UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS
Y MATEMÁTICA CARRERA INGENIERÍA CIVIL
Evaluación y propuestas de mejora de la planta de tratamiento de agua potable del
Cantón Píllaro, Provincia de Tungurahua
Trabajo de Titulación modalidad Estudio Técnico, previo a la obtención del
Título de Ingeniero Civil
Arias Donoso Huder Elvis
Quishpe Codena Byron Ivan
TUTOR: Ing. Gonzalo Boroshilov Castro Merizalde.MSc
Quito, 2018
ii
DERECHOS DE AUTOR
Nosotros, ARIAS DONOSO HUDER ELVIS y QUISHPE CODENA BYRON IVAN
, en calidad de autores y titulares de los derechos morales y patrimoniales del trabajo de
titulación: “EVALUACIÓN Y PROPUESTAS DE MEJORA DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DEL CANTON PÍLLARO, PROVINCIA DE
TUNGURAHUA”, modalidad ESTUDIO TÉCNICO, de conformidad con el Art.114 del
CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,
CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedemos a favor de la Universidad Central del
Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la
obra, con fines estrictamente académicos. Conservamos a nuestro favor todos los
derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada. Así mismo,
autorizamos a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización y
publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo
dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
Los autores declaran que la obra objeto de la presente autorización en original en su forma
de expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad
por cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la
Universidad de toda responsabilidad.
Firma: _______________________
Quishpe Codena Byron Ivan
C.C.: 17163115-2
Dirección electrónica: [email protected]
Firma: _______________________
Arias Donoso Huder Elvis
C.C.: 172317074-0
Dirección electrónica: [email protected]
iii
APROBACIÓN DEL TUTOR
En calidad de tutor del Trabajo de Titulación, presentado por ARIAS DONOSO
HUDER ELVIS y QUISHPE CODENA BYRON IVAN, para optar por el Grado de
Ingeniero Civil; cuyo título es: EVALUACIÓN Y PROPUESTAS DE MEJORA DE LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DEL CANTON PÍLLARO,
PROVINCIA DE TUNGURAHUA, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y
méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y evaluación por parte del
tribunal examinador que se designe.
En la ciudad de Quito, a los 27 días del mes de mayo de 2017.
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Ing. Gonzalo Boroshilov Castro Merizalde.
DOCENTE-TUTOR
C.C: 040065201-2
iv
DEDICATORIA
A Dios por darme el privilegio de vivir cada día para lograr mis metas de superación
personal y profesional con fortaleza y por guiar mi camino con su infinito amor y bondad,
a mis padres Zulema Judit Donoso Recalde y Hugo Eduardo Arias Pilatuña por ser el
pilar en mi vida, por inculcarme principios y valores que toda persona requiere para
salir siempre adelante con dignidad, por creer siempre en mí, por darme enseñanzas y
concejos que me permitieron ser lo que hoy en día soy un Ingeniero Civil.
A mis queridos hermanos Hugo Eduardo, Johana Zulema y Joselyn Zanely, por el apoyo,
por la constancia de perseverar y además de ser un ejemplo para ellos a seguir
superandose.
A mi novia Mayrita por el apoyo incondicional de seguir adelante siempre y no decaer.
HUDER ELVIS ARIAS DONOSO
v
DEDICATORIA
A mi Dios todo poderoso por darme la vida, fortaleza y permitirme salir adelante guiando
mi camino en todo momento, a mis padres Miriam Ximena Codena Simbaña y Segundo
Manuel Quishpe Hernández por ser unos padres ejemplares, pacientes y por todo el amor
que me han brindado día a día, por haber inculcado en mi los valores y principios que
un ser humano requiere para no dejar de luchar por sus objetivos.
A mis hermanos Bryan y Nayeli, por estar siempre a mi lado brindándome ese apoyo
incondicional en las largas noches, en las tristezas y alegrías.
BYRON IVAN QUISHPE CODENA
vi
AGRADECIMIENTO
A Dios por darme su protección acompañándome día a día, para superar dificultades a
lo largo de mi vida.
A mis padres por su infinita confianza en mí, por ser fuente de sabiduría, concejos, para
no desfallecer y así llegar a cumplir todas mis metas propuestas.
A mis hermanos por tener fe en mí y acompañarme siempre en el arduo camino de la
superación.
A mi novia por estar conmigo motivándome para alcanzar las metas y proyectos que me
proponga.
A la Prestigiosa Universidad Central del Ecuador, en especial a la Facultad de
Ingeniería en Ciencias Físicas y Matemáticas, mi inmensa gratitud por inculcar en mí
aptitudes y conocimientos para afrontar mi vida profesional.
Al Ing. Castro tutor de tesis, por su asesoramiento y guía, así como también al Gobierno
Autónomo Descentralizado del Cantón Píllaro por la apertura, tolerancia y facilidades
prestadas para la realización del proyecto de grado.
A la Ing. Susana Guzmán, así como al Ing. Freddy Muñoz que con su apoyo la tesis es y
será un proyecto de titulación de excelencia y que enorgullezca a la institución U.C.E.
Facultad de Ingeniería Civil.
Gracias a todos aquellos familiares, amigos y maestros que me apoyaron en diversas
formas para alcanzar este logro importante en mi vida, que me servirá para mi futuro.
HUDER ELVIS ARIAS DONOSO
vii
AGRADECIMIENTO
A Dios por todo el amor brindado, porque con el encontré la guía y la fuerza para poder
superar los problemas y dificultades presentados en mi camino para culminar esta etapa
de mi vida.
A toda mi familia, ya que gracias a ellos encontré la fuente de inspiración y superación
para lograr salir de mis problemas y así llegar a culminar mis metas.
A la Gloriosa Universidad Central del Ecuador, a la Facultad de Ingeniería en Ciencias
Físicas y Matemáticas mi gratitud inmensa por inculcar en mi conocimientos y aptitudes
para enfrentar mi vida profesional.
Al Ing. Boroshilov Castro tutor del proyecto, por su asesoramiento, comprensión y guía
a lo largo del proyecto.
A la Ing. Susana Guzmán, así como al Ing. Freddy Muñoz que con su apoyo y guía el
proyecto de titulación será de excelencia y uno de los primeros en la facultad y así sea
motivo de enorgullecimiento en la U.C.E. Facultad de Ingeniería Civil.
Al Gobierno Autónomo Descentralizado (GAD) del Cantón Píllaro por la compresión y
las facilidades prestadas para la culminación del proyecto.
A los ingenieros del Consorcio zona uno EPMAPS por todo el apoyo y facilidades
prestadas.
Para concluir un gran agradecimiento a mis amigos y amigas por brindarme su amistad
y apoyo incondicional a lo largo de toda la carrera.
BYRON IVAN QUISHPE CODENA
viii
CONTENIDO
DERECHOS DE AUTOR ............................................................................................. ii
APROBACIÒN DEL TUTOR .................................................................................... iii
DEDICATORIA .......................................................................................................... iv
DEDICATORIA ........................................................................................................... v
AGRADECIMEINTO ................................................................................................. vi
AGRADECIMIENTO ................................................................................................ vii
CONTENIDO ............................................................................................................ viii
LISTA DE TABLAS ................................................................................................. xiii
LISTA DE ILUSTRACIONES ................................................................................... xv
LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................ xvii
LISTA DE ANEXOS ............................................................................................... xviii
RESUMEN ................................................................................................................. xx
ABSTRACT .............................................................................................................. xxi
ix
CAPÍTULO I............................................................................................................... 1
1. GENERALIDADES ............................................................................................. 1
1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................ 1
1.2. OBJETIVOS ................................................................................................. 2
1.2.1. Objetivo general ...................................................................................... 2
1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................... 2
1.3. ALCANCE .................................................................................................... 2
1.4. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................... 3
CAPITULO II ............................................................................................................. 4
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA .................................................................. 4
2.1 DEFINICIONES Y GLOSARIO .................................................................. 4
2.2 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE ............................. 6
2.2.1 Tipos de plantas de tratamiento de agua potable ....................................... 7
2.2.2 Procesos de la PTAP convencional. ......................................................... 8
2.2.2.1 Coagulación ............................................................................................... 9
2.2.2.2 Floculación................................................................................................. 9
2.2.2.3 Sedimentación ............................................................................................ 9
2.2.2.4 Filtración .................................................................................................. 10
Tipo de filtración .............................................................................................. 10
Material filtrante............................................................................................... 11
Tasa de filtración .............................................................................................. 12
Lavado del filtro ............................................................................................... 12
2.2.2.5 Desinfección ............................................................................................ 12
2.2.3 Parámetros de control del agua............................................................... 13
2.3 ANTECEDENTES DE LA PTAP DEL CANTÓN PÍLLARO ................. 15
2.3.1 Fuente de abastecimiento ....................................................................... 18
2.3.2 Instalaciones .......................................................................................... 18
2.4 ESQUEMA DE TRATAMIENTO PTAP PILLARO................................ 21
2.5 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA ......................................... 21
2.5.1 Captación............................................................................................... 21
2.5.2 Cámara de llegada.................................................................................. 22
2.5.3 Zona de mezcla rápida ........................................................................... 23
2.5.3.1. Caudal de aforo............................................................................... 25
x
2.5.4 Tanques de floculación .......................................................................... 27
2.5.5 Tanques de sedimentación ..................................................................... 28
2.5.6 Tanques de filtración ............................................................................. 29
2.5.7 Tanque de desinfección .......................................................................... 32
2.5.8 Tanques de almacenamiento .................................................................. 34
2.6 DESCRIPCIÓN TEÓRICA DE LAS PRUEBAS REALIZADAS EN LAS
UNIDADES DE LA PTAP .................................................................................... 36
2.6.1 Trazadores ............................................................................................. 36
2.6.1.1. Prueba de trazadores ....................................................................... 37
2.6.1.2. Sustancias trazadoras ...................................................................... 37
2.6.1.3. Procedimiento ................................................................................. 38
2.6.1.4. Análisis de datos ............................................................................. 39
2.6.2 Control del proceso de filtración ............................................................ 44
CAPITULO III.......................................................................................................... 45
3. EVALUACIÓN DE LAS UNIDADES DE LA PTAP ................................... 45
3.1. ESTADO ACTUAL DE LA PLANTA ....................................................... 45
3.1.1. Captación............................................................................................... 47
3.1.2. Cámara de llegada.................................................................................. 48
3.1.3. Zona de mezcla rápida ........................................................................... 49
3.1.4. Tanques de floculación .......................................................................... 49
3.1.5. Tanque de sedimentación ....................................................................... 49
3.1.6. Tanques de filtración ............................................................................. 50
3.1.7. Cámara de desinfección ......................................................................... 50
3.2. DISEÑO VOLUMÉTRICO DE LAS UNIDADES DE LA PTAP. ........... 51
3.3. CALIDAD DEL AGUA .............................................................................. 63
3.3.1. Resultados experimentales del agua ....................................................... 63
3.3.1.1. Resultados obtenidos de ensayos realizados en época Invernal
(noviembre 2016). ............................................................................................ 64
3.3.1.2. Resultados obtenidos de ensayos realizados en época Seca (febrero
2017). 66
3.3.1.3. Eficiencias de remoción entre las distintas unidades que componen la
PTAP. 68
3.3.1.4. Comparación de Resultados entre agua tratada en época seca y época
lluviosa con la Normativa 1108. ....................................................................... 70
3.4. TRATABILIDAD “PRUEBA DE JARRAS” ............................................ 71
xi
3.4.1. Equipo de Jarras..................................................................................... 71
3.4.2. Tipo de coagulante ................................................................................. 72
3.4.3. Parámetros de dosificación..................................................................... 73
3.4.3.1 Dosis optima de coagulante ...................................................................... 73
3.4.4. Parámetros de floculación ...................................................................... 78
3.5. EFICIENCIA DE OPERACIÓN DE LA PLANTA MEDIANTE
PRUEBAS .............................................................................................................. 80
3.5.1. Prueba de trazadores .............................................................................. 80
3.5.1.1. Canal de mezcla rápida ....................................................................... 84
Salida Canal de Mezcla Rápida (Punto de Muestreo “A”) .................................... 84
3.5.1.2. Unidad de floculación ........................................................................ 91
Salida Floculador (Punto de Muestreo “B”) ......................................................... 91
3.5.1.3. Unidad de sedimentación.................................................................. 100
Salida Sedimentador (Punto de Muestreo “C”) ................................................... 100
3.6. FILTRACIÓN ........................................................................................... 110
3.6.1. Evaluación del proceso de filtración ..................................................... 110
3.6.1.1. Velocidad y caudal de filtración .................................................... 110
3.6.2. Evaluación del lecho filtrante ............................................................... 113
3.6.2.1. Granulometría del Medio Filtrante ................................................ 113
3.6.2.2. Espesor del Lecho filtrante............................................................ 115
3.6.2.3. Bolas de Barro .............................................................................. 119
3.6.3. Evaluación del proceso de lavado de los filtros .................................... 121
3.6.3.1. Velocidad y Caudal de Lavado. .................................................... 121
3.6.3.2. Expansión del Lecho filtrante ....................................................... 123
3.6.3.3. Tiempo Óptimo de Lavado ........................................................... 125
3.7. DESINFECCIÓN ...................................................................................... 131
3.7.1.1. Tiempo de cloración ..................................................................... 133
3.7.1.2. Dosificación cloro......................................................................... 134
3.8. ANÁLISIS Y DIAGNOSTICO DE LAS EVALUACIONES REALIZADAS
EN LAS UNIDADES DE LA PTAP. .................................................................. 137
3.8.1. Comparación geométrica de unidades de la PTAP................................ 137
3.8.2. Comparación hidráulica – sanitaria de las unidades de la PTAP. .......... 139
3.9. POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE LA PTAP ................................... 143
CAPITULO IV ........................................................................................................ 146
xii
4. GESTION AMBIENTAL ............................................................................ 146
4.1 PROCESO DE REGULARIZACIÓN AMBIENTAL ............................. 146
4.2 SIMULACIÓN .......................................................................................... 146
4.3 MARCO LEGAL ...................................................................................... 151
CAPITULO V ......................................................................................................... 153
5 PROPUESTAS DE MEJORA Y PRESUPUESTO REFERENCIAL DE LA
PROPUESTA SELECCIONADA PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AGUA POTABLE DEL CATÓN PILLARLO .................................................. 153
5.1 ALTERNATIVAS DE MEJORA. ............................................................ 153
5.2 PRESUPUESTO REFERENCIAL DE LAS PROPUESTAS DE MEJORA
156
5.2.1 ALTERNATIVAS DE MEJORA ........................................................ 156
CAPITULO VI ........................................................................................................ 159
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .......................................... 159
6.1 CONCLUSIONES .................................................................................... 159
6.2 RECOMENDACIONES ........................................................................... 161
7 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 162
8 ANEXOS .......................................................................................................... 165
CHECK LIST .................................................................................................... 166
PLAN DE MUESTREO .................................................................................... 171
DATOS HISTÓRICOS ANÁLISIS DE AGUA ................................................. 188
TRATABILIDAD .............................................................................................. 191
PRUEBA DE TRAZADORES ........................................................................... 199
PÉRDIDAS DE CARGA ................................................................................... 208
ANÁLISIS DE GRANULOMETRÍA ................................................................ 217
REGISTRO DE CHARLAS .............................................................................. 226
FOTOGRAFIAS ................................................................................................ 228
NORMATIVA LEGAL ..................................................................................... 233
PLANOS HIDRÁULICOS UNIDADES OPERATIVAS ................................... 240
PLANOS DE LA PROPUESTA DE MEJORA .................................................. 245
CARACTERISTICAS Y PARÁMETROS MEDIDOS IN SITU ........................ 247
ACCESORIOS DE FIBRA DE VIDRIO ........................................................... 253
NORMA INEN 1108 PARA AGUA POTABLE................................................ 255
xiii
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Límites de calidad de agua para plantas de filtración directa ........................... 8
Tabla 2 Tipo de Sedimentadores según su forma ......................................................... 9
Tabla 3 Límites de calidad de agua aceptables para tratamiento mediante filtración
rápida. ......................................................................................................................... 11
Tabla 4 Límites permisibles para lechos filtrantes ...................................................... 11
Tabla 5 Componentes de la PTAP - Cantón Píllaro .................................................... 19
Tabla 6 Equipo agitador de sulfato de aluminio .......................................................... 23
Tabla 7 Cargas hidráulicas sobre el vertedero rectangular (canal mezcla rápida) ........ 25
Tabla 8 Resultados de Aforos ..................................................................................... 26
Tabla 9 Bombas de dosificación de cloro - gas ........................................................... 32
Tabla 10 Características tanques de almacenamiento .................................................. 35
Tabla 11 Relación √ (γ/μ ) para diferentes temperaturas del agua.............................. 57
Tabla 12 Resultados obtenidos en la captación (agua Cruda) ...................................... 64
Tabla 13 Cotejo de resultados entre agua tratada con Norma INEN 1108 ................... 65
Tabla 14 Resultados obtenidos en la captación (agua Cruda) ...................................... 66
Tabla 15 Cotejo de resultados entre agua tratada con Norma INEN 1108 ................... 67
Tabla 16 Comparación de resultados entre entrada sedimentador y salida sedimentador
................................................................................................................................... 68
Tabla 17 Comparación de resultados entre entrada filtración y salida filtración ......... 69
Tabla 18 Comparación de resultados entre agua cruda y agua tratada ......................... 70
Tabla 19 Índice de Wilcomb ...................................................................................... 75
Tabla 20 Eficiencia de remoción (4,5 UNT) ............................................................... 76
Tabla 21 Eficiencia de remoción (3,2UNT) ................................................................ 77
Tabla 22 Eficiencia de remoción (4,8UNT) ................................................................ 77
Tabla 23 Volumen de unidades .................................................................................. 80
Tabla 24 Volumen de unidades - trazador y agua ....................................................... 82
Tabla 25 Parámetros - canal mezcla rápida ................................................................ 86
Tabla 26 Análisis de resultados - canal mezcla rápida ................................................ 87
Tabla 27 Parámetros – canal mezcla rápida ................................................................ 87
Tabla 28 Análisis de resultados – canal mezcla rápida ................................................ 87
Tabla 29 Relación √ (γ/μ ) para diferentes temperaturas del agua.............................. 90
Tabla 30 Parámetros - floculador ................................................................................ 94
Tabla 31 Análisis de resultados - floculador ............................................................... 95
Tabla 32 Parámetros - floculador ................................................................................ 95
Tabla 33 Análisis de resultados - floculador ............................................................... 95
Tabla 34 Parámetros - sedimentador ......................................................................... 103
Tabla 35 Análisis de resultados - sedimentador ........................................................ 104
Tabla 36 Parámetros - sedimentador ......................................................................... 104
Tabla 37 Análisis de resultados - sedimentador ........................................................ 104
Tabla 38 Tipos de sedimentadores según el sentido de flujo ..................................... 108
Tabla 39 Tasa de filtración ....................................................................................... 111
Tabla 40 Resultados del Ensayo de Granulometría ................................................... 114
Tabla 41 Características del lecho filtrante ............................................................... 115
Tabla 42 Análisis del Ensayo de Granulometría ....................................................... 115
Tabla 43 Espesores del lecho filtrante ...................................................................... 116
Tabla 44 Resumen de espesores de lecho filtrante .................................................... 117
Tabla 45 Resultado de ensayo de Bolas de barro ...................................................... 120
xiv
Tabla 46 Condiciones del medio filtrante ................................................................. 120
Tabla 47 Velocidades de Lavado .............................................................................. 122
Tabla 48 Resultados ensayo expansión ..................................................................... 125
Tabla 49 Resultados obtenidos de Tiempo óptimo de lavado .................................... 127
Tabla 50 Prueba de tiempo de contacto .................................................................... 132
Tabla 51 Propiedades de los productos de cloro y sus características ........................ 134
Tabla 52 Comparación y análisis del levantamiento geométrico y el diseño volumétrico
................................................................................................................................. 138
Tabla 53 Comparación y análisis prueba de trazadores resumen – canal mezcla rápida
................................................................................................................................. 139
Tabla 54 Comparación y análisis prueba de trazadores resumen – unidad floculación
................................................................................................................................. 140
Tabla 55 Comparación y análisis prueba de gradientes y carga superficial – unidad
floculación ................................................................................................................ 140
Tabla 56 Comparación y análisis prueba de trazadores resumen – unidad de
sedimentación ........................................................................................................... 141
Tabla 57 Comparación y análisis prueba de gradientes y carga superficial – unidad
sedimentación ........................................................................................................... 141
Tabla 58 Presupuesto construcción de accesorios fibra de vidrio .............................. 156
Tabla 59 Presupuesto - construcción de tanques de filtración .................................. 157
Tabla 60 Presupuesto Total ...................................................................................... 158
Tabla 61 Datos históricos (Agua Cruda) ................................................................... 189
Tabla 62 Datos históricos (Agua Tratada) ................................................................ 190
Tabla 63 Prueba de Jarras 15-12-2016 ...................................................................... 192
Tabla 64 Prueba de Jarras 8-2-2017 .......................................................................... 193
Tabla 65 Prueba de Jarras 14-6-2017 ........................................................................ 194
Tabla 66 Parámetros de Floculación 8-2-2017 .......................................................... 197
Tabla 67 Parámetros de Floculación 14-6-2017 ........................................................ 198
Tabla 68 Tiempo - Conductividad / Mezcla Rápida .................................................. 200
Tabla 69 Trazadores - Mezcla Rápida ...................................................................... 201
Tabla 70 Tiempo - Conductividad / Floculador ........................................................ 202
Tabla 71 Trazadores - Floculador ............................................................................. 203
Tabla 72 Tiempo - Conductividad / Sedimentador .................................................... 204
Tabla 73 Trazadores - Sedimentador ........................................................................ 206
Tabla 74 Granulometría - Filtro 1 ............................................................................. 218
Tabla 75 Granulometría - Filtro 2 ............................................................................. 219
Tabla 76 Granulometría - Filtro 3 ............................................................................. 220
Tabla 77 Granulometría - Filtro 4 ............................................................................. 221
Tabla 78 Granulometría - Filtro 5 ............................................................................. 222
Tabla 79 Mediciones del pH y temperatura en entrada y salida de la PTAP .............. 248
Tabla 80 Mediciones del cloro residual .................................................................... 250
xv
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 PTAP - Cantón Píllaro ........................................................................... 16
Ilustración 2 Esquema de la PTAP - Cantón Píllaro ................................................... 17
Ilustración 3 Mapa del origen del agua que procesa la PTAP - Cantón Píllaro ............ 18
Ilustración 4 Esquema de la PTAP - Cantón Píllaro ................................................... 20
Ilustración 5 Captación de la PTAP - Cantón Píllaro .................................................. 21
Ilustración 6 Cárcamo rompe presiones ..................................................................... 22
Ilustración 7 Válvula de regulación de caudal de ingreso a la PTAP .......................... 22
Ilustración 8 Área de mezcla rápida ........................................................................... 24
Ilustración 9 Canal de Mezcla rápida ......................................................................... 24
Ilustración 10 Unidad de Floculación y Válvulas de purga de cada cámara ................ 28
Ilustración 11 Unidad de Sedimentación .................................................................... 29
Ilustración 12 Sistema de filtración de tasa declinante ............................................... 30
Ilustración 13 Tanques de filtración ........................................................................... 31
Ilustración 14 Válvulas de control (cámaras de filtración) .......................................... 31
Ilustración 15 Unidad de Desinfección ...................................................................... 33
Ilustración 16 Cámara de contacto ............................................................................. 34
Ilustración 17 Cuarto de máquinas ............................................................................. 34
Ilustración 18 Unidad de almacenamiento y/ Esquemas de los Tanques ..................... 35
Ilustración 19 Problemas de pandeo y deterioro en pantallas de floculadores. ............ 46
Ilustración 20 Unidad de sedimentación..................................................................... 46
Ilustración 21 Resalto Hidráulico ............................................................................... 53
Ilustración 22 Dimensionamiento del mezclador Hidráulico “tipo rampa” ................. 57
Ilustración 23 Equipo de Prueba de jarras. ................................................................. 72
Ilustración 24 Índice de Wilcomb .............................................................................. 75
Ilustración 25 Conductivímetro digital ....................................................................... 81
Ilustración 26 Ubicación de puntos de muestreo de trazadores .................................. 83
Ilustración 27 Velocidad y caudal de filtración ........................................................ 110
Ilustración 28 Granulometría del medio filtrante ...................................................... 113
Ilustración 29 Espesor del lecho filtrante ................................................................. 116
Ilustración 30 Esquema de ensayos de filtros ........................................................... 118
Ilustración 31 Bolas de barro ................................................................................... 119
Ilustración 32 Expansión del lecho filtrante ............................................................. 123
Ilustración 33 Expansión lechos filtrantes ................................................................ 124
Ilustración 34 Tiempo óptimo de lavado .................................................................. 126
Ilustración 35 Resultado cloro residual .................................................................... 136
Ilustración 36 Pastillas de cloro ............................................................................... 137
Ilustración 37 Página principal del "SUIA" .............................................................. 147
Ilustración 38 Página principal del "SUIA" .............................................................. 147
Ilustración 39 Ingreso de datos al sistema ................................................................ 148
Ilustración 40 Ingreso de características del proyecto ............................................... 149
Ilustración 41 Ingreso de datos del proyecto (caudal y área)..................................... 149
Ilustración 42 Resultado Obtenidos ......................................................................... 150
Ilustración 43 Check List ......................................................................................... 170
Ilustración 44 Medidor de Ph ................................................................................... 174
Ilustración 45 Botella Platica ................................................................................... 174
Ilustración 46 Frasco Esterilizado ............................................................................ 175
Ilustración 47 Etiquetado de muestras ...................................................................... 175
xvi
Ilustración 48 Etiqueta recipiente plástico (muestra en general) ............................... 176
Ilustración 49 Captación del agua para la PTAP. ..................................................... 178
Ilustración 50 Muestreo a la salida del Tanque de Floculación ................................ 178
Ilustración 51 Muestreo a la salida del Tanque sedimentador .................................. 179
Ilustración 52 Muestra tomada a la salida de los Filtros ........................................... 179
Ilustración 53 Tanque de almacenamiento de agua potable ...................................... 180
Ilustración 54 Muestreo cárcamo de llegada ............................................................ 180
Ilustración 55 Medición del pH y temperatura ......................................................... 181
Ilustración 56 Colocación de la muestra en un cooler portátil para su transporte. ..... 181
Ilustración 57 Informe agua cruda ........................................................................... 182
Ilustración 58 Informe agua cruda ........................................................................... 183
Ilustración 59 Informe agua cruda ........................................................................... 184
Ilustración 60 Informe agua tratada.......................................................................... 185
Ilustración 61 Informe agua tratada.......................................................................... 186
Ilustración 62 Informe agua tratada.......................................................................... 187
Ilustración 63 Cuadro de registro de asistencias ....................................................... 227
Ilustración 64 Toma de dimensiones de las unidades ............................................... 229
Ilustración 65 Levantamiento de Información sobre la PTAP ................................... 229
Ilustración 66 Aforos de caudal canal de mezcla rápida ........................................... 229
Ilustración 67 Prueba de expansión lecho filtrante ................................................... 230
Ilustración 68 Medición de espesor del lecho filtrante .............................................. 230
Ilustración 69 Análisis Granulométrico de los filtros................................................ 230
Ilustración 70 Ensayo Tiempos óptimos de lavado de filtros. ................................... 230
Ilustración 71 Turbidimetro portátil y conductivímetro digital. ................................ 231
Ilustración 72 Preparación de la solución Trazadora (sal en grano). ......................... 231
Ilustración 73 Agregado de la sustancia trazadora al inicio de la unidad ................... 231
Ilustración 74 Toma de lecturas de conductividad a la salida de las unidades ........... 232
Ilustración 75 Prueba de cloro ................................................................................. 251
xvii
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Curva caudal vs día .................................................................................... 27
Gráfico 2 Eficiencia de remoción (4,5 UNT) .............................................................. 76
Gráfico 3 Eficiencia de remoción (3,2UNT) ............................................................... 77
Gráfico 4 Eficiencia de remoción (4,8UNT) ............................................................... 78
Gráfico 5 Resultados Turbidez Vs Tiempo, (3,2 UTN) ............................................... 79
Gráfico 6 Resultados Turbidez Vs Tiempo (4,8 UNT) ................................................ 79
Gráfico 7 Prueba trazadores - canal mezcla rápida ...................................................... 84
Gráfico 8 Curva de variación de concentración - canal mezcla rápida ......................... 85
Gráfico 9 Índice de Morril - canal mezcla rápida ........................................................ 85
Gráfico 10 Método Wolf y Resnick – canal mezcla rápida ......................................... 86
Gráfico 11 Trazadores - floculador ............................................................................. 92
Gráfico 12 Curva de variación de concentración - floculador ...................................... 93
Gráfico 13 Índice de Morril - floculador ..................................................................... 93
Gráfico 14 Método Wolf y Resnick - floculador ......................................................... 94
Gráfico 15 Trazadores - sedimentador ...................................................................... 101
Gráfico 16 Curva de variación de concentración - sedimentador ............................... 102
Gráfico 17 Índice de Morril - sedimentador .............................................................. 102
Gráfico 18 Método Wolf y Resnick - sedimentador .................................................. 103
Gráfico 19 Turbiedad vs tiempo - filtro 1 ................................................................. 128
Gráfico 20 Turbiedad vs tiempo - filtro 2 ................................................................. 128
Gráfico 21 Turbiedad vs tiempo - filtro 3 ................................................................. 129
Gráfico 22 Turbiedad vs tiempo - filtro 4 ................................................................. 129
Gráfico 23 Turbiedad vs tiempo - filtro 5 ................................................................. 130
Gráfico 24 Resumen Tiempos Óptimos de lavado .................................................... 130
Gráfico 25 Cloro residual vs tiempo ......................................................................... 132
Gráfico 26 Potencial de producción de la PTAP ....................................................... 145
Gráfico 27 Turbidez vs Dosis óptima (Prueba 1) ...................................................... 195
Gráfico 28 Turbidez vs Dosis óptima (Prueba 2) ...................................................... 195
Gráfico 29 Turbidez vs Dosis óptima (Prueba 3) ...................................................... 195
Gráfico 30 pH vs Dosis óptima (Prueba 1) ............................................................... 196
Gráfico 31 pH vs Dosis óptima (Prueba 2) ............................................................... 196
Gráfico 32 pH vs Dosis óptima (Prueba 3) ............................................................... 196
Gráfico 33 Análisis Granulométrico Filtro 1 ............................................................. 223
Gráfico 34 Análisis Granulométrico Filtro 2 ............................................................. 223
Gráfico 35 Análisis Granulométrico Filtro 3 ............................................................. 224
Gráfico 36 Análisis Granulométrico Filtro 4 ............................................................. 224
Gráfico 37 Análisis Granulométrico Filtro 5 ............................................................. 225
Gráfico 38 Curva de temperatura del agua cruda ...................................................... 249
Gráfico 39 Curva del pH en la entrada ...................................................................... 249
Gráfico 40 Curva del pH en la salida ........................................................................ 250
Gráfico 41 Curva del cloro residual en la salida PTAP ............................................. 251
Gráfico 42 Curva del cloro residual en el tanque colector ......................................... 252
xviii
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1 .................................................................................................................... 166
Check list
Anexo 2 .................................................................................................................... 171
Plan de Muestreo
Anexo 3 .................................................................................................................... 188
Datos Históricos de análisis de agua cruda y tratada.
Anexo 4 .................................................................................................................... 191
Tratabilidad
Anexo 5 .................................................................................................................... 199
Prueba de Trazadores
Anexo 6 .................................................................................................................... 208
Perdidas de Carga
Anexo 7 .................................................................................................................... 217
Análisis de Granulometría.
Anexo 8 .................................................................................................................... 226
Registro de Charlas.
Anexo 9 .................................................................................................................... 228
Fotografías
Anexo 10 .................................................................................................................. 233
Normativa Legal.
Anexo 11 .................................................................................................................. 240
Planos Hidráulicos Unidades Operativas.
Anexo 12 .................................................................................................................. 245
Planos de la Propuesta de Mejora.
Anexo 13 .................................................................................................................. 247
Características y Parámetros Medidos In Situ.
xix
Anexo 14 .................................................................................................................. 253
Accesorios de fibra de vidrio.
Anexo 15 .................................................................................................................. 255
Norma INEN 1108 Agua Potable para Consumo Humano.
xx
TÍTULO: Evaluación y Propuestas de Mejora de la Planta de Tratamiento de Agua
Potable del Cantón Píllaro, Provincia de Tungurahua.
Autores: Arias Donoso Huder Elvis
Quishpe Codena Byron Ivan
Tutor: Ing. Gonzalo Boroshilov Castro Merizalde.
RESUMEN
El presente estudio técnico consiste en la evaluación hidráulica y sanitaria de las distintas
unidades que componen la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) del cantón
Píllaro, provincia de Tungurahua. El proceso de tratamiento consiste en: análisis de agua,
pruebas hidráulicas, ensayos sanitarios, rediseños de las unidades, mediante normas
vigentes, códigos constructivos para de esta manera establecer el estado actual y a su vez
mejorar a optimizar la PTAP con propuestas de mejoras. La evaluación de la PTAP se
llevó a cabo en varias etapas: 1.- Evaluación visual - objetiva de las distintas unidades
operativas. 2.- Evaluación sanitaria la cual por medio de distintos ensayos de laboratorio
se obtuvo las eficiencias de remoción y así poder definir el estado de operación actual de
la planta. 3.- Evaluación hidráulica que por medio de pruebas de trazadores se logró
definir los tipos de flujo y falencias hidráulicas en cada unidad. Por medio de distintas
pruebas y ensayos realizados in situ se lograron obtener parámetros óptimos de
funcionamiento de las distintas unidades. Con el análisis de todos los resultados obtenidos
de las evaluaciones hidráulicas – sanitarias se pudo identificar la eficiencia y falencias de
la PTAP y de esta manera proponer alternativas de mejora y así llegar a optimizar la
producción – operación de la PTAP del cantón Píllaro.
.
PALABRAS CLAVE: EVALUACIÓN HIDRÁULICA – SANITARIA / REDISEÑO /
PLANTA DE TRATAMIENTO / TRAZADORES / DOSIS ÓPTIMA.
xxi
TITLE: Evaluation and Improvement Proposals of the Drinking Water Treatment
Plant of the Píllaro Canton, Tungurahua’s Province.
Authors: Arias Donoso Huder Elvis
Quishpe Codena Byron Ivan
Tutor: Ing. Gonzalo Boroshilov Castro Merizalde.
ABSTRACT
The present technical study consists of the hydraulic and sanitary assessment of the
different units that compose the Drinking Water Treatment Plant (DWTP) of the canton
Píllaro, Tungurahua’s Province. The process of treatment consists in: water analysis
hydraulic tests, sanitary tests, redesigns of the units, by means of existing standards,
building codes hereby to establish the current condition and in turn to improve optimizing
the DWTP with improvement proposals. The evaluation of the DWTP was carried out in
several stages: 1.- Visual Evaluation – objective of the different operative units. 2.-
Sanitary Evaluation which by means of different laboratory test programs obtained the
removal efficiencies and to be able to define the condition of current operation of the
plant. 3.- Hydraulic Evaluation that by means of tracers’ test was archived to define the
types of flow and hydraulic failings in every unit. By means of different testing and trials
realized in situ they were achieved to obtain ideal parameters of different units
functioning. Whit the analysis of all the results obtain of the hydraulic and sanitary tests,
it was possible to identify the efficiency and failings of the DWTP and hereby propose
alternatives of improvement and this way manage to optimize the production – operation
of the DWTP of canton Píllaro.
KEYWORDS: HYDRAULIC AND SANITARY TEST / REDESIGN / TREATMENT
PLANT / TRACERS / OPTIMUM DOSE.
1
CAPÍTULO I
1. GENERALIDADES
1.1. ANTECEDENTES
El Ecuador es un país privilegiado referente con la cantidad de agua dulce disponible en su
territorio, sin embargo, la cantidad de agua dulce no siempre es suficiente sobre todo en
algunas zonas donde existen marcadas diferencias entre la época seca e invernal. Sin duda
conocer la disponibilidad de agua dulce en las diversas regiones del país es uno de los
mayores retos para el manejo del agua y de los ecosistemas que regulan su ciclo.
Desde la antigüedad el agua es y ha sido fuente de vida tanto para la flora, fauna y el ser
humano razón por la cual el hombre trata de establecer sus viviendas cerca a este líquido
vital; cabe recalcar que con el paso del tiempo, la evolución y la sobrepoblación el ser
humano ha ido contaminando los afluentes de agua casi desde su nacimiento, aumentando
así la escasez del agua de calidad, por ello el ser humano ha ido concienciándose sobre el
tema y actuando inmediatamente para controlar el problema, donde la ingeniería, las
ciencias afines y la tecnología han ido evolucionando y han encontrado soluciones a este
gran problema por medio de obras hidráulicas y sanitarias como son las plantas de
potabilización.
En el Ecuador y específicamente en la provincia de Tungurahua, en el cantón Píllaro el
abastecimiento y distribución de agua potable en la actualidad ha disminuido por varias
razones como son: el crecimiento de la población, deterioro de la planta de tratamiento de
agua potable ubicada en el sector de Santa Rita, por falta de mantenimiento, variación de
caudales por la época seca e invernal, entre otras, siendo el Gobierno Autónomo
Descentralizado (GAD) y Juntas Administradoras de Agua Potable las responsables de su
mantenimiento y operación. No obstante, no asignan los recursos técnicos, económicos y
administrativos necesarios, para mantenerla adecuadamente operativa quedando sectores del
cantón sin agua potable.
2
En este sentido, el presente estudio técnico plantea evaluar la planta de potabilización de
agua del cantón Píllaro y proponer acciones de mejoramiento.
La evaluación de la PTAP definirá el funcionamiento y comportamiento hidráulico -
sanitario de cada una de las unidades que la conforman.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo general
Evaluar la operación de las distintas unidades de la planta de tratamiento de agua
potable del Cantón Píllaro.
1.2.2. Objetivos específicos
Identificar a través de ensayos de laboratorio y rediseño de la PTAP las falencias
hidráulicas – sanitarias.
Cuantificar la eficiencia de cada operación unitaria de la planta de tratamiento de agua.
Definir un nivel óptimo de operación de la planta de tratamiento con la ayuda de
ensayos de laboratorio.
Proponer variantes de mejora según los resultados obtenidos de la evaluación de las
diversas unidades de la planta de tratamiento.
Regularizar ambientalmente el proyecto conforme a las ordenanzas y acuerdos
ministeriales que rigen sobre la provincia de Tungurahua.
1.3. ALCANCE
El proyecto de estudio técnico tiene la finalidad de ejecutar la Evaluación y Propuesta de
Mejora de la Planta de Tratamiento de Agua Potable del cantón Píllaro a través de una
comparación entre levantamiento geométrico con un diseño hipotético, la tratabilidad del
agua, parámetros de diseño de la planta y, eficiencia de la misma mediante pruebas y
ensayos.
3
1.4. JUSTIFICACIÓN
La Constitución de la República del Ecuador garantiza el acceso al agua potable como un
derecho, por lo tanto, es un tema prioritario a nivel nacional razón por la que el estudio
técnico propuesto está enfocado al recurso hídrico, en Evaluar la Planta de Tratamiento de
Agua Potable (PTAP) del cantón Píllaro, para así dar constancia de que se entrega a los
habitantes agua apta para el consumo humano según lo especificado en la NORMA INEN
1108.
El cantón Píllaro, desde sus inicios ha sufrido problemas con el abastecimiento de agua
potable, por muchas variantes como el crecimiento poblacional o la falta de recursos del
Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal y Juntas Administradoras de Agua Potable.
