1

LA PRIMERA PLANTA DE FILTRACIÓN DE AGUA DE LA CIUDAD DE LIMA

Por: Ernesto Maisch Guevara

Noviembre 1996

Hace cuarenta años, durante la gestión del Ing. Gustavo Laurie Solís, entonces

Superintendente del Servicio de Agua Potable de Lima, se construyó en La Atarjea la

primera planta de filtración de agua de la ciudad de Lima.

Desde los primeros tiempos Lima se ha abastecido de agua de la zona denominada "La

Atarjea", donde la presencia de la cadena de cerros Chivato, Sta. Rosa, Quiroz y El

Agustino cierra parcialmente el valle represando el acuífero que fluye en su suelo

aluvial.

Inicialmente bastaron los afloramientos naturales que se producían en la zona, como

consecuencia de dicho represamiento, pero ya en 1850 fue necesario construir un

primer sistema de galerías de infiltración para colectar las aguas a cierta profundidad

bajo el suelo. En 1920 se construyó un nuevo sistema de galerías de infiltración más

extenso y a mayor profundidad.

El proyecto contemplaba una galería central que pasaba entre los cerros Quiroz y Sta.

Rosa y dos brazos que intentaban interceptar el agua subterránea, a la profundidad de

diseño, en toda la anchura del valle. El ramal Sur sólo llegó a construirse en una corta

longitud, dado el decepcionante rendimiento del ramal Norte, que tenía su punto inicial

bajo el mismo lecho del río Rímac.

Ante esta situación se decidió la utilización de las aguas superficiales del río Rímac,

sometiéndolas a un somero proceso de tratamiento consistente en desarenación y

remoción de material fino en suspensión mediante coagulación y sedimentación. En

1935 se introdujo la cloración del agua para cuidar el aspecto de la contaminación

bactereológica de las aguas del río.

En estas condiciones se abasteció a la ciudad de Lima por más de treinta años, hasta

que en 1956 se construyó la primera planta de filtración de agua, con una capacidad de

5 m3/s. La planta incluyó, como tratamiento previo, un proceso de clarificación a través

de manto de lodos flotante, con flujo vertical ascendente y pulsante.

2

La posibilidad de esta realización la ofreció el gobierno francés que financió el costo de

2'100,000 dólares de dicha planta en un período de siete años. El diseño, equipamiento

y ejecución de la misma estuvo a cargo de la firma Emile Degrémont, de París.

La importancia del proceso de filtración estriba en que no es tan sólo un proceso de

colado mecánico sino que intervienen en él complejos fenómenos físicos, químicos y

bactereológicos que le permiten remover partículas hasta diez mil veces más pequeñas

que los intersticios entre los granos de arena. Así las bacterias, cuyo tamaño es del

orden de un micrón, las finísimas partículas de arcilla del orden de un décimo de micrón

y aun coloides de un centésimo de micrón, quedan retenidos, en alto porcentaje, en la

superficie y poros del lecho filtrante.

El histórico caso de la severa epidemia de cólera registrada en 1882 en la ciudad de

Hamburgo, que usaba agua del río Elba sin filtrar, en contraste con la bajísima

incidencia de casos en la ciudad de Altona, que captaba aguas del mismo río Elba,

aguas abajo de la descarga de aguas servidas de Hamburgo, pero que filtraba dichas

aguas, fue una elocuente lección que llevó a la mayoría de las ciudades del mundo,

que usaban aguas superficiales, a incorporar el proceso de filtración en sus plantas de

potabilización. Fue sólo en 1956 que Lima se sumó a dicho grupo de ciudades.

La planta es del tipo de filtros rápidos, con flujo descendente, con tasa de filtración

constante (originalmente de 120 (m3/día)/m2), y alrededor de 2 m de carga hidráulica. El

material filtrante está formado por arena cuarzosa con granos bastante uniformes de

3

0.8 a 1 mm de diámetro. El coeficiente de permeabilidad de este material es alrededor

de 600 (m3/día)/m2. El espesor del lecho filtrante es de 1 m.

La planta de filtración está conformada por 36 unidades de 100 m2 de área útil cada

unidad, dispuestas en dos alas a uno y otro lado de un edificio central. Cada ala tiene

dos baterías de 9 filtros, frente a frente, separadas por una galería de conductos en el

nivel inferior y una galería de operación al nivel superior. La alimentación de los filtros

se hace mediante canales perimetrales a las alas y la descarga de los mismos se hace

a canales colectores ubicados en las galerías de conductos en el nivel inferior.

