1

CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. Definición de Problemática o Realidad

El distrito de San Agustín de Cajas es uno de los 28 que conforman la Provincia de

Huancayo, ubicada en el Departamento de Junín, bajo la administración del Gobierno

Regional de Junín, en el Perú. Limita al norte con el Distrito de San Jerónimo de

Tunán, al este con el Distrito de San Pedro de Saño, al oeste con el distrito de

Orcotuna y al sur con el distrito de El Tambo.

Actualmente el distrito se encuentra afectado por una problemática de salubridad

creciente, la falta de un adecuado sistema de tratamiento de agua potable está

afectando con mayor énfasis a niños y su desarrollo normal, generando enfermedades

gastrointestinales, contaminación, olores incomodos y otros factores que afectan tanto

a la saluda de las personas como a la economía distrital.

1.2. Formulación del Problema

1.2.1. Formulación del Problema General

¿Cómo mejorar la calidad de agua potable que abastece a la población del distrito de

San Agustín de Cajas, Huancayo – Junín?

1.2.2. Formulación de los Problemas Específicos

1. ¿Existen aforos necesarios para cubrir la demanda de agua de la población?

2. ¿Cómo se encuentran las redes de distribución de agua en el Distrito de San

Agustín de Cajas?

3. ¿Cuánta población actual y futura demandarán el agua potable y cuál es el periodo

óptimo de diseño?

2

4. ¿Qué Planta de Tratamiento se adecua al entorno topográfico, demográfico y social

económico del distrito?

5. ¿Qué componentes y plantas de tratamiento existen?

1.4 Formulación de los Objetivos

1.4.1. Objetivo General

Diseñar una Planta de Tratamiento de Agua Potable para mejorar la calidad de agua

que abastece a la población del distrito de San Agustín de Cajas, Huancayo – Junín

para el periodo 2015.

1.4.2. Objetivos Específicos

1. Determinar los aforos existentes en el Distrito de San Agustín de Cajas.

2. Evaluar las redes de distribución existentes en los diversos sectores del Distrito

3. Cuantificar la población actual y futura y determinar el periodo óptimo de diseño

4. Seleccionar el sistema de tratamiento de agua potable que se adecue al entorno

topográfico, demográfico y social económico que satisfaga las necesidades de la

población del distrito

5. Describir los diversos tipos de plantas de tratamiento y sus componentes

empleados actualmente para el tratamiento de agua potable relacionados al

contexto en investigación

3

CAPITULO II

JUSTIFICACION, IMPORTANCIA Y LÍMITES DE LA INVESTIGACIÓN

2.1. Justificación de la Investigación

El recurso hídrico se encuentra estrechamente relacionado con la salud de la

población, es una principal variable cuando se trata de analizar estándares de calidad

de vida y salud en sectores pobres.

Actualmente el distrito de San Agustín de Cajas cuenta con un servicio deficiente y

de baja calidad repercutiendo en la población mediante enfermedades

gastrointestinales, poco desarrollo motriz y cognitivo de los niños, altos índices de

desnutrición y una contaminación inminente del medio ambiente mediante olores,

desechos u otros.

Considerando lo expuesto es necesario el diseño de una adecuada planta de

tratamiento de agua potable que pueda satisfacer la demanda con los estándares de

calidad normados, de tal manera que fomente el desarrollo social y no sea un

indicador que reste al progreso del distrito.

2.2. Importancia de la Investigación

El acceso al agua potable es una necesidad primaria y por lo tanto un derecho humano

fundamental, por ello que se debe acceder a agua de calidad conforme lo estipula el

reglamento de calidad del agua de consumo humano, emitido por el Ministerio de

Salud.

El diseño de una planta de tratamiento permitirá eliminar la turbiedad del agua, que

son causados por partículas muy pequeñas, llamadas partículas coloidales. Estas

partículas permanecen en suspensión en el agua por tiempo prolongado y pueden

4

atravesar un medio filtrante muy fino. Por otro lado aunque su concentración es muy

estable, no presentan la tendencia de aproximarse unas a otras. Para eliminar estas

partículas se recurrirá a los procesos de coagulación y floculación, la coagulación

tiene por objeto desestabilizar las partículas en suspensión es decir facilitar su

aglomeración. Por otro lado se efectuará el proceso de cloración como medio de

desinfección del agua, el cual permitirá mejorar el consumo de agua potable de la

población.

2.3. Delimitación

Imagen Nº 01: Entorno Nacional

Fuente: MINEDU/carta Nacional

5

Imagen Nº 02: Departamento de Junín

Fuente: MINEDU/carta Nacional

Imagen Nº 03: Provincia de Huancayo

Fuente: MINEDU/carta Nacional

6

Imagen Nº 04: Distrito de San Agustín de Cajas

Fuente: MINEDU/carta Nacional

Temporal

El periodo de elaboración del Plan de Tesis fue durante los meses de Octubre

Noviembre y Diciembre del año 2015

2.4. Limitaciones

Económicas para financiar las visitas a campo y otros instrumentos que se deban

emplear.

Falta de información actualizada ya sea de páginas en internet o centro de confianza

como el INEI que no actualiza sus datos desde el año 2007

7

CAPITULO III

MARCO TEORICO DE LA INVESTIGACION

3.1. ASPECTOS FISICOQUIMICOS DE LA CALIDAD DE AGUA

3.1.1. CALIDAD DE AGUA

El término calidad del agua es relativo y solo tiene importancia universal si está

relacionado con el uso del recurso. Esto quiere decir que una fuente de agua

suficientemente limpia que permita la vida de los peces puede no ser apta para la

natación y un agua útil para el consumo humano puede resultar inadecuada para la

industria. Para decidir si un agua califica para un propósito particular, su calidad debe

especificarse en función del uso que se le va a dar. Bajo estas consideraciones, se dice

que un agua está contaminada cuando sufre cambios que afectan su uso real o

potencial.

Es importante anotar que la evaluación de la calidad del agua se realiza usando

técnicas analíticas adecuadas para cada caso. Para que los resultados de estas

determinaciones sean representativos, es necesario dar mucha importancia a los

procesos de muestreo y a las unidades y terminología empleadas. Para una correcta

interpretación de los datos obtenidos, los resultados de los análisis deben manejarse

estadísticamente, teniendo en cuenta la correlación de iones, los factores que

gobiernan el comportamiento de los componentes del agua, etcétera. El uso de

gráficos ayuda a mostrar las relaciones físicas y químicas entre el agua, las fuentes

probables de contaminación o polución y el régimen de calidad y, por tanto, a realizar

adecuadamente la evaluación de los recursos hídricos. A continuación se tratan en

detalle las principales características fisicoquímicas y biológicas que definen la

8

calidad del agua, el origen de los constituyentes, su importancia en la salud, su

relación con los principales procesos de tratamiento y los límites de concentración

establecidos por las normas internacionales de calidad de agua para consumo humano.

3.1.1.1. Características Físicas:

Las características físicas del agua, llamadas así porque pueden

impresionar a los sentidos (vista, olfato, etcétera), tienen directa incidencia

sobre las condiciones estéticas y de aceptabilidad del agua. Se consideran

importantes las siguientes:

turbiedad;

sólidos solubles e insolubles;

color;

olor y sabor;

temperatura, y pH.

a. Turbiedad:

La turbiedad es originada por las partículas en suspensión o coloides

(arcillas, limo, tierra finamente dividida, etcétera). La figura 1 muestra

la distribución de las partículas en el agua de acuerdo con su tamaño. La

turbiedad es causada por las partículas que forman los sistemas

coloidales; es decir, aquellas que por su tamaño, se encuentran

suspendidas y reducen la transparencia del agua en menor o mayor

grado. La medición de la turbiedad se realiza mediante un turbidímetro

o nefelómetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades

nefelométricas de turbiedad (UNT). Últimamente, ha cobrado

9

importancia la presencia de fibras de asbesto desprendidas de los

accesorios de asbesto-cemento de los sistemas de distribución como un

factor causante de turbiedad en las aguas de consumo humano. En la

práctica, la remoción de la turbiedad no es un proceso difícil de llevar a

cabo en una planta de clarificación de agua; sin embargo, es uno de los

que más influye en los costos de producción, porque, por lo general,

requiere usar coagulantes, acondicionadores de pH, ayudantes de

coagulación, etcétera. El diseño de los sistemas de remoción de

turbiedad debe considerar no solo el tipo de partículas existentes

(origen, estructura, composición y forma) sino también su tamaño y

comportamiento.

Por esta razón, si bien las normas de calidad establecen un criterio para

turbiedad en la fuente de abastecimiento, esta debe mantenerse mínima

para garantizar la eficacia del proceso de desinfección.

Figura N° 01: Distribución de tamaños de las partículas en el agua

b. Sólidos y Residuos:

10

Se denomina así a los residuos que se obtienen como materia remanente

luego de evaporar y secar una muestra de agua a una temperatura dada.

