CARACTERIZACIÓN HIDRICA Y DISEÑO HIDRAULICO DEL …

CARACTERIZACIÓN HIDRICA Y DISEÑO HIDRAULICO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO EN LA VEREDA

JAGUALITO PUEBLO NUEVO, MUNICIPIO DE GUAMO - TOLIMA

DAVID FELIPE HERRERA CLEVES COD.21.620.034 ESTUDIANTE

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA – SAM

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL

GIRARDOT 2020

CARACTERIZACIÓN HIDRICA Y DISEÑO HIDRAULICO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO EN LA VEREDA

JAGUALITO PUEBLO NUEVO, MUNICIPIO DE GUAMO - TOLIMA

Trabajo Realizado para Optar al título de Ingeniería Civil

DAVID FELIPE HERRERA CLEVES

COD.21620034

TUTORES ING.OSCAR EFREN OSPINA

ING. YAN MAURICIO ALMANZA

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA – SAM FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL GIRARDOT

2020

Nota de aceptación

_________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________

_________________________________ Presidente del Jurado

_________________________________ Jurado

_________________________________ Jurado

_________________________________ Jurado

Girardot, 23 octubre de 2020

AGRADECIMIENTOS

Primeramente, a Dios el cual nos llena de bendiciones todos los días, a mis padres

Ismael Herrera Devia, Danid Cleves Aragón; a mi hermana Maryi Julieth Herrera

Cleves quienes me apoyaron de forma de incondicional durante todo este largo

proceso académico; a mi compañera Estefany Geraldine Cardona que ha estado

guiándome y acompañándome en esta investigación; a camilo Antonio Gaitán

ingeniero químico el cual realizo aportes significativos en la investigación realizada.

Y especialmente a los ingenieros Yan Mauricio Almanza y Oscar Efrén Ospina,

docentes de la universidad piloto de Colombia seccional Alto Magdalena, los cuales

fueron los directores del proyecto brindando todo su conocimiento y apoyo me

encaminaron en el Área de investigación.

DEDICATORIA

A mis padres y hermana los cuales me han guiado en todo el proceso de la vida

enseñándome que siempre haciendo el bien sin pasar por encima de nadie se

pueden realizar las metas propuestas.

A Dios por siempre llenarme de bendiciones y guiarme en todo momento.

TABLA DE CONTENIDO

1. RESUMEN ........................................................................................................... 1

2. ABSTRACT .......................................................................................................... 2

3. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 3

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 4

4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA .................................................................. 4

5. OBJETIVOS ........................................................................................................ 5

5.1 GENERAL: .................................................................................................. 5

5.2 ESPECIFICOS: ........................................................................................... 5

7. DELIMITACIÓN DEL TEMA ................................................................................. 6

8. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. 7

9. MARCO DE REFERENCIA.................................................................................. 8

9.1 ANTECEDENTES .......................................................................................... 8

10. MARCO TEORICO .......................................................................................... 12

10.1 AGUAS SUBTERRANEAS ......................................................................... 12

10.2 CONTAMINANTES PRESENTES EN FUENTES HIDRICAS .................... 14

10.3 GENERALIDADES ..................................................................................... 17

10.4 CALCULO DE POBLACIÓN FUTURA ....................................................... 18

10.5 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO ............................................................ 23

10.5.1 Calculo del caudal................................................................................ 23

10.5.2 Filtros y como calcularlos ..................................................................... 28

11. MARCO CONCEPTUAL .................................................................................. 34

12. MARCO LEGAL ............................................................................................... 38

13. GENERALIDADES DE ÁREA DE ESTUDIO ................................................... 40

13.1 COBERTURA RURAL DE ACUEDUCTO EN LOS MUNICIPIOS DEL

DEPARTAMENTO DEL TOLIMA ....................................................................... 40

13.2 CARACTERIZACIÓN DEL MUNICIPIO ..................................................... 41

13.3 UBICACIÓN ESPECÍFICA DEL PROYECTO ............................................ 44

14. MARCO METODOLOGICO ............................................................................. 45

14.1 METODOLOGIA EXPLICATIVA ................................................................. 46

14.2 METODOLOGIA APLICADA ...................................................................... 46

15. VISITA GEOESPACIAL AL ACUEDUCTO VEREDAL .................................... 47

15.1 LEVANTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS EXISTENTES .................... 47

15.2 SOLICITUD DE INFORMACIÓN A LA ALCALDÍA MUNICIPAL ................ 48

16. TOMA DE LA MUESTRA ................................................................................. 51

16.1 LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE ANALISIS PARA LA MUESTRA DE

AGUA CRUDA ................................................................................................... 51

16.2 PROCESO DE MUESTRA A REALIZAR ................................................... 52

17. CARACTERIZACIÓN DE AGUA ...................................................................... 57

17.1 INFORME DE ENSAYO DE LABORATORIO NUMERO UNO .................. 57

17.2 INFORME DE ENSAYO DE LABORATORIO NUMERO DOS ................... 61

18. ANALSIS DE LOS RESULTADOS DE LABORATORIO .................................. 66

18.1 IMPLEMENTACIÓN DE ALTERNATIVA PRESENTADA ........................... 68

19. DISEÑO HIDRAULICO .................................................................................... 69

19.1 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN .......................................................... 69

19.1.1 Año y población de diseño ................................................................... 70

19.1.2 Caudal de diseño. ................................................................................ 71

19.2 CAMARA DE AQUIETAMINETO ............................................................... 72

19.3 FILTRO LENTO DE ARENA (FLA) ............................................................ 76

19.3 TANQUE DE REGULACION ...................................................................... 84

19.4 CONSOLIDADO DE ELEMENTOS ............................................................ 89

20. PERDIDAS DE ENERGIA EN LA RED ............................................................ 91

20.1 Perdidas ..................................................................................................... 91

21. CONCLUSIONES ............................................................................................ 98

22. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 101

TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1Tipos de rocas con textura y porosidad .............................................. 12

Ilustración 2 Tipos de captación: pozos-aljibes-manantiales ................................. 13

Ilustración 3 Efectividad FLA posterior a mantenimiento ....................................... 30

Ilustración 4 Ventajas FLA ..................................................................................... 31

Ilustración 5Cobertura rural de acueducto en los municipios del Tolima ............... 40

Ilustración 6 Municipio del Guamo Tolima y sus veredas ...................................... 41

Ilustración 7 Ubicación de los acuíferos en el departamento del Tolima ............... 42

Ilustración 8 Municipio del Guamo subyace sobre acuífero ................................... 43

Ilustración 9 Vereda Jagualito Pueblo Nuevo ........................................................ 44

Ilustración 10 Visita geoespacial ............................................................................ 47

Ilustración 11 Plano general del proyecto .............................................................. 48

Ilustración 12 Solicitud Alcaldía ............................................................................. 49

Ilustración 13 Respuesta alcaldía .......................................................................... 50

Ilustración 14 Coordenadas planas ........................................................................ 51

Ilustración 15 Flameado de boca del grifo ............................................................. 53

Ilustración 16 Equipo de toma de muestra ............................................................. 53

Ilustración 17 Toma de temperatura ...................................................................... 54

Ilustración 18 Toma de aforo ................................................................................. 55

Ilustración 19 Informe laboratorio AGUASLAB. ..................................................... 60

Ilustración 20 Informe laboratorio N° 2 ................................................................... 64

Ilustración 21 Grafico comparativo resultados laboratorios ................................... 66

Ilustración 22 Municipio del Guamo Tolima ........................................................... 69

Ilustración 23 Número de habitantes del Guamo Tolima ....................................... 70

Ilustración 24 Información de viviendas en el sector rural ..................................... 71

Ilustración 25 Cámara de aquietamiento corte A-A ............................................... 75

Ilustración 26 Cámara de aquietamiento vista en planta ....................................... 76

Ilustración 27 Diseño del filtro de arena lenta (FLA) corte A-A .............................. 82

Ilustración 28 Diseño del filtro de arena lenta (FLA) vista en planta ...................... 83

Ilustración 29 Tanque de almacenamiento vista en planta .................................... 86

Ilustración 30 Tanque de almacenamiento corte A-A ............................................ 87

Ilustración 31 Diseño final ...................................................................................... 89

Ilustración 32 Línea de energía.............................................................................. 97

TABLA DE TABLAS

Tabla 1 Valores de referencia resolución 2115 ...................................................... 16

Tabla 2.Dotación neta ............................................................................................ 23

Tabla 3.Caudal de diseño ...................................................................................... 24

Tabla 4 Tecnologías de tratamiento ....................................................................... 27

Tabla 5 Características de filtración ....................................................................... 32

Tabla 6 Aforo realizado .......................................................................................... 56

Tabla 7 Información de muestreo laboratorio N° 1 - 1328 ..................................... 57

Tabla 8 Resultados laboratorio N° 1 - 1328 ........................................................... 59

Tabla 9 Información de muestreo laboratorio N° 2 - 1515 ..................................... 61

Tabla 10 Resultados laboratorio N° 2 -1515 .......................................................... 63

Tabla 11 Tabla de construcción del (IRCA) .......................................................... 67

Tabla 12 Clasificación del IRCA ............................................................................. 67

Tabla 13 Años y población de la cabecera rural .................................................... 70

Tabla 14 Calculo de población ............................................................................... 71

Tabla 15 cálculos de caudales ............................................................................... 72

Tabla 16 Especificaciones bomba Barnes 4SP 4005 ............................................ 72

Tabla 17 Bomba sumergible tipo lapicero .............................................................. 73

Tabla 18 Datos de entrada de cámara de aquietamiento ...................................... 73

Tabla 19 Calculo de cámara de aquietamiento ...................................................... 74

Tabla 20 Dimensionamiento FLA ........................................................................... 77

Tabla 21 Perdidas de carga ................................................................................... 79

Tabla 22 Calculo altura de FLA.............................................................................. 81

Tabla 23 Calculo volumen del tanque .................................................................... 84

Tabla 24 Dimensiones del tanque de almacenamiento ......................................... 84

Tabla 25 Tiempo de vaciado del tanque ................................................................ 85

Tabla 26 Especificaciones bomba Barnes JET tipo JE 1 10-2-1 .......................... 88

Tabla 27 Parámetros de diseño en pérdidas ......................................................... 91

Tabla 28 parámetros preliminares ......................................................................... 92

Tabla 29 Pérdidas por accesorio ........................................................................... 92

Tabla 30 Pérdidas en tubería ................................................................................. 93

Tabla 31 Pérdidas en entradas y salidas ............................................................... 94

Tabla 32 Calculo de línea de energía y piezométrica tramo 1 ............................... 95

Tabla 33 Calculo de línea de energía y piezométrica tramo 2 ............................... 96

TABLA DE ECUACIONES

Ecuación 1 Método aritmético ................................................................................ 19

Ecuación 2 Método geométrico .............................................................................. 20

Ecuación 3 Tasa de crecimiento anual .................................................................. 20

Ecuación 4 Método exponencial ............................................................................ 21

Ecuación 5 Tasa de crecimiento de población ....................................................... 21

Ecuación 6 Comprobante de método Wappaus .................................................... 22

Ecuación 7 Tasa de crecimiento ............................................................................ 22

Ecuación 8 Método Wappaus ................................................................................ 23

Ecuación 9.Dotación bruta ..................................................................................... 24

Ecuación 10 Calculo tiempo de vaciado ................................................................ 26

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1. RESUMEN

En el presente proyecto de investigación se aborda la calidad de agua en una fuente

hídrica subterránea que es utilizada como fuente de abastecimiento de un

acueducto veredal en el municipio del Guamo Tolima en la vereda Jagualito Pueblo,

por ende no se cuenta con los registros u o procesos que garanticen que el fluido

utilizado cumpla con las normas mínimas estipuladas por el ministerio de la

protección social ,ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial mediante

la resolución 2115 del 22 de junio de 2007.

El objetivo del proyecto consiste en realizar la caracterización hidráulica y el diseño

hidráulico con el fin de entregar todos los procesos que garanticen que el fluido se

encuentre en buenas condiciones y no tenga repercusiones en la salud de los

habitantes de esta zona veredal.

2

2. ABSTRACT

This research project addresses water quality in an underground water source that

is used as a source of supply of a veredal aqueduct in the municipality of Guamo

Tolima on the Jagualito Pueblo site, so there are no records or processes to ensure

that the fluid used complies with the minimum standards stipulated by the Ministry

of Social Protection, Ministry of Environment, Housing and Territorial Development

by resolution 2115 of 22 June 2007.

The objective of the project is to carry out hydraulic characterization and hydraulic

design in order to deliver all processes that ensure that the fluid is in good condition

and has no impact on the health of the inhabitants of this veredal area.

3

3. INTRODUCCIÓN

El agua es un recurso natural fundamental para la sostenibilidad de la vida, desde

la antigüedad las primeras civilizaciones se acentuaron al lado de los ríos ya que

con estos podían obtener este líquido indispensable para su abastecimiento. Hoy

en día las aguas subterráneas son fuente de abastecimiento de agua potable poco

utilizada debido a su proceso de extracción, ayudan en algunas ocasiones al

sostenimiento de fuentes hídricas como lagos, humedales, entre otros.

El agua se declaró como derecho fundamental en Colombia según la sentencia T-

790 de 2014 de la corte constitucional, es por ello que el estado debe garantizar el

acceso para el desarrollo del ser humano.

Se realizó la caracterización de la fuente hídrica, en donde se hicieron los análisis

fisicoquímicos y microbiológicos, ubicando el punto de captación con las

coordenadas planas, Norte 902292, Este 944424 con altitud de 339 metros sobre el

nivel del mar en la vereda Jagualito Pueblo Nuevo. La primera toma de muestra se

realizó en época de sequía y la segunda en tiempo lluvioso, la muestra fue analizada

en el laboratorio AGUASLAB ubicado en la ciudad de Girardot-Cundinamarca.

