuando

los desinfectantes permanecen más tiempo en contacto con el agua. • La naturaleza del agua a ser desinfectada. Si el agua contiene partículas en

suspensión, especialmente de naturaleza coloidal y orgánica, el proceso de potabilización es generalmente obstaculizado.

• El pH (acidez/alcalinidad) del agua. • La mezcla. Una buena mezcla asegura la adecuada dispersión del desinfectante a

través de toda el agua y, así, promueve el proceso de desinfección.

Para el tratamiento eficaz del agua, se ha reconocido la necesidad de una exposición adecuada al desinfectante y una dosis suficiente de desinfectante por un determinado periodo. El valor CT representa la combinación de la dosis de desinfectante y el tiempo que el agua ha estado expuesta a una mínima cantidad de desinfectante residual. 12

�� = � � �! " ∗ #$ %&'

C = concentración final de desinfectante en mg/l. T = tiempo mínimo de exposición en minutos. Ajuste del pH: El pH del agua de salida es necesario mantenerlo entre los valores estándar (6,5 < pH < 8,5) para evitar tener un agua agresiva, que pueda producir corrosiones e incrustaciones en la red. Para corregir el pH entre estos valores se utilizan varios reactivos, que pueden dosificarse de forma liquida (en solución), o en polvo. Dependiendo del pH previo a la corrección, se pueden requerir dos situaciones, aumentar o disminuir el pH, los reactivos mas usados son:

12 Programa de servicios básicos, salud y medio ambiente. Oficina de comunicion social – Epsel S.A. 2007.

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• Aumento de pH: Hidróxido sódico o cálcico, carbonato sódico. • Reducción de pH: Ácidos sulfúricos o clorhídrico, anhídrido carbónico.

5.2.4 CAPTACIÓN DEL AGUA Consiste en simples tomas acopladas a un canal de derivación. Se utilizan en ríos en los cuales los mínimos de estiaje aportan la fuerza de agua necesaria para derivar el caudal requerido. Deben preverse rejas, tamices y compuertas para evitar el ingreso de sólidos flotantes. Son recomendables en zonas de muy baja pendiente. El canal de derivación se construye sobre tramo rectilíneo o en tramo de transición entre curvas del curso superficial para el nivel mínimo de aguas.

Determinación del nivel del río: Para un sistema por gravedad se debe considerar el caudal máximo diario para la población de diseño, deben obtenerse los niveles máximos y mínimos anuales en estaciones hidrológicas cercanas. Dispositivos de mantenimiento de nivel: Son obras ejecutadas en un rio o en curso superficial estrecho, ocupando toda su anchura, con la finalidad de elevar el nivel de agua en la zona de captación y asegurar el sumergimiento permanente de la toma de agua. Se pueden emplear presas, vertederos o colocar piedras en el lecho del rio, constituyendo lo que se denomina enrocamiento. Canal de derivación: El canal de derivación se construye para conducir al agua desde la bocatoma hasta una cámara colectora, desarenador o planta de tratamiento. Los canales deben ser construidos cuidando que la velocidad no ocasione erosión ni sedimentación de material. En los canales revestidos la velocidad deberá ser menor a 0,6 m/s para evitar la sedimentación de sólidos suspendidos. Para el cálculo hidráulico de canales se emplea la ecuación de continuidad:

� = ��

Donde: Q = Caudal [l/s] o [m3 /s].

� = Velocidad del flotador [m/s]. A = Sección media del rio [m2]. 5.2.5 TIPOS DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Sistemas abiertos: Los puntos de servicio de agua pueden permanecer abiertos todo el tiempo y se suministrara aun así un flujo constante de agua a todos estos puntos de servicio. Es decir, que el caudal que se tiene es suficiente como para abastecer a todos los puntos de servicio constantemente, sin necesidad de un tanque de distribución o depósitos de reserva. Sistemas cerrados: En ellos, el caudal de agua disponible no es suficiente para abastecer simultáneamente todos los puntos de servicio o plantea carencias en las horas punta de consumo, con lo que se hace necesario el uso de un tanque de distribución. Todos los puntos de servicio del sistema deben contar con un sistema de cierre, como

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puede ser un grifo. Partiendo de estas dos categorías se pueden construir cinco tipos de sistemas:

• Sistema abierto sin grifos de cierre. • Sistema abierto con grifos de cierre. • Sistema cerrado con servicio intermitente. • Sistema cerrado con válvulas de flotador. • Sistema cerrado con depósito de reserva.