Según el tipo de asociación con el agua, los sólidos pueden encontrarse

suspendidos o disueltos.

c. Color:

Esta característica del agua puede estar ligada a la turbiedad o

presentarse independientemente de ella. Aún no es posible establecer las

estructuras químicas fundamentales de las especies responsables del

color. Esta característica del agua se atribuye comúnmente a la

presencia de taninos, lignina, ácidos húmicos, ácidos grasos, ácidos

fúlvicos, etcétera. Se considera que el color natural del agua,

excluyendo el que resulta de descargas industriales, puede originarse

por las siguientes causas:

la extracción acuosa de sustancias de origen vegetal;

la descomposición de la materia;

la materia orgánica del suelo;

la presencia de hierro, manganeso y otros compuestos metálicos;

una combinación de los procesos descritos.

En la formación del color en el agua intervienen, entre otros factores, el

pH, la temperatura, el tiempo de contacto, la materia disponible y la

solubilidad de los compuestos coloreados. Se denomina color aparente

a aquel que presenta el agua cruda o natural y color verdadero al que

queda luego de que el agua ha sido filtrada. Existen muchos métodos

11

de remoción del color. Los principales son la coagulación por

compuestos químicos como el alumbre y el sulfato férrico a pH bajos y

las unidades de contacto o filtración ascendente.

d. Olor y sabor

El sabor y el olor están estrechamente relacionados; por eso es común

decir que “A lo que huele, sabe el agua”. Estas características

constituyen el motivo principal de rechazo por parte del consumidor. En

términos prácticos, la falta de olor puede ser un indicio indirecto de la

ausencia de contaminantes, tales como los compuestos fenólicos. Por

otra parte, la presencia de olor a sulfuro de hidrógeno puede indicar una

acción séptica de compuestos orgánicos en el agua. El cuadro N° 01

presenta un resumen de algunos olores característicos del agua, de

acuerdo con su origen.

Cuadro N° 01: Olores característicos del agua y su origen

12

e. Temperatura:

Es uno de los parámetros físicos más importantes en el agua, pues por lo

general influye en el retardo o aceleración de la actividad biológica, la

absorción de oxígeno, la precipitación de compuestos, la formación de

depósitos, la desinfección y los procesos de mezcla, floculación,

sedimentación y filtración. Múltiples factores, principalmente

ambientales, pueden hacer que la temperatura del agua varíe

continuamente.

f. pH

El pH influye en algunos fenómenos que ocurren en el agua, como la

corrosión y las incrustaciones en las redes de distribución. Aunque

podría decirse que no tiene efectos directos sobre la salud, sí puede

influir en los procesos de tratamiento del agua, como la coagulación y la

desinfección. Por lo general, las aguas naturales (no contaminadas)

exhiben un pH en el rango de 5 a 9. Cuando se tratan aguas ácidas, es

común la adición de un álcali (por lo general, cal) para optimizar los

procesos de coagulación. En algunos casos, se requerirá volver a ajustar

el pH del agua tratada hasta un valor que no le confiera efectos

corrosivos ni incrustantes. Se considera que el pH de las aguas tanto

crudas como tratadas debería estar entre 5,0 y 9,0. Por lo general, este

rango permite controlar sus efectos en el comportamiento de otros

constituyentes del agua.

13

3.1.1.2. Características Químicas:

El agua, como solvente universal, puede contener cualquier elemento de la

tabla periódica. Sin embargo, pocos son los elementos significativos para el

tratamiento del agua cruda con fines de consumo o los que tienen efectos en

la salud del consumidor. A continuación se presentan los límites máximos

permisibles de parámetros químicos inorgánicos y orgánicos según el

reglamento de calidad de agua del Ministerio de salud del Perú.

Cuadro N° 02: Límites Máximos permisibles de parámetros químicos

inorgánicos y orgánicos

14

3.1.2. EL AGUA POTABLE

3.1.2.1. Aspectos Fisicoquímicos

Se conoce con este nombre al agua que ha sido tratada con el objetivo de

hacerla apta para el consumo humano, teniendo en cuenta todos sus usos

domésticos. Algunas especies biológicas, físicas y químicas pueden afectar

la aceptabilidad del agua para consumo humano. Por ejemplo:

a. Su apariencia estética: turbiedad, olor, color y sabor, espuma.

b. Su composición química: acidez, alcalinidad, aceites y grasas,

compuestos orgánicos e inorgánicos en general.

Es necesario, asimismo, considerar las transformaciones químicas y

bioquímicas a que están expuestos los contaminantes del ambiente acuático.

Las alteraciones químicas pueden afectar su disponibilidad biológica o

tóxica (aumentarla o disminuirla). Poco se sabe acerca de estos procesos

químicos, físicos y biológicos y sus mecanismos, a pesar de que son

indispensables para comprender los efectos en la salud del consumidor. Por

citar un ejemplo, aún no se entiende bien la relación que existe entre la

dureza del agua y las trazas metálicas y los efectos en el organismo del

consumidor, pero se sabe que estos factores pueden influir en la salud y tal

vez estar relacionados con algunas enfermedades de la población en

diferentes áreas geográficas.

3.1.2.2. Criterios de Calidad

Según el reglamento de calidad de agua del Ministerio de salud, toda agua

destinada para el consumo humano, debe estar exenta de:

15

Bacterias coliformes totales, termotolerantes y Escherichia coli,

Virus;

Huevos y larvas de helmintos, quistes y ooquistes de protozoarios

patógenos;

Organismos de vida libre, como algas, protozoarios, copépedos, rotíferos

y nemátodos en todos sus estadios evolutivos; y

Para el caso de Bacterias Heterotróficas menos de 500 UFC/ml a 35°C.

En cuanto a los parámetros de calidad organoléptica; el noventa por ciento

(90%) de las muestras tomadas en la red de distribución en cada monitoreo

establecido en el plan de control, correspondientes a los parámetros

químicos que afectan la calidad estética y organoléptica del agua para

consumo humano, no deben exceder las concentraciones o valores

señalados en el Anexo II del Reglamento. Del diez por ciento (10%)

restante, el proveedor evaluará las causas que originaron el incumplimiento

y tomará medidas para cumplir con los valores establecidos en el presente

Reglamento. Artículo 62°.- Parámetros inorgánicos y orgánicos Toda agua

destinada para el consumo humano, no deberá exceder los límites máximos

permisibles para los parámetros inorgánicos y orgánicos señalados en la

Anexo III del presente Reglamento.

Los parámetros de control obligatorio (PCO) para todos los proveedores de

agua, los siguientes:

Coliformes totales;

Coliformes termotolerantes;

16

Color;

Turbiedad;

Residual de desinfectante; y

pH.

En caso de resultar positiva la prueba de coliformes termotolerantes, el

proveedor debe realizar el análisis de bacterias Escherichia coli, como

prueba confirmativa de la contaminación fecal.

17

3.2. ASPECTOS BIOLOGICOS DE LA CALIDAD DE AGUA

Las aguas superficiales están expuestas a una amplia gama de factores que pueden

alterar su calidad biológica y ocasionar cambios simples o complejos y con diferentes

niveles de intensidad. Esta alteración se puede originar en eventos naturales o en

actividades antropogénicas, como el uso doméstico del agua y la consiguiente

producción de aguas residuales, de la industria, minería y agricultura, entre otras. La

contaminación fecal de las fuentes de aguas superficiales para abastecimiento de

consumo humano es uno de los problemas más preocupantes en los países en vías de

desarrollo. En las grandes ciudades esta contaminación se debe principalmente al

vertimiento de los desagües sin ningún tratamiento.

El uso de aguas superficiales como fuentes de agua de bebida implica un riesgo de

transmisión de enfermedades hídricas. Los agentes patógenos involucrados con la

transmisión por esta vía son las bacterias, virus y protozoos, helmintos y

cyanobacterias, que pueden causar enfermedades con diferentes niveles de gravedad,

desde una gastroenteritis simple hasta serios y a veces fatales cuadros de diarrea,

disentería, hepatitis o fiebre tifoidea. La transmisión hídrica es solo una de las vías,

pues estos agentes patógenos también pueden transmitirse a través de alimentos, de

persona a persona debido a malos hábitos higiénicos y de los animales al hombre,

entre otras vías.

Los agentes patógenos y los organismos productores de toxinas que pueden estar

presentes en aguas superficiales y cuya transmisión hídrica está demostrada

pertenecen a los siguientes grupos:

18

Cuadro N° 03: Agentes patógenos y organismos productores de toxinas en aguas

superficiales

Se ha demostrado la presencia de patógenos en aguas superficiales, así como su

relación con los brotes epidémicos. En algunos casos no se ha detectado la fuente de

origen pero, por las características del brote, se presume que su transmisión ha

ocurrido por la vía hídrica. Brotes de Giardia, Cryptosporidium y fiebre tifoidea con

transmisión hídrica han sido bien documentados (Craun, 2001).

