evaluación de la eficiencia de desinfección mediante miox
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2016
Evaluación de la eficiencia de desinfección mediante MIOX Evaluación de la eficiencia de desinfección mediante MIOX
(agentes oxidantes mixtos) en la finca “El Rosalito” vereda de (agentes oxidantes mixtos) en la finca “El Rosalito” vereda de
Chiguaza, Usme Chiguaza, Usme
Joan Stephanie Amézquita Rico Universidad de La Salle, Bogotá
Laura Carolina Beltrán Durango Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Amézquita Rico, J. S., & Beltrán Durango, L. C. (2016). Evaluación de la eficiencia de desinfección mediante MIOX (agentes oxidantes mixtos) en la finca “El Rosalito” vereda de Chiguaza, Usme. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/71
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EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE DESINFECCIÓN MEDIANTE MIOX
(AGENTES OXIDANTES MIXTOS) EN LA FINCA “EL ROSALITO” VEREDA DE
CHIGUAZA, USME
Una Tesis Presentada Para Obtener El Título De
Ingeniera ambiental y sanitaria en la
Universidad de la Salle, Bogotá
Amézquita Rico Joan Stephanie & Beltrán Durango Laura Carolina
Agosto 2016.
Tabla de contenido
RESUMEN ....................................................................................................................................... 5
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 6
ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 7
OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 9
Objetivo General .......................................................................................................................... 9
Objetivos Específicos ................................................................................................................... 9
1. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................................... 9
1.1 Marco Conceptual .................................................................................................................. 9
1.2 Marco Teórico ...................................................................................................................... 10
1.3 GENERALIDADES DE LA ZONA DEL PROYECTO .................................................... 14
1.3.1 Localización ...................................................................................................................... 14
1.3.2 Población ........................................................................................................................... 15
1.3.3 Hidrología .................................................................................................................... 15
1.3.4 Clima ................................................................................................................................. 15
1.3.5 Topografía ......................................................................................................................... 15
1.3.6 Economía ........................................................................................................................... 15
1.4 Marco Legal ......................................................................................................................... 15
2 DISEÑO METODOLÓGICO ................................................................................................ 16
2.1 Tipo De Investigación .......................................................................................................... 16
2.2 Ejecución de diseño metodológico ....................................................................................... 17
2.3 Recolección y análisis de los datos recolectados durante la ejecución del proyecto. .......... 18
2.3.1 Parámetros a analizar .................................................................................................... 18
2.3.2 Métodos para determinar concentración ....................................................................... 18
2.3.3 Lugar de toma de muestra ............................................................................................. 19
2.3.4 Número de análisis ........................................................................................................ 19
2.3.5 Control de calidad en la obtención de los datos ............................................................ 19
2.4 Esquema general del diseño metodológico .......................................................................... 20
3 DESARROLLO DEL PROYECTO ....................................................................................... 22
4.1 Etapa I: Diagnóstico ............................................................................................................. 23
4.1.1 Evaluación material del electrodo ................................................................................. 24
4.1.2 Evaluación de las condiciones del lugar ....................................................................... 25
4.1.3 Caracterización fisicoquímica inicial ............................................................................ 27
4.1.5 Parámetros críticos y posibles fuentes de contaminación ............................................. 27
4.1.6 Selección del tipo de filtro unifamiliar .......................................................................... 28
4.2 Etapa II: Diseño .................................................................................................................... 30
4.2.1 Materiales ...................................................................................................................... 30
4.2.2 Tamaño Del Tanque De Filtración ................................................................................ 31
4.2.3 Construcción Del Filtro ................................................................................................. 33
4.2.4 Pérdida por fricción en tuberías del sistema .................................................................. 38
4.2.5 Perdidas por accesorios ................................................................................................. 39
4.2.6 Saturación y mantenimiento .......................................................................................... 40
4.2.7 Limpieza y mantenimiento ............................................................................................ 44
4.2.8 Alternativa a la cloración. ............................................................................................. 40
4.3 Etapa III: Evaluación ............................................................................................................ 45
4.3.1 protocolo de muestreo ................................................................................................... 45
4.3.2 Resultados y análisis ..................................................................................................... 47
4.3.3 eficiencia de remoción de la turbiedad .......................................................................... 52
4.3.4 eficiencia de remoción del color ................................................................................... 52
4.3.5 eficiencia de remoción de coliformes totales ................................................................ 52