Sistema cerrado con depósito de reserva: En el proyecto se va a utilizar este sistema. El depósito de reserva es necesario cuando la demanda máxima de agua en la vereda no se puede cubrir únicamente con la fuente. El depósito de reserva acumula agua en momentos de bajo consumo, como por ejemplo por la noche y cubre con esa agua las demandas más exigentes, como por la mañana. El depósito permite la obtención de agua en cualquier momento del día pero requiere la instalación de grifería y el buen mantenimiento de la instalación. 5.2.6 LA BOMBA CENTRÍFUGA Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos alabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrifuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia el tubo de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa). Aunque la fuerza centrifuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del liquido, la energía que se aplica por unidad de masa del liquido es independiente de la densidad del liquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Por tanto, la carga o energía de la bomba se debe expresar en pies o en metros y es por eso por lo que se denomina genéricamente como "altura". En la figura 4 se ilustran las partes de una bomba. 13

Figura 4 . Corte esquemático de una bomba centrífuga

Fuente: Google Bombas

13 Guías de laboratorio. Fluidos y Máquinas Hidráulicas. Escuela de Ingeniería Electromecánica.

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1a – carcasa, 1b - cuerpo de bomba, 2 – rodete, 3 - tapa de impulsión, 4 - cierre del eje, 5 - soporte de cojinetes, 6 - eje. Dimensionamiento de bombas para la extracción de ag ua: El dimensionamiento de equipos para la extracción de agua se realiza después de definir los parámetros de la perforación que se van a utilizar, el caudal de producción o caudal que se pretende usar, el nivel estático y el nivel dinámico para el caudal deseado. Otro factor necesario es la ejecución de un pequeño proyecto de instalación donde deben determinarse los datos referentes a la distancia del pozo de extracción al tanque de agua, el desnivel (altura manométrica) los diámetros de aspiración y elevación, la longitud de los tramos de cañerías y la definición de las conexiones necesarias (llaves, curvas, válvulas, etc.). Esas informaciones permiten el cálculo de la altura manométrica total que, conjuntamente con el valor de caudal deseado del proyecto, determinara el modelo de bomba a emplear, mediante la consulta al catalogo del fabricante, que informa también la curva de rendimiento de la bomba y la potencia del motor exigida para el caso especifico. Los parámetros que se utilizarán en el desarrollo del cálculo de la bomba son: Q = (L/s) ---- Caudal. D (m) ------- Diámetro exterior. Material ----- PVC. Tim (atm) ---- Timbraje. J (m/m) ------ perdidas por rugosidad de PVC. L (m) -------- distancia desde la bomba hasta el depósito. PdC --------- pérdidas de caudal. Hg (m) ------ diferencia de altura. Ht (m) -------- diferencia de altura con las perdidas Pot (w) ------- Potencia de la bomba en Watios. S (m) ---------- Sección. Q2 (m3/sg) --- Caudal. V (m/sg) ------- Velocidad. Q3 (m3/h) -------- Caudal.

Perdidas de carga: �() = 1,3-!

Altura total de altitud: �. = �/ �()

Potencia: �0� = �� ∗ � ∗ �.

Comprobación de la presión que soporta el timbraje: �0 1203 = �% − 56�7

Sección: � = 8 9:

;

Velocidad: = �<=

En el proyecto se va a utilizar una motobomba ya que puede desempeñar la misma función que un generador y es más económico. Esta compuesta por dos partes: la primera es un motor que funciona como un generador proporciona energía al conjunto

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(esta energía puede ser eléctrica "electrobomba", en este caso deja de ser transportable ya que no en todos los sitios hay conexión a la red eléctrica y la "motobomba" que suele ser de gasolina las mas económicas y diesel las mas recomendables). La segunda parte es la bomba, que emplea la energía que le es administrada para tener aguas desde su boca de absorción e impulsarlas mediante un disco de mariposa a cierta presión por la boca de salida a una cota superior. 14 De estos aparatos es importante tener en cuenta para su adquisición:

• La primera y más importante si es para aguas limpias o sucias. • La segunda es el caudal que necesitamos que bombee (estará especificado dado

en litro por hora). • La tercera es que tipo de combustible queremos utilizar, si se va a utilizar mucho

mejor que sea diesel y si por el contrario se va a utilizar poco, mejor de gasolina.