No obstante, la actual PTAP sirve a gran parte de los habitantes de Píllaro, existiendo un
segmento de la misma que no cuenta con servicio de agua potable.
En este sentido, se hace necesario evaluar el funcionamiento de dicha planta a fin de
identificar su nivel de operación y proponer al Departamento de Obras Públicas las acciones
requeridas para su optimización.
Dicha evaluación incluirá aspectos hidráulicos y sanitarios que permitan justamente llegar a
establecer las acciones señaladas en el párrafo anterior.
4
CAPITULO II
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
2.1 DEFINICIONES Y GLOSARIO
A continuación, se presenta un resumen de la terminología usada en el proyecto de estudio
técnico tomada principalmente de la Norma Ecuatoriana INEN 1108, INEN 2176 y del Plan
de Desarrollo y Ordenamiento Territorial del Cantón Santiago de Píllaro
(a) Agua potable.
Es el agua cuya características físicas, químicas, microbiológicas han sido tratadas a fin de
garantizar su aptitud para el consumo humano.
(b) Agua cruda.
Es el agua que se encuentra en la naturaleza y que no ha recibido ningún tratamiento para
modificar sus características: físicas, químicas o microbiológicas.
(c) Límite máximo permitido.
Representa un requisito de calidad del agua potable que fija dentro del ámbito del
conocimiento científico y tecnológico del momento un límite sobre el cual el agua deja de
ser apta para consumo humano. Para la verificación del cumplimiento, los resultados se
deben analizar con el mismo número de cifras significativas establecidas en los requisitos
de esta norma y aplicando las reglas para redondear números.
(d) Microorganismos patógenos.
Son los causantes potenciales de enfermedades para el ser humano.
(e) Subproductos de desinfección.
Productos que se generan al aplicar el desinfectante al agua, especialmente en presencia de
sustancias húmicas (materia orgánica del suelo).
(f) Cloro residual.
5
Cloro remanente en el agua luego de al menos 30 minutos de contacto.
(g) Sistema de abastecimiento de agua potable.
El sistema incluye las obras y trabajos auxiliares construidos para la captación, conducción,
tratamiento, almacenamiento y sistema de distribución.
(h) Sistema de distribución.
Comprende las obras y trabajos auxiliares construidos desde la salida de la planta hasta la
acometida domiciliaria.
(i) Muestra instantánea, puntual, individual.
Es la muestra tomada al azar (con relación al tiempo y/o lugar de un volumen de agua).
(j) Muestra compuesta.
Es la formada por dos o más muestras o sub-muestras, mezcladas en proporciones
conocidas, de la cual se puede obtener un resultado promedio de una característica
determinada. Las proporciones para la mezcla se basan en las mediciones del tiempo y el
flujo.
(k) Muestreo.
Es el proceso de tomar una porción, lo más representativa, de un volumen de agua para el
análisis de varias características definidas.
(l) Muestreador.
Es el equipo usado para obtener una muestra de agua, para el análisis de varias características
predefinidas.
(m)Déficit hídrico.
Las ocurrencias de fenómenos de origen natural provocan sequías en diferentes partes del
mundo y se conoce como déficit hídrico.
(n) PTAP.
Planta de Tratamiento de Agua Potable.
(o) GAD.
6
Gobierno Autónomo Descentralizado.
(p) INEN.
Servicio Ecuatoriano de Normalización.
(q) NTU.
Unidad de turbidez nefelometrías.
(r) WGS84.
World Geodetic System 84 Sistema Geodésico Mundial 1984.
(s) PD Y OT PÍLLARO.
Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial del cantón Píllaro.
(t) msnm.
Metros sobre el nivel del mar.
2.2 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Una planta de tratamiento de agua potable es una secuencia de operaciones o procesos
unitarios que trabaja en conjunto y concordancia, siendo seleccionada convenientemente
cada unidad de proceso de la que estará compuesta la planta, a partir de las características
del agua a tratar.
Para potabilizar el agua existen varios métodos, procesos y tecnologías, pero todos deben
cumplir con los mismos estándares como son:
Mezcla de barreras variadas con diferentes etapas dentro del proceso de
potabilización, para alcanzar mayor eficiencia.
Tratamiento integrado de varias unidades operacionales para producir la
purificación deseada.
Se debe determinar el tratamiento en base al objetito final que estará destinada el
agua que va a ser purificada. (Caballero, 2011)
7
2.2.1 Tipos de plantas de tratamiento de agua potable
Según (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006), las
plantas se pueden clasificar: De acuerdo con el tipo de proceso que conforman, en plantas
convencionales antiguas, en plantas convencionales con tecnología apropiada, en plantas de
filtración rápida y plantas de filtración lenta.
PTAP de tecnología convencional
Este tipo de planta, realiza el tratamiento al agua cruda bajo los siguientes procesos unitarios:
coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección.
PTAP de filtración rápida
Este tipo de planta, se denominan así debido a que sus filtros operan con velocidades entre
80 y 300 m3/m2*d, de acuerdo a las características de la calidad del agua, del medio filtrante
y recursos disponibles para operar.
Por el motivo de las altas velocidades con las que operan estos filtros, se colmatan en un
lapso de 40 a 50 horas en promedio. Por lo cual se necesita un 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 y volviendo el lecho filtrante a su estado
inicial.
PTAP de filtración directa
Este tipo de planta se utiliza en aguas con poca o escasa turbiedad o cuando la fuente de
abastecimiento es confiable, en caso de que la cuenca sea virgen o bien protegida, en la que
la turbiedad no supera de 10 a 20 NTU el 80% y no supera los 30 NTU en 90% del tiempo.
Los procesos unitarios considerados son: coagulación-decantación y filtración rápida. De
ser necesario se puede adicionar el proceso de floculación.
8
Tabla 1 Límites de calidad de agua para plantas de filtración directa
Alternativa Parámetros 90% del
tiempo
80% del
tiempo
Esporádicamente
Filtración
Directa
Descendente
Turbiedad (UNT) 25 -30 < 20 < 50
Color (UC) <25
NMP de coliformes
termotolerantes /100
mL
< 2500
Concentración de
algas (unidades/mL) < 200
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
La parte economía a considerar en este tipo de plantas, contempla un costo inicial en dos
procesos como la operación y mantenimiento de la planta, generando un ahorro de 40% a
50% de sustancias químicas, disminuyendo ampliamente el costo de los estudios
(CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006).
PTAP de filtración Lenta
Este tipo de planta opera con tasas que normalmente varían entre 0,10 y 0,30 m/h, que son
tasas menores al promedio de las empleadas en filtros rápidos. Los filtros lentos simulan a
los procesos de tratamiento que se efectúan en la naturaleza en forma directa y espontánea.
Con el tren de procesos de los filtros lentos se pueden remover hasta 500 NTU, teniendo en
cuenta que el material coloidal no debe superar los 50 NTU.
2.2.2 Procesos de la PTAP convencional.
Esta tecnología se empezó a desarrollar en la década de 1970 y se ha ido perfeccionando
cada vez más. Las unidades son de alta tasa, ocupan una extensión que 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 optimizar el área de implantación de la PTAP.
9
Los procesos que contiene la planta convencional se definen a continuación:
2.2.2.1 Coagulación
La coagulación tiene como finalidad anular las cargas eléctricas de las partículas y
trasformar las impurezas que se encuentran en suspensiones finas o en estado coloidal y
algunas que están disueltas en partículas que puedan ser removidas por decantación y
filtración (Organización Panamericana de la Salud, 2006)
2.2.2.2 Floculación
El objetivo del floculador es proporcionar a la masa de agua coagulada una agitación lenta
aplicando velocidades decrecientes, para promover el crecimiento de los flocs y su
conservación (Organización Panamericana de la Salud, 2006).
2.2.2.3 Sedimentación
La sedimentación es el proceso por el cual el sedimento en movimiento se deposita. Un tipo
común de sedimentación ocurre cuando el material sólido, transportado por una corriente de
agua, se deposita en el fondo de un río, embalse, canal artificial, o dispositivo construido
especialmente para tal fin.
Los decantadores o sedimentadores son de placas inclinadas a 60°, 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(Organización Panamericana
de la Salud, 2006).
Tabla 2 Tipo de Sedimentadores según su forma
Sentido de Flujo Ejemplo Rata de flujo
Sedimentadores
Horizontales
Desarenadores 200 – 420
15 – 30
Sedimentadores
Verticales
Manto de lodos 45 - 60
Inclinado Decantadores de
módulos
120 -180
Fuente: (Arboleda Valencia, 2000)
10
2.2.2.4 Filtración
Proceso físico químico de clarificación para remover materia sólida en suspensión y coloidal
a través del paso del agua en medios porosos. Es uno de los métodos más antiguos de
tratamiento, elimina turbiedad, bacterias, color, olor y sabor del agua (Organización
Panamericana de la Salud, 2006).
Los sistemas de Filtrado pueden ser clasificados de varias formas, teniendo en cuenta el tipo
de lecho filtrante, el sentido de flujo durante la filtración, la forma de cargar el agua sobre
el lecho filtrante y formas operacionales de control.
Tipo de filtración
Los filtros esencialmente constan de un tanque rectangular de concreto en el cual se coloca
material (arena, antracita) sobre un sistema de suelo falso.
El sistema consta de cuatro flujos básicamente:
Un flujo de entrada de agua sedimentada
Un flujo de salida del agua ya filtrada
Un flujo de entrada del agua de lavado del filtro para hacer la limpieza del medio
filtrante
Un flujo de desagüe del agua sucia proveniente del lavado de la unidad
Los filtros rápidos cualquiera que sea su medio filtrante, requieren de algún sistema de
control para regular la hidráulica del proceso.
La característica principal es que el nivel del agua en cada unidad de filtración varía desde
un valor mínimo, cuando el medio filtrante se encuentra limpio, hasta un valor máximo
cuando el filtro requiere ser lavado. (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia
Apropiada, 2006)
Las plantas de filtración rápida completa están constituidas por procesos de coagulación,
floculación, sedimentación, filtración y desinfección.
Para la utilización de estos procesos se debe tener en cuenta las caracterizas del agua cruda
o el terreno en donde se implanta el proyecto. En la siguiente tabla, se indican los rangos de
calidad de agua aceptable, para el tratamiento con este tipo de filtros.
11
Tabla 3 Límites de calidad de agua aceptables para tratamiento mediante filtración
rápida.
Parámetros 90% del
tiempo
80% del
tiempo Esporádicamente
Turbiedad (UNT) < 1000 < 800 < 1500; si excede considerar
sedimentación.
Color (UC) <150 < 70 ----
NMP de coliformes
termotolerantes /100 mL
< 600 Si excede de 600 se debe
considerar pre desinfección.
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
Material filtrante
Los filtros pueden estar compuestos de material filtrante como antracitas, arena de manera
estratificada. Los filtros rápidos por lo general cuentan con una capa superior de antracita
como material filtrante con una altura de 0,40 m que tiene un tamaño efectivo de 0,9 mm
con un rango de 0,8 a 1,1 mm. Su coeficiente de uniformidad es menor a 1,65 (rango
aceptable de 1,3 a 1,7).
El lecho filtrante de antracita descansa sobre una arena sílice con una altura de 0,25 m. La
arena de filtro tiene un tamaño efectivo de 0,4 mm (rango recomendado de 0,45 a 0,55 mm)
Su coeficiente de uniformidad es menor que 1,65.
La siguiente tabla muestra los límites permisibles recomendados para lechos filtrantes.
Tabla 4 Límites permisibles para lechos filtrantes
Características Símbolo Arena Antracita
Espesor (cm) L 15 - 30 45 - 60
Tamaño Efectivo(mm) Te 0,50 - 0,60 0,80 - 1,10
Coeficiente de Uniformidad C.U. < 1,65 <1,5
Tamaño más grueso(mm) D90 1,41 2,0
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
12
Tasa de filtración
Para filtros de arena y antracita y de medios múltiples, la tasa irá de 180 m3/m2*día a 360
m3/m2*día. No obstante, la Norma (CPE INEN CO 10.7-602, 2013) recomienda para filtros
de tasa declinante de medios múltiples, tasas de 240 m3/m2*día a 600 m3/m2*día.
Lavado del filtro
El lavado debe hacerse cada vez que la pérdida de carga es igual a la presión estática sobre
el fondo del hecho, o la calidad del afluente desmejore. La mayoría de los problemas del
filtro se originan en un lavado deficiente incapaz de desprender la película que recubre los
granos del lecho.
2.2.2.5 Desinfección
Los procesos de coagulación, floculación, sedimentación y filtración remueven con mayor
o menor eficiencia, la mayoría de baterías y virus presentes en el agua. Desde este punto de
vista pueden ser considerados como procesos preparatorios para la desinfección pues
cumplen dos objetivos:
Disminuir la carga bacteriana del agua.
Hacen más eficientes los métodos de desinfección.
Debe considerarse que los microrganismos son partículas coloidales y que como tales
quedan sometidas a los mismos procesos de remoción que afectan a los otros coloides, es de
esperarse que al progresar el aglutinamiento de las partículas tanto las bacterias como los
virus queden incorporados dentro del floc y sedimentan con el mismo, cabe recalcar que los
lodos sedimentados contienen bacterias y virus por lo cual se debe realizar un manejo
cuidadoso de los mismos.
La desinfección del agua se refiere a la destrucción del organismo causante de enfermedades
o patógenas presentes en ella los principales son: bacterias, protozoarios, virus,
trematodos.
Las condiciones que debe tener un desinfectante ideal para ser usado en las plantas de
tratamiento son:
13
Capaz de destruir los organismos causantes de enfermedades
Realizar la labor de desinfección en tiempos y temperaturas adecuadas.
No debe cambiar las características como: sabor, olor y toxicidad.
Ser de fácil obtención, sencillo manejo y bajo costo.
La efectividad de un proceso de desafección se mide por el porcentaje de organismos
muertos dentro de un tiempo, de una temperatura y un pH prefijados.
La cloración es un proceso de desinfección que hasta el presente reúne las mayores ventajas:
es eficiente, fácil de aplicar, y deja un efecto residual que se puede medir por sistemas muy
simples y alcance para todos. De igual manera, como todo proceso, tiene sus desventajas
como las de ser un agente corrosivo y especialmente formar sub productos peligrosos para
la salud.
2.2.3 Parámetros de control del agua
COLOR
El color del agua dependerá tanto de las sustancias que se encuentren disueltas, como de las
partículas que se encuentren en suspensión.
Color Verdadero.-Es el color causado por materia suspendida a nivel coloidal, propia
del agua.
Color Aparente. - es el que incluye las partículas en suspensión (que a su vez generan
turbidez), el color aparente es entonces el de la muestra tal como se obtiene en el sistema
a estudiar (NOM-127-SSA1-1994, 2015).
TURBIDEZ
Depende de los materiales en suspensión en la columna de agua (como sedimentos,
microorganismos, jabón), que atenúan y absorben la luz incidente (NOM-127-SSA1-1994,
2015).
14
NITRATOS - NITRITOS
Nitrato y nitrito son compuestos solubles que contienen nitrógeno y oxígeno. En el ambiente
nitrito (NO2-) generalmente se convierte a nitrato (NO3
-), lo que significa que el nitrito ocurre
raramente en aguas subterráneas. El nitrato es esencial en el crecimiento de las plantas y está
presente en todos los vegetales y granos (Guillermo Goyenola, Versión 1.0 Junio – 2007).
COLIFORMES FECALES
Grupo de especies bacterianas que tienen ciertas características bioquímicas en común e
importancia relevante como indicadores de contaminación del agua y los alimentos (Celia
Castro, 2009).
SÓLIDOS DISUELTOS TOTALES
TDS es una medida de la materia menor de 2 micrones (2 millionésimas de un metro) que
no pueden ser removidos por un filtro tradicional. TDS es básicamente la suma de todos los
minerales, metales, y sales disueltas en el agua y es un buen indicador de la calidad del agua
(Universidad Estatal de Montana, 2012).
SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES
Corresponde a la cantidad de material (sólidos) que es retenido después de realizar la
filtración de un volumen de agua. Es importante como indicador ya que su presencia
disminuye el paso de la luz a través de agua evitando su actividad fotosintética en las
corrientes, importante para la producción de oxígeno (Corporación Autónoma Regional de
Nariño, 2001- 2011).
DUREZA TOTAL
Es una característica química del agua que está determinada por el contenido de carbonatos,
bicarbonatos, cloruros, sulfatos y ocasionalmente nitratos de calcio y magnesio (Luis
Gabriel, 2008).
15
POTENCIAL HIDRÓGENO
El potencial de hidrógeno, pH, es el término que nos indica la concentración de iones
hidrógeno en una disolución. Se trata de una medida de la acidez de la disolución. Valor
que hace referencia a una escala numérica utilizada para medir la acidez (entre 0 y 7) o
alcalinidad (de 7 a 14) de una sustancia. El valor 7 indica una sustancia neutra. En las aguas
naturales este valor oscila entre 6,7 y 8,5.
2.3 ANTECEDENTES DE LA PTAP DEL CANTÓN PÍLLARO
La PTAP del cantón Píllaro se encuentra ubicada en el sector de Santa Rita la misma que
ocupa un área de 3.551 m2 con las siguientes coordenadas: “Sistema de Proyección
WGS84”.
Latitud: 9875585,00°
Longitud: 776661,00°
Altura de: 3,058 (m)
La PTAP fue construida por el consorcio Ing. Patricio Ordoñez – NOBELCONS. La obra
inició su construcción en el año 2003 y finalizó en el 2004, año que inicia su operación y
funcionamiento. La planta fue diseñada para un período de 20 años, con un caudal de
diseño de 75 l/s, de los cuales han transcurrido 13 años
Como punto de partida, se solicitó al GAD municipal del Cantón de Píllaro, la entrega de
información técnica disponible sobre los diseños de la PTAP, la misma que, aunque se la
solicitó oficialmente, no fue proporcionada. En este caso, el trabajo de campo es el que
sirvió para contar con la información requerida.
Las siguientes ilustraciones muestran los diferentes elementos que forman parte de la
planta en estudio.
16
Ilustración 1 PTAP - Cantón Píllaro
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
La fase preliminar del trabajo de campo fue realizada mediante inspección visual. Para
el efecto se utilizó el formato que se indica en Manual de Evaluación CEPIS/OPS “Check
List” ver Anexo N° 1.
17
Ilustración 2 Esquema de la PTAP - Cantón Píllaro
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
CÁMARA DE FLOCULACIÓN 2
CÁMARA DE SEDIMENTACIÓN1
SALIDA A LOS TANQUES
DE ALMACENAMIENTO
MEZCLA RÁPIDA
CÁMARA DE FLOCULACIÓN 1
CÁMARA DE SEDIMENTACIÓN1
CÁ
MA
RA
DE
CO
NT
AC
TO
TA
NQ
UE
S D
E F
ILT
RA
CIÓ
N
TANQUE SEDIMENTADOR
TANQUE FLOCULADOR
CA
NA
L D
E R
EC
OL
EC
CIÓ
N CUARTO DE CLORO - GAS
BODEGA
CUARTO DE DOSIFICACIÓN
CÁMARA DE LLEGADA
ESC. 1:100PLANTA DE TRATAMEINTO DE AGUA POTABLE CANTÓN PILLARO
18
2.3.1 Fuente de abastecimiento
La PTAP del cantón Píllaro se abastece de agua cruda que tiene sus orígenes en el río
Yanayacu el mismo que es alimentado de las aguas provenientes del Parque Nacional
Llanganates.
En un tramo del río se encuentra una captación de agua para varios usos, como el riego,
la cual fue construida y puesta en operaciones el año 2000 por la Junta de Agua del Cantón
Píllaro. La mayoría de esta conducción se la realiza por medio de un túnel hasta llegar a
una bifurcación en canal abierto, donde se reparten los canales de riego para el sector
norte y sur del cantón. En el sitio de bifurcación se encuentra ubicada la captación del
agua para la PTAP, la cual se la realiza por medio de una rejilla lateral sumergida. La
obra de captación fue diseñada para captar 75 l/s,
El siguiente mapa muestra el trazado del sistema de agua cruda hasta llegar a la PTAP y
luego de su tratamiento hasta los tanques de almacenamiento.
Ilustración 3 Mapa del origen del agua que procesa la PTAP - Cantón Píllaro
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
2.3.2 Instalaciones
La planta de tratamiento está implantada en un área de aproximadamente 3.551,00 m2,
compuesta por un cuarto de operaciones, dividido en 2 áreas: un área en la que se
encuentran los dosificadores de productos químicos y otra área destinada para bodega y
otros. Adicionalmente existe un área destinada a las distintas unidades de la PTAP y un
19
cuarto de dosificado de cloro gas y las respectivas bombas dosificadoras.
La PTAP no cuenta con un laboratorio propio para un adecuado monitoreo, dosificación
y análisis de agua. Se visualiza un área destinada para parqueaderos, y una caseta de
guardianía. La siguiente tabla da cuenta de los componentes de la PTAP.
Tabla 5 Componentes de la PTAP - Cantón Píllaro
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE - CANTÓN PÍLLARO
N° Componentes
1 Captación sumergida - rejilla lateral sumergida (sector de San Andrés y Poaló)
2 Cárcamo Rompe presiones
3 Canal de mezcla Rápida
4 Dosificador de Sulfato de aluminio
5 Cámaras de Floculación de flujo vertical
6 Cámaras de sedimentación de flujo ascendente
7 Canales de recolección
8 Cámaras de filtración de flujo descendente
9 Cámara de contacto
10 Dosificador de Cloro gas
11 Tanques de almacenamiento en hormigón armado.(Sector de Rocafuerte)
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
La siguiente ilustración muestra la implantación de los diferentes elementos que forman
parte de la PTAP.
20
Ilustración 4 Esquema de la PTAP - Cantón Píllaro
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
CÁM
ARA
1
CÁM
ARA
2
CÁM
ARA
1
CÁM
ARA
2
CÁMARA DE CONTACTO
TANQUES DE
FILTRACIÓN
TANQUE
SEDIMENTADOR TANQUE
FLOCULADOR
CANAL DE RECOLECCIÓN
CUARTO DE CLORO - GAS
BODEGACUARTO DE
DOSIFICACIÓN
CÁMARA DE
LLEGADA
CASETA DE
GUARDIANIA
ENTRADA
PARQUEADEROS
ESC. 1:100PLANTA DE TRATAMEINTO DE AGUA POTABLE CANTÓN PILLARO
CERRAMIENTO
2
34
5
6
7
8
9
10
CAPTACIÓN SUMERGIDA
1
21
2.4 ESQUEMA DE TRATAMIENTO PTAP PILLARO
El sistema de tratamiento está constituido de los siguientes elementos:
Canal de mezcla rápida (Coagulación).
Tanques de floculación.
Tanques de sedimentación.
Tanques de filtración.
Cámara de contacto (inyección de cloro gas).
Tanques de Almacenamiento.
2.5 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA
2.5.1 Captación
La obra civil del canal abierto de riego está compuesta por una estructura rectangular de
hormigón armado, localizada en la cabecera de la parroquia Poaló en una zona alejada
de la población, con un camino de acceso en buen estado, cabe reconocer que
previamente al canal de riego el agua se transporta por medio de un túnel de hormigón
armado.
La captación se la hace mediante una rejilla lateral sumergida ubicada al costado del
canal, aguas arriba de la derivación. Está construida con 8 varillas de acero de 20 mm de
diámetro.
Complementariamente, en la captación de toma lateral se encuentra ubicada una válvula
de compuerta que regula el caudal que ingresa a través de tubería de PVC de 400 mm de
diámetro la cual va desde la captación hasta la PTAP.
La siguiente ilustración muestra la estructura de derivación y la captación.
Ilustración 5 Captación de la PTAP - Cantón Píllaro
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
22
2.5.2 Cámara de llegada
Es una pequeña estructura construida en hormigón armado, que su principal función es
disipar la energía por medio de una pantalla de hormigón armado que se encuentra en el
centro de la cámara. Cabe recalcar que antes de la llegada a la cámara existe una válvula
de compuerta de 16” en acero, la cual cumple la función de regular el caudal que ingresa
a la PTAP.
El agua después de la cámara de llegada es trasportada a un canal de mezcla rápida por
medio de un vertedero rectangular de pared delgada.
Las siguientes ilustraciones muestran el tanque en mención:
Ilustración 6 Cárcamo rompe presiones
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Ilustración 7 Válvula de regulación de caudal de ingreso a la PTAP
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
23
2.5.3 Zona de mezcla rápida
La zona de mezcla rápida se encuentra ubicada en una edificación, la misma que se
divide en dos áreas:
En la primera se encuentran los agitadores del coagulante y bodega.
En la segunda se encuentra el canal de mezcla rápida.
Previamente a este proceso el agua ingresa por un vertedero rectangular en el cual se
produce el resalto hidráulico (mezcla rápida), es decir el canal es un mezclador
hidráulico.
Posterior a este proceso el agua es transportada por el canal hacia las unidades
floculadoras para que se realice el proceso de mezcla lenta.
Los agitadores encargados de la mezcla y preparación de la solución del coagulante
tienen las siguientes características.
Tabla 6 Equipo agitador de sulfato de aluminio
AGITADOR DE SULFATO DE ALUMINIO
EQUIPO: Agitador eléctrico de motor
MARCA: CARPANELLI MODELO: HH71C4
SERIE: 2704 POTENCIA: 0,5hp - 0,37 Kw
FRECUENCIA: 60 Hz VOLTAJE: 200 V
rpm: 1690 ---- ----
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
24
El proceso de mezclado del coagulante (sulfato de aluminio) se realiza en tanques de 120
litros, para posteriormente ser difundido por una tubería de PVC de ½” con agujeros
separados cada 20 cm. En la actualidad no se encuentra en funcionamiento.
En las siguientes fotografías se muestran la edificación y las áreas en las que se realiza
la mezcla rápida.
Ilustración 8 Área de mezcla rápida
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Ilustración 9 Canal de Mezcla rápida
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Tubería difusora
de coagulante.
Vertedero
25
2.5.3.1. Caudal de aforo
No obstante lo señalado, el trabajo de campo incluyó la medición del caudal que ingresa
actualmente a la PTAP. Para el efecto se utilizó el vertedero de pared delgada ubicado
al ingreso del canal de mezcla rápida.
Las mediciones se distribuyeron en 5 meses con lecturas mensuales . Los resultados
obtenidos fueron:
Tabla 7 Cargas hidráulicas sobre el vertedero rectangular (canal mezcla rápida)
LECTURAS
ALTURAS DEL VERTEDERO
DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5
21/11/2016 15/12/2016 19/01/2017 23/03/2017 19/04/2017
HORA H (m) H (m) H (m) H (m) H (m)
8H00 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12
10H00 0,13 0,14 0,12 0,14 0,13
14H00 0,12 0,13 0,13 0,12 0,14
PROMEDIO 0,130 0,133 0,127 0,130 0,130
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Para calcular el caudal se utilizó la siguiente ecuación empírica (Manual de Mecánica de
Fluidos, Ing. Silva Milton):
𝑸 = 𝑪𝒅 ∗ 𝟐
𝟑∗ √𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑳 ∗ 𝑯𝟑/𝟐
Donde:
Q : Caudal (m3/s)
Cd : Coeficiente de descarga
g : gravedad (9.81m/s2)
L: longitud del vertedero
H: altura del agua sobre el vertedero
Por la geometría del vertedero utilizado, se lo clasifica como vertedero rectangular con
contracciones, cuya ecuación del coeficiente de descarga es:
26
𝐶𝑑 = 0,616 ∗ (1 − 0,1 ∗𝐻
𝑏)
Cálculo Típico:
H promedio total = 0,130m
Longitud del vertedero (b) = 1,0 m
𝐶𝑑 = 0,616 ∗ (1 − 0,1 ∗0,13
1,0)
𝑪𝒅 = 𝟎, 𝟔𝟎𝟕𝟗𝟗𝟗
𝑄 = 0,60799 ∗ 2
3∗ √2 ∗ 9,81 ∗ 1,0 ∗ 0,133/2
𝑸 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟒 𝒎𝟑 / s
Siguiendo el mismo procedimiento se calcularon los caudales para los demás días. Los
resultados se resumen en la siguiente tabla:
Tabla 8 Resultados de Aforos
Lecturas H Promedio Cd Q caudal Q caudal
N° (m) m3/s l/s
DIA 1 0,130 0,60799 0,084 84,15
DIA2 0,133 0,60779 0,087 87,38
DIA 3 0,127 0,60820 0,081 80,96
DIA 4 0,130 0,60799 0,084 84,15
DIA 5 0,130 0,60799 0,084 84,15
PROMEDIO 0,130 0,60799 0,0842 84,16
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
27
Gráfico 1 Curva caudal vs día
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
En base a la tabla 11 y grafico 1 se establece el caudal promedio que ingresa a la PTAP
es de 84,16 L/s.
2.5.4 Tanques de floculación
Luego de la mezcla rápida el agua es repartida, por medio de un canal en forma de “L”,
a los dos tanques de floculación. Su ingreso es regulado por medio de compuertas en
guillotina, operadas manualmente.
Los floculadores son de pantalla de flujo vertical; es decir, el agua fluye de arriba hacia
abajo, lo que permite la mezcla lenta que asegura el choque de las partículas, con el fin
de que se aglutinen y formen partículas más grandes y pesadas.
La unidad está compuesta de la siguiente manera:
Estructura de hormigón armado.
Nueve placas verticales de hormigón armado.
Diez placas verticales de fibra de vidrio.
Soportes de fibra de vidrío de las placas floculantes.
84,15
87,38
80,96
84,15 84,15
80,00
82,00
84,00
86,00
88,00
90,00
0 1 2 3 4 5
(Q)
l/
s
DIAS
CAUDAL DE ENTRADA A LA PTAP
84,16l/s
28
Dos tuberías de PVC de 6” de diámetro que sirven para la recolección de lodos.
Se ubican en la parte inferior del tanque.
La separación entre las placas es de 80 cm. Sus placas internas (hormigón) se intercalan
cada 80 cm.
Al final de la segunda cámara de floculación se encuentra un canal rectangular que lleva
el agua floculada hacia los tanques de sedimentación.
La siguiente fotografía muestra la unidad de Floculación.
Ilustración 10 Unidad de Floculación y Válvulas de purga de cada cámara
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
2.5.5 Tanques de sedimentación
La estructura de sedimentación es de flujo ascendente y está constituida por dos tanques
de sedimentación. Las paredes de la tolva son inclinadas 60°, con lo que se logra
sedimentar las partículas y evacuarlas del tanque por medio de tuberías en el fondo de
PVC de 6” de diámetro.. Las partículas removidas (lodos) son evacuados hacia un pozo
de desagüe que tiene como descarga, una quebrada aledaña.
La unidad dispone además de:
Módulos de sedimentación rápida (SEDITUBOS) de ABS.
Tuberías recolectoras llamadas flautas de agua tratada.
29
Tuberías recolectoras de lodos (fondo de los tanques).
A una altura de 0,8 m del borde de las cámaras se encuentran los módulos de
sedimentación rápida (SEDITUBOS) de ABS (Acrilo Butadieno Stireno), que ayudan a
la sedimentación de las partículas.
En la parte superior del tanque existen 9 tuberías recolectoras de agua tratada en cada
una de las cámaras, las cuales son de tipo flauta de diámetro ф = 160 mm de acero, con
perforaciones cada 20cm.
El agua tratada que es recolectada por las tuberías antes señaladas es transportada hacia
un canal de recolección ubicado en el centro de las dos cámaras el que a su vez se une a
un canal ubicado en la parte inferior de la unidad de sedimentación, para posteriormente
transportar el agua hacia las unidades de filtración.
En la siguiente fotografía se puede observar la unidad de sedimentación:
Ilustración 11 Unidad de Sedimentación
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
2.5.6 Tanques de filtración
El efluente de los sedimentadores es receptado en un canal central que lo lleva hasta las
5 unidades de filtración de tasa declinante y de flujo descendente en los que se
30
encuentran lechos de material filtrante constituido de antracita, arena sílice. El agua
tratada en la unidad es recolectada a través de un falso fondo.
Ilustración 12 Sistema de filtración de tasa declinante
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
Los filtros son lavados periódicamente cada 4 horas, con lo que se retira las partículas
adheridas al material filtrante.
La unidad está compuesta de la siguiente manera:
Estructura de hormigón armado.
Arena de Sílice para lechos filtrantes, espesor de 0,25m.
Antracita para lechos filtrantes, espesor de 0,4 m.
Tuberías recolectoras de agua tratada, de 200 mm PVC.
Tuberías recolectoras de lodos, de 6” PVC.
Válvula de compuerta para controlar el agua tratada.
Válvula de compuerta para controlar el agua de lodos.
El ingreso del agua a los tanques se lo realiza por medio de 5 tuberías de PVC de 150
mm de diámetro, controladas con válvulas de compuerta. En la parte inferior de los
tanques se encuentran 5 tuberías de PVC de 6” de diámetro que recolectar el agua tratada.
El paso de agua se controla por medio de válvulas de compuerta. Las válvulas sirven
además para realizar el mantenimiento de los filtros y a su vez realizar el proceso de retro
lavado (proceso manual).
31
En las siguientes fotografías se muestra la unidad de filtración:
Ilustración 13 Tanques de filtración
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
La imagen muestra los 5 filtros descendentes.
Ilustración 14 Válvulas de control (cámaras de filtración)
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Las válvulas de compuerta tienen sirven para realizar el retro lavado de las cámaras de
filtración y desagüe de lodos, a la vez permiten el ingreso y salida del agua de los filtros.
Color rojo: desagüe (purgas).
Color celeste: ingreso de caudal tratado de la unidad de sedimentación
32
2.5.7 Tanque de desinfección
La unidad está conformada por dos partes: una es el cuarto de máquinas donde se
almacena el cloro-gas y se encuentran instaladas las bombas que lo inyectan al agua
tratada. La segunda, es la cámara de contacto donde se inyecta el cloro, previo a su
almacenamiento y entrega a la población.
La unidad está compuesta de la siguiente manera:
Estructura de hormigón armado.
Tubería de salida de agua tratada, de 250mm de PVC.
Válvula de compuerta para agua tratada.
Tanques presurizados de cloro gas de 68kg de capacidad.
Dos bombas dosificadoras con las siguientes características.
Tabla 9 Bombas de dosificación de cloro - gas
BOMBAS DOSIFICADORAS
EQUIPO: 2 Bombas
MARCA: A.O.SMITH MODELO: C48C06A06
SERIE: 16711FM POTENCIA: 1 HP
FRECUENCIA: 60 Hz VOLTAJE: 115/230 V
Amb : 40°C rpm: 3450
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Sistema de tuberías de PVC de ½”, los cuales sirven para la inyección del cloro-
gas en la cámara de contacto.
33
La cámara de contacto se encuentra conformada por dos compartimientos rectangulares.
Al primer tramo llega el agua tratada desde las cámaras de filtración por medio de 5
tuberías de PVC de diámetros de 250 mm, las cuales son controladas con válvulas de
compuerta de que sirven para controlar el caudal que ingresa en la unidad, posee un
pequeño vertedero en de 0,80 m de longitud cuya función es producir un resalto
hidráulico en donde se inyecta el cloro-gas y se produzca una mezcla óptima. En la parte
inferior, del segundo tramo, se encuentra una tubería de acero de diámetro 8”, la cual
transporta el agua hacia los tanques de almacenamiento ubicados en el sector de
Rocafuerte en la parroquia de Poalo. Todo este proceso se realiza a gravedad por la
topografía de la Ciudad.
En las siguientes fotografías se muestra la Unidad de desinfección:
Ilustración 15 Unidad de Desinfección
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
34
Ilustración 16 Cámara de contacto
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron,
2016)
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron,
2016)
2.5.8 Tanques de almacenamiento
En el sector de Rocafuerte se encuentran ubicados 4 tanques de almacenamiento
circulares enterrados, construidos en estructura de hormigón amado. La unidad de
almacenamiento cuenta con:
Cerramiento de ladrillo y malla.
Caseta de guardianía.
Tanques de almacenamiento.
Válvulas de compuerta.
Tuberías de distribución a la población: Asbesto cemento 250 mm y de PVC 200
mm.
A los tanques se los ha denominado como: N°1, N°2, N°3 N°4.
Sus características son:
Ilustración 17 Cuarto de máquinas
35
Tabla 10 Características tanques de almacenamiento
TANQUE N°1 TANQUE N°2 TANQUE N°3 TANQUE N°4
Material
Hormigón
Armado,
soterrado
Hormigón
Armado,
soterrado
Hormigón
Armado,
soterrado
Hormigón
Armado,
soterrado
Geometría Circular, con
cúpula
Circular con
cúpula
Circular con
cúpula
Circular con
tapa
Dimensiones
Diám. = 10,0 m
Altura = 4,0 m
Diám. = 12,0 m
Altura = 4,5 m
Diám. = 13,5 m
Altura = 4,5 m
Diám. = 15,5 m
Altura = 5,0 m
Volumen 315,0 m3 500,0 m3 650,0 m3 900,0 m3
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
La capacidad de almacenamiento total es aproximadamente de 2365 m3 de agua.
Ilustración 18 Unidad de almacenamiento y/ Esquemas de los Tanques
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
36
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
2.6 DESCRIPCIÓN TEÓRICA DE LAS PRUEBAS REALIZADAS EN LAS
UNIDADES DE LA PTAP
2.6.1 Trazadores
Este capítulo tiene por objetivo describir teóricamente las pruebas a ejecutarse para
evaluar los procesos hidráulicos integrales de las unidades de la PTAP.
Según: (Jorge Arboleda, 2000):
Se basa toda la teoría de este capítulo mismo que detallan los diversos procedimientos
que nos permiten determinar:
Si la solución teórica adoptada es compatible con los recursos existentes.
Las características de los procesos y estimar aquellos factores que se acercan o
discrepen de los valores establecidos como normales.
Los problemas existentes y su posible origen.
La eficiencia y capacidad operacional de los procesos.
Para ello se debe establecer o determinar:
Las normas y valores que sirvan como grado o base de comparación.
Los procedimientos a seguirse en cada caso.
A continuación, se presenta la metodología utilizada para evaluar los procesos y
principales características de la PTAP.
ENTRADA BODEGA
CERRAMIENTO
Cámara de
Llegada
TANQUE N° 3 TANQUE N° 4
Vol = 315,0 m3
Vol = 900,0 m3
TANQUE N° 1TANQUE N° 2
Vol = 650,0 m3
Vol = 500,0 m3
37
2.6.1.1. Prueba de trazadores
Las pruebas de trazadores son de gran utilidad para conocer el comportamiento
hidráulico de los mezcladores, floculadores, sedimentadores y conductos conectivos de
cada unidad. Se basan en el estudio de reactores, ciencia desarrollada por ingenieros
químicos para estudiar la eficiencia de los procesos industriales.
El objeto de las pruebas de los trazadores, es el determinar:
Tiempo de retención real.
Proporción de flujo pistón y flujo mezclado.
Cortocircuitos.
Zonas muertas existentes en floculadores y sedimentadores.
Para esto se agrega al flujo sustancias llamadas trazadoras, las cuales se inyectan en el
afluente del tanque que se requiere analizar, en concentración conocida y determinado a
la salida del mismo la forma como dicha concentración se distribuye a través del tiempo.
Durante el proceso deben tomarse las siguientes precauciones:
a. Procurar uniformidad en la aplicación cuando la prueba es continua.
b. Controlar la dosis por peso o volumen dosificado.
c. Anotar, de hora en hora, la temperatura y la turbiedad del agua cruda desde las
24 horas anteriores a la iniciación del ensayo y durante el transcurso del mismo.
2.6.1.2. Sustancias trazadoras
Las sustancias trazadoras pueden ser:
a. Colorantes como fluoreceina y rodamina.
b. Iones como cloruros, fluoruros y nitratos.
c. Elementos radioactivos como isótopos.
d. Ácidos: clorhídrico, benzoico.
e. Otras sustancias químicas: alizarim, sapirol, naptol.