3.2.1. Características biológicas de las aguas superficiales

a. Organismos propios de las aguas superficiales

En las aguas superficiales se encuentra una amplia gama de organismos no

perceptibles a simple vista. En condiciones normales, estos organismos permiten el

desarrollo de los ciclos biológicos y químicos en el cuerpo de agua y no son

necesariamente nocivos para la salud o para el tratamiento del agua. Los

organismos propios de las aguas superficiales están en permanente actividad y

ninguno vive aislado. Su existencia depende del medio que los rodea. Se entiende

por medio tanto el ambiente físico como los organismos con los cuales se convive.

Todos forman parte de un ecosistema. Un ecosistema es una unidad ecológica

19

cuyos componentes básicos, fisicoquímicos y biológicos, operan juntos para

producir una estabilidad funcional.

Los organismos que en forma normal se encuentran en las aguas superficiales son

los siguientes:

Algas: Son plantas de organización sencilla, fotosintéticas. Presentan clorofila.

Existen en formas unicelulares, coloniales y pluricelulares. La clasificación

sanitaria de las algas está basada en sus características más saltantes y de fácil

observación. Dicha clasificación considera los siguientes grupos: algas azul-

verdes, algas verdes, diatomeas y algas flageladas.

Bacterias. Son seres de organización simple, unicelulares. Se distribuyen en

una amplia variedad de sustratos orgánicos (suelo, agua, polvo atmosférico). La

mayor parte de bacterias son beneficiosas para el ecosistema acuático. De ellas

depende la mayor parte de las transformaciones orgánicas. Favorecen la

autodepuración de los cuerpos de agua. Existe otro grupo de bacterias que son

patógenas y que pueden causar enfermedades graves en el hombre y en los

animales.

Protozoarios. Son organismos unicelulares, con una amplia distribución en los

cuerpos acuáticos. La mayor parte de los protozoarios son beneficiosos, pues

contribuyen a preservar el equilibrio de los ecosistemas acuáticos. Su

incremento anormal puede ocasionar alteraciones en el ecosistema acuático; otro

grupo de protozoarios son parásitos y pueden causar enfermedades en el hombre

y en los animales.

20

Rotíferos, Copépodos y otros Crustáceos. Conforman los grupos

predominantes del zooplancton de aguas superficiales y, al igual que los

protozoarios, participan en la cadena alimenticia de los ecosistemas acuáticos.

El incremento anormal del zooplancton causa un desequilibrio en el sistema y

trae consecuencias negativas como la disminución del oxígeno disuelto,

alteraciones en el pH, en el olor y el color del agua, entre otras.

Insectos. El agua constituye el hábitat de diversos insectos acuáticos que

desarrollan su ciclo evolutivo en los diferentes estratos de la columna de agua.

Otro grupo de insectos solo desarrolla parte de su ciclo evolutivo en el agua, y

en sus estadios larvarios y como huevos conforman el zooplancton en forma

temporal.

b. Bacterias patógenas

Las bacterias son microorganismos unicelulares. Miden desde menos de un

micrómetro hasta diez micrómetros de longitud y de 0,2 a un micrómetro de ancho.

Hay algunas que tienen forma de bacilos como la Escherichia coli. Otras son

esféricas, llamadas cocos, y otras espirales. Las bacterias se encuentran cubier- tas

por una pared celular fuerte y rígida y están provistas de una cápsula viscosa que

representa una capa protectora adicional, lo que permite su supervivencia en el

ambiente, según las condiciones ambientales, durante varias horas o días. Las

bacterias patógenas de transmisión hídrica provienen de seres humanos y de

animales de sangre caliente (animales domésticos, ganado y animales silvestres).

Estos agentes microbianos llegan a los cursos de agua a través de las descargas de

aguas residuales sin tratar o con tratamiento deficiente, drenaje de lluvias,

descargas de plantas de procesamiento de carne de ganado y de aves, escorrentías

21

que pasan por los corrales de ganado. En las zonas rurales la práctica de la

defecación a campo abierto también constituye una fuente de contaminación de las

aguas superficiales. En cambio, las aguas de origen subterráneo tienen una baja

incidencia de contaminación bacteriana.

c. Bacterias patógenas

Los virus son moléculas de ácido nucleico que pueden penetrar en las células y

replicarse en ellas. Son acelulares y están constituidos por ácido nucleico y por

proteínas. Entre las familias de Enterovirus que se han detectado en el agua están

los Picornavirus, que miden entre 27 y 28 nanómetros; los Reovirus, de 70

nanómetros; los Adenovirus, que tienen entre 65 y 80 nanómetros; y los Papovirus,

de entre 45 y 55 nanómetros. Los virus entéricos se multiplican en el intestino del

hombre y son excretados en gran número en las heces de los individuos infectados.

Algunos virus entéricos sobreviven en el ambiente y permanecen infectivos. Es

complicado encontrar la relación entre la ocurrencia de virus en el agua y el riesgo

para la salud de la población, debido a que en el desarrollo de la enfermedad están

involucrados muchos factores.

La incidencia de los virus que infectan al hombre, tanto en los ambientes acuáticos

como en los procesos de tratamiento, puede ser diferente de la incidencia de los

indicadores fecales. Este comportamiento se debe a las siguientes razones:

El número de virus en los ambientes acuáticos es generalmente inferior, en

varios órdenes de magnitud, que los coliformes termotolerantes.

Los virus son excretados durante periodos cortos y en número elevado, hasta 10

por gramo de heces.

22

La estructura, la composición, la morfología y el tamaño de los virus difiere

fundamentalmente del de las bacterias, lo que determina que el comportamiento

y la supervivencia sean diferentes.

d. Entoparásitos

Las aguas superficiales están expuestas a un sinnúmero de factores que posibilitan

la contaminación con enteroparásitos. En primer lugar, se presenta la falta de

protección de las fuentes de agua. En muchos casos, los cursos de agua se

convierten en cuerpos receptores de desagües evacuados de las ciudades, pueblos y

caseríos; también reciben efluentes de camales y granjas. En las zonas rurales,

donde es común que las personas defequen a campo abierto, las escorrentías

arrastran las heces de humanos y animales y las incorporan a los cursos de agua.

Además, es común observar letrinas mal diseñadas donde los residuos fecales son

vertidos a las acequias que, a su vez, desembocan en los cursos de agua. Asimismo,

en los ríos, lagos y lagunas habitan innumerables animales silvestres que son

reservorios de enteroparásitos.

3.2.2. Indicadores microbiológicos de la calidad de agua

La gran variedad de microorganismos patógenos que pueden encontrarse en una

muestra de agua, así como la complejidad de la mayor parte de las técnicas de

enriquecimiento y aislamiento e identificación, hacen inviable el control rutinario de

todos estos microorganismos. Por esta razón se hizo necesario elegir micro-

organismos indicadores, que deben cumplir con los siguientes requisitos básicos:

Ser fáciles de cultivar en el laboratorio.

23

Ser relativamente inocuos para el hombre y los animales.

Su concentración debe tener relación con la cantidad de microorganismos patógenos

presentes en el agua.

La evaluación de la calidad microbiológica del agua de abastecimiento humano se

efectúa mediante la determinación de indicadores. Los que comúnmente se utilizan

son los coliformes totales, los coliformes termotolerantes (fecales), la Escherichia coli

y las bacterias heterotróficas mesófilas aerobias viables.

3.2.3. El agua potable, aspectos biológicos

El agua potable no debe contener agentes patógenos que puedan afectar la salud del

consumidor. Específicamente, los indicadores de contaminación fecal, coliformes

termotolerantes y Escherichia coli no deben estar presentes en 100 mL de muestra.

Esta calidad debe mantenerse desde que el agua sale de la planta de tratamiento —o

de la fuente de agua, en el caso de aguas de origen subterráneo, hasta llegar al

consumidor. Las causas de la aparición de brotes epidémicos transmitidos por el agua

de consumo son la falta de protección de las fuentes de agua, el tratamiento en plantas

que carecen de una adecuada operación y mantenimiento, y deficiencias en las redes

de distribución (45). La buena calidad microbiológica del agua potable debe

mantenerse en toda la red de distribución y esto se logra mediante una adecuada

presión en todo el sistema, el mantenimiento de la red y el control del nivel de cloro

residual, un programa de vigilancia y control de la calidad del agua y la incorporación

de programas de control de las conexiones cruzadas que incluya inspecciones

periódicas, entre otras actividades.

24

3.3. SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

La elaboración del diseño de un sistema de abastecimiento de agua exige como

elementos básicos: fijación de las cantidades de agua a suministrar, que determinarán

la capacidad de las diferentes partes del sistema; estudios sobre cantidad y calidad del

agua disponible en las diferentes fuentes; reconocimientos del suelo y subsuelo;

reunión de informaciones y antecedentes indispensables para el diseño, para la

justificación de las soluciones adoptadas, para la preparación de su presupuesto, etc.

A. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad

En estos sistemas el agua cae por acción de la fuerza de la gravedad desde una

fuente elevada ubicada en cotas superiores a las de la población a beneficiar. El

agua fluye a través de tuberías para llegar a los consumidores finales. La energía

utilizada para el desplazamiento es la energía potencial que tiene el agua por su

altura.

Las ventajas principales de este tipo de sistema son:

No tienen gastos de bombeo.

a) El mantenimiento es pequeño porque apenas tienen partes móviles.

b) La presión del sistema se controla con mayor facilidad.

c) Robustez y fiabilidad.

Incluso los sistemas bombeados suelen diseñarse para distribuir el agua por

gravedad a partir de un punto determinado.

B. Sistema de abastecimiento de agua por bombeo

25

En los sistemas de agua potable por bombeo, la fuente de agua se encuentra

localizada en elevaciones inferiores a las poblaciones de consumo, siendo

necesario transportar el agua mediante sistemas de bombeo a reservorios de

almacenamiento y regulación ubicados en cotas superiores al centro poblado.

Generalmente los sistemas bombeados son diseñados para que el agua sea

distribuida por la fuerza de la gravedad, saliendo desde un punto determinado.

Estos sistemas ayudan a que se pueda distribuir una gran cantidad de agua para

cada una de las personas, por un precio que puede ser pagado por toda la

comunidad.

3.3.1. Consideraciones a seguir para la selección del sistema de abastecimiento de agua

Los factores que generalmente inciden en la selección apropiada de una solución

tecnológica para el abastecimiento de agua son de tipo técnico, económico, social y

cultural. La secuencia de su aplicación debe ser analizada de forma tal que permita

establecer la opción tecnológica y el nivel de servicio más convenientes y que mejor

se ajusten a las condiciones de las comunidades rurales a ser atendidas.

Se define como opción tecnológica a la solución de ingeniería que pueda aplicarse en

función de las condiciones físicas, económicas y sociales de la comunidad. Son

ejemplos de opción tecnológica los sistemas de abastecimiento de agua con o sin

tratamiento y por bombeo o gravedad.

Así mismo, el nivel de servicio se define como el grado de satisfacción en la

utilización de las opciones tecnológicas, pudiendo ser familiar o multifamiliar. Son

26

ejemplos de nivel de servicio: el abastecimiento a escala individual o multifamiliar, a

partir de pequeñas fuentes de agua de uso exclusivo; de alcance comunitario, por

medio de piletas públicas; y a nivel individual, por conexiones domiciliarias enlazadas

al servicio público de abastecimiento de agua.

Hay que tener en cuenta determinados factores que constituyen una herramienta

indispensable para la toma de decisiones en la implementación de servicios de

abastecimiento de agua en el medio rural. Estos factores se refieren básicamente a

aspectos técnicos, económicos, sociales y culturales que al interrelacionarse permiten

la selección de la opción tecnológica y el nivel de servicio que mejor se ajusten a las

necesidades y expectativas de las comunidades evaluadas.

3.3.2. Consideraciones técnicas para la selección del sistema de abastecimiento de agua

a) Dotación: La dotación promedio diaria anual por habitante, se fijará en base a un

estudio de consumos técnicamente justificado, sustentado en informaciones

estadísticas comprobadas. Si se comprobara la no existencia de estudios de

consumo y no se justificara su ejecución, se considerará por lo menos para

sistemas con conexiones domiciliarias una dotación de 200 l/hab/d, en clima frío

y de 250 l/hab/d, en clima templado y cálido. Para sistemas de abastecimiento

indirecto por surtidores para camión cisterna o piletas públicas, se considerará

una dotación entre 30 y 50 l/hab/d respectivamente.

b) Fuente: Es indispensable identificar el tipo y procedencia de las fuentes

existentes para analizar cuál de todas es la más conveniente.

27

c) Rendimiento de la fuente: Determina la cantidad y disponibilidad de agua que

puede ser destinada al abastecimiento de agua, y permite definir el nivel de

servicio al que puede acceder la comunidad a ser beneficiada.

d) Ubicación de la fuente: La fuente de agua puede estar ubicada por encima o por

debajo de la localidad y permite definir si el abastecimiento es por gravedad o por

bombeo.

3.3.3. Consideraciones sociales para la selección del sistema de abastecimiento de agua

a) Categoría de la población: Se considera como comunidad rural a las localidades

cuya población normalmente no es mayor a 2000 habitantes. Sin embargo, el

algoritmo puede ser aplicado a localidades con mayor número de habitantes, si su

patrón corresponde a la de una localidad rural.

b) Características de la población: La característica está vinculada con la

distribución espacial de la población y puede ser:

Concentrada: Corresponde a las localidades con viviendas agrupadas

formando calles y vías que determinan un crecimiento con tendencia a un

núcleo urbano.

Dispersa: Son localidades con viviendas distanciadas unas de otras y sin un

orden de desarrollo preestablecido.

c) Tipo de servicio: Viene a estar representado por el resultado o la definición de la

opción tecnológica y nivel de servicio que mejor se adecúan a las necesidades de

la comunidad y que responden a las características físicas, económicas y sociales

28

de la misma. Al efecto, se han considerado tres niveles básicos: familiar,

multifamiliar y comunal.

- Familiar: Permite la atención de una a cinco familias.

- Multifamiliar: Facilita la atención a grupos que van de cinco a 25 familias.

- Comunal: Permite la atención de grandes grupos de familia.

3.3.4. Consideraciones económicas para la selección del sistema de abastecimiento de

agua.

La condición económica es un factor muy importante porque permite limitar la

opción tecnológica y el nivel de servicio, al afectar directamente el monto de

inversión para la construcción del sistema o los gastos de operación y mantenimiento.

Teniendo en cuenta los niveles de ingresos económicos de las poblaciones a ser

atendidas, puede ser bajo, medio o alto.

a) Bajo: Cuando los ingresos familiares corresponden a la mitad del valor de la

canasta familiar básica.

b) Medio: Corresponde a ingresos familiares equivalentes al valor de la canasta

familiar básica.

c) Alto: Cuando los ingresos familiares equivalen a dos o más veces el valor de la

canasta familiar básica.

29

3.4. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE

ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

3.4.1. Sistema adecuado de captación

El agua subterránea en condiciones naturales presenta en la mayoría de los casos,

características sanitarias que la hacen apta para el consumo. Este hecho es

particularmente cierto en los acuíferos constituidos por gravas y arenas en los que se

verifica un proceso natural de filtración.

Las aguas subterráneas representan las formaciones más explotadas. Esto debido a

que las fuentes de agua superficial tienen mayor probabilidad de estar contaminadas y

están más sujetas a la fluctuación estacional. A menudo se puede continuar con las

extracciones de agua subterránea mucho después de que las condiciones de sequía

hayan agotado los ríos y arroyos.

Para proteger las características naturales del agua subterránea, que se traducen en una

protección directa de la salud, se deberán tomar las medidas necesarias de

preservación. Es evidente que los resultados serán positivos si el diseño de la

captación cumple fielmente ciertos requisitos básicos basados en una serie de

premisas de carácter técnico.

Se pueden utilizar las aguas subterráneas captándolas directamente de manantiales o

perforando el suelo para construir pozos, que constituyen uno de los métodos más

antiguos para la obtención de agua.

30

La construcción de un pozo deberá presentar una adecuada protección sanitaria, se

perforará hasta la profundidad indicada por la ubicación del estrato seleccionado, y

cuando sea necesario contará con revestimiento y filtro y se proveerá la bomba y

demás accesorios para la conducción del agua hasta el lugar de distribución. El diseño

también tomará en cuenta el rendimiento probable del pozo, tipo de formaciones

geológicas a perforar, profundidad y espesor de los distintos estratos acuíferos y la

cercanía a fuentes de contaminación existentes o probables.

Los pozos tubulares, por lo general, son más adecuados para extraer el agua de los

estratos más profundos, en cambio los pozos de gran diámetro a tajo abierto o norias

se pueden usar ventajosamente para ubicar los estratos menos profundos de agua

subterránea. La noria es un sistema que permite extraer el agua subterránea desde una

profundidad inferior a los siete metros.

3.4.1.1. Manantiales

Un manantial, es un flujo natural de agua que surge del interior de la tierra o

entre las rocas. Puede ser permanente o temporal. Se origina en la filtración

de agua, de lluvia o de nieve, que penetra en un área y emerge en otra, de

menor altitud, donde el agua no está confinada en un conducto impermeable.

Más precisamente, se trata de puntos o zonas de un terreno en los que una

cantidad apreciable de agua fluye a la superficie de modo natural, procedente

de un acuífero o depósito subterráneo. Estas surgencias o brotes naturales de

aguas subterráneas se encuentran principalmente en terrenos montañosos o

empinados y suelen ser abundantes en relieves kársticos.

31

Los manantiales son las fuentes de agua natural de mejor calidad. Esto se

debe al hecho de que el recurso, antes de surgir a la superficie terrestre, ha

viajado por kilómetros de rocas, sedimentos y suelos que sirven como filtros

naturales para remover de él todo tipo de contaminantes y, en muchos casos,

lo han enriquecido con preciosos minerales y sustancias que los seres

humanos necesitan.