Carga neta positiva de aspiración (NPSH): Un parámetro que requiere especial atención en el diseño de bombas es la denominada carga neta positiva de aspiración, la cual es la diferencia entre la presión existente a la entrada de la bomba y la presión de vapor del líquido que se bombea. Esta diferencia es la necesaria para evitar la cavitación. La cavitación produce la vaporización súbita del líquido dentro de la bomba, reduce la capacidad de la misma y puede dañar sus partes internas. En el diseño de bombas destacan dos valores de NPSH, el NPSH disponible y el NPSH requerido. El NPSH requerido es función del rodete, su valor, determinado experimentalmente, es proporcionado por el fabricante de la bomba. El NPSH requerido corresponde a la carga mínima que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. Se basa en una elevación de referencia, generalmente considerada como el eje del rodete. El NPSH disponible es función del sistema de aspiración de la bomba, se calcula en metros de agua, mediante la siguiente fórmula:

>���( = � − $�= ��?' − $�?� �?'

Donde: S = Presión atmosférica (mca). Ps = Pérdidas de carga (m). Pvp = La tensión de vapor es aquella presión a la cual el liquido bombeado empieza a evaporarse (mca). Hpl = Pérdidas locales. Hp = Pérdidas de carga continuas. En la figura 5 se muestra el esquema de aspiración de una bomba.

Figura 5. Esquema de aspiración de una bomba

Fuente: Google succión

14 Motobombas. Información suministrada por el director del proyecto.

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5.2.7 ELEMENTOS EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AG UA POR GRAVEDAD Válvulas: elementos de fricción variables: Una de las maneras de controlar cantidades excesivas de energía es instalar válvulas de control en lugares estratégicos a lo largo del sistema. Una válvula es un elemento que puede ser ajustado para conseguir mayores perdidas por fricción a medida que el agua circula por ella. Existen dos tipos de válvulas de control: las válvulas de compuerta y las de globo.

• Válvulas de compuerta: Se emplean para cortar por completo el paso del agua. Normalmente se colocan a la salida de captaciones de agua, de depósitos de reserva, de cajas rompe-presión estratégicos, etc. No se recomiendan para regular el flujo de agua porque esto supondría a la válvula estar parcialmente abierta o cerrada y el agua erosionaría la parte de debajo de la compuerta ocasionando fugas en el momento en el que se quisiera cerrar la válvula por completo. La dirección del agua a través de la válvula no tiene importancia.

• Válvulas de globo: Estas válvulas si se emplean para regular el flujo de agua a través del sistema. El mejor lugar donde instalarlas es en puntos de descarga para que sea más fácil medir el caudal de agua a través de la válvula. Los puntos de descarga son generalmente en depósitos de reserva, en tanques de rompe-presión y en puntos de servicio.

Desagües de limpieza: Después de un tiempo de uso, las partículas en suspensión que transporta el agua irán sedimentándose en los puntos bajos del sistema o donde la velocidad del caudal no supere los 0,7 m/s. Normalmente, los tanques de distribución permiten la sedimentación de muchas de estas partículas pero las tuberías anteriores a dicho tanque no se benefician de este fenómeno. En los tanques de rompe-presión no se produce sedimentación debido a la extrema turbulencia que tiene el agua en estos puntos. Los puntos de limpieza se deben colocar en las zonas bajas de los principales perfiles en U del sistema. El numero de puntos de limpieza depende de la fuente de donde proviene el agua; un arroyo aportara muchas mas partículas en suspensión que un nacimiento. Tanques de rompe-presión: La función de un tanque de rompe-presión es permitir descargar el caudal de agua a la atmosfera, reduciendo consecuentemente la presión hidrostática a un valor de cero y estableciendo así una nueva línea estática. La colocación estratégica de estos tanques puede minimizar la cantidad de tubería de PVC de 16 atm y de HG empleada en el sistema (salvo en los puntos de perfil de U). Cajas de válvulas: La función de una caja de válvulas es la de proteger una válvula de control de manipulaciones indeseadas o de factores externos que modificarían el equilibrio hidráulico del sistema alterando el caudal que se suministra. Las cajas de válvulas pueden colocarse junto a estructuras, como suele pasar con los depósitos de distribución, o pueden estar colocados de manera independiente en un punto del trazado de tubería, en algún lugar estratégico como podría ser cercana a alguna ramificación o punto de servicio. Suelen ser de hormigón u hormigón armado y pueden contener tuberías tanto de PVC como de HG. Las dimensiones y diseño están en función del número y tamaño de las válvulas, de la frecuencia con la que se van a operar, etc. 15

