UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica De Loja
ÁREA TÉCNICA
TITULACIÓN DE INGENIER
O
CIVIL
“Plan maestro de agua potable de Sacapalca y estudio para la eficiencia y
aprovechamiento hidro-energético de sus componentes”
TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
AUTOR:
Jiménez Fernández, Pablo Francisco
DOCENTE:
Benavides Muñoz, Holger Manuel, PhD.
LOJA - ECUADOR
2013
ii
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
Ing.
Holger Manuel Benavides Muñoz, PHD
DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
De mi consideración:
El presente trabajo de fin de titulación: “Plan Maestro de Agua Potable de Sacapalca y estudio para la eficiencia y aprovechamiento hidro-energético de sus componentes”
realizado por Jiménez Fernández Pablo Francisco, ha sido orientado y revisado durante su ejecución, por lo que se aprueba la presentación
Loja, diciembre de 2013
Ing. Holger Manuel Benavides Muñoz
iii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
Yo Jiménez Fernández Pablo Francisco declaro ser autor del presente trabajo de fin de titulación: Plan Maestro de Agua Potable de Sacapalca y estudio para la eficiencia y aprovechamiento hidro-energético de sus componentes”, de la Titulación de Ingenieria civil, siendo Ing. Holger Manuel Benavides Muñoz director del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico que las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo, son de mi exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textual dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”
f)…………..……….. Jiménez Fernández Pablo Francisco
iv
DEDICATORIA
A Dios, por permitirme llegar a este momento tan especial en mi vida, por los triunfos y los momentos difíciles que me han enseñado a valorarlo cada día más.
A mis padres por ser las personas que me han acompañado durante todo mi trayecto estudiantil y de vida; quienes han velado por mí durante este arduo camino para convertirme en un profesional.
A mi Abuela, que con la sabiduría de Dios me ha enseñado a ser quien soy hoy. Gracias por tu paciencia, por enseñarme el camino de la vida, gracias por tus consejos, por el amor que me has dado y por tu apoyo incondicional en mi vida. Gracias por llevarme en tus oraciones porque estoy seguro que siempre lo haces.
A mis familiares y amigos, que son parte fundamental de este logro y que estuvieron prestos a brindar su ayuda cuando se los necesitaba.
v
AGRADECIMIENTO
Dejo constancia de mi agradecimiento a la Universidad Técnica Particular de Loja, a todos
los funcionarios de esta prestigiosa institución, que colaboraron en todo momento durante la
realización del proyecto.
Al Ing. Holger Benavides M, Director de Tesis, por sus valiosas sugerencias y orientaciones,
realizadas en el presente estudio.
Al Gobierno Autónomo Descentralizado parroquial de Sacapalca, por darme la oportunidad
de desarrollar mi trabajo de graduación.
A mis padres, hermanos, compañeros y amigos, mi agradecimiento por su apoyo y múltiples
ayudas que he recibido durante mi carrera.
vi
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CARATULA ... i
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN ... ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ... iii
DEDICATORIA ... iv
AGRADECIMIENTO ... v
ÍNDICE DE CONTENIDOS ... vi
ÍNDICE DE TABLAS ... x
ÍNDICE DE ANEXOS ... xi
ÍNDICE DE PLANOS ... xi
RESUMEN. ...1
ABSTRACT. ...2
CAPÍTULO 1 ...3
1.1. Organización solicitante ... 4
1.2. Título del proyecto ... 4
1.3. Introducción ... 4
1.4. Objetivos y alcance ... 4
1.4.1. Objetivo general. ... 4
1.4.2. Objetivos específicos. ... 4
1.4.3. Alcance. ... 4
1.5. Características generales de la población ... 5
1.5.1. Información geográfica. ... 5
1.5.2. Descripción del área de intervención del proyecto. ... 6
1.5.3. Descripción de la localidad. ... 6
1.5.4. Sistemas de producción y piso agroecológico. ... 10
1.5.5. Servicios existentes. ... 11
1.6. Identificación, descripción y diagnóstico del problema ... 13
vii
1.6.2. Conclusiones sobre la evaluación de los sistemas existentes. ... 14
CAPÍTULO 2 ... 15
2. PARÁMETROS DE DISEÑO ... 16
2.1. Población demandante ... 16
2.1.1. Población de referencia. ... 16
2.1.2. Población potencialmente demandante. ... 16
2.1.3. Población demandante efectiva. ... 16
2.1.4. Proyección de la población actual. ... 16
2.2. Período de diseño ... 17
2.3. Población de diseño ... 18
2.4. Consumo y caudales ... 19
2.4.1. Consumo medio diario. ... 21
2.4.2. Consumo máximo diario. ... 21
2.4.3. Consumo máximo horario. ... 21
2.4.4. Caudales. ... 21
2.4.5. Volumen de almacenamiento. ... 23
2.4.6. Caudal de diseño de la distribución para acometidas domiciliarias ... 23
CAPÍTULO 3 ... 24
3. CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL SISTEMA DE AGUA POTABLE ... 25
3.1. Estudios de topografía... 25
3.1.1. Trabajo de campo. ... 25
3.1.2. Trabajo de gabinete. ... 25
3.2. Estudio de la fuente de abastecimiento de agua ... 26
3.2.1. Análisis de la calidad aparente del agua en la fuente. ... 26
3.2.2. Análisis de la cantidad de agua disponible en la fuente. ... 29
3.2.3. Análisis de agua. ... 30
viii
3.4. Diseño de las unidades del sistema ... 31
3.4.1. Captación. (P1, P2). ... 31
3.4.2. Desarenador. (E1). ... 31
3.4.3. Línea de conducción. (E1 – D2). ... 31
3.4.4. Planta de tratamiento. ... 31
3.4.5. Redes de distribución. (A partir de D3). ... 40
3.4.6. Conexiones domiciliarias. ... 41
3.5. Planos generales del proyecto de agua potable. ... 41
3.5.1. Conducción. ... 41
3.5.2. Planta de tratamiento. ... 41
3.5.3. Distribución. ... 42
3.6. Análisis de impacto ambiental y de riesgos ... 42
3.6.1. Impacto ambiental en la fase de estudios. ... 42
3.6.2. Impacto ambiental en la fase de construcción. ... 43
3.6.3. Impacto ambiental en la fase de operación... 44
3.6.4. Valoración de impactos ambientales. ... 44
3.7. Presupuesto referencial de la obra y cronograma valorado ... 50
CAPÍTULO 4 ... 62
4. CÁLCULOS HIDRÁULICOS DEL SISTEMA ... 63
4.1. Red de conducción ... 63
4.1.1. Trazado de la línea de conducción. ... 63
4.1.2. Pérdidas de carga. ... 64
4.1.3. Velocidades. ... 64
4.1.4. Características de la conducción. ... 64
4.1.5. Válvulas de cierre o de compuerta. ... 65
ix
4.1.7. Válvulas de aire. ... 65
4.1.8. Tanque rompe presión. ... 65
4.1.9. Celeridad... 65
4.1.10. Cálculo hidráulico de la línea de conducción. ... 66
4.1.11. Conducción del sistema de agua potable para la comunidad Sacapalca. ... 67
4.2. Red de distribución ... 72
4.2.1. Diseño de la red de distribución. ... 73
4.3. Resumen de obras de arte ... 75
CAPÍTULO 5 ... 77
5. GENERACIÓN HIDROENERGÉTICA ... 78
5.1. Aspectos generales ... 78
5.2. Clasificación de las centrales de energía eléctrica ... 78
5.2.1. Por la potencia generada. ... 78
5.2.2. Por la energía primaria que utilizan. ... 79
5.3. Componentes de generación en pequeñas centrales hidroeléctricas ... 80
5.3.1. Tipos de mini – turbinas hidráulicas. ... 80
5.3.2. Mecanismo de trabajo de la mini - turbina tipo Pelton. ... 82
5.4. Diseño hidroenergético dentro del sistema de agua potable. ... 84
5.4.1. Aplicaciones. ... 84
5.4.2. Diseño. ... 85
5.5. Costos de implementación ... 89
5.6. Comparación de costos ... 90
CONCLUSIONES ... 92