El objetivo del proyecto es realizar el diseño hidráulico al sistema de tratamiento de

agua potable de la vereda Jagualito Pueblo Nuevo del municipio del Guamo –

Tolima, esto debido al riesgo al que están sometidos los habitantes de la comunidad

veredal por desconocimiento de posibles contaminantes presentes en el agua, con

el propósito de mejorar la calidad de vida de los habitantes de la zona.

4

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

¿Los pobladores de la zona veredal de Pueblo Nuevo cuentan con un recurso

hídrico apto para el consumo humano?

El riesgo al que están sometidos los habitantes de la comunidad veredal están

dados por el desconocimiento de todos los factores que pueden llegar a contaminar

el fluido, debido a que actualmente solo se realiza distribución del agua y no se

ejecuta ningún tipo de tratamiento para su potabilización. La contaminación se

puede dar ya sea por agentes químicos, físicos o microbiológicos, los cuales se

introducen a las fuentes hídricas de forma directa o indirectamente, un ejemplo de

ello es el uso de agroquímicos (fertilizantes, plaguicidas), que se depositan por

filtración y/o aireación en los acuíferos cercanos y por escorrentía a las fuentes

hídricas superficiales. Por otra parte, se desconoce los minerales que se encuentran

presentes en el fluido llegando algunos incluso a ser nocivos para el ser humano,

un ejemplo de esto son los metales tóxicos, como el plomo, mercurio, cromo,

arsénico, entre otros.

5

5. OBJETIVOS

5.1 GENERAL:

Realizar el diseño hidráulico al sistema de tratamiento de agua potable de la vereda

Jagualito Pueblo Nuevo del municipio del Guamo – Tolima.

5.2 ESPECIFICOS:

Realizar la caracterización hídrica de la fuente subterránea mediante el

análisis de muestras de aguas en temporada seca y de invierno.

Realizar la georreferenciación de la fuente hídrica subterránea de estudio con

lo cual se tendrá la localización exacta para la utilización en proyectos

futuros. Para reconocer el posicionamiento espacial de una estructura.

Determinar las propiedades físico-químicas y microbiológicas presentes en

la fuente hídrica de estudio (subterránea).

Establecer si hay contaminantes presentes en el agua que impliquen riesgo

a la salud humana.

Realizar el cálculo del IRCA para determinar el nivel de riesgo del agua

suministrada para el consumo humano

Realizar los respectivos diseños en el software de AutoCAD y ArcGIS

necesarios para la construcción del proyecto.

Determinar si el área disponible es idónea para la construcción del proyecto.

6

7. DELIMITACIÓN DEL TEMA

Con el propósito de mejorar la calidad de vida de los habitantes de la zona veredal

de Jagualito Pueblo Nuevo que hace parte del municipio del Guamo - Tolima, se

plantea realizar el análisis de las fuentes hídricas con el fin de determinar los

contaminantes presentes y definir el mejoramiento al suministro de agua existente,

esto mediante la implementación de procesos de potabilización.

La metodología comprenderá en la caracterización hídrica y el diseño hidráulico,

esto debido a que actualmente solo se realiza distribución del fluido y no se ejecuta

ningún tipo de tratamiento para su potabilización, el proceso actual consiste en:

captar el agua de una fuente hídrica subterránea(Acuífero) que posteriormente es

llevada a un tanque elevado para su distribución por gravedad. Con el fin de

determinar las condiciones reales del fluido para el tratamiento de potabilización, se

hará la caracterización de la fuente hídrica circundante al área en cuestión y se

planteará un proceso tratamiento que permita cumplir con la resolución 2115 del

2017.

7

8. JUSTIFICACIÓN

Teniendo en cuenta la jurisprudencia constitucional, según lo establecido en el

derecho fundamental al agua dado por la sentencia T-740/11, se reconoce que el

derecho humano al mínimo vital de agua debe cumplir con una serie de requisitos

que garanticen la calidad, cantidad y un fácil acceso del fluido, estas condiciones

hoy en día no se ven reflejadas en la zona veredal de estudio, puesto que el punto

más importante en cuestión, que sería la calidad del agua no es garantizada, a

causa de esto, se está dejando a los habitantes desprotegidos ante cualquier tipo

de afectaciones contra su salud y poniendo de esta forma en riesgo la calidad de

vida de los pobladores. Por tal motivo, se plantea el análisis de la fuente de

abastecimiento actual (acuífero) con el fin de obtener la caracterización hídrica, con

ello se conocerán aquellos factores a los que se encuentra expuestos esta

comunidad y cuáles serán los métodos a implementar para el diseño hidráulico y

correcta potabilización del agua.

8

9. MARCO DE REFERENCIA

9.1 ANTECEDENTES

El acueducto es la forma de conducir el agua desde una fuente de abastecimiento,

la cual puede ser utilizada en el consumo de las viviendas, riegos o cosechas. El

primer acueducto se denominó “Jerwan”, construido alrededor del año 700 a.C., en

Nínive, capital de Asiria. En esa misma época, Ezequías, rey de Judá (715 a 586

a.C.), planificó y construyó un sistema de abastecimiento de agua de 30 km de

longitud para la ciudad de Jerusalén. (la nacion, 2014).

En Latinoamérica, las culturas indígenas aztecas, en México; mayas, en Guatemala;

e Incas en Perú y Bolivia, crearon verdaderas obras de ingeniería para abastecer a

sus poblaciones. Un ejemplo nacional es el acueducto de Guayabo, Turrialba,

construido hace más de 1.000 años y declarado Patrimonio de la Ingeniería por la

Asociación Americana de Ingenieros (2009).

En 1804, John Gill desarrolló, en Escocia, el primer suministro de agua potable

filtrada trasladada a Glasgow. En 1806, en París, se comenzó a operar la mayor

planta potabilizadora de la época, con un sedimentador y un filtro de arena y carbón,

con 12 y 6 horas de tiempo de retención, respectivamente. Tiempo después, en

1827, el inglés James Simplón construyó un filtro “lento” de arena muy efectivo para

potabilizar el agua. No obstante, el mayor desarrollo en plantas potabilizadoras se

dio después de 1854, cuando se empezó a ver los primeros efectos de los

contaminantes en las fuentes hídricas, y el desafío de potabilizarlas. (la nacion,

2014).

En cuanto a sistemas de acueducto veredales se encontró amplia información, de

los cuales se nombrarán aquellos proyectos de mayor actualidad:

9

Propuesta de mejora para el sistema de tratamiento de agua potable del

acueducto veredal COOVESUR LTDA.E.S.P. del municipio de Fusagasugá-

Cundinamarca.

Autores: Heidi Caicedo cárdenas, Érica Suárez cruz.

En este proyecto se tomaron laboratorios, para determinar las propiedades

físicas, químicas y microbiológicas del agua cruda y del agua potable, fue así

como encontraron un residual de aluminio, que sobrepasaba los valores

aceptables estipulados en la resolución 2115 del 2017, adicional a esto

proponen solución al problema mediante la implementación de equipos de

laboratorio que permitan hacer un seguimiento oportuno al funcionamiento

del acueducto (Caicedo & Suarez, 2018).

Diagnóstico y optimización del sistema de acueducto veredal ASUARCOPSA

de Anapoima entre la bocatoma y la planta de tratamiento.

Autor: Jorge huérfano Maciado.

En este proyecto se realizó un diagnostico acorde a la situación actual del

acueducto, dando como producto estudios hidrológicos de tal forma de

mejorar la disponibilidad del servicio, esto se realizó mediante la

implementación de bases de georreferenciación (Huerfano, 2019).

Esquema del Desarrollo y Metodología para la Formulación de Análisis de

las Condiciones Técnico-Operativas del Acueducto veredal Acuezur.

Autor: Eliana Nivia

Este proyecto estipula como primera medida un análisis de los componentes

del sistema del acueducto veredal, esto con el fin de determinar si se están

10

realizando adecuadamente los procesos de funcionamiento del mismo,

adicional a esto plantea realizar laboratorios, de tal forma que se verifiquen

las propiedades físico químicas y microbiológicas con las que cuenta el agua,

con el fin de poder realizar el mejoramiento de las condiciones del acueducto

veredal Acuezur (Nivia, 2018).

Actualización del catastro y evaluación de la red matriz del acueducto veredal

Arvudea en Acacias, Meta.

Autores: Andrés Rojas, Danilo Meneses

En este proyecto plantea como primera medida realizar un modelamiento

hidráulico mediante EPANET, y de esta forma evaluar el estado actual de la

red del acueducto veredal, teniendo en cuenta que el municipio ha

presentado un aumento constante de población, motivo por el cual, como

primera medida se realizó la recolección de información necesaria para la

modelación, posterior a esto se realizó el modelado y por último se dio un

diagnóstico del sistema (Rojas & Meneses, 2017).

Optimización del diseño hidráulico del acueducto veredal del Alto del Ramo

de municipio de Chipaque Cundinamarca.

Autores: Misael Sandoval, German Parrado

En el proyecto de investigación, hacen referencia a un acueducto veredal

rustico, el cual había sido construido por la comunidad, donde se

evidenciaban deficiencias en la calidad del agua, esto a causa de que se

había realizado su construcción sin ningún tipo de especificaciones técnica,

los estudiantes realizaron un diagnóstico y evaluación del sistema, de tal

modo que la optimización del acueducto fuera acorde a las necesidades de

11

la población, cabe resaltar que se abordaron los procesos de captación y

distribución del acueducto (Sandoval & Parrado, 2018).

Referente a sistemas de filtración lenta de arena (FLA) se encontraron dos

proyectos que son realmente interesantes, uno realizado en Girardot y otro realizado

en la ciudad de Cuenca en Ecuador.

Diseño y montaje del laboratorio de filtro lento de arena para agua potable

Autores: Daniel Aguiar, William Pórtela

En este proyecto expresa de forma clara, los grandes resultados que se

obtienen mediante la filtración, esta técnica no es altamente costosa, pero si

realmente eficiente en su función, en el proyecto de investigación llevado a

cabo por los estudiantes, se desarrolló un filtro lento de arena que removiese

partículas suspendidas y coloidales, de tal modo que este sirviese como

instrumento de practica de laboratorio para futuros estudiantes. (Daniel

Aguiar, 2009).

Filtros biológicos para la potabilización del agua, posibilidades de uso de FLA

(filtros lentos de arena) con agua superficial de nuestra región.

Autores: Diego Blacio, José Palacios

El proyecto expone que la filtración lenta con área (FLA) es una alternativa

económica y eficaz en los procesos de potabilización del agua, brindando

agua de excelente calidad y sin riesgos a la salud humana, la filtración lenta

de arena representa una posibilidad adecuada de potabilización para

aquellas zonas donde la instalación de otros sistemas es económicamente

inviable, los autores del proyecto hacen una recopilación de información y

posterior análisis de los usos de filtros biológicos para su posterior

implementación (Blacio & Palacios, 2011)

12

10. MARCO TEORICO

10.1 AGUAS SUBTERRANEAS

El agua es indispensable para el desarrollo humano, es un recurso esencial, el agua

subterránea representa el 95% del agua dulce del planeta (Secretaria distrital de

ambiente, 2020), La cual es una opción de consumo en zonas donde no se cuenta

con fuentes hídricas superficiales, además, son útiles para el desarrollo de todo tipo

de proyectos puesto que representan oportunidades de avance en la sociedad.

Las aguas subterráneas se pueden definir como toda agua que se filtra y yace bajo

la superficie del planeta, esta tiende a almacenarse. Los vacíos que se encuentran

en las rocas permiten el flujo de las aguas, dependiendo de la porosidad del suelo,

así mismo será la filtración del mismo, esto se conoce como conductividad hidráulica

o permeabilidad, el cual determina la velocidad con la que el fluido puede adentrarse

en el subsuelo.

Ilustración 1Tipos de rocas con textura y porosidad

Fuente: (Instituto Colombiano de geologia y mineria, 2011, pág. 8)

13

En la ilustración anterior se puede evidenciar la porosidad de diferentes tipos de

rocas y sedimentos; en el (a) se puede observar un sedimento con alta porosidad,

en el (b) un sedimento con baja porosidad, en el (c) un sedimento sin matriz con alta

porosidad, en el (d) un sedimento con disminución de porosidad, en el (e) una roca

con porosidad de disolución y en el (f) una roca con porosidad de fracturación

(Instituto Colombiano de geologia y mineria, 2011).

La formación de las aguas subterráneas dependen de múltiples factores, en su

mayoría geológicos, pero adicional a esto, se puede evidenciar que requiere de las

características del suelo, la frecuencia y composición del agua lluvia, y por último,

pero no menos importante, de todos aquellos procesos químicos del suelo, los

cuales son esenciales en las características de las rocas (Secretaria distrital de

ambiente, 2020).

Para poder hacer uso de las aguas subterráneas es necesario extraer el agua

almacenada en los acuíferos, estos se pueden definir como reservorios naturales

de agua, técnicamente son rocas que, debido a su composición, permiten el

almacenamiento del agua en grandes cantidades; la extracción de estos se da por

instalaciones que permitan captar el agua contenida.

Ilustración 2 Tipos de captación: pozos-aljibes-manantiales

Fuente: (Instituto Colombiano de geologia y mineria, 2011, pág. 32) -modificada por el autor

En la ilustración anterior se expone de forma gráfica los diferentes métodos de

captación de las aguas subterráneas (pozos, aljibes y manantiales); los pozos son

aquellas perforaciones verticales de tubería PVC o metálica, en las cuales se extrae

14

mediante compresores o bombas; los aljibes son aquellas estructuras cuyas

paredes se revisten para evitar posible derrumbe, esto se hace con ladrillo o

concreto, la extracción se puede realizar por bombas manuales o sistemas de

bombeo, por último, los manantiales se definen como agua que brota de rocas y

generalmente se convierte en afluente en temporadas o de forma permanente, para

su extracción se usan perforaciones horizontales (Secretaria distrital de ambiente,

2020).

10.2 CONTAMINANTES PRESENTES EN FUENTES HIDRICAS

En las fuentes hídricas, tanto superficiales como subterráneas se pueden encontrar

gran variedad de contaminantes, estos se pueden definir como aquellas sustancias

que tiene efectos adversos en el ambiente y salud (Green facts, 2020), es por ello

que es realmente importante realizar caracterización hídrica de la fuente de

abastecimiento, para de esta forma, determinar las propiedades físicas y químicas

del agua.