4.3.6 Costos de construcción .................................................................................................. 52
4.3.7 Costos de operación ...................................................................................................... 53
4.3.8 Costos de mantenimiento .............................................................................................. 54
4.3.9 Costos totales ................................................................................................................. 54
4.3.10 Costo del agua tratada ................................................................................................. 55
4 CONCLUSIONES ................................................................................................................. 55
5 RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 56
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 57
ANEXOS
Índice de tablas
Tabla 1. Tipo de investigación para el desarrollo de fases ................................................... 16
Tabla 2. Esquema general del diseño metodológico ............................................................ 20
Tabla 3. Descripción de actividades y recursos necesarios .................................................. 22
Tabla 4. Caracteríticas de los posibles electrodos ................................................................ 24
Tabla 5. Matriz de evaluación de material ........................................................................... 25
Tabla 6. Matriz de Selección de zona .................................................................................. 26
Tabla 7. Caracterización en laboratorio ............................................................................... 27
Tabla 8. Matriz de selección del lecho filtrante ................... ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 9. Ka para los accesorios del sistema .......................................................................... 39
Tabla 10. Resultados de cloro dado en dado en g/l .............................................................. 41
Tabla 11. Protocolo de muestreo .......................................................................................... 46
Tabla 12. Resultados de Turbiedad ...................................................................................... 47
Tabla 13. Resultados de color .............................................................................................. 48
Tabla 14. Resultados de coliformes totales .......................................................................... 50
Tabla 15. Costos de construcción ......................................................................................... 53
Tabla 16. Costos de operación ............................................................................................. 53
Tabla 17. Costos de mantenimiento ..................................................................................... 54
Tabla 18. Costo total ............................................................................................................ 54
Índice de gráficas
Gráfica 1. Comportamiento de la turbiedad ......................................................................... 47
Gráfica 2. Comportamiento de color .................................................................................... 49
Gráfica 3. Comportamiento de coliformes totales ............................................................... 50
Gráfica 4. Relación costo-tiempo ......................................................................................... 54
Índice de ilustraciones
Ilustración 1. Localización del proyecto .............................................................................. 14
Ilustración 2. Tanque de 250 L para filtro ............................................................................ 33
Ilustración 3. Construcción filtro ......................................... ¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 4. Clorador en funcionamiento ........................................................................... 40
RESUMEN
Este proyecto se elaboró bajo la evaluación de la eficiencia de diferentes tipos de células
electrolíticas con el fin de producir agentes oxidantes mixtos más conocidos como MIOX, en una
unidad de cloración, conjunto a un sistema de filtración de gravilla mixta, arena de peña, arena de
río y antracita, ubicado en la finca “El Rosalito” en la vereda de Chiguaza, Usme. Inicialmente
dicho proyecto se enfocó en mejorar la calidad del agua de la finca, a razón de disminuir el riesgo
asociado con enfermedades por consumo de agua contaminada y mejorando la calidad del agua
cruda que la familia consume; el objetivo principal de este estudio se basa en la evaluación de la
eficiencia de desinfección mediante Miox, los cuales se produjeron empleando una salmuera a
unas concentraciones de 30 y 300 gramos de sal por litro de agua a tratar con una corriente
eléctrica de 9 voltios para ambos valores. Se desarrolló una metodología basada en fases en la
que se realizó un diagnostico situacional en el que se identificó que locativamente la zona de
estudio es apta para desarrollar dicho proyecto puesto que no presenta pendiente y el acceso a la
misma es la adecuada, posteriormente se procedió a la etapa de cálculos y construcción de la
unidad en la que fue necesario implementar operaciones matemáticas basadas en referencias
bibliográficas; así como el análisis de la población a servir con el fin de proveer el caudal
necesario para suplirla, y finalmente se ejecutó la etapa de análisis de resultados en la que se
determinó que para los parámetros de estudio los cuales fueron color, coliformes totales y
turbiedad arrojaron valores de eficiencia de 90,24%, 100% y 78,6% respectivamente; en lo cual
se concluyó que el sistema es eficiente con respecto a la normatividad utilizada para el desarrollo
de este trabajo de grado la cual fue la Resolución 2115 de 2007 del Ministerio de ambiente,
vivienda y desarrollo territorial por medio de la cual se señalan características, instrumentos
básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo
humano, por tanto es viable implementar un sistema de cloración bajo agentes oxidantes mixtos
para desinfectar agua.
INTRODUCCIÓN
El agua es un recurso natural que cada día se vuelve más escaso, debido a diversos factores tales
como la demanda del mismo, que aumenta directamente proporcional al incremento poblacional
e industrial de los últimos años, lo cual a su vez ha causado su deterioro por el mal uso, control y
vigilancia del recurso; así como la contaminación, es uno de los factores que más afecta tal
aspecto debido que genera cambios físico químicos en el mismo y condiciones insalubres; así
mismo cada día es más difícil la recarga de los mantos freáticos debido a la deforestación y la
aparición de grandes complejos habitacionales que antes no existían en las zonas de recarga.
Por tanto la solución e implementación de nuevas alternativas ha sido prioritaria en las últimas
décadas con el fin de amortiguar las fluctuaciones de los niveles de consumo y calidad del agua;
por ende se establece la evaluación e investigación de medidas que se adecuen a las condiciones
zonales, sociales y ambientales y se encuentren en pro de aprovechar al máximo tales aspectos.