El uso de cloruros o fluoruros es más sencillo que el de radioisótopos y las pruebas
pueden realizarse sin mucho problema de equipo. El uso de radioisótopos, a pesar de ser
38
un sistema bastante sofisticado, tiene grandes ventajas como las señaladas a
continuación:
a. Es mucho más preciso ya que los detectores de radiación, son más sensibles.
b. La determinación de los trazadores puede hacerse en forma continua, sin
necesidad de coger muestras.
c. Puede efectuarse aun en los casos en que no se tiene acceso al interior del
sistema pues la radiación puede ser medida a través de determinado tipo de
materiales.
d. Se adapta mejor a las investigaciones.
Una de las grandes desventajas de este sistema es que requiere utilizar equipo y personal
especializados.
Antes de elegir el tipo de trazador a utilizar (ya sea fluoruros o cloruros), se debe verificar
la concentración de estas sustancias en el agua cruda y seleccionar aquellas que se
presenten en concentraciones constantes o muy bajas.
Es conveniente además escoger como trazador aquella sustancia que no reaccione en
gran cantidad con los compuestos que existen en el agua, y que por tanto la concentración
total que se determine a la salida, sea sensiblemente igual a la que se aplique a la entrada.
Esta es la razón por la cual los iones como el cloro son malos trazadores. Por supuesto,
en casi todos los casos, hay que esperar que se pierda algo de trazador.
Para nuestro estudio la sustancia trazadora utilizada fue el cloruro de sodio.
2.6.1.3. Procedimiento
La adición del trazador puede hacerse de dos maneras distintas: en forma instantánea y
en forma continua.
En el primer caso se aplica una concentración Co a la entrada del floculador o
sedimentador en un tiempo muy corto, inferior a 1/30 del tiempo teórico de retención
(to) y en un punto tal que se mezcle instantáneamente con la masa de agua que se piensa
analizar.
39
En el segundo caso se aplica la concentración Co continuamente, por un tiempo no menor
a tres veces el período de retención nominal y luego se interrumpe bruscamente la
dosificación.
La forma continua tiene la ventaja de permitir establecer comparaciones entre las curvas
que se presentan en la entrada del trazador (cuando se inicia la dosificación) y al final
(cuando se paraliza la misma). Además, se obtiene una concentración de equilibrio.
La dosis instantánea se usa preferentemente cuando se utilizan cloruros y la dosis
continua cuando se utilizan fluoruros.
En la dosis instantánea la concentración Co que se escoja debe ser tal que se pueda
determinar con facilidad en el agua.
Mediante la fórmula que se indica a continuación, se puede obtener la cantidad de
cloruro de sodio:
𝑃 =𝑉 𝑥 𝐾 𝑥 𝐶𝑜
1000 𝑥 𝐼
Donde:
P = cantidad de cloruro de sodio a aplicarse.
V = volumen total en el que se dispersa en trazador
K = constante de corrección a cloruros
Co = incremento en la concentración
I = grado de pureza del trazador
2.6.1.4.Análisis de datos
Análisis de la curva de tendencia de concentración del trazador
Según (CEPIS/OPS, Manual III: Evalaución de Plantas de Tecnología Apropiada, 2006)
se indica que ha sido práctica común establecer la eficiencia hidráulica de un floculador
y sedimentador, analizando la tendencia de la curva de concentración del trazador y
relacionando sus diferentes parámetros con condiciones de flujo.
40
Al aplicar trazadores a un floculador, sedimentador y analizar las muestras de agua
tomadas a la salida, se obtiene una serie de valores de concentración que aumenta con el
tiempo hasta llegar a un máximo y luego disminuye progresivamente, originando una
curva que se observa en los análisis posteriores de cada unidad.
Los principales parámetros de análisis son:
ti = Tiempo inicial desde que se aplica el trazador hasta que aparece en el efluente.
t10 = Tiempo correspondiente al paso del 10% de la cantidad total del trazador.
tp = Tiempo modal, correspondiente a la presentación de la máxima concentración.
tm = Tiempo mediano, correspondiente al paso del 50% de la cantidad total del
trazador.
to = Tiempo medio de retención o tiempo teórico de retención = V/Q
t90 = Tiempo correspondiente al paso del 90% de la cantidad total del trazador.
tf = Tiempo que transcurre hasta que atraviesa la totalidad del trazador el
floculador, sedimentador.
Co = Concentración inicial.
Cp = Concentración máxima a la salida.
Se pueden utilizar los siguientes criterios para analizar los resultados obtenidos de la
prueba de trazadores:
a. Cortocircuitos hidráulicos grandes. Es igual a 1 para flujo de pistón y 0 el flujo
mezclado. Si el valor de la reacción es < 0,3 puede significar que existe paso
directo del trazador entre la entrada y la salida (cortocircuitos).
ti / to
b. Si la relación es menor que la unidad (1), existen cortocircuitos hidráulicos. Si
es mayor hay errores experimentales o existen zonas en donde el trazador ha
quedado retenido durante cierto tiempo (espacios muertos), y luego ha ido
saliendo lentamente, con lo que la rama descendente de la curva presente una
41
forma alargada que desplaza el centroide del área y aumenta el valor de tm,
haciendo que tm > to.
tm / to
c. Indica la relación de flujo pistón y flujo mezclado. Cuando es igual a 1, existe
únicamente flujo pistón y si es igual a 0 flujo mezclado, cuando la relación tp
/ to se aproxima a 1 y ti / to > 0,5 se puede concluir que existe predominio de
flujo pistón y cuando se aproxima a 0, existe predominio de flujo mezclado.
tp / to
d. Está relacionado en general con la difusión debida a corrientes de inercia
(turbulencia). Es igual al cociente (Δto/to) (razón de tiempo de inyección) para
el flujo estable ideal y aproximadamente del orden de 0,7 flujo mezclado.
tc / to
e. Está relacionado con las corrientes de inercia turbulentas y de recirculación
grande. Es igual al cociente (Δto/to) para el flujo estable ideal y del orden de
2,3 para el flujo mezclado ideal.
tb / to
f. Indica la relación de flujo pistón y flujo mezclado. Cuando es igual a 1, existe
únicamente flujo pistón y si es igual a 0 flujo mezclado, cuando la relación tp
/ to se aproxima a 1 y ti / to > 0,5 se puede concluir que existe predominio de
flujo pistón y cuando y cuando se aproxima a 0, existe predominio de flujo
mezclado.
𝑒 =(𝑡𝑓 − 𝑡𝑝) − (𝑡𝑝 − 𝑡𝑖)
𝑡𝑜
g. Índice de Morril.- el autor encontró que el acumular los datos sobre cantidad
de trazador que pasa, expresado en porcentaje y dibujados en papel
doblemente logarítmico, en el cual se grafica el tiempo en el eje de las
coordenadas y el porcentaje de trazador en las abscisas.
42
El segundo comprendido entre el 10% y el 90 % es el más regular y por eso Morril
sugirió que la relación entre uno y otro se tomara como índice de depresión.
Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑀𝑜𝑟𝑟𝑖𝑙 =𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑙 90%
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑙 10%
Si todo el flujo fuera pistón, la curva seria curva horizontal y el índice de Morril seria 1,
pues todo el trazador saldría en el tiempo t= to y no saldría antes. En cambio, a medida
que hay más proporción de flujo mezclado, aumenta el crecimiento de la curva con
respecto a la horizontal pues hay una distribución más amplia del tiempo de retención.
h. El estudio de la totalidad de la curva puede suministrar una información más
completa que la de las tendencias centrales.
Generalmente, el solo hecho de observar la forma que toma la curva de trazadores, da
una primera indicación del comportamiento hidráulico del floculador, sedimentador que
se estudia.
Algunos autores consideran que se puede tomar el punto de inflexión I1, cuando la curva
cambia de cóncava a convexa. De aquí en adelante el flujo debe considerarse como no
de pistón. Entre dicho punto y el punto de inflexión I2, en la rama descendente, flujo es
dual (pistón y mezclado). A partir del segundo punto de inflexión el flujo tiene un
carácter predominante mixto.
Modelo simplificado de la teoría de Wolf – Resnick
Con el modelo Wolf – Resnick, los datos que se van a calcular son los siguientes:
P = fracción de flujo de pistón de la parte efectiva del caudal mezclado.
l – P = fracción de mezcla perfecta de la parte efectiva del caudal no mezclado.
m = espacio muerto (fracción del espacio muerto del volumen del tanque).
l – m = porción efectiva del volumen del taque.
43
Que mediante las expresiones descritas por este autor (1963) y reacomodando los
términos, Rebhun y Argaman (1965) llegaron a la siguiente ecuación práctica:
1 − 𝐹(𝑡) = 𝑒−
1(1−𝑝)(1−𝑚)
(1
𝑡𝑜−𝑝 (1−𝑚))
Sacando logaritmos se tiene:
log(1 − 𝑓(𝑡)) =0.43429
(1 − 𝑝)(1 − 𝑚)(
1
𝑡𝑜− 𝑝 (1 − 𝑚))
Que corresponde a la ecuación de una línea recta.
Haciendo Ɵ = p (1 – m)
Tenemos que 𝑝 =Ɵ 𝑡𝑔𝛼
0.43429+ Ɵ 𝑡𝑔𝛼
Y 𝑚 = 1 − Ɵ
𝑝
Dichos valores se obtienen del gráfico en papel semilogarítmico en el cual se colocan
los que corresponde a 100 – F (t) en las abscisas (escala logarítmica) y la relación t/to en
las ordenadas (escala aritmética). En dicho grafico cuando la curva pasa por el origen, el
flujo es todo mezclado y cuando es igual a 90° para t/to= 1, el flujo es todo pistón. En la
práctica, sin embargo, α forma un ángulo menor a 90°, manteniéndose la condición de
que cuanto mayor sea el ángulo, mayor será la proporción de flujo pistón en el floculador,
sedimentador.
Limitaciones de las pruebas de trazadores
Las pruebas de trazadores son muy útiles para conocer cómo se desplazan las diferentes
masas de agua dentro de los floculadores y sedimentadores, pero los datos obtenidos se
refieren solamente al momento en que se hace la prueba, que no necesariamente
representa el comportamiento promedio.
44
Por otra parte, tampoco dicen nada sobre la eficiencia en la desestabilización o remoción
de partículas, pues estos procesos dependen no solo de las características hidráulicas de
los floculadores, sedimentadores sino también de las químicas.
Puede por eso presentarse el caso de que un floculador, sedimentador con un mal
comportamiento hidráulico (flujo pistón menor de 60%) que produzca remoción mayor
de partículas, que otro con un buen funcionamiento hidráulico, pero con partículas que
tienen velocidades de sedimentación menores.
Es importante recalcar que este tipo de análisis no determina tampoco las trayectorias de
las partículas, de flujo, o de como este se distribuye en el floculador, sedimentador,
indicando el tiempo de permanencia, pero no su trayectoria (Jorge Arboleda, 2000).
2.6.2 Control del proceso de filtración
Para poder estudiar el proceso de filtración en una planta de tratamiento es necesario:
Analizar las condiciones en que el filtro se desarrolla, en especial los datos
suministrados por los equipos de control, así como el estado que se encuentra el
medio granular que se usa.
1. Precisión de instrumentos de control de filtración:
Medidor de caudal de filtración.
Velocidades de filtración.
2. Control de Lavado
Controlador de caudal de lavado.
Duración del lavado del filtro.
Espesor del lecho filtrante
Expansión de la arena y antracita.
3. Análisis del medio filtrante.
Granulometría.
Determinación de bolas de barro.
Expansión de la arena y antracita.
45
CAPITULO III
3. EVALUACIÓN DE LAS UNIDADES DE LA PTAP
3.1. ESTADO ACTUAL DE LA PLANTA
Las estructuras que componen la PTAP están construidas de hormigón armado y
corresponden a: canal abierto de riego, captación, cámara rompe presiones, canal de
mezcla rápida, floculador, sedimentador, filtración, desinfección y tanques de
almacenamiento, las cuales luego de las inspecciones realizadas se encuentran
funcionales y en buen estado. Tampoco se aprecian fugas ni filtraciones de agua. No
obstante, se pudo observar que los tanques de floculación y sedimentación no cuentan
con pintura.
Existe vulnerabilidad de contaminación del recurso hídrico en el canal abierto riego, ya
que se encuentra en un lugar accesible por lo que el riesgo de contaminación es alto.
La rejilla de captación, así como la válvula que controla el ingreso de agua se encuentran
funcionales y operativas; es decir, en buen estado. Cabe recalcar que el agua es
transportada por una tubería de PVC de 400mm de diámetro.
En la actualidad en el canal de mezcla rápida no se inyecta sulfato de aluminio, además
se encuentran dañados los agitadores de la solución. No se realizan aforamientos, ni se
dispone de un medidor de caudal que serviría para monitorear la cantidad de agua que
ingresa a la planta de manera exacta y así llevar un registro de la misma. De igual
manera, no se llevan registros tanto de turbidez y de pH debido que en la planta no se
cuenta con equipos destinados al monitoreo de estos parámetros.
Con las inspecciones iniciales se pudo evidenciar en los tanques floculadores que las
Placas Verticales de fibra de vidrío se encuentran deterioradas y en algunos casos
pandeadas como las localizadas al inicio del floculador.
46
Ilustración 19 Problemas de pandeo y deterioro en pantallas de floculadores.
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Las pantallas de flujo vertical se encuentran en buen estado y funcionales. Existe un
correcto espaciamiento entre las pantallas de fibra de vidrio y las pantallas de hormigón
armado. Los soportes metálicos que anclan las pantallas de fibra de vidrio se encuentran
en buen estado y cumplen su objetivo.
Se pudo evidenciar en los sedimentadores que los módulos de sedimentación rápida
(SEDITUBOS) de ABS y tuberías recolectoras (flautas) de agua tratada se encuentran
en buen estado y operativas.
Ilustración 20 Unidad de sedimentación
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
47
La unidad de Filtración se determinó que es de flujo descendente con tasa declinante de
acuerdo a la geometría y disposición de las unidades. Consta de 5 unidades conformadas
de lecho mixto (arena y antracita). Se observó válvulas que regulan la entrada y salida
del agua tratada en los filtros las cuales se encuentran identificadas por colores.
El retrolavado de los filtros se los realiza de forma frecuente cada 2 horas y el tiempo de
lavado está a criterio del operador, sin ninguna base teórica o ensayos que afirmen dichos
tiempos y frecuencias.
La unidad de desinfección en la cámara de contacto se la observa deteriorada ya que en
su estructura se logra ver las varillas. Al ser visibles las varillas existe vulnerabilidad de
contaminación por la oxidación de las mismas. También se puede observar conductos de
ventilación en la parte inferior del cuarto, los cuales tienen la función de ventilar al
momento de existir una fuga de cloro-gas este al ser un gas pesado va a permanecer en
la parte inferior del cuarto y por ende la ruta de evacuación del gas se lo realizara de
forma inmediata por medio de los conductos evitando causar asfixia por inhalación del
gas.
Todas las unidades no se encuentran revestidas con pintura impermeabilizante, la PTAP
trabaja a gravedad controlada por válvulas de compuerta y de guillotina que regulan el
caudal que ingresa a cada unidad.
GEOMETRÍA DE LAS UNIDADES
Para el desarrollo de presente numeral se tomaron de mediciones de las unidades que
conforma la PTAP, con la ayuda de una cinta de 30 metros de longitud, flexómetros,
longitud de varillas para la medición de profundidades de los tanques.
3.1.1. Captación
Previamente al levantamiento de la obra de captación de agua que es transportada a la
PTAP, se procedió a tomar las medidas del canal rectangular de riego que transporta el
agua captada para la planta, las medidas de área útil son:
Ancho = 3 m
Altura = 2,5 m
48
Longitud = 500,0 m.
Los espesores de las paredes laterales son de 30cm.
Rejilla de captación lateral
Para el levantamiento de la rejilla lateral que se encuentra totalmente sumergida se utilizó
un flexómetro y para medir el diámetro de las varillas un calibrador (pie de rey).
Las dimensiones de la rejilla y sus respectivas varillas de acero son las siguientes:
Longitud de la rejilla = 1.0 m
Ancho de la rejilla = 0.50 m
Ф barrotes = 20 mm
N barrotes = 8
3.1.2. Cámara de llegada
La presente unidad se encuentra ubicada en la parte trasera de cuarto de dosificación, es
el primer punto de llegada del agua a la PTAP, la salida del agua de la tubería se
encuentra ubicada en el centro de la cámara.
Las dimensiones útiles de la cámara son:
Largo = 2,50 metros
Ancho = 1,50 metros
Altura = 2,00 metros
Volumen (actual) = 7.5 m3
Los espesores de las paredes del tanque son de 20 cm, las dimensiones de la pared de
contacto son: altura = 1,0 m, ancho = 1,50 m y un espesor de 20 cm.
En una de las paredes de la cámara se encuentra ubicado un vertedero rectangular de
pared delgada el cual sirve para trasportar el agua hacia el canal de mezcla rápida, las
dimensiones del vertedero son: ancho = 1,0m, altura = 0,50 m y un espesor de pared de
20 cm.
49
3.1.3. Zona de mezcla rápida
El agua mezclada con el coagulante es conducida por medio de una canal de las
siguientes características:
Largo = 5,60 m
Ancho = 1,00 m
Altura = 0,90 m
Volumen(actual) = 5,04 m3
Los espesores de las paredes del canal son de 20 cm.
3.1.4. Tanques de floculación
El agua coagulada es conducida por un canal rectangular de hormigón con las siguientes
dimensiones: altura = 1,0 m, ancho = 0,50 m, longitud = 1,50m y un espesor de paredes
de 0,20 m.
El agua que ingresa a la unidad de floculación es controlada por medio de una compuerta
tipo guillotina de 1,0 m de alto y un ancho de 0,50m.
Las dimensiones hidráulicas de las cámaras de floculación son:
Largo = 9.35 m c/cámara
Ancho = 1,20 m c/cámara
Altura = 4,20 m
Volumen(Total) = 94,30 m3
El espesor de las paredes del tanque es de 30cm.
3.1.5. Tanque de sedimentación
El agua floculada ingresa a las unidades de sedimentación por medio de un canal
rectangular de hormigón con las siguientes dimensiones: altura = 0,8 m, ancho = 1,0 m,
longitud = 1,50 m.
50
Las dimensiones hidráulicas de las cámaras de sedimentación que en situ se encuentran
implantadas son:
Largo = 9,50 m c/cámara
Ancho = 6.8 m c/cámara
Altura = 4,80 m
Volumen = 310,0 m3
Los espesores de las paredes de las cámaras de sedimentación son de 30cm, la cámara
de floculación y de sedimentación tiene en común la misma pared, esto se debe a la
disposición e implantación de los tanques que se encuentran uno al lado de otro.
En el centro de los dos tanques de sedimentación se encuentra una canaleta rectangular
de recolección de agua sedimentada que tiene las siguientes dimensiones: profundidad
de 1,80 m, un ancho de 0,80m, una longitud de 9,0 m y una pendiente longitudinal
aproximada de 2%.
3.1.6. Tanques de filtración
Previamente a estas unidades existe una canal de recolección de agua tratada en la unidad
de sedimentación con las siguientes dimensiones: altura = 2,50 m, ancho = 0,50m y un
largo = 12,5m. Posteriormente el agua del canal es transportada por medio de tuberías
PVC 200mm de diámetro hacia las 5 cámaras de filtración de iguales dimensiones.
Las dimensiones hidráulicas de los tanques de filtración que en situ son:
Largo = 2,5 m c/ uno
Ancho = 2,0 m c/uno
Altura = 4.5 m
Volumen = 23,0 m3 c/uno
3.1.7. Cámara de desinfección
El agua filtrada en las unidades anteriores es transportada hacia una cámara de contacto
en la cual se realiza la incorporación del cloro-gas para complementar el tratamiento al
agua.
51
Las dimensiones internas de la cámara de contacto son:
Largo = 9.5 m
Ancho = 2,0 m
Altura = 5,0 m
Volumen = 95,0 m3
3.2. DISEÑO VOLUMÉTRICO DE LAS UNIDADES DE LA PTAP.
Para realizar el nuevo diseño volumétrico se utilizaron varias normativas y manuales de
diseño como son:
Modelo planteado por YAKUPRO, plantas de tratamiento compactas de agua
potable.
Tratamiento de agua para consumo humano, Plantas de filtración rápida:
MANUAL II: Diseño de plantas de tecnología apropiada, del CEPIS/OPS,
Lima,2006
CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. (C.E.C) DISEÑO DE
INSTALACIONES SANITARIAS: NORMAS PARA ESTUDIO Y DISEÑO
DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y DISPOSICIÓN DE AGUAS
RESIDUALES PARA POBLACIONES MAYORES A 1000 HABITANTES.
CÁMARA DE LLEGADA
Características
Geometría compartimiento: Rectangular – Hormigón armado
Caudal que ingresa 𝑄𝐷 : 84,16 l/s
Tiempo de retención hidráulica (TRH): 2min = 60s (asumido)
Largo del compartimiento asumido (B) : 2,0m
Altura útil del compartimiento asumido(h) (H= h + 0,20) : 2,00 m
52
Cálculo del volumen requerido
𝑉𝐶𝐵(𝑚3) = 𝑄𝐷 (𝑚3
𝑠) ∗ 𝑇𝑅𝐻(𝑠)
𝑉𝐶𝐵 = 0,084 𝑚3
𝑠∗ 120𝑠
𝑉𝐶𝐵 = 10,10 𝑚3
Cálculo de la superficie del tanque
𝑆(𝑚2) = 𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 /ℎ
𝑆(𝑚2) = 10,10𝑚3 /2 (𝑚)
𝑆(𝑚2) = 5,05𝑚2 ≈ 5,0 𝑚2
Cálculo de la longitud del tanque
𝐿(𝑚) =𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑜𝑚𝑜𝑔
ℎ(𝑚) ∗ 𝑎(𝑚)
𝐿(𝑚) =10,10 𝑚3
2,00 𝑚 ∗ 1,5 𝑚= 3,40 𝑚
Dimensiones
Largo = 3,40 metros
Ancho = 1,50 metros
Altura = 2,00 metros
Volumen (actual) = 10,10 m3
CANAL DE MEZCLA RÁPIDA
Características de diseño
Geometría compartimiento: Rectangular – Hormigón armado
Caudal de Diseño 𝑄𝐷 : 0,08416 m³/s
53
Tiempo de retención hidráulica (TRH): < 1 s
Números de Froude (F) entre 4,5 y 9,0 (recomendado Código Ecuatoriano de
la Construcción)
Gradientes de velocidad entre 700 y 1300 s-1
Temperatura del agua 13°C
Ancho del canal(B): 1,0 m(asumido)
Longitud del plano X: 1,30 m (asumido)
Altura de la rampa (Eo) : 0,75 m(asumido)
Ilustración 21 Resalto Hidráulico
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
Caudal Unitario
𝑞(𝑚3/𝑠) = 𝑄𝑑/𝐵
𝑞(𝑚3/𝑠) = 0,0842 /1,0
𝑞(𝑚3/𝑠) = 0,0842𝑚3/𝑠
Inclinación de la rampa
𝜃 = 𝑡𝑔−1(𝐸𝑜
𝑋)
𝜃 = 𝑡𝑔−1(1,0
1,30)
54
𝜽 = 𝟑𝟕, 𝟓𝟔°
Relación de alturas antes y después del resalto
K = 4,67 (Constante Hidráulica)
𝒂 = (√(𝟖𝑭𝑲 𝟑)⁄ ) ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜃
𝟑
a = 11,80
Altura antes del resalto
Numero de Froude (F): 5,0 (asumido)
Gravedad (g): 9.81 m/s2
𝒅𝟏 = 0,030 m
Profundidad antes del resalto
𝒉𝟏 = 0,039 m
Velocidad del resalto
𝑉1 = 0,0842 /0,039
𝑉1 = 2,15 m/s
55
Comprobación Número de Froude
𝐹 = 𝑉1/√(𝑔 ∗ ℎ1)
𝐹 = 2,15/√(9,81 ∗ 0,039)
𝐹 = 3,48
Profundidad después del resalto
h2 = 0,030 *11,85
𝒉𝟐 = 𝟎, 𝟑𝟓 m
Longitud del resalto
𝐿 = 6 ∗ (0,35 − 0,039)
𝑳 = 𝟏, 𝟖𝟕𝒎
Pérdida de carga
𝒉𝒑 = 𝟎, 𝟓𝟓 𝒎
Volumen del resalto
∀= 𝟎, 𝟒𝟎 𝒎𝟑
56
Tiempo de mezcla
𝑇 = 0,40
0,0842
𝑻 = 𝟒, 𝟕𝟓 𝒔
Altura de agua en el vertedero
𝒉𝟑 = 𝟎, 𝟏𝟒𝒎
Comprobación de igualdad
0,75 +0,14 ≈ 0,55 + 0,35
0,89 ≈ 0,90
Calculo de la Gradiente hidráulica (G-1)
𝐺 = √𝛾 ∗ ℎ𝑓
𝜇 ∗ 𝑡𝑟
Donde:
γ = peso específico del agua a 13,62 °C
tr = tiempo de retención
hf = pérdida de carga en la unidad
𝜇 = viscosidad a T = 13,62 °C
57
a) La pérdida de carga hidráulica en la unidad de mezcla rápida = 0,55m
b) Con un termómetro de laboratorio, se determinó la temperatura del agua = 13,62°C
c) Se determinó la relación √(γ/μ ) para la temperatura 13,62°C, por interpolación con
la ayuda de la tabla 33 = 2873,41
Tabla 11 Relación √ (γ/μ ) para diferentes temperaturas del agua
Temperatura
(°C) √
𝜸
𝝁
0 2336,94
4 2501,56
10 2736,53
15 2920,01
20 3114,64
25 3266,96
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
𝐺 = 2873,41/ (𝑚 ∗ 𝑠)12 ∗ √
0,55 𝑚
59,89 𝑠
𝑮 = 𝟐𝟕𝟓, 𝟑𝟕 𝒔−𝟏
Ilustración 22 Dimensionamiento del mezclador Hidráulico “tipo rampa”
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
58
Largo = 3,20m
Ancho = 1,00 m
Altura = 0,9 m
Volumen = 2,88 m3
TANQUES DE FLOCULACIÓN
Características de diseño volumétrico
Geometría compartimiento: Rectangular- Hormigón Armado
Tipo: Floculador de pantallas de flujo vertical
Caudal de Diseño 𝑄𝐷 : 0,08416 m³/s
Tiempo de retención hidráulica (TRH): 20 min = 1200s (recomendado por la
C.E.C para Floculadores de flujo vertical)
Altura útil del compartimiento recomendada por la C.E.C es de 3 a 4m
Ancho del compartimiento (a) : 2,5 m
Cálculo del volumen requerido
𝑉𝐶𝐵(𝑚3) = 𝑄𝐷 (𝑚3
𝑠) ∗ 𝑇𝑅𝐻(𝑠)
𝑉𝐶𝐵 = 0,08416 𝑚3
𝑠∗ 1200𝑠
𝑉𝐶𝐵 = 101,04 𝑚3 ≈ 101,00𝑚3
Cálculo de la superficie del tanque
H (asumida) = 4,0 m
𝑆(𝑚2) = 𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ∗ ℎ
𝑆(𝑚2) = 101,0𝑚3/4 (𝑚)
59
𝑆(𝑚2) = 25,30𝑚2
Cálculo de la longitud del tanque
𝐿(𝑚) =𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
ℎ(𝑚) ∗ 𝑎(𝑚)
𝐿(𝑚) =101,0 𝑚3
4,0 𝑚 ∗ 2,50 𝑚= 10,10 𝑚 ≈ 10,0 𝑚
Largo = 10,00 m c/cámara
Ancho = 1,25 m c/cámara
Altura = 4,0 m
Volumen(Total) = 101,0 m3
* Nota: para la altura del tanque se debe considerar una altura de borde o altura de
seguridad = 0,2m
TANQUES DE SEDIMENTACIÓN
Características de diseño volumétrico
Geometría compartimiento: Rectangular- Hormigón Armado
Tipo: Sedimentador de flujo ascendente
Caudal de Diseño 𝑄𝐷 : 0,08416 m³/s – 302,40 m³/h
Tiempo de retención hidráulica (TRH): 2h (recomendado por la C.E.C para
Floculado res de flujo vertical)
Altura útil del compartimiento recomendada por la C.E.C es de 3 a 4m
Ancho del compartimiento (a): 7,0 m
60
Cálculo del volumen requerido
𝑉𝐶𝐵(𝑚3) = 𝑄𝐷 (𝑚3
ℎ) ∗ 𝑇𝑅𝐻(ℎ)
𝑉𝐶𝐵 = 302,4 𝑚3
ℎ∗ 1 ℎ
𝑽𝑪𝑩 = 𝟑𝟎𝟐, 𝟒 𝒎𝟑
Cálculo de la longitud del tanque
𝐿(𝑚) =𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
ℎ(𝑚) ∗ 𝑎(𝑚)
𝐿(𝑚) =302,4𝑚3
5,0 𝑚∗6,0 𝑚= 10,10 𝑚 ≈ 10,0m
Largo = 10,0 m c/cámara
Ancho = 6,0 m c/cámara
Altura = 5,0 m
Volumen = 302,40 m3
TANQUE DE FILTRACIÓN
Características de diseño volumétrico
Asumiendo los siguientes parámetros:
Geometría compartimiento: Rectangular – Hormigón Armado
Tipo: Filtro de flujo descendente
Caudal de la planta 𝑄𝐷 : 84,16 l/s = 7271,4 m³/d
Numero de cámaras filtrantes: 5
Caudal de Diseño 𝑄𝐷 = 1454 m3/d c/filtro
61
Tasa de filtración: 180 a 360 m3/m2*d (para filtros de lechos mixtos
arena y antracita)
Ancho del compartimiento (a): 2 m (asumido)
Altura útil del compartimiento (H= h + 0,20): 4,5 m
Cálculo de la superficie filtrante
Tasa de filtración: 200 m3/m2/d (Asumido según C.E.C)
𝑆(𝑚2) = 𝑄𝐷
𝑚3
𝑑 ÷ 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (
m3
m2∗ d)
S(𝑚2) = 1454𝑚3
𝑑÷ 200 (
m3
m2∗ d)
𝑺 = 𝟕, 𝟐𝟕 (𝒎𝟐)
Cálculo de la Longitud del filtro
𝐿 = 𝑆(𝑚2) ÷ 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 (𝑚)
𝐿 = 7,27 ÷ 2,0 (𝑚)
𝑳 = 𝟑, 𝟔 𝒎
Cálculo del Volumen del filtro
𝑉 = 𝑆 ∗ ℎ
𝑉 = 7,27 ∗ 4,5
𝑽 = 𝟑𝟐, 𝟕 𝒎𝟑
Volumen Total
Vtotal = Vf * N° filtros
Vtotal = 37,70*5
62
Vtotal = 163,50 m3
Largo = 3,6 m c/ uno
Ancho = 2,0 m c/uno
Altura = 4.5 m
Volumen = 37,70 m3 c/uno
CÁMARA DE CONTACTO
Características de diseño volumétrico
Asumiendo los siguientes parámetros:
Geometría compartimiento: Rectangular – Hormigón Armado
Caudal de Diseño 𝑄𝐷 : 0,08416 m3/s
Tiempo de retención: 20-30 min (Norma C.E.C)
Ancho del compartimiento (a): 2 m (asumido)
Altura útil del compartimiento (H= h + 0,20): 4,50
Cálculo del volumen requerido
𝑉𝐶 (𝑚3) = 𝑄𝐷 (𝑚3
𝑠) ∗ 𝑇𝑅𝐻(𝑠)
𝑉𝐶 = 0,0842 𝑚3
𝑠∗ 60 ∗ 20 𝑠
𝑽𝑪 = 𝟏𝟎𝟏, 𝟎 𝒎𝟑
63
Cálculo de la longitud del tanque
𝐿(𝑚) =𝑉𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
ℎ(𝑚) ∗ 𝑎(𝑚)
𝐿(𝑚) =101,0
4,50 𝑚 ∗ 2 𝑚= 11,2 𝑚
Largo = 11,2 m
Ancho = 2,0 m
Altura = 4,50 m
Volumen = 101,0 m3
3.3. CALIDAD DEL AGUA
Para el efecto del analizar la calidad del agua que se capta y la que se entrega a la
población luego de ser tratada, se tomaron las respectivas muestras, las cuales fueron
llevadas a un laboratorio acreditado por la SAE.
El plan de muestreo se realizó de acuerdo a lo establecido en las normas INEN 2169,
INEN 2176 e INEN2226, ver en Anexo 02.
3.3.1. Resultados experimentales del agua
Basándose en los parámetros límites de la norma para la caracterización de agua
potabilizada que puede ser consumida por los seres humanos, procedemos a realizar la
comparación entre resultados del análisis de agua y los límites máximos permisibles que
rige la norma INEN 1108, a su vez se anexan datos históricos sobre análisis de agua
realizados por el GAD, ver en ANEXO 03.
Se detallan los resultados de los parámetros más importantes de los ensayos sanitarios
realizados al recurso hídrico a la entrada y salida de la PTAP por: (Laboratorio ALS
acreditado por la SAE N° OAE LE 2C 05-005, 2016)
64
3.3.1.1.Resultados obtenidos de ensayos realizados en época Invernal
(noviembre 2016).
Tabla 12 Resultados obtenidos en la captación (agua Cruda)
PARÁMETROS
ANALIZADOS
METODOLOGÍA
DE
REFERENCIA
MÉTODO
INTERNO ALS UNIDAD
43452-1
Agua
Cruda
LÍMITE
MÁXIMO
PERMISIBLE
NORMA
INEN 1108
RESULTADOS
COLOR APARENTE
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2120C
PA – 75.00 Pt – Co 14,21 15 CUMPLE
TURBIDEZ
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2130A y 2130B
PA – 37.00 NTU <4 5 CUMPLE
NITRATOS
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 4500-
NO3- E
PA – 48.00 mg/l 2,09 50 CUMPLE
NITRITOS
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 4500-
NO2- E
PA – 13.00 mg/l <0,010 3,0 CUMPLE
COLIFORMES
FECALES
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
9221B,E y F
PA – 66.00 NMP/100ml <1,1 <1,1 CUMPLE
SÓLIDOS DISUELTOS
TOTALES
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2540A y 2540C
PA – 15.00 mg/l 70 NO APLICA NO APLICA
DUREZA TOTAL
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2340A y 2340C
PA – 40.00 mg/l 24,1 NO APLICA NO APLICA
HIERRO
EPA 3010A, Rev.
01, 1992
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
3111B
PA – 20.00 mg/l 0,21 NO APLICA NO APLICA
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
TOTALES
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2540A y 2540D
PA – 16.00 mg/l <10 NO APLICA NO APLICA
MOHOS (*)
AOAC 997.02, Ed.
18, 2005
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 9610
PA – 81.00 UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
ARSENICO
EPA 3010A, Rev.
01, 1992
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
3111B
PA – 20.00 mg/l 0,001 0,01 CUMPLE
COBRE
EPA 3010A, Rev.
01, 1992
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
3111B
PA – 20.00 mg/l 0,01 2,0 CUMPLE
LEVADURAS (*)
AOAC 997.02, Ed.
18, 2005
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 9610
PA – 81.00 UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
POTENCIAL
HIDRÓGENO
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 4500-
H+A y 4500-H+B
PA – 05.00 UpH 6,87 NO APLICA NO APLICA
Elaborado: (Laboratorio ALS acreditado por la SAE N° OAE LE 2C 05-005, 2016)
65
Tabla 13 Cotejo de resultados entre agua tratada con Norma INEN 1108
PARÁMETROS
ANALIZADOS
METODOLOGÍA DE
REFERENCIA UNIDAD
43452-1
Agua
Tratada
LÍMITE
MÁXIMO
PERMISIBLE
(INEN1108)
RESULTADOS
COLOR
APARENTE
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2120C
Pt – Co 7,83 15 CUMPLE
TURBIDEZ
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2130A y 2130B
NTU <4 5 CUMPLE
NITRATOS
Standard Methods Ed. 22,
2012, 4500-NO3- E
mg/l 2,95 50 CUMPLE
NITRITOS
Standard Methods Ed. 22,
2012, 4500-NO2- E
mg/l <0,010 3,0 CUMPLE
COLIFORMES
FECALES
Standard Methods Ed. 22,
2012, 9221B,E y F
NMP/100ml <1,1 <1,1 CUMPLE
SÓLIDOS
DISUELTOS
TOTALES
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2540A y 2540C
mg/l 92 NO APLICA NO APLICA
DUREZA TOTAL
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2340A y 2340C
mg/l 42,2 NO APLICA NO APLICA
HIERRO
EPA 3010A, Rev. 01,
1992 Standard
Methods Ed. 22, 2012,
3111B
mg/l 0,29 NO APLICA NO APLICA
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
TOTALES
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2540A y 2540D
mg/l <10 NO APLICA NO APLICA
MOHOS (*)
AOAC 997.02, Ed. 18,
2005
Standard Methods Ed. 22,
2012, 9610
UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
ARSÉNICO
EPA 3010A, Rev. 01,
1992 Standard
Methods Ed. 22, 2012,
3111B
mg/l 0,001 0,01 CUMPLE
COBRE
EPA 3010A, Rev. 01,
1992 Standard
Methods Ed. 22, 2012,
3111B
mg/l 0,01 2,0 CUMPLE
LEVADURAS (*)
AOAC 997.02, Ed. 18,
2005
Standard Methods Ed. 22,
2012, 9610
UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
POTENCIAL
HIDRÓGENO
Standard Methods Ed. 22,
2012, 4500-H+A y 4500-
H+B
UpH 7,12 NO APLICA NO APLICA
Elaborado: (Laboratorio ALS acreditado por la SAE N° OAE LE 2C 05-005, 2016)
Mediante el análisis en la comparación de resultados entre agua tratada y la NORMA
INEN 1108, la planta cumple con los límites permisibles que garantizan que dicho
recurso hídrico es apto para el consumo humano sin perjudicar a la salud.
66
3.3.1.2. Resultados obtenidos de ensayos realizados en época Seca (febrero
2017).
Tabla 14 Resultados obtenidos en la captación (agua Cruda)
PARÁMETROS
ANALIZADOS
METODOLOGÍA
DE
REFERENCIA
MÉTODO
INTERNO ALS UNIDAD
43452-1
Agua
Cruda
LÍMITE
MÁXIMO
PERMISIBLE
INEN 1108
RESULTADOS
COLOR APARENTE
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2120C
PA – 75.00 Pt – Co 13,51 15 CUMPLE
TURBIDEZ
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2130A y 2130B
PA – 37.00 NTU <4 5 CUMPLE
NITRATOS
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 4500-
NO3- E
PA – 48.00 mg/l 1,96 50 CUMPLE
NITRITOS
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 4500-
NO2- E
PA – 13.00 mg/l <0,010 3,0 CUMPLE
COLIFORMES
FECALES
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
9221B,E y F
PA – 66.00 NMP/100ml <1,1 <1,1 CUMPLE
SÓLIDOS DISUELTOS
TOTALES
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2540A y 2540C
PA – 15.00 mg/l 55 NO APLICA NO APLICA
DUREZA TOTAL
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2340A y 2340C
PA – 40.00 mg/l 21,7 NO APLICA NO APLICA
HIERRO
EPA 3010A, Rev.
01, 1992
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
3111B
PA – 20.00 mg/l 0,32 NO APLICA NO APLICA
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
TOTALES
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
2540A y 2540D
PA – 16.00 mg/l <10 NO APLICA NO APLICA
MOHOS (*)
AOAC 997.02, Ed.
18, 2005
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 9610
PA – 81.00 UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
ARSENICO
EPA 3010A, Rev.