A. Clasificación de los manantiales

Los manantiales se pueden clasificar de acuerdo con varios criterios:

a) Según el tipo de surgimiento de las aguas, se denominan: rocosos, los

que brotan entre rocas basales; y, de vertedero o "vertientes", cuando el

lugar de la salida original de las aguas queda obturado por rocas de

desprendimiento que la obligan a brotar en la superficie por un conducto

situado generalmente en la parte inferior de la ladera.

b) Según la dirección del curso que las aguas subterráneas siguen antes de

su salida al exterior, se dividen en: descendentes o de derrame, cuando

los valles están situados bajo el nivel de las aguas subterráneas; y

ascendentes, cuando las aguas manan por presión hidrostática.

c) Según su formación se dividen en: manantiales de estratos, los cuales se

forman entre capas impermeables; de desborde, cuando se localizan en el

borde de capas impermeables, formando una hondonada de la cual

surgen las aguas; y de turbación o de falla, que es cuando las aguas se

32

acumulan y ascienden por fallas o fracturas en que coinciden capas

permeables con capas impermeables.

d) De acuerdo con la periodicidad de salida de sus aguas se diferencian en:

manantiales perennes, pues su flujo es continuo; y episódicos, periódicos

o intermitentes, si es que fluyen normalmente en tiempos cortos, de

manera más o menos regular, como lo hacen por ejemplo los géiseres.

e) Por su modo de emerger a la superficie, tendríamos: manantiales de

gravedad, en los que el agua no está confinada en un lecho impermeable;

y pozos artesianos, que son manantiales artificiales, provocados por el

hombre mediante una perforación a gran profundidad y en la que la

presión del agua es tal que la hace emerger a la superficie. Los

manantiales artesianos son por lo general continuos y no dependen de la

época del año; mientras que los manantiales por gravedad suelen ser

periódicos y relacionados con la época del año.

Figura N° 02: Distintas Clases de manantiales.

33

B. Captación de agua de manantiales

Para la captación de agua de manantiales se deben tener en cuenta los

siguientes aspectos:

a) La composición del agua de los manantiales.- Varía según la

naturaleza del suelo o la roca de su lecho; por ello, siempre debe

controlarse la calidad físico química del agua para asegurar que ésta

sea aceptable para el consumo humano.

b) El caudal de los manantiales.- Depende de la estación del año y del

volumen de las precipitaciones. Los manantiales de filtración se secan

a menudo en periodos secos o de escasas precipitaciones; sin

embargo, otros tienen un caudal copioso y constante que proporciona

un importante suministro de agua local. El manantial deberá abastecer

una cantidad mínima de agua durante todo el año.

c) No debe haber ninguna fuente importante de contaminación aguas

arriba del manantial y la distancia entre el manantial y la comunidad

que lo aprovecha no debe ser muy grande.

3.4.1.2. Pozo excavado de gran diámetro o noria

Los pozos excavados se constituyen y explotan para la captación de aguas

poco profundas. Se emplean generalmente para la captación de caudales

apropiados para suministros pequeños, como en el caso de abastecimiento a

comunidades rurales.

34

La estructura de un pozo excavado de gran diámetro o noria se puede dividir

en tres partes:

a) La excavación

b) La obra de revestimiento

c) La unidad de bombeo y sus accesorios

Los pozos excavados se hacen simplemente cavando un hoyo en el suelo. Por

lo general, no se requiere equipo o habilidades especiales para su

construcción. La ejecución del pozo puede hacerse con elementos tan simples

como picos, palas y sistemas de cuerdas y poleas o tornos para la extracción

del material removido. En algunos casos para la excavación se utiliza equipo

mecánico como cucharas del tipo almeja.

Cuando por las características del terreno puedan producirse derrumbes o

desmoronamientos durante la construcción, se deberán utilizar entibados. La

entibación será reemplazada por un revestimiento permanente cuando se

termine el pozo.

Los pozos deben ser revestidos y por tal motivo a la sección útil del pozo,

fijada de acuerdo al diseño, se le sumará el espesor del revestimiento para

obtener la sección de excavación. Los revestimientos pueden construirse de

mampostería de ladrillos piedra, hormigón y en ciertos casos se han llegado a

construir de metal. En la parte inferior del revestimiento, que estará en

35

contacto con el agua, se deberán dejar orificios apropiados para facilitar la

penetración del agua.

El revestimiento debe fundarse en terreno resistente. Si el terreno es muy

desmoronable se recurre a pozos hincados. Se construyen por medio de

anillos de hinca y el revestimiento se va haciendo a medida que avanza la

excavación. El descenso se consigue por el propio peso del anillo a medida

que se va excavando.

Figura N° 03: Excavación de pozos mediante anillos de hinca.

La sección más conveniente es la circular, en razón de conseguirse una

distribución más uniforme del empuje sobre las paredes del revestimiento y

por las características de los esfuerzos a que estará sometido.

Se puede obtener una protección satisfactoria de la seguridad bacteriológica

del agua de un pozo, únicamente si la parte superior de éste está

completamente sellada con una losa hermética en la cual se monta una

bomba para extraer el agua.

36

Figura N° 04: Pozo excavado sellado herméticamente para protección

sanitaria.

A. Consideraciones para el diseño de pozos excavados

Para el diseño de pozos excavados se debe tener en cuenta lo siguiente:

a) Ubicación:

Asegurarse de que el pozo se localice corriente arriba de las

potenciales fuentes de polución como letrinas de hoyo, gasolineras,

basurales, recintos funerarios o que se encuentre lejos de cualquier

filtración de aguas negras que podrían contaminar el acuífero de

donde se surte la noria.

b) Profundidad:

37

Se debe hacer ensayos de bomba en pozos de prueba para hallar el

caudal que rinde el pozo para esa profundidad, es decir, cuando el

descenso de la napa se ha estabilizado. De acuerdo a las necesidades

el pozo de prueba puede profundizarse hasta obtener el caudal

requerido. Este ensayo debe hacerse bajo las condiciones más

desfavorables, es decir cuando se presume que la producción del

acuífero es mínima.

La profundidad a la que se debe y puede cavar un pozo depende del

tipo de material perforado y de la fluctuación de la napa freática. En

abastecimiento a comunidades rurales la profundidad generalmente

oscila entre 6 y 12 metros. Si la permeabilidad del terreno es grande

se pueden construir captaciones más profundas que produzcan

caudales significativos.

c) Diámetro

En general el diámetro del pozo tiene muy poca relación o influencia

sobre el rendimiento del mismo. Si bien el caudal que se puede

extraer de un pozo de diámetro pequeño es prácticamente igual a uno

de mayor diámetro, el descenso de nivel en el más pequeño es mayor,

y por lo tanto la velocidad de entrada al pozo es mayor (puede haber

arrastre de arena).

El diámetro de un pozo excavado debe ser de 2 - 3 m si se piensa

abastecer a toda una comunidad. El diámetro interior no puede ser

38

inferior a 1.2 m, debido a que la excavación se dificulta al llegar al

acuífero, donde se deben emplear equipos de bombeo para su

agotamiento.

d) Filtros en pozos excavados o norias

En el fondo del pozo se suele construir un filtro con capas de material

de dimensión variable, colocándose el más grueso arriba y el más fino

abajo. Este filtro conjuntamente con las perforaciones de la pared

lateral, representa la superficie de entrada de agua al pozo.

3.4.1.3. Pozos Tubulares

Un pozo tubular es una obra hidrogeológica de acceso a uno o más acuíferos

para la captación de agua subterránea, ejecutada con sonda perforadora en

forma vertical con diámetro mínimo de 101,6 mm (4”). En función de la

necesidad de extracción y de la geología local podrá ser parcial o totalmente

revestido.

Si se piensa en la construcción de un pozo tubular, en primer lugar, se

requiere contar con un proyecto base elaborado mediante el estudio de mapas

geológicos existentes, registro de datos de pozos perforados en el entorno,

prospección geofísica de superficie, etc., y la restricción impuesta por el

caudal requerido. En el proyecto estarán contemplados todos los datos

posibles: geológicos, hidrogeológicos, características de los materiales para

la perforación como también de los materiales para completar, equipamiento

de bombeo, potencia a ser instalada, aducción al punto de distribución,

39

control de la producción y esquema de mantenimiento preventivo. Con todos

estos datos reunidos se elabora el estudio de viabilidad económica del

emprendimiento y se define su viabilidad/ejecutabilidad.

La ubicación, el proyecto y la selección del método de perforación son tres

aspectos importantes que destacan en la perforación de un pozo; por lo cual,

el proyectista debe estar atento y proveerse de todos los datos disponibles

para definirlos con el mayor margen de seguridad posible. Cuando estén

definidos el sitio y el proyecto del pozo, el proyectista deberá indicar el

método de perforación a adoptarse. La elección del método envuelve factores

de orden técnico y económico y depende también del tipo de pozo que se va

a perforar y cuáles son sus finalidades.