RECOMENDACIONES ... 94
BIBLIOGRAFÍA... 95
x
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Tabulación de resultados de la encuesta socio-económica………..….10
Tabla. 2 Sistema de agua potable en la parroquia Sacapalca (%)………...…14
Tabla 3. Tasas de crecimiento poblacional………..….……14
Tabla 4. Opciones técnicas y niveles de servicio……….……...19
Tabla 5. Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio………..….20
Tabla 6. Porcentaje de fugas a considerarse en el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable……….…..20
Tabla 7.Tratamientos de desinfección de acuerdo al número de bacterias coliformes………....………...33
Tabla 8. Eficiencia típica de tratamiento para F.L.A……….…...…34
Tabla 9. Características del lecho de soporte del material filtrante en el FLA……….……… .….….37
Tabla 10. Características de la capa de arena a ubicar en el FLA…….…………...37
Tabla 11. Valoración y criterios para la matriz de Leopold, en la identificación de impactos ambientales para proyectos de agua potable………...…47
Tabla 12. Matriz de Leopold para la identificación de impactos ambientales en la etapa de construcción………..………..………..….48
Tabla 13. Matriz de Leopold para la identificación de impactos ambientales en la etapa de operación………...………....………….49
Tabla 14.- Fuentes de financiamiento………..…...52
Tabla 15: Módulo de Young de materiales……….…...…...67
Tabla 16. Resumen de obras de arte……….………...……76
Tabla 17. Clasificación de centrales eléctricas según su potencia………...80
Tabla 18. Consumo de artefactos eléctricos………...85
xi
Tabla 20. Variación 1 de artefactos que se pueden utilizar al mismo tiempo
en el diseño ………...………..…...88
Tabla 21. Variación 2 de artefactos que se pueden utilizar al mismo tiempo
en el diseño ……….……….……...89
Tabla 22.Comparación de costos Mini-turbina Pelton y tarifas de luz
eléctrica...………..………91
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1. Estudios topográficos
ANEXO 2. Encuesta socio – económica
ANEXO 3. Bases de diseño
ANEXO 4. Análisis de agua
ANEXO 5. Análisis de suelo
ANEXO 6. Estudio hidrológico
ANEXO 7. Diseños hidráulicos
ANEXO 7.1. Cálculos hidráulicos de la red
ANEXO 7.2. Diseño de las unidades del sistema de tratamiento
ANEXO 8. Presupuesto referencial
ANEXO 9. Análisis financiero
ANEXO 10. Análisis tarifario
ANEXO 11. Secuencia fotográfica
ANEXO 12. Especificaciones técnicas
ANEXO 13. Manual de operación y mantenimiento
xii
ÍNDICE DE PLANOS
Planimetría……….………..………..……..1 - 4
Topografía………..……...…...5 - 8
Red hidráulica……….………...9 - 12
Perfiles longitudinales……….………..………...13 - 27
Captación P1………..………....28
Captación P2…………...………..………..…………...…...29
Desarenador………..………..…………..30
Implantación de planta de tratamiento………..………...31
Filtro lento de arena………..………..…………...…32 - 33 Caseta de cloración……….…………..………..………...…34
Tanque de reserva...………..………..………..35 - 38 Tanques rompe presión……….………39
Válvulas de aire y desagüe………...……..…...40
1
RESUMEN
Este estudio tiene como objetivo primordial realizar el diseño del sistema de agua potable para la comunidad de Sacapalca, con las mejores alternativas económicas para los habitantes de la comunidad en lo que se refiere a cantidad y calidad de agua, tarifas y presupuesto total de la obra.
Se realizó el diseño hidráulico de las redes de conducción y distribución mediante la fórmula de Darcy-Weisbach para el cálculo de las pérdidas de carga; así como los diseños de cada unidad que componen el sistema que son los siguientes: captación, desarenador, red de conducción, planta de tratamiento y red de distribución.
2
ABSTRACT.
The project's primary objective the study and design of water system for the community of Sacapalca, is seeking the best economic alternative for the people of the community. In terms of rates as in the total budget the work in the construction phase, ensuring a higher level of life quality.
He/she has been carried out hydraulic designed system operators and distribution using the formula of Darcy-Weisbach for calculating pressure drops as well as the design of each unit making up the system like: recruitment, Sand Trap, treatment plant and distribution.
It also includes financial analysis is also included, of environmental Impact and the technical specifications of construction.
3
CAPÍTULO 1
4
1.1. Organización solicitante
Gobierno Autónomo Descentralizado parroquial de Sacapalca, del cantón Gonzanamá, provincia de Loja
1.2. Título del proyecto
“PLAN MAESTRO DE AGUA POTABLE DE SACAPALCA Y ESTUDIO PARA LA EFICIENCIA HIDRO-ENERGÉTICA DE SUS COMPONENTES”
1.3. Introducción
Con el fin de dotar de un sistema que garantice la calidad y cantidad del agua con el que contarán los habitantes de la parroquia Sacapalca, y dentro del marco del convenio interinstitucional G.A.D Sacapalca con la Universidad Técnica Particular de Loja se elaboró el presente estudio denominado “PLAN MAESTRO DE AGUA POTABLE DE SACAPALCA Y ESTUDIO PARA LA EFICIENCIA HIDRO-ENERGÉTICA DE SUS COMPONENTES”.
Debido a que la parroquia no cuenta con un sistema de agua potable, se presenta esta alternativa para la desinfección del agua a captarse y controlar la proliferación de enfermedades derivadas del consumo de agua no tratada.
1.4. Objetivos y alcance
1.4.1. Objetivo general.
Realizar el estudio y diseño del plan maestro de agua potable para la parroquia Sacapalca del cantón Gonzanamá.
1.4.2. Objetivos específicos.
Diseñar el plan maestro de agua potable de la parroquia de Sacapalca.
Dimensionar el proyecto con base en su demanda futura y de la proyección de la demanda dentro del periodo de diseño.
Aprovechar hidro – energéticamente los componentes del sistema, y justificar la eficiencia de estos.
1.4.3. Alcance.
5
proyecto se basa en su demanda actual y de la proyección de la demanda dentro del periodo de diseño y conjuntamente con el estudio para el aprovechamiento hidro – energético de los componentes del sistema y justificar la eficiencia de estos.
Dadas las condiciones actuales de la economía del sector y los problemas de salud que aquejan especialmente a la niñez de las comunidades, muy difícilmente por sus propios medios podrán realizar un sistema de agua potable adecuado, por esta razón y según lo señalado por los habitantes en la visita a todas las casas del sector para la realización del estudio de mercado mediante encuestas socio-económicas realizadas (ver Anexo 2: Encuestas socio-económicas), la comunidad está completamente dispuesta a colaborar en la etapa de construcción de un nuevo sistema en lo que tiene que ver con la mano de obra no calificada.
Si se toma en cuenta que esta comunidad tiene un número considerable de habitantes (522 habitantes) (ver Anexo 2: Encuesta socio-económica), es de vital importancia la realización de los estudios definitivos para la dotación de agua potable.
1.5. Características generales de la población
1.5.1. Información geográfica.
6
Figura. 1: Ubicación del proyecto
Fuente: Plan de desarrollo Sacapalca 2011 Sus coordenadas geográficas son:
E = 664897 N = 9540634
Altitud = 1624 ms.n.m
1.5.2. Descripción del área de intervención del proyecto.
Según el plan de ordenamiento territorial de la parroquia Sacapalca la extensión territorial de la parroquia aproximadamente es de 154km2.