El control de la constancia de la tasa de filtración es hidroneumático, haciéndose la

descarga de los filtros por sifones con admisión de aire controlada por pequeñas

válvulas operadas por flotadores que, originalmente, estaban ubicados en las pozas o

arquetas a las que descargan los filtros.

El aire admitido a la cumbre del sifón aumenta la pérdida de carga hidráulica en él,

disipándose en esta forma el exceso de carga que existe (para hacer pasar el caudal

de diseño a través del lecho filtrante), mientras no se haya alcanzado el límite del grado

de atascamiento del lecho, para el que se ha previsto la carga útil del filtro (carga total

menos las pérdidas que corresponden al caudal de diseño en canalizaciones y

accesorios del filtro).

La cantidad de aire que debe dejar ingresar el flotador en el sifón es la necesaria para

crear una pérdida de carga en él que sumada a la pérdida de carga en el lecho filtrante

sea igual, en todo momento, a la carga útil del filtro.

El flotador ubicado en la arqueta, aguas arriba del orificio que comunica dicha arqueta

con el canal colector, disminuía la admisión de aire al sifón cuando el nivel de agua

sobre el que flota descendía por una ligera disminución del caudal, provocada por un

aumento en el grado de atascamiento del lecho filtrante. La disminución del ingreso de

aire al sifón compensaba el aumento de atascamiento y el caudal se recuperaba. En

esta forma la tasa de filtración se podía mantener prácticamente constante, con inde-

pendencia del grado de atascamiento u obturación del lecho filtrante, durante la carrera

útil del filtro.

Para ajustar la descarga de la planta al caudal entrante a la misma era necesario hacer

la descarga de los canales colectores de los filtros por sifones maestros, cuya admisión

de aire estaba controlada por válvulas operadas por flotadores que registraban el nivel

de agua en el canal de ingreso a la planta. La regulación de la admisión de aire a la

4

cumbre de estos sifones (al subir los flotadores disminuía la entrada de aire y

viceversa) ocasionaba una inversión en el sentido de la variación de niveles en los

canales colectores (a más caudal menos nivel), para conseguir que los flotadores que

gobernaban los sifones de los filtros actuaran en el sentido conveniente, dejando pasar

más agua cuando aumentaba el caudal entrante a la planta y restringiendo el paso

cuando dicho caudal disminuía.

El lavado de los lechos obturados se hace mediante reversión del flujo de agua e

inyección de aire comprimido. La carrera de filtro (período entre dos lavados

consecutivos) se mantiene entre 24 y 36 horas, dependiendo de la turbiedad del agua

entrante a los filtros. La cantidad de agua de lavado representa entre el 3 al 4% de la

producción.

En la década de los 60 se decidió aumentar la capacidad de la Planta N° 1 en 50%,

llevándola a 7.5 m3/s, para alimentar al sistema de distribución que se había ampliado

con grandes tuberías, de hasta 1.80 m de diámetro.

Para el efecto se aumentó el número de clarificadores de 4 a 6, con lo que la tasa de

carga superficial continuó siendo la misma, esto es 86.4 (m3/día)/m2. En cuanto a la

filtración sólo se procedió a la ampliación de los orificios que comunican las pozas o

arquetas de descarga de los filtros con el canal colector de los mismos, de manera que

la carga hidráulica sobre estos orificios continuara siendo la misma. Se duplicó el

número de sifones maestros (de 4 a 8), instalándose un par de nuevos sifones en los

extremos exteriores de los canales colectores. Desde estos extremos el agua regresa

al centro de la planta, donde está ubicada la conducción hacia los reservorios de agua

tratada, mediante conducciones externas. La tasa de filtración quedó simplemente

aumentada en la misma proporción que el aumento de la capacidad de la planta, esto

es a 180 (m3/día)/m2.

En la década de los 70 se decidió ampliar una vez más la Planta N° 1, llevándola al

doble de la capacidad original, o sea a 10 m3/s. En esta oportunidad se encontró

necesario bajar el nivel del falso fondo de soporte del lecho filtrante de 1.50 a 2.00 m

de profundidad. Esto significó un aumento de la carga hidráulica sobre la superficie de

la arena de 142%. Esta modificación eliminó el problema que se venía presentando de

desprendimiento de aire del agua, debido a las cargas negativas (vacíos parciales) que

se producían en los lechos filtrantes por la poca profundidad en la que se encontraban

los mismos. El aire desprendido y entrampado en el lecho filtrante por la corriente

descendente del agua reducía el área útil de dicho lecho.