Se deben usar los pozos tubulares cuando la napa de agua subterránea se

encuentre a profundidad considerable por debajo de la superficie del terreno.

Estos pozos serán efectivos en acuíferos de espesor suficiente.

La capacidad de los pozos tubulares varía en una gran escala, desde menos de

1 litro/seg para pozos superficiales de diámetro pequeño en acuíferos de

arena fina, a más de 100 litros/seg para pozos profundos de diámetro más

grande en arena gruesa o en depósitos de roca sedimentaria.

Los pozos entubados son muy adecuados para abastecimientos de agua

potable, porque sólo serán necesarias precauciones simples para proteger de

la contaminación al agua extraída de esta manera. Algunas veces, se puede

40

usar un grupo de pozos tubulares colocados en serie y a los cuales se bombea

como una unidad.

Figura N° 05: Grupo de pozos tubulares colocados en serie

Para abastecimiento a comunidades rurales son adecuados los pozos

tubulares de poca profundidad y diámetro. La construcción de estos pozos

tubulares se puede realizar mediante el clavado, el uso de chorros a presión, y

el taladro. Estas técnicas nos permiten ejecutar los siguientes tipos de pozos

tubulares:

3.4.1.4. Aspectos Hidráulicos de las fuentes subterráneas

a) Nivel estático

Es el nivel de agua presente en la formación acuífera antes de comenzar

el bombeo. Este nivel se ve afectado por efectos meteorológicos

(precipitación, infiltración) estacionales o por cargas adicionales

(edificaciones), o por la descarga producida por pozos cercanos.

b) Nivel de dinámico

41

También llamado nivel de bombeo, porque es producido cuando

comienza la descarga del acuífero por el pozo. Este nivel depende del

caudal de bombeo, del tiempo de bombeo y de las características

hidrogeológicas del acuífero. También se debe tener en cuenta la técnica

desarrollada en el diseño de pozo.

c) Abatimiento

Bajo condiciones de extracción o inyección de un pozo, la carga

hidráulica inicial en cualquier punto del acuífero cambia. En condiciones

de extracción de un pozo, la distancia vertical entre la carga hidráulica

inicial en un punto en el acuífero y la posición baja de la carga hidráulica

para el mismo punto es llamado abatimiento. Para un acuífero libre el

nivel del agua en el nivel freático está determinado por la distancia s(x,

y, z, t), la cual es el abatimiento. Para el caso del acuífero confinado, el

abatimiento es definido con respecto a la superficie piezométrica. Este

descenso de niveles, define la curva de abatimiento, por lo tanto es claro

que el abatimiento presente su menor valor en lejanías del pozo y el

mayor valor en el pozo. La dimensión del abatimiento es la longitud [L].

El abatimiento es generalmente expresado en metros de agua.

d) Cono de depresión

Al producirse el descenso del nivel estático del pozo, se establece un

gradiente hidráulico entre cualquier punto de la formación y el pozo,

originándose un movimiento radial desde todas las direcciones hacia el

pozo en una forma simétrica y de tal manera que el caudal Q que se

42

extrae del pozo es igual al caudal que pasa por cualquier sección del

acuífero. A medida que la velocidad aumenta mayor será el gradiente

hidráulico ya que aumenta la fricción existente entre el fluido y las

partículas sólidas en contacto; es por eso que lo que se forma alrededor

del pozo se le conoce como cono de depresión que sobre un plano

vertical presenta una curva conocida con el nombre de curva de

abatimiento. La forma, alcance y profundidad de este cono de depresión

dependerá de las condiciones hidrogeológicas (transmisividad y

coeficiente de almacenamiento del acuífero), del caudal y el tiempo de

bombeo o inyección. En el acuífero confinado el cono de depresión es la

representación de la variación de los niveles piezométricos en tanto que

en el acuífero libre es además la forma real de la superficie piezométrica.

e) Capacidad específica

Es la relación que existe entre el caudal que se obtiene de un pozo y el

abatimiento producido y se expresa en unidades de caudal por longitud,

[L3/T/L]. Este valor es contante para acuíferos confinados y variables

para los acuíferos libres; es un término que representa el grado de

eficiencia de un pozo ya que de dos pozos perforados en una misma

formación acuífera, el de menor capacidad específica tendrá menos

eficiencia. El grado de eficiencia de un pozo lo determinaremos con base

en la transmisividad y el coeficiente de almacenamiento de la formación

acuífera, (con la cual podremos calcular un valor de la capacidad

específica teórica) el valor de la capacidad específica real medida en el

pozo.

43

Figura N° 06: Esquema representativo del bombeo de un pozo.

3.4.2. Línea de Impulsión

La línea de impulsión en un sistema por bombeo, es el tramo de tubería que conduce

el agua desde la estación de bombeo hasta el reservorio.

Para el diseño de la línea de impulsión se requiere de:

a) Información de la población.

b) Investigación de la fuente: Caudal y temporalidad.

c) Plano topográfico de la ruta seleccionada.

d) Estudio de suelos y si es el caso estudio geológico para determinar la estabilidad

del terreno.

e) Calidad fisicoquímica de la fuente.

Para el trazado de la línea de impulsión se tomará en cuenta lo siguiente:

44

a) Evitar pendientes mayores del 30% para evitar velocidades excesivas.

b) En lo posible buscar el menor recorrido siempre y cuando esto no conlleve a

excavaciones excesivas u otros aspectos.

c) Evitar cruzar por terrenos privados o comprometidos para evitar problemas durante

la construcción y en la operación y mantenimiento del sistema.

d) Mantener las distancias permisibles de vertederos sanitarios, márgenes de ríos,

terrenos aluviales, nivel freático alto, cementerios y otros servicios.

e) Utilizar zonas que sigan o mantengan distancias cortas a vías existentes o que por

su topografía permita la creación de caminos para la ejecución, operación y

mantenimiento.

f) Evitar zonas vulnerables a efectos producidos por fenómenos naturales y

antrópicos.

g) Tener en cuenta la ubicación de las canteras para los préstamos y zonas para la

disposición del material sobrante, producto de la excavación.

h) Establecer los puntos donde se ubicarán instalaciones, válvulas y accesorios, u

otros accesorios especiales que necesiten cuidados, vigilancia y operación.

3.4.2.1. Criterios y parámetros de diseño

Se debe tener en cuenta en el diseño ciertos criterios y parámetros que

permitan dar seguridad y condiciones de servicio a un mínimo costo de

inversión. Para la línea de impulsión se toma como base estos criterios y

parámetros, partiendo de las condiciones a las que se encontrará sometida la

tubería, como su entorno y el tipo de fluido que conducirá.

45

a. Caudal de diseño

El caudal de una línea de impulsión será el correspondiente al consumo

máximo diario para el período de diseño. Tomando en cuenta que no

resulta aconsejable ni práctico mantener períodos de bombeo de 24 horas

diarias, habrá que incrementar el caudal de acuerdo a la relación de horas

de bombeo, satisfaciendo así las necesidades de la población para el día

completo.

b. Diámetro de la tubería

Los criterios de elección del diámetro de la tubería se basan en un análisis

técnico económico.

a) Criterio Técnico

La elección de la dimensión del diámetro depende de la velocidad en el

conducto, velocidades muy bajas permiten sedimentación de partículas y

velocidades altas producen vibraciones en la tubería, así como pérdidas de

carga importantes, lo que repercute en un costo elevado de operación.

b) Criterio Económico

El cálculo económico, está basado en:

- Datos de inversión inicial.

- Costo de la tubería instalada por metro lineal.

46

- Costo del equipo de bombeo instalado por cada HP o KW.

- Datos de inversión por explotación.

- Costo anual de operación.

- Valor presente de operación en 10 años.

Un procedimiento para la selección del diámetro más adecuado

(económico), es usando la fórmula de Bresse, que se aplica mediante la

expresión:

Determinado d, se escogen dos diámetros comerciales en torno al valor de

Bresse. El análisis de costos que involucra tuberías, equipo y costos de

operación y mantenimiento permitirá seleccionar el diámetro de mínimo

costo.

c. Velocidad y presión

Es muy importante calcular la velocidad y presión de agua en las tuberías.

Cuando se trata de un sistema rural de abastecimiento de agua es aceptable

tener velocidades menores a 0.6 m/s para minimizar las pérdidas por

fricción y se deberá mantener una presión de por lo menos 5 m en los

puntos críticos, tal como lo recomiendan las normas generales del

Ministerio de Salud.

47

La velocidad del flujo a través de la tubería se obtiene mediante la

expresión:

d. Clase y material de tuberías

Habrá que determinar las clases de tubería capaces de soportar las

presiones de servicio y contrarrestar el golpe de ariete.

El material de la tubería es escogido por factores económicos, así como de

disponibilidad de accesorios, y características de resistencia, ante

esfuerzos que se producirán en el momento de su operación.