Sus límites son:
Al norte con el cantón Paltas
Al sur con la parroquia Changaimina Al este con la parroquia Nambacola y; Al oeste con el cantón Paltas.
1.5.3. Descripción de la localidad.
7
1.5.3.1. Clima.
Conformado por valles, mesetas, lomas, cañadas y planicies; Sacapalca dispone de una variedad de climas que van desde el frío moderado, en las cordilleras, hasta el cálido seco en las riveras de los ríos, ello se debe principalmente a la orografía que diverge en su suelo. Su temperatura promedio es de 23º C.
1.5.3.2. Topografía de la zona.
El cantón Gonzanamá presenta un relieve muy irregular, con pendientes que oscilan entre el 8 y 50%. La formación geológica la constituyen una sucesión de sedimentos y materiales volcánicos. Los suelos han sido conformados por acción del clima, la topografía y la vegetación.
1.5.3.3. Hidrografía y orografía.
1.5.3.3.1. Orografía.
Sus principales elevaciones son: Colambo con una altura de 3100m. Paja Blanca, Tucumbre, Harapo, Aranjos, El Perico, Purunuma, Sacapalca.
1.5.3.3.2. Hidrografía.
El principal río de Gonzanamá es el Piscobamba, que desemboca en el Catamayo. Existen quebradas muy importantes para el regadío y estas son:
La Chorrera. El Huato. El Tablazo Chorrera Blanca. Santa Bárbara.
1.5.3.4. Aspectos socioeconómicos.
8
sólo migra al interior del país, sino que también lo hacen al exterior, a países especialmente europeos como España e Italia, y en menor cantidad a Estados Unidos y otros países. La Población Económicamente Activa, es el principal indicador de la oferta de mano de obra en una sociedad. Las personas económicamente activas son todas aquellas que están en edad para trabajar (12 años y más) y tienen la capacidad y disponibilidad para dedicarse a la producción de bienes y servicios económicos en un determinado momento. Sacapalca representa el 17,45 % de la oferta de mano de obra del cantón según el Plan de desarrollo cantonal participativo de Gonzanamá.
Imagen 1.- Encuestas socio-económicas Fuente: El autor
9
Tabla 1. Tabulación de resultados de la encuesta socio-económica
DESCRIPCIÓN TOTAL
Número de habitantes 522
Número de personas promedio por familia 5
Número de mujeres 243
Número de varones 279
Número de niños entre 0 a 10 años 76
Número de personas entre 11 a 20 años 91
Número de personas entre 21 a 31 años 56
Número de personas entre 31 a 50 años 142
Número de personas entre 51 a 70 años 105
Número de personas entre 70 a 90 años 48
Número de personas mayores a 90 años 4
Tipo de construcción de la vivienda
Adobe 99
Ladrillo 97
Mixta 16
Actividad económica
Profesional 6
Comerciantes 6
Obreros 2
Artesanos 1
Conductores 2
Trabajadores de la agricultura 101 SALUD: Enfermedades que
afectan a los niños
Diarrea 63
Respiratorias 78
Infecciosas 0
Otras (alergias, dolor de cabeza, etc) 23 Abastecimiento de agua
Quebradas 212
Riachuelos 0
Otros (agua embotellada) 8 Disposición de la basura
Bota al huerto 15
Utiliza para abono 5
Carro recolector: Disposición de excretas por familia
Red 0
Letrina 191
Fosa séptica 21
Relaciones con organizaciones existentes
Buena 212
Regular 0
Mala 0
Relación de la comunidad con el Gobierno Municipal.
Buena 212
Regular 0
Mala 0
10
Figura 2.- Población por sexo
[image:22.612.143.491.318.549.2]Fuente: El autor
Figura 3.- Distribución de la población por edades
Fuente: El autor
1.5.4. Sistemas de producción y piso agroecológico.
El producto agrícola de mayor importancia económica para la parroquia es el café, éste es de muy buena calidad y su comercialización deja buena rentabilidad para los agricultores y todo el entorno. Las zonas más productivas, son aquellas con climas templados como: San Ignacio, La Cruz de Yazapa, Las Huacas, Combolo, Surapo, Santa Rita, Hacienda Cana. En los sectores bajos, se aprovecha la temporada invernal donde se cultiva grandes extensiones de maní, maíz, fréjol, sarandaja, yuca, caña de azúcar. En las riberas del río
HOMBRES 53% MUJERES
47%
Género población
18%
17%
10% 23%
20%
11% 1%
Distribución de la población por edades
11
Catamayo se cultiva yuca, camote, plátano, guineo y árboles frutales cuya producción en el periodo de invierno es muy significativa pero poco comerciable debido a sus vías de comunicación que dificulta el transporte de las cosechas a los mercados.
La ganadería vacuna es la actividad productiva más importante de la zona, la preferencia por este ganado es que genera mayores beneficios a sus criadores, además de la venta de ganado se obtiene beneficios a corto plazo por la venta de productos lácteos que complementariamente sirve también para el consumo familiar.
En lo referente al ganado menor la preferencia por este tipo de ganado es la producción porcina, aves de corral (gallinas, pavos) y cuyes, los dos primeros sirven para la venta, en tanto que los terceros son para el consumo familiar. En menor cantidad producen ganado caprino y caballar1.
1.5.5. Servicios existentes.
Electricidad
Según información proporcionada por el SIISE 2001, el 63 % de las viviendas existentes en la parroquia disponen de energía eléctrica. Este se constituye en uno de los servicios básicos de mayor cobertura a nivel de la parroquia. Aunque la calidad del servicio es mala debido a los continuos apagones2.
Telefonía
La cobertura telefónica es una debilidad dentro del desarrollo de la parroquia, sólo el 8.33 % (30 familias; 25 en la cabecera parroquial y 5 en la Cruz de Yazapa), cuenta con este servicio. Así mismo estos sectores más beneficiados son los que cuentan con un servicio de comunicación telefónico de tipo público. También hay que indicar que la calidad del servicio es mala ya que sufre constantes interferencias3.
Sistemas de agua existente
El agua es otro de los problemas deficientes de la parroquia, la población cuenta con un servicio de agua no tratada. El número de viviendas que cuentan con este servicio es del 46.41% según encuestas realizadas. Anexo 2: Encuestas socio-económicas.
1 Gonzanamá M.I, PLAN DE DESARROLLO CANTONAL PARTICIPATIVO DE GONZANAMÁ 2006. 2 Sacapalca GAD, PLAN DE DESARROLLO PARROQUIAL DE SACAPALCA.
12
En la construcción de estos sistemas de agua ha existido la importante participación de integrantes de las diferentes comunidades con aporte de mano de obra y la compra de materiales para las instalaciones domiciliarias según el Plan de desarrollo cantonal de Gonzanamá.
Se debe tener en cuenta que la mayoría de los componentes del sistema existente se encuentran en condiciones no confiables para conducir el agua hasta los domicilios. A continuación se detalla algunos problemas:
La planta de tratamiento no trabaja correctamente debido al poco mantenimiento que esta tiene.
Debido a la ampliación de la vía Changaimina – Sacapalca, existen tanques rompe presión que quedarán ubicados en medio de ésta, lo que los convierte en inútiles para éste sistema.
Fugas y conexiones ilícitas en distribución, hacen que el sistema continuamente esté desabastecido.
Letrinización y disposición de excretas
La falta de condiciones sanitarias favorece la proliferación de insectos y ratas, así como la transmisión de agentes infecciosos. Las viviendas que cuentan con la cobertura de este servicio es del 90.00% según estudio de mercado (ver Anexo 2: Encuestas socio-económicas). El restante de la población tiene que realizar sus necesidades biológicas al campo abierto.
Catastro
La parroquia no cuenta con un catastro urbano o de ordenamiento físico espacial4.