A continuación, se expondrán las características más comúnmente evaluadas en

aguas crudas, los efectos que tienen y como llegan a la fuente

PH: Cuando está por encima o por debajo de los limites aceptable, genera

un efecto en la salud negativo como irritación y resecación de la piel, cabe

resaltar que el potencial de hidrogeno es una medida corrosiva del agua

(Gobierno de Mexico, 2020).

Turbiedad: Esta característica tiene como fuente contaminante todas

aquellas aguas de escorrentía, adicional a esto genera efecto negativos en

la salud, esto debido a que la turbiedad alta se agremia con presencia de

microorganismos, los cales traen consigo virus, parásitos y múltiples

enfermedades como diarrea, náuseas, entre otros (Marco, Azario, Metzler, &

Garcia, 2004).

15

Fosfatos: Estos generan en la salud humana efectos negativos, como

desordenes digestivos, descalcificación, y si se está expuesto a fosforo

blanco, los efectos a la salud pueden ser realmente dañinos, causando hasta

la muerte y generando daños en riñones y corazón; su fuente de

contaminación son los detergentes que se usan domésticamente. (Anda &

Ulrich, 2007).

Sulfatos: Los sulfatos tienen como fuente de contaminación todos aquellos

depósitos naturales (minas de caliza y yeso); estos no son realmente tóxicos,

pero tienen efectos negativos en la salud cuando las cantidades son

excesivas, ocasionando dolores estomacales y efectos laxantes.

Nitritos: Son realmente tóxicos en bebes, generando síndrome de bebe azul,

y se conoce que tienen relación directa con el cáncer por causa de

nitrosaminas, su fuente de contaminación son los percolados de los tanques

sépticos y en general la erosión de depósitos naturales. (Sigler & Jim, 2020).

Nitratos: Su fuente de contaminación son todas aquellas aguas que tienen

residuales de fertilizantes y por escorrentías agrícolas, causan en el ser

humano baja capacidad de guardar vitamina A y generan un inadecuado

funcionamiento de la glándula tiroidea (Sigler & Jim, 2020).

Hierro: En la salud humana tienen efectos negativos en bajas

concentraciones como conjuntivitis y náuseas, en altas concentraciones

puede llegar a causar incluso la muerte, sumado al deterioro de órganos

como el corazón e hígado, su fuente de contaminación son la orina humana

y animal.

Coliformes totales: La fuente de contaminación de los coliformes se da de

forma natural en el ambiente, y por medio de contaminación fecal de

16

animales y humanos, tienen efectos en la salud negativos, como diarrea y

náuseas, en personas con sistemas inmunológicos comprometidos

representan un riesgo mayor a la salud (Scielo, 2017).

Escherichia coli: Tienen efectos negativos en la salud como vómito y diarrea,

sumado a infecciones en riñones, la fuente de contaminación se da por aguas

negras y excretas de animales y personas. (Alba, y otros, 2013).

Es importante resaltar que, los valores admisibles de las propiedades físicas y

químicas en el agua, que no generan riesgo a la salud por consumo, se encuentran

estipulados en la resolución 2115 del 2007, donde:

Tabla 1 Valores de referencia resolución 2115

CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS

CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL

AGUA EXPRESADO COMO

VALOR DE REFERENCIA

PH UND 6,5-9,0

COLOR APARENTE UPC 15

TURBIEDAD UNT 2

FOSFATOS mg/L 0,5

SULFATOS mg/L 250

NITRITOS mg/L 0,1

NITRATOS mg/L 10

HIERRO TOTAL mg/L 0,3

DUREZA TOTAL mg/L 300

CONDUCTIVIDAD US/cm 1000

CARACTERISTICAS MICROBIOLOGICAS

COLIFORMES TOTALES

U.F.C/100cc 0

ESCHERICHIA COLI U.F.C/100cc 0 Fuente: (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial, 2007, págs. 2-6)

17

En la tabla anterior se encuentran los valores permisibles que no generan riesgo a

la salud por consumo de agua potable, estos valores se encuentran en la resolución

2115 del 2017.

10.3 GENERALIDADES

El agua es el elemento esencial para la vida, el desarrollo de las primeras

comunidades solamente fue posible alrededor de ríos y lagos para satisfacer las

necesidades primarias de comida, bebida y riego.

Por ser este elemento necesario para vivir y para las actividades de la sociedad, los

sistemas de abastecimiento de agua son primordiales, en consecuencia, para toda

la comunidad cuando una ciudad dispone de limitada cantidad de agua para su

abastecimiento, tiene problemas de salubridad, problemas de desarrollo de sus

industrias y aun en su aparición estética de aquí que en primer término se haga

necesario suministra agua a los conglomerados en cantidad y calidad suficiente.

La resolución 0330 del 2017, establece unos parámetros a tener en cuenta, a la

hora de realizar diseños hidráulicos

ART 104: protocolo de caracterización y tratamiento de sistemas de

potabilización. (Ministerio de ambiente, 2017)

ART 105: tener datos de muestreos y caracterización de agua cruda.

ART 40: habla del tiempo mínimo de vida útil que va tener la red de

acueducto. (Ministerio de ambiente, 2017)

Estos artículos, serán tenidos en cuenta como primera medida, para los respectivos

cálculos de población futura y el caudal de diseño, determinantes en el diseño a

realizar.

18

10.4 CALCULO DE POBLACIÓN FUTURA

En el artículo 8 de la resolución 0330 del 2017 se define que las actividades

preliminares para emprender el proyecto deberán incluir:

Diagnóstico de la situación del municipio: se debe describir las condiciones

físicas, económicas y sociales del municipio y el estado general de la

prestación de los servicios públicos. (Ministerio de ambiente, 2017)

Determinación de la población afectada: determinar la población directa o

indirectamente afectada.

Características socio-culturales de la población y participación comunitaria:

Cuantificación de la demanda y/o necesidades.

Diagnóstico y evaluación del sistema existente.

Otros factores determinantes en el cálculo de la población, es la recolección y el

análisis de la información existente pertinente, esto se puede realizar mediante:

Censos de población efectuados por el departamento administrativo nacional

de estadísticas (DANE).

Proyecciones recientes de población efectuadas por el DANE.

Estimaciones de población actual y futura contenidas en los planos de

desarrollo y en el plan de ordenamiento territorial (POT) del municipio.

Censos de suscriptores de los diferentes servicios públicos existentes en el

municipio.

19

Información del Sisben referente a número de viviendas, familias y personas,

la cual existe a partir de enero de 1994.

Es importante establecer el método de cálculo de la población, estos se establecen

debido a la cantidad de habitantes en la zona, una vez se cuente con esta

información, se prosigue a determinar los últimos censos, esto mediante información

del DANE y por último se realiza el respectivo cálculo.

A continuacion se expondran los diferentes metodos de calculo de poblacion mas

utilizados, los cuales son:

Método aritmético

Método geométrico

Método wappaus

Método exponencial

El primer método a exponer será el método aritmético, este se utiliza para

poblaciones menores a 2500 hasta poblaciones de 12500 habitantes, a causa de

esto se evidencia que es un método bastante útil para poblaciones pequeñas.

Ecuación 1 Método aritmético

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 +𝑃𝑢𝑐 − 𝑃𝑐𝑖𝑇𝑢𝑐 − 𝑇𝑐𝑖

∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑢𝑐)

Fuente: (Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, 2003, pág. 17)

Donde,

𝑃𝑓: Población del año al cual se quiere proyectar

𝑃𝑢𝑐: Población del último año censado con información

20

𝑃𝑐𝑖: Población del primer año censado con información

𝑇𝑢𝑐: Año del último censo con información

𝑇𝑐𝑖: Año del censo inicial con información

𝑇𝑓: Año de proyección

El segundo método a explicar será el método geométrico, este se utiliza para

poblaciones menores a 2500 hasta poblaciones de mayores de 60000 habitantes,

a causa de esto se evidencia que es un método bastante útil para todo tipo de

poblaciones.

Ecuación 2 Método geométrico

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 ∗ (1 + 𝑟)(𝑇𝑓−𝑇𝑢𝑐)


Donde,





𝑟: Tasa de crecimiento anual en forma decimal, la cual se calcula:

Ecuación 3 Tasa de crecimiento anual

𝑟 = (𝑃𝑢𝑐𝑃𝑐𝑖

)1(𝑇𝑢𝑐−𝑇𝑐𝑖)⁄

− 1


Donde,



21



El tercer método a evidenciar será el método exponencial, este se utiliza para

poblaciones menores a 2500 hasta poblaciones de 60000 habitantes, a causa de

esto se evidencia que es un método útil para poblaciones bajas a medias.

Ecuación 4 Método exponencial

𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 ∗ 𝑒𝑘∗(𝑇𝑓−𝑇𝑐𝑖)


Donde,





𝑘: Tasa de crecimiento de la población, la cual se calcula:

Ecuación 5 Tasa de crecimiento de población

k =𝐿𝑛𝑃𝑐𝑝 − 𝐿𝑛𝑃𝑐𝑢

𝑇𝑐𝑝 − 𝑇𝑐𝑢


Donde,

𝑃𝑐𝑝: Población del censo posterior

𝑃𝑐𝑢: Población del censo anterior

𝑇𝑐𝑝: Año al censo posterior

𝑇𝑐𝑢: Año al censo anterior

𝐿𝑛: Logaritmo natural

22

El cuarto método a exponer será el método Wappaus, este se utiliza para

poblaciones menores a 2500 hasta poblaciones de mayores de 60000 habitantes,

a causa de esto se evidencia que es un método bastante útil para todo tipo de

poblaciones, pero tiene un factor determinante de uso, este método establece que

debe emplearse solo cuando el producto de la tasa de crecimiento y la diferencia

entre el año a proyectar y el año del censo inicial es menor a 200, esto se establece

de la siguiente forma:

Ecuación 6 Comprobante de método Wappaus

i ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑐𝑖) < 200


Donde,

𝑇𝑓: Año a proyectar

𝑇𝑐𝑖: Año del censo inicial

i: Tasa de crecimiento, la cual se calcula:

Ecuación 7 Tasa de crecimiento

i =200 ∗ (𝑃𝑢𝑐 − 𝑃𝑐𝑖)

(𝑇𝑢𝑐 − 𝑇𝑐𝑖) ∗ (𝑃𝑐𝑖 + 𝑃𝑢𝑐)


Donde,

𝑃𝑐𝑢: Población del censo anterior




El cálculo de proyección de población se realiza mediante la siguiente formula:

23

Ecuación 8 Método Wappaus

𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 ∗(200 + 𝑖 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑐𝑖))

(200 − 𝑖 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑐𝑖))






i: Tasa de crecimiento

10.5 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

10.5.1 Calculo del caudal

Para el realizar el respectivo cálculo del caudal es primordial empezar con los

valores, referentes a la dotación neta y bruta, sumado a contar con la población de

diseño.

Tabla 2.Dotación neta

ALTURA PROMEDIO

SOBRE EL NIVEL DEL

MAR DE LA ZONA

ATENDIDA

DOTACION

NETA

MAXIMA

(L/HAB*DIA)

>2000 m.s.n.m 120

1000-2000 m.s.n.m 130

<1000 m.s.n.m 140

Fuente: (Ministerio de ambiente, 2017, pág. 32)

24

En el artículo 43 y 44 de la resolución 0330 se encuentra información referente a las

dotaciones netas y brutas, se expone la tabla anterior y de igual forma se evidencia

la ecuación a continuación.

Ecuación 9.Dotación bruta

𝐷𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = 𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎/(1 −%𝑝)


Donde,

𝐷𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎: Dotacion bruta

𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎: Dotación neta

%𝑝: Dotación porcentaje de pérdidas técnicas máximas para diseño

En el artículo 47 de la resolución 0330 del 2017 se establecen los caudales de

diseño según el componente a realizar, adicional de los coeficientes de mayoración

k1 y k2, necesarios para el cálculo del QMD, a continuación, se expondrá una tabla

que resumen lo expuesto:

Tabla 3.Caudal de diseño

COMPONENTE CAUDAL DE DISEÑO

Captación fuente superficial Hasta 2 veces QMD

captación fuente subterránea QMD

Desarenador QMD

Aducción QMD

Conducción QMD

Tanque QMD

Red de distribución QMH


25

En la tabla anterior se puede evidenciar el caudal de diseño, de acuerdo al

componente a diseñar.

En el artículo 70 de la resolución se hace referencia al caudal de incendios, el cual

es una demanda mínima que se calcula de acuerdo a la población, cabe resaltar

que en acueductos veredales, el caudal de incendios no se requiere, esto debido a

que en estos casos las poblaciones generalmente son pequeñas.

ART 70- Caudal de incendios la demanda mínima contra incendios debe estimarse

teniendo en cuenta:

Para municipios con población entre 12500 y 60000 habitantes los incendios que

ocurran en zonas residenciales densamente pobladas o zonas con edificación

multifamiliares, comerciales e industriales deben ser servidos mínimo por tres

hidrantes bajo sus simultaneo, los incendios en las zonas residenciales unifamiliares

deberás ser servidos mínimo por un solo hidrante. (Ministerio de ambiente, 2017)

En el artículo 79 de la resolución se establecen los tanques de almacenamiento,

todo lo referente a los criterios de diseño a tener en cuenta, adicional a esto, en el

artículo 81 está estipulado el volumen útil del tanque y como calcularlo, a

continuación, se expondrá lo más relevante de estos artículos.

Es importante resaltar que para los tanques de almacenamiento o de

compensación, se establece que su caudal de diseño será el QMD, sin embargo,

es importante tener en cuenta que solo será para los casos que se encuentren

abastecidos por gravedad.