Los tratamientos de desinfección y potabilización del agua de manera in-situ, han sido una buena
alternativa para minimizar costos y aumentar la eficiencia de resultados debido a que se pueden
realizar en la zona de estudio, una de estas alternativas es la implementación de agentes oxidantes
mixtos producidos por la acción de dos electrodos sobre una solución compuesta de agua y sal
(salmuera), logrando una calidad óptima del recurso para el consumo humano y por ende
disminuyendo los factores de riesgo de enfermedades trasmitidas por el consumo de agua
contaminada y enfermedades transmitidas por los mosquitos que atrae el hecho de tener agua
empozada, es decir, enfermedades a los que se ven expuestos diariamente los habitantes de la
finca.
Por tanto en este documento se ejecuta por una metodología de fases en la que se realiza un
diagnóstico preliminar evaluando la zona en la cual se implementará el sistema, el material que se
implementará como electrodo, el medio filtrante, caracterización inicial de los parámetros del
agua a tratar y parámetros hidráulicos, posteriormente una fase dos de exploratoria aplicada en la
que se determinan las condiciones de operación del sistema para finalmente ejecutar la fase tres
del proyecto que consiste en evaluar la eficiencia del sistema en comparación a la normatividad
colombiana aplicable al tema (Resolución 2115 de 2007) para los parámetros de color, turbiedad
y coliformes totales.
ANTECEDENTES
En 1994 se fundó la empresa MIOX Corporation para comercializar la tecnología globalmente.
El purificador MIOX se ha utilizado en diversos campos industriales, por ejemplo, la industria
comercial e institucional, demostrando la mejoría en el rendimiento desinfectante en hoteles y
universidades; también en la industria petrolera, desinfectando el agua producida y los pozos de
eliminación , mejorando la recuperación del petróleo , y la eliminación de sulfuro de hidrógeno;
en el tratamiento de agua industrial, disminuyendo las tasas generales de corrosión (80 % en
cobre y 50 % en acero), aumentando el rendimiento y el ahorro de dinero ya que se omiten costos
de mantenimiento; en la industria de la comida, bebida y agrícola, tratando el agua superficial o
subterránea , el agua del proceso , las torres de refrigeración y en la fabricación de los jarabes y
azúcares en bruto; en el tratamiento de agua potable y reúso de agua municipal, ya que reduce de
forma rentable los subproductos de la desinfección y la mejora de la calidad y seguridad del agua
potable, eliminando virtualmente muchos de los problemas negativos asociados a la desinfección
con cloro tradicional.
A la fecha se cuenta con más de 1400 unidades instaladas en Estados Unidos y otros 20 países.
(Valderrama, 2010)
En Colombia se evidencian varios ejemplos de plantas que hacen uso de los oxidantes mixtos
como agentes desinfectantes, obteniendo buenos resultados, de ahí, el hecho de saber que la
desinfección del agua de la finca El Rosalito por medio de este tipo de purificación tiene altas
posibilidades de ser exitosa, por ejemplo, La planta de tratamiento de Sopo “Emersopo” abástese
una población aproximada de 4000 usuarios, en el año 2009 reemplazo el sistema de gas cloro
por la tecnología MIOX SAL-80, representando un costo menor por litro tratado de agua y
también seguridad para sus operarios al maniobrar un desinfectante tan seguro y verde como lo es
MIOX , El sistema SAL 80 es un generador en sitio muy estable que tiene la capacidad de
desinfectar 4,542 m3/día de agua. (U.G., 2016)
La planta de tratamiento Francisco Wiesner se encuentra ubicada en la ciudad de Bogotá y
desinfecta alrededor de 12m3/seg de agua. Dicha planta reemplaza los antiguos sistemas de
desinfección de gas cloro con una nueva tecnología de desinfección en sitio basada en Oxidantes
Mixtos para desinfectar el agua potable; creando una mezcla efectiva y segura de compuestos
cloro-oxigenados usando solo agua, sal y electricidad, de tal manera que se ven beneficios tales
como reducción en los costos del tratamiento del agua, la oferta de un servicio adaptado a las
necesidades de la capital, mayor seguridad operacional y ambiental. En la primera fase de la
planta se instalaron dos equipos con una capacidad de producción de 2.000 libras de cloro al día y
una capacidad de tratamiento 4.2 m3 por segundo a futuro se piensan implementar otros tres
sistemas MIOX para suplir totalmente el gas cloro que se está usando actualmente en esta planta.