Vialidad
La parroquia cuenta con un total de 76.60 km de vías carrozables y que sirven para unir a la cabecera parroquial con los demás barrios. De las cuales el 100 % (el total de las vías) son lastrados con ciertos ramos en pésimas condiciones. Todas las vías
13
se encuentran entre regular a mal estado. El ancho de la vía es 4 metros, aproximadamente5.
Vivienda
La calidad de la vivienda depende, a su vez, de la capacidad para proteger a los habitantes de agentes externos, brindarles seguridad y privacidad y controlar sus riesgos sanitarios. Según información proporcionada por el SIISE 2001, en la parroquia el 80 % son de adobe el 16 % son de cemento y el restante de otros materiales como bareque y madera. Las viviendas en su mayoría son de un piso y cubierta tipo (medias aguas). Los barrios con mayor cantidad de viviendas son la cabecera parroquial, La Cruz de Yazapa, Limón Vega, la Vega Grande, Santa Esther, Las Huacas, Chirimoyos y Sacairo6.
Manejo de residuos sólidos
La forma de eliminación de basura está asociada con las condiciones sociales y ambientales en las que se desenvuelve la población especialmente la vida de las mujeres en el hogar. El 37.00 % de los hogares cuentan con el servicio de recolección de basura7.
1.6. Identificación, descripción y diagnóstico del problema
1.6.1. Evaluacion del sistema existente.
El número de viviendas que cuentan con este servicio es del 12.01%, estos sistemas de agua sólo cuentan con un tratamiento de cloración.
Tabla. 2 Sistema de agua potable en la parroquia Sacapalca (%) Sistemas de agua %
Tienen 12.00
No tienen 88.00
Fuente: Plan de desarrollo cantonal participativo de Gonzanamá 2006.
5 Plan vial del Gobierno Provincial, 2006
6 Sacapalca GAD, PLAN DE DESARROLLO PARROQUIAL DE SACAPALCA.
14
Los sistemas de agua existentes han sido construidos a partir de los años 80 con apoyo de instituciones de desarrollo como el MIDUVI (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda), Municipio de Gonzanamá, Gobierno Provincial de Loja, Juntas parroquiales entre otras. En la construcción de estos sistemas de agua ha existido la importante participación de integrantes del sector con aporte de mano de obra y la compra de materiales para las instalaciones domiciliarias.
1.6.2. Conclusiones sobre la evaluación de los sistemas existentes.
Con las consideraciones descritas anteriormente se puede concluir lo siguiente:
El sistema actual de abastecimiento de agua de Sacapalca, se encuentra en un estado deficiente; por ello, en el diseño de un nuevo sistema de agua no se puede utilizar la infraestructura de la captación actual, puesto que se evidencia físicamente que cumplió su vida útil. Debido a ésto se recomienda realizar un nuevo sistema de captaciones de agua, que satisfaga los requerimientos hídricos futuros. Del mismo modo la conducción está en pésimo estado de funcionamiento hidráulico.
La planta de tratamiento actual se encuentra a una cota inferior a la de las viviendas del sector denominado las Huacas (ver Anexo Planos), por lo que no se podrá utilizar para el nuevo diseño.
15
CAPÍTULO 2
16
2. PARÁMETROS DE DISEÑO
2.1. Población demandante
2.1.1. Población de referencia.
Según el Censo 2010, la población del cantón Gonzanamá representa el 2.86 % del total de población de la provincia de Loja, la cual ha crecido en el último período intercensal (2001 - 2010). El cantón Gonzanamá cuenta con un total de 12716 habitantes, de los cuales 6326 son mujeres y 6390 son hombres.
2.1.2. Población potencialmente demandante.
La parroquia tiene 2168 habitantes, de los cuales 1100 son hombres y 1068 son mujeres (Fuente: Censo 2010 - INEC). Sus barrios son: La Cruz de Yazapa, El Guabo, Las Huacas, Combolo, Surapo, Rancho Alegre, Sacairo, La Vega, San Antonio, Chirimoyos, Sarapanga, Santa Esther, Limón Vega, Piñonales, Pilancay. Caseríos como: El Tejar, Sabilaca, San Ignacio, El Sauco, Jorupe, Los Arupos, San Felipe, Upaco, Cajamarquilla, Titianga, Cana.
2.1.3. Población demandante efectiva.
Esta es la población de la cabecera parroquial de Sacapalca y el barrio de las Huacas, incluyen 522 habitantes de los cuales 279 son hombres y 243 mujeres, según el estudio de mercado del presente estudio, mediante encuestas. (Anexo 2: Encuesta socio-económica).
2.1.4. Proyección de la población actual.
Consiste en la proyección de la población actual a través de métodos matemáticos, en función de la tasa de crecimiento poblacional establecida por el INEC, en el censo (2010), para un determinado período de diseño.
2.1.4.1. Tasa de crecimiento.
“Para el cálculo de la población futura se aplican seguidamente varios métodos de proyección de crecimiento, para lo que se considera una tasa de crecimiento poblacional del 1%.
2.1.4.2. Periodo de diseño.
17
sistemas de agua potable y eliminación de residuos líquidos (poblaciones con menos de 1000 habitantes)”8.
2.1.4.3. Población actual.
Para el diseño se tuvo como punto de partida varios aspectos técnicos, sociales y culturales; entre los señalan el estudio de mercado mediante encuesta socio-económica, del cual se determinó que para el sector son necesarias 212 acometidas. Pero según datos proporcionados por el G.A.D de Sacapalca existen planes de construcción de viviendas del Ministerio de desarrollo urbano y vivienda (Miduvi) en el sector y aunque aún no esten éstas construidas, es necesario aumentar el número de acometidas para el diseño (272 acometidas).
2.1.4.4. Población futura.
El cálculo de la población futura se lo realizó sobre la base de la fórmula geométrica ecuación 1, recomendada por el Ex - IEOS por la información disponible y la gran aproximación de resultados a la tendencia de crecimiento, población actual y de acuerdo al índice de crecimiento.
2.2. Período de diseño
El periodo de diseño que se adopta en el área rural debe ser proyectado para que sea capaz de suministrar un buen servicio a la comunidad durante un tiempo suficientemente largo con confiabilidad y economía.
El período de diseño debe estar sujeto a las características del proyecto, esto permite a las comunidades subir a niveles de servicio mayores en el futuro, adicionalmente permite reducir el tamaño de las unidades a diseñar.
De acuerdo al Código Ecuatoriano para el diseño de la construcción de Obras Sanitarias, el período de diseño será de 20 años.
El período de diseño depende de algunos factores como:
Durabilidad o vida útil de materiales, insumos y equipos. Facilidades de construcción, ampliación o sustituciones. Crecimiento poblacional.
18
Realidad social y económica de la comunidad.
2.3. Población de diseño
La población de diseño se calculó con base a la población actual determinada, mediante encuestas realizadas a los jefes de familia de cada vivienda a ser beneficiada.
Para el cálculo de la población futura, se emplea el método geométrico:
= × (1 + ) Ecuación 1
Se debe adoptar los índices de crecimiento geométricos, según la norma CO 10.7-602, detallados a continuación:
Tabla 3. Tasas de crecimiento poblacional
Región Geográfica r %
Sie ra 1.0
Costa, Oriente y Galápago 1.5
[image:30.612.212.441.292.363.2]Fuente: Norma CO 10.7-602 Revisión. Sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el área rural.
Tabla 4. Opciones técnicas y niveles de servicio.
NIVEL SISTEMA DESCRIPCIÓN
O
AP Sistemas individuales. Diseñar de acuerdo a las disponibilidades técnicas, usos previstos del agua, preferencias y capacidad económica del usuario.
DE
I a
AP Grifos públicos.
DE Letrinas sin arrastre de agua.
I b
AP Grifos públicos más unidades de agua para lavado de ropa y baño.
DE Letrinas sin arrastre de agua.
II a
AP Conexiones domiciliarias, con un grifo por casa. DE Letrinas con o sin arrastre de agua.