01, 1992
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
3111B
PA – 20.00 mg/l 0,001 0,01 CUMPLE
COBRE
EPA 3010A, Rev.
01, 1992
Standard Methods
Ed. 22, 2012,
3111B
PA – 20.00 mg/l 0,01 2,0 CUMPLE
LEVADURAS (*)
AOAC 997.02, Ed.
18, 2005
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 9610
PA – 81.00 UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
POTENCIAL
HIDRÓGENO
Standard Methods
Ed. 22, 2012, 4500-
H+A y 4500-H+B
PA – 05.00 UpH 6,94 NO APLICA NO APLICA
Elaborado: (Laboratorio ALS acreditado por la SAE N° OAE LE 2C 05-005, 2016)
67
Tabla 15 Cotejo de resultados entre agua tratada con Norma INEN 1108
PARÁMETROS
ANALIZADOS
METODOLOGÍA DE
REFERENCIA UNIDAD
43452-1
Agua
Tratada
LÍMITE
MÁXIMO
PERMISIBLE
(INEN1108)
RESULTADOS
COLOR
APARENTE
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2120C
Pt – Co 6,92 15 CUMPLE
TURBIDEZ
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2130A y 2130B
NTU <4 5 CUMPLE
NITRATOS
Standard Methods Ed. 22,
2012, 4500-NO3- E
mg/l 1,55 50 CUMPLE
NITRITOS
Standard Methods Ed. 22,
2012, 4500-NO2- E
mg/l <0,010 3,0 CUMPLE
COLIFORMES
FECALES
Standard Methods Ed. 22,
2012, 9221B,E y F
NMP/100ml <1,1 <1,1 CUMPLE
SÓLIDOS
DISUELTOS
TOTALES
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2540A y 2540C
mg/l 81 NO APLICA NO APLICA
DUREZA TOTAL
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2340A y 2340C
mg/l 37,6 NO APLICA NO APLICA
HIERRO
EPA 3010A, Rev. 01, 1992
Standard Methods Ed. 22,
2012, 3111B
mg/l 0,31 NO APLICA NO APLICA
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
TOTALES
Standard Methods Ed. 22,
2012, 2540A y 2540D
mg/l <10 NO APLICA NO APLICA
MOHOS (*)
AOAC 997.02, Ed. 18, 2005
Standard Methods Ed. 22,
2012, 9610
UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
ARSÉNICO
EPA 3010A, Rev. 01, 1992
Standard Methods Ed. 22,
2012, 3111B
mg/l 0,001 0,01 CUMPLE
COBRE
EPA 3010A, Rev. 01, 1992
Standard Methods Ed. 22,
2012, 3111B
mg/l 0,01 2,0 CUMPLE
LEVADURAS (*)
AOAC 997.02, Ed. 18, 2005
Standard Methods Ed. 22,
2012, 9610
UPC/ml <1 NO APLICA NO APLICA
POTENCIAL
HIDRÓGENO
Standard Methods Ed. 22,
2012, 4500-H+A y 4500-
H+B
UpH 7,25 NO APLICA NO APLICA
Elaborado: (Laboratorio ALS acreditado por la SAE N° OAE LE 2C 05-005, 2016)
Partiendo de los resultados históricos y de los obtenidos durante la realización del
proyecto se concluye que las características del agua cruda cumplen con los límites
máximos permisible en la normativa INEN 1108. Sin embargo, existen eventos naturales
a lo largo del canal abierto que eventualmente incrementan levemente la turbidez del
agua, de los ensayos podemos observar que la turbidez no supera lo establecido por la
normativa.
68
3.3.1.3.Eficiencias de remoción entre las distintas unidades que componen
la PTAP.
No obstante, al no añadirse en la actualidad el sulfato de aluminio y de no requerirse las
unidades de floculación y sedimentación, para fines de la presente investigación se
tomaron muestras de agua a la salida de las unidades de floculación y sedimentación a
fin de comparar la calidad de la misma y evidenciar si existe algún cambio debido a la
falta de mantenimiento de placas y demás componentes de las unidades que puedan estar
alterando sus características. Si se comparan los resultados obtenidos se concluye que el
agua conserva las mismas características tal como se puede observar en la siguiente
tabla:
Tabla 16 Comparación de resultados entre entrada sedimentador y salida sedimentador
PARÁMETROS
ANALIZADOS
UNIDAD 43452-1 Entrada
Sedimentador
43452-1 Salida
Sedimentador
EFICIENCIA DE
REMOCIÓN (%)
COLOR APARENTE Pt – Co 15,29 7,57
50,49
TURBIDEZ NTU <4 <4
----------
NITRATOS mg/l <1 <1 ----------
NITRITOS mg/l <0,010 <0,010
----------
COLIFORMES
FECALES NMP/100ml <1,1 <1,1
----------
SÓLIDOS
DISUELTOS
TOTALES
mg/l 60 20
66,67
DUREZA TOTAL mg/l 32 34
-6,25
HIERRO mg/l 0,27 0,30
-11,11
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
TOTALES
mg/l 28 <10
64,29
MOHOS (*) UPC/ml <1 <1
----------
LEVADURAS (*) UPC/ml <1 <1
----------
POTENCIAL
HIDRÓGENO UpH 7,17 6,76
----------
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
69
Paralelamente y con el fin evaluar la eficiencia de la unidad de filtración se tomaron
muestras a la salida del sedimentador y a la salida de la filtración.
Si se comparan los resultados obtenidos se concluye que existe remoción considerable
de sólidos tal como se puede observar en la siguiente tabla:
Tabla 17 Comparación de resultados entre entrada filtración y salida filtración
PARÁMETROS
ANALIZADOS
UNIDAD
43452-1
Entrada
Filtración
43452-1 Salida
Filtración
EFICIENCIA DE
REMOSIÓN (%)
COLOR APARENTE Pt – Co 7,57 7,15
5,54
TURBIDEZ NTU <4 <4
----------
NITRATOS mg/l <1 <1 ----------
NITRITOS mg/l <0,010 <0,010
----------
COLIFORMES
FECALES NMP/100ml <1,1 <1,1
----------
SÓLIDOS
DISUELTOS
TOTALES
mg/l 20 40
-100
DUREZA TOTAL mg/l 34 32
5,88
HIERRO mg/l 0,30 0,26
13,33
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
TOTALES
mg/l <10 <10
----------
MOHOS (*) UPC/ml <1 <1
----------
LEVADURAS (*) UPC/ml <1 <1
----------
POTENCIAL
HIDRÓGENO UpH 6,76 7,09
----------
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Analizando los resultados de remoción de los otros parámetros prácticamente no existe
variación en virtud que la unidad de filtración está más orientada en remoción de sólidos.
Cabe recalcar que los resultados de los análisis del agua tomadas en el tanque de
almacenamiento, fueron comparados con los análisis del agua tomadas en la captación,
para establecer la efectividad de la PTAP.
70
3.3.1.4.Comparación de Resultados entre agua tratada en época seca y
época lluviosa con la Normativa 1108.
Se realizó un promedio entre los valores de época seca y época lluviosa para la posterior
comparación detallado a continuación.
Tabla 18 Comparación de resultados entre agua cruda y agua tratada
PARÁMETROS
ANALIZADOS
UNIDAD
43452-1
Agua
Cruda
43452-1 Agua
Tratada
EFICIENCIA DE
REMOSIÓN (%)
COLOR APARENTE Pt – Co 13,86 7,38
46,79
TURBIDEZ NTU <4 <4 ----------
NITRATOS mg/l 2,03 2,25 -11,11
NITRITOS mg/l <0,010 <0,010
----------
COLIFORMES
FECALES NMP/100ml <1,1 <1,1
----------
SÓLIDOS DISUELTOS
TOTALES mg/l 62,5 86,5
-38,40
DUREZA TOTAL mg/l 22,9 39,9
-74,24
HIERRO mg/l 0,27 0,30
-13,21
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
TOTALES
mg/l <10 <10
----------
MOHOS (*) UPC/ml <1 <1
----------
LEVADURAS (*) UPC/ml <1 6,87
----------
POTENCIAL
HIDRÓGENO UpH 6,91 7,19
----------
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
71
3.4.TRATABILIDAD “PRUEBA DE JARRAS”
Uno de los sistemas de simulación en laboratorio es la prueba de jarras o test de jarras,
el cual consiste en reproducir en vasos o en jarras los procesos que producen la planta y
así evaluar los distintos parámetros durante y al final de la prueba.
Entre los parámetros que podemos analizar con este test son:
a) Determinación de dosis óptimas
Evaluaciones cualitativas: Tamaño de floc y tiempo inicial de formación de
floc.
Evaluaciones cuantitativas:
o Determinaciones físicas: Turbiedad y/o color residual.
o Determinaciones químicas: pH, alcalinidad, hierro.
b) Determinación de pH en la coagulación.
c) Determinación del tiempo y gradientes óptimos de floculación.
d) Determinación de la velocidad de sedimentación.
Si bien el agua cruda cumple, la mayor parte del tiempo, con los límites permisibles de
turbidez, lo que hace que no se coloquen coagulantes, para el presente caso y con fines
didácticos se realizó un test de jarras en varias muestras de agua cruda tomadas en
diferentes fechas para poder determinar la dosis optima de coagulante.
3.4.1. Equipo de Jarras
El ensayo se realizó en las instalaciones del laboratorio certificado “WASCORP S.A”,
en el cual los equipos utilizados fueron:
Un agitador múltiple de velocidad variable que puede crear turbulencia
simultánea en 6 jarras en cual puede operar a velocidades de hasta 400 rpm.
Vasos de precipitado de vidrio de sección circular con capacidad de hasta 600ml
de capacidad.
72
Ilustración 23 Equipo de Prueba de jarras.
Fuente: (WASCORP.S.A, 2017)
3.4.2. Tipo de coagulante
En la actualidad las principales sustancias con propiedades coagulantes que se utiliza
para el tratamiento de aguas son:
Sulfato de aluminio
Cloruro férrico
Sulfato Ferroso.
La principal característica es que estos coagulantes por su bajo costo y manejo
relativamente sencillo son usados con mayor frecuencia en plantas potabilizadoras.
El coagulante sulfato de aluminio es la sustancia más usada ya que se lo puede utilizar
de forma sólida o liquida, en la actualidad se dosifica sulfato de aluminio en estado
líquido y en estado sólido en casos de que no se tenga a disposición el mismo en estado
sólido.
El sulfato de aluminio para estar presente en la coagulación deberá cumplir con varios
requisitos según la normativa técnica INEN 1903 tenemos.
El sulfato de aluminio no deberá tener ningún olor y su sabor deberá ser
astringente y ligeramente dulce.
En su forma sólida deberá ser de color blanco o ligeramente amarillento.
En su forma líquida o en solución, deberá ser razonablemente clara, de tal
manera que permita realizar sin dificultad las lecturas en medidores de flujo.
73
El sulfato de aluminio en cualquiera de sus formas no deberá contener
sustancias orgánicas o minerales solubles en el agua. (NTE INEN 1903, 1992)
Ajustándose a la realidad del GAD y darle uso al coagulante en grandes cantidades
almacenado en las bodegas de la planta se optó por la realización de la prueba con sulfato
de aluminio.
3.4.3. Parámetros de dosificación
3.4.3.1 Dosis optima de coagulante
La determinación de la dosis optima de coagulante es una parte importante del proceso
de tratabilidad, y por ende el objetivo principal es determinar la dosis de coagulante que
producirá la más eficiente desestabilización de partículas coloidales que permita la
formación de un floc pesado y compacto para que pueda sedimentarse rápidamente y no
se rompa al pasar por los filtros.
Con la prueba de jarras se puede evaluar al floc de forma cualitativa y cuantitativa, con
lo cual seguiremos los siguientes procedimientos.
Procedimiento Previo
1. Determinar características iniciales del agua cruda como son: temperatura,
turbiedad, pH, color y parámetros como hierro y alcalinidad si son significativos.
2. Se diluye el Sulfato de Aluminio tipo A al 1 % de solución, con agua potable, se
tiene:
1 mL = 0,01g Al2 (SO4)3 = 10 mg Al2 (SO4)3
Por lo cual tenemos:
74
1 mL (10 Al2 (SO4)3) 1000 mL agua cruda = 10 ppm
2 mL (20 Al2 (SO4)3) 1000 mL agua cruda = 20 ppm
3 mL (30 Al2 (SO4)3) 1000 mL agua cruda = 30 ppm
4 mL (40 Al2 (SO4)3) 1000 mL agua cruda = 40 ppm
5 mL (50 Al2 (SO4)3) 1000 mL agua cruda = 50 ppm
6 mL (60 Al2 (SO4)3) 1000 mL agua cruda = 60 ppm
3. Se coloca 500 ml en cada uno de los vasos de precipitación, y se ubica en cada
paleta del equipo de jarras, al mismo tiempo se prepara las soluciones de sulfato
de aluminio en jeringas delante de la jarra correspondiente, para luego ser vertidos
en los vasos.
4. Poner en funcionamiento el equipo en 3 tipos de agitamiento para simular los
estados de mezcla rápida, mezcla lenta y sedimentación.
a) Mezcla rápida = tiempo: 1 minuto, velocidad de 300rpm
b) Mezcla lenta= tiempo: 15 min, velocidad de 35 rpm.
c) Sedimentación= tiempo: 15 min, velocidad de 0 rpm.
5. Se inicia el funcionamiento del equipo y de forma simultanea e instantánea se
aplica el coagulante en el punto de máxima turbulencia para que así se penetre
profundamente la solución.
Evaluación Cualitativa
Tiempo de formación de floculo
6. con la ayuda de un cronometro se determina el tiempo en segundos que tarda en
formarse el floc en cada uno de los vasos, el cual es uno de los sistemas para
identificar la velocidad de reacción del coagulante.
Tamaño del Floculo
7. Poco antes de que el proceso de coagulación (mezcla rápida) concluya se procede
a observar el tamaño del floculo y compararlo cualitativamente según el índice de
Wilcomb. El criterio de selección de la dosis óptima es observar en que vaso se
produce la partícula más grande, aunque no siempre el mayor tamaño de la
partícula produce mayor velocidad de asentamiento.
75
Tabla 19 Índice de Wilcomb
INDICE DE WILCOMB
0 Floc coloidal Ningún signo de aglutinamiento
2 Floc visible muy pequeño casi imperceptible
4 Floc disperso Bien formado sedimenta muy lento o no sedimenta
6 Floc claro Tamaño relativamente grande, sedimenta muy lento
8 Floc Bueno Sedienta fácil pero no completamente
10 Floc excelente Se deposita todo dejando el agua clara.
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
Ilustración 24 Índice de Wilcomb
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
Evaluación Cuantitativa
8. Una vez terminado los dos estados de mezcla rápida y mezcla lenta, se procede al
pagado del equipo y también a retirar los agitadores y se deja sedimentar la
muestra por 15 minutos.
9. Terminado el tiempo de sedimentación, se toma muestras de agua de cada vaso
para posteriormente medir las características del agua al finalizar la prueba.
10. Procedemos a graficar los resultados, y se selecciona como dosis optima aquella
que produce menor turbidez residual.
Los resultados del ensayo de jarras se obtuvieron promedio de entre las tres muestras
analizadas en diferentes fechas con diferentes características del agua, lo resultados de
las pruebas de jarras realizadas se muestran en el Anexo 04.
76
Posteriormente para ver la efectividad del sulfato de aluminio se procederá a calcular la
eficiencia de remoción para el promedio de los 3 ensayos realizados para cada una de las
dosis por medio de la siguiente fórmula.
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑛𝑒𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 (%) =𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
Tabla 20 Eficiencia de remoción (4,5 UNT)
VARIABLE VASO 1 VASO 2 VASO 3 VASO 4 VASO 5 VASO 6
Dosis de
Sulfato de
Aluminio
10 20 30 40 50 60
Turbidez
inicial (To) 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50
pH inicial 7,35 7,35 7,35 7,35 7,35 7,35
pH final 7,30 7,25 7,13 7,18 7,05 6,95
Turbidez
final(Tf) 3,1 0,9 0,9 1,0 1,1 1,1
E. R. (%) 57,82 88,30 87,62 86,67 85,58 84,76
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Gráfico 2 Eficiencia de remoción (4,5 UNT)
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
10 20 30 40 50 60
Efic
ien
cia
de
Rem
oci
on
(%)
Dosis de Sulfato de Aluminio(ppm)
PRUEBA DE JARRAS -EFICIENCIA VS DÓSIS
ÓPTIMA(4,5UNT)
77
Tabla 21 Eficiencia de remoción (3,2UNT)
VARIABLE VASO 1 VASO 2 VASO 3 VASO 4 VASO 5 VASO
6
Dosis de
Sulfato de
Aluminio
10 20 30 40 50 60
Turbidez
inicial (To) 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2
pH inicial 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10
pH final 7,30 7,24 7,11 7,18 6,95 6,81
Turbidez
final(Tf) 3,5 1,1 0,9 1,0 1,6 2,6
E. R. (%) 50,42 85,21 88,03 86,20 78,17 63,24
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Gráfico 3 Eficiencia de remoción (3,2UNT)
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Tabla 22 Eficiencia de remoción (4,8UNT)
VARIABLE VASO 1 VASO 2 VASO 3 VASO 4 VASO 5 VASO 6
Dosis de Sulfato
de Aluminio 10 20 30 40 50 60
Turbidez inicial
(To) 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8
pH inicial 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10
pH final 7,21 7,20 7,15 7,22 7,11 7,06
Turbidez
final(Tf) 5,1 3,1 0,8 1,0 1,9 2,6
E. R. (%) 28,17 55,92 88,59 86,20 73,52 63,24
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
10 20 30 40 50 60
Efic
ien
cia
de
Rem
oci
on
(%)
Dosis de Sulfato de Aluminio(ppm)
PRUEBA DE JARRAS -EFICIENCIA VS DÓSIS
ÓPTIMA(3,2UNT)
78
Gráfico 4 Eficiencia de remoción (4,8UNT)
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Como podemos ver en los cuadros de eficiencias de remoción la dosis optima varía entre
20 ppm a 30 ppm, pero sugerimos una dosificación de 30 ppm ya que tenemos un
porcentaje de remoción muy alto.
Como resultado final se pudo demostrar que el producto funciona adecuadamente en la
planta de tratamiento de agua y constituye una buena alternativa.
Sulfato de aluminio óptimo es:
X = Kg
Q= Caudal de la PTAP actual = 84,16 l/s = (7271,42m³/día)
D= Dosis optima de Al2 (SO4)3 = 30ppm
10 ppm = 1000mL = 1 L
X = (D (ppm) x Q (m3/día))/1000
X = (30 x 7271,42) /1000 = 218,0 Kg/día
3.4.4. Parámetros de floculación
Es el parámetro para conocer la intensidad que debe darse a la mezcla durante el proceso
de floculación a fin de optimizar la remoción de partículas.
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
10 20 30 40 50 60
Efic
ien
cia
de
Rem
oci
on
(%)
Dosis de Sulfato de Aluminio(ppm)
PRUEBA DE JARRAS -EFICIENCIA VS DÓSIS
ÓPTIMA(4,8 UNT)
79
En las siguientes graficas obtenidas de los ensayos realizados en el test de jarras para
determinar los gradientes y tiempos óptimos de floculación, el procedimiento y los
resultados se muestran en el Anexo 04.
Gráfico 5 Resultados Turbidez Vs Tiempo, (3,2 UTN)
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Gráfico 6 Resultados Turbidez Vs Tiempo (4,8 UNT)
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0 1 0 2 0 3 0 4 0
TUR
BID
EZ
(NTU
)
TIEMPO
PRUEBA N°1 -TURBIDEZ VS TIEMPO
G15 (s-1)
G25 (s-1)
G30 (s-1)
G35 (s-1)
G 40 (s-1)
G50 (s-1)
(minutos)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0 1 0 2 0 3 0 4 0
TUR
BID
EZ
(NTU
)
TIEMPO
PRUEBA N°2 -TURBIDEZ VS TIEMPO
G15 (s-1)
G25 (s-1)
G30 (s-1)
G35 (s-1)
G 40 (s-1)
G50 (s-1)
(minutos)
80
De las pruebas realizadas los mejores resultados de turbidez residual como se puede
observar en las anteriores gráficas, dieron para un tiempo de floculación de entre 13 y
20 minutos (siendo 18 minutos el más notable) y un gradiente de velocidad entre 25 y
30 s-1 (siendo el 30 el más significativo).
3.5.EFICIENCIA DE OPERACIÓN DE LA PLANTA MEDIANTE PRUEBAS
3.5.1. Prueba de trazadores
Se ejecutó la prueba de trazadores el día sábado 08 de julio de 2017 y 09 de julio del
2017, día en el cual el caudal de ingreso fue de 84,16 l/s, se realizó el muestreo a la salida
de la unidad de mezcla rápida, tanque floculador y tanque sedimentador, a fin de
determinar cortocircuitos hidráulicos, zonas muertas, tipos de flujos y a la vez analizar
los resultados.
Previamente se calculó el volumen total de agua en el cual se iba a dispersar la sustancia
trazadora.
Tabla 23 Volumen de unidades
UNIDAD VOLÚMEN
m3
Mezcla Rápida 5,04
Tanques de Floculación 94,3
Tanques de Sedimentación 310,0
TOTAL 409,34
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Para funcionamiento normal de la planta en la que se trata un promedio de 84,16 l/s; es
decir que el volumen total en el que se realizaran las pruebas de trazadores corresponde
a 409.34 m3 a los cuales se quiere obtener un incremento de concentración de cloruros
aproximada de 13 mg/L ya que mediante pruebas previas al ensayo en un laboratorio se
apreció un incremento de concentración > 10 mg/l ya producen variación representativa
en el conductivímetro que se utilizara en el ensayo.
81
Ilustración 25 Conductivímetro digital
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Mediante la fórmula que se indica a continuación, se puede obtener la cantidad de cloruro
de sodio:
𝑃 =𝑉 𝑥 𝐾 𝑥 𝐶𝑜
1000 𝑥 𝐼
Donde:
P = cantidad de cloruro de sodio a aplicarse.
V = volumen total en el que se dispersa en trazador = 409,34 m3
K = constante de corrección a cloruros = 1,65
Co = incremento en la concentración = 13 mg/l
I = grado de pureza del trazador = 90%
P = 9,38 kg
82
Tabla 24 Volumen de unidades - trazador y agua
UNIDAD VOLÚMEN TRAZADOR AGUA
m3 kg Litros
Mezcla Rápida 5,04 0,20 1,0
Tanques de Floculación 94,3 2,1 9,0
Tanques de Sedimentación 310,0 7,10 29,0
TOTAL 409,34 9,40 39,0
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Se programó la dosificación de 10 fundas de un kilogramo de cloruro de sodio; es decir,
10 kg en totalidad del ensayo, siendo disueltos en aproximadamente 39,0 litros. Los
cuales fueron agitados en forma permanente durante 8 horas en un día, antes de la prueba,
así como varios minutos antes de la aplicación del trazador. Luego de esto se recolectó
muestras en la salida de cada unidad.
Puntos de Muestreo
Punto (A): Salida de la unidad de mezcla rápida.
Punto (B): Salida de la unidad de Floculación.
Punto (C): Salida de la unidad de sedimentación.
En la siguiente imagen se localizan los distintos puntos de muestreo:
83
Ilustración 26 Ubicación de puntos de muestreo de trazadores
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
84
3.5.1.1. Canal de mezcla rápida
Salida Canal de Mezcla Rápida (Punto de Muestreo “A”)
En el cuadro del Anexo 05 se presenta el formato utilizado para el muestreo mismo que
se procedió a muestrear a la salida de la unidad mediante un equipo digital
“conductivímetro” cada 2 segundos durante 28 segundos, se observa la necesidad de
tomar los datos iniciales para conocer caudal, volumen de la unidad, tiempo teórico de
retención y conductividad inicial, así como el personal que interviene, ya que puede
existir errores de apreciación en la forma de llevar los datos que causan mal
entendimiento al momento de procesar los datos.
Los resultados son procesados en el cuadro del Anexo 05, del cual se obtiene la curva
de variación de concentración y así proceder al análisis de la misma y determinar el
tiempo real de retención; el índice de Morril y los tipos de flujo por el método de Wolf
– Resnick descritos anteriormente.
ANÁLISIS DE LA CURVA DE VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DEL
TRAZADOR
Gráfico 7 Prueba trazadores - canal mezcla rápida
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
0 10 20 30
Co
nd
uct
ivid
ad (u
s/cm
)
Tiempo (segundos)
TRAZADORES - MEZCLA RÁPIDA PLANTA SANTA RITA- PÍLLARO
TRH: 12 segMC: 19 us/cm
85
Gráfico 8 Curva de variación de concentración - canal mezcla rápida
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Gráfico 9 Índice de Morril - canal mezcla rápida
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
0,01
0,10
1,00
4,00 20,00 100,00
Tiem
po
(m
inu
tos)
F(t)%
ÍNDICE DE MORRIL - MEZCLA RÁPIDA
T10 = 0,90min
T90 = 0,276min
86
Gráfico 10 Método Wolf y Resnick – canal mezcla rápida
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 25 Parámetros - canal mezcla rápida
PARÁMETROS
ti: 1,98seg 0,033min
t10: 3,00seg 0,05min
TR (tp): 12,00seg 0,20min
to: 60,00seg 1,00min
t90: 21,00seg 0,35min
tf: 28,00seg 0,466min
tm: 15,48seg 0,258min
Tc: 8,48seg 0,141min
Tb: 18,00seg 0,30min
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
87
Tabla 26 Análisis de resultados - canal mezcla rápida
ANÁLISIS DE RESULTADOS
ti/to = 0,033 < 0,3 existe cortocircuito
tm/to = 0,258 <1,0 existen zonas muertas
tp/to = 0,200 <0,5 predomina flujo mezclado
tc/to = 0,141 <0,7 Turbulencia
tb/to = 0,300 < 2,3 recirculación grande
e = 0,099 <1,0 hay flujo mezclado
Índice de Morril = 3,08 Existe flujo mezclado
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
MODELO SIMPLIFICADO DE LA TEORÍA WOLF - RESNICK
Partiendo de gráfico 11, se obtienen los siguientes parámetros:
Tabla 27 Parámetros – canal mezcla rápida
PARÁMETROS
θ = 0,10
t1/to = 0,10
t2/to = 0,38
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 28 Análisis de resultados – canal mezcla rápida
ANÁLISIS DE RESULTADOS
tg = 3,571
Flujo pistón = 45,09% 2,273 m3
Flujo mezclado = 54,91% 2,767 m3
Espacios muertos = 77,82% 3.922 m3
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
88
Tiempo de retención
El tiempo de retención se determina por el tiempo en el cual se registra la mayor
concentración de trazador, que se puede visualizar en la tabla 29, mismo que esta
expresado como tp = 12 segundos en los resultados descritos anteriormente y a su vez
con un tiempo teórico tr = 60 segundos, existiendo una desviación del 80% en defecto
del tiempo teórico.
Tipo de flujo
Analizando los resultados, aproximadamente el 45,09% corresponde a un flujo pistón y
el otro 54,91% corresponde a flujo mezclado; es decir, que el funcionamiento hidráulico
del canal de mezcla rápida es eficiente ya que el flujo que predomina es del mezclado
garantizando la formación del micro floc. En el gráfico 8, se puede observar que el flujo
dual es muy bajo ya que los puntos de inflexión I1 e I2 se encuentran muy cercanos.
Zonas muertas
Los resultados establecen un porcentaje muy alto de zonas muertas, cuyo valor
corresponde al 77,82% dicho valor se constata por la forma de la curva de concentración
que genera que la relación tm/to sea menor que la unidad. Por lo cual existe una cantidad
de flujo que se queda retenida en la unidad y sale paulatinamente hasta los 27,98
segundos de prueba, lo cual puede generar una reducción significativa en la
desestabilización de las partículas que dependen del tipo de mezcla y a su vez se da la
existencia de zonas muestras por la geometría de la unidad ya que al ser rectangular
existe espacios muertos en las esquinas.
Cortocircuitos hidráulicos
Los cortocircuitos no se determinan volumétricamente sino por la presencia del trazador
en un tiempo menor del tiempo real de retención que hace que el crecimiento de la curva
sea paulatino en el caso presente existen cortocircuitos ya que se presenta el trazador a
los 1,98 segundos de la aplicación y se distribuye durante 27,98 segundos hasta que
aparece la máxima concentración por ello la relación ti/to es mucho menor de 0,3.
89
Debido a la presencia de cortocircuitos el tiempo real de retención es mucho menor que
el tiempo teórico ya que estos arrastran en gran proporción el trazador.
Tiempo de retención teórico
El tiempo de mezcla tiene relación con el tipo de proceso de coagulación que se
desarrolla, debe ser menor que 1 segundo, según Código .Ecuatoriano Construcción.
El tiempo de retención de acuerdo al diseño se calcula mediante la siguiente expresión:
𝑡𝑟 =𝑉
𝑄
Donde:
V: Volumen útil de la unidad.
Q: Caudal de diseño.
tr: tiempo teórico de retención.
𝑡𝑟 =5,04 𝑚3
84,16𝑙/𝑠1000⁄
𝒕𝒓 = 𝟓𝟗, 𝟖𝟗 𝒔
𝒕𝒓 = 𝟏 𝒎𝒊𝒏
El valor obtenido en la unidad de mezcla rápida está mínimamente dentro del límite
establecido
Gradiente de Velocidad teórico
La gradiente de velocidad se calcula en base a la siguiente fórmula.
𝐺 = √𝛾 ∗ ℎ𝑓
𝜇 ∗ 𝑡𝑟
Donde:
γ = peso específico del agua a 13,62 °C
90
tr = tiempo de retención
hf = pérdida de carga en la unidad
𝜇 = viscosidad a T = 13,62 °C
Se siguieron los siguientes pasos para la obtención del gradiente:
d) Formula a aplicar 𝐺 = √𝛾
𝜇 ∗ √
ℎ𝑓
𝑡𝑟
e) La pérdida de carga hidráulica en la unidad de mezcla rápida = 0,55m ver Anexo 06
f) Con un termómetro de laboratorio, se determinó la temperatura del agua = 13,62°C
g) Se determinó la relación √(γ/μ ) para la temperatura 13,62°C, por interpolación con
la ayuda de la tabla = 2873,41
Tabla 29 Relación √ (γ/μ ) para diferentes temperaturas del agua
Temperatura
(°C) √
𝜸
𝝁
0 2336,94
4 2501,56
10 2736,53
15 2920,01
20 3114,64
25 3266,96
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
𝐺 = 2873,41/ (𝑚 ∗ 𝑠)12 ∗ √
0,55 𝑚
59,89 𝑠
𝐺 = 275,37 𝑠−1
91
Este valor es obtenido con el volumen de la mezcla rápida, ya que al aumentar el caudal
se incrementa el volumen por lo tanto disminuye la gradiente y viceversa sin embargo
dicho valor es menor a lo recomendado para gradientes de mezcla rápida, por motivos
de existir cortocircuitos, tipo de flujo, zonas muertas, el gradiente recomendado para este
tipo de unidad es de 1000 s-1 valor tomado de (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas
de tecnologia Apropiada, 2006).
Unidad Mezcla Valores de G (s-1)
Retromezclado 800 – 1000
Salto hidráulico = 1000
Difusores 800 – 1000
Mezcladores en línea 3000 - 5000
Gradiente de Velocidad real
Por nivelación se determinó la pérdida de carga en el resalto hidráulico = 0,55 m medida
tomada en campo.
𝐺 = 2873,41/ (𝑚 ∗ 𝑠)12 ∗ √
0,55 𝑚
12 𝑠
𝐺 = 615,16 𝑠−1
Este valor es obtenido con el volumen de la mezcla rápida, ya que al aumentar el caudal
se incrementa el volumen por lo tanto disminuye la gradiente y viceversa sin embargo
dicho valor es menor a lo recomendado para gradientes de mezcla rápida, por motivos
de existir cortocircuitos, tipo de flujo, zonas muertas, el gradiente recomendado para este
tipo de unidad es de 1000 s-1 valor tomado de (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas
de tecnologia Apropiada, 2006).
3.5.1.2.Unidad de floculación
Salida Floculador (Punto de Muestreo “B”)
92
En el cuadro del Anexo 05 se presenta el formato utilizado para el muestreo mismo que
se procedió a muestrear a la salida de la unidad mediante un equipo digital
“conductivímetro” cada 1 minuto durante 22 minutos, se observa la necesidad de tomar
los datos iniciales para conocer caudal, volumen de la unidad, tiempo teórico de
retención y conductividad inicial, así como el personal que interviene, ya que puede
existir errores de apreciación en la forma de llevar los datos que causan mal
entendimiento al momento de procesar los datos.
Los resultados son procesados en el cuadro del Anexo 05, del cual se obtiene la curva
de variación de concentración y así proceder al análisis de la misma y determinar el
tiempo real de retención; el índice de Morril y los tipos de flujo por el método de Wolf
– Resnick descritos anteriormente.
ANÁLISIS DE LA CURVA DE VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DEL
TRAZADOR
Gráfico 11 Trazadores - floculador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Co
nd
uct
ivid
ad (u
s/cm
)
Tiempo (minutos)
TRAZADORES - FLOCULADOR PLANTA SANTA RITA-
PÍLLARO
TRH: 10 minMc: 20 us/cm
93
Gráfico 12 Curva de variación de concentración - floculador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Gráfico 13 Índice de Morril - floculador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
1
10
100
1,90 95,00
Tie
mp
o (
min
uto
s)
F(t)%
ÍNDICE DE MORRIL - FLOCULADOR
T10 = 5,60min
T90 = 16,52min
94
Gráfico 14 Método Wolf y Resnick - floculador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 30 Parámetros - floculador
PARÁMETROS
ti: 60,00seg 1,00min
t10: 102,00seg 1,70min
TR (tp): 600,00seg 10,00min
to: 1120,20seg 18,67min
t90: 1179,00seg 19,65min
tf: 1320,00seg 22,00min
tm: 928,80seg 15,48min
Tc: 352,50,00seg 5,88min
Tb: 1077,00seg 17,95min
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
95
Tabla 31 Análisis de resultados - floculador
ANÁLISIS DE RESULTADOS
ti/to = 0,054 < 0,3 existe cortocircuito
tm/to = 0,829 <1,0 existen zonas muertas
tp/to = 0,535 >0,5 predomina flujo mezclado
tc/to = 0,315 <0,7 Turbulencia
tb/to = 0,961 < 2,3 recirculación grande
e = 0,161 <1,0 hay flujo mezclado
Índice de Morril = 2,952 Existe flujo mezclado
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
MODELO SIMPLIFICADO DE LA TEORÍA WOLF - RESNICK
Partiendo de gráfico 15, se obtienen los siguientes parámetros:
Tabla 32 Parámetros - floculador
PARÁMETROS
θ = 0,30
t1/to = 0,30
t2/to = 1.20
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 33 Análisis de resultados - floculador
ANÁLISIS DE RESULTADOS
tg = 1,111
Flujo pistón = 43,38% 40,91 m3
Flujo mezclado = 56,62% 53.39 m3
Espacios muertos = 30,85% 29.09 m3
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
96
Tiempo de retención
El tiempo de retención se determina por el tiempo en el cual se registra la mayor
concentración de trazador, para el análisis en el punto de muestreo B corresponde a tp
=10 minutos y a su vez con un tiempo teórico tr = 18,67 minutos resultados que se
pueden visualizar en la tabla 34, existiendo un desviación del 46,44% en defecto del
tiempo teórico. Como se puede visualizar el punto donde se realice el muestreo es de
suma importancia, razón por la cual la muestra se la tomo a la salida de la unidad misma
que brinda esa facilidad.
Tipo de flujo
Analizando los resultados, aproximadamente el 43,38% corresponde a un flujo pistón y
el otro 56,52% corresponde a flujo mezclado; es decir, que el funcionamiento hidráulico
del floculador es deficiente ya que es menor que el 60% de flujo pistón. En el gráfico 12,
se puede observar que el flujo dual es muy bajo ya que los puntos de inflexión I1 e I2 se
encuentran muy cercanos.
Zonas muertas
Los resultados establecen un porcentaje muy alto de zonas muertas, cuyo valor
corresponde al 30,85% dicho valor se constata por la forma de la curva de concentración
que genera que la relación tm/to sea menor que la unidad. Por lo cual existe una cantidad
de flujo que se queda retenida la unidad y sale paulatinamente hasta los 22 minutos de
prueba, lo cual puede generar una reducción significativa en la desestabilización de las
partículas que dependen del tipo de mezcla y a su vez se da la existencia de zonas
muestras por la geometría de la unidad ya que al ser rectangular existe espacios muertos
en las esquinas.
97
Cortocircuitos hidráulicos
Los cortocircuitos no se determinan volumétricamente sino por la presencia del trazador
en un tiempo menor del tiempo real de retención, existen cortocircuitos ya que se
presenta el trazador a los 1 minuto de la aplicación y se distribuye durante 22 minutos
hasta que aparece la máxima concentración por ello la relación ti/to es mucho menos a
0,3. Si consideramos que en la unidad anterior existieron cortocircuitos y el tiempo de
aparición el trazador en la unidad de floculación es de 0,967 minutos más tarde, por lo
que ratifica la existencia de cortocircuitos luego del canal de mezcla rápida.
Tiempo de retención teórico
El tiempo de mezcla tiene relación con el tipo de proceso de floculación que se
desarrolla, así al ser de tipo vertical es de 20 min = 1200 s recomendado por el Código
Ecuatoriano de Construcción, para floculadores de tipo vertical.
El tiempo de retención de acuerdo al diseño se calcula simplemente mediante la siguiente
expresión:
𝑡𝑟 =𝑉
𝑄
𝑡𝑟 =94,30 𝑚3
84.16 𝑙/𝑠1000⁄
𝒕𝒓 = 𝟏𝟏𝟐𝟎, 𝟒𝟖𝒔
𝒕𝒓 = 𝟏𝟖, 𝟔𝟕 𝒎𝒊𝒏
Los valores obtenidos en la unidad de floculación están dentro del límite permisible.
Gradiente de Velocidad teórico
La gradiente de velocidad se calcula en base a la siguiente fórmula.
𝐺 = √𝛾 ∗ ℎ𝑓
𝜇 ∗ 𝑡𝑟
98
Donde:
γ = peso específico del agua a 13.62 °C
tr = tiempo de retención
hf = pérdida de carga en la unidad
𝜇 = viscosidad a T = 13,62 °C
Se siguieron los siguientes pasos para la obtención del gradiente:
a) Fórmula a aplicar 𝐺 = √𝛾
𝜇 ∗ √
ℎ𝑓
𝑡𝑟
b) La pérdida de carga hidráulica en la unidad de floculación = 0,23m ver Anexo 06
c) Con un termómetro de laboratorio, se determinó la temperatura del agua = 13,62°C
d) Se determinó la relación √(γ/μ ) para la temperatura 13,62°C, por interpolación con
la ayuda de la tabla 33 = 2873,41
𝐺 = 2873,41/ (𝑚 ∗ 𝑠)12 ∗ √
0,23 𝑚
1120,48 𝑠
𝐺 = 41,17 𝑠−1
Este valor es obtenido con el volumen del floculador, el cual está dentro del rango
permitido recomendado por Trippe y Ham para gradientes de floculadores, que señala
un valor entre 100 y 20 s-1 y del (CPE INEN CO 10.7-602, 2013) que recomienda no
tener gradientes de velocidad menores que 20 s-1 .
Tasa de operación
La tasa de operación se determina con la siguiente expresión:
𝑡𝑎𝑠𝑎 =𝑄
𝐴
99
Donde:
Q = caudal tratado = 84,16l/s = 7271,42 m3/día
A = área horizontal del floculador = 9,35 * 1,20 * 2 = 22,44 m2
tasa = 324.04m3/m2. día
Gradiente de Velocidad real
Por nivelación se determinó la pérdida de carga en el floculador = 0,22 m medida tomada
en campo.