(U.G., 2016)
En un proyecto realizado por la escuela superior politécnica de Chimborazo, bajo los
conocimientos de un estudiante de la facultad de mecánica, se ha realizado un sistema automático
de dosificación de cloro para la comunidad San Vicente de Lacas-Riobamba, en la cual no existía
una dosis conveniente de cloro para el agua, dicho diseño se implementa con el fin de asegurar de
manera constante y permanente la potabilidad del agua en la comunidad. Bajo el seguimiento del
proyecto se realiza un monitoreo durante dos meses, de los niveles de cloro residual. Se
encuentran niveles de cloro libre en las redes de distribución entre 1.1 ppm y 0.5 ppm (valores
aceptados por la legislación ecuatoriana). Con la implementación de este sistema se logra
beneficios económicos para la empresa que suministra el agua ya que ahora es innecesario el
operador encargado de la dosificación. (A. Chaucachicaiza, L, Orozco, 2010)
Varias plantas de tratamiento han empezado a implementar esta nueva tecnología, ya que los
beneficios son mayores, entre estas se encuentran El Dorado de EAAB, Proactiva Aguas de
Tunja, Planta Caldas EPM, plantas de tratamiento en Argelia, Carmen de Atrato, FAC Madrid,
FAC Melgar, Chima, La Trinidad, Nariño, Palomino, Rio Ancho, Santa Marta, Planta Palmitas
EPM, buscando dar agua de calidad con mayores beneficios tanto económicos como ambientales.
En cuanto a la desinfección de agua por lechos filtrantes como grava, arena y antracita se halla un
proyecto realizado por la Universidad Industrial de Santander en la planta de tratamiento de agua
potable de Bosconia, cuyo objetivo era determinar la dosis óptima de antracita en el pre
tratamiento de agua potable, para remover parámetros indeseables como la materia orgánica, en
busca de minimizar el costo del tratamiento utilizando las propiedades del adsorbente y
justificando el desarrollo e implementación de tecnologías que usen este tipo de sustancia. Los
resultados del filtro piloto construido mostraron que la remoción de materia orgánica con carbón
activado resultó ser más efectivo que el proceso convencional que se realiza en la planta de
tratamiento, lográndose reducción significativa en el color y remoción entre el 25 y 35% de
materia orgánica. (D. Sanabria, 2009)
Desde el 2009 la empresa Pronton S.A ha elaborado diferentes trabajos referentes a diseño y
montaje de plantas de tratamiento de agua de uso industrial en empresas de todo el país, por
ejemplo Pelpak S.A en este mismo año con ayuda de Pronton, puso en marcha una planta de
tratamiento de agua potable, con procesos de sedimentación, coagulación, floculación y filtración
por sistema de filtros mixtos y en el 2010 Itacol efectuó la valoración de una unidad de filtración
manual a base de grava y arena y suavización automática con una capacidad de 0.7 L/s para agua
del acueducto de Bucaramanga. (J. Guerra, M. Vidal, 2013)
OBJETIVOS
Objetivo General
Evaluar la eficiencia de desinfección mediante Miox (agentes oxidantes mixtos) en la finca “el
rosalito” vereda de Chiguaza, Usme
Objetivos Específicos
Determinar las condiciones de operación de dos materiales seleccionados como electrodo
del clorador.
Determinar las características de diseño del clorador y realizar su construcción.
Realizar la evaluación del funcionamiento y efectividad del clorador para las condiciones
determinadas.
1. MARCO DE REFERENCIA
1.1 Marco Conceptual
Los terminos que se definen acontinuacion son tomados del glosario del RAS 2000 Titulo C,
Direcciòn de agua potable y saneamiento bàsico del Ministerio de Desarrollo Econòmico, de la
resoluciòn 2115 de 2007 y de la Resolucion 1207 de 2014.
Agua cruda: Es el agua natural que no ha sido sometida a proceso de tratamiento para su
potabilización. (RAS Título C, 2000)
Agua potable o agua para consumo humano: Es aquella que por cumplir las características
físicas, químicas y microbiológicas, en las condiciones señaladas en el presente decreto y demás
normas que la reglamenten, es apta para consumo humano. Se utiliza en bebida directa, en la
preparación de alimentos o en la higiene personal. (RAS Título C, 2000)
Análisis fisicoquímicos de agua: Son aquellos procedimientos de laboratorio que se efectúan a
una muestra de agua para evaluar sus características químicas, físicas o ambas. (Resolución 2115,
2007)
Análisis microbiológico del agua: Pruebas de laboratorio que se efectúan a una muestra para
determinar la presencia o ausencia, tipo y cantidad de microorganismos. (Resolución 2115, 2007)
Análisis organoléptico: Se refiere a olor, sabor y percepción visual de sustancias y materiales
flotantes y/o suspendidos en el agua. (RAS Título C, 2000)
Calidad del agua: Es el resultado de comparar las características físicas, químicas y
microbiológicas encontradas en el agua, con el contenido de las normas que regulan la materia.