Es importante resaltar que se debe calcular la capacidad de regulación del tanque,

esto con el fin de halla una capacidad de regulación entre en caudal entrante y el

caudal de demanda, para definir el volumen de este se establece lo siguiente:

26

Con respecto a curvas de demanda, el volumen calculado será multiplicado

por 1,2

En niveles de complejidad bajo, el volumen calculado será multiplicado por

1/3

En niveles de complejidad medio y medio alto, el volumen será multiplicado

por 1/3 más la multiplicación del Qmd por el tiempo inoperante de la

alimentación.

En niveles de complejidad alto, el volumen será multiplicado por ¼

Por último, en cuanto a tanques es importante resaltar el tiempo de vaciado y el

caudal de vaciado debe ser menor que 8 horas, la fórmula del tiempo de vaciado

será expuesta a continuación, en donde hay que tener presente que el coeficiente

m debe ser 0,5-0,6.

Ecuación 10 Calculo tiempo de vaciado

T =2 ∗ 𝐴 ∗ √ℎ

𝑚 ∗ 𝑎 ∗ √2𝑔

Fuente: (Ministerio de desarrollo, 2000)

Donde,

T: Tiempo de vaciado

𝐴: Área superficial del tanque

ℎ: Cabeza sobre el desagüe

𝑚: Coeficiente de contracción sobre el desagüe

𝑎: Área del desagüe

𝑔: Aceleración de la gravedad

De acuerdo a las características presentes en el agua de estudio, se procede a

establecer los procesos requeridos para su potabilización, en el artículo 109 de la

resolución 0330 se establecen procesos unitarios para la potabilización, ya sea en

fuentes de abastecimiento superficiales o subterráneas.

27

Tabla 4 Tecnologías de tratamiento

Ae

racio

n

Co

ag

ula

cio

n

+F

locu

lacio

n+

Se

dim

en

tacio

n

Filtr

acio

n

co

nve

ncio

na

l

Ab

lan

da

mie

nto

Oxid

acio

n

qu

imic

a

Mic

rofiltra

cio

n

Ultra

filtra

cio

n

Na

no

filtra

cio

n

Osm

osis

inve

rsa

Ele

ctr

od

ialisis

inve

rsa

Inte

rca

mb

io

ion

ico

Filtr

acio

n p

or

ab

so

rcio

n

Filtr

acio

n

op

tim

iza

da

Color aparente x x x x x x x x x

Olor y sabor x x x

Turbiedad x x x x x

Solidos disueltos

totalesx x x x x x x

x

Antimonio x x

Arsenico x x x x x x x x

Bario x x x x

Cadmio x x x x x x x

Cianuro libre y

disociablex

Cloruros x x x

Cobre x x x x

Cromo x x x x x x x

Dureza x x x x x

Fluoruros x x x x

Fosfatos x x x x

Hierro x x x x x x x

Manganeso x x x x x x x

Mercurio x x x

Molibdeno x

Niquel x x x x

Nitratos x x x

Nitritos x x x

Plomo x x x

Selenio x x x x x

Sulfatos x x x

Trihalometanos

totalesx x x x x

Zinc x x x x

CONTAMINANTES

A REMOVER

TECNOLOGIA DE TRATAMIENTO

Caracteristicas fisicas

Caracteristicas quimicas inorganicas

28

Fuente: (Ministerio de ambiente, 2017)-modificado por el autor

De la tabla anterior es importante resaltar que, de acuerdo a los contaminantes a

remover, así mismo se establecen las tecnologías de tratamiento para su

potabilización.

10.5.2 Filtros y como calcularlos

En 1974 gracias a la investigación realizada por Wood y Huisman se establecieron

las primeras condiciones para el diseño hidráulico de filtros, esto debido a que los

autores realizaron el estudio de un método de desinfección a través de filtración

lenta (Camilo Torres, 2014).

En el filtro lento de arena se llevan a cabo una serie de procesos físicos y biológicos

que ayudan a la eliminación de microorganismos patógenos, a causa de esto es

una tecnología de potabilización que purifica sin ser una fuente de contaminación

para los usuarios o para el medio ambiente, esto a causa de que no se requiere de

ningún tipo de sustancia o químicos para el funcionamiento de este, únicamente

una buena maduración de la capa microbiológica (Camilo Torres, 2014).

La tecnología de tratamiento de los filtros lentos de arena remueve hasta el 98,9%

de las bacterias que representan riesgo a la salud. Su eficiencia en eliminación de

Carbono organico

totalx x x x x x

Pesticidas/

Herbicidasx x x

Organicos

sinteticosx x

Organicos volatilesx x

Escherichia coli x x x x

Giardia y

cryptosporidiumx x x

Caracteristicas quimicas organicas

Caracteristicas microbiologicas

29

gérmenes patógenos resistentes al accionar del cloro hacen que este sistema no

solo sea exitoso en países en desarrollo, sino también en países desarrollados

(Daniel Aguiar, 2009).

Para que los procesos se lleven a cabo adecuadamente en el FLA es necesario

que la velocidad del agua sea baja, en la capa de arena deben encontrarse bacterias

y organismos microscópicos, los cuales se encargaran de realizar la acción

biológica mediante la eliminación de impurezas y oxidación de compuestos

nitrogenados (Daniel Aguiar, 2009).

El agua cruda una vez en el filtro hace que inicialmente aquellas partículas pesadas

se sedimenten y aquellas de menor peso tienden a aglutinarse, adicional a esto, a

causa de los rayos del sol se genera el crecimiento de algas, estas toman el dióxido

de carbono, fosfatos, entre otros nutrientes, de esta forma se produce oxígeno y

material celular; debido a esto el oxígeno reacciona químicamente con impurezas

orgánicas, produciendo que estas sean digeribles por los microorganismos en la

capa biológica (Camilo Torres, 2014).

El lodo biológico (schmutzdecke) es una película biológica formada por algas,

protozooarios, plankton, entre otras formaciones de vida (Camilo Torres, 2014), en

esta capa se retienen impurezas, bacterias, y es importante resaltar que la acción

de estos microorganismos hace que se degrade la materia orgánica presente en el

agua, esto se da en la superficie del lecho; con el paso del tiempo se disminuyen

los compuestos nitrogenados, esto mediante la oxigenación del nitrógeno, se

disminuye la turbiedad del agua y se remueve un poco de color presente (Daniel

Aguiar, 2009).Para que esto ocurra de forma adecuada se requiere un periodo de

maduración de tal forma que la acción biológica sea efectiva, se considera que el

tiempo de maduración en un filtro nuevo es de aproximadamente tres (3) semanas.

30

Ilustración 3 Efectividad FLA posterior a mantenimiento

Fuente: (Daniel Aguiar, 2009, pág. 15).

Como se evidencia en la gráfica anterior, al pasar el tiempo la capa biológica

aumenta, una vez realizada la limpieza del filtro, se disminuye la eficacia de

eliminación un poco, pero esta vuelve a su nivel rápidamente, es importante resaltar

que para la limpieza del FLA es necesario mover una capa delgada de la parte

superior de arena y remover el agua sucia.

31

Ilustración 4 Ventajas FLA

Fuente: (Daniel Aguiar, 2009, pág. 16).

En la tabla anterior se pueden evidenciar algunas de las ventajas de usar un FLA

como tratamiento de potabilización, en ellas destacan la disminución de turbiedad,

disminución de color, eliminación de hierro, virus, protozos, helmintos, bacterias y

materia orgánica.

Es importante resaltar que en el artículo 114 de la resolución 0330 del 2017 se

establecen las alternativas en cuanto a filtración convencional, esto referente a

filtración lenta con lecho simple, filtración rápida con lecho simple y filtración rápida

con lecho mixto.

Elimina Bacterias90-99,99%

Remocion

• Colado físico

• Predacion

• Muerte natural

Elimina Virus99%

Remocion

• Colado físico

• Predacion

• Muerte natural

Elimina Protozoos99%

Remocion

• Colado físico

• Predacion

• Muerte natural

Elimina Helmitos100%

Remocion• Colado físico

Elimina Hierro

• Colado físico

• Se oida en

particulas, que son

coladas

Disminuye Turbiedad • Colado físico

REMOCION FILTRO FLA

32

Tabla 5 Características de filtración

PARAMETRO

FILTRACION

LENTA CON

LECHO SIMPLE

FILTRACION

RAPIDA CON

LECHO SIMPLE

FILTRACION

RAPIDA CON

LECHO MIXTO

Tasa de filtración

(m3/m2/d) 7-14 <120 180-350

Profundidad del medio

(m) 0,8-1,0 0,6-0,9

Antracita: 0,4-0,6

Arena: 0,15-0,3


En la tabla anterior se puede evidenciar los parametros de diseño para filtracion

convencional, esto se establce deacuerdo al caudal que se va a trabajar, y el tipo

de filtracion que se requiere, ya se lenta simple, rapida simple o filtracion rapida

mixta.

En el RAS 2000 se establecen importantes características de diseño para los filtros

de arena lenta (Ministerio de desarrollo, 2000), de los cuales, es importante resaltar

lo siguiente:

El medio filtrante debe estar compuesto de material granular que esté

totalmente limpio e inerte.

La arena no debe tener arcilla, adicional a esto no debe tener más del 2% de

carbonato de calcio de tal forma que se evite cavitación en el medio filtrante.

El espesor del lecho de arena debe ser entre 0.8m-1.0m

Se recomienda un vertedero en la salida de este, que sea 0,1m mayor que la

cota donde finaliza el lecho de arena

33

El raspado de la capa superficial del lecho de arena se puede ejecutar

manualmente o de forma mecánica

34

11. MARCO CONCEPTUAL

Acuífero: estructura subterránea capaz de almacenar agua (Alcaldia de Bogota,

2010).

Análisis microbiológico: Son laboratorios que se realizan para determinar la

presencio o no de microorganismos (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo

territorial, 2007).

Análisis básicos: Son laboratorios que se realizan para determinar la presencio o

no de turbidez, color, pH, color residual, escherichia coli y coliformes totales

(Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial, 2007).

Análisis físico y químico del agua: Son laboratorios que se realizan para

determinar las características físicas o químicas (Ministerio de lvivienda, ambiente

y desarrollo territorial, 2007).

Capacidad de asimilación y dilución: Es la capacidad que tiene una fuente hídrica

de aceptar y degradar contaminantes o sustancias, a través de procesos naturales

(Ministerio de vivienda, 2016).

Carga contaminante: Es la concentración de una sustancia por caudal de un

líquido en determinado sitio (Alcaldia de Bogota, 2010).

Característica: Es implementado para identificar sustancias, elementos o

microorganismos presentes en el agua (Ministerio de lvivienda, ambiente y

desarrollo territorial, 2007).

35

Cloro residual libre: Se refiere a una pequeña parte que queda como residual en

el agua, después de estar en contacto durante un tiempo determinado (Ministerio

de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial, 2007).

Concentración de una sustancia: Es la relación entre el volumen y masa de

determinada sustancia (Alcaldia de Bogota, 2010).

Coliformes: Son bacterias, que pueden ser aerobias o anaerobias, se implementan

como indicador de contaminación microbiológica (Ministerio de lvivienda, ambiente

y desarrollo territorial, 2007).

Color aparente: Es el color que tiene el agua justo después de haber sido

recolectada (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial, 2007).

Escherichia coli: Es un indicador microbiológico para determinar la contaminación

fecal en el agua (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial, 2007).

Mantenimiento correctivo: conjunto de actividades que se deben llevar a cabo

cuando un equipo, instrumento o estructura ha tenido una parada forzosa o

imprevista. (Ministerio de Vivienda, 2017).

Mantenimiento preventivo: conjunto de actividades que se llevan a cabo en un

equipo, instrumento o estructura, con el propósito de que opere a su máxima

eficiencia de trabajo, evitando que se produzcan forzosas o imprevistas. (Ministerio

de Vivienda, 2017).

Objetivo de calidad: Conjunto de características implementados para determinar

la idoneidad de una fuente hídrica de acuerdo a su uso (Alcaldia de Bogota, 2010).

36

Pendiente: inclinación longitudinal de una tubería, canal o conducto. (Ministerio de

Vivienda, 2017).

Parámetro: Es una variable que sirve para evidenciar elementos de una familia

mediante un valor numérico (Alcaldia de Bogota, 2010).

Población servida: Es la cantidad de personas que se provisionan de un sistema

de suministro de agua. (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial,

2007).

Potabilización: Son todos aquellos procesos que se ejecutan sobre agua cruda, de

tal forma que sus características físicas, químicas y microbiológicas no representen

un riesgo para el consumo humano. (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo

territorial, 2007).

Saneamiento básico: Son el conjunto de actividades referentes a servicios

domiciliarios y de aseo (Alcaldia de Bogota, 1994).

Servicios públicos domiciliarios: Son todos aquellos servicios de acueducto,

alcantarillado, aseo, energía eléctrica y telefonía (Alcaldia de Bogota, 1994).

Recurso hídrico: son todas aquellas fuentes hídricas, aguas subterráneas, marinas

o superficiales (Alcaldia de Bogota, 2010).

Toxicidad: Es aquella propiedad que tienen un elemento de generar riesgo o causar

daño a la salud humana (Alcaldia de Bogota, 2010).

37

Valor aceptable: Es aquel valor establecido de concentración para determinada

sustancia, de tal forma que garantice que no representa riesgo para el consumo

humano. (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial, 2007).

38

12. MARCO LEGAL

Gracias a la investigación previamente realizada por el autor, se pudo encontrar

normativa vigente nacional en cuanto a aguas subterráneas y todo el proceso de

potabilización, destacando:

Resolución 2115 de 2007, expedida el día 22 de junio, en el cual se señalan

características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y

vigilancia para la calidad del agua para consumo humano. (Ministerio de lvivienda,

ambiente y desarrollo territorial, 2007)

Decreto 3570 de 2011, expedido el día 27 de septiembre, en el cual se modifican

los objetivos y la estructura del ministerio de ambiente y desarrollo sostenible y se

integra el sector administrativo de ambiente y desarrollo sostenible

Resolución 0330 del 2017, expedida el día 4 de febrero, en el cual se adopta el

procedimiento técnico-científico y participativo para la decisión de que los servicios

y tecnologías que no podrán ser financiados con recursos públicos asignados a la

salud.