5

Para no disminuir la duración de las carreras de filtración y con ello aumentar el

porcentaje de pérdida de producción por lavados, por razón de la disminución de la

carga disponible para atascamiento del lecho (diferencia entre la carga hidráulica total

del filtro y las pérdidas de cargas fijas en arena recién lavada, canalizaciones y

accesorios, incluyendo el sifón sin aire), se reemplazaron los sifones de los filtros por

otros de mayor tamaño en forma que la pérdida de carga en ellos no aumentara. Con el

mismo propósito se amplió una vez más la capacidad de los orificios que comunican las

pozas o arquetas de descarga de los filtros con el canal colector de los mismos. La tasa

de filtración quedó aumentada a 240 (m3/día)/m2, que era aceptable en vista de los

nuevos conceptos en boga sobre diseño de filtros.

En la década de los 80 se decidió renovar los equipos de la Planta N° 1. Se cambiaron

las válvulas de compuerta de operación hidráulica por válvulas de mariposa de

operación neumática. Se renovaron las tuberías y bombas para el lavado de los filtros y

se instalaron nuevos pupitres de comando de los filtros.

En dicha oportunidad se cambió la regulación de los filtros de aguas abajo por una

regulación de aguas arriba, para mantener constante el nivel de agua en la caja de los

filtros con independencia del grado de atascamiento de sus lechos. Con este cambio

los sifones maestros dejaron de cumplir función alguna, ya que para el control de aguas

arriba no es necesario la inversión del sentido de variación de los niveles de los

canales colectores, que sí era necesaria para efectuar el control de aguas abajo.

Al presente se ha proyectado una nueva modernización de la Planta N° 1,

reemplazando el control hidroneumático por un control electrónico de niveles a uno y

otro lado de los orificios sumergidos que comunican las pozas de descarga de los filtros

con los canales colectores. Un sensor diferencial actuará sobre el posicionador de la

válvula de descarga del filtro para maniobrar dicha válvula en forma de mantener una

carga constante sobre el orificio y con ello una descarga uniforme de filtro, con

independencia del grado de atascamiento de su lecho.

Un sensor ultrasónico de niveles mantendrá constante el nivel de agua en el canal de

entrada a la planta, haciendo variar la carga de los orificios (que los sensores

diferenciales deberán mantener constante). En esta forma cualquier variación en el

caudal entrante a la planta se equirrepartirá entre todos los filtros en operación.

La información del caudal descargado por los filtros y de la pérdida de carga en sus

lechos será centralizada en un computador en la sala central de operaciones, desde la

cual, en el futuro, se podrá hacer el lavado de los filtros.

6

La eliminación de los sifones de los filtros y de los sifones maestros representará un

aumento de la regularidad de funcionamiento y una reducción de los costos de revisión

y limpieza de las válvulas de admisión de aire de los sifones, cuya operatividad es difícil

de mantener. La eliminación de los sifones además representará una importante

reducción de las pérdidas de las cargas fijas de los filtros, quedando más carga

disponible para atascamiento, que se reflejará en carreras más prolongadas con la

consiguiente economía del agua de lavado, energía y personal de operaciones.

Efectivamente la eliminación de los sifones de los filtros representa una ganancia de

53% sobre la actual reserva de carga para atascamiento y la eliminación de los sifones

maestros representa una ganancia adicional de 32% de la actual reserva de carga para

atascamiento.

Si fuera necesario se aumentará el espesor de los lechos filtrantes para asegurar el

equilibrio de diseño de los filtros, que exige que las características del lecho filtrante

sean tales que la carrera de filtración concluya por agotamiento de la carga disponible

por atascamiento prácticamente al mismo tiempo en que se presenta una primera

evidencia de un ligero desmejoramiento en la turbiedad del efluente del filtro.

En resumen, la Planta N° 1 es una magnífica instalación que, con los cambios

relativamente menores que se plantea introducir, puede continuar funcionando por

muchos años en el futuro con una eficiencia comparable a cualquier planta moderna.

Inclusive queda habilitada para permitir un nuevo aumento en su capacidad, que la

llevaría a 12 m3/s.

El costo de los cambios que se proponen probablemente no alcanzará al 4% del costo

de reposición de una planta de su capacidad.