II b
AP Conexiones domiciliarias, con más de un grifo por casa. DRL Sistema de alcantarillado sanitario.
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En el presente proyecto se utiliza un r (%) de 1 para Sierra; y, nivel de servicio IIb para conexiones domiciliarias, por más de un grifo por casa. Letrinas con o sin arrastre de agua.
Tabla 5. Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio.
NIVEL DE SERVICIO CLIMA FRÍO
( L/hab./día )
CLIMA CÁLIDO
( L/hab./día )
I a I b II a II b
25 50 60 75
30 65 85 100
Fuente: Norma CO 10.7-602 Revisión. Sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el área rural
Se adopta 100 l/hab/día debido al clima cálido del sector.
Tabla 6. Porcentaje de fugas a considerarse en el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable
Nivel de servicio f %
Ia y Ib 10
IIa y IIb 20
Fuente: Norma CO 10.7-602 Revisión. Sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el área rural
Debido a que el sistema es un tipo IIb, se obtiene un porcentaje de fugas del 20%.
2.4. Consumo y caudales
Se utilizaron las siguientes fórmulas, que constan en la norma CO 10.7-602. Fórmulas:
Cmd = f x ( Pf x DMF ) / 86400 [ l/s ] Ecuación 2
QMD = K1 x Cmd [ l/s ] Ecuación 3
QMH = K2 x Cmd [ l/s ] Ecuación 4
Q !"#! = 2 x QMD [ l/s ] Ecuación 5
Q$%&# = 1.20 x QMD [ l/s ] Ecuación 6
20
Q#*%#%+= 1.10 x QMD [ l/s ] Ecuación 8
V%-+ = 0.50 x Cmd × 86400 / 1000 [ m3 ] Ecuación 9
Q*!) = QMH [ l/s ] Ecuación 10
Q%$(+ = Q*!)7# de acometidas [ l/s ] Ecuación 11
Donde:
Pf: Población futura o población proyectada (hab) Pa: Población actual (hab)
r: Tasa de crecimiento poblacional anual n: Período de diseño (años)
Puc: Población del último censo o población encuestada (hab) Pe: Población estudiantil (hab)
Cmd: Caudal medio diario (l/s)
f: Factor de corrección por pérdidas y fugas DMF: Dotación media futura (l/hab/día)
QMD: Consumo máximo diario (l/s)
K1: Factor de Mayoración máximo diario
QMH: Consumo máximo horario (l/s)
K2: Factor de Mayoración máximo horario
Qfuente: Caudal mínimo en la fuente de abastecimiento (l/s)
Qcapt: Caudal de diseño de la captación (l/s)
QConduc: Caudal de diseño de la conducción (l/s)
Qtratam: Caudal de diseño de la plata de tratamiento (l/s)
Valmac: Volumen de almacenamiento (m3)
Qred: Caudal de diseño de la red de distribución (l/s)
Qacom: Caudal de diseño de la distribución para acometidas domiciliarias (l/s)
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2.4.1. Consumo medio diario.
El gasto medio diario es la cantidad de agua requerida para satisfacer las necesidades de la población en un día de consumo promedio y se lo obtiene de multiplicar la dotación futura por la población al final del período de diseño y por un factor de fugas (f) que para el nivel de servicio IIb es igual al 20% según la tabla 5.4 de las Normas de la S.S.A. 1995 (Área Rural)
89: = × ( × ;<=)/86400 Ecuación 2
89: = 1.2 × (672 × 100)/86400
89: = 0.79 @/A
2.4.2. Consumo máximo diario.
Se obtiene de multiplicar el consumo medio diario por el factor de mayoración máximo diario (KMD), que según la norma 4.5.2.2 de la S.S.A 1995 (Área Rural) es igual a 1.25 para todos los niveles de servicio.
B<; = C1 × 89: Ecuación 3
B<; = 1.25 × 0.79 K1 = 1.25 Según S.S.A
B<; = 0.99 @/A
2.4.3. Consumo máximo horario.
El gasto máximo horario, es el requerido para satisfacer las necesidades de la población en el día y la hora de máximo consumo. Se lo obtiene de multiplicar el consumo medio diario, por el coeficiente de mayoración máximo horario (KMH), que según la norma 4.5.3.2 de la S.S.A 1995 (Área Rural) es igual a 3 para todos los niveles de servicio.
B<D = C2 × 89: Ecuación 4
B<D = 3 × 0.79 K2=3 según S.S.A
B<D = 2.37 @/A
2.4.4. Caudales.
22
Se obtiene de duplicar el valor del consumo máximo diario
BFGH IH= 2 × B<; Ecuación 5
BFGH IH= 2 × 0.99
BFGH IH= 1.98 @/A
Caudal de diseño de la captación
Se obtiene:
BJKLI= 1.20 × B<; Ecuación 6
BJKLI= 1.20 × 0.99
BJKLI= 1.19 @/A
Caudal de diseño de la conducción
Se obtiene:
BJM NGJ= 1.10 × B<; Ecuación 7
BJM NGJ= 1.10 × 0.99
BJM NGJ= 1.09 @/A
Caudal de diseño de la planta de tratamiento Se obtiene:
BIOKIKI= 1.10 × B<; Ecuación 8
BIOKIKP= 1.10 × 0.99
BIOKIKP= 1.09 @/A
Caudal de diseño de la distribución
Este caudal es igual al Consumo máximo horario: Entonces:
BOHN= B<D Ecuación 10
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2.4.5. Volumen de almacenamiento.
Se recomienda para poblaciones rurales adoptar una reserva cuyo volumen sea el 50% del consumo en un día de demanda media para el final del período y se lo obtiene mediante la ecuación 9.
Entonces:
QKRP = 0.50 × 89: × 86400 10007 Ecuación 9
QKRP = 34.13 9S
Se adopta un Valm = 40.00 m3, debido a la facilidad para su construcción, ya que para dicho volumen existen planos tipo dados por el Ministerio de desarrollo urbano y vivienda con esta finalidad.
2.4.6. Caudal de diseño de la distribución para acometidas domiciliarias
Se obtiene de la división entre caudal de diseño de la distribución y el número de acometidas ecuación 11.
Entonces:
Q%$(+ = Q*!)7# de acometidas Ecuación 11
BKJMP= 2.37/272
BKJMP= 0.00871 @/A
24
CAPÍTULO 3
25
3. CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL SISTEMA DE AGUA POTABLE
3.1. Estudios de topografía
Con el fin de que el sistema no sufra constantes desabastecimientos es necesario contar con los planos topográficos y planimétricos de las comunidades donde llegará el servicio de agua. Asi como también determinar los puntos idóneos donde se implantarán las diferentes obras civiles que el proyecto requiere.
Con todos los planos citados anteriormente se determinó que existe una red ramificada para conducción y distribución de 8882.70 metros, una red mallada para distribución de 955.47 metros, con lo que se tiene un total de 9838.17 metros o 9.838 km de red de tubería.
3.1.1. Trabajo de campo.
Para el presente estudio, se realizó el siguiente trabajo de campo:
Levantamiento del sitio de captaciones. Levantamiento de la línea de aducción
Levantamiento del sitio donde se ubicará la planta de tratamiento. Levantamiento de las redes de distribución
Catastro de usuarios
Los estudios topográficos fueron realizados por parte del Gobierno Autónomo Descentralizado de la parroquia Sacapalca y pueden observarse los datos obtenidos en el Anexo 1: Estudios topográficos
3.1.2. Trabajo de gabinete.
3.1.2.1. Procesamiento de la información de campo.
Esta información ha sido procesada mediante hojas de Excel, las cuales hacen posible el cálculo y dibujo de estos datos en los programas respectivos como Autocad (versión estudiantil).