Reglamento de agua potable y saneamiento básico (RAS 2000), en el cual se

expresa en el titulo A de aspectos generales de sistemas de agua potable, el titulo

B de sistemas de acueducto y por último el titulo C referente a sistemas de

potabilización.

Decreto 475 de 1998, expedida el día 10 de marzo, en el cual se expiden normas

técnicas de calidad del agua potable.

Resolución 2625 del 2019, expedida el día 27 de septiembre, en la cual se autorizan

laboratorios de agua para consumo humano.

39

Ley 142 de 1994, expedida el día 11 de julio, en la cual se reglamenta el régimen

de los servicios públicos domiciliarios.

Decreto 3930 de 2010, expedida el día 25 de octubre, en la cual se reglamente los

usos del agua y residuos líquidos y se dictan otras disposiciones.

Decreto 1575 de 2007, expedida el día 9 de mayo, en la cual se establece el sistema

para la protección y control de la calidad del agua para consumo humano.

La NTC ISO 5667-1, en la cual se establecen directrices para el diseño y técnicas

de muestreo del agua.

La NTC ISO 5667-3, en la cual se establecen directrices para la preservación y

manejo de las muestras, precauciones a tomar para su preservación y transporte,

con excepción de las muestras microbiológicas.

La NTC ISO 5667-5, en la cual se establecen directrices para el muestreo de agua

potable y sistemas de distribución por tubería.

La constitución de 1991 establece en los artículos 366 la responsabilidad que tiene

el estado en cuento a la prestación de los servicios públicos, y la incidencia que

tienen estos en el mejoramiento de la calidad de vida de la población como finalidad

social del estado. De igual es importante resaltar que el agua se declaró derecho

fundamental en Colombia, esto según la sentencia T-790 de 2014 de la corte

constitucional, es por ello que el estado debe garantizar el acceso para el desarrollo

del ser humano.

40

13. GENERALIDADES DE ÁREA DE ESTUDIO

13.1 COBERTURA RURAL DE ACUEDUCTO EN LOS MUNICIPIOS DEL

DEPARTAMENTO DEL TOLIMA

En el siguiente plano geográfico se puede observar los municipios del departamento

del Tolima y los respectivos porcentajes de zonas con sistema de acueducto rurales.

Con esto se puede evidenciar que el déficit a nivel municipal de servicios públicos

vitales es muy alto, especialmente en la zona sur del departamento del Tolima.

Ilustración 5Cobertura rural de acueducto en los municipios del Tolima

Fuente: SIGOT-modificado (Herrera, 2020)

41

13.2 CARACTERIZACIÓN DEL MUNICIPIO

El municipio del Guamo se encuentra ubicado geográficamente en el departamento

del Tolima en la República de Colombia, se encuentra a 118 km de distancia de la

capital del país Santafé de Bogotá, con un área de 523 km² y una elevación de 297

metros sobre el nivel del mar. El municipio cuenta con una densidad poblacional de

65,5 hab./ km², limitando por el norte con el municipio del Espinal, por el sur el

municipio de Saldaña, por el este con el municipio de Suarez y por el oeste con el

municipio de San Luis, está ubicado geográficamente latitud 4.017, longitud -74.967,

latitud 4° 1' 1'' Norte y longitud 74° 58' 1'' Oeste. (Municipios de colombia , 2020).

Ilustración 6 Municipio del Guamo Tolima y sus veredas

Fuente: ArcGIS-modificado (Herrera, 2020)

42

Se indago en el sistema de información geográfico de ordenamiento territorial con

el fin de determinar si se encuentra algún tipo de agua subterránea en la zona de

estudio, e incluso, si la fuente usada como abastecimiento se encuentra registrada

en las bases de datos.

Al realizar la consulta, se encuentra un archivo del ENA (estudio nacional del agua),

el cual hace referencia a los acuíferos en el territorio nacional, dado el enfoque del

proyecto se centraliza en el departamento del Tolima, donde se puede observar que

hay una gran extensión de acuíferos, los cuales están ubicados en la zona central

y en el noroeste del departamento.

Ilustración 7 Ubicación de los acuíferos en el departamento del Tolima


43

En la gráfica anterior se puede evidenciar que se centraliza la investigación en el

área del municipio del Guamo Tolima, en el cual subyace un acuífero, el cual se

considera un acuífero libre, debido a lo evidenciado en la cartografía del estudio

nacional del agua en su publicación del año 2014, Adicional a esto según

información suministrada por el operario encargado del acueducto, el cual indica

que el acuífero esta sobre el nivel freático, por ende se asume que presenta una

superficie libre en contacto directo con la presión atmosférica.

Ilustración 8 Municipio del Guamo subyace sobre acuífero


44

13.3 UBICACIÓN ESPECÍFICA DEL PROYECTO

Se encuentra ubicado en la vereda Jagualito Pueblo Nuevo a 6.88 km

aproximadamente del casco urbano, la cual cuenta con una vía terciaria conocida

como vía antigua entre los municipios de Chicoral y el Guamo, está zona es muy

conocida por sus cultivos frutales, los cuales están compuestos por limón, mango,

patilla y melón, adicional a esto, es reconocida por la ganadería debido a que son

fuentes de ingreso para este sector.

Se realizó el ingreso al área por la vía intermunicipal que comunica a los municipios

del Guamo con el espinal en el departamento del Tolima, este desplazamiento se

realiza por medio terrestre hasta el punto de la toma de muestra.

Ilustración 9 Vereda Jagualito Pueblo Nuevo


45

14. MARCO METODOLOGICO

La investigación es de tipo explicativa y aplicada debido a que el recurso hídrico no

cuenta con bases de datos que corroboren las características físicas, químicas y

microbiológicas, motivo por el cual estas generan duda con respecto a la calidad del

agua, considerando que sobrepasen los rangos máximos permisibles en la

normativa vigente nacional.

Se implementará una metodología cuantitativa debido a que se tendrá en

consideración las propiedades presentes en la fuente hídrica de estudio, adicional

a esto se usara una metodología cualitativa a causa de que se tendrán en cuenta

valores numéricos correspondientes a la Resolución 2115 de 2007.

Como primera medida se realizará una visita de inspección en donde se hará un

levantamiento con equipo GPS-Garmin Oregón 50, de este modo se obtendrá la

respectiva georreferenciación, sumado a la ubicación de las estructuras existentes.

Posteriormente, se realizará la toma de muestras en temporada seca y lluviosa, de

tal forma de obtener las características físico-químicas y microbiológicas de la

fuente y conocer el comportamiento de estas características en las dos temporadas.

Un paso fundamental en la investigación, será el aforo a realizar para determinar la

medición del caudal medio, esto se hará en una vivienda de la zona veredal, con el

fin de hallar el caudal de la planta.

Una vez se obtengan los resultados de los laboratorios, se establecerán las

características físicas-químicas y microbiológicas presentes en el agua, se

procederá a evaluar los procesos actuales llevados a cabo y aquellos que se

necesiten implementar para el proceso de potabilización según lo estipulado en la

normativa vigente nacional.

46

Por último, se realizarán los diseños correspondientes al diseño de potabilización,

trayendo consigo mejoramiento en la calidad de vida de los habitantes de la zona

veredal de estudio.

14.1 METODOLOGIA EXPLICATIVA

La investigación de tipo explicativa da inicio con las características presentes en el

fluido del acueducto veredal del municipio del Guamo Tolima específicamente en la

vereda Jagualito Pueblo Nuevo, realizando una visita de campo con la cual se

analizan las condiciones reales del acueducto donde se pone en evidencia las

condiciones precarias de funcionamiento y la no potabilización del fluido generando

la posible existencia de agentes microbiológicos en el fluido. Los cuales, pueden

tener repercusiones en la salud de los habitantes de la zona veredal, por este motivo

se realiza el análisis del agua de forma organoléptica, física, química y

microbiológica, todo esto realizado en el área espacial del municipio en cuestión,

teniendo en cuenta la época de lluvia y sequía que se presenta en el territorio de

estudio, así mismo, determinar mediante una inspección visual el estado actual de

las estructuras existentes.

14.2 METODOLOGIA APLICADA

La investigación de tipo aplicada se ve reflejada o es muy utilizada en la solución de

distintos problemas comunes que afecten a alguna comunidad en cuestión.

La falta de mantenimiento y de procesos de potabilización en este acueducto

veredal pone en evidencia la necesidad de caracterizar la fuente de captación y el

diseño de potabilización, con esto se pretende mejorar la calidad de vida de los

habitantes de esta zona veredal brindándole una solución para poder tener un

servicio en buenas condiciones de calidad.

47

15. VISITA GEOESPACIAL AL ACUEDUCTO VEREDAL

Se procedió con la visita al área en cuestión de la vereda Jagualito Pueblo, allí se

inspecciona las condiciones de funcionamiento y manejo dado por la persona

encargada del manejo del mismo.

Ilustración 10 Visita geoespacial

Fuente: (Herrera, 2020)

15.1 LEVANTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS EXISTENTES

Se realizaron visitas de campo en las que se efectúa el levantamiento del área de

trabajo mediante la utilización de un equipo GARMIN OREGON 550, y cinta métrica

de 30 metros detallando todas las estructuras existentes, en primer lugar, se realiza

una inspección visual del tanque elevado, luego se procede con la caseta de

captación donde se encuentra ubicado el pozo profundo detallando el estado actual

de cada una de las estructuras existentes, donde se determina que se encuentra en

condiciones aceptables de funcionamiento. Con la inspección realizada se

48

determinó que la distribución del servicio funciona de manera discontinua debido a

que el tanque de almacenamiento no tiene la capacidad de abastecer todas las

viviendas por tiempo indefinido. Adicional a las visitas efectuadas al área del

proyecto, se realiza una petición formal a la alcaldía municipal de Guamo Tolima

con la cual se pretende recolectar la mayor información posible histórica acerca del

manejo y los procesos realizados a este acueducto veredal.

Ilustración 11 Plano general del proyecto


15.2 SOLICITUD DE INFORMACIÓN A LA ALCALDÍA MUNICIPAL

Posterior a la visita realizada, se solicitó al ente encargado del acueducto veredal la

interpelación de cuáles son las condiciones reales de este, el cual se encuentra

ubicado en la vereda Jagualito Pueblo Nuevo, la información se instó en la alcaldía

municipal del Guamo en el departamento del Tolima.

49

Ilustración 12 Solicitud Alcaldía


En la imagen anterior, se puede evidenciar como el autor solicita información

referente a las condiciones de funcionamiento e información histórica de manejo del

mismo.

La carta fue contestada por el área de planeación municipal, donde expresan que

no se tiene registros históricos, solamente cuenta con los nombres de las personas

50

que están a cargo y la cantidad de habitantes que tienen conexión al acueducto

veredal.

Ilustración 13 Respuesta alcaldía

Fuente: (Alcaldia municipial del Guamo , 2019)

51

16. TOMA DE LA MUESTRA

16.1 LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE ANALISIS PARA LA MUESTRA DE

AGUA CRUDA

Se realiza la georreferenciación del punto de la toma de análisis mediante la

utilización de equipo GPS GARMIN OREGON 550, obteniendo las coordenadas

geográficas del punto y su altitud, el cual se verifica con la cartografía existen del

sistema de información geográfica sobre los acuíferos presentes en el territorio

nacional.

Ilustración 14 Coordenadas planas


52

16.2 PROCESO DE MUESTRA A REALIZAR

Las maniobras de toma de muestra tienen una variación dependiendo del punto de

fuente que se esté analizando y las condiciones climáticas presentes en el área de

muestreo. (Rivas, 2017).

Al realizar la muestra en un grifo se debe efectuar un procedimiento el cual ayudara

a que la muestra salga alterada lo menos posible, a continuación, se describe el

procedimiento paso a paso.

Retirar los elementos que se encuentren en la boca del grifo, los cuales

pueden ser de goma, en bronce u otro distinto material que este sujeto a él

(rivas, 2017).

Flamear la boca del grifo ya sea con un encendedor o un algodón impregnado

de alcohol, con lo cual se desinfecta de agentes microbiológicos esta

superficie. (rivas, 2017).

Abrir la llave del grifo y dejar salir por un periodo de sesenta a ciento veinte

segundos, tiempo por el cual saldrá el fluido que se tenga alojado en las

tuberías. (rivas, 2017).

Correcta abertura y manejo de los frascos buscando tener el menor contacto

y con una postura hacia abajo (rivas, 2017).

53

Ilustración 15 Flameado de boca del grifo


En la gráfica anterior se evidencia el flameado de la boca del grifo, esto con el fin

de desinfectar la superficie. Posterior a esto se realizó la abertura de los frascos

para la toma de las muestras.

Ilustración 16 Equipo de toma de muestra


54

En la ilustración se exponen los elementos con los cuales se realizó la toma de la

muestra, se contó con un frasco para el laboratorio físico-químico, otro para el

bacteriológico, el cual se destaca por el papel en la parte superior y por último la

nevera en la cual se transportaron las muestras refrigeradas.

Ilustración 17 Toma de temperatura


Posterior a la toma de las muestras se realizó la toma de temperatura, en donde se

evidencio una temperatura de 26°Celsius

Luego de la toma de muestras y temperatura, se realizó un aforo en una de las

viviendas a la cual se le suministra el servicio.

55

Ilustración 18 Toma de aforo


Para el aforo fue necesario una botella de 1 Lt, un cronometro para evidenciar el

tiempo de llenado y una libreta para apuntar los datos obtenidos en campo.

56

Tabla 6 Aforo realizado

AFORO

Tiempo Litros

6,65 1

7,11 1

6,61 1

6,66 1

6,69 1

∑ 6,74 0,148


Con el aforo, se evidencio que el caudal es pequeño, como se expone en la tabla

anterior, el caudal promedio es de 0,148 Lts, adicional a esto es importante resaltar

que se presenta discontinuidad en el servicio.