15 Elementos en un sistema potabilizador de agua. Pérez Carrión, J. M. y Vargas, L. El agua. Calidad y tratamiento para consumo humano. 2004

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6. ALCANCES Y LIMITACIONES

6.1 ALCANCES

La meta planteada es la elaboración del diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable para estudiar y determinar los costos que implica su implementación en la Vereda San Juan Nepomuceno del Municipio de Tópaga. Luego de determinar los costos se planea y se lleva a cabo la implementación del sistema de potabilización. El proyecto llega hasta el depósito y almacenamiento de agua potable pero no a la distribución de agua potable a la gente de la vereda, para esto ya se tendría que hacer otras actividades como de transporte y empaque, esto generaría costos adicionales. 6.2 LIMITACIONES El proyecto contempla el diseño e implementación de un sistema de potabilización de agua y abastecimiento de la misma poniendo en práctica algunos de los conocimientos mecánicos e hidráulicos adquiridos, la idea es poder implementarlo para satisfacer las necesidades de los habitantes de la vereda de Tópaga, pero encontramos que la mayor limitación es la económica ya que la construcción de muros, compra de tanques de almacenamiento, bombas para la extracción de agua, y elementos específicos para la desinfección y potabilización del agua se debe disponer de un gran presupuesto.

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7. DISEÑO METODOLÓGICO PRELIMINAR 7.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN Investigación de campo : Se trata de la investigación aplicada para comprender y resolver alguna necesidad o problema en un determinado contenido. El investigador trabaja en el ambiente natural en que conviven las personas y las fuentes consultadas, de las que obtendrán los datos más relevantes a ser analizados. En este caso se comprende que la necesidad es que los habitantes de la vereda San Juan Nepomuceno no tienen acceso a agua potable y por ésta razón tienen que consumir o hacer uso del agua del río más cercano, el cual presenta un considerable grado de contaminación. Entonces se está proponiendo el diseño de implementación de un sistema de abastecimiento de agua potable que dé solución a este problema 7.2 POBLACIÓN La población a la que se va a hacer un diseño y estudio de implementación de un sistema de potabilización es la correspondiente al agua proveniente del río de la vereda San Juan Nepomuceno de Tópaga. 7.3 RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN Se comenzará como primera etapa del proyecto con la determinación de las condiciones en las que se encuentra el agua del río así como el agua subterránea proveniente de manantiales en las riveras del mismo río, de la siguiente manera:

• Inspección visual del lugar.

• Realización de exámenes médicos a los habitantes de la vereda para determinar claramente su estado de salud y verificar que el agua que consumen y/ó utilizan influye negativamente en su salud.

• Realización de encuestas a los habitantes de la vereda, para establecer las condiciones del agua que ellos utilizan frecuentemente ya que es su única fuente de agua, debido a que no hay sistema de acueducto.

• Realización de pruebas de laboratorio y mediciones de acidez al agua del río, pruebas de detección y cuantificación de bacterias, y también pruebas para determinar la clase de desechos sólidos que existen allí y sus consecuencias en la salud humana.

La segunda etapa del proyecto corresponde al diseño del sistema de potabilización: BASES DE CÁLCULO Y DISEÑO:

• Análisis de los requerimientos de instalación

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• Cálculo de caudales • Cálculos de la motobomba • Análisis de las curvas características • Diseño de las tuberías del depósito • Calculo de la dosis del cloro y del PH

7.4 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN La tercera etapa del proyecto corresponde a la revisión del diseño y a la evaluación de los costos totales para la implementación del sistema:

• Establecer un diseño preliminar de todos los elementos que constituyen el sistema de potabilización en base a cálculos y conocimientos previos, elaborando un programa en Excel que permita probar diferentes dimensiones para determinados caudales y poder hacer cambios en el diseño para que cumpla con todas las funciones y requerimientos para que realice correctamente la desinfección, potabilización y almacenamiento de agua.