(RAS Título C, 2000)
Cloración: es el procedimiento de desinfección de aguas mediante el empleo de cloro o
compuestos clorados. Se puede emplear gas cloro, pero normalmente se emplea hipoclorito de
sodio (lejía) por su mayor facilidad de almacenamiento y dosificación. (RAS Título C, 2000)
Coliformes: Bacterias gran negativas de forma alargada capaces de fermentar lactosa con
producción de gas a la temperatura de 35 o 37ºC (Coliformes totales). Aquellas que tienen las
mismas propiedades a la temperatura de 44 o 44.51C se denominan Coliformes fecales. Se
utilizan como indicadores de indicación biológica. (Resolución 2115, 2007)
Eficiencia de remoción: Medida de la efectividad de un proceso en la remoción de una sustancia
específica. (RAS Título C, 2000)
Filtrabilidad: Ensayo usado para determinar la efectividad de un agua filtrada. (salud, 2013)
MIOX (mixed oxidant solution): solución oxidante mixta
Planta de tratamiento o de potabilización: Conjunto de obras, equipos y materiales necesarios
para efectuar los procesos que permitan cumplir con las normas de calidad del agua potable.
(salud, 2013)
Riesgo: Probabilidad de que un agente o sustancia produzca o genere una alteración a la salud
como consecuencia de una exposición al mismo. (salud, 2013)
1.2 Marco Teórico
El agua potable es un factor vital para el sustento de la vida humana y el desarrollo de la misma
por tanto en términos de calidad de agua, es necesario evaluar cómo el recurso se ve afectado por
diversos agentes, ya sea por procesos naturales y/o antrópicos. Para tal fin es ineludible precisar
el uso que dicho recurso empleará, con el propósito de caracterizar y determinar los estándares
necesarios para satisfacer dicha necesidad.
Las características del agua tienden a cambiar según el ámbito espacial, puesto que los
parámetros físicos, químicos y organolépticos fluctúan en función de la ubicación del recurso, por
ello condiciones tales como topografía, altitud, cambios climáticos, temperaturas, lluvias, entre
otros aumentan la dificultad de tratamiento, de tal forma que es importante puntualizar el lugar de
estudio y evaluar las condiciones iniciales del mismo.
Uno de los principales factores que afecta la calidad del recurso es la negligencia por parte de los
entes directivos en las zonas rurales del país, puesto que la falta de organización y planificación
hace que las familias que habiten estas zonas sean vulnerables al contagio de enfermedades
trasmitidas por el consumo de agua contaminada. Por tal motivo se desea satisfacer dicha
problemática por medio de la implementación de un sistema compacto de cloración evaluando la
efectividad alcanzada por diferentes tipos de células electrolíticas implementadas para la
purificación del agua.
Partiendo de los valores máximos permitidos según la resolución 2115 de 2007, la cual señala las
características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la
calidad del agua para consumo humano del Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo
territorial; es posible determinar la calidad del recurso y si esta es apta o no para el uso final de la
misma, para ello es pertinente realizar una caracterización previa con el fin de conocer el estado
actual de los parámetros físicos y microbiológicos del afluente y determinar el sistema de
tratamiento óptimo para garantizar en función a la norma relacionada una agua propia para
consumo. Partiendo de los parámetros a analizar el principal propósito es eliminar los agentes
patógenos microbiológicos por tal motivo es ineludible realizar un proceso de desinfección
puesto que se pueden transmitir enfermedades gastrointestinales al consumir agua insalubre
utilizando el medio acuático como vehículo pasivo, para ello la acción desinfectante de las
sustancias químicas se realiza en dos etapas, en primer lugar, la penetración de la pared celular y
consecuentemente, la reacción enzimática, inhibiendo el metabolismo de la glucosa y por tanto,
provocando la muerte del organismo. (Martel, 2012), por otra parte debe asegurarse la
disminución de las características físicas (turbiedad y color), para lo cual se realizará un proceso
de filtración el cual será un trascurso complementario que ayudará a acondicionar el recurso a
los limites establecido por la norma, definiendo este proceso como un sistema que conjunto a
diferentes lechos de cobertura remueven partículas indeseables. (sistemas, 2015)
Por tanto se desarrolla esta investigación partiendo del enfoque mínimo básico el cual es el
acceso a agua de calidad (según la resolución estipulada), evaluando la eficiencia de las células
electrolíticas como sistema de potabilización de agua por medio de la producción de oxidantes
mixtos (MIOX), el cual requiere una potencia eléctrica y una solución de salmuera para producir
los agentes desinfectantes; contribuyendo con la disminución de enfermedades y mejorando la
calidad de agua que presenta la zona rural de Usme, Cundinamarca. (Suetmasu, 1994)