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3.2. Estudio de la fuente de abastecimiento de agua
Este estudio se lo realiza en las fuentes de donde se captará el agua necesaria para el diseño del sistema. Se puede señalar que las quebradas consideradas para dotar del líquido al sistema, disponen de un buen caudal de aportación (Ver Anexo 6: Estudio hidrológico), lo que asegura su eficiencia y funcionalidad ambiental de las mismas; lo que evitará futuros desabastecimientos.
Esta fuente de “agua cruda”9 cumple con los siguientes requisitos:
Se encuentran a una altitud que permite tener una presión adecuada para la funcionalidad del sistema.
Las obras de captación que se planean proyectar, se pueden acoplar perfectamente al sitio de captación donde éstas se implantarán.
3.2.1. Análisis de la calidad aparente del agua en la fuente.
Debido a que las muestras de agua fueron tomadas en época lluviosa que es donde existe más arrastre de sedimentos, la calidad aparente del agua es baja, pero con valores de sedimentos no muy elevados, por lo que bastará realizar un tratamiento convencional. En estiaje las características físicas del agua en cuanto a color y turbiedad se fijan en valores de calidad aceptable.
Las fuentes de agua en general, son de calidad admisible en lo referente a lo bacteriológico con base a los resultados obtenidos del estudio de calidad de agua. Se establece que en esta etapa de diseños definitivos se ha realizado el respectivo análisis físico químico de agua con la finalidad de obtener los parámetros reales a ser utilizados en el diseño. (Anexo 4: Análisis de agua).
3.2.1.1. Características físicas.
Las características físicas son las que más impresionan al consumidor; sin embargo, tienen menor importancia desde el punto de vista sanitario. Ellas son: turbiedad, color, olor, sabor y temperatura.
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a) Turbiedad
Se debe a la presencia de materias diversas en suspensión. Ésta depende de la clase de terrenos que las aguas atraviesan. (Calidad del agua, Evaluación y diagnóstico, 2011) Existen dos tipos de turbiedad:
Turbiedad producida por arenas Turbiedad producida por arcillas
b) Color
Es la impresión ocular producida por las materias en solución.
Según el libro “Aguas Sanitarias S.A.S”, Paula Andrea Cortes, 2009, el color incide sobre el aspecto estético del agua, quitándole transparencia. Se reconoce además dos tipos de color:
El color verdadero, es decir, el que presenta el agua después de remover turbiedad, y que es el resultado de la presencia de sustancias orgánicas, disueltas o coloidales. El color aparente, debido a materia suspendida.
c) Olor y sabor
Los olores y sabores se deben a compuestos orgánicos generados por la actividad de bacterias y algas, a vegetación en putrefacción y a desechos domésticos e industriales. (Aguas sanitarias S.A.S, Paula Andrea Cortes, 2009.)
3.2.1.2. Características químicas.
El agua potable no debe contener sustancias químicas ni minerales en concentraciones que pueden ser peligrosas para la salud de los consumidores.
Las sustancias minerales contenidas en el agua deben quedar comprendidas entre los límites que en su mayor parte han sido fijados por normas (Ver Anexo 4: Análisis de agua). Según el ex IEOS, los compuestos químicos se dividen en cuatro grupos:
1) Compuestos que afectan la potabilidad: sólidos disueltos, hierro, manganeso, cobre, zinc, magnesio y sulfato sódico.
2) Compuestos peligrosos para la salud: nitratos y fluoruros.
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4) Compuestos químicos indicadores de contaminación; entre estos tenemos: demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno, nitrógeno total (excluido nitratos), amoniaco, extractos de carbón con cloroformo, contaminantes orgánicos.
a) Sulfatos
Proceden de rocas sedimentarias, sobretodo yeso y en función del contenido de calcio, podrían impartirle un carácter ácido al agua. Un alto contenido de sulfatos puede proporcionar sabor al agua y podría tener un efecto laxante, sobre todo cuando se encuentra presente el magnesio. (El agua: calidad y contaminación, Antonio Ros Moreno, 2011)
b) Nitritos y nitratos
Se encuentran generalmente en aguas subterráneas y en el caso de aguas superficiales cuando hay contaminación orgánica. Los desechos industriales también ocasionan presencia de nitratos. Son indicadores de contaminación orgánica. (Calidad del agua, Evaluación y diagnóstico, 2011)
c) Cloruros
Son constituyentes abundantes de las aguas subterráneas, aunque son escasos en los minerales de la corteza terrestre, pues son muy estables en solución y precipitan difícilmente. En las aguas superficiales por lo general no son los cloruros sino los sulfatos y los carbonatos los principales responsables de la salinidad. (El agua: calidad y contaminación, Antonio Ros Moreno, 2011)
d) Hierro
Generalmente se encuentran como óxidos, hidróxidos o como sulfatos y bicarbonatos por lo que producen color en el agua y manchas rojizas (hierro) en las instalaciones. (Calidad del agua, Evaluación y diagnóstico, 2011)
e) pH
Expresa la intensidad de las condiciones ácidas o básicas de una solución cualquiera, en éste caso del agua, mediante la concentración del ión hidrógeno.
El valor del pH juega un papel importante en ciertos procesos de potabilización, como la coagulación, la desinfección por cloro, el ablandamiento y el control de corrosión. (Aguas sanitarias S.A.S, Paula Andrea Cortes, 2009.)
f) Dureza
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3.2.1.3. Características bacteriológicas.
Las condiciones bacteriológicas del agua son fundamentales desde el punto de vista sanitario. Para que el agua sea potable debe estar exenta de gérmenes patógenos de origen entérico y parasitario intestinal, que son las que pueden transmitir enfermedades.
a) Bacterias saprofitas
Se alimentan de sustancias en descomposición. Tienen una gran importancia en la naturaleza, ellas realizan la putrefacción de los restos de otros seres vivos. (Microbiología, l.M. Prescott, J.P. Harley, D.A. Klein. 2004. 5ª edición)
b) Bacterias parásitas
No pueden llevar una vida independiente, tienen que asociarse con otros organismos para obtener su alimento, son causadas por los desperdicios de animales. Dentro de las bacterias parásitas se pueden distinguir dos grupos:
Bacterias patógenas.- Son peligrosas para el hombre; estas en su proceso biológico mientras crecen, excretan sustancias que son venenosas y que provocan enfermedades al hombre.
Bacterias coliformes.- Se albergan en los intestinos de los animales de sangre caliente. Se las considera como indicadoras de contaminación con aguas negras y de la posible existencia de bacterias patógenas provenientes de desechos del hombre y de animales. Su número aumenta proporcionalmente con la contaminación fecal.
Los resultados de las pruebas de laboratorio con su respectivo análisis se adjunta en el Anexo 4: Análisis de agua.
3.2.2. Análisis de la cantidad de agua disponible en la fuente.
Se realizó aforos por diferentes métodos como el volumétrico y con canaleta Parshall y en diferentes épocas del año (ver Anexo 3: Bases de diseño), con la finalidad de disponer de datos precisos sobre la cantidad existente en la fuente de abastecimiento. Los resultados obtenidos son los siguientes:
Caudal disponible en la vertiente 1 Quebrada Los Pericos = 1.36 l/s
Caudal disponible en la vertiente 2 Quebrada Los Pericos = 0.91 l/s
30
Dentro del estudio hidrológico Se realizó métodos empíricos como: del Inheri, Forti, Dickers, etc; como métodos racionales, donde se adoptó para el diseño del sistema como un caudal de máxima crecida por el método del Inheri, debido a que es realizado en base a situaciones climáticas que suceden en Ecuador por consiguiente es el método más adaptado a las necesidades del país. (Anexo 6: Estudio hidrológico)
3.2.3. Análisis de agua.
Para ser saludable, el agua debe estar libre de organismos causantes de enfermedades, sustancias venenosas y cantidades excesivas de materia mineral y orgánica. Para tener un sabor agradable, debe carecer en especial de color, turbidez, sabor y olor; poseer una temperatura moderada en verano e invierno y estar bien aireada.