• Revisión del diseño preliminar y elaboración de planos de sistema de potabilización en conjunto, para posteriormente establecer el diseño definitivo del sistema de potabilización.

• Estimación de los costos totales de máquinas, de elementos y de todos los materiales que intervienen en el diseño sistema de potabilización de agua, y que intervendrán para la implementación.

La etapa final corresponde a la implementación y construcción del sistema de abastecimiento de agua potable:

• Comprar suministros y materiales para dar inicio a la construcción del sistema de potabilización, que considera los siguientes aspectos:

- Captación - Tratamientos - Inclusión de los filtros - Instalación de las tuberías - Impulsión - Conducción - Desinfección - Almacenamiento

• Realización de informe final de resultados obtenidos explicando los efectos favorables que tiene la implementación del sistema de potabilización y sustentación del mismo.

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8. RECURSOS 8.1 TALENTO HUMANO • Ing. MELCHOR ANTONIO GRANADOS SAAVEDRA. Director del Proyecto. • Personal de la Alcaldía Municipal de Tópaga encargado de las funciones medio

ambientales. • Docentes de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. • Proyectistas: DANIEL ALEJANDRO CELY VARGAS. DARÍO ARMANDO SOLEDAD BAUTISTA. 8.2 RECURSOS FÍSICOS • Información suministrada por Ing. Melchor Antonio Granados Saavedra y el Grupo de

Investigación GENTE de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Facultad Seccional Duitama.

• Documentos referentes al suministro de agua en excelentes condiciones a la sociedad. • Documentos referentes al diseño de bombas y el uso de éstas para sistemas de

abastecimiento de agua potable. • Biblioteca de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Sedes Tunja,

Duitama y Sogamoso.

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9. PRESUPUESTO El presupuesto presentado a continuación corresponde a la totalidad del proyecto: 16

PRESUPUESTO DEL PROYECTO

ACTIVIDADES VALOR ($)

Papelería y bibliografía 500.000 Procesamiento de la información 500.000 Captación 300.000 Tratamiento físico 3.500.000 Caseta de la bomba 1.000.000 Depósito de 30 m³ 1.500.000 Conducción 3.000.000 Depósito de 150 m³ 4.000.000 Distribución 5.000.000 Fuentes de trabajo 1.000.000 Material de trabajo y combustible 2.000.000 Imprevistos 200.000 TOTAL 22.500.000

16 Del presupuesto total, aún no se ha definido el porcentaje que patrocinará la administración municipal de Tópaga y el porcentaje correspondiente por parte de los proyectistas.

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10. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

TIEMPO MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 MES 5 MES 6 ACTIVIDAD 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Inducción y reconocimiento de campo de trabajo.

2 Recolección de la información.

3 Determinación de las condiciones físicas del agua del río y medición de PH. Pruebas de laboratorio

4 Realización de encuestas y exámenes médicos a los habitantes de la vereda.

5

Análisis de los requerimientos de la instalación. Cálculo y diseño del sistema de abastecimiento de agua potable. (caudal, motobomba y dosis de cloro)

6 Diseño preliminar del sistema de abastecimiento.

7 Revisión del diseño preliminar. Elaboración de planos de todo el sistema en conjunto.

8 Informes parciales

9 Diseño definitivo. Estimación y evaluación de costos del sistema de abastecimiento.

10 Compras de suministros y materiales. Inicio de construcción del sistema

11 Captación, Tratamiento, Inclusión de filtros, Instalación de tuberías.

12 Impulsión y conducción, desinfección y almacenamiento.

13 Elaboración del informe final.

14 Presentación y sustentación del informe final.

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11. BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA PRELIMINAR

11.1 BIBLIOGRAFÍA PRELIMINAR

• FERNANDEZ, Díaz Pedro. Termodinámica técnica, Turbinas, Bombas y Compresores. Avalado por el departamento de energía eléctrica y energética. Universidad de Cantabria. (pdf). 2007.