La teoría de MIOX se basa en un sistema básico en el cual una célula electrolítica es alimentada
por una corriente eléctrica que provea un flujo uniforme en un tanque que almacena salmuera
(agua con sal), la cual fluye alrededor de la célula y genera una reacción electrostática generando
dos flujos influenciados por fuerzas de gravedad y fuerzas electrostáticas generando además del
cloro existente en la solución MIOX, otros elementos cloro-oxigenados como ácido hipocloroso,
dióxido de cloro, ozono, cloro, oxígeno, varios radicales hidroxilos (OHO-, OH+), hipoclorito de
sodio, hidróxido de sodio, hidrógeno en gas, entre otros; los cuales pueden formarse
potencialmente cuando sal y agua se combinan en la célula de electrólisis con diafragma. Sin
embargo los otros componentes a parte del cloro existente en la solución de Oxidantes Mixtos, no
han sido directamente verificados debido a la complejidad química y las interferencias de los
múltiples oxidantes. Aunque la química de la solución de oxidantes mixtos es compleja y no
completamente conocida, la evidencia biológica es indiscutible, ya que tiene la capacidad de
eliminar los organismos cloro-resistentes y otros microorganismos a una dosis más baja y un
tiempo de contacto más corto que el requerido con el hipoclorito, también reduce trihalometanos
y ácidos haloacéticos (perjudiciales para la salud), con un porcentaje estimado que fluctúa entre
30-50 % comparados con los niveles que se forman con el uso de cloro. (Europoest, 2012)
La tecnología MIOX ha tenido un progreso significativo en la producción de la celda electrolítica
mediante la reducción de costos y la incorporación de la movilidad y escalabilidad del diseño, así
como la ampliación de la línea de productos químicos producidos por la misma célula. (Plic,
2016)
Es importante puntuar que el estudio se desarrolla bajo el esquema de purificación química, la
cual hace referencia a diversos métodos y esto difiere de la clase de contaminación que presente
inicialmente el agua a tratar, la evaluación de las diversas células electrolíticas a implementar en
el sistema se genera bajo una solución salina que fluye en la célula y una reacción electrolítica
genera dos flujos que están influenciados por fuerzas electroestáticas y de gravedad. Los
oxidantes energéticos se descargan en el ánodo, mientras que la descarga del cátodo, contiene
hidróxido de sodio el cual puede recircularse a la fuente de solución salina o desecharse.
(Suetmasu, 1994)
Algunas de las reacciones químicas que se presentan en la creación de oxidantes mixtos se
muestran a continuación:
NaCl + H2O Na(ac) + Cl-(ac)
5 NaClO2 + 4 HCl 4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O
Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl
-
HOCl OCl- + H
+
2 NaOH + Cl2 → NaOCl + ClNa + H2O
NaOCl + H2O → HOCl + NaOH
Adicional a estas reacciones mostradas anteriormente, las especificaciones del sistema se
desarrollan en tres etapas:
Etapa 1, entrada: una solución de salmuera a dos concentraciones (30 – 300) gramos de sal por
litro de agua a tratar.
Etapa 2, potencia: voltaje suministrado a la célula, (9 voltios) la cual esta corriente debe ser
continua
Etapa 3, composición de la mezcla de oxidantes: las concentraciones de los diversos
componentes de la mezcla de oxidantes, según referencias bibliográficas son:
Tabla 1. Composición de la mezcla de oxidantes
Componentes Concentración
Cloro 300 mg/l
Ozono 15 mg/l
Peróxido de hidrogeno 60 mg/l
pH 3.5
Redox 1350 mv
Fuente: (Suematsu, 1994)
La generación de cloro de manea In – Situ garantiza una disponibilidad inmediata de producto,
debido a que este se está generando en el lugar donde se requiere aplicar; entre sus ventajas más
significativas destacan: - Seguridad. Se elimina el transporte y la manipulación de grandes
cantidades de cloro e hipoclorito. La generación in situ es una tecnología segura en sí misma, con
un bajo riesgo de accidentes incluso en caso de acciones malintencionadas. - Mejor protección
del medio ambiente. Desaparecen las consecuencias de una fuga. No se precisa un plan de
emergencia para grandes escapes. - Materia prima segura. Se utiliza sal en lugar de cloro e
hipoclorito. La sal es un producto de precio estable y fácil de conseguir. La acumulación de sal
no presenta ningún riesgo significativo. (Gratacos, 2014)
El proceso de generación electrolítica de cloro se basa, en términos generales, en la electrólisis de
una disolución de cloruro sódico o sal común en agua (salmuera). El corazón del generador es
una célula de electrólisis que contiene dos electrodos: el ánodo + y el cátodo -. En esta célula se
introduce una solución de cloruro sódico, que se obtiene simplemente disolviendo sal en agua.
Los iones que se hallan presentes son: - Procedentes de la sal, el ión cloruro (Cl- ) y el ión sodio
(Na+): NaCl ↔ Na+ + Cl- . - Procedentes del agua, el hidrogenión (H+) y el ión hidroxilo (OH-
): H2O ↔ H+ + OH- .