57

17. CARACTERIZACIÓN DE AGUA

17.1 INFORME DE ENSAYO DE LABORATORIO NUMERO UNO

Tabla 7 Información de muestreo laboratorio N° 1 - 1328

Solicitante David Felipe Herrera Cleves

Lugar de residencia

Mz 78 Cs 24-Barrio Kennedy- Girardot

Cundinamarca

Tipo de muestra

AGUA CRUDA DE FUENTE

SUBTERRANEA

Lugar de muestro

Guamo Tolima vereda Jagualito Pueblo

Nuevo

Fecha de Muestreo Agosto 10 de 2020

Método utilizado para el muestreo

Se realiza el muestreo en teniendo en

cuenta la metodología de toma de

muestra.

Cantidad de muestras realizadas para

el laboratorio

Una muestra

Elementos utilizados para la toma de

la muestra

Envase plástico de capacidad de un litro

Envase de vidrio capacidad 300 ml el cual

contiene un preservante que corta la

acción del cloro se llama

EDTA.

Fecha de recepción de la muestra Agosto 10 de 2020

Fecha de reporte Agosto 12 de 2020

Nombre del laboratorio que realiza las

pruebas

AGUASLAB.SA.S

58

Licencia del laboratorio

El laboratorio se encuentra autorizado

por el ministerio de salud y protección

social mediante la resolución 2625 del 27

de septiembre de 2019 en donde se

autoriza los análisis físicos, químicos y

microbiológicos de agua para el consumo

humano

Validez del laboratorio

Estos resultados serán válidos

únicamente para esta muestra

Coordenadas del punto de la muestra

El área se obtiene mediante un

levantamiento

con equipo Garmin GPS Oregón 550 el

cual esta georreferenciado con la

siguiente información:

Datum del mapa: Bogotá Observatorio

Esferoide de mapa: Internacional

Falso Este: 1.000.000 m

Falso Norte: 491447.2 m

Escala: 1.000.000

Origen de longitud: WØ74°04´855´´

Origen de latitud: N0´00.000´´

Punto de muestra

Altura Aproximada: 339 m

Marcado: 29 de agosto de 20202

E 00902292

N00944424

UTM

59

Tabla 8 Resultados laboratorio N° 1 - 1328

RESULTADOS FISICOQUIMOS

Ensayo Fecha de

análisis

Técnica de análisis Unidades Resultado

PH 11/08/2020 Electrométrico Unidades 6,9

Color 11/08/2020 Espectofotometrico UPC 5

Turbiedad 11/08/2020 Nefelómetro NTU 0,30

Fosfatos 11/08/2020 Volumétrico mg/L

PO4

0,33

Sulfatos 11/08/2020 Turbidimetrico mg/L

SO4

8

Nitritos 11/08/2020 Colorimétrico mg/L

NO2

0,004

Nitratos 11/08/2020 Colorimétrico mg/L

NO3

0,9

Hierro total 11/08/2020 Espectofotometrico mg/L Fe 0,03

Dureza total 11/08/2020 Volumétrico mg/L

CaCO3

120

Conductivida

d

11/08/2020 Electrométrico mg/L S/m 295

RESULTADOS BACTERIOLOGICOS

Coliformes

fecales

10/08/2020 Filtración por

membrana

U.F.C /

100 ml

1800U.F.C/100m

l

Escherichia

coli


membrana

U.F.C /

100 ml

10U.F.C/100ml


60

Ilustración 19 Informe laboratorio AGUASLAB.

Fuente: (Aguaslab, 2020)

61

17.2 INFORME DE ENSAYO DE LABORATORIO NUMERO DOS

Tabla 9 Información de muestreo laboratorio N° 2 - 1515

Solicitante David Felipe Herrera Cleves

Lugar de residencia Mz 78 Cs 24-Barrio Kennedy-

Girardot Cundinamarca

Tipo de muestra AGUA CRUDA SUBTERRANEA

Lugar de muestro Guamo Tolima vereda Jagualito

Pueblo Nuevo

Fecha de Muestreo Septiembre 14 de 2020

Método utilizado para el muestreo

Se realiza el muestreo en teniendo

en cuenta la metodología de toma de

muestra.

Cantidad de muestras realizadas para

el laboratorio

Una muestra

Elementos utilizados para la toma de la

muestra

Envase plástico de capacidad de un

litro

Envase de vidrio capacidad 300 ml el

cual contiene

un preservante que corta la acción

del cloro se llama

EDTA.

Fecha de recepción de la muestra Septiembre 14 de 2020

Fecha de reporte Septiembre 17 de 2020

Nombre del laboratorio que realiza las

pruebas

AGUASLAB.SA.S

62

Licencia del laboratorio

El laboratorio se encuentra

autorizado por el ministerio de salud

y protección social mediante la

resolución 2625 del 27 de

septiembre de 2019 en donde se

autoriza los análisis físicos, químicos

y microbiológicos de agua para el

consumo humano

Validez del laboratorio Estos resultados serán válidos

únicamente para esta muestra

Coordenadas del punto de la muestra

El área se obtiene mediante un

levantamiento con equipo Garmin

GPS Oregón 550 el cual esta

georreferenciado con la siguiente

información:

Formato posición: cuadricula usuario

Datum del mapa: Bogotá

Observatorio

Esferoide de mapa: Internacional

Falso Este: 1.000.000 m

Falso Norte: 491447.2 m

Escala: 1.000.000

Origen de longitud: WØ74°04´855´´

Origen de latitud: N0´00.000´´


63

Tabla 10 Resultados laboratorio N° 2 -1515

RESULTADOS FISICOQUIMOS

Ensayo Fecha de

análisis

Técnica de análisis Unidades Resultado

PH 14/09/2020 Electrométrico Unidades 6,8

Color 14/09/2020 Espectofotometrico UPC 4

Turbiedad 14/09/2020 Nefelómetro NTU 0,60

Fosfatos 14/09/2020 Volumétrico mg/L PO4 1,69

Sulfatos 14/09/2020 Turbidimetrico mg/L SO4 2

Nitritos 14/09/2020 Colorimétrico mg/L NO2 0,003

Nitratos 14/09/2020 Colorimétrico mg/L NO3 0,3

Hierro total 14/09/2020 Espectofotométrico mg/L Fe 0,02

Dureza total 14/09/2020 Volumétrico mg/L

CaCO3

120

Conductividad 14/09/2020 Electrométrico mg/L S/m 326

RESULTADOS BACTERIOLOGICOS

Coliformes

fecales


membrana

U.F.C / 100

ml

230

U.F.C/100ml

Escherichia

coli


membrana

U.F.C / 100

ml

<1 .F.C/100ml


64

Ilustración 20 Informe laboratorio N° 2

Fuente: (Aguaslab, 2020)

65

Cabe resaltar que el laboratorio utilizado está cobijado por la resolución 2625 del

2019 del 27 de septiembre, el cual autoriza la realización de análisis químicos,

físicos y microbiológicos en agua para su uso como consumo humano, la

información del laboratorio utilizado se encuentra en la página número 6 en el ítem

154 donde anexan la dirección y el nombre de la representante legal.

66

18. ANALSIS DE LOS RESULTADOS DE LABORATORIO

Para que los análisis de los laboratorios fueran un poco más claros, se realiza un

gráfico comparativo, en el que se muestran los valores máximos permitidos de

concentración para consumo humano dados por la resolución 2115 del año 2007,

los laboratorios fueron elaborados en dos tiempos, el primero se realiza en tiempo

seco y el segundo en temporada lluvioso, con lo que se busca evaluar el afluente

en dos condiciones diferentes de clima.

Ilustración 21 Grafico comparativo resultados laboratorios


En la gráfica anterior se puede observar que los únicos porcentajes que están por

encima de los valores máximos permisibles para la salud humana son los fosfatos

y los contaminantes microbiológicos (coliformes totales y escherichia coli).

Adicional a esta revisión, se realiza el índice de riesgo de la calidad de agua para

consumo humano (IRCA), el cual se encuentra concertado en la resolución 2115

del 2007, este se considera un instrumento básico para medir la calidad del agua

siendo utilizado a nivel nacional por todos los entes públicos y privados dedicados

al tratamiento y consumo de agua.

67

Tabla 11 Tabla de construcción del (IRCA)


Tabla 12 Clasificación del IRCA

Fuente: (Ministerio de lvivienda, ambiente y desarrollo territorial, 2007)- modificado por el autor

CARACTERISTICAS

QUIMICAS DEL

AGUA

VALORE DE

REFERENCIA

Resolución 2115

del 2007

LABORATORIO

N° 1328

Tiempo Seco

LABORATORIO

N° 1515

Tiempo Lluvioso

PUNTAJE DE

RIESGO DE

CARCATERISTICAS

PUNTAJE DE

RIESGO(TS)

CARACTERISTICAS

NO ACEPTADAS

PUNTAJE DE

RIESGO(TLL)

CARACTERISTICAS

NO ACEPTADAS

PH 6,5 a 9,0 6,9 6,8 1,5 0,0 0,0

COLOR

APARENTEMenor ó igual a 15 5 4 6,0 0,0 0,0

TURBIEDAD Menor ó igual a 2 0,30 0,6 15,0 0,0 0,0

FOSFATOS Hasta 0.50 0,33 1,69 1,0 0,0 1,0

SULFATOS Hasta 250 8 2 1,0 0,0 0,0

NITRITOS Hasta 0.1 0,004 0,003 3,0 0,0 0,0

NITRATOS Hasta 10 0,9 0,3 1,0 0,0 0,0

HIERRO

TOTALHasta 0.3 0,03 0,02 1,5 0,0 0,0

DUREZA TOTAL Hasta 300 120 120 1,0 0,0 0,0

CONDUCTIVIDAD Hasta 1000 ms/cm 295 326 0,0 0,0

COLIFORMES

TOTALES0 U.F.C / 100 ml 1800 u.f.c/100ml 230 u.f.c. / 100ml 15 15 15

ESCHERICHIA COLI 0 U.F.C / 100 ml 10 u.f.c/100ml <1 u.f.c / 100ml 25 25 25

%IRCA 56,34 57,75

CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS

CARACTERISTICAS MICROBIOLOGICAS

De 14,1-35 NO APTA-Gestion Empresa

NIVEL DE

SIN RIESGO

BAJO

MEDIO

ALTO

INVIABLE

De 5,1-14 NO APTA PARA CONSUMO HUMANO-Susceptible a mejoramiento

De 35,1-80 NO APTA-Gestion Empresa, Alcaldia, Gobernacion

De 80,1-100 AGUA NO APTA PARA CONSUMO HUMANO

CLASIFICACION IRCA(%) CONCEPTO

De 0-5 APTA PARA CONSUMO HUMANO

68

Según la tabla expuesta previamente y teniendo en cuenta el resultado del índice

de riesgo (IRCA), se obtiene un porcentaje que es el promedio del tiempo seco y

lluvioso, este fue de 57,04 %, el cual se clasifica como un riesgo alto, al conocer las

condiciones reales de la fuente hídrica, se procede con la búsqueda de procesos

de potabilización que puedan bajar los niveles de fosfatos y contaminantes

microbiológicos presentes en la fuente subterránea, cumpliendo con los rangos

establecidos en la resolución 2115 del 2007.

18.1 IMPLEMENTACIÓN DE ALTERNATIVA PRESENTADA

Para resolver los problemas de discontinuidad en el servicio del acueducto veredal

el cual se viene presentando por la capacidad limitada que tiene el tanque elevado,

y adicional a esto por los altos valores de concentración de fosfatos y contaminantes

microbiológicos, se optó por brindar una solución que no genere un alto costo y

mantenimientos de forma tediosa, los procesos que resultan más favorable son la

implementación de un tanque de compensación y un sistema de filtración lenta con

arena (FLA), el cual deberá llevar una cámara de aquietamiento en la entrada del

fluido.

Con el fin de obtener los caudales de diseño los cuales son necesarios para conocer

las dimensiones del tanque de regulación y el sistema de filtración, se realizó la

proyección de la población de la cabecera rural del municipio del Guamo Tolima.

69

19. DISEÑO HIDRAULICO

19.1 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN

Al momento de realizar el análisis de la población, se busca información en la base

de datos del departamento administrativo nacional de estadística (DANE), la cual es

la entidad encargada a nivel nacional de realizar el análisis, la planeación y toma de

datos sobre la población en general.

Ilustración 22 Municipio del Guamo Tolima

Fuente: (DANE, 2020)

Para la proyección de población se utiliza el método geométrico, el cual cumple con

el nivel de complejidad bajo asignado al acueducto veredal, como primera medida,

se debe ir a la base de datos del departamento administrativo nacional de

estadística donde se ejecuta la búsqueda del municipio del Guamo en el

Departamento del Tolima.

70

Ilustración 23 Número de habitantes del Guamo Tolima

Fuente: (DANE, 2020)

Con los datos obtenidos se realizó el respectivo cálculo, esto con el fin de obtener

la tasa de crecimiento anual en forma decimal que tendrá el municipio.

Tabla 13 Años y población de la cabecera rural

Fuente: (DANE, 2020)- modificado por el autor

19.1.1 Año y población de diseño. Se realiza una proyección de 25 años debido

a que este es el tiempo que se encuentra establecido en la resolución 0330 del

2017, obteniendo una tasa de crecimiento de r: -0,017, se debe tener en cuenta que

la tasa de crecimiento de habitantes da un valor negativo debido a que en los últimos

20 años se ha presentado una disminución considerable de habitantes año tras año.

Año 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Población 18428 18166 17890 17612 17337 17058 16777 16499

Año 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Población 16220 15945 15667 15389 15119 14844 14573 14301

71

Ilustración 24 Información de viviendas en el sector rural

Fuente: (DANE, 2020)- modificado por autor

De la ilustración anterior es importante resaltar que al no contar con un censo

específico de la zona veredal, se optó por trabajar con la cantidad total de personas

en la cabecera rural y el número de viviendas que se encuentran habitadas, con

estos datos se realizó el respectivo cálculo del índice habitacional el cual fue de

2,79.