𝐺 = 2873,41/ (𝑚 ∗ 𝑠)12 ∗ √
0,22 𝑚
600,00 𝑠
𝐺 = 55,02 𝑠−1
Este valor es obtenido con el volumen del floculador, sin embargo dicho valor está dentro
del rango permitido recomendado por Trippe y Ham para gradientes de floculadores, la
cual está estimada entre 100 y 10 s-1.
Determinación de la carga superficial real
La carga superficial está dada por la siguiente relación sus unidades son (m3/m2*d):
TEÓRICO
𝑞 =𝐻 ∗ 100
𝑇𝑜 ∗ 60∗ 864
Donde:
H = profundidad (m) = 4,20 m
To = tiempo de retención teórico = 1120,48 segundos
Por medio de las pruebas de trazadores se determina la carga superficial Teórica con el
tiempo de retención teórico.
100
𝑞 =4,2 ∗ 100
1120,48 ∗ 60∗ 864
q = 5.02 m3/m2*d
REAL
𝑞 =𝐻 ∗ 100
𝑇𝑟 ∗ 60∗ 864
Donde:
H = profundidad (m) = 4,20 m
Tr = tiempo de retención real = 600 segundos
Por medio de las pruebas de trazadores se determina carga superficial real con el tiempo
de retención real.
.
𝑞 =4,2 ∗ 100
600,00 ∗ 60∗ 864
q = 10,08 m3/m2*d
3.5.1.3.Unidad de sedimentación
Salida Sedimentador (Punto de Muestreo “C”)
En el cuadro del Anexo 05 se presenta el formato utilizado para el muestreo mismo que
se procedió a muestrear a la salida de la unidad mediante un equipo digital
“conductivímetro” cada 1 minuto durante 60 minutos, se observa la necesidad de tomar
los datos iniciales para conocer caudal, volumen de la unidad, tiempo teórico de
retención y conductividad inicial, así como el personal que interviene, ya que puede
existir errores de apreciación en la forma de llevar los datos que causan mal
entendimiento al momento de procesar los datos.
Los resultados son procesados en el cuadro del Anexo 05 , del cual se obtiene la curva
de variación de concentración y así proceder al análisis de la misma y determinar el
101
tiempo real de retención; el índice de Morril y los tipos de flujo por el método de Wolf
– Resnick descritos anteriormente.
ANÁLISIS DE LA CURVA DE VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DEL
TRAZADOR
Gráfico 15 Trazadores - sedimentador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
13
14
15
16
17
18
19
20
21
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Co
nd
uct
ivid
ad (u
s/cm
)
Tiempo (minutos)
TRAZADORES - SEDIMENTADOR PLANTA SANTA RITA -
PÍLLARO
TRH: 4min MC: 20 us/cm
102
Gráfico 16 Curva de variación de concentración - sedimentador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Gráfico 17 Índice de Morril - sedimentador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
1
10
100
1,90 95,00
Tiem
po
(m
inu
tos)
F(t)%
ÍNDICE DE MORRIL - SEDIMENTADOR
T10 = 4,24min
T90 = 44,43min
103
Gráfico 18 Método Wolf y Resnick - sedimentador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 34 Parámetros - sedimentador
PARÁMETROS
ti: 60,00seg 1,00min
t10: 84,00seg 1,40min
TR (tp): 240,00seg 4,00min
to: 3683,40seg 61,39min
t90: 3306,00seg 55,10min
tf: 3600,00seg 60,00min
tm: 870,00seg 14,50min
Tc: 670,20seg 11,17min
Tb: 322,00seg 53,70min
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
104
Tabla 35 Análisis de resultados - sedimentador
ANÁLISIS DE RESULTADOS
ti/to = 0,016 < 0,3 existe cortocircuito
tm/to = 0,236 <1,0 existen zonas muertas
tp/to = 0,065 <0,5 flujo mezclado
tc/to = 0,182 <0,7 turbulencia
tb/to = 0,875 < 2,3 recirculación grande
e = 0,863 <1,0 hay flujo mezclado
Índice de Morril = 10,479 Existe flujo mezclado
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
MODELO SIMPLIFICADO DE LA TEORÍA WOLF - RESNICK
Partiendo de gráfico 19, se obtienen los siguientes parámetros:
Tabla 36 Parámetros - sedimentador
PARÁMETROS
θ = 0,30
t1/to = 0,30
t2/to = 0,75
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 37 Análisis de resultados - sedimentador
ANÁLISIS DE RESULTADOS
tg = 2,22
Flujo pistón = 60,51% 187,58 m3
Flujo mezclado = 39,49% 122,42 m3
Espacios muertos = 50,43% 156,33 m3
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
105
Tiempo de retención
El tiempo de retención se determina por el tiempo en el cual se registra la mayor
concentración de trazador, para el análisis en el punto de muestreo C corresponde a tp
= 4 minutos y a su vez con un tiempo teórico tr = 61,39 minutos segundos resultados
que se pueden visualizar en la tabla 38, existiendo un desviación del 93,48% en defecto
del tiempo teórico.
Tipo de flujo
Analizando los resultados, aproximadamente el 60,51% corresponde a un flujo pistón y
el otro 39,49% corresponde a flujo mezclado; es decir, que el funcionamiento hidráulico
del sedimentador es eficiente ya que es mayor que el 60% de flujo pistón. En el gráfico
16, se puede observar que el flujo dual es muy bajo ya que los puntos de inflexión I1 e I2
se encuentran muy cercanos. En este caso se mejora el flujo pistón ya que la circulación
del agua es más paulatina y no tiene paneles.
Zonas muertas
Los resultados establecen un porcentaje muy alto de zonas muertas cuyo valor
corresponde al 50,43% dicho valor se constata por la forma de la curva de concentración
que genera que la relación tm/to sea menor que la unidad. Por lo cual no queda retenido
el trazador en la unidad de floculación y a su vez se debe a la geometría de la unidad que
es rectangular y por ende el trazador se retiene en sus esquinas existiendo por esta razón
también las zonas muertas de gran porcentaje.
Cortocircuitos hidráulicos
Los cortocircuitos no se determinan volumétricamente sino por la presencia del trazador
en un tiempo menor del tiempo real de retención, existen cortocircuitos ya que se
presenta el trazador a al 1 minuto de la aplicación y se distribuye durante 60 minutos
hasta que aparece la máxima concentración por ello la relación ti/to es mucho menos a
106
0,3. Si consideramos que en la unidad anterior existieron cortocircuitos y el tiempo de
aparición el trazador en la unidad de sedimentación es igual de floculación por lo que
ratifica la existencia de cortocircuitos luego del floculador.
Tiempo de retención teórico
El tiempo de mezcla tiene relación con el tipo de proceso de sedimentación que se
desarrolla, así al ser de tipo ascendente es de 2 a 4 horas recomendado por la Código.
Ecuatoriano. Construcción para sedimentadores tipo ascendentes.
El tiempo de retención de acuerdo al diseño se calcula simplemente mediante la siguiente
expresión:
𝑡𝑟 =𝑉
𝑄
𝑡𝑟 =310,00 𝑚3
84.16 𝑙/𝑠1000⁄
𝒕𝒓 = 𝟑𝟔𝟖𝟑, 𝟒𝟔 𝒔
𝒕𝒓 = 𝟔𝟏, 𝟑𝟗 𝒎𝒊𝒏
Los valores obtenidos en la unidad de sedimentación de flujo ascendente están por
debajo del tiempo recomendado, esto pudiera deberse a la existencia de corto circuitos
hidráulicos, zonas muertas o tipos de flujo que posterior serán evaluados.
Gradiente de Velocidad teórico
La gradiente de velocidad se calcula en base a la siguiente fórmula.
𝐺 = √𝛾 ∗ ℎ𝑓
𝜇 ∗ 𝑡𝑟
107
Donde:
γ = peso específico del agua a 13,62 °C
tr = tiempo de retención
hf = pérdida de carga en la unidad
𝜇 = viscosidad a T = 13,62 °C
Se siguieron los siguientes pasos para la obtención del gradiente:
a) Formula a aplicar 𝐺 = √𝛾
𝜇 ∗ √
ℎ𝑓
𝑡𝑟
b) La pérdida de carga hidráulica en la unidad de sedimentación = 0,11m ver Anexo 06
c) Con un termómetro de laboratorio, se determinó la temperatura del agua = 13,62°C
d) Se determinó la relación √(γ/μ ) para la temperatura 13,62°C, por interpolación con
la ayuda de la tabla 33 = 2873,41
𝐺 = 2873,41/ (𝑚 ∗ 𝑠)12 ∗ √
0,11𝑚
3683,46 𝑠
𝐺 = 15,70 𝑠−1
Tasa de operación
La tasa de operación se determina con la siguiente expresión:
𝑡𝑎𝑠𝑎 =𝑄
𝐴
Donde:
Q = caudal tratado = 84,16 l/s = 7271,42 m3/día
A = área horizontal del sedimentador = 9,5 * 6,80 * 2 = 129,20 m2
108
tasa = 56,28m3/m2*día
En la siguiente tabla se muestran los tipos de sedimentadores con sus respectivas tasas
de flujo:
Tabla 38 Tipos de sedimentadores según el sentido de flujo
Sentido de Flujo Ejemplo Rata de flujo
Horizontal Desarenadores 200 – 420
15 – 30
Vertical Manto de lodos 45 - 60
Inclinado Decantadores de
módulos
120 -180
Elaborado:(Arboleda Valencia, 2000)
Como podemos comparar con los valores de la tabla, sedimentador de flujo vertical la
tasa se encuentra dentro del rango recomendado.
Gradiente de Velocidad real
Por nivelación se determinó la pérdida de carga en el sedimentador = 0,02 m medida
tomada en campo.
𝐺 = 2873,41/ (𝑚 ∗ 𝑠)12 ∗ √
0,02 𝑚
240,00 𝑠
𝐺 = 26,23 𝑠−1
Este valor es obtenido con el volumen del sedimentador, ya que al no existir mayor
variación en el nivel del agua, por lo tanto el gradiente no es variable, sin embargo dicho
valor está por debajo del rango recomendado por Trippe y Ham para gradientes de
sedimentadores, la cual está estimada entre 100 y 10 s-1, esto se debe a la existencia de
cortocircuitos, zonas muertas, tipos de flujos.
109
Determinación de la carga superficial real
La carga superficial está dada por la siguiente relación sus unidades son (m3/m2*d):
TEÓRICO
𝑞 =𝐻 ∗ 100
𝑇𝑜 ∗ 60∗ 864
Donde:
H = profundidad (m) = 4,80 m
To = tiempo de retención teórico = 3683,46 segundos
Por medio de las pruebas de trazadores se determina el tiempo de retención real.
𝑞 =4,8 ∗ 100
3683,46 ∗ 60∗ 864
q = 1,88 m3/m2*d
REAL
𝑞 =𝐻 ∗ 100
𝑇𝑟 ∗ 60∗ 864
Donde:
H = profundidad (m) = 4,80 m
Tr = tiempo de retención real = 240 segundos
Por medio de las pruebas de trazadores se determina el tiempo de retención real.
𝑞 =4,8 ∗ 100
240,00 ∗ 60∗ 864
q = 28,80 m3/m2*d
110
3.6. FILTRACIÓN
3.6.1. Evaluación del proceso de filtración
Los parámetros para la siguiente evaluación del proceso de filtración son: Velocidad.
3.6.1.1.Velocidad y caudal de filtración
Para la realización de la siguiente evaluación se procedió de la siguiente forma:
Se cierra la válvula de ingreso del agua sedimentada.
Se abre la válvula del drenaje del filtro.
Se abre la válvula para que el agua descienda.
Se desciende el nivel por debajo del vertedero.
Fijamos lo más verticalmente una regleta graduada cada 10 cm.
Cronometramos el tiempo en segundos que demora en descender el nivel del
agua entre marca y marca.
Ilustración 27 Velocidad y caudal de filtración
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Con los datos obtenidos procedemos a calcular la velocidad con las siguientes
expresiones:
111
𝑉𝑓(𝑐𝑚
𝑠) =
∆ℎ
∆𝑡
Vf (m3/m2/.d) =∆ℎ
∆𝑡∗ 864
𝑄𝑓 (𝑙
𝑠) = 10 ∗ 𝑉𝑓 ∗ 𝐴
Donde:
∆ℎ : Espacio entre marca y marca de la regleta graduada (10cm).
∆𝑡 ∶ Tiempo que tarda el nivel de agua en descender entre marca y marca.
𝑉𝑓 : Velocidad de filtración (cm/s).
A: Área del lecho filtrante.
En los siguientes cuadros se muestran los resultados obtenidos por filtro.
Tabla 39 Tasa de filtración
FIL
TR
O N
° 1
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
FIL
TR
O N
° 2
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
(cm) (s) cm/s (cm) (s) cm/s
10 30,10 0,3322 10 30,34 0,3296
20 55,57 0,3599 20 56,01 0,3571
30 81,08 0,3700 30 81,73 0,3671
40 106,32 0,3762 40 107,17 0,3732
50 137,21 0,3644 50 138,31 0,3615
60 166,50 0,3604 60 167,83 0,3575
Velocidad de filtración
Promedio 0,3605
Velocidad de filtración
Promedio 0,3577
Área del lecho filtrante (m2) 3,96 Área del lecho filtrante (m2) 3,96
Tasa de filtración
(m3/m2*día) 311,49
Tasa de filtración
(m3/m2*día) 309,02
Caudal ensayo (l/s) 14,28 Caudal ensayo (l/s) 14,16
Caudal actual(l/s) 16,80 Caudal actual(l/s) 16,80
Fecha de ejecución 24/6/2017 Fecha de ejecución 24/6/2017
FIL
TR
O
N°
3 ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
FIL
TR
O
N°
4 ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
(cm) (s) cm/s (cm) (s) cm/s
10 30,40 0,3289 10 30,07 0,3326
112
20 56,12 0,3563 20 55,51 0,3603
30 81,89 0,3663 30 80,99 0,3704
40 107,38 0,3725 40 106,21 0,3766
50 138,58 0,3608 50 137,07 0,3648
60 168,16 0,3568 60 166,33 0,3607
Velocidad de filtración
Promedio 0,3570
Velocidad de filtración
Promedio 0,3609
Área del lecho filtrante (m2) 3,96 Área del lecho filtrante (m2) 3,96
Tasa de filtración
(m3/m2*día) 308,41
Tasa de filtración
(m3/m2*día) 311,80
Caudal (l/s) 14,14 Caudal (l/s) 14,29
Caudal actual(l/s) 16,80 Caudal actual(l/s) 16,80
Fecha de ejecución 24/6/2017 Fecha de ejecución 25/6/2017
FIL
TR
O N
° 5
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
(cm) (s) cm/s
10 30,28 0,3302
20 55,90 0,3578
30 81,56 0,3678
40 106,95 0,3740
50 138,03 0,3622
60 167,50 0,3582
Velocidad de filtración Promedio 0,3584
Área del lecho filtrante (m2) 3,96
Tasa de filtración (m3/m2*día) 309,63
Caudal ensayo (l/s) 14,19
Caudal actual(l/s) 16,80
Fecha de ejecución 25/6/2017
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Como podemos observar la tasa de filtración de todos los filtros se encuentra dentro del
rango de 180 – 360 (m3/m2*día) por lo cual se puede decir que los filtros están
trabajando en buenas condiciones.
113
3.6.2. Evaluación del lecho filtrante
3.6.2.1. Granulometría del Medio Filtrante
La presente prueba nos ayudará a determinar el tamaño de los granos que componen una
muestra del lecho filtrante.
Procedimiento
Lavar el filtro normalmente y vaciarlo para poder ingresar.
Obtener muestras inalteradas de antracita y arena, como recomendación se
obtienen las muestras a una profundidad aproximadamente en la mitad de cada
capa.
Secar y pesar la muestra de material filtrante, alrededor de 200 a 500 gramos de
muestra.
Colocar la muestra en el juego de mallas de Tyler, en la parte superior en el tamiz
de mayor abertura y agitar mecánica o manualmente hasta que los granos pasen a
través de las mallas.
Se procede a pesar las porciones de muestra retenidas en cada malla y calcular
como porcentajes de la muestra total.
Grafica los porcentajes obtenidos en un papel logarítmico.
Ilustración 28 Granulometría del medio filtrante
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
114
De la curva dibujada se localizan los tamaños de los granos que corresponden al 10 %,
60% y 90 % del peso acumulado de donde se obtienen las siguientes características: un
tamaño efectivo (Te) y el coeficiente de uniformidad (C.U.).
Te = D10
C.U. = D60 /D10
En el siguiente cuadro se presenta el resumen de los resultados obtenidos en el ensayo,
con los cuales se comparará y se procederá a dar un diagnóstico de las características del
lecho filtrante, los resultados del ensayo de granulometría y gráficas ver en Anexo 07.
Tabla 40 Resultados del Ensayo de Granulometría
MATERIAL CARACTERISTICAS NÚMERO DE FILTRO
1 2 3 4 5
ANTRACITA
D90 2,12 2,07 2,18 2,14 2,16
D60 1,66 1,63 1,62 1,67 1,68
D10 1,21 1,07 1,05 1,09 1,13
Te 1,21 1,07 1,05 1,09 1,13
C.U. 1,37 1,53 1,55 1,53 1,49
ARENA
D90 2,28 2,34 2,02 1,87 2,16
D60 1,37 1,41 1,13 1,19 1,27
D10 0,66 0,63 0,59 0,53 0,59
Te 0,66 0,63 0,59 0,53 0,59
C.U. 2,07 2,26 1,90 2,25 2,17
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
En el siguiente cuadro se presentan valores requeridos para características normales de
los lechos dobles (antracita y arena).
115
Tabla 41 Características del lecho filtrante
Características Símbolo Arena Antracita
Espesor (cm) L 15 - 30 45 - 60
Tamaño Efectivo(mm) Te 0,50 - 0,60 0,80 - 1,10
Coeficiente de Uniformidad C.U. < 1,65 <1,5
Tamaño más grueso(mm) D90 1,41 2,0
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
Analizando los resultados obtenidos, se procede al respectivo diagnóstico de cada filtro.
Tabla 42 Análisis del Ensayo de Granulometría
FIL
TR
OS
01 La antracita es ligeramente gruesa y es uniforme, en cambio la arena es
ligeramente gruesa y no uniforme.
02 La antracita tiene buen tamaño y ligeramente no es uniforme, en cambio la
arena es ligeramente gruesa y no uniforme.
03 La antracita tiene buen tamaño y ligeramente no es uniforme, en cambio la
arena tiene ligeramente un buen tamaño pero no es uniforme.
04 La antracita tiene buen tamaño y es ligeramente uniforme, en cambio la
arena tiene un buen tamaño y no es uniforme
05 La antracita es ligeramente gruesa y uniforme, en cambio la arena tiene un
buen tamaño y no es uniforme.
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
3.6.2.2. Espesor del Lecho filtrante
La siguiente prueba se realizó para determinar el espesor del lecho filtrante (antracita y
arena).
Procedimiento
Se empleó una varilla de ¼” de diámetro graduada, la cual debe ser introducida
hasta que atraviese únicamente el lecho filtrante.
Este proceso se lo realiza luego de que el filtro sea lavado.
116
Se procede a secar toda el agua del filtro después se procede a tomar mediciones
en distintos puntos como se muestran en la ilustración N°29.
Ilustración 29 Espesor del lecho filtrante
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Los resultados obtenidos se los presenta en la siguiente tabla.
Tabla 43 Espesores del lecho filtrante
PUNTOS
FILTRO
1
FILTRO
2
FILTRO
3
FILTRO
4
FILTRO
5
(cm) (cm) (cm) (cm) (cm)
1 50 58 65 60 63
2 55 60 64 62 63
3 56 57 66 63 63
4 56 57 67 63 61
5 53 58 65 62 62
PROMEDIO c/filtro 54 58 65 62 62
PROMEDIO TOTAL 60,4
Espesor original del lecho filtrante : 35 cm (antracita) + 25,6 cm ( arena) = 60,4 cm
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
117
Tabla 44 Resumen de espesores de lecho filtrante
MATERIAL
FILTRO
1
FILTRO
2
FILTRO
3
FILTRO
4
FILTRO
5
(cm) (cm) (cm) (cm) (cm)
ANTRACITA 34 36 35 37 37
ARENA 20 22 30 25 25
LECHO TOTAL 54 58 65 62 62
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
El análisis de resultados podemos observar que el filtro N°1 tiene un espesor aproximado
de 55cm, el filtro N°3 un espesor aproximado de 65cm y los filtros N°2, N°4 y N°5 un
espesor aproximado de 62cm. Uno de los primiciales aspectos para que los es pesores
varíen es que no existe una buena distribución de reto lavado, por lo cual existen
reducciones de espesores en zonas que están frente al ingreso del agua y otras al lado
contrario por lo cual se procede acumular el material filtrante.
118
Ilustración 30 Esquema de ensayos de filtros
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
T.A
cero
FILTRO 1
3 43
22
Ø 1
50 m
m
Puntos de muestreo para espesor de lecho filtrante.
Ø 1
50 m
m
1
Puntos de muestreo para expansión de lecho filtrante.
Ø 1
50 m
m
FILTRO 3
3
35
1
2
1
3 55 2
T.A
cero
2
T.A
cero
4
1
5 23 2
FILTRO 5
1
T.A
cero
1
3
T.A
cero
3
2
4
FILTRO 4
4
5
33
Ø 1
50 m
m
Ø 1
50 m
m
2
4
FILTRO 2
2
119
3.6.2.3. Bolas de Barro
La formación de bolas de barro en los lechos filtrantes puede ser un indicio del deterior
de los mismo o pueden indicar un deficiente lavado decir que no remueve el material
retenido en los filtros.
Procedimiento
Después de un lavado normal del filtro, se drena hasta un nivel bajo,
aproximadamente 20cm por debajo de la antracita.
Se extrae una muestra representativa del medio filtrante en varios puntos, la
muestra se la toma en un envase de volumen conocido.
Se colocan todas las muestras en un solo recipiente y se procede a tamizar en un
tamiz N°10, el cual se encuentra sumergido en un balde de agua.
Se mueve suavemente el tamiz con el fin de desprender las bolas de barro del
material filtrante, quedando las bolas de barro retenidas en el tamiz.
En una probeta con volumen de agua conocida se introduce las bolas de barro, de
tal modo el incremente el volumen del agua en la probeta será el volumen de las
bolas de barro.
Ilustración 31 Bolas de barro
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
120
% bolas de barro = (Vb / Vo) * 100
Donde:
Vb: Volumen de las bolas de barro (ml)
Vo: Volumen total de la muestra analizada (ml)
Tabla 45 Resultado de ensayo de Bolas de barro
FILTRO Vol. Total
(Vo)
Vol. Probeta
(Vp)
Variación
Vol.
Vol. Bolas
Barro (Vb)
Porcentaje
Lodos
N° (ml) (ml) (ml) (ml) %
1 550 500 501 1 0,18
2 360 300 300 0 0,00
3 325 300 300 0 0,00
4 510 500 504 4 0,78
5 360 300 301 1 0,28
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 46 Condiciones del medio filtrante
% DE VOLUMEN DE
BOLAS DE BARRO
CONDICIONES DEL
MEDIO FILTRANTE
0 - 0,1 Excelente
0,1 – 0,2 Muy Bueno
0,2 – 0.5 Bueno
0.5 – 1.0 Regular
1.0 – 2.5 De Regular a mal
2.5 – 5.0 Mal
>5.0 Muy Malo
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual III: Evalaución de Plantas de Tecnología Apropiada,
2006)
121
De los resultados obtenido en el ensayo podemos observar que la mayoría de los filtros
el lecho filtrante se encuentra en excelente y muy buen estado debido que no se encontró
material (bolas de barro) en el material analizado, a excepción del filtro N°4 el cual se
encuentra en un rango regular, lo cual se puede deber a un ineficiente lavado de la unidad.
3.6.3. Evaluación del proceso de lavado de los filtros
El proceso de lavado es un factor muy influente en el funcionamiento de los filtros, por
lo que para aumentar la eficiencia del mismo será necesario un buen mantenimiento de
los medios filtrante.
Entre los parámetros a evaluar se encuentran: Velocidad y caudal de lavado, Expansión
del lecho filtrante, tiempo óptimo de lavado de los filtros.
3.6.3.1. Velocidad y Caudal de Lavado.
El presente ensayo tiene como objetivo determinar la velocidad y caudal de lavado con
que está operando el filtro.
Procedimiento
Primero se introduce una regleta graduada cada 10 cm en la caja del filtro.
Se cierra la válvula de agua filtrada y válvula de ingreso del afluente del filtro.
Se abre la válvula de drenaje y se deja descender hasta el nivel más bajo.
Se abre la válvula de ingreso de agua de lavado.
Se encera el cronometro con la primera marca de la regleta.
Se cronometra los tiempos en segundos necesarios para que ascienda el nivel del
agua entre la marca.
Con los datos obtenidos procedemos a calcular la velocidad con las siguientes
expresiones:
𝑉𝑓(𝑐𝑚
𝑠) =
∆ℎ
∆𝑡 ; Vf (m3/m2/.d) =
∆ℎ
∆𝑡∗ 864 ; 𝑄𝑓 (
𝑙
𝑠) = 10 ∗ 𝑉𝑓 ∗ 𝐴
En las siguientes tablas tenemos los resultados obtenidos.
122
Tabla 47 Velocidades de Lavado F
ILT
RO
N°
1
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
FIL
TR
O N
° 2
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
(cm) (s) cm/s (cm) (s) cm/s
10 5,24 1,9084 10 6,84 1,4620
20 14,15 1,4134 20 12,68 1,5773
30 20,27 1,4800 30 19,59 1,5314
40 27,37 1,4615 40 25,64 1,5601
50 32,95 1,5175 50 32,05 1,5601
60 38,92 1,5416 60 37,55 1,5979
Velocidad de lavado
Promedio(cm/s) 1,554
Velocidad de filtración
Promedio 1,548
Velocidad de lavado
Promedio(m/min) 0,932
Velocidad de filtración
Promedio(m/min) 0,929
Área del lecho filtrante (m2) 3,96 Área del lecho filtrante (m2) 3,96
Tasa de filtración (m3/m2*día) 1342,4 Tasa de filtración (m3/m2*día) 1337,6
Caudal de la prueba (l/s) 61,5 Caudal de la prueba (l/s) 61,3
Caudal actual(l/s) 16,8 Caudal actual(l/s) 16,8
Fecha de ejecución 24/6/2017 Fecha de ejecución 24/6/2017
FIL
TR
O N
° 3
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
FIL
TR
O N
° 4
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
(cm) (s) cm/s (cm) (s) cm/s
10 6,91 1,4472 10 7,01 1,4265
20 12,36 1,6181 20 13,1 1,5267
30 19,31 1,5536 30 20,07 1,4948
40 25,06 1,5962 40 26,32 1,5198
50 30,74 1,6265 50 29,11 1,7176
60 36,55 1,6416 60 38,61 1,5540
velocidad de filtración
Promedio 1,581
velocidad de filtración
Promedio 1,540
velocidad de filtración
Promedio(m/min) 0,948
velocidad de filtración
Promedio(m/min) 0,924
Área del lecho filtrante (m2) 3,96 Área del lecho filtrante (m2) 4,0
Tasa de filtración (m3/m2*día) 1365,6 Tasa de filtración (m3/m2*día) 1330,5
Caudal (l/s) 62,6 Caudal (l/s) 61,0
Caudal actual(l/s) 16,8 Caudal actual(l/s) 16,8
Fecha de ejecución 24/6/2017 Fecha de ejecución 25/6/2017
FIL
TR
O N
° 5
ALTURA TIEMPO VELOCIDAD
(cm) (s) cm/s
10 6,33 1,5798
20 13,2 1,5152
30 20,22 1,4837
40 27,38 1,4609
50 32,85 1,5221
60 38,79 1,5468
velocidad de filtración Promedio 1,5181
velocidad de filtración Promedio(m/min) 0,9108
Área del lecho filtrante (m2) 3,96
Tasa de filtración (m3/m2*día) 1311,6
Caudal ensayo (l/s) 60,1
Caudal actual(l/s) 16,8
Fecha de ejecución 25/6/2017
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
123
El rango de velocidades para lavado de filtros rápidos en lechos mixtos debe encontrarse
entre 0,6m/min y 1,0 m/min valor recomendado por la norma RAS2000, mientras autores
como Jorge Arboleda definen el mismo rango de velocidades de 0,6 m/min y 1,0 m/min.
Según los rangos descritos anteriormente las velocidades para lavado en los filtros están
dentro de dichos valores, por lo que se puede decir que cumplen con las velocidades para
las cuales fueron diseñados, por lo cual en el siguiente apartado se corrobora con el
ensayo de expansión de lecho filtrante.
3.6.3.2. Expansión del Lecho filtrante
La expansión del lecho filtrante depende del caudal de lavado y del peso de los granos
de arena, este último varía de acuerdo con el diámetro del material granular. Cuyo
objetivo es determinar el porcentaje de aumento de espesor del lecho filtrante durante la
operación de lavado. El ensayo dispone del siguiente material: varilla metálica con
cajitas soldadas a una distancia de 5cm entre los bordes de las cajitas, en el extremo de
la varilla debe haber una plancha para evitar que se introduzca en la superficie de la
arena, para el presente ensayo se reemplazaron los materiales por un palo de madera con
tubos de PVC asegurados cada 5cm entre bordes de cada tubo y al extremo inferior del
palo de madera una base de una plancha rectangular de madera triplex.
Ilustración 32 Expansión del lecho filtrante
Fuente: (CEPIS/OPS, Manual II: Diseño de plantas de tecnologia Apropiada, 2006)
124
Ilustración 33 Expansión lechos filtrantes
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Para que el medio filtrante se lave bien, debe producirse una expansión de 20 a 50% de
manera uniforme en toda el área del filtro.
Procedimiento
Se fija el aparato recolector de material expandido sobre la superficie del lecho
filtrante.
Se procede a lavar el filtro normalmente.
Se cuenta la expansión en centímetros según el número de tubitos que contengan
material filtrante.
Se expresa la expansión como porcentaje de espesor del lecho filtrante.
%E = Δh *100 / h
Donde:
Δh: Elevación del lecho filtrante durante el retro lavado (cm).
h: Espesor del lecho filtrante
Las ubicaciones de los puntos de muestreo se encuentran en el ilustración 30 y los
resultados se observan en el siguiente cuadro.
125
Tabla 48 Resultados ensayo expansión
EXPANSIÓN DEL MEDIO FILTRANTE
PUNTO
S
Esp.(cm
) = 54
Esp.(cm
) = 58
Esp.(cm
) = 65
Esp.(cm
) = 62
Esp.(cm
) = 62
N° 1 N°2 N°3 N°4 N°5
Expansión Expansión Expansión Expansión Expansión
(cm) % (cm) % (cm) % (cm) % (cm) %
1 15 27,78 20 34,48 25 38,46 20 32,26 15 24,19
2 10 18,52 15 25,86 10 15,38 10 16,13 10 16,13
3 10 18,52 10 17,24 20 30,77 10 16,13 5 8,06
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Como podemos ver, los resultados obtenidos de expansión del lecho filtrante en cada
filtro y en los diferentes puntos impuestos para el análisis podemos ver que se encuentran
dentro del rango permitido para este tipo de diseño de filtros, de esta manera podemos
confirmar que no se pierde material filtrante durante la operación de lavado.
3.6.3.3. Tiempo Óptimo de Lavado
El objetivo del ensayo es determinar el tiempo óptimo en que debe ejecutarse la
operación de lavado del filtro, para mantener una turbiedad menor a 10 UNT, para
obtener turbiedades menores es necesario prolongar el lavado durante un largo tiempo,
lo que lleva a la utilización de mayor cantidad de agua para lavado
En la época de lluviosa, cunado la turbiedad es alta conlleva un tiempo de lavado mayor
que en la época seca.
126
Procedimiento
Se enumeran 15 vasos de 150ml aproximadamente, el número de vasos dependerá
de la época del año.
Se inicia el lavado normal del filtro y tan pronto caiga la primera agua en las canaletas
de lavado, llenamos un vaso rápidamente.
Se continúa llenando los vasos cada minuto hasta completar los 15.
Determinamos las turbiedades de las muestras y dibujamos una curva de turbiedad
versus tiempo en papel logarítmico.
Se determina el punto de inflexión donde la curva tiende a ser asintótica con respecto
a la horizontal. Este punto corresponderá al tiempo óptimo de lavado. A partir de
este punto no se gana nada con prolongar el proceso de lavado. Es optimo que en
este punto se obtenga turbiedades menores a 5 UNT
Ilustración 34 Tiempo óptimo de lavado
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
En las siguientes tablas se muestran los resultados obtenidos.
127
Tabla 49 Resultados obtenidos de Tiempo óptimo de lavado
TIEMPO ÓPTIMO DE LAVADO
FILTROS FILTRO
N°1
FILTRO
N°2
FILTRO
N°3
FILTRO
N°4
FILTRO
N°5
FECHA : 08/07/2017 08/07/2017 08/07/2017 09/07/2017 09/07/2017
HORA : 10H30 11h15 12h00 9h30 10h00
TEMPERATURA(°C): 12,10 11,95 12,00 11,91 12,00
Tiempo (min) Turbiedad
(NTU)
Turbiedad
(NTU)
Turbiedad
(NTU)
Turbiedad
(NTU)
Turbiedad
(NTU)
1 26,50 24,10 31,50 22,20 21,60
2 11,10 12,20 14,10 10,50 13,10
3 6,20 7,10 9,00 7,30 6,50
4 4,60 4,80 9,30 5,10 7,80
5 3,00 3,50 5,20 4,30 4,10
6 3,40 4,50 5,50 2,90 3,10
7 2,60 1,70 3,90 3,10 2,90
8 1,70 2,30 3,10 2,30 2,70
9 1,40 1,80 1,70 1,60 1,80
10 1,50 2,00 1,50 1,30 2,10
11 1,30 1,60 1,30 1,50 1,60
12 1,40 1,60 1,60 1,40 1,50
13 1,50 1,90 1,60 1,40 1,70
14 1,50 1,80 1,30 1,20 1,40
15 1,40 1,60 1,20 1,30 1,20
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
En la siguiente parte se muestran las gráficas respectivas a cada filtro:
128
Gráfico 19 Turbiedad vs tiempo - filtro 1
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Gráfico 20 Turbiedad vs tiempo - filtro 2
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
1,00
10,00
100,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TUR
BIE
DA
D (U
NT)
TIEMPO (MIN)
FILTRO N° 1
1,00
10,00
100,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TUR
BIE
DA
D (U
NT)
TIEMPO (MIN)
FILTRO N° 2
129
Gráfico 21 Turbiedad vs tiempo - filtro 3
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Gráfico 22 Turbiedad vs tiempo - filtro 4
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
1,00
10,00
100,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TUR
BIE
DA
D (U
NT)
TIEMPO (MIN)
FILTRO N°3
1,00
10,00
100,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TUR
BIE
DA
D (U
NT)
TIEMPO (MIN)
FILTRO N°4
130
Gráfico 23 Turbiedad vs tiempo - filtro 5
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Gráfico 24 Resumen Tiempos Óptimos de lavado
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
1
10
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TUR
BIE
DA
D (U
NT)
TIEMPO (MIN)
FILTRO N°5
1,00
10,00
100,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Turb
ied
ad (N
TU)
Tiempo (min)
Tiempos Optimos de Lavado en los Filtros
Filtro N°1
Filtro N°2
Filtro N°3
Filtro N°4
Filtro N°5
131
El tiempo óptimo que debe durar el lavado se determina en función de la gráfica 25 y la
tabla 54.
En base a la gráfica se determinó un tiempo de 9 minutos, ya que las curvas empiezan a
comportarse asintóticamente respecto al eje en dicho tiempo. En lo que respecta a la
bibliografía indica que el tiempo óptimo de lavado seria aquel en el cual la turbidez
remanente sea menor de 5 UNT, por lo cual de los ensayos realizados el tiempo a
considerarse en forma general es de 6 minutos.
Se puede escoger cualquiera de los parámetros como tiempo óptimo de lavado,
recomendando utilizar el tiempo de 6 minutos ya que él se emplearía menor caudal para
el lavado garantizando así el no desperdicio de material filtrante.
3.7. DESINFECCIÓN
La desinfección es el proceso indispensable y obligatorio que toda PTAP debe ejecutar
para la potabilización de aguas destinadas para el consumo humano. El proceso destruye
patógenos y organismos causantes de enfermedades en los seres humanos. El
desinfectante usado en la planta es el cloro gas, mismo que viene en cilindros de 75 kg.
El tiempo de contacto es el tiempo necesario que el cloro necesita para que reaccione
con el agua.
El único ensayo realizado en la unidad de desinfección es el tiempo de residencia que
tiene el tanque de agua tratada, para ello se incrementó la dosis de cloro con la finalidad
de medir el incremento del cloro residual de 1,35 a 1,7mg/l, mediciones realizadas tanto
a la salida como en el tanque de almacenamiento, para la medición del cloro residual se
usó un equipo portátil.
A continuación, el cuadro muestra el esquema seguido para el ensayo.
132
Gráfico 25 Cloro residual vs tiempo
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
Tabla 50 Prueba de tiempo de contacto
TIEMPO DE CONTACTO DE CLORO
FECHA MEDIDOR:HUDER ARIAS
8/7/2017 ANOTADOR: BYRON QUISHPE
TIEMPO (min) SALIDA TANQUES DE ALMACENAMIENTO
0 1.35 1.15
4 1.35 1.15
8 1.52 1.15
12 1.52 1.15
16 1.65 1.15
20 1.65 1.15
24 1.68 1.15
28 1.68 1.33
32 1.68 1.33
36 1.68 1.33
40 1.68 1.42
44 1.68 1.42
48 1.68 1.5
52 1.68 1.5
56 1.68 1.5
60 1.68 1.5
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2017)
60; 1,68
60; 1,5
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 10 20 30 40 50 60 70
CL
OR
O R
ES
IDU
AL
(m
g/l
)
TIEMPO (minutos)
CLORO RESIDUAL vs TIEMPO
SALIDA
T. ALMA.
133
Analizando la gráfica el valor del cloro residual en el tiempo cero es de 1,35mg/l a la
salida de la PTAP y de 1,15 mg/l en los tanques de almacenamiento mismos que se
incrementan a1, 68 mg/l y 1,5mg/l respectivamente a los tiempos 28minutos y 56
minutos; por lo que es el tiempo en que tarde en aparecer el cambio de cloro residual
desde el instante de la dosificación hasta la salida de la PTAP y los tanques de
almacenamiento.
Se observa en la gráfica la variación de cloro residual a la salida que se produce en un
tiempo de 28 minutos de haber cambiado la dosificación, mientras que en los tanques de
almacenamiento esta variación se produce a los 56 minutos, por lo que el tiempo de
retención práctico es de 28 minutos, valor que se encuentra en el rango del tiempo
teórico de 21,11 minutos y al tiempo recomendado de 30 minutos, concluyendo que la
dosis de desinfección es la adecuada para garantizar un cloro residual de 0,3mg/l al punto
más alejado de la red.
El equipo comparador de cloro residual presenta valores de apreciación que dependen
del medidor, por lo que podemos considerar que el valor teórico es igual al práctico.
3.7.1.1.Tiempo de cloración
El proceso de desinfección del agua es progresivo, la finalización del proceso se lo
concluye cuando el 100% de los organismos que se trata de eliminar han muerto.