La presión estática máxima estará en función de las especificaciones

técnicas de la clase de tubería a utilizarse.

Se evaluará el material de tubería a utilizar cuando la corrosividad sea

especialmente agresiva, es decir para cuando el contenido de sales

solubles, ion sulfatos y ion cloruros del terreno sean superiores a 1000

ppm y el pH del subsuelo esté fuera de los limites

e. Pendientes mínimas

Se recomienda pendientes mínimas de:

2 a 3 mm/m en las partes ascendentes.

4 a 6 mm/m en las partes descendentes.

48

3.5. PROCESOS UNITARIOS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA

POTABLE

Las diversas actividades agrícolas, ganaderas, industriales y recreacionales del ser

humano han traído como consecuencia la contaminación de las aguas superficiales

con sustancias químicas y microbiológicas, además del deterioro de sus características

estéticas. Para hacer frente a este problema, es necesario someter al agua a una serie

de operaciones o procesos unitarios, a fin de purificarla o potabilizarla para que pueda

ser consumida por los seres humanos. Una operación unitaria es un proceso químico,

físico o biológico mediante el cual las sustancias objetables que contiene el agua son

removidas o transforma- das en sustancias inocuas. La mayor parte de los procesos

originan cambios en la concentración o en el estado de una sustancia, la cual es

desplazada o incorporada en la masa de agua. Este fenómeno recibe el nombre de

transferencia de fase. Son ejemplos de ello la introducción de oxígeno al agua

(transferencia de la fase gaseosa a la líquida) y la liberación de anhídrido carbónico

contenido en el agua (transferencia de la fase líquida a la gaseosa) mediante el proceso

de aereación.

3.5.1. Principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento del agua

Los principales procesos de transferencia utilizados en el tratamiento del agua para

consumo humano son los siguientes:

- transferencia de sólidos;

- transferencia de iones; transferencia de gases, y

- transferencia molecular o de nutrientes.

a. Transferencia de sólidos:

49

Se consideran en esta clasificación los procesos de cribado, sedimentación,

flotación y filtración.

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.

Sedimentación

Consiste en promover condiciones de reposo en el agua, para remover, mediante

la fuerza gravitacional, las partículas en suspensión más densas. Este proceso se

realiza en los desarenadores, presedimentadores, sedimentadores y

decantadores; en estos últimos, con el auxilio de la coagulación.

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.

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

50

depende de las características de la suspensión (agua más partículas) y del

medio poroso.

b. Transferencia de Iones

La transferencia de iones se efectúa mediante procesos de coagulación,

precipitación química, absorción e intercambio iónico.

Coagulación química:

La 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.

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.

Intercambio iónico:

Como su nombre lo indica, este proceso 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.

51

3.5.2. Plantas de tratamiento de agua o plantas potabilizadoras

Una planta de tratamiento es una secuencia de operaciones o procesos unitarios,

convenientemente seleccionados con el fin de remover totalmente los contaminantes

microbiológicos presentes en el agua cruda y parcialmente los físicos y químicos,

hasta llevarlos a los límites aceptables estipulados por las normas.

3.5.2.1. Tipos de plantas de tratamiento de agua

Las plantas de tratamiento de agua se pueden clasificar, de acuerdo con el tipo de

procesos que las conforman, en plantas de filtración rápida y plantas de filtración

lenta. También se pueden clasificar, de acuerdo con la tecnología usada en el

proyecto, en plantas convencionales antiguas, plantas convencionales de tecnología

apropiada y plantas de tecnología importada o de patente.

a. Plantas de Filtración Rápida

Estas plantas se denominan así porque los filtros que las integran operan con

velocidades altas, entre 80 y 300 m /m .d, de acuerdo con las características del

agua, del medio filtrante y de los recursos disponibles para operar y mantener

estas instalaciones. 3 2 Como consecuencia de las altas velocidades con las que

operan estos filtros, se colmatan en un lapso de 40 a 50 horas en promedio. En

esta situación, se aplica el retrolavado o lavado ascensional de la unidad durante

un lapso de 5 a 15 minutos (dependiendo del tipo de sistema de lavado) para

descolmatar el medio filtrante devolviéndole su porosidad inicial y reanudar la

operación de la unidad. De acuerdo con la calidad del agua por tratar, se

presentan dos soluciones dentro de este tipo de plantas: plantas de filtración

rápida completa y plantas de filtración directa.

52

Planta de filtración rápida completa

Una planta de filtración rápida completa normalmente está integrada por

los procesos de coagulación, decantación, filtración y desinfección. El

proceso de coagulación se realiza en dos etapas: una fuerte agitación del

agua para obtener una dispersión instantánea de la sustancia coagulante

en toda la masa de agua (mezcla rápida) seguida de una agitación lenta

para promover la rápida aglome- ración y crecimiento del floculo (etapa

de floculación). La coagulación tiene la finalidad de mejorar la eficiencia

de remoción de partículas coloidales en el proceso de decantación

(sedimentación de partículas floculentas). El proceso final de filtración

desempeña una labor de acabado, le da el pulimento final al agua. De

acuerdo con las investigaciones realizadas por la Agencia de Protección

Ambiental (EPA) de los Estados Unidos, el filtro debe producir un

efluente con una turbiedad menor o igual a 0,10 UNT para garantizar que

esté libre de huevos de parásitos (Giardia, Cryptosporidium, etcétera).

Para lograr esta eficiencia en la filtración, es necesario que los

decantadores produzcan un agua con 2 UNT como máximo. Finalmente,

se lleva a cabo la desinfección, proceso común a los dos tipos de plantas,

las de filtración rápida completa y las de filtración directa. La función

principal de este proceso es completar la remoción de microorganismos

patógenos que no quedaron retenidos en el filtro y servir de protección

contra la contaminación que el agua pueda encontrar en el sistema de

distribución.

53

La desinfección, en la forma en que normalmente se aplica (esto es, con

residual libre de 1 mg/L a la salida de la planta y tiempo de contacto

mínimo de 30 minutos), solo tiene la capacidad de remover bacterias.

Como se verá detalladamente en el capítulo sobre desinfección, para

remover huevos de parásitos se necesitarían aplicar dosis altísimas y

disponer de tiempos de contacto muy largos, que hacen impracticable el

proceso. Como los huevos de parásitos son grandes, un filtro que opere

eficientemente y reciba agua con no más de 2 UNT puede producir un

efluente exento de huevos de parásitos.

Cuadro N° 04: Límites de calidad del agua aceptables para el

tratamiento mediante filtración rápida completa

Filtración directa

Es una alternativa a la filtración rápida, constituida por los procesos de

mezcla rápida y filtración, apropiada solo para aguas claras. Son ideales

para este tipo de solución las aguas provenientes de embalses o represas,

que operan como grandes presedimentadores y proporcionan aguas

constantemente claras y poco contaminadas. Cuando la fuente de

54

abastecimiento es confiable —caso de una cuenca virgen o bien protegida

—, en la que la turbiedad del agua no supera de 10 a 20 UNT el 80% del

tiempo, y no supera 30 UNT ni 25 UC el 90% del tiempo, puede

considerarse la alternativa de emplear filtración directa descendente.

Cuando el agua viene directamente del río y aunque clara la mayor parte

del año, presenta frecuentes fluctuaciones de turbiedad, normalmente se

considera una floculación corta, generalmente de no más de 6 a 8

minutos, para obtener un efluente de calidad constante, aunque con

carreras de filtración más cortas. Esta es la alternativa más restringida de

todas en cuanto a la calidad de agua que se va a tratar. En el caso de

aguas que el 90% del tiempo no sobrepasan los 100 UNT y las 60 UC y

alcanzan esporádicamente hasta 200 UNT y 100 UC, podrían ser tratadas

mediante filtración directa ascendente. La tercera alternativa disponible

para aguas relativamente claras es la filtración directa ascendente–

descendente. Esta alternativa es aplicable a aguas que el 90% del tiempo

no sobrepasan las 250 UNT ni las 60 UC, y alcanzan esporádicamente

más de 400 UNT y 100 UC.

Cuadro N° 05: Límites de calidad de agua para plantas de filtración

directa

55

b. Plantas de filtración lenta

Los filtros lentos operan con tasas que normalmente varían entre 0,10 y 0,30

m/h; esto es, con tasas como 100 veces menores que las tasas promedio

empleadas en los filtros rápidos; de allí el nombre que tienen. También se les

conoce como filtros ingleses, por su lugar de origen. Los filtros lentos simulan

los procesos de tratamiento que se efectúan en la naturaleza en forma

espontánea, al percolar el agua proveniente de las lluvias, ríos, lagunas, etcétera,

a través de los estratos de la corteza terrestre, atravesando capas de grava, arena

y arcilla hasta alcanzar los acuíferos o ríos subterráneos. Al igual que en la

naturaleza, los procesos que emplean estos filtros son físicos y biológicos. Una

planta de filtración lenta puede estar constituida solo por filtros lentos, pero

dependiendo de la calidad del agua, puede comprender los procesos de

desarenado, presedimentación, sedimentación, filtración gruesa o filtración en

grava y filtración lenta. Los procesos previos al filtro lento tienen la función de

acondicionar la calidad del agua cruda a los límites aceptables por el filtro lento.