A continuación se hace pasar una corriente continua a través de los electrodos. En estas
condiciones: - En el electrodo positivo (ánodo), los iones cloruro ceden un electrón y se
transforman en cloro: 2 Cl- ↔ Cl2 + 2 e- cloruro ↔ cloro + electrón En el agua queda el sodio
(Na+) restante. - En el electrodo negativo (cátodo), el hidrogenión (H+) capta un electrón y se
transforma en hidrógeno (H2): 2 H+ + 2 e- ↔ H2 hidrogenión + electrón ↔ hidrógeno En el
agua quedan los iones hidroxilo (OH- ) restantes. Los iones sodio (Na+) e hidroxilo (OH- )
restantes se unen para formar hidróxido sódico (NaOH), que queda en solución junto con el resto
de la salmuera no utilizada en el proceso de electrólisis, como se presenta en la siguiente imagen:
Ilustración 1. Proceso de electrolisis
Fuente: (Gratacos, 2014)
Na+ + OH- ↔ NaOH ión sodio + ión hidroxilo ↔ hidróxido sódico En presencia de hidróxido
sódico (NaOH), el cloro (Cl2) formado en el ánodo no puede extraerse de la célula ya que
reacciona inmediatamente para formar hipoclorito sódico (NaOCl) y cloruro sódico (NaCl): Cl2
+ 2 NaOH ↔ NaOCl + NaCl + H2O cloro (gas) + hidróxido sódico ↔ hipoclorito sódico + +
cloruro sódico + agua Finalmente, se obtiene una mezcla de: - Hipoclorito sódico de baja
concentración, aproximadamente al 0,8%. - Una concentración residual de cloro en equilibrio.
Una concentración residual de hidróxido sódico en equilibrio. - Salmuera residual no utilizada en
el proceso de electrólisis. (Gratacos, 2014)
1.3 GENERALIDADES DE LA ZONA DEL PROYECTO
1.3.1 Localización
La localización del proyecto fue determinada bajo varias variables tales como el acceso a la zona
de estudio, seguridad, condiciones locativas (pendiente, espacio y condiciones estructurales) así
como la población a beneficiar (número de habitantes) las cuales permitieron determinar el lugar
donde el proyecto logrará la máxima utilidad. Para tal fin se estudió la disponibilidad de terreno,
mano de obra, factores ambientales y topografía del mismo, por medio de herramientas métricas
que cuantificaran los espacios disponibles para la ubicación del sistema de tratamiento,
posteriormente se determinó la disponibilidad de materia prima en la zona que ayudara a futuro
en el ensamblaje y construcción y por último la preselección de puntos alternativos de
localización en caso dado de que no fuera factible ubicar las unidades de tratamiento aguas abajo
del sistema de captación de aguas lluvias.
Macro localización
El proyecto tiene una macro localización en el departamento de Cundinamarca específicamente
en el Sur de la ciudad de Bogotá, en la localidad de Usme.
Micro localización:
El proyecto se encuentra ubicado en la Vereda Chiguaza la cual limita con las áreas rurales de
Olarte hacia el sur, hacia el este con Corinto cerro redondo y en el sentido norte con ciudad de
Usme.
Ilustración 2. Localización del proyecto
Fuente: (Usme, 2013)
1.3.2 Población
En Usme, el censo de 2005 realizado por el DANE y las estadísticas de la Secretaría Distrital de
Planeación proyectaron una población de 363.707 habitantes para el año 2010 de los cuales
179.261 serían hombres y 184.446 serían mujeres. ((DANE), 2005)
1.3.3 Hidrología
La localidad es rica en microcuencas hídricas que nacen en la parte alta de la cordillera y
desembocan en el río Tunjuelo. Entre las microcuencas más importantes se encuentran: Las
quebradas Bolonia, El Destino, Guanda, Santa Helena, Yomasa y Santa Librada; los ríos
Curubital, Lechoso o Mugroso, Yerba Buena, Trompeta, Santa Rosa, Aguadulce, Chisacá, Hoya
del Ramo y Leñoso. (Huesca, 2012)
1.3.4 Clima
La localidad tiene temperaturas que oscilan entre los 12º y 15º centígrados en la parte baja, en la
zona media la temperatura puede estar en los 9º y 12º centígrados y en las partes más altas o
páramo la temperatura puede alcanzar los 6º y 9º centígrados. (Huesca, 2012)
1.3.5 Topografía
En la zona baja la altura es de 2.650 metros sobre el nivel del mar, en el área media 2.850
m.s.n.m, mientras que en las partes altas oscila entre 3.200 y 3.750 m.s.n.m. (Huesca, 2012)
1.3.6 Economía
La población Usmeña reporta mayormente como actividad económica principal la venta de
víveres, ropa, calzado, comidas típicas, lácteos, verduras, carne, papás y flores, entre otros
productos. ((DANE), 2005)
1.4 Marco Legal
Resolución 2115 de 2007, Por el cual se establece el Sistema para la Protección y Control de la
Calidad del Agua para Consumo Humano, del Ministerio de la Protección Social. De la cual se
tomaron los límites permisibles de los parámetros evaluados tales como cloro residual,
coliformes totales, turbiedad y color. A continuación se presenta una tabla con los valores
especificados por dicha norma.