Se tomó muestras de cada captación, dos por cada una de éstas, en distintas épocas del año y se obtuvo que los resultados de los exámenes físico - químico y bacteriológico de las muestras de agua, se determina que las fuentes escogidas cumplen con las normas existentes para calidad de agua cruda tanto en el aspecto físico-químico como bacteriológico con lo que se puede realizar un tratamiento convencional. Estos resultados se muestran en el Anexo 4: Análisis de agua.
3.3. Estudios de suelos
Los estudios geotécnicos son de obligatoria ejecución para todas las edificaciones.
Bajo los criterios básicos establecidos en las normas se elaboraron los estudios de suelo, en los sitios de implantación de captaciones y planta de tratamiento.
Donde se determinaron los siguientes parámetros:
Clasificación de suelos: Humedad natural, granulometría, límite líquido, límite plástico; con el propósito de clasificar e identificar los diferentes suelos.
Permeabilidad del suelo de la zona en donde se implantarán las captaciones y planta de tratamiento.
31
3.4. Diseño de las unidades del sistema
3.4.1. Captación. (P1, P2).
Luego de la evaluación a la captación del sistema que posee actualmente la parroquia Sacapalca, donde se consideró principalmente el aspecto hidráulico e hidrológico, se decidió la construcción de dos captaciones con el fin de obtener el caudal necesario para el diseño del sistema; cada una de estas unidas al desarenador (E1) mediante tubería de PVC de 75mm de diámetro. (Ver Anexo Planos)
3.4.2. Desarenador. (E1).
Dadas las características de la estructura de las captaciones, el desarenador tendrá dos entradas, donde las arenas serán recolectadas en una cámara adjunta a la estructura, previa filtración de un lecho de grava ubicada en el ingreso del agua y así prevenir el no ingreso de partículas de arena de gran diámetro. Ver Anexo Planos.
3.4.3. Línea de conducción. (E1 – D2).
La línea de aducción es la parte del sistema constituida por tubería de PVC, que
transporta el agua de la captación a la planta de tratamiento. Las tuberías utilizadas
en las conducciones pueden ser de diferentes materiales como: hierro galvanizado,
asbesto – cemento, polietileno PVC, etc.
El trazado general deberá amoldarse a las inflexiones del terreno y variar el perfil de
acuerdo a la pendiente.
Para lograr el mejor funcionamiento del sistema a lo largo de una línea de
conducción puede requerirse de tanques rompe presión, válvulas reductoras de
presión, válvulas de aire o ventosas, válvulas de limpieza, anclajes, llaves de paso,
etc.
3.4.4. Planta de tratamiento.
El agua cruda a captarse se clasifica según Norma 4.1.7 (1993) como Tipo C, es decir, Aguas Superficiales Provenientes de Cuencas No Protegidas que pueden encuadrarse dentro de las normas de calidad para agua potable que no exija coagulación.
32
deterioro en época de invierno por lo que se diseñará un sistema de filtración para acondicionar el agua a las normas de potabilización para el consumo humano.
[image:44.612.129.508.237.394.2]En cuanto a las características bacteriológicas de los análisis se puede observar la presencia de coliformes totales en una cantidad promedio de 500 NMP y con lo expuesto en el Anexo 4: Análisis de agua, se determina que se puede utilizar un tratamiento convencional según la tabla 7, situación que justifica plenamente la construcción de un sistema de filtración lenta previo un tratamiento de desinfección del agua.
Tabla 7. Tratamientos de desinfección de acuerdo al número de bacterias coliformes
Clasificación NMP/100 ml de bacterias
coliformes
Exige solo tratamiento de desinfección 0 – 50 Exige métodos convencionales de
tratamiento 50 – 5000
Contaminación intensa que obliga a
tratamientos más activos 5000 – 50000 Contaminación muy intensa que hace
inaceptable el agua a menos que se recurra a tratamientos especiales Estas fuentes se
utilizarán solo en casos extremos
más de 50000
Fuente:Código Ecuatoriano para el diseño de la construcción de Obras Sanitarias, norma CO 10.7-601numeral 4.1.8.2 Tabla VI.
Los cálculos hidráulicos de las estructuras de la planta se adjuntan en el Anexo 7.2: Diseño de las unidades del sistema. Se compone de:
Estructura de entrada.
Filtro lento de arena (dos unidades). Desinfección (caseta de cloración). Tanque de reserva V=40 m3
3.4.4.1. Filtración lenta.
Todo el sistema de filtración está diseñado de acuerdo al Código Ecuatoriano para el diseño de la construcción de Obras Sanitarias, norma CO 10.7-601. 1995
33
las muestras tomadas cuyo mayor valor es de 12 F.T.U (Ver Anexo 4: Análisis de agua). Estos valores son relativamente bajos, no obstante la presencia de coliformes totales, justifica el uso de este filtro.
[image:45.612.108.532.235.701.2]La filtración es el proceso de purificación del agua, por el cual el líquido pasa a través del lecho poroso de un medio filtrante, con lo que se mejora notablemente su calidad, a continuación presentaremos las eficiencias típicas de tratamiento para filtros lentos de arena:
Tabla 8.- Eficiencia típica de tratamiento para F.L.A
PARÁMETRO REDUCCIÓN TÍPICA
Entero – bacterias
90-99%; sin embargo, la eficiencia de remoción de coliformes es reducida por bajas temperaturas, aumento en la velocidad de filtración, uso de arena gruesa, poca profundidad del lecho de arena, concentración reducida del contaminante y justo después
de la remoción de la membrana biológica.
Quistes de protozoarios
99-99.99% o aún mayor, inclusive después de la remoción de la biomembrana
Cercanías de
esquistosoma Remoción virtualmente completa
Turbiedad
Generalmente reducida a menos de 1 UNT si el afluente presenta valores inferiores a 10 UNT. La eficiencia de remoción puede afectarse por la naturaleza y la distribución del tamaño de las
partículas.
Color real 30-90%, 30% es la eficiencia más usualmente reportada.
Materia orgánica
DQO 30-70%; COT 15-30%, materia orgánica tal como ácidos húmicos, detergentes, fenoles, y algunos pesticidas y herbicidas
pueden ser removidos en el rango de 5-90%
Hierro, manganeso Pueden ser significativamente removidos
Metales pesados 30-90% o aún más
34
Normalmente para el lecho filtrante se usa la arena por ser más económica, inerte, durable y ampliamente disponible, con excelentes resultados.
En la filtración lenta, el agua ingresa a la cámara a través de un mecanismo que permite distribuir el agua sobre la superficie de los filtros sin ocasionar turbulencias. Por gravedad el agua atraviesa el lecho filtrante y el lecho de soporte va de fino a grueso en forma descendente, en el fondo es recogida mediante un sistema de tuberías perforadas.
Cabe recalcar que la zona de las paredes interiores de los filtros, donde están en contacto con la arena, debe ser un revestido grueso para evitar que se produzca líneas de corriente adheridas a las paredes del filtro, lo cual ocasionaría que cierta parte del caudal ingrese al sistema de drenaje sin atravesar el lecho filtrante de arena. El paleteado grueso ayudara a que sea homogénea la distribución del agua en toda el área transversal del filtro.
Los detalles de los filtros lentos descendentes pueden verse en el plano respectivo, ver Anexo Planos. Estas unidades constan de:
Capa de agua cruda. Medio filtrante.
Sistema de regulación y control de filtros.
3.4.4.1.1. Capa de agua cruda:
Cumple dos objetivos.
Proporciona una carga de agua suficiente para permitir que el agua cruda circule a través del lecho del medio filtrante.
Origina un tiempo de retención de varias horas del agua a ser tratada, tiempo en el cual las partículas pueden asentarse.