Tabla 14 Calculo de población

Índice poblacional 2,79

Viviendas 50 Und

Personas 139,5 Und


Con los valores obtenidos y el número de viviendas que en estos momentos cuentan

con el servicio del acueducto veredal, se procedió a hacer el respectivo cálculo de

la población de diseño, la cual dio un total de 140 personas, cabe resaltar que el

número de viviendas se obtuvo mediante la respuesta dada por la alcaldía del

Guamo

19.1.2 Caudal de diseño.

Posterior al cálculo de la población, se procedió a realizar el cálculo para la

obtención de la dotación neta, dotación bruta, caudal medio diario y caudal máximo

72

diario, esto con el objeto de tener los valores máximos para el diseño de los

procesos nombrados previamente.

Tabla 15 cálculos de caudales


De la tabla previamente expuesta es importante resaltar que la dotación neta se

estableció de acuerdo a la altura promedio de la zona, para la vereda Jagualito

Pueblo nuevo se trabajó con un valor por debajo de los 1000 m.s.n.m, con respecto

a las pérdidas del 30%, estas se establecieron de acuerdo al nivel de complejidad

bajo, el cálculo de la dotación bruta dio como resultado doscientos(200) L/hab/dia,

el caudal medio diario(Qmd) fue de 0,00032 m³/s, el caudal máximo horario(QMD)

dio como resultado 0,00042 m³/s. y por último, el cálculo del caudal máximo

horario(QMH) fue de 0,00055 m³/s.

Se debe tener en cuenta que al ser un sistema de acueducto veredal, no es

necesario realizar el cálculo contra incendios, por ende, se omite este cálculo y se

pasa a calcular las dimensiones de la cámara de aquietamiento, el filtro lento de

arena y el tanque de regulación.

19.2 CAMARA DE AQUIETAMINETO

Para realizar el diseño de la cámara de aquietamiento fue necesario como primera

medida, conocer la bomba de uso.

Tabla 16 Especificaciones bomba Barnes 4SP 4005

Bomba 2" Barnes 4SP 4005

TOTAL

PERSONAS

DOTACIÓN

NETAPERDIDAS

DOTACIÓN

BRUTAQmd QMD QMH

Und L/hab/dia % L/hab/dia m3/s m3/s m3/s

140 140 30% 200 0,00032 0,00042 0,00055

73

Gpm 50

L/s 3,1542


Es importante resaltar de la tabla anterior que, el caudal de entrada se obtiene de

las especificaciones de la bomba tipo lapicero marca Barnes 4SP 4005 que

actualmente se está utilizando.

Tabla 17 Bomba sumergible tipo lapicero

Fuente: (BARNES de Colmbia S.A, 2020)

En la imagen anterior, se evidencian los componentes mecánicos y eléctricos de la

bomba que se utiliza actualmente.

Tabla 18 Datos de entrada de cámara de aquietamiento

DATOS DE ENTRADA

Caudal 3,1542 L/S 0,0031542 m³/s

74

Tiempo de retención 50 S

Velocidad ascensional 1,24 cm/S 0,0124 m/s

Velocidad de llegada del agua <0.30 m/s

Borde libre 0,15 m


Para el diseño de la cámara de aquietamiento se tomaron datos del libro de

Potabilización del agua principios de diseño, control de procesos y laboratorio, allí

se encontró información referente al tiempo de retención y la velocidad ascensional

requeridos y se estableció un borde libre de 0,15 m.

Tabla 19 Calculo de cámara de aquietamiento

CALCULOS REALIZADOS

Volumen 0,16 m³

Área superficial 0,25 m²

Profundidad 0,62 m

Longitud 0,50 m

Profundidad total 0,80 m


En el dimensionamiento de la cámara de aquietamiento se obtuvo un volumen de

0,16 m³, este sale de la multiplicación del tiempo de retención por el caudal,

posterior a esto, se calculó el área superficial que dio un valor de 0,08 m², con este

valor se halló la longitud de la cámara, la cual fue de 0,28 m, sin embargo, se realizó

un ajuste debido al proceso constructivo de la misma , por este motivo se aumentó

el área superficial 0,09 m², dando un área total de 0,25 m² , con una longitud de 0,5

m y una profundidad de 0,8 m.

A continuación, se expondrá el modelo con las dimensiones finales de la cámara de

aquietamiento.

75

Ilustración 25 Cámara de aquietamiento corte A-A


TUBERIA DE ENTRADA AL

FILTRO FLA

0.15 mts

MUROS EN CONCRETO

ESPESOR .15 MTS

CORTE A-A

RELLENO CON RECEBO

COMPACTADO 98%

0.80 mts

TUBERIA DE ENTRADA A LA

CAMARA DE AQUIETAMIENTO

3.24 mts

0.50 mts

CAMARA DE

AQUIETAMIENTO

REBOSE

0.62 mts

76

Ilustración 26 Cámara de aquietamiento vista en planta

.


En la gráfica anterior se puede observar el detalle de la cámara en los muros de

concreto de 0,15 m, la tubería de entrada al filtro y las dimensiones de 0,5 por cada

lado.

19.3 FILTRO LENTO DE ARENA (FLA)

Para realizar el respectivo diseño del filtro lento de arena (FLA), fue necesario, como

primera medida tener en cuenta el caudal de diseño, este es de 0,42 l/s, es decir

36,29 m³/día, posterior a ello se definieron las dimensiones del filtro.

0.50 mts

0.80 mts

0.80 mts

MUROS EN CONCRETO

ESPESOR .15 MTS

TUBERIA DE ENTRADAAL FILTRO

TUBERIA DE ENTRADA

AL FILTRO

VISTA EN PLANTA

77

Tabla 20 Dimensionamiento FLA

1.DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO FLA

PARAMETRO UNIDAD

DE

MEDIDA

FORMULA RESULTADO OBSERVACION

Caudal ptap L/s 0,42130

m³/s 0,00042

Temperatura °C 25

Tasa de

filtracion

m³/m²-día 14 7-14m³/m²-día

(RAS)

Numero de

filtros

1

Caudal por

filtro

m³/s Q/N 0,000421296

Area del filtro m² (QF*86400)/q 2,60

Relacion L/B 1 Entre 1 y 3

Ancho filtro m √(AF/(L/B)) 1,61

Largo filtro m (L/B)*B 1,61

Area final del

filtro

m² L*B 2,60

Espesor arena cm 100 80-100 cm(RAS)

Densidad

arena

| 2,65

Porosidad

arena

0,36

Espesor grava cm 10 10-20cm

Numero de

orificios falso

fondo

#/m² 100 Según fabricante

78

Numero total

de orificios en

el filtro

# Of*AF 260

Diametros

orificios

m 0,01905 según fabricante

(3/4")

Coeficiente de

descarga

0,65 Establecido

Area del

orificio

m² π*(do/2)^2 0,000285

Altura de falso

fondo y

drenaje

m 0,2 Adoptado según

fabricante (0,2-

0,3)


Como se evidencia en la tabla anterior, se estableció un solo filtro de 1,61 m de

ancho. Posterior a esto, se realizaron los cálculos que determinan el

comportamiento hidráulico de los filtros y por ende su funcionalidad acorde con la

normatividad vigente nacional.

En los cálculos referentes a tasa de filtración, se puede observar el cálculo del área

superficial del filtro, en este se hizo la respectiva multiplicación de la longitud por el

ancho, dando como resultado un área de 2,6 m2 adicionalmente, se estableció el

caudal máximo por unidad, que, al contar con solo un filtro, iba a dar como resultado

un caudal igual al de entrada al sistema de 0,42 l/s.

79

Tabla 21 Pérdidas de carga

2.PERDIDAS DE CARGA(FILTRANDO)

PARAMETRO UNIDAD

DE

MEDIDA


Coeficiente

Kozeny

5 Constante

experimental y

adimensional

(cepis)

Viscosidad

cinematica del

agua

cm²/s 0,0094 Depende de

temperatura(tabla)

Perdida de

carga en arena

filtrando

m (f*QF*ar*γ*100)/(AF*g)*((1-η2)^2/η2^3 )*(6/(Ce*Dar))^2

Coeficiente de

esfericidad

0,95 Particulas casi

esfericas(tabla)

Diametro arena cm 0,05 Entre 0,05-0,055

cm

Perdida de

carga en arena

filtrando

cm 10,87

Perdida de

carga en la

grava filtrando

m (f*QF*gr*γ*100)/(AF*g)*((1-η3)^2/η3^3 )*(6/(Ce*Dgr))^2

Coeficiente de

esfericidad

0,7 Particulas

trituradas(tabla)

Diametro grava cm 0,5 0,50 cm

Porosidad de

grava

0,48

80

Perdida de

carga en grava

filtrando

cm 0,006

Caudal de

filtracion por

cada orificio

m³/s QF/No 1,62037E-06

Perdida de

carga en

orificios de

falso fondo

m Qfo²/(2*g*(Cd*Ao)²) 0,0000039

Perdida de

carga total

filtrando

cm hf1+hf2+hf3 10,88

m 0,109


En las perdidas del filtro, específicamente en el cálculo de las perdidas en el lecho

de arena, fue determinante la toma de temperatura realizada en campo, la cual fue

de 25°C, con lo cual se obtuvo una densidad del agua de 0,9968 gr/cm3, adicional a

esto, se estableció un espesor de lecho de arena de 1 m, en donde se obtuvo como

resultado pérdidas de 0,1087 m.

Se puede evidenciar el cálculo de las pérdidas en los lechos, se estableció un

espesor del lecho de grava de 0,1 m, dando como resultado pérdidas de 0,0006 cm,

donde se observa que las pérdidas en la grava soporte no son representativas.

Es importante resaltar que el falso fondo utilizado es en polietileno, lo cual

contribuye a reducir los costos al proyecto. Se estableció que se trabajaría con un

diámetro de tres cuartos de pulgada, dando como resultado 260 orificios y una

pérdida de carga en los orificios de falso fondo de 0,0000039 m.

81

Tabla 22 Calculo altura de FLA

3.ALTURA TOTAL DEL FILTRO

PARAMETRO UNIDAD

DE

MEDIDA


Caudal en una

canaleta

m³/s 0,00042

Ancho de canaleta m 0,07 Adoptado

Altura lamina de

agua en canaleta

m (Q/(1,375*a))2

/3

0,027

Altura agua sobre

vertedero de

canaleta

m (Q/(1,84*2*L))

2/3

0,002

Altura de canaleta m hc-ha 0,025

0,05 Adoptado

Altura agua sobre

vertedero canal de

salida

m (Q/(1,84*B))2/

3

0,003

Diferencia de altura

entre la lamina de

agua en el filtro y el

vertedero al canal de

salida

m hft+hs 0,112


Por último, se calculó la altura del vertedero de salida y la altura total del filtro, a

continuación se exponen los respectivos esquemas del diseño realizado.

82

Ilustración 27 Diseño del filtro de arena lenta (FLA) corte A-A


0.62 mts

CANAL DE ENTREGA

2.19 mts

0.11 mts

0.30 mts 0.30 mts 1.63 mts

1.00 mts

0.10 mts

0.20 mts

0.15 mts

0.20 mts

0.05 mts

0.50 mts

1.00 mts

ACCESO DE LIMPIEZA MEDIANTELAMINAS EN CONCRETO

CORTE A-A

FALSO FONDO

GRAVA

LECHO EN ARENA

VERTEDERO DESALIDA

CAMARA DEAQUIETAMIENTO

TUBERIA DE SALIDAAL RESERVORIO

RELLENO

CONRECEBO

COMPACTADO

98%

83

En la gráfica anterior se puede evidenciar el diseño final del filtro lento de arena (FLA), en donde se observan las

dimensiones del mismo, los detalles de la cámara de aquietamiento y del vertedero de salida.

Ilustración 28 Diseño del filtro de arena lenta (FLA) vista en planta


TUBERIA DELAVADO Ø 4"

1.63 mts

0.15 mts

0.15 mts

0.07 mts

2.83 mts

MUROS ENCONCRETO

CANALETA DE ENTRADAAL FILTRO

TUBERIA DE ENTRADA A LACAMRA DE AQUIETAMIENTO

ACCESO DE LIMPIEZA MEDIANTELAMINAS EN CONCRETO

TUBERIA DE SALIDA ALRESERVORIO

VISTA EN PLANTA

84

19.3 TANQUE DE REGULACION

Para realizar el respectivo diseño del tanque de regulación, fue necesario, como

primera medida determinar el caudal de entrada del tanque, estipulando que, al

bombearse durante 24 horas, el caudal de entrada será el caudal medio

diario(Qmd), que en este caso es de 0,000324 m³/s., es decir 28 m³/día.

Tabla 23 Calculo volumen del tanque

QMD 0,00042 36,4 m³/día

Qmd 0,000324 28 m³/día

V 12 m³


De la tabla anterior es importante resaltar que, el cálculo referente al volumen del

tanque se hizo por medio del volumen de regulación, el cual establece que el

volumen almacenado será igual a 1/3 del volumen distribuido en el día de máximo

de consumo, es decir 1/3 del caudal máximo diario (QMD), dando como resultado

un volumen de tanque de 12 m³.

Tabla 24 Dimensiones del tanque de almacenamiento

Borde superior 0,30 m

B 2,00 m

L 3,00 m

H 2,00 m

H + 0,30 m 2,30 m

Vol. Contra incendios 0,00 m³

Volumen del tanque 12,00 m³

Volumen del tanque + borde 14 m³


Posterior al cálculo del volumen, se prosiguió a establecer las dimensiones del

tanque, como se evidencia en la tabla anterior se fijó una dimensión B de 2m, junto

85

con un lado L de 3 m, en cuanto a la altura (H) se establecieron 2 m, pero a esta

dimensión se le suman 0,3 m de borde libre, dando una altura total de 2,30 m, del

cual se obtiene un caudal de diseño de 14 m³.

El último cálculo realizado para el tanque de almacenamiento fue referente al tiempo

de vaciado.