El tiempo de contacto se determina a partir del volumen del tanque y del caudal de agua
tratada con la siguiente expresión:
𝑡𝑟 =𝑉
𝑄
Donde:
V: volumen del tanque de contacto = 9,5 * 2,0 *5,0 = 95,0 m3
Q: Caudal tratado = 84,16 l/s
𝑡𝑟 =95,00 𝑚3
84,16 𝑙/𝑠1000⁄
𝒕𝒓 = 𝟏𝟏𝟐𝟖, 𝟖 𝒔
134
𝒕𝒓 = 𝟏𝟖, 𝟖𝟏 𝒎𝒊𝒏
El tiempo de cloración recomendado por (CPE INEN CO 10.7-602, 2013) es de 20 a 30
min, mismo que se encuentra mínimamente por debajo del rango permitido.
3.7.1.2.Dosificación cloro
Cantidad de Cloro
Para la desinfección del agua se utiliza principalmente cloro gas. Sin embargo, cuando
no hay la disponibilidad de cloro gas se emplea pastillas de cloro al 70%.
En este sentido a continuación se presenta el cálculo de las dosis requeridas de estos dos
productos químicos, tomando como referencia lo señalado en la siguiente tabla:
Tabla 51 Propiedades de los productos de cloro y sus características
Nombre y
Formula
Nombre
comercial
o común
Características % de Cloro
activo
Estabilidad
en el tiempo Seguridad
Envase
Usual
Cloro gas
Cl2
Cloro
Licuado
Cloro
Gaseoso
Gas licuado a
presión 99,5% Muy buena
Gas altamente
toxico
Cilindros
de 40 a 75
kg y 1
Tonelada
Hipoclorito
de calcio
Ca(ClO)2
4H2O
HTH,
Perclorón
Polvo, gránulos
y tabletas Solido
blanco
Polvo: 20-
35 %.
Granulado:
65 -70 %.
Tabletas:
65 – 70 %.
Buena.
Pérdida de 2
a 2.5 % por
año.
Corrosivo
Inflación posible
al entrar en
contacto con
ciertos
materiales
ácidos.
Latas de
1.5kg,
tambores
de 45 -
135kg,
Baldes de
plástico.
Elaborado: (Organización Panamericana de la Salud, 2006)
Datos:
Caudal (actual): 84,16 l/s
Concentración de cloro recomendada según la OPS/OMS está entre 1 y 5 mg/l,
esta dosis dependerá según la claridad o turbiedad del agua.
135
Dosis tomadas de la tabla 56.
Para el cálculo de la dosis se ha utilizado la siguiente formula:
Cloro = Q * C
Donde:
Q: caudal que ingresa a la planta
C: concentración de cloro
Cloro = 84, 16 l/s * 3 mg/l
Cloro = 252,48 mg
Cloro = 22,44 kg/día
Cloro Gas al 99,5 % (Cilindros de 75 Kg)
𝐶𝐿𝐺 = 𝐶𝑎𝑛𝑡. 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑜
0,995
𝐶𝐿𝐺 = 22,44𝑘𝑔/𝑑𝑖𝑎
0,995
𝑪𝑳𝑮 = 𝟐𝟐, 𝟓𝟓 𝑲𝒈/𝒅𝒊𝒂
Hipoclorito de Calcio al 70 % (como material granular o pastillas de 200gr) ,
𝐻𝐶 = 𝐶𝑎𝑛𝑡. 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑜
0,7
𝐻𝐶 = 22,44
0,7
𝑯𝑪 = 𝟑𝟐, 𝟎𝟕𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂
Dado que cada pastilla pesa 200gr se necesitaría 160 pastillas en un día.
136
La norma INEN 1108 expone valores permisibles de concentración de cloro residual el
cual varía según el pH del agua tratada para nuestro caso tenemos pH entre 6 y 7 pH por
lo cual los valores entre debe estar nuestra concentración de cloro residual debe ser de
0,3 a 1,5 ppm, los cuales se encuentran dentro del rango que indica la Norma INEN
1108.
Ilustración 35 Resultado cloro residual
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Cuando existe déficit de cloro-gas, los operadores suministran cloro en pastillas
(Hipoclorito de Calcio) con las siguientes características:
20 pastillas de 200gr con una concentración de cloro al 70 % durante 3 horas,
al ejecutar este proceso por experiencia existe una deficiencia operativa.
Las pastillas de cloro se colocan las veces que sean necesarias; es decir, si se termina
una barra inmediatamente se coloca otra y así sucesivamente hasta disponer de cloro-
gas. En otras palabras, no existe una dosis determinada por los técnicos del GAD al
momento de colocar el cloro en pastilla.
La dosis de cloro en pastillas es 32.07 kg/día para desinfectar 86.8 l/s de caudal,
manteniendo un cloro residual dentro de los límites permisibles ya mencionados
anteriormente.
137
Ilustración 36 Pastillas de cloro
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
3.8. ANÁLISIS Y DIAGNOSTICO DE LAS EVALUACIONES
REALIZADAS EN LAS UNIDADES DE LA PTAP.
Se realiza una comparación de los estudios y ensayos respectivos realizada en cada
unidad que contiene la PTAP, en base de obtener conclusiones de las evaluaciones y con
el fin de establecer la eficiencia de dichas unidades.
3.8.1. Comparación geométrica de unidades de la PTAP.
El presente análisis se realizó debido a que los planos de diseño y construcción de la
PTAP no fueron posibles obtenerlos. Por lo cual se realizó una comparación de medidas
entre las levantadas en sitio y las obtenidas con el diseño volumétrico y así verificar
como varía la cantidad de volumen de agua que pueden soportar las distintas unidades.
138
Tabla 52 Comparación y análisis del levantamiento geométrico y el diseño volumétrico
UNIDAD MEDIDAS
LEVANTADAS
MEDIDAS DE
DISEÑO
VOLUMÉTRICO
OBSERVACIONES
Cámara de
Llegada o
Tanque Rompe
Presiones
Largo = 2,50 m
Ancho = 1,50 m
Altura = 2,00 m
Vol. = 7.5 m3
Largo = 3,40 m
Ancho = 1,50 m
Altura = 2,00 m
Vol. = 10,10 m3
Variación en el
volumen de un 25%
encontrándose sub-
dimensionado
Tanques de
Floculación
Largo = 9.35 m c/cám.
Ancho = 1,20 m c/cám.
Altura = 4,20 m c/cám.
Vol. = 94,30 m3
Largo = 10.0 m c/cám.
Ancho = 1,25 m c/cám.
Altura = 4,0 m c/cám.
Vol. = 101,0 m3
Variación en el
volumen de un 6,6%
encontrándose sub-
dimensionado
Tanques de
Sedimentación
Largo = 9,50 m c/cám.
Ancho = 6,8 m c/cám.
Altura = 4,80 m c/cám.
Vol.= 310,0 m3
Largo = 10,0 m c/cám.
Ancho = 6,0 m c/cám.
Altura = 5,0 m c/cám.
Vol.= 302,40 m3
Variación en el
volumen de un 2,5%
encontrándose
sobredimensionado.
Tanques de
Filtración
Largo = 2,5 m c/ uno
Ancho = 2,0 m c/uno
Altura = 4,5 m
Vol. = 23,0 m3 c/uno
Largo = 3,6 m c/ uno
Ancho = 2,0 m c/uno
Altura = 4,5 m
Vol. = 32,7 m3 c/uno
Variación en el
volumen de un 29,7%
encontrándose sub-
dimensionado.
Tanque de
Desinfección o
Contacto
Largo = 9,5 metros
Ancho = 2,0 metros
Altura = 5,0 metros
Volumen = 95,0 m3
Largo = 11,20 m
Ancho = 2,0 m
Altura = 4,50 m
Vol. = 101,0 m3
Variación en el
volumen de un 5,9%
encontrándose sub-
dimensionada.
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Las variaciones volumétricas de cada una de las unidades, encontrándose sub-
dimensionadas en la mayoría de unidades y sobredimensionada la unidad de
sedimentación, obtenidas en el diseño por lo que se puede concluir que existirán
variaciones en el funcionamiento de las unidades.
139
3.8.2. Comparación hidráulica – sanitaria de las unidades de la PTAP.
MEZCLA RÁPIDA
Tabla 53 Comparación y análisis prueba de trazadores resumen – canal mezcla rápida
UNIDAD TIEMPO DE
RETENCIÓN
TIPO DE
FLUJO
ZONAS
MUERTAS CORTOCI. OBSERV.
Canal de
Mezcla
Rápida
tr = 12 seg
to = 60 seg
Fp = 45,09%
Fm= 54,91%
Fp < 60,00%
Zm = 77,82%
ti = 1,98 seg
tf = 27,98 seg
Existen
cortocircuitos
Existen zonas
muertas
Predomina flujo
mezclado
Funcionamiento
eficiente
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Analizando la tabla 59 se puede afirmar que existe una desviación del 80% entre el
tiempo de retención real y teórico; en relación al tipo de flujo predomina el flujo
mezclado con un porcentaje de 54,91%, también se establece un flujo dual muy corto ya
que los puntos de inflexión se encuentran muy cerca uno del otro; existe un porcentaje
elevado de zonas muertas cuyo valor es 77,82%; en la unidad se presentan cortocircuitos
hidráulicos ya que la relación ti/to < 0,3; la unidad es eficiente por lo mencionado ya que
los resultados obtenidos se dan por la geometría rectangular de la unidad y también por
lo que está sobre dimensionada eso repercute para que el tiempo de retención sea mayor
a lo recomendado.
UNIDAD DE FLOCULACIÓN
En esta parte se realizó una comparación entre los tiempos y gradientes teóricas con las
reales obtenidas en pruebas de trazadores y ensayos de parámetros óptimos de
floculación analizando las gradientes hidráulicas.
140
Tabla 54 Comparación y análisis prueba de trazadores resumen – unidad floculación
UNIDAD TIEMPO DE
RETENCIÓN
TIPO DE
FLUJO
ZONAS
MUERTAS CORTOCI. OBSERV.
Tanques de
Floculación
tr = 10 min
to = 18,67 min
Fp = 43,38%
Fm= 56,52%
Fp < 60,00%
Zm = 30,85%
ti = 1,00 min
tf = 22,00 min
Existen
cortocircuitos
Existen zonas
muertas
Predomina flujo
mezclado
Funcionamiento
deficiente
Elaborado: (Autores de la Tesina, 2016)
Tabla 55 Comparación y análisis prueba de gradientes y carga superficial – unidad
floculación
UNIDAD GRADIENTES CARGA
SUPERFICIAL OBSERV.
Tanques de
Floculación
Go = 41,17 s-1
Gr = 55,02 s-1
qo = 5,02 m3/m2/d
qr = 10,08 m3/m2/d
En las gradientes existe una
variación de 25,17% en aumento.
En la carga superficial la real es
mayor que la teórica dicha
variación es 50,20% en aumento, lo cual incide en que la eficiencia
de la unidad sea baja.
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Analizando la tablas 60 y 61 se puede afirmar que existe una desviación del 46,44%
entre el tiempo de retención real y teórico; en relación al tipo de flujo predomina el flujo
mezclado con un porcentaje de 56,52%, también se establece un flujo dual muy corto ya
que los puntos de inflexión se encuentran muy cerca uno del otro; existe un porcentaje
considerable de zonas muertas cuyo valor es 30,85%; en la unidad se presentan
cortocircuitos hidráulicos ya que la relación ti/to < 0,3; la unidad es deficiente por lo
mencionado ya que los resultados obtenidos se dan por la geometría rectangular de la
unidad y también por lo q esta sub dimensionada para el caudal a tratar, pandeo de las
placas. Las gradientes tienen una variación de 25,17% en aumento entre la real y la
teórica, así como la carga superficial la real es mayor que la teórica dicha variación es
50,20% en aumento, lo cual incide en que la eficiencia de la unidad sea baja.
De las pruebas de tratabilidad tenemos unas gradientes óptimas entre 25 y 30 s-1
141
Las cuales están por debajo de las reales y teóricas determinadas con fórmulas, lo cual
indica que se encuentran dentro del rango establecido por la C.E.C. para floculadores de
flujo vertical.
UNIDAD DE SEDIMENTACIÓN
Tabla 56 Comparación y análisis prueba de trazadores resumen – unidad de
sedimentación
UNIDAD TIEMPO DE
RETENCIÓN
TIPO DE
FLUJO
ZONAS
MUERTAS CORTOCI. OBSERV.
Tanques de
Sedimentació
n
tr = 4 min
to = 61,39 min
Fp = 60,51%
Fm= 39,49%
Fp > 60,00%
Zm = 50,43%
ti = 1,00 min
tf = 60,00 min
Existen
cortocircuitos
Existen zonas
muertas
Predomina flujo
pistón
Funcionamiento
eficiente
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Tabla 57 Comparación y análisis prueba de gradientes y carga superficial – unidad
sedimentación
UNIDAD GRADIENTES CARGA
SUPERFICIAL OBSERV.
Tanques de
Sedimentación
Go = 15,70s-1
Gr = 26,23 s-1
qo = 1,88 m3/m2/d
qr = 28,80 m3/m2/d
En las gradientes existe una
variación de 40,14% en aumento.
En la carga superficial la real es
mayor que la teórica dicha
variación es 93,47% en aumento,
lo cual incide en que la eficiencia
de la unidad sea baja.
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Analizando la tablas 62 y 63 se puede afirmar que existe una desviación del 93,48%
entre el tiempo de retención real y teórico; en relación al tipo de flujo predomina el flujo
pistón con un porcentaje de 60,51%, también se establece un flujo dual muy corto ya que
los puntos de inflexión se encuentran muy cerca uno del otro; existe un porcentaje
142
considerable de zonas muertas cuyo valor es 50,85%; en la unidad se presentan
cortocircuitos hidráulicos ya que la relación ti/to < 0,3; la unidad es eficiente pese a que
las unidades anteriores son deficientes por lo mencionado ya que los resultados
obtenidos se dan por la geometría rectangular de la unidad. Las gradientes tienen una
variación de 40,14% en aumento entre la real y la teórica, así como también la carga
superficial la real es mayor que la teórica dicha variación es 93,47% en aumento, lo cual
incide en que la eficiencia de la unidad sea baja.
Al instante de comparar con las tasas de sedimentación que nos presenta en la
bibliografía de Arboleda vemos que se encuentra dentro del rango para sedimentadores
de flujo vertical que esta entre 40 y 60 m3 /m2*d.
UNIDAD DE FILTRACIÓN
Estructuralmente la unidad se encuentra en perfectas condiciones de uso, en los
anteriores capítulos se muestran los ensayos realizados para determinar la eficiencia del
filtro, eficiencia del lecho filtrante y del tiempo de lavado.
Para lo cual Se determinó que la tasa de filtración se encuentra dentro del rango
establecido por la CEPIS/OPS para filtros rápidos de tasa declinante que esta entre 180
– 360 (m3/m2/día), lo cual nos da un indicio de que las unidades se encuentran en un
buen estado operativo, la carrera de filtros en este caso no se pudo aplicar debido que no
se contaba con datos históricos de turbiedades de cada unidad y como versas en la
bibliografía se debe tener un grifo o llave para tomar las muestras de agua tratada en
cada filtro, lo cual en la PTAP de pillarlo no existe el paso de agua tratada es directo a
la cámara de desinfección por medio de tuberías de acero que con son controladas con
válvulas de compuerta.
En lo que respecta al lecho filtrante podemos observar que la granulometría realizada a
cada una de las capas filtrantes (antracita y arena) nos indican que en mayor parte de los
filtros en lo que se refiere a la antracita sobresale insignificantemente del rango
establecido que es de 0,8 – 1,1 mm, en lo que refiere coeficiente de uniformidad (C.U.)
el cual es de < 1,5 podemos observar que son ligeramente uniformes.
143
En la arena podemos observar que tenemos en la mayoría de filtros un buen tamaño los
cuales están dentro de los rangos establecidos, pero en lo que no cumplen es que la arena
en todos los filtros no es uniforme. Pero no sería un problema debido a que al tener un
buen tamaño efectivo llena los espacios dejados entre partículas.
La expansión del lecho filtrante se encuentra dentro de los rangos porcentuales
establecidos, este quiere decir que la presión con la que se realizan los retro lavados son
las adecuadas y no permiten que se pierda mayoritariamente el lecho filtrante.
El tiempo óptimo de lavado se encuentra entre los 8 minutos, pero como dice la
bibliografía que se puede considerar un lavado optimo al partir de obtener turbiedades
remantes menores a 5NTU por lo cual se recomienda tiempo optimo a los 6 minutos.
Por lo cual uno de los puntos altos de la planta son los filtros, los cuales se encuentran
en un estado funcional.
3.9. POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE LA PTAP
Una vez efectuada la inspección inicial de la planta de tratamiento, determinado el tipo
de tratamiento que se usa y después de haber llenado la ficha (check list) del Anexo 1,
que se realizó mediante el recorrido por la planta, tomando las dimensiones de cada
unidad y la información se procederá a efectuar los cálculos para determinar la potencia
de producción, por lo que conocemos que el caudal actual de operación es de 84,16 l/s.
a) Canal de Mezcla rápida
Volumen total = 5,04 m3
Tiempo de retención total = 28 seg (Obtenido de la prueba de trazadores)
Entonces:
Caudal (Q) = (5,04 m3 *1000l/m3) / (28seg)
(Q) = 178, 72 l/s
144
b) Floculadores
Volumen total = 94,30 m3
Tiempo de retención total = 22 min (Obtenido de la prueba de trazadores)
Entonces:
Caudal (Q) = (94, 30 m3 *1000l/m3) / (22 min *60 s/min)
(Q) = 71, 44 l/s
c) Sedimentadores
Área total de las unidades = 129,20 m2
Profundidad = 4,80 m
Tasas de decantación = 60,0 m3/m2 * d según (Jorge Arboleda, 2000)
Entonces:
Caudal (Q) = (60 m3 /m2. d *1000l/m3 * 129, 20 m2) / 86400 (s/d)
(Q) = 89, 72 l/s
d) Unidades de filtración
Área filtrante total (cada unidad) = 5,0 m2
Tasas de filtración = 180,0 m3/m2*d según (Jorge Arboleda, 2000)
Entonces:
Caudal (Q) = (180 m3 /m2. d *1000 l/m3 * 5, 0 m2) / 86400 (s/d)
(Qtotal) = 53, 19 l/s
145
e) Unidades de Desinfección
Temperatura = 13 °C
Cloro residual actual = 1,35 mg/l
Volumen de la cámara = 95,0 m2
Entonces:
Caudal (Q) = (1000 l/m3 * 95 m3) / (20 min *60(s/min)
(Qtotal) = 79,17 l/s
Gráfico 26 Potencial de producción de la PTAP
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Como se puede observar, el máximo caudal con el que puede operar la planta es de 75,0
l/s de acuerdo a los datos de diseño, por lo cual en el diagrama de barras se puede
observar que las unidades de floculación, sedimentación y desinfecciones se encuentran
sobre el pico máximo, en cambio las unidades de cámara de llegada, filtración bajo el
caudal pico.
El problema que se puede observar es el “pico de botella” que se genera en la unidad de
filtración como se observar en la gráfica N°26 la unidad está produciendo 53,19 l/s por
lo cual la unidad no satisface volumétricamente al caudal destinado a tratarse.
79,17
53,19
89,72
71,44
178,72
84,16
75,00
0 50 100 150 200
C. Desinfección
T.Filtración
T.Sedimentador
T.Floculador
Z. mezcla rápida
Caudal Actual(2017)
Caudal Diseño
CAUDAL (L/S)
UN
IDA
DE
S O
PE
RA
TIV
AS
POTENCIAL DE LA PRODUCCIÓN
146
CAPITULO IV
4. GESTION AMBIENTAL
4.1 PROCESO DE REGULARIZACIÓN AMBIENTAL
La regularización ambiental de un proyecto es un capítulo muy importante en la
actualidad, ya que versa sobre la normativa actual y acogiendo a lo que nos dicen los
Artículos 19 y 20 del Acuerdo ministerial N° 61 que sustituye al libro VI del Texto
Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente edición especial
N°316, por tal motivo el presente proyecto debe someterse a un proceso de
regularización para obtener la licencia , certificado o permiso ambiental, mediante la
Ordenanza que regula la Gestión Ambiental Provincial Y Ejercicio de sus Facultades
como Autoridad Ambiental a la Ordenanza Provincial de Tungurahua, en el Capítulo
III, articulo 9 se indica la obligatoriedad de regular proyectos frente entes
administrativos.
Todo proyecto ubicado en la provincia de Tungurahua y que suponga un riesgo
ambiental está obligado a tener una certificación, registro o licencia ambiental de lo
establecido por la Autoridad Ambiental Nacional, el proceso de regularización se
realizará en base lo que establece el “Sistema Único de Información Ambiental” (SUIA)
4.2 SIMULACIÓN
El “SUIA (Sistema Único de Información Ambiental) en la cual se impulsa la gestión de
regularización de actividades, obras y proyectos para su posterior ejecución,
construcción u operación.
Acceder al sistema mediante la página Web: http://suia.ambiente.gob.ec/ en la cual
podemos observar la parte de regularización ambiental y control ambiental como lo
muestra la siguiente imagen:
147
Ilustración 37 Página principal del "SUIA"
Fuente: (SUIA, 2017)
La regularización y control ambiental
Al siguiente proceso pueden acceder cualquier tipo de personas naturales para realizar
la creación de proyectos mediante un proceso de categorización según el tipo de proyecto
a desarrollar.
Ilustración 38 Página principal del "SUIA"
Fuente: (SUIA, 2017)
148
Categorización del Proyecto
La categorización se lo realiza en función del Acuerdo Ministerial N° 61, Art.14 el cual
especifica: “La regularización del proyecto, obra o actividad; los proyectos, obras o
actividades, constantes en el catálogo expedido por la Autoridad Ambiental Nacional
deberán regularizarse a través del SUIA, el que determinara automáticamente el tipo de
permiso ambiental: Registro ambiental o Licencia Ambiental.”
Proceso para un nuevo proyecto
Una vez creado el usuario, ingresamos al sistema el cual nos pide diferentes categorías
para elegir, en este caso el proyecto a ser regularizado versa sobre “rehabilitación de una
planta potabilizadora”, ya que el proyecto trata sobre una evaluación y propuestas de
mejora de la PTAP del Cantón Píllaro.
Ilustración 39 Ingreso de datos al sistema
Fuente: (SUIA, 2017)
El resultado o tramite a seguir que nos recomienda el sistema es un “certificado
Ambiental”.
149
Procedemos a llenar los datos generales del proyecto como son el tema en que versa el
proyecto el cual es: Evaluación y Propuestas de mejora de la PTAP del Cantón Píllaro y
un pequeño resumen de la actividad a desarrollar en el proyecto.
Ilustración 40 Ingreso de características del proyecto
Fuente: (SUIA, 2017)
Complementamos con los datos sobre el proyecto como son el área donde se encuentra
implantado, litros de agua tratada y ubicación del proyecto.
Ilustración 41 Ingreso de datos del proyecto (caudal y área)
Fuente: (SUIA, 2017)
150
Finalmente, el Sistema nos realiza el registro ambiental con las características del
proyecto.
Ilustración 42 Resultado Obtenidos
Fuente: (SUIA, 2017; Silva, 2003)
El proyecto de titulación conforme a la categorización realizada en el sistema “SUIA”
basada en la evaluación realizada por el Ministerio del Ambiente, encaja en la figura de
“Certificado Ambiental”.
151
Para lo siguiente se necesita incluir un marco legal donde nos indique los acuerdos y
normas donde verse sobre la conservación del agua que es consumida por los seres
humanos.
4.3 MARCO LEGAL
Acuerdos Ministeriales
Según Acuerdo N° 061. Reforma del Libro VI del Texto Unificado de
Legislación Secundaria.
En el TÍTULO I, Art.2 en la parte de Aguas nos dice: “Todas las Aguas marítimas,
superficiales, subterráneas y atmosféricas del territorio nacional, en todos sus estados
físicos, mismos que constituyen el dominio hídrico publico conforme lo definido en la
Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y Aprovechamiento del Agua.”
En el Art.3 nos indica los que versa sobre un certificado ambiental versa sobre: “Es el
documento no obligatorio otorgado por la Autoridad Competente, que certifica que el
promotor ha cumplido en forma adecuada con el proceso de registro de su proyecto,
obra o actividad.”
En la SECCIÓN III, CALIDAD DE COMPNENTES ABIÓTICOS.
PÁRRAFO I
DEL AGUA
Art. 209 De la calidad del Agua, nos indica que son: “las características físicas,
químicas y biológicas que establecen la composición del agua y la hacen apta para
satisfacer la salud, el bienestar y el equilibrio ecológico.”
Las evaluaciones y monitoreo del recurso se deberán realizar mediante procedimientos
analíticos y muestreos se encuentran limitados de acuerdo al Anexo I.
Nos recomienda que toda actividad antrópica deberá realizar las acciones preventivas
por el principal motivo de no alterar y asegurar la calidad y cantidad de agua de las
152
cuencas hídricas, por lo cual el no incumplimiento de la misma conllevará sanciones que
correspondan a determinado caso.
ORDENANZA AMBIENTAL PROVINCIAL DE TUNGURAHUA
Según: la Ordenanza que Regula la Gestión Ambiental Provincial y el ejercicio de
sus Facultades como Autoridad Ambiental de Aplicación Responsable en la
Provincia de Tungurahua, 2015.
Indica que el proceso de regularización de proyectos se realizara mediante lo establezca
el Sistema Unificado de Información Ambiental “SUIA”, posteriormente a la simulación
procederá a indicar que tipo de procedimientos debe seguir el proyecto para lograr una
aceptación frente a estos organismos de control Ambiental. (Orenanza Ambiental
Proviancia de Tungurahua, 2015)
153
CAPITULO V
5 PROPUESTAS DE MEJORA Y PRESUPUESTO REFERENCIAL DE LA
PROPUESTA SELECCIONADA PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE AGUA POTABLE DEL CATÓN PILLARLO
De las evaluaciones sanitarias e hidráulicas realizadas en el presente proyecto, se han
identificado los puntos focales donde se debe intervenir o dar solución con propuestas
de mejora para una mejor producción de la PTAP.
5.1 ALTERNATIVAS DE MEJORA.
Las mejoras se deben implementar inmediatamente para una óptima operación y
producción de la PTAP.
5.1.1 Construcción “Unidad de Filtración Rápida”
Partiendo de la base fundamental de una evaluación la cual es la calidad de agua captada
a ser tratada, mediante la evaluación sanitaria en lo que refiere a calidad del agua y así
como también del registro de años anteriores de calidad del agua, los cuales fueron
comparados con la norma INEN 1108 en la que nos indica los límites máximos de
parámetros físico –químicos y bacteriológicos que debe tener el agua para ser consumida
por el ser humano observamos que cumple con todos los parámetros permisibles
mediante lo cual se afirma que la PTAP solo necesita las unidades de filtración y
desinfección, por ende la propuesta de mejora es la construcción de unidades de
filtración.
Cabe recalcar que al realizar un análisis de producción de las unidades de la PTAP se
refleja el cuello de botella y menor producción en la unidad de filtración, razón por la
cual ratificamos que la propuesta de mejora será la construcción de unidades de filtración
adicionales a las existentes para garantizar la producción del recurso hídrico y el trabajo
óptimo de la planta.
Se realiza el cálculo para determinar cuántos filtros serán necesarios construir para
cumplir con la producción estimada, a continuación, se detalla el cálculo:
154
a) Número de Filtros
Caudal de producción máximo de la mezcla rápida = 178,72 m3/s
Cuello de botella “unidad de filtración” = 53,72 m3/s
Caudal que ingresa a un filtro = 16,83 m3/s
Entonces:
16,83 m3/s 1 filtro
178,72 m3 X
# Filtros Totales = (178,72 m3/s* 1filtro) / (16,83 m3/s)
# Filtros Totales = 10 filtros
# Filtros construir = # Filtros Totales - # Filtros Existentes
# Filtros construir = 10 - 5
# Filtros construir = 5 filtros de las mismas características a los existentes
Se necesitan 5 filtros rápidos con las mismas características a los existentes con sus
debidos lechos filtrantes de antracita y arena con los mismos espesores ya que se ratificó
en la evaluación de los filtros la granulometría y espesores se encuentran dentro de los
límites permisibles y en excelentes condiciones operativas. Ver Anexo 12.
Características de los filtros
Número de unidades: 5 unidades
Tipo: Filtros Rápidos de tasa constante
Material: Hormigón Armado.
Dimensiones:
Largo = 2,5 m c/ uno
Ancho = 2,0 m c/uno
Profundidad = 4,5 m c/uno
155
Arena de Sílice para lechos filtrantes, espesor de 0,25m.
Antracita para lechos filtrantes, espesor de 0,4 m.
5.1.2 Construcción de accesorios para las unidades de floculación – sedimentación
Aun con la construcción de nuevas unidades de filtración antes mencionadas, las
unidades de floculación y sedimentación de la planta van a seguir funcionando pero solo
como unidades de paso del recurso hídrico y para solucionar el problema hidráulico
dichas unidades se propone la propuesta de construir accesorios circulares adaptados en
las esquinas de los tanques de la unidades para garantizar el comportamiento hidráulico
eficiente de la unidad; es decir, obtener un flujo pistón >60% reduciendo así
cortocircuitos hidráulicos, zonas muertas, ya que la curvatura del accesorio permitiría el
libre flujo del agua en la unidad.
Ilustración 43 Detalle de Accesorios curvos en fibra de vidrio
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
ACCESORIO EN FIBRA DE
VIDRO ACLADO AL TANQUE
TANQUES DE SEDIMENTACIÓN
Y FLOCULACIÓN
156
5.2 PRESUPUESTO REFERENCIAL DE LAS PROPUESTAS DE MEJORA
En este capítulo se procederá a realizar la descripción del presupuesto necesario a
utilizarse para la puesta en marcha de las mejoras.
El siguiente presupuesto contiene precios unitarios, lista de rubros que sean necesarios
para mejorar la operación y que la PTAP tenga un óptimo funcionamiento, por este
motivo se ha considerado cotizaciones actualizadas de los materiales o equipos
necesarios.
5.2.1 ALTERNATIVAS DE MEJORA
Mejoras constructivas
Se detalla el valor total de la construcción y colocación de los accesorios de fibra de
vidrio del floculador y sedimentador, mismos que garantizaran la eficiencia hidráulica
de las unidades.
Tabla 58 Presupuesto construcción de accesorios fibra de vidrio
ACCESORIOS DE FIBRA DE VIDRIO
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD P. UNITARIO P.TOTAL
Elementos curvos de Fibra de vidrio para
la unidad de floculación. m 16,8 10,0 168,0
Elementos curvos de Fibra de vidrio para
la unidad de sedimentación m 19,2 10,0 192,0
TOTAL 396,0
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Los costos unitarios de producción de los accesorios de fibra de vidrio fueron cotizados
en la empresa “Tecni-Fibras”. Los valores expuestos son para un metro de fabricación
de los elementos curvos de fibra de vidrio Tipo A de espesor 15mm, la cual es de alta
resistencia a químicos y de uso reforzante.
157
TANQUES DE FILTRACIÓN
Mejoras constructivas
Se detalla el valor total de la construcción de los 5 filtros adicionales mismos que
garantizaran la producción de la PTAP.
Tabla 59 Presupuesto - construcción de tanques de filtración
ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
TOTAL
1 TANQUES DE FILTRACIÓN
1,1 Limpieza y desbroce del
área m2 46,44 1,15 53,41
1,2 Nivelación del sitio m2 46,44 1,31 60,84
1,3 Excavación manual para
cimientos m3 222,91 4,06 905,01
1,4 Desalojo de material
sobrante m3 222,91 4,85 1.081,11
1,5
Relleno compactado con
material de mejoramiento
e= 5 cm
m3 2,30 21,27 48,92
1,6 Replantillo de H.S f'c=180
Kg/cm² e=10 cm m3 4,64 189,64 879,93
1,7 Hormigón simple f´c=210
Kg/cm2 m3 12,00 216,89 2.602,68
1,8 Encofrado recto m2 195,70 10,07 1.970,70
1,9 Acero de refuerzo Fy=4200
Kg/cm2 kg 475,00 2,26 1.073,50
1,10 Contrapiso de H.S f'c=210
Kg/cm² e=2 cm m3 0,92 213,67 196,58
1,11 Enlucido interior +
impermeabilizante m2 170,26 8,73 1.486,37
1,12 Enlucido exterior (parte
visible 42 cm) m2 168,00 7,73 1.298,64
1,13 Pintura exterior (parte
visible 42 cm) m2 168,00 6,80 1.142,40
1,14
Antracita (De acuerdo a
diseño material y
transporte, no incluye
colocación)
m3 7,92 688,80 5.455,30
1,15
Arena de sílice graduada
para filtros CU=1,6 D=
2,65 (F/T/I)
m3 4,95 86,46 427,98
1,16 Tubería PVC 6” para
Purgas. m 12,5 17,91 223,88
1,17 Válvula de compuerta 6”
400 PSI u 10 266,76 2.667,60
TOTAL 21.574,84
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
158
Los rubros y precios unitarios se obtuvieron de varias fuentes como la cámara de la
construcción y la EPMAPS, para el análisis y obtención del valor total de la construcción
de los de los filtros.
En la siguiente tabla se detallan los valores totales de los 5 filtros y de accesorios curvos
de fibra de vidrio que se requerirán para poner en ejecución las propuestas de mejora
para garantizar mayor producción y a la vez la eficiencia de las unidades.
Tabla 60 Presupuesto Total
DESCRIPCIÓN COSTO TOTAL
Presupuesto
Construcción de 5 Unidades de filtración 21.574,84
Accesorios curvos en fibra de Vidrio
(unidades de sedimentación y floculación ) 396,00
TOTAL 21,970,84
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
159
CAPITULO VI
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
6.1 CONCLUSIONES
En base a ensayos de laboratorio y rediseño de la PTAP se afirma que la unidad
de filtración tiene falencias en su producción ya que es el cuello de botella latente
en la planta.
Mediante la evaluación hidráulica realizada en el presente estudio técnico se
determinó, en base a trazadores que las unidades de mezcla rápida, así como la
unidad de sedimentación son eficientes mientras que la unidad de floculación es
deficiente en función al tipo de flujo que tiene las unidades, en base a la evaluación
de filtros se determinó que la unidad de filtración es eficiente.
Mediante a la evaluación hidráulica “prueba de jarras” se obtuvo una dosis óptima
de coagulante en base a la eficiencia de remoción, siendo esta dosis un valor que
varía entre 20 ppm a 30ppm, del cual se escoge el valor de 30ppm ya que se tiene
un porcentaje de remoción muy alto. Los mejores resultados de turbidez
remanente se obtuvieron para un tiempo de floculación de entre 13 y 20 minutos
siendo el tiempo de 18 minutos el más notable, así como también un gradiente de
velocidad entre 25s-1 y 30-1 siendo el de 30s-1 el más significativo, al compararlos
con los valores obtenidos en la prueba de trazadores los cuales arrojaron una
gradiente de 55,02 s-1 y un tiempo de 22,0 minutos podemos observar que las
gradientes varían significativamente pero el tiempo varia muy ligeramente por lo
cual se puede comprobar que los datos obtenidos pueden ser aceptados.
En lo que se refiere al proceso de lavado de los filtros de acuerdo a las pruebas
realizadas en el presente estudio técnico los valores varían entre 6 a 8 min para
tiempo óptimo de lavado. No tiene sentido prolongar más allá del rango
establecido el tiempo del lavado, ya que se genera consecuencias como pérdida
de lecho filtrante y excesivo gasto de caudal para el lavado.
160
Con la evaluación sanitaria realizada en el presente estudio técnico se constató
que las unidades de floculación, sedimentación, filtración remueven la mayoría
de parámetros físicos, químicos y bacteriológicos analizados, se tiene aumento en
los parámetros de dureza, hierro, sólidos disueltos esto debe al deficiente
mantenimiento de elementos como flautas y pantallas verticales, cabe recalcar que
todos los parámetros se encuentran dentro de los límites permisibles que rige la
norma INEN 1108.
El nivel óptimo de la PTAP en base a la evaluación realizada en el presente estudio
se determinó un valor del 80%, lo cual afirma que la planta tiene una correcta
producción y operación.
Las variantes de mejora están enfocadas a optimizar la producción de la PTAP
solventando las falencias encontradas en la evaluación, dichas propuestas
ayudaran a garantizar la eficiencia de las unidades. Se planteó dos alternativas de
mejora dirigidas en dos frentes de acción: la primera es la construcción de 5 filtros
rápidos de las mismas características a los existentes para garantizar la producción
de 178,72 m3 que puede soportar el canal de mezcla rápida del mismo derivar con
un by-pass a los nuevos filtros; la segunda es la construcción de accesorios de
fibra de vidrio anclados en las esquinas de los tanques de floculación y
sedimentación para garantizar su funcionamiento hidráulico cabe recalcar que
estas unidades solo servirán de paso del recurso hídrico.
El regularizar el proyecto conforme a las ordenanzas y acuerdos ministeriales de
la provincia de Tungurahua se llegó a establecer en el proceso que el presente
estudio técnico establece es un certificado ambiental.
La PTAP del Cantón Píllaro se ha materializado para cumplir con el proceso de
potabilización del recurso hídrico, la planta ejecuta un proceso de purificación
convencional, en base a las evaluaciones ejecutadas y en base a ensayos de calidad
del agua en el proyecto de titulación, se establece que la PTAP solo necesita
realizar un tratamiento convencional con unidades operativas de filtración rápida
y desinfección, con las cuales se consigue un óptimo funcionamiento, producción
y un producto que se encuentre dentro de los límites máximos permisibles por la
norma INEN 1108 para consumo de agua potable en todo el tiempo de operación
de la planta.
161
6.2 RECOMENDACIONES
Se recomienda capacitar a los operarios de la PTAP de forma continua, eso
garantiza que la planta funcione de manera adecuada y a la vez que tenga una
operación correcta.
Se recomienda que las propuestas de mejora sugeridas en el presente estudio
técnico se las ejecuten lo más pronto posible.
Es necesario que el GAD de Píllaro dote a la PTAP con todos los insumos para
garantizar que no exista déficit de los mismos y así la planta cumpla con todos los
procesos de purificación de manera adecuada, correcta sin ningún incumplimiento
de la normativa.
Es necesario y de suma importancia salvaguardar la fuente de agua, razón por la
cual se recomienda proteger el canal abierto de riego con planchas de hormigón
prefabricadas en toda su extensión garantizando así que el agua conserve sus
características.
Ejecutar ensayos de laboratorio de forma periódica para determinar las
características, concentración y dosis óptimas para que trabaje la PTAP, para en
base a los resultados generar una base de datos de registros de calidad del agua.
Se recomienda construir nueva unidad de filtración rápida; es decir 5 filtros de las
mismas características a los existentes para garantizar la producción óptima de la
PTAP.
En cuanto a las características de los lechos filtrantes es necesario realizar una
evaluación periódica de características como tamaño efectivo y coeficiente de
uniformidad para saber si se está perdiendo material en los lavados de los filtros.
Realización de un manual de operaciones y mantenimiento adecuado para la
PTAP debido a que las actividades en la planta se realizan experimentalmente y
no técnicamente.
162
7 BIBLIOGRAFÍA
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YAKUPRO. (2015). Planta de Tratamiento Compactas de Agua Potable. Quito, DM.