Con el tren de procesos indicados se puede remover hasta 500 UNT, teniendo en

cuenta que el contenido de material coloidal no debe ser mayor de 50 UNT; es

decir, que la mayor parte de las partículas deben estar en suspensión para que

sean removidas mediante métodos físicos.

Cuadro N° 06: Límites de calidad de agua para plantas de filtración directa

56

3.5.2.2. CLASIFICACIÓN DE LAS PLANTAS DE FILTRACIÓN RÁPIDA POR EL

TIPO DE TECNOLOGÍA UTILIZADA

Las características tecnológicas del sistema deben de estar de acuerdo con los

recursos económicos, humanos y materiales disponibles localmente para que se

puedan cumplir los objetivos de tratamiento previstos. Por el tipo de tecnología

utilizada en la Región, las plantas de filtración rápida se pueden clasificar de la

siguiente forma:

Sistemas de tecnología convencional clásica o antigua.

Sistemas convencionales de alta tasa o de tecnología CEPIS/OPS.

Sistemas de tecnología patentada, normalmente importada de los países

desarrollados.

a. Sistemas Convencionales

Convencionales clásicos. Este tipo de sistema es el más antiguo en nuestro medio.

Se ha venido utilizando desde principios del siglo pasado (1910–1920). Se

caracteriza por la gran extensión que ocupan las unidades, principalmente el

decantador rectangular de flujo horizontal, el cual normalmente se diseña con

tasas comprendidas entre 10 y 60 m /m .d.

Para mejorar el funcionamiento de los sistemas convencionales, se fueron

agregando equipos mecánicos y actualmente la mayor parte de estos sistemas son

mixtos, están constituidos por unidades hidráulicas y mecánicas.

Inicialmente estas plantas carecían de mezcladores y se les agregó

retromezcladores. Los floculadores pueden ser hidráulicos o mecánicos, los

decanta- dores rectangulares de flujo horizontal y en algunos casos de vuelta en

U. Los decantadores de vuelta en U tienen muchos problemas en su

57

comportamiento, debido a que el giro del flujo dentro de la unidad ocasiona un

camino oblicuo y en las zonas adyacentes se forman espacios muertos.

Figura N° 07: Decantador rectangular de flujo rectangular

Figura N° 08: Decantador de vuelta en U

b. Sistemas convencionales de alta tasa o de tecnología CEPIS/OPS

Esta tecnología se empezó a desarrollar en la década de 1970 y se ha ido

perfeccionando cada vez más a la luz de las últimas investigaciones realizadas en

los países desarrollados. Las unidades son de alta tasa, ocupan una extensión que

58

constituye el 25% ó 30% del área que ocupa un sistema convencional de la misma

capacidad. La reducción del área se debe al empleo de floculadores verticales que

por su mayor profundidad ocupan menos área que los horizontales y permiten

compactar mejor el sistema. Los decantadores son de placas inclinadas a 60 °C,

de tal modo que el área de decantación real es la suma de las proyecciones

horizontales de todas las placas, lo que equivale a la superficie del fondo del

decantador convencional.

Los filtros se proyectan en baterías para ser operados con altura variable y por el

principio de tasa declinante, de acuerdo con el cual filtros operan con velocidades

decrecientes, entre lavado y lavado, y se desfasan en la operación; de este modo,

mientras unos están empezando las carreras los otros están a la mitad y el resto

terminándola. Así, entre todos llegan a asumir la capacidad completa del sistema

y el caudal permanece constante. El lavado de una unidad se efectúa mediante el

caudal que produ- cen los otros filtros en opera- ción, por lo que no se precisa de

sistema de bombeo ni de tanque elevado. En estos sistemas el agua decantada,

filtrada, para el retrolavado y el desagüe del retrolavado se conducen mediante

canales, no tienen galerías de tubos. Estas características hacen que este tipo de

sistemas tengan un costo inicial muy bajo. El costo de operación también es

mucho más bajo que el de otros sistemas, debido a que no requieren energía

eléctrica para su funcionamiento, son muy compactos y se reduce también la

cantidad de personal necesario para la operación. Las principales ventajas de esta

tecnología son las siguientes:

Es sumamente eficiente: En su concepción se han empleado los resultados de

las recientes investigaciones. Tiene el mérito de encerrar bajo su aspecto

59

sencillo procesos complejos y sumamente eficientes, por lo que realmente es

una tecnología de avanzada.

Es fácil de construir, operar y mantener: El equipamiento ha sido reducido al

mínimo imprescindible. Los procesos se generan mediante energía hidráulica;

el 100% de las obras son civiles. Por lo tanto, son fáciles de construir con los

recursos normalmente disponibles en los países en desarrollo. La operación es

sencilla porque carecen de mecanismos complicados y, por consiguiente, el

mantenimiento es econó- mico, fácil y rápido de realizar. Por estas razones, se

la denomina tecnología apropiada para países en desarrollo.

Es muy económica: La sencillez y el alto grado de compactación logrado en

las estructuras hace que normalmente se utilice alrededor de 1/3 del área que

requiere una planta convencional; el costo inicial es 1/3 ó la mitad del costo de

los otros tipos de tecnologías disponibles.

Es muy confiable: No requiere energía eléctrica para su funcionamiento; por lo

tanto, puede trabajar en forma continua a pesar de la escasez del recurso. De

este modo, se pueden garantizar las metas de calidad y cantidad.

Figura N° 09: Floculadores hidráulicos de flujo vertical

60

Figura N° 10: Planta de tecnología apropiada de 120 L/s

61

CAPITULO IV

IDENTIFICACION DE VARIABLES

VARIABLES

Dotación

Densidad Poblacional

Población Actual

Población Futura

Densidad de Población

Ubicación geográfica

Caudal

Calidad de Agua

Topografía

Diseño de Planta de tratamiento

VARIABLEINDEPENDIENTES

Dotación

Densidad Poblacional

Población Actual

Población Futura

Densidad de Población

Ubicación geográfica

Caudal

Calidad de Agua

Topografía

VARIABLE DEPENDIENTE

Diseño de Planta de tratamiento.

CAPITULO VII

62

OPERACIONALIZACION DE VARIABLES

VARIABLE DEFINICION

OPERACIONAL

TIPO DE

VARIABLE

INDICADORES

DOTACION

Se basa en el

número de

habitantes para

el diseño.

cuantitativa

Cantidad de

habitantes.

Vida horizonte del

proyecto.

POBLACION

ACTUAL

E la cantidad de

personas que

evitan en el

distrito de san

Agustín de cajas.

cuantitativa

Índice poblacional.

Zona urbana.

Encuestas.

POBLACION

FUTURA

Es la cantidad

personas

predichas al

futuro por

diversos factores

para el diseño de

la planta de

tiramiento de

agua potable.

cuantitati

va

Tasa de crecimiento

de la población.

Factores

socioeconómicos.

Tendencia de

desarrollo.

63

DENSIDAD DE

POBLACION

Es la cantidad

promedio de

habitantes del

distrito de san

Agustín de cajas.

cuantitati

va

Cantidad de

población.

Superficie de

territorio.

UBI

CACIÓN

GEOGRAFIACA

Es la ubicación

del punto de la

superficie

terrestre donde

se realizaran los

trabajos.

cualitativa

Coordenadas

geográficas.

Rasgos geográficos.

Longitudes

geográficas.

CAUDAL

Es la cantidad de

agua que

requiere la

población en un

promedio para

satisfacer sus

necesidades

c

uantitativa

Población

Flujo de agua.

Velocidad.

tiempo

64

65

CALIDAD

DEAGUA

Es aquella que al

consumirla no

daña el

organismo del

ser humano por

los diversos

procesos de

tratamiento que

se va desarrollar.

c

ualitativa

la cloración.

Libre de organismos

patógenos.

Análisis físico y

químico.

Límites de

tolerancia.

TOPO

GRAFIA

El área de

influencia del

diseño que

presenta una

topografía

accidentada.

C

ualitativa

Levantamientos

topográficos.

Trazo de línea de

conducción y

aducción.

Selección de la ruta.

CALIDAD

DEAGUA

Es aquella que al

consumirla no

daña el

organismo del

ser humano por

los diversos

procesos de

tratamiento que

se va desarrollar.

c

ualitativa

la cloración.

Libre de organismos

patógenos.

Análisis físico y

químico.

Límites de

tolerancia.

TOPO

GRAFIA

El área de

influencia del

diseño que

presenta una

topografía

accidentada.

C

ualitativa

Levantamientos

topográficos.

Trazo de línea de

conducción y

aducción.

Selección de la ruta.

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