Tabla 25 Tiempo de vaciado del tanque

A 6 m²

h 2,30 m

m 0,5 --------

a 0,004560 m²

g 9,806 m/s²

Desagüe 3 "

T 1802 segundos

0,50062 Horas Es decir 0,50 Horas


En la tabla anterior se puede evidenciar los datos necesarios para el respectivo

tiempo de vaciado, como primera medida se evidencia el área superficial del

tanque(A), el cual es de 6 m², la cabeza sobre el desagüe(h) fue de 2,30 mts, el

coeficiente de contracción del desagüe(m) se estableció de 0,5, este valor es

adimensional, adicional a esto se trabajó con un área de desagüe(a) de 0,004560

m² este cálculo se hizo para un desagüe de 3”; con estos datos re realizo la

respectiva formula del tiempo de vaciado del tanque(T), el cual fue de 1802

segundos, es decir 0,50 horas.

A continuación, se presentará el modelo con las dimensiones finales tanque de

almacenamiento diseñado para el acueducto veredal.

86

Ilustración 29 Tanque de almacenamiento vista en planta


87

Ilustración 30 Tanque de almacenamiento corte A-A

.


EQUIPO DE BOMBEOTANQUE ELEVADO

REBOSE DEL TANQUE

TUBERIA DE AIREADORES

0.30 mts

CORTE A-A

2.30 mts

2.60 mts

0.15 mts

TUBERIA DE

LAVADO Ø 4"

88

En la gráfica anterior se puede evidenciar el corte A-A del tanque, en donde se

expone el equipo de bombeo para el tanque elevado, la tubería aireadora, el rebose

de 0,3 m y las dimensiones de ancho con 2,3 m y de altura 2,6 m.

Es importante resaltar que para la impulsión del tanque subterráneo, se

implementara una bomba JET tipo JE 1 10-2-1, la cual tiene un caudal de

0,00315m3/s y 40 m.c.a.

Tabla 26 Especificaciones bomba Barnes JET tipo JE 1 10-2-1

Bomba 2" Barnes JET tipo JE 1 10-2-1

Gpm 50

L/s 3,1542


89

19.4 CONSOLIDADO DE ELEMENTOS

Ilustración 31 Diseño final


90

En la ilustración anterior se pueden apreciar todos los elementos requeridos para la

correcta potabilización del agua, el diseño hidráulico realizado cuenta con un tanque

de abastecimiento que es por donde se extrae el agua del pozo, de allí pasa a la

cámara de aquietamiento, seguido del filtro lento de arena y por último se va a un

tanque de almacenamiento que bombea de nuevo al tanque elevado para su

distribución mediante gravedad a la comunidad.

91

20. PERDIDAS DE ENERGIA EN LA RED

20.1 PERDIDAS

Inicialmente, se especifican los parámetros de diseño, se establecen los diámetros

de tubería y el caudal de descarga de la bomba.

Tabla 27 Parámetros de diseño en pérdidas

PARAMETROS

DE DISEÑO

RESULTADO UNIDAD DE

MEDIDA

Ø interior 2" 0,0452 m

Gravedad 9,81 m/s²

π 3,1416

Q 0,00315 m³/s

1 tramo. No

codos a 90°

5

1 tramo. No

codos a 45°

1

2 tramo. No

codos a 90°

2

2 tramo. No

codos a 45°

1

K codo 90° 0,57

K codo 45° 0,3

Viscosidad

cinemática(25°c)

0,000000898 m²/s

K para PVC 0,00002

1 tramo. Long

real

5,93 m

92

2 tramo. Long

real

15,81 m

K entrada

tubería

0,78

K salida tubería 1


Después de establecer los parámetros de diseño y los respectivos coeficientes (K),

se prosigue a realizar el respectivo cálculo del área de tubería y velocidad.

Tabla 28 parámetros preliminares

PRELIMINARES

PARAMETRO UNIDAD

DE

MEDIDA

NOMENCLATURA FORMULA RESULTADO

Área diámetro

interior

m² A (π*Ø^2)/4 0,00160

Velocidad m/s V Q/A 1,963


En la tabla anterior se puede evidenciar que el área da como resultado 0,0016 m² y

la velocidad da como resultado 1,96m/s, estos datos serán determinantes para el

respectivo cálculo de las pérdidas. Es importante resaltar que se evaluarán dos

tramos, el primer tramo va desde el pozo de succión hasta el tanque enterrado, el

segundo tramo arranca desde el tanque enterrado hasta el tanque elevado.

Tabla 29 Pérdidas por accesorio

PERDIDA ACCESORIOS

93

PARAMETRO UNIDAD

DE

MEDIDA


Perdida de

Codos 90°

m 1-hf1 K*(V^2/(2*g) 0,560

Perdidas de

Codos 45°

m 1-hf2 K*V^2/(2*g) 0,059

Perdida de

Codos 90°

m 2-hf1 K*(V^2/(2*g) 0,224

Perdidas de

Codos 45°

m 2-hf2 K*V^2/(2*g) 0,059


En cuanto a las perdidas por accesorios, es importante resaltar que en el primer

tamo se cuenta con 5 codos de 90°, los cuales dan una pérdida de 0,56 m, se cuenta

con 1 codo de 45° tanto en el primer tramo como en el segundo, están dan una

pérdida de 0059m y en el segundo tramo, de igual forma se tienen 2 codos de 90°

que dan como resultado una pérdida de 0,22m.

Tabla 30 Pérdidas en tubería

PERDIDA TUBERIA

PARAMETRO NOMENCLATURA FORMULA RESULTADO

Numero de

Reynolds

Re (V*Ø)/v 98810,907

Coeficiente de

fricción

f

0,02

Perdidas en

tubería

1-hf3 f*(L/Ø)*(V^2/(2*g)) 0,42

94

Perdidas en

tubería

2-hf3 f*(L/Ø)*(V^2/(2*g)) 1,12


Posterior a las perdidas por accesorios, se hizo el respectivo cálculo de las perdidas

en la tubería, donde se puede evidenciar que en primer tramo se pierden 0,42m y

en el segundo tramo se obtienen pérdidas de 1,12 m.

Tabla 31 Pérdidas en entradas y salidas

PERDIDAS DE ENTRADA Y SALIDA

PARAMETRO UNIDAD

DE

MEDIDA


Perdida Entrada

a camara

m 1-hf4 K*(V^2/(2*g)) 0,153

Perdida Salida

camara

m 1-hf5 K*V^2/(2*g) 0,000

Perdida Entrada

a filtro

m 1-hf6 K*V^2/(2*g) 0,000

Perdidas en

filtro

m 1-hf7 0,109

Perdida salida

filtro

m 1-hf8 K*V^2/(2*g) 0,000

Perdida entrada

tanque bajo

m 1-hf9 K*V^2/(2*g) 0,000

Perdida entrada

tanque elevado

m 2-hf4 K*V^2/(2*g) 0,153


95

Por último, se hizo el respectivo cálculo de las pérdidas de entrada y salida para

cada estructura, aquí es importante resaltar que en el tramo 1, después de entrar a

la cámara de aquietamiento, la velocidad es tan baja, que se puede despreciar,

adicional a esto se suman las perdidas obtenidas en el filtro, por otro lado las

perdidas en el según tramo por entrada solo se dan en el tanque elevado, dando

como resultado 0,153 m.

Con todas las perdidas ya calculadas, se prosigue a realizar el respectivo perfil

hidráulico, de tal forma que se puedan plasmar la respectiva línea de energía y

línea piezométrica.

Tabla 32 Calculo de línea de energía y piezométrica tramo 1

PERDIDAS LOCALIZADAS

ITEM ALTURA PERDIDAS ALTURA LINEA

ENERGIA

ALTURA LINEA

PIEZOMETRICA

Inicio 42 38 4 3,80

Perdidas por

accesorios y

tubería

4,00 1,04 2,96 2,77

Llegada a

cámara de

aquietamiento

2,96 0,15 2,81 2,61

Perdidas en

filtro

2,81 0,11 2,70 2,50


En la tabla anterior se puede evidenciar el respectivo cálculo para determinar las

alturas de la línea de energía y piezometrica en el primer tramo evaluado, es

96

importante resaltar que los cálculos anteriores corresponden a las alturas de llegada

y luego se hicieron las respectivas restas con las perdidas encontradas.

Tabla 33 Calculo de línea de energía y piezométrica tramo 2

PERDIDAS LOCALIZADAS

ITEM ALTURA PERDIDAS ALTURA

LINEA

ENERGIA

ALTURA LINEA

PIEZOMETRICA

Bomba de impulsión

a tanque elevado

40 16,00 24,00 23,80

Perdidas por

accesorios y tubería

24,00 1,40 22,60 22,40


En la tabla anterior se expone el respectivo cálculo para determinar las alturas de la

línea de energía y piezométrica en el segundo y último tramo evaluado, es

importante resaltar que los cálculos anteriores corresponden a las alturas de llegada

y luego se hicieron las respectivas restas con las perdidas encontradas.

A continuación se expondrá el respectivo perfil hidráulico de las estructuras, allí se

podrá evidenciar la línea piezométrica y de energía.

97

Ilustración 32 Línea de energía


23.8 mts

22.4 mts

3.80 mts

2.77 mts

2.61 mts

2.81 mts

2.61 mts

2.50 mts

POZOSUBTERRANEO

LINEA DE ENERGIA

LINEA PIÉZOMETRICA

24 mts

22.60 mts

CAMARAAQUIETAMIENTO

FILTRO

TANQUEREGULACION

TANQUEELEVADO4 mts

2.96 mts

2.70 mts

2.81 mts

98

21. CONCLUSIONES

Mediante la realización de la caracterización hídrica, se encontró que la fuente

subterránea de abastecimiento presenta ciertas propiedades físico-químicas y

microbiológicas por encima de los niveles aptos del agua para consumo humano,

generando así riesgo a la salud humana, se logró establecer que tanto en

temporada seca como lluviosa hay presencia de contaminantes microbiológicos y

que en temporada lluviosa los fosfatos exceden el límite máximo estipulado en la

resolución 2115 del 2007.

Gracias a la georreferenciación de la fuente de abastecimiento, se logró obtener

información de gran relevancia en el sistema de información geográfica de

ordenamiento territorial (SIGOT), en donde se obtuvo datos de los acuíferos en el

departamento y se evidencia que el municipio del Guamo subyace sobre un

acuífero.

Por medio de la visita realizada al acueducto veredal, se pudo evidenciar que las

estructuras actuales sirven para almacenamiento y distribución, sin tener en cuente

procesos de potabilización del agua, adicional a esto, estas estructuras no tienen la

capacidad de brindar un servicio continuo a la comunidad.

Los laboratorios físico químicos y microbiológicos realizados a la fuente hídrica

indicaron la presencia de contaminantes que implican riesgo a la salud, en

temporada lluviosa se encontró presencia de fosfatos, los cuales ocasionan

desordenes digestivos, adicional a estos se encontraron coliformes totales y

escherichia coli en ambas temporadas, los cuales provocan enfermedades

patógenas, causando vómito, diarrea, fiebre y siendo de alto riesgo para personas

con sistemas inmunológico comprometido.

99

Con el cálculo del IRCA en temporada seca y lluviosa, se logró determinar que el

acueducto suministra a la población agua no apta para consumo humano, esto se

estableció debido a que, en temporada seca el IRCA fue de cincuenta y seis coma

treinta y cuatro (56,34%), y en temporada lluviosa de cincuenta y siete coma setenta

y cinco (57,75%), ambas calificaciones dan como resultado un nivel de riesgo alto

del agua para consumo humano, hay que tener en cuenta que al agua evaluada no

se le realiza ningún tipo de proceso de potabilización, únicamente se efectúa la

extracción del fluido y su posterior distribución, a causa de esto los porcentajes del

IRCA son elevados, sin embargo es importante resaltar que se hizo el respectivo

calculo teniendo en cuenta que a las personas de la vereda se les suministra el agua

en estas condiciones.

El departamento administrativo nacional de estadística (DANE) suministro

información determinante en la proyección de población y el cálculo del índice

habitacional, para esta investigación se trabajó un índice habitacional de dos coma

setenta y nueve (2,79), el cual se empleó para multiplicarlo por el número de

viviendas a las cuales se suministra el servicio actualmente, de esta forma se obtuvo

una población total de servicio de 140 personas, posterior a esto, con este dato se

efectuó el cálculo del caudal de diseño, el cual fue el caudal máximo diario(QMD),

que dio como resultado 0,00043 m³/s.

Con la resolución 0330 del 2017, se logró evidenciar las tecnologías de tratamiento

y almacenamiento según los contaminantes a remover, fue así como se dio inicio al

diseño hidráulico, entendiendo que el filtro de arena lenta (FLA) es una alternativa

confiable y económica de operación en medios rurales, que no requiere de ningún

tipo de compuesto químico, y es altamente eficaz en eliminación de contaminantes

microbiológicos y fosfatos, adicional a esto se estableció un tanque de

almacenamiento necesario para garantizar la continuidad del servicio, por último, se

realizó el diseño de la cámara de aquietamiento, debido a que se necesita disipar la

velocidad de llegada del fluido al filtro.

100

Mediante la visita realizada al acueducto, se logró determinar el área del mismo,

esto debido a que se realizó un levantamiento con cinta métrica de las estructuras

existentes, dando como resultado un área de lote de cien punto ochenta y ocho

(100,88) m², el área disponible para las nuevas estructuras no era significativa, sin

embargo, se logró distribuir en el terreno de forma eficiente y compacta, las

estructuras requeridas para el mejoramiento del acueducto veredal.

Con este proyecto de investigación se busca que las personas del municipio

mejoren su calidad de vida, que cuenten con agua apta para consumo humano que

no represente ningún tipo de riesgo a la salud humana, motivo por el cual se espera

que se tomen acciones correctivas para el correcto funcionamiento del acueducto.

101

22. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS

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Publica. Obtenido de Mininsterio de Salud Publica:

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posibilidades de uso de FLA (Filtro lentos de arena) con agua superficial de

nuestra region. Obtenido de Filtros biologicos para la potabilizacion del

agua, posibilidades de uso de FLA (Filtro lentos de arena) con agua

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