• POTTER, Merle C. Mecánica de fluidos 3 ed. México. Ed. Thompson. 2002. 780p.

• J. R. D., Francis. Hidráulica y mecánica Ed. Ediciones Urmo. 1998.189p.

• HELWEG, Otto J. Recursos Hidráulicos planeación y administración. 1ed. México. Ed. Limusa Noriega Editores. 2002. 408p.

• FOX, Robert W. Introducción a la mecánica de fluidos. 2ed. México. Ed. Interamericana. 2003.433p.

• WHITE, Frank M. Mecánica de fluidos. Ed. Mc Graw Hill. 757p.

• STREETER, Victor L. Mecánica de fluidos. 9ed. Colombia. Ed. Mc Graw Hill. 2004. 740p.

• SMITS, Alexander J. Mecánica de fluidos. Ed. Alfaomega. 2003. 568p.

• WEBBER, N.B. Mecánica de fluidos para ingenieros. 1ed. España. Ed. Ediciones Urmo. 1999. 370p.

• RODRÍGUEZ DÍAZ, Héctor Alfonso. Hidráulica experimental. 1ed. Colombia. Ed. Escuela Colombiana de Ingenieros. 2001. 337p.

• FRANZINI, Joseph B. Mecánica de fluidos con aplicaciones en ingeniería. 9ed. España. Ed. Mc Graw Hill. 2004. 503p.

• MOTT, Robert L. Mecánica de fluidos. 6ed. México. Ed. Pearson Educación. 2006. 627p.

• MUNSON, Bruce R. Fundamentos de mecánica de fluidos. Ed. Limusa Wiley. 2005. 867p.

• MATAIX, Claudio. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. 2ed. México. Ed. Alfaomega Oxford. 2007. 660p.

• BRINDER, Raymond C. Mecánica de fluidos. 5ed. México. Ed. Trillas. 494p.

32

• ZUBICARAY, Manuel Viejo. Bombas teoría, diseño y aplicaciones. 3ed. México. Ed. Limusa Noriega Editores. 2006. 239p

• THOMA, J. Transmisiones hidrostáticas. Ed. Gustavo Gili S.A. 2003. 258p

11.2 INFOGRAFÍA PRELIMINAR

• Banco Mundial, Indicadores de desarrollo mundial 2005, Washington D.C.

(www.worldbank.org/)

• Bombas Itur, Datos técnicos de la bomba.

(http://www.ucm.es/cont/descargas/documento2997.pdf)

• Eladio A, González Fuentes, Megh R. Goyal y Michael J. Boswell, Capitulo IX Instalación.

(http://www.ece.uprm.edu/~m_goyal/gota2006/cap09instalacionppt.pdf)

• Formación en logística, Agua, Saneamientos e Higiene (FLASH), Desinfección / Cloración de agua potable en emergencias.

(http://www.eoi.es/nw/publica/default.asp)

• Cruz Roja, Operación y Mantenimiento de Sistemas de Agua.

(http://www.rrasca.org/biblioteca/pci_nicaragua_educativo.pdf)

• George Mcrobie (Vicepresidente de ITDG Reino Unido), Tecnología para el desarrollo humano y sostenible.

(http://www.uclm.es/profesorado/igarrido/tecnocooperacion/McRobie.pdf)

• Lenntech, Estándares de la calidad del agua potable.

(http://www.lenntech.com/espanol/est%C3%A1ndares-de-calidad-del-agua.htm)

• Organización Mundial de la Salud (OMS) y Organización Panamericana de la Salud. Especificaciones técnicas para la construcción de captaciones especiales.

(http://www.cepis.org.pe/tecapro/documentos/agua/172esp-construc-captaesp.pdf)

• Organización Mundial de la Salud (OMS) y Organización Panamericana de la Salud, Guía para la instalación de sistemas de desinfección.

(http://www.cepis.org.pe/tecapro/documentos/agua/guiainstalsistdesinf.pdf)

• Tomillo Gutiérrez, Unai, Estudio a cerca del empleo de la bomba manual de agua en el ámbito rural en países en vías de desarrollo, Febrero 2005.

(www.uc3m.es\uc3m\serve\ORI\Cooperacion\principal.html).