3.4.4.1.2. Medio filtrante.
Está compuesto de material granular inerte y durable, normalmente se usa arena exenta de material orgánico y sin arcillas.
Su tamaño efectivo debe estar entre 0.15 a 0.35 mm y su coeficiente de uniformidad menor a 3,
35 3.4.4.1.3. Dispositivos de regulación y control del filtro.
Se describen a continuación las operaciones más importantes a ser reguladas y controladas por medio de válvulas, vertederos y otros dispositivos.
Entrada de agua cruda al reservorio hasta un nivel constante dentro del tanque del filtro.
Eliminación del exceso de agua y de nata.
Drenaje del agua antes de efectuar la limpieza del filtro. Drenaje del agua en la capa superior del lecho filtrante Medida del caudal del agua efluente.
Dispositivo de prevención de presiones negativas en el lecho filtrante.
Ingreso del agua limpia para llenar en forma ascendente el lecho filtrante después de la limpieza del filtro.
Descarga del agua tratada a los tanques de almacenamiento o al desagüe.
De acuerdo con el Código Ecuatoriano para el diseño de la construcción de Obras Sanitarias, norma CO 10.7-601. 1995, en el presente proyecto, se diseñaron dos unidades de filtración lenta de flujo descendente, cada uno trabajará con el 65% del caudal previsto (0.71 l/s) y con una velocidad de filtración de 0.15 m/h. El agua ingresa a una tubería de 50mm provista de orificios la que permite distribuir la misma sobre la superficie de los filtros sin ocasionar turbulencias, por gravedad el agua atraviesa el lecho filtrante y el lecho de soporte se va de fino a grueso en forma descendente, en el fondo es recogida mediante un sistema de tuberías perforadas tipo flauta. Se ha previsto la instalación de 6 tuberías laterales y una tubería colectora principal de 50mm.
Por razones de funcionamiento hidráulico, facilidad de ser construido y lo más importante por economía se ha diseñado en estructura de ferrocemento. (Ver Anexo Planos)
36
Tabla 9.- Características del lecho de soporte del material filtrante en el FLA.
Posición en el lecho
Espesor de la capa Diámetro
(m) (mm)
Superior (contacto con arena) 0.10 1.0 -1.4
Medio (posición intermedia) 0.15 4.0 -5.6
Inferior (junto al drenaje) 0.15 16.0 -23.0
Fuente. Código Ecuatoriano para el diseño de la construcción de Obras Sanitarias, norma CO 10.7-601. 1995
Tabla 10.- Características de la capa de arena a ubicar en el FLA.
Altura Diámetro de la arena Coef. de uniformidad
Máxima (m) Mínima (m) ( mm ) ( Cu)
1.00 0.50 0.15 - 0.35 < 3.0
Fuente. Código Ecuatoriano para el diseño de la construcción de Obras Sanitarias, norma CO 10.7-601. 1995
Alturas de la capa de agua sobre-nadante = 1.00(m) Altura o borde libre = 0.20 (m)
Altura total de la unidad de filtración = 2.60 (m)
Sobre la capa de arena irá una capa de agua de 1.00 m de altura.
Para llevar el agua a los dos filtros se ha diseñado una tubería superior al filtro cuya función es evitar erosión del lecho de arena. Se ha previsto la instalación de tubería PVC 63 mm perforado la cual permitirá ingresar un caudal de 0.71 l/s. (Ver Anexo 7.2: Diseño de las unidades del sistema)
37
El espaciamiento recomendable de las tuberías secundarias es de 1.00 m a 2.00 m. la pendiente de los laterales del 2% y de la tubería principal del 1% al 2% se recomienda que la velocidad máxima del agua en los colectores sea igual o menor a 0. 15 m/s.
La salida de los filtros consta de los siguientes elementos: una cámara en la que se indican las válvulas de salida de los filtros y las que permiten la intercomunicación entre los filtros por el vaciado de los mismos en la parte inferior. En la cámara se encuentran además, el desborde de los filtros y un desagüe con su respectiva válvula.
3.4.4.2. Desinfección.
La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, punto en el que se radica la principal diferencia entre la desinfección y esterilización, proceso que conduce a la destrucción de la totalidad de los organismos.
En el presente proyecto y al considerar circunstancias de índole técnico, se procederá a la desinfección del agua mediante la utilización del equipo PROVICHLOR TAB, el mismo que consiste en un sistema de cloración automático, que trabaja a gravedad mediante la liberación de cloro a partir de tabletas con un contenido mínimo del 65% de cloro, que mantiene niveles constantes y uniformes. Se selecciona este sistema debido a que no requiere de conexiones eléctricas, es automático y puede operar durante largo tiempo antes de requerir recargas. Así mismo es un equipo de bajo costo de implementación y mantenimiento para las condiciones requeridas por el sistema de agua potable10.
38
Imagen 2. Forma de instalación de Provichlor Tab
Fuente:Austroriego, presentación.
El PROVICHLOR TAB se describe a continuación:
“Es una mezcla de polvos clorados, desarrollados y formulados con la más avanzada tecnología, especialmente diseñado para facilitar la cloración del agua para consumo humano mediante un clorador por cámara seca.
Es un bactericida, funguicida y algicida, cuya ventaja principal es la de lograr permanencia y rendimiento del cloro.
Los componentes de PROVITAB ayudan a que el cloro se libere sin apelmazamientos en la cámara.
No afecta la dureza del agua.
3.4.4.2.1. Características y beneficios.
Es un producto que tiene 4 funciones diferentes:
Desinfectante: por contener cloro, actúa como un oxidante, sobre todo tipo de materia orgánica.
Elimina micro organismos como son las algas, hongos y bacterias, además tiene un amplio espectro funguicida.
La liberación controlada de cloro permite dosificar con facilidad la cantidad necesaria de cloro.
En dosis de uso no afecta el PH del agua tratada.
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3.4.4.2.2. Uso.
La función principal del PROVITAB, es mantener en forma permanente el cloro residual a una concentración de 1 ppm como mínimo.
Se selecciona el modelo de clorador de acuerdo a la necesidad de cloro por día. El sistema de dosificación evita que se cargue diariamente los hipocloradores.
Su liberación controlada permite regular con más facilidad el cloro y su resistencia al apelmazamiento, evita los golpes de cloro cuando el equipo es apagado.
3.4.4.2.3. Especificaciones técnicas del producto.
Apariencia y olor : Tableta de color blanco, peso de 200g Punto de ebullición : no aplica
Punto de fusión : 240 °C
Punto de evaporación : no aplica Presión de vapor : no aplica Densidad de vapor : no aplica
Solubilidad : 3.65 gr/100 ml de agua
PH 1% : 3.5
Gravedad específica : 1.01
% Cloro : 65 %
Humedad : 1.9% - 2.2 %”11
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Imagen 3. Pastillas de Provichlor Tab
Fuente: Austroriego, presentación.
3.4.4.3. Tanque de reserva.
A continuación de la desinfección, se deberá implantar un tanque de reserva de 40 m3, para cubrir la demanda total de la población a servirse. Esta unidad será fabricada de ferrocemento de acuerdo a las recomendaciones técnicas, normadas por la subsecretaría de saneamiento ambiental y con todos los accesorios y obras adicionales que garanticen su operación y mantenimiento.
Es importante señalar que la planta de potabilización deberá ser cerrada de acuerdo a las especificaciones constructivas contenidas en este estudio.
3.4.5. Redes de distribución. (A partir de D3).
La red de distribución se la diseña con el caudal máximo horario el mismo que para el proyecto es de 2.46 l/s.
La red de distribución consta de una línea de alimentación, la cual suministra el caudal necesario a todos los ramales en el barrio las Huacas, así como también, a la cabecera parroquial Sacapalca.
Todos los tramos de distribución se construirán con tubería plastigama PVC Presión E/C como se detalla en los planos, los diámetros oscilan entre 25 a 75 mm.