165
8 ANEXOS
8.1 Check List
8.2 Plan de Muestreo
8.3 Datos históricos de análisis de agua cruda y tratada
8.4 Tratabilidad
8.5 Prueba de trazadores
8.6 Pérdidas de carga
8.7 Análisis de granulometría
8.8 Registro de charlas
8.9 Anexos Fotográficos.
8.10 Normativa legal
8.11 Planos hidráulicos de las unidades operativas
8.12 Planos de la propuesta de mejora (Diseño de filtros)
8.13 Características y parámetros medidos in situ
8.14 Accesorios de fibra de vidrio
8.15 Norma INEN 1108 para calidad de agua potable
166
ANEXO 1
CHECK LIST
167
ANEXO 1
168
CHECK LIST
FECHA:
PAÍS:
PROVINCIA:
CANTON:
PARROQUIA:
a) Quebrada
b) Río
c) Lago o embalse
d) Otros X
Canal de riego
a) Bocatoma Lateral X
b) Bocatoma de fondo
c) otras
a) Por grabedad X
b) Por bombeo
a) Desarenador
b) Presedimentador
c) Otros
SI NO
a) Archivos de la planta X
b) Planos de la PTAP X
c) Ensayos de calidad del agua X
d) Caudales X
e) Datos historicos X
a) Caudal de la planta (Momento de la inspección) 84,16 l/s.
b) Caudal del proyecto (Diseño) 75,00 l/s.
c) Caudal Maximo que opera la PTAP ---- l/s.
d) Caudal Mínimo que opera la PTAP ----
a) Patente
b) Convencional clásica X
c) Tipo CEPIS/OPS X
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIA FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
FORMATO DE INSPECCIÓN INICIAL (CHECK LIST)
4.2 TIPO DE PLANTA
4.1 CAUDAL
2.4 REMOCIÓN DE PARTÍCULAS POR SEDIMENTACIÓN
2.3 CONDUCCIÓN DE AGUA
4. CARACTERÍSTICAS DE LA PTAP
NOMBRE DE LA PLANTA :
LOCALIZACIÓN:
ALTITUD:
ADMINISTRADOR:
1 . UBICACIÓN
2. FUENTE DE ABASTECIMIENTO , CAPTACIÓN , CONDUCCIÓN
PTAP SANTIAGO DE PILLARO
Santa Rita
3.058 m
GAD SANTIAGO DE PILLARO
POALÓ
15/12/2016
ECUADOR
TUNGURAHUA
SANTIAGO DE PILLARO
2.1 FUENTE DE ABASTECIMIENTO
2.2 TIPO DE TOMA
3. CALIDAD DE LA FUENTE
169
2003-2004
a) canaleta Parshal
b) Vertedero X
c) Caudalimetro
Tipo de Mezclador :
a) Mecánico: Retromezclador
Hidraulico:
b) Parshall
c) Vertedero X
Punto de aplicación :
a) Punto de Mayor Agitación X
b) Fuera del punto de mayor Agitación
Tipo de Coagulante :
a) Sulfato de Aluminio X
b) Cloruro Ferrico
c) Policloruro de Aluminio(PAC)
d) Sulfato Ferroso
e) Otro
Tipo de dosificador en solución:
a) Gravimentrico
b) Volumétrico
Número de dosificadores : 1
Tipo :
a) Mecánico
Hidráulico :
b) Flujo vertical X
c) flujo Horizontal
d) en serie
e) Paralelo
Número de Unidades : 1
Número de Tramos ; 2
Dimenciones:
Profundidad útil : 4,20 m
largo : 9,35 m
ancho : 1,20 m
Area de cada unidad ; 22,44 m2
Tipo :
a) Convencional
b) Placas paralelas o láminar X
Forma :
d) Rectangular X
e) Cuadrado
4.3.2 MEZCLA RÁPIDA
4.3 DESCRIPCIÓN
4.3.1 MEDIDOR DE CAUDAL
4.3.3 FLOCULADORES
4.3.4 SEDIMENTADORES
e) Año que se remodelo/ amplio /optimizo :
d) Año en que se diseño :
----
170
Ilustración 43 Check List
Número de Unidades : 2
Dimenciones:
Profundidad útil : 4,80 m
largo : 9,50 m
ancho : 6,80 m
Area de cada unidad ; 129,20 m2
Tipo :
a) Tasa Constante
b) Tasa Declinante X
Tipo de Lecho filtrante :
d) Simple
e) Doble (antracita y arena) X
Número de Unidades : 5
Dimenciones (cada filtro):
Profundidad útil : 4,50 m
largo : 2,50 m
ancho : 2,00 m
Area de cada unidad ; 5,00 m2
a) Rectangular X
b) Cuadrado
Dimenciones (cámara):
Profundidad útil : 5,00 m
largo : 9,50 m
ancho : 2,00 m
Area de cada unidad ; 19,00 m2
Tipo de Desinfectante:
a) Cloro Líquido
b) Cloro Gaseoso X
c) Ozono
d) Cloro Pastillas
Tipo de dosificación :
a) Bombas inyectora X
b) Hidroyectores
Número de dosificadores : 2
* No se cuentra con un laboratorio propio.
* No se realiza la dosificación de sulfato de aluminio debido que los dosificadores se encuntran dañados.
* Cuando se agota el cloro gas , los operadores tienen las ordenes de colocar pastillas de cloro en la camara de contacto sin ninguna
dosificación.
* No se realizan mediciones periodicas de caudales , turbiedades , pH entre otras caracteristicas físico-Químicas del agua cruda.
FIRMA DE INSPECTORES:
ARIAS DONOSO HUDER E. QHISHPE CODENA BYRON I.
4.3.5 FILTROS
4.3.6 CÁMARA DE CONTÁCTO
OBSERVACIONES
171
ANEXO 02
PLAN DE MUESTREO
172
ANEXO 02
PLAN DE MUESTREO
MUESTREO O TOMA DE MUESTRAS
El manejo y conservación de las muestras se aplicará para el análisis microbiológico,
físico, químico de acuerdo con lo establecido en los métodos normalizados para el agua
potable y residual (Standard Methods).
Procedimiento de recolección de muestras de agua1
La confiabilidad de la toma de muestras se apoya en la experiencia y buen criterio de la
persona que realiza el muestreo, hay que consideras varios aspectos a seguir para que la
muestra no sea alterada ni contaminada como son:
1. La persona que va a realizar el muestreo, antes de iniciar el procedimiento de
recolectar la muestra debe equiparse con el material, equipo e instrumentación
adecuada para así garantizar una muestra no alterada.
2. Antes del muestreo, es de suma importancia homogenizar el recipiente; es decir,
introducir el recipiente en el agua que se va a recolectar dos o tres veces, a menos
que contenga agentes preservantes.
3. Cuando las muestras son compuestas, la igualación de las mismas se realizará
con la suma de todos los volúmenes recolectados, evitando así la aireación al
momento de la homogenización.
4. Dependiendo del tipo de muestra, el recipiente se llena totalmente (compuestos
orgánicos, fenoles o tensoactivos), o en el recipiente se deja un espacio para
aireación (análisis microbiológicos, determinación parámetros físicos y
químicos) y por último si el recipiente contiene persevantes el agua recogida no
pude rebosar ya que se causaría una pérdida del preservante.
5. En caso que la muestra requiera dejar un espacio de aire, éste debe ser
aproximadamente equivalente a 1% del volumen del recipiente para permitir la
1 EMAPQ, (1998), recopilación bibliográfica, Manual para muestreo de aguas y sedimentos
173
expansión térmica durante el transporte de la muestra.
6. No destapar el frasco de muestra sino hasta el momento del muestreo. Quitar el
tapón con todo cuidado para evitar que se ensucie; durante el muestreo no tocar
el interior, el tapón ni la boca del frasco; debiéndose protegerlos de la
contaminación. Tomar el frasco cerca de su base y la muestra sin enjuagar,
volviendo a taparlo inmediatamente
Identificación y registro de muestras2
El origen de las muestras, las condiciones bajo las cuales han sido recogidas deben ser
anotadas y esta información ser adherida a la botella inmediatamente luego de ser
llenada. Un análisis de agua es de valor limitado si no está acompañado por la
identificación detallada de la muestra.
Los resultados de cualquier análisis realizado en el sitio, también se deben incluir en un
informe anexo a la muestra. Las etiquetas y los formatos deben llenarse al momento de
la recolección de la muestra.
Debe incluirse al menos los siguientes datos en el informe de muestreo:
a) localización (y nombre) del sitio del muestreo, con coordenadas (lagos y ríos) y
cualquier información relevante de la localización;
b) detalles del punto de muestreo;
c) fecha de la recolección;
d) método de recolección;
e) hora de la recolección;
f) nombre del recolector;
g) condiciones atmosféricas;
h) naturaleza del pre-tratamiento;
i) preservante o estabilizador adicionado;
j) datos recogidos en el campo.
2 INEN 2176. (Primera Edición 2013). Agua. Calidad del agua. Muestreo. Técnicas de muestreo.
174
MATERIAL DE MUESTREO
El equipo adecuado consiste en recipientes de capacidad suficiente para el volumen de
muestra requerido. Para el muestreo se utilizaron botellas plásticas de 2 litros para un
análisis físico -químico y frascos esterilizados de 100ml para el análisis bacteriológico
con su respectiva identificación como lo recomienda la normativa, cabe recalcar que
algunas lecturas se tomaron en situ por ende se adicionan equipos como el medidor de
pH (pH-metro), un termómetro digital propiedad de la empresa.
Ilustración 44 Medidor de Ph
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Ilustración 45 Botella Platica
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
175
Ilustración 46 Frasco Esterilizado
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Ilustración 47 Etiquetado de muestras
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
ETIQUETADO DE LAS MUESTRAS
Las muestras se las etiqueto cumpliendo así con la normativa en la toma de muestras y
su posterior traslado.
Las etiquetas fueron proporcionadas y llenadas en situ por parte de la “ALS Ecuador”,
se colocaron las etiquetas para identificar cada muestra de agua tomada en la captación,
Floculador, sedimentación, filtración y tanque de almacenamiento (Tanque colector).
Se usaron etiquetas para colocarlas en las botellas plásticas y etiquetas para los frascos
esterilizados de 100ml.
176
Formato de etiqueta utilizado por “ALS ECUADOR” para envases plásticos:
Ilustración 48 Etiqueta recipiente plástico (muestra en general)
Fuente: (Laboratorio ALS acreditado por la SAE N° OAE LE 2C 05-005, 2016)
LABORATORIO
Los ensayos de laboratorio se realizaron en la empresa ALS, un laboratorio acreditado
por la SAE (Servicio de Acreditación Ecuatoriano) con acreditación N° OAE LE 2C 05-
005.
LOGÍSTICA
El plan de muestreo se puso en práctica en dos etapas de muestreo, la primera se realizó
el día 21 de noviembre del 2016 a las 8:00 am aproximadamente se procedió al muestreo
del agua en el cantón Píllaro, el muestreo se realizó en puntos importantes del sistema
de potabilización de agua como son en la captación y el tanque de almacenamiento al
momento de que el agua es distribuida para el consumo de la población.
En el lugar de la captación el cual se encuentra varios kilómetros arriba de la planta de
tratamiento en el sector de la parroquia de Poaló y posteriormente se dirigieron al sector
de Rocafuerte el lugar donde se encuentran los tanques de almacenamiento.
Los expertos del laboratorio procedieron a la toma de muestras siguiendo los distintos
procedimientos normalizados.
NOMBRE DEL CLIENTE : SEÑOR HUDER ARIAS / SEÑOR BYRON QUISHPE
NOMBRE DEL PROYECTO: MONITOREO DE AGUA PTAP- PILLARO
MUESTREO : ALS-ECUADOR
DIRECCION DEL PROYECTO : AMBATO -PILLARO
PROCEDENCIA : AGUA CRUDA -CAPTACIÓN
TEM. AMBIENTE(C°):
FECHA TOMA MUESTRA :
HORA :
CODIGO: 43452-1
MUESTREO
ALS ECUADOR
LABAORATORIO DE ENSAYOS
ACRED. N°0AE LE 2C 05-005
SISTEMA INTEGRADOS DE GESTIÓN
177
Se puede mencionar que día del muestreo se realizó el día 21 de noviembre del 2016, y
el informe con los resultados del muestreo fueron entregados el 01 de diciembre del 2016
La segunda parte del Muestreo se realizó 08 de mayo del 2017 en el cual se realizaron la
toma de muestras a la salida de cada unidad operativa de la PTAP; es decir, a la salida
de las unidades de Floculación, sedimentación y filtración correspondientemente.
Para complementar los estudios se realizaron muestreos de agua cruda en la cámara de
llegada para posteriormente realizar una Test de jarras y determinar los distintos procesos
de tratamiento que se debe llevar a cabo la PTAP.
TÉCNICA Y MANEJO
1. Antes de iniciar el procedimiento de recolectar la muestra debe equiparse con el
material, equipo e instrumentación adecuada para así garantizar una muestra no
alterada.
2. Antes del muestreo, es de suma importancia homogenizar el recipiente; es decir,
introducir el recipiente en el agua que se va a recolectar dos o tres veces, a menos
que contenga agentes preservantes.
3. Colocar la etiqueta al recipiente donde se recolecto la muestra con su debida
información relevante.
4. Tomar muestras en situ como el pH, temperatura, con sus debidos equipos.
5. Guardar las muestras tomadas en el cooler portátil para su transporte al laboratorio
en donde se ejecutarán los ensayos pertinentes para la obtención de resultados.
Muestra tomada en la captación. - Para determinar la calidad del agua cruda, establecer
sus características antes del ingreso a la PTAP y a su vez si el proceso de potabilización
es el adecuado en base a los resultados de los ensayos realizados al recurso hídrico.
Por medio de botellas plásticas etiquetadas correctamente, procedieron a recoger 2 litros
y 100ml aproximadamente de agua cruda en los diferentes frascos, consiguientemente
tomaron muestras de pH y temperatura de la muestra.
178
Ilustración 49 Captación del agua para la PTAP.
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Muestra tomada en la salida de las unidades. - Para determinar la calidad de remoción
de las unidades, establecer si el proceso de potabilización es el adecuado en base a la
comparación de los resultados de los ensayos realizados al recurso hídrico.
Muestra tomada en la salida del Floculador.
Ilustración 50 Muestreo a la salida del Tanque de Floculación
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
179
Muestra tomada en la salida del sedimentador.
Ilustración 51 Muestreo a la salida del Tanque sedimentador
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Muestra tomada en la salida de la filtración.
Ilustración 52 Muestra tomada a la salida de los Filtros
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Muestra tomada en tanque de almacenamiento. - Para determinar la calidad del agua
tratada o potable que consume la población del cantón Píllaro y a su vez establecer si el
180
recurso hídrico es apto para el consumo humano, así como también si la planta cumple
con su función principal, se utilizó las mismas técnicas para recolección de muestras.
Ilustración 53 Tanque de almacenamiento de agua potable
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Muestra tomada en cárcamo de llegada. - Esta muestra servirá para enviarla al
laboratorio para que se realice el respectivo Test de Jarras y determinar las características
óptimas para realizar un correcto tratamiento al agua cruda.
Ilustración 54 Muestreo cárcamo de llegada
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
181
Ilustración 55 Medición del pH y temperatura
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Ilustración 56 Colocación de la muestra en un cooler portátil para su transporte.
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
182
INFORMES DE LABORATORIO
Ilustración 57 Informe agua cruda
183
Ilustración 58 Informe agua cruda
184
Ilustración 59 Informe agua cruda
185
Ilustración 60 Informe agua tratada
186
Ilustración 61 Informe agua tratada
187
Ilustración 62 Informe agua tratada
188
ANEXO 03
DATOS
HISTÓRICOS
ANÁLISIS DE AGUA
189
ANEXO 03
DATOS HISTÓRICOS ANÁLISIS DE AGUA
Se detallan las tablas de los ensayos realizados por el GAD en el año 2014.
Tabla 61 Datos históricos (Agua Cruda)
PARÁMETROS
ANALIZADOS
METODOLOGÍ
A DE
REFERENCIA
UNIDAD RESULTAD
O
LÍMITE
MÁXIMO
PERMISIBL
E INEN1108
TULAS
2013 RESULTADOS
pH
PRO TEC
011/APHA 4500
H+B
UpH 6,94 6.5-8.5 6.0—9.0 CUMPLE
DQO*
PRO TEC
041/APHA 5220
D
mg/l 0 ---- ------- -----
DBO5**
PRO TEC
030/APHA 5220
B
mg/l 0 ------ ----- -----
Aceites y
grasas***
PEAGSEN12 mg/l 24 ------ 0,3 ------
Caudal de
descarga**
SEGUN
CONDICIONES
DEL SISTEMA
l/s 0,268 NO
OBJETABLE ------ -------
Sólidos
suspendidos*
PRO TEC
029/HACH 8006
mg/l 0 -- ----- CUMPLE
Sólidos
sedimentables*
PRO TEC
021/APHA 2540
F
ml/l 0 --- ------ CUMPLE
Sólidos totales*
PRO TEC
017/APHA 2540
B
mg/l 54 ----- 1000 CUMPLE
Sólidos totales
Disueltos
PRO TEC
016/APHA 2540
C
mg/l 126 ----- 1000 CUMPLE
Oxígeno
Disuelto**
PRO TEC
033/APHA 4500
– OG
mg/l 0,04 ----- <6 CUMPLE
Coliformes
fecales**
PRO TEC
036/AOAC
991.14
NMP/100m
l Ausencia <1.1* 600 CUMPLE
Coliformes
totales**
PRO TEC
035/AOAC
991.14
NMP/100m
l Ausencia <1.1* 3000 CUMPLE
Elaborado: (PD Y OT PÍLLARO, 2014)
190
Tabla 62 Datos históricos (Agua Tratada)
PARÁMETROS
ANALIZADOS
METODOLOGÍA
DE REFERENCIA UNIDAD RESULTADO
LÍMITE
MÁXIMO
PERMISIBLE
INEN 1108
RESULTADOS
pH PRO TEC 011/APHA
4500 H+B UpH 7,14 6.5-8.5 CUMPLE
DQO*
PRO TEC 041/APHA
5220 D
mg/l 0 ---- ------
DBO5**
PRO TEC 030/APHA
5220 B
mg/l 0 ------ -------
Aceites y grasas***
PEAGSEN12 mg/l <11,8 ------ CUMPLE
Caudal de
descarga**
SEGUN
CONDICIONES DEL
SISTEMA
l/s 0,298 NO
OBJETABLE CUMPLE
Sólidos
suspendidos*
PRO TEC 029/HACH
8006
mg/l 0 -- CUMPLE
Sólidos
sedimentables*
PRO TEC 021/APHA
2540 F
ml/l 0 --- CUMPLE
Sólidos totales*
PRO TEC 017/APHA
2540 B
mg/l 44 ----- CUMPLE
Sólidos totales
Disueltos
PRO TEC 016/APHA
2540 C
mg/l 140 ----- CUMPLE
Oxígeno Disuelto**
PRO TEC 033/APHA
4500 – O G
mg/l 0,02 ----- CUMPLE
Coliformes
fecales**
PRO TEC 036/AOAC
991.14
NMP/100ml Ausencia <1.1* CUMPLE
Coliformes
totales**
PRO TEC 035/AOAC
991.14
NMP/100ml Ausencia <1.1* CUMPLE
Fuente: (PD Y OT PÍLLARO, 2014)
191
ANEXO 04
TRATABILIDAD
192
ANEXO 04
TRATABILIDAD
Tabla 63 Prueba de Jarras 15-12-2016
PRUEBA DE JARRAS
PRUEBA: DOSIS ÓPTIMA DE COAGULANTE
COAGULANTE
SULFATO DE
ALUMINIO
FECHA: 15/12/2016
MUESTRA N°: 1
TEMPERATURA(°C): 13
MEZCLA RAPIDA MEZCLA LENTA SEDIMENTACIÓN
TIEMPO: 1 min TIEMPO: 15 min TIEMPO: 15min
VELOCIDAD: 100 rpm VELOCIDAD: 35 rpm VELOCIDAD: 0 rpm
VASO pH inicial Turbidez
inicial
Dosis
Coagulante Ayudante
coagulación
Tiempo
de form.
Floc
Índice de
Wilcomb
Turbidez final pH
final
N° NTU ppm - - - NTU
1 7,35 4,5 10 - - 0 3,1 7,35
2 7,35 4,5 20 - 47,51'' 4 0,80 7,25
3 7,35 4,5 30 - 35,66'' 6 0,90 7,13
4 7,35 4,5 40 - 34,89'' 4 1,0 7,1
5 7,35 4,5 50 - 35,12'' 4 1,1 7,05
6 7,35 4,5 60 - 20,20'' 4 1,5 6,95
193
Tabla 64 Prueba de Jarras 8-2-2017
PRUEBA DE JARRAS
PRUEBA: DOSIS ÓPTIMA DE COAGULANTE
COAGULANTE SULFATO DE ALUMINIO
FECHA: 8/2/2017
MUESTRA N°: 2
TEMPERATURA(°C): 13
MEZCLA RAPIDA MEZCLA LENTA SEDIMENTACIÓN
TIEMPO: 1 min TIEMPO: 15 min TIEMPO: 15min
VELOCIDAD: 100 rpm VELOCIDAD: 35 rpm VELOCIDAD: 0 rpm
VASO pH inicial Turbidez
inicial
Dosis
Coagulante Ayudante
coagulación
Tiempo
de form.
Floc
Índice de
Wilcomb
Turbidez final pH
final
N° NTU ppm - - - NTU
1 7,52 3,21 10 - - 0 3,50 7,3
2 7,52 3,21 20 - 58,56'' 6 1,10 7,24
3 7,52 3,21 30 - 41,23'' 8 0,80 7,11
4 7,52 3,21 40 - 40,33'' 6 1,0 7,18
5 7,52 3,21 50 - 39.67'' 6 1,6 6,95
6 7,52 3,21 60 - 19,55'' 6 1,7 6,81
194
Tabla 65 Prueba de Jarras 14-6-2017
PRUEBA DE JARRAS
PRUEBA: DOSIS ÓPTIMA DE COAGULANTE
COAGULANTE SULFATO DE ALUMINIO
FECHA: 14/6/2017
MUESTRA N°: 3
TEMPERATURA(°C): 13,5
MEZCLA RAPIDA MEZCLA LENTA SEDIMENTACIÓN
TIEMPO: 1 min TIEMPO: 15 min TIEMPO: 15min
VELOCIDAD: 100 rpm VELOCIDAD: 35 rpm VELOCIDAD: 0 rpm
VASO pH
inicial
Turbidez
inicial
Dosis
Coagulante Ayudante
coagulación
Tiempo de
form. Floc
Índice de
Wilcomb
Turbidez final pH final
N° NTU ppm - - - NTU
1 7,1 4,83 10 - - 0 5,1 7,21
2 7,1 4,83 20 - 73.22'' 8 3,10 7,2
3 7,1 4,83 30 - 59,32'' 6 0,80 7,15
4 7,1 4,83 40 - 40,06'' 6 0,90 7,22
5 7,1 4,83 50 - 39,50'' 4 1,8 7,11
6 7,1 4,83 60 - 33,25'' 4 2,6 7,06
195
Gráfico 27 Turbidez vs Dosis óptima (Prueba 1)
Gráfico 28 Turbidez vs Dosis óptima (Prueba 2)
Gráfico 29 Turbidez vs Dosis óptima (Prueba 3)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
TUR
BID
EZ (N
TU)
DOSIS SULFATO DE ALUMINO(PPM)
PRUEBA N°1 -TURBIDEZ VS DOSIS ÓPTIMA
0
1
2
3
4
5
6
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
TUR
BID
EZ (N
TU)
DOSIS SULFATO DE ALUMINO(PPM)
PRUEBA N°3 -TURBIDEZ VS DOSIS ÓPTIMA
0
1
2
3
4
5
6
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
TUR
BID
EZ (N
TU)
DOSIS SULFATO DE ALUMINO(PPM)
PRUEBA N°3 -TURBIDEZ VS DOSIS ÓPTIMA
196
Gráfico 30 pH vs Dosis óptima (Prueba 1)
Gráfico 31 pH vs Dosis óptima (Prueba 2)
Gráfico 32 pH vs Dosis óptima (Prueba 3)
6,5
7
7,5
8
8,5
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
PH
(UP
H)
DOSIS SULFATO DE ALUMINO(PPM)
PRUEBA N°1 -PH VS DOSIS ÓPTIMA
6,5
7
7,5
8
8,5
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
PH
(UP
H)
DOSIS SULFATO DE ALUMINO(PPM)
PRUEBA N°2 -PH VS DOSIS ÓPTIMA
6,5
7
7,5
8
8,5
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
PH
(UP
H)
DOSIS SULFATO DE ALUMINO(PPM)
PRUEBA N°3 -PH VS DOSIS ÓPTIMA
197
Tabla 66 Parámetros de Floculación 8-2-2017
PRUEBA: PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
COAGULANTE SULFATO DE ALUMINIO FECHA: 8/2/2017
TURBIEDAD INICAL (To) 3,2
TEMPERATURA(°C): 13,8
VASO DOSIS OPTIMA
TIMEPO MEZCLA
RAPIDA
GRADIENTE TIMEPOS DE FLOCULACIÓN (min)
7 13 20 27 33 40
N° ppm (seg) s-1 Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To
1 30 10 15 3,5 1,09 2,0 0,63 1,6 0,50 1,7 0,53 1,9 0,59 2,2 0,69
2 30 10 25 1,9 0,59 1,8 0,56 1,4 0,42 1,3 0,41 1,5 0,47 1,8 0,56
3 30 10 30 1,1 0,34 0,9 0,28 0,7 0,22 0,9 0,28 1,3 0,41 1,5 0,47
4 30 10 35 1,5 0,47 1,3 0,41 1,4 0,44 1,6 0,50 1,8 0,56 1,7 0,53
5 30 10 40 2,4 0,75 2,2 0,69 1,8 0,56 1,9 0,59 2,0 0,63 2,3 0,72
6 30 10 50 2,1 0,66 1,9 0,59 1,6 0,50 1,5 0,47 1,4 0,44 1,6 0,50
198
Tabla 67 Parámetros de Floculación 14-6-2017
PRUEBA: PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
COAGULANTE SULFATO DE ALUMINIO
FECHA: 14/6/2017
TURBIEDAD INICAL (To) 4,8
TEMPERATURA(°C): 14,2
VASO DOSIS OPTIMA
TIMEPO MEZCLA
RAPIDA
GRADIENTE TIMEPOS DE FLOCULACIÓN (min)
7 13 20 27 33 40
N° ppm (seg) s-1 Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To Tf %Tf/To
1 30 10 15 5,2 1,08 3,5 0,73 2,9 0,60 2,3 0,48 2,4 0,50 2,7 0,56
2 30 10 25 4,1 0,85 3,3 0,69 2,5 0,52 2,8 0,58 2,7 0,55 2,6 0,54
3 30 10 30 2,5 0,52 2,0 0,42 1,4 0,29 1,5 0,31 1,5 0,31 2 0,42
4 30 10 35 3,1 0,65 2,7 0,56 2,0 0,42 1,9 0,40 1,9 0,40 2,3 0,48
5 30 10 40 3,5 0,73 2,9 0,60 2,2 0,45 2,3 0,48 2,2 0,45 1,8 0,38
6 30 10 50 3,8 0,79 3,3 0,69 2,5 0,52 2,6 0,54 2,4 0,50 2,5 0,52
199
ANEXO 05
PRUEBA DE
TRAZADORES
200
ANEXO 05
PRUEBA DE TRAZADORES
SALIDA MEZCLA RÁPIDA 1
Fecha de prueba: 08 julio de 2017
Caudal de ingreso: 84,16 l/s
Conductividad: 14 us/cm
Muestra: Punto “A” ver plano
Temperatura: 12,5 °C
Trazador: Cloruro de sodio
Tabla 68 Tiempo - Conductividad / Mezcla Rápida
muestra tiempo conducti.
N° seg min us/cm
1 0 0.00 14.0
2 2 0.03 14.0
3 4 0.07 15.0
4 6 0.10 16.0
5 8 0.13 17.0
6 10 0.17 18.0
7 12 0.20 19.0
8 14 0.23 18.0
9 16 0.27 16.0
10 18 0.30 16.0
11 20 0.33 15.0
12 22 0.37 14.0
13 24 0.40 14.0
14 26 0.43 14.0
15 28 0.47 14.0
201
SALIDA MEZCLA RÁPIDA 1
Fecha de prueba: 08 julio de 2017
Caudal de ingreso: 84,16 l/s
Volumen total: 5,04 m3
Tiempo teórico de retención: 1 min
Muestra: Punto “A” ver plano
Temperatura: 12,5 °C
Trazador: Cloruro de sodio
Tabla 69 Trazadores - Mezcla Rápida
CANAL DE MEZCLA RÁPIDA
Tiempo Conductividad T/To C-
Co
ΔConductividad
Acumulada F(t) 1-F(t)
minutos us/cm
0.00 14.0 0.00 0.0 0.0 0.00 100.00
0.03 14.0 0.03 0.0 0.0 0.00 100.00
0.07 15.0 0.07 1.0 1.0 4.17 95.83
0.10 16.0 0.10 2.0 3.0 12.50 87.50
0.13 17.0 0.13 3.0 6.0 25.00 75.00
0.17 18.0 0.17 4.0 10.0 41.67 58.33
0.20 19.0 0.20 5.0 15.0 62.50 37.50
0.23 18.0 0.23 4.0 19.0 79.17 20.83
0.27 16.0 0.27 2.0 21.0 87.50 12.50
0.30 16.0 0.30 2.0 23.0 95.83 4.17
0.33 15.0 0.33 1.0 24.0 100.00 0.00
0.37 14.0 0.37 0.0 24.0 100.00 0.00
0.40 14.0 0.40 0.0 24.0 100.00 0.00
0.43 14.0 0.43 0.0 24.0 100.00 0.00
0.47 14.0 0.47 0.0 24.0 100.00 0.00
202
SALIDA FLOCULADOR 2
Fecha de prueba: 08 julio de 2017
Caudal de ingreso: 84,16 l/s
Conductividad: 13 us/cm
Muestra: Punto “B” ver plano
Temperatura: 12,5 °C
Trazador: Cloruro de sodio
Tabla 70 Tiempo - Conductividad / Floculador
muestra tiempo conducti.
N° seg min us/cm
1 0 0 13.0
2 60 1 13.0
3 120 2 14.0
4 180 3 14.0
5 240 4 14.0
6 300 5 14.0
7 360 6 15.0
8 420 7 16.0
9 480 8 17.0
10 540 9 18.0
11 600 10 20.0
12 660 11 19.0
13 720 12 19.0
14 780 13 18.0
15 840 14 14.0
16 900 15 14.0
17 960 16 15.0
18 1020 17 14.0
19 1080 18 16.0
20 1140 19 15.0
21 1200 20 13.0
22 1260 21 13.0
23 1320 22 13.0
203
SALIDA FLOCULADOR 2
Fecha de prueba: 08 julio de 2017
Caudal de ingreso: 84,16 l/s
Volumen total: 94,30 m3
Tiempo teórico de retención: 18,67 min
Muestra: Punto “B” ver plano
Temperatura: 12,5 °C
Trazador: Cloruro de sodio
Tabla 71 Trazadores - Floculador
FLOCULADOR
Tiempo Conductividad T/To C-Co
ΔConductividad
Acumulada F(t) 1-F(t)
minutos us/cm
0 13.0 0.00 0.0 0.0 0.00 100.00
1 13.0 0.05 0.0 0.0 0.00 100.00
2 14.0 0.11 1.0 1.0 1.92 98.08
3 14.0 0.16 1.0 2.0 3.85 96.15
4 14.0 0.21 1.0 3.0 5.77 94.23
5 14.0 0.27 1.0 4.0 7.69 92.31
6 15.0 0.32 2.0 6.0 11.54 88.46
7 16.0 0.37 3.0 9.0 17.31 82.69
8 17.0 0.43 4.0 13.0 25.00 75.00
9 18.0 0.48 5.0 18.0 34.62 65.38
10 20.0 0.54 7.0 25.0 48.08 51.92
11 19.0 0.59 6.0 31.0 59.62 40.38
12 19.0 0.64 6.0 37.0 71.15 28.85
13 18.0 0.70 5.0 42.0 80.77 19.23
14 14.0 0.75 1.0 43.0 82.69 17.31
15 14.0 0.80 1.0 44.0 84.62 15.38
16 15.0 0.86 2.0 46.0 88.46 11.54
17 14.0 0.91 1.0 47.0 90.38 9.62
18 16.0 0.96 3.0 50.0 96.15 3.85
19 15.0 1.02 2.0 52.0 100.00 0.00
20 13.0 1.07 0.0 52.0 100.00 0.00
21 13.0 1.12 0.0 52.0 100.00 0.00
22 13.0 1.18 0.0 52.0 100.00 0.00
204
SALIDA SEDIMENTADOR 3
Fecha de prueba: 09 julio de 2017
Caudal de ingreso: 84,16 l/s
Conductividad: 16 us/cm
Muestra: Punto “C” ver plano
Temperatura: 11,0 °C
Trazador: Cloruro de sodio
Tabla 72 Tiempo - Conductividad / Sedimentador
muestra tiempo conducti.
N° seg min us/cm
1 0 0 16
2 60 1 16
3 120 2 17
4 180 3 17
5 240 4 20
6 300 5 19
7 360 6 19
8 420 7 19
9 480 8 19
10 540 9 19
11 600 10 19
12 660 11 19
13 720 12 18
14 780 13 18
15 840 14 18
16 900 15 18
17 960 16 18
18 1020 17 18
19 1080 18 17
20 1140 19 18
21 1200 20 17
22 1260 21 17
23 1320 22 17
24 1380 23 17
25 1440 24 17
205
26 1500 25 17
27 1560 26 17
28 1620 27 17
29 1680 28 16
30 1740 29 16
31 1800 30 16
32 1860 31 16
33 1920 32 16
34 1980 33 16
35 2040 34 16
36 2100 35 17
37 2160 36 17
38 2220 37 17
39 2280 38 17
40 2340 39 17
41 2400 40 17
42 2460 41 17
43 2520 42 17
44 2580 43 17
45 2640 44 17
46 2700 45 17
47 2760 46 17
48 2820 47 17
49 2880 48 17
50 2940 49 16
51 3000 50 17
52 3060 51 16
53 3120 52 16
54 3180 53 16
55 3240 54 16
56 3300 55 16
57 3360 56 16
58 3420 57 16
59 3480 58 16
60 3540 59 16
61 3600 60 16
206
SALIDA FLOCULADOR 3
Fecha de prueba: 09 julio de 2017
Caudal de ingreso: 84,16 l/s
Volumen total: 310 m3
Tiempo teórico de retención: 61,39 min
Muestra: Punto “C” ver plano
Temperatura: 11,0 °C
Trazador: Cloruro de sodio
Tabla 73 Trazadores - Sedimentador
SEDIMENTADOR
Tiempo Conductividad T/To C-
Co
ΔConductividad
Acumulada F(t) 1-F(t)
minutos us/cm
0 16 0.00 0.0 0.0 0.00 100.00
1 16 0.02 0.0 0.0 0.00 100.00
2 17 0.03 1.0 1.0 1.43 98.57
b3 17 0.05 1.0 2.0 2.87 97.13
4 20 0.07 4.0 6.0 8.60 91.40
5 19 0.08 3.1 9.1 13.06 86.94
6 19 0.10 2.7 11.8 16.88 83.12
7 19 0.11 2.7 14.4 20.70 79.30
8 19 0.13 2.7 17.1 24.52 75.48
9 19 0.15 3.0 20.1 28.82 71.18
10 19 0.16 3.1 23.2 33.28 66.72
11 19 0.18 2.7 25.9 37.10 62.90
12 18 0.20 2.2 28.1 40.29 59.71
13 18 0.21 2.2 30.3 43.47 56.53
14 18 0.23 2.2 32.6 46.66 53.34
15 18 0.24 1.8 34.3 49.20 50.80
16 18 0.26 1.8 36.1 51.75 48.25
17 18 0.28 1.8 37.9 54.30 45.70
18 17 0.29 1.3 39.2 56.21 43.79
19 18 0.31 1.8 41.0 58.76 41.24
20 17 0.33 1.3 42.3 60.67 39.33
21 17 0.34 1.3 43.7 62.58 37.42
22 17 0.36 1.3 45.0 64.49 35.51
23 17 0.37 0.9 45.9 65.76 34.24
24 17 0.39 0.9 46.8 67.04 32.96
207
25 17 0.41 0.9 47.7 68.31 31.69
26 17 0.42 0.9 48.6 69.59 30.41
27 17 0.44 0.9 49.4 70.86 29.14
28 16 0.46 0.4 49.9 71.50 28.50
29 16 0.47 0.4 50.3 72.13 27.87
30 16 0.49 0.4 50.8 72.77 27.23
31 16 0.50 0.4 51.2 73.41 26.59
32 16 0.52 0.4 51.7 74.04 25.96
33 16 0.54 0.4 52.1 74.68 25.32
34 16 0.55 0.4 52.6 75.32 24.68
35 17 0.57 1.0 53.6 76.75 23.25
36 17 0.59 1.0 54.6 78.18 21.82
37 17 0.60 1.0 55.6 79.62 20.38
38 17 0.62 1.0 56.6 81.05 18.95
39 17 0.64 1.0 57.6 82.48 17.52
40 17 0.65 1.0 58.6 83.92 16.08
41 17 0.67 1.0 59.6 85.35 14.65
42 17 0.68 1.0 60.6 86.78 13.22
43 17 0.70 1.0 61.6 88.22 11.78
44 17 0.72 1.0 62.6 89.65 10.35
45 17 0.73 1.0 63.6 91.08 8.92
46 17 0.75 0.9 64.4 92.36 7.64
47 17 0.77 0.9 65.3 93.63 6.37
48 17 0.78 0.9 66.2 94.90 5.10
49 16 0.80 0.4 66.7 95.54 4.46
50 17 0.81 0.9 67.6 96.82 3.18
51 16 0.83 0.4 68.0 97.45 2.55
52 16 0.85 0.4 68.4 98.09 1.91
53 16 0.86 0.4 68.9 98.73 1.27
54 16 0.88 0.4 69.3 99.36 0.64
55 16 0.90 0.4 69.8 100.00 0.00
56 16 0.91 0.0 69.8 100.00 0.00
57 16 0.93 0.0 69.8 100.00 0.00
58 16 0.94 0.0 69.8 100.00 0.00
59 16 0.96 0.0 69.8 100.00 0.00
60 16.0 0.98 0.0 69.8 100.00 0.00
208
ANEXO 06
PÉRDIDAS DE
CARGA
209
ANEXO 06
PÉRDIDAS DE CARGA
CALCULO DE PÉRDIDA DE CARGA EN LA UNIDAD DE MEZCLA RÁPIDA
Caudal de Diseño 𝑄𝐷 : 0,08416 m³/s
Tiempo de retención hidráulica (TRH): < 1 s
Números de Froude (F) entre 4,5 y 9,0 (C.E.C.)
Gradientes de velocidad entre 700 y 1300 s-1
Temperatura del agua 13°C
Ancho del canal(B): 1,0 m(asumido)
Longitud del plano X: 1,30 m (asumido)
Altura de la rampa (Eo) : 0,75 m(asumido)
Caudal Unitario
𝑞(𝑚3/𝑠) = 𝑄𝑑/𝐵
𝑞(𝑚3/𝑠) = 0,0842 /1,0
𝑞(𝑚3/𝑠) = 0,0842𝑚3/𝑠
Inclinación de la rampa
𝜃 = 𝑡𝑔−1(𝐸𝑜
𝑋)
𝜃 = 𝑡𝑔−1(1,0
1,30)
𝜽 = 𝟑𝟕, 𝟓𝟔°
Relación de alturas antes y después del resalto
K = 4,67
210
a = 11,80
Altura antes del resalto
Numero de Froude (F): 5,0 (asumido)
Gravedad (g): 9.81 m/s2
𝒅𝟏 = 0,030 m
Profundidad antes del resalto
𝒉𝟏 = 0,039 m
Velocidad del resalto
𝑉1 = 0,0842 /0,039
𝑉1 = 2,15 m/s
Comprobación Número de Froude
𝐹 = 𝑉1/√(𝑔 ∗ ℎ1)
𝐹 = 2,15/√(9,81 ∗ 0,039)
𝐹 = 3,48
Profundidad después del resalto
h2 = 0,030 *11,85
211
𝒉𝟐 = 𝟎, 𝟑𝟓 m
Longitud del resalto
𝐿 = 6 ∗ (0,35 − 0,039)
𝑳 = 𝟏, 𝟖𝟕𝒎
Pérdida de carga
𝒉𝒑 = 𝟎, 𝟓𝟓 𝒎
CALCULO DE PÉRDIDA DE CARGA EN LA UNIDAD DE FLOCULACIÓN
En teoría, la pérdida de carga producida en cada floculador es principalmente debido:
1. Cambio de dirección y turbulencia h´
2. Paso por los orificios que comunican las cámaras h´´
3. Fricción del flujo con paredes de cada cámara h´´´
Para floculadores de flujo vertical, puede asumirse que h´ es proporcional a la carga de
velocidad por el número de tabiques (N) y una constante (k) como se detalla en la
ecuación:
ℎ´ = 𝑘 ∗ 𝑁 ∗𝑉2
2 ∗ 𝑔
Donde:
h´ = pérdida de carga debido a cambio de dirección y turbulencia
k = constante = 3
N = número de tabiques
V = velocidad promedio m/s
212
g = gravedad 9,81 m/s2
De estudios experimentales se tiene que el valor más frecuente de k es 3, la velocidad
promedio del flujo se calcula a partir del caudal de operación y el área transversal entre
el tabique y la pared de cada cámara:
Área transversal de flujo = 4,20 m * 1,20 m = 5,04 m2
Velocidad promedio (v) = 0,08416 m3/s / 5,04 m2 = 0,0167 m/s
En la literatura se recomienda que la velocidad promedio de flujo este entre 0,10 y 0,60
m/s, ya que velocidades mayores de 0,60m/s pueden romper el floc y velocidades
menores de 0,10 m/s, permiten la sedimentación.
En conclusión, para un caudal de 84,16 l/s la velocidad promedio es 0,0167m/s lo que es
insuficiente permitiendo la sedimentación.
El floculador cuenta con 20 tabiques para lo cual h´ es:
ℎ´ = 3 ∗ 20 ∗0,01672
2 ∗ 9,81
h´= 0,00085 m
La pérdida de carga para los pasos inferiores viene dada por:
ℎ´´ =𝑄2
2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐴2 ∗ 𝐶𝑑2
Donde:
h´´ = pérdida de carga debido a pasos inferiores
Q = caudal m3/s
213
A = área pasos inferiores m2
Cd = 0,74 para los pasos inferiores
g = gravedad 9,81 m/s2
El área de los pasos inferiores es:
A = 1,20 m * 0,20 m = 0,24 m2
La pérdida de carga por los pasos inferiores será:
ℎ´´ =0,084162
2 ∗ 9,81 ∗ 0,242 ∗ 0,742
h´´= 0,0114 m
Para 20 pasos inferiores h´´ (total) = 0,0114 *20
h´´= 0,229 m
La pérdida de carga por fricción se expresa:
ℎ´´´ = 𝐶 ∗𝐿
𝐷ℎ∗
𝑉2
2 ∗ 𝑔
Donde:
C = coeficiente de fricción (de 0,013 según la rugosidad de Manning)
Dh = diámetro hidráulico (Dh = 4* A/P)
A = área transversal de flujo (m2)
214
P = perímetro mojado (m)
V = velocidad de flujo (m/s)
g = gravedad (m/s2)
Multiplicando la lámina de agua en cada cámara por el número de pasos que se realiza
el flujo a través del floculador se tiene la longitud de flujo (L), así:
L = # pasos * lámina de agua = 20 * 4,10 m = 82 m
Dimensiones transversales de cada paso = 4,20 m * 1,20 m
Área transversal = 5,04 m2
Perímetro = 4,20 *2 + 1,20 * 2 = 10,80 m
Dh =4 * A/P = 4 * (5,04 / 10,80) = 1,87 m
ℎ´´´ = 0,013 ∗82
1,87∗
0,0167 2
2 ∗ 9,81
h´´´= 0,0000081 m
La pérdida de carga total htotal = h´ + h´´ + h´´´
htotal = 0,00085 + 0,229 + 0,0000081
htotal = 0,23 m
CALCULO DE PÉRDIDA DE CARGA EN LA UNIDAD DE SEDIMENTACIÓN
La ecuación a utilizar para el cálculo de la pérdida de carga en el canal de mezcla rápida
es la expresión de Manning:
hf = L * ((Q / A) * n * (1 / Rh)2/3)
Donde:
hf = pérdida de carga (m)
215
n = coeficiente de rugosidad 0,013
Q = caudal (m3/s)
A = área transversal del canal (m2)
Rh = radio hidráulico igual A/P (perímetro) en metros
L = longitud (m)
Caudal = 0, 08416 m3/s
Área transversal de flujo = 6,80 * 4,80 = 32,64 m2
Perímetro = 4,80 + 4,80 + 6,80 = 16,40 m
Radio hidráulico = A / P = 1, 99 m
Longitud = 9, 50 m
hf = 9, 50 * ((0, 04208 / 32, 64) * 0,013 * (1 / 1, 99)2/3)
hf = 0,00010 m
La fórmula para el cálculo de la pérdida de carga a través de la tubería es:
hf = f * (L / D) * (Q / A)2 / 2
Donde:
hf = pérdida de carga (m)
f = factor de fricción (0,011 para tubería de acero)
Q = caudal (m3/s)
A = área transversal (m2)
D = diámetro de la tubería (m)
L = longitud de la tubería (m)
216
Caudal = 0,00468 m3/s que capta cada tubería
Diámetro = 160 mm = 0,16 m
Área = π * D2 / 4 = π * 0,162 / 4 = 0,020 m2
hf = 0,011 * (6,8 / 0,16) * (0,00468 / 0,020)2 / 2
hf = 0,012 m
La pérdida de carga total en la tubería es: hf = 0,012 * 9
hf = 0,11 m
La pérdida de carga total en la unidad es: htotal= hf + hftubería =0,00010 + 0,11
htotal = 0,1101 m
217
ANEXO 07
ANÁLISIS DE GRANULOMETRÍA
218
ANEXO 07
ANÁLISIS DE GRANULOMETRÍA
Tabla 74 Granulometría - Filtro 1
FILTRO N° 1
GRANULOMETRIA FECHA DE REALIZACION: 27-06-2017
ANTRACITA ARENA
TAMIZ
MUESTRA
INICIAL (g) 200
MUESTRA
INICIAL (g) 200
1 2 3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8
Nº TAMIZ TAMIZ RETENIDO PASA % % RETENIDO PASA % %
PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA
- - ( mm ) ( g ) ( g ) (g) - - ( g ) ( g ) (g) - -
1 3/8 " 9,5 0,00 0,00 200,00 0,00 100,00 0,00 0,00 200,00 0,00 100,00
2 N°8 2,38 1,32 1,32 198,68 0,66 99,34 14,89 14,89 185,11 7,45 92,56
3 N°10 2,00 27,19 28,51 171,49 14,26 85,75 19,07 33,96 166,04 16,98 83,02
4 N°12 1,68 47,73 76,24 123,76 38,12 61,88 15,83 49,79 150,21 24,90 75,11
5 N°16 1,19 109,14 185,38 14,62 92,69 7,31 48,14 97,93 102,07 48,97 51,04
6 N°18 1,00 9,67 195,05 4,95 97,53 2,47 26,57 124,50 75,50 62,25 37,75
7 N°20 0,84 1,40 196,45 3,55 98,23 1,78 25,37 149,87 50,13 74,94 25,07
8 N°30 0,59 0,75 197,20 2,80 98,60 1,40 42,31 192,18 7,82 96,09 3,91
9 N°40 0,42 1,70 198,90 1,10 99,45 0,55 7,40 199,58 0,42 99,79 0,21
10 N°60 0,25 1,02 199,92 0,08 99,96 0,04 0,42 200,00 0,00 100,00 0,00
11 N°80 0,18 0,08 200,00 0,00 100,00 0,00 - - - - -
Bandeja(Sobrante) - 0,00 200,00 0,00 100,00 0,00 0,00 200,00 0,00 100,00 0,00
219
Tabla 75 Granulometría - Filtro 2
FILTRO N° 2
GRANULOMETRIA FECHA DE REALIZACION: 27-06-2017
ANTRACITA ARENA
TAMIZ
MUESTRA
INICIAL (g) 210
MUESTRA
INICIAL (g) 250,15
1 2 3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8
Nº TAMIZ TAMIZ RETENIDO PASA % % RETENIDO PASA % %
PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA
- - ( mm ) ( g ) ( g ) (g) - - ( g ) ( g ) (g) - -
1 3/8 " 9,5 0,00 0,00 210,00 0,00 100,00 0,00 0,00 250,15 0,00 100,00
2 N°8 2,38 2,56 2,56 207,44 1,22 98,78 22,33 22,33 227,82 8,93 91,07
3 N°10 2,00 22,71 25,27 184,73 12,03 87,97 26,51 48,84 201,31 19,52 80,48
4 N°12 1,68 49,35 74,62 135,38 35,53 64,47 19,01 67,85 182,30 27,12 72,88
5 N°16 1,19 97,23 171,85 38,15 81,83 18,17 59,22 127,07 123,08 50,80 49,20
6 N°18 1,00 26,20 198,05 11,95 94,31 5,69 27,66 154,73 95,42 61,85 38,15
7 N°20 0,84 7,66 205,71 4,29 97,96 2,04 24,26 178,99 71,16 71,55 28,45
8 N°30 0,59 2,06 207,77 2,23 98,94 1,06 53,88 232,87 17,28 93,09 6,91
9 N°40 0,42 1,70 209,47 0,53 99,75 0,25 16,71 249,58 0,57 99,77 0,23
10 N°60 0,25 0,25 209,72 0,28 99,87 0,13 0,46 250,04 0,11 99,96 0,04
11 N°80 0,18 0,09 209,81 0,19 99,91 0,09 - - - - -
Bandeja(Sobrante) - 0,19 210,00 0,00 100,00 0,00 0,11 250,15 0,00 100,00 0,00
220
Tabla 76 Granulometría - Filtro 3
FILTRO N° 3
GRANULOMETRIA FECHA DE REALIZACION: 27-06-2017
ANTRACITA ARENA
TAMIZ
MUESTRA
INICIAL (g) 205,1
MUESTRA
INICIAL (g) 215,3
1 2 3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8
Nº TAMIZ TAMIZ RETENIDO PASA % % RETENIDO PASA % %
PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA
- - ( mm ) ( g ) ( g ) (g) - - ( g ) ( g ) (g) - -
1 3/8 " 9,5 0,00 0,00 205,10 0,00 100,00 0,00 0,00 215,30 0,00 100,00
2 N°8 2,38 5,01 5,01 200,09 2,44 97,56 7,25 7,25 208,05 3,37 96,63
3 N°10 2,00 29,11 34,12 170,98 16,64 83,36 15,02 22,27 193,03 10,34 89,66
4 N°12 1,68 35,69 69,81 135,29 34,04 65,96 17,33 39,60 175,70 18,39 81,61
5 N°16 1,19 98,65 168,46 36,64 82,14 17,86 41,22 80,82 134,48 37,54 62,46
6 N°18 1,00 21,22 189,68 15,42 92,48 7,52 29,11 109,93 105,37 51,06 48,94
7 N°20 0,84 10,22 199,90 5,20 97,46 2,54 26,66 136,59 78,71 63,44 36,56
8 N°30 0,59 3,01 202,91 2,19 98,93 1,07 57,90 194,49 20,81 90,33 9,67
9 N°40 0,42 1,25 204,16 0,94 99,54 0,46 16,71 211,20 4,10 98,10 1,90
10 N°60 0,25 0,41 204,57 0,53 99,74 0,26 2,56 213,76 1,54 99,28 0,72
11 N°80 0,18 0,00 204,57 0,53 99,74 0,26 0,80 214,56 0,74 99,66 0,34
Bandeja(Sobrante) - 0,53 205,10 0,00 100,00 0,00 0,74 215,30 0,00 100,00 0,00
221
Tabla 77 Granulometría - Filtro 4
FILTRO N° 4
GRANULOMETRIA FECHA DE REALIZACION: 30-06-2017
ANTRACITA ARENA
TAMIZ
MUESTRA
INICIAL (g) 220
MUESTRA
INICIAL (g) 210,55
1 2 3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8
Nº TAMIZ TAMIZ RETENIDO PASA % % RETENIDO PASA % %
PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA
- - ( mm ) ( g ) ( g ) (g) - - ( g ) ( g ) (g) - -
1 3/8 " 9,5 0,00 0,00 220,00 0,00 100,00 0,00 0,00 210,55 0,00 100,00
2 N°8 2,38 2,10 2,10 217,90 0,95 99,05 3,51 3,51 207,04 1,67 98,33
3 N°10 2,00 32,12 34,22 185,78 15,55 84,45 10,33 13,84 196,71 6,57 93,43
4 N°12 1,68 51,13 85,35 134,65 38,80 61,20 18,26 32,10 178,45 15,25 84,75
5 N°16 1,19 101,22 186,57 33,43 84,80 15,20 51,91 84,01 126,54 39,90 60,10
6 N°18 1,00 21,70 208,27 11,73 94,67 5,33 22,60 106,61 103,94 50,63 49,37
7 N°20 0,84 7,09 215,36 4,64 97,89 2,11 28,03 134,64 75,91 63,95 36,05
8 N°30 0,59 3,22 218,58 1,42 99,35 0,65 49,30 183,94 26,61 87,36 12,64
9 N°40 0,42 1,25 219,83 0,17 99,92 0,08 15,22 199,16 11,39 94,59 5,41
10 N°60 0,25 0,03 219,86 0,14 99,94 0,06 10,07 209,23 1,32 99,37 0,63
11 N°80 0,18 - - - - 0,22 209,45 1,10 99,48 0,52
Bandeja(Sobrante) - 0,14 220,00 0,00 100,00 0,00 1,10 210,55 0,00 100,00 0,00
222
Tabla 78 Granulometría - Filtro 5
FILTRO N° 5
GRANULOMETRIA FECHA DE REALIZACION: 30-06-2017
ANTRACITA ARENA
TAMIZ
MUESTRA
INICIAL (g) 205,5
MUESTRA
INICIAL (g) 215
1 2 3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8
Nº TAMIZ TAMIZ RETENIDO PASA % % RETENIDO PASA % %
PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA PARCIAL ACUMULADO ACUMULADO RETENIDO PASA
- - ( mm ) ( g ) ( g ) (g) - - ( g ) ( g ) (g) - -
1 3/8 " 9,5 0,00 0,00 205,50 0,00 100,00 0,00 0,00 215,00 0,00 100,00
2 N°8 2,38 3,25 3,25 202,25 1,58 98,42 11,26 11,26 203,74 5,24 94,76
3 N°10 2,00 29,85 33,10 172,40 16,11 83,89 18,00 29,26 185,74 13,61 86,39
4 N°12 1,68 49,25 82,35 123,15 40,07 59,93 18,26 47,52 167,48 22,10 77,90
5 N°16 1,19 94,50 176,85 28,65 86,06 13,94 46,11 93,63 121,37 43,55 56,45
6 N°18 1,00 24,22 201,07 4,43 97,84 2,16 25,08 118,71 96,29 55,21 44,79
7 N°20 0,84 2,03 203,10 2,40 98,83 1,17 23,22 141,93 73,07 66,01 33,99
8 N°30 0,59 1,20 204,30 1,20 99,42 0,58 51,22 193,15 21,85 89,84 10,16
9 N°40 0,42 1,05 205,35 0,15 99,93 0,07 18,33 211,48 3,52 98,36 1,64
10 N°60 0,25 0,07 205,42 0,08 99,96 0,04 2,15 213,63 1,37 99,36 0,64
11 N°80 0,18 - - - - - - - - - -
Bandeja(Sobrante) - 0,08 205,50 0,00 100,00 0,00 1,37 215,00 0,00 100,00 0,00
223
Gráfico 33 Análisis Granulométrico Filtro 1
Gráfico 34 Análisis Granulométrico Filtro 2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10
% Q
UE
PA
SA (
%)
ABERTURA DE TAMIZ (MM)
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO FILTRO N°1
ANTRACITA
ARENA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10
% Q
UE
PA
SA (
%)
ABERTURA DE TAMIZ (MM)
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO FILTRO N°2
ANTRACITA
ARENA
224
Gráfico 35 Análisis Granulométrico Filtro 3
Gráfico 36 Análisis Granulométrico Filtro 4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10
% Q
UE
PA
SA (
%)
ABERTURA DE TAMIZ (MM)
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO FILTRO N°3
ANTRACITA
ARENA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10
% Q
UE
PA
SA (
%)
ABERTURA DE TAMIZ (MM)
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO FILTRO N°4
ANTRACITA
ARENA
225
Gráfico 37 Análisis Granulométrico Filtro 5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10
% Q
UE
PA
SA (
%)
ABERTURA DE TAMIZ (MM)
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO FILTRO N°5
ANTRACITA
ARENA
226
ANEXO 08
REGISTRO DE
CHARLAS
227
ANEXO 08
REGSITRO DE CHARLAS
Ilustración 63 Cuadro de registro de asistencias
228
ANEXO 09
FOTOGRAFIAS
229
ANEXO 09
FOTOGRAFIAS
LEVANTAMIENTO GEOMÉTRICO DE LAS UNIDADES
Ilustración 64 Toma de dimensiones de las unidades
Ilustración 65 Levantamiento de Información sobre la PTAP
AFOROS
Ilustración 66 Aforos de caudal canal de mezcla rápida
230
PRUEBAS Y ENSAYOS (EFICIENCIA DE LA PTAP)
Ilustración 67 Prueba de expansión
lecho filtrante
Ilustración 68 Medición de espesor del
lecho filtrante
Ilustración 69 Análisis Granulométrico
de los filtros.
Ilustración 70 Ensayo Tiempos óptimos
de lavado de filtros.
231
Ilustración 71 Turbidimetro portátil y conductivímetro digital.
Ilustración 72 Preparación de la
solución Trazadora (sal en grano).
Ilustración 73 Agregado de la sustancia
trazadora al inicio de la unidad
232
Ilustración 74 Toma de lecturas de conductividad a la salida de las unidades
233
ANEXO 10
NORMATIVA
LEGAL
234
ANEXO 10
NORMATIVA LEGAL
ANCLAJE JURIDICO EN EL CUAL SE SUSTENTA EL ESTUDIO TÉCNICO
Dentro de los aspectos legales que se emplean como apoyo para el desarrollo del estudio
técnico y el adecuado funcionamiento de la PTAP del cantón Santiago de Píllaro están en
las disposiciones que regulan el recurso hídrico, la normativa legal usada se describe a
continuación.
CONSTITUCIÓN DE LA REPUBLICA DEL ECUADOR
La constitución de la República del Ecuador, publicada el 20 de Octubre del 2008 en Quito,
mediante el registro oficial N° 449 establece:
TITULO II: DERECHOS
Capitulo segundo: Derechos del buen vivir
Sección primera: Agua y alimentación
Art. 12.- El derecho humano al agua es fundamental e irrenunciable. El agua constituye
patrimonio nacional estratégico de uso público, inalienable, imprescriptible, inembargable
y esencial para la vida.
Sección segunda: Ambiente sano
Art. 14.- Se reconoce el derecho a la población a vivir en un ambiente sano y
ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, Sumak kawsay.
Se declara de interés público la preservación del ambiente, la conservación de los
ecosistemas, la biodiversidad, la integridad del patrimonio genético del país, la prevención
del daño ambiental y la recuperación de los espacios naturales degradados.
Capítulo séptimo
Derechos de la naturaleza
Art. 71.- La naturaleza o Pacha Mama, donde se reproduce y realiza la vida tiene derecho
a que se respete integralmente su existencia y el mantenimiento y regeneración de sus ciclos
vitales, estructura, funciones y procesos evolutivos. Toda persona, comunidad, pueblo o
nacionalidad podrá exigir a la autoridad pública el cumplimiento de los derechos de la
naturaleza. Para aplicar e interpretar estos derechos se observarán los principios
235
establecidos en la Constitución, en lo que proceda. El Estado incentivará a las personas
naturales y jurídicas, y a los colectivos para que protejan la naturaleza, y promoverá el
respeto a todos los elementos que forman un ecosistema.
Art. 72.- La naturaleza tiene derecho a la restauración. Esta restauración será
independiente de la obligación que tienen el Estado y las personas naturales o jurídicas de
indemnizar a los individuos y colectivos que dependen de los sistemas naturales afectados.
En los casos de impacto ambiental grave o permanente, incluidos los ocasionados por la
explotación de los recursos naturales no renovables, el Estado establecerá los mecanismos
más eficaces para alcanzar la restauración, y adoptará las medidas adecuadas para
eliminar o mitigar las consecuencias ambientales nocivas.
Art. 74.- Las personas, comunidades, pueblos y nacionalidades tendrán derecho a
beneficiarse del ambiente y de las riquezas naturales que les permita el Buen Vivir. Los
servicios ambientales no serán susceptibles de apropiación; su producción, prestación, uso
y aprovechamiento serán regulados por el estado.
TITULO VII
REGIMEN DEL BUEN VIVIR
Capítulo segundo: Biodiversidad y recursos naturales
Sección primera: Naturaleza y ambiente
Art. 395.- la constitución reconoce los siguientes principios ambientales: El estado
garantizará un modelo sustentable de desarrollo, ambientalmente equilibrado y respetuoso
de la diversidad cultural, que conserve la biodiversidad y la capacidad de regeneración
natural de los ecosistemas, y asegure la satisfacción de las necesidades de las generaciones
presentes y futuras.
Sección sexta: Agua
Art.411.- el estado garantizara la conservación, recuperación y manejo integral de los
recursos hídricos, cuencas hidrográficas y caudales ecológicos asociados al ciclo
hidrológico. Se regulara toda actividad que pueda afectar la calidad y cantidad de agua y
el equilibrio de los ecosistemas, en especial en las fuentes y zonas de recarga de agua. La
sustentabilidad de los ecosistemas y el consumo humano serán prioritarios en el uso
y aprovechamiento del agua.
236
Art. 412.- La autoridad a cargo de la gestión del agua será responsable de su planificación,
regulación y control. Esta autoridad cooperará y se coordinará con la que tenga a su cargo
la gestión ambiental para garantizar el manejo del agua con un enfoque eco sistémico.
Sección séptima: Biosfera, ecología urbana y energías alternativas
Art. 415.- el estado central y los gobiernos autónomos descentralizados adoptaran políticas
integrales y participativas de ordenamiento territorial urbano y de uso del suelo, que
permitan regular el crecimiento urbano, el manejo de la fauna urbana e incentiven el
establecimiento de zonas verdes. Los gobiernos autónomos descentralizados desarrollaran
programas de uso racional del agua, y de reducción reciclaje y tratamiento adecuado
de desechos sólidos y líquidos. Se incentivara y facilitara el transporte terrestre no
motorizado, en especial mediante el establecimiento de ciclo vías.
LEY DE PREVENCIÓN Y CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN
Publicada en el registro oficial suplemento 418 de 10 de septiembre del 2004.
CAPITULO II
DE LA PREVENCION Y CONTROL DE LA CONTAMINACION DE LAS AGUAS
Art. 6.- Queda prohibido descargar, sin sujetarse a las correspondientes normas técnicas y
regulaciones, a las redes de alcantarillado, o en las quebradas, acequias, ríos, lagos
naturales o artificiales, o en las aguas marítimas, así como infiltrar en terrenos, las aguas
residuales que contengan contaminantes que sean nocivos a la salud humana, a la fauna, a
la flora y a las propiedades.
Art. 7.- El Consejo Nacional de Recursos Hídricos, en coordinación con los Ministerios de
Salud y del Ambiente, según el caso, elaborarán los proyectos de normas técnicas y de las
regulaciones para autorizar las descargas de líquidos residuales, de acuerdo con la calidad
de agua que deba tener el cuerpo receptor.
Art. 8.- Los Ministerios de Salud y del Ambiente, en sus respectivas áreas de competencia,
fijarán el grado de tratamiento que deban tener los residuos líquidos a descargar en el
cuerpo receptor, cualquiera sea su origen.
Art. 9.- Los Ministerios de Salud y del Ambiente, en sus respectivas áreas de competencia,
también, están facultados para supervisar la construcción de las plantas de tratamiento de
237
aguas residuales, así como de su operación y mantenimiento, con el propósito de lograr los
objetivos de esta Ley.
TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACIÓN AMBIENTAL SECUNDARIA DEL
MINISTERÍO DEL AMBIENTE
Expedida mediante Decreto Ejecutivo N° 3399, publicada en el Registro Oficial N° 725 de
16 de diciembre del 2002.
Libro VI. de la calidad Ambiental.
“Art. 15.- Determinación de la necesidad de la evaluación de impactos ambientales
(tamizado).
La institución integrante del Sistema Nacional Descentralizado de gestión Ambiental en
su calidad de autoridad ambiental de aplicación debe disponer de métodos y
procedimientos adecuados para determinar la necesidad (o no) de un proceso de
evaluación de impactos ambientales en función de las características de una actividad o
un proyecto propuesto. Estos métodos pueden consistir en:
a) Lista taxativa y umbrales que determinen la actividad de proyectos
sujetos a un proceso de evaluación de impactos ambientales,
incluyendo criterios complementarios para la determinación de la
necesidad de una evaluación de impactos ambientales.
“Art. 73.- Control de calidad
Los procedimientos de control de calidad analítica y métodos de análisis empleados en la
caracterización de las emisiones, descargas y vertidos, control de procesos de tratamiento,
monitoreo y vigilancia de la calidad del recurso, serán los indicados en las respectivas
normas técnicas ecuatorianas o en su defecto estándares aceptados en el ámbito
internacional. Los análisis se realizarán en laboratorios acreditados. Las entidades de
control utilizarán, de tenerlos, sus laboratorios.”
238
NORMATIVA TÉCNICA ECUATORIANA
RTE INEN 023:2013 Modificatoria 1, Agua potable, Expedida por Resolución N° 13094
de 2013-04-30, publicado en el Registro Oficial N° 7 de 2013-06-04.
NTE INEN 1108:2011, Agua potable. Requisitos, Quinta revisión 2014, Expedida por
Resolución N° 11 135 de 2011-05-20, publicado en el Registro Oficial N° 481 de 2011-
06-30.
NTE INEN 2176:98, Agua. Calidad del agua. Muestreo. Técnicas de muestreo, Expedida
por Resolución N° S/N de S/F, publicado en el Registro Oficial N° S/N de S/F.
LEGISLACIÓN DEL GOBIERNO AUTONOMO DESCENTRALIZADO DE
PÍLLARO
Las siguientes ordenanzas tienen relación con la protección ambiental dentro del cantón
Santiago de Píllaro y respaldan a la Legislación Nacional, se hace mención de las
diferentes Ordenanzas y Reglamentos en la que se respaldarán el estudio técnico en base
al recurso hídrico.
“ORDENANZA DE PREVENCIÓN, CONTROL Y MANEJO AMBIENTAL
SOBRE LA CONTAMINACIÓN POR AGUAS RESIDUALES, DESECHOS
INDUSTRIALES Y OTRAS FUENTES FIJAS EN EL RECURSO AGUA.”
“REGLAMENTO PARA LA APLICACIÓN DE LA ORDENANZA DE
PREVENCIÓN, CONTROL Y MANEJO AMBIENTAL SOBRE LA
CONTAMINACIÓN POR AGUAS RESIDUALES, DESECHOS
INDUSTRIALES Y OTRAS FUENTES FIJAS EN EL RECURSO AGUA.”
Art.27.- Uso de Áreas naturales y de protección ecológica
Art.28.- Reglamentación de las zonas de uso de suelo de aprovechamiento de recursos
naturales.
La Ley del Medio Ambiente de Ecuador en sus artículos expresa:
“Art. 86.- El Estado protegerá el derecho de la población a vivir en un medio
ambiente sano y ecológicamente equilibrado, que garantice un desarrollo sustentable.
Velará para que éste derecho no sea afectado y garantizará la preservación de la
naturaleza. Se declaran de interés público y se regularán conforme a la ley:
239
1. La preservación del medioambiente, la conservación de los ecosistemas, la
biodiversidad y la integridad del patrimonio genético del país.
2. La prevención de la contaminación ambiental, la recuperación de los
espacios naturales degradados, el manejo sustentable de los recursos naturales
y los requisitos que para estos fines deberán cumplir las actividades públicas y
privadas.
3. El establecimiento de un sistema nacional de áreas naturales protegidas, que
garantice la conservación de la biodiversidad y el mantenimiento de los servicios
ecológicos, de conformidad con los convenios y tratados internacionales.
240
ANEXO 11
PLANOS HIDRÁULICOS
UNIDADES OPERATIVAS
241
ANEXO 11
PLANOS HIDRÁULICOS UNIDADES OPERATIVAS
242
243
244
a
N° de Plano:
PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AGUA POTABLE -PILLARO
Revisión:
06/04/2017
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
Revisado:
INICIAL FIRMA
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
Fecha:
A1
ESTUDIO TÉCNICO
Diseñado:
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
0
Escala:
Dibujado:
AUTORES : ARIAS HUDER
QUIHSPE BYRON
N°: 01 DE: 01Formato:
s/n
Aprobado:
CONTROL
Contenido:
CUARTO DE CLORO - GAS
CUARTO DE
DOSIFICACIÓN
PARQUEADEROS
CERRAMIENTO
TANQUE
FLOCULADOR
PLANTA DE TRATAMEINTO DE AGUA POTABLE CANTÓN PILLARO
BODEGA
ENTRADA
CÁMARA DE
LLEGADA
CASETA DE GUARDIANIA
TANQUES DE
FILTRACIÓN
ESC. 1:100
CANAL DE RECOLECCIÓN
CÁ
MA
RA
2
TANQUE
SEDIMENTADOR
CÁMARA DE CONTACTO
CÁ
MA
RA
2
CÁ
MA
RA
1
CÁ
MA
RA
1
245
ANEXO 12
PLANOS DE LA PROPUESTA DE
MEJORA
246
ANEXO 12
PLANOS DE DISEÑO - PROPUESTA DE MEJORA
247
ANEXO 13
CARACTERISTICAS
Y PARÁMETROS
MEDIDOS IN SITU
248
ANEXO 13
CARACTERISTICAS Y PARÁMETROS MEDIDOS EN SITU
AFORAMIENTO DEL CAUDAL
MEDICIÓN DE pH Y TEMPERATUTA
Los datos de las características y parámetros del agua que ingresa a la PTAP fueron tomados
a la salida de la cámara de llegada, se analizaron los parámetros de pH y temperatura con la
ayuda de un kit portátil “PENTAIR - pH and CL” y un termómetro digital para la primera
etapa del monitoreo, para la obtención de los datos relacionados al cloro residual se realizó
con la ayuda de una equipo portátil paramétrico “HANNA instruments – HI701-25 FREE
CHLORINE REAGENT” de los cuales fue facilitados por los operadores de la PTAP, los
resultados se pueden observar en las siguientes tablas, los datos obtenidos fueron tomados
durante 5 meses en días aleatorios de cada mes .
Tabla 79 Mediciones del pH y temperatura en entrada y salida de la PTAP
DIAS FECHAS TEMPERATURA pH(ENTRADA) pH(SALIDA)
°C
DIA 1 21/11/2016 13,62 6,80 6,90
DIA 2 15/12/2017 13,60 7,30 7,00
DIA 3 19/01/2017 13,67 7,10 6,90
DIA 4 23/03/2017 13,58 7,50 7,30
PROMEDIO
13,62 7,20 7,0
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
249
Gráfico 38 Curva de temperatura del agua cruda
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Gráfico 39 Curva del pH en la entrada
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
13,62
13,60
13,67
13,58
13,55
13,60
13,65
13,70
0 1 2 3 4 5
TEM
PER
ATU
RA
°C
DIAS
TEMPERATURA
6,80
7,30
7,10
7,50
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
pH
DIAS
pH (ENTRADA)
250
Gráfico 40 Curva del pH en la salida
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
La norma INEN 1108 establece valores permisibles de pH para el consumo de agua entre
6,5 y 8,5 pH. En los días de monitoreo se obtuvo un valor promedio de 7,23 en la entrada
y un valor de 7,0 a la salida de la PTAP el cual se encuentra en el rango establecido.
Tabla 80 Mediciones del cloro residual
DIAS FECHAS
CLORO
RESIDUAL(SALIDA
PTAP)
CLORO RESIDUAL
(TANQUE
ALMACENAMIENTO.)
Ppm Ppm
DIA 1 21/11/2016 1,32 0,72
DIA 2 15/12/2017 1,22 0,89
DIA 3 19/01/2017 1,59 1,05
DIA 4 23/03/2017 1,07 0,63
PROMEDIO 1,30 0,82
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
6,907,00
6,90
7,30
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
0 1 2 3 4 5
pH
DIAS
pH (SALIDA)
DATOS pH
251
Ilustración 75 Prueba de cloro
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
Gráfico 41 Curva del cloro residual en la salida PTAP
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
1,321,22
1,59
1,07
0,30
0,60
0,90
1,20
1,50
1,80
2,10
2,40
2,70
3,00
0 1 2 3 4 5
CL
pp
m
DIAS
CLORO RESIDUAL(SALIDA PTAP)
252
Gráfico 42 Curva del cloro residual en el tanque colector
Fuente: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
La norma INEN 1108 expone valores permisibles de concentración de cloro residual el cual
varía según el pH del agua tratada para el caso tenemos pH entre 6 y 7 pH por lo cual los
valores entre debe estar nuestra concentración de cloro residual debe ser de 0,3 a 1,5 ppm.
En los días de monitoreo se obtuvo un valor promedio de 1,30 ppm en la salida de la PTAP
y un valor de 0,82 ppm los tanques de almacenamiento los cuales se encuentran dentro del
rango que indica la Norma INEN 1108.
0,72
0,89
1,05
0,63
0,00
0,50
1,00
1,50
0 1 2 3 4 5
CL
pp
m
DIAS
CLORO RESIDUAL(T. COLECTOR )
253
ANEXO 14
ACCESORIOS DE
FIBRA DE VIDRIO
254
ANEXO 14
ACESORIOS DE FIBRA DE VIDRIO
Elaborado: (Arias Huder y Quishpe Byron, 2016)
ACCESORIO EN FIBRA DE
VIDRO ACLADO AL TANQUE
TANQUES DE SEDIMENTACIÓN
Y FLOCULACIÓN
255
ANEXO 15
NORMA INEN 1108 PARA AGUA
POTABLE
256
ANEXO 15
Requisitos que debe cumplir el agua para ser considerada como potable según la norma
INEN 1108
Los sistemas de abastecimiento de agua potable deben cumplir con los requisitos que
establecen a continuación, en las tablas establecidos por la Norma Ecuatoriana INEN 1108.
Características físicas, sustancias inorgánicas y radiactivas
PARAMETROS UNIDAD Límite máximo permitido
Características físicas
Color Unidades de color aparente (Pt-
Co)
15
Turbiedad NTU 5
Olor --- no objetante
Sabor --- no objetante
Inorgánicos
Antimonio, Sb mg/l 0,02
Arsénico, As mg/l 0,01
Barío, Ba mg/l 0,7
Boro, B mg/l 2,4
Cadmio, Cd mg/l 0,003
Cianuro, CN - mg/l 0,07
Cloro libre residual* mg/l 0,03 a 1,5 1)
Cobre, Cu mg/l 2,0
Cromo, Cr (cromo total) mg/l 0,05
Fluoruros mg/l 1,5
Mercurio, Hg mg/l 0,006
Níquel, Ni mg/l 0,07
Nitratos, NO3 - mg/l 50
Nitritos, NO2 - mg/l 3,0
Plomo, Pb mg/l 0,01
Radiación total α* Bg/l 0,5
Radiación total β** Bg/l 1,0
Selenio, Se mg/l 0,04 1) Es el rango en el que debe estar el cloro residual luego de un tiempo mínimo de contacto de
30 minutos * Corresponde a la radiación emitida por los siguientes radionucleídos: 210Po, 224Ra, 226Ra,
232Th, 234U, 238U, 239Pu ** Corresponde a la radiación emitida por los siguientes radionucleídos: 60Co, 89Sr, 90Sr, 129I,
141I, 134Cs, 137Cs, 210Pb, 228Ra
Fuente: (NTE INEN 1108, Quinta Revisón 2014)
257
Sustancias orgánicas
UNIDAD Límite máximo permitido
Hidrocarburos policíclicos aromáticos HAP
Benzo [a] pireno
mg/l 0,0007
Hidrocarburos:
Benceno
Tolueno
Xileno
Estireno
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
0,01
0,7
0,5
0,02
1,2dicloroetano mg/l 0,03
Cloruro de vinilo mg/l 0,0003
Tricloroeteno mg/l 0,02
Tetracloroeteno mg/l 0,04
Di(2-etilhexil) ftalato mg/l 0,008
Acrilamida mg/l 0,0005
Epiclorohidrina mg/l 0,0004
Hexaclorobutadieno mg/l 0,0006
1,2Dibromoetano mg/l 0,0004
1,4- Dioxano mg/l 0,05
Ácido Nitrilotriacético mg/l 0,2
Fuente: (NTE INEN 1108, Quinta Revisón 2014)
Plaguicidas
UNIDAD Límite máximo permitido
Atrazina y sus metabolitos cloro-s-triazína mg/l 0,1
Isoproturón mg/l 0,009
Lindano mg/l 0,002
Pendimetalina mg/l 0,02
Pentaclorofenol mg/l 0,009
Dicloroprop mg/l 0,1
Alacloro mg/l 0,02
Aldicarb mg/l 0,1
Aldrín y Dieldrín mg/l 0,00003
Carbofuran mg/l 0,007
Clorpirifós mg/l 0,03
DDT y metabolitos mg/l 0,001
1,2-Dibromo-3-cloropropano mg/l 0,001
1,3-Dicloropropeno mg/l 0,02
Dimetoato mg/l 0,006
Endrín mg/l 0,0006
Terbutilazina mg/l 0,007
Clordano mg/l 0,0002
Hidroxiatrazina mg/l 0,2
258
Fuente: (NTE INEN 1108, Quinta Revisón 2014)
Residuos de desinfectantes
UNIDAD Límite máximo permitido
Monocloramina,
Si pasa de 1,5 mg/l investigar:
N-Nitrosodimethylamine
mg/l
mg/l
3
0,0001
Fuente: (NTE INEN 1108, Quinta Revisón 2014)
Subproductos de desinfección
UNIDAD Límite máximo permitido
2, 4, 6-triclorofenol mg/l 0,2
Trihalometanol totales
Si pasa de 0,5 mg/l investigar:
Bromodiclorometano
Cloroformo
mg/l
mg/l
mg/l
0,5
0,06
0,3
Tricloroacetato mg/l 0,2
Fuente: (NTE INEN 1108, Quinta Revisón 2014)
Clanotoxinas
UNIDAD Límite máximo permitido
Microcistina-LR mg/l 0,001
Fuente: (NTE INEN 1108, Quinta Revisón 2014)
Requisitos microbiológicos
Máximo
Coliformes fecales (1):
Tubos múltiples NMP/100 ml ó
Filtración por membrana ufc/100 ml
< 1,1 *
<1 **
Cryptosporidium, numero de ooquistes/ litro Ausencia
Giardia, numero de quistes/ litro Ausencia * < 1,1 significa que en el ensayo del NMP utilizando 5 tubos de 20 cm3 ó 10 tubos de
10 cm3 ninguno es positivo ** < 1 significa que no se observan colonias
(1) ver anexo 1, para el número de unidades (muestras) a tomar de acuerdo con la
población servida
Fuente: (NTE INEN 1108, Quinta Revisón 2014)
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