Tabla 2. Valores máximos permitidos por la Resolución 2115 de 2007
Parámetros Valores máximos establecidos
Coliformes totales 0 unidades formadoras de colonias (UFC)
Color 15 Unidades de Platino Cobalto (UPC)
Cloro residual Entre 0,3 y 2,0 mg/L
Turbiedad 2 Unidades Nefelométricas de turbiedad
(UNT)
Fuente: (Ministerio de ambiente, Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, 2007)
2 DISEÑO METODOLÓGICO
2.1 Tipo De Investigación
Para alcanzar los objetivos planteados en el proyecto el tipo de investigación varía de acuerdo a
cada fase y a las necesidades que se plantean en cada una de ellas, por ende, se traza un cuadro
discriminativo en el cual se muestran las etapas, el objetivo en cada una de ellas, el tipo de
investigación implementado para lograrlo y las actividades realizadas, así:
Tabla 3. Tipo de investigación para el desarrollo de fases
Fase Objetivo Tipo de
investigación Actividades realizadas
I Realización de diagnóstico
preliminar Evaluando la
zona en la cual se
implementará el sistema, el
material que se
implementará como
electrodo, el medio
filtrante, caracterización
inicial de los parámetros
del agua a tratar y
parámetros hidráulicos. Descriptiva
Analítica
Descripción del área a trabajar teniendo
en cuenta ítems como: localización,
climatología, temperatura, topografía y
economía
Recolección de información con
respecto a los sistemas de potabilización
de aguas lluvias y su diseño.
Selección de material para electrodo por
medio de una matriz evaluativa basada
en criterios como costo, eficiencia, vida
útil
Selección de medio filtrante por medio
de una matriz evaluativa basada en
criterios como costo, eficiencia y
mantenimiento
Elección de unidades de tratamiento
II Determinación de las
condiciones de operación
del sistema.
Exploratoria
Aplicada
Construcción del sistema basándose en
tesis similares a nuestro proyecto y a las
especificaciones técnicas propuestas por
el RAS Título C, para dicha
construcción es necesario el
dimensionamiento de las unidades por
medio de análisis hidráulicos
Se realizó un total de 29 análisis así: 10
para color y 10 para turbiedad (5 por
cada día de seguimiento junto con su
duplicidad), 5 para coliformes totales
(muestra antes de ser tratada y 4 días de
seguimiento) y 4 para cloro residual (4
días de seguimiento).
Caracterización fisicoquímica del agua
parámetros ex situ, coliformes totales,
cloro residual libre, color y turbidez
(Laboratorio Universidad de La Salle
Determinar cantidad de desinfectante.
III Evaluación del sistema de
tratamiento.
Evaluativa
Comparativa
Evaluación de los objetivos propuestos
al principio del diseño, para de tal
manera poder determinar porcentaje de
remoción de los parámetros propuestos
y comparar con la resolución 2115 de
2007, determinando el cumplimiento
con la anteriormente mencionada
Fuente: Autores
2.2 Ejecución de diseño metodológico
La metodología que se llevó a cabo para el desarrollo del proyecto es cuantitativa y de caso,
puesto que se realizaron tanto cálculos hidráulicos, costos, dimensionamiento de unidades y
análisis de laboratorio de manera estadística y matemática; y de caso, debido a que se analizaron
y formularon alternativas frente a una problemática real que se presenta en una población, por
tanto el proyecto se ejecutó en las siguientes etapas:
ETAPA I: Diagnóstico inicial
ETAPA II: Diseño
ETAPA III: Evaluación del sistema de tratamiento
Etapa I – Diagnóstico inicial: Inicialmente se realizó una recolección de información en la que
por medio de tesis y documentos de sitios web se identificó la teoría basada en la producción de
agentes oxidantes, el mecanismo de producción y las condiciones necesarias para implementarlo,
posteriormente se evaluó la zona en la cual se implementó el sistema, por medio de matrices de
evaluación en las que se calificaron el componente ambiental, social y locativo de la zona de
estudio.
Es importante puntuar que en esta fase diagnostica se hizo una evaluación de los parámetros a
estudiar antes del tratamiento con el fin de evaluar la eficiencia del sistema, así como el estado
del sistema de recolección de aguas lluvias y la unidad de almacenamiento.
Etapa II – Diseño: Se procedió a realizar los cálculos correspondientes tanto hidráulicos como
teóricos, con el fin de dimensionar las unidades a construir y conocer las perdidas generadas en el
sistema por accesorios y la friccion del mismo, de igual modo comprende la evaluación de una
alternativa a la aplicación de agentes oxidantes mixtos, aspirando conseguir cloro a partir de
reacciones de electrólisis con agua y sal común a distintas concentraciones y tiempos de reacción
Etapa III – Evaluación: Se determino la eficiencia del sistema por medio de analisis de
laboratorio partiendo de las tecnicas aceptadas por la normatividad en curso realizando analisis de
ausencia – presencia para microorganismos y pruebas espectofotometricas por medio del uso de
HACH.
Todas estas fases se desarrollan en lo largo del docuemento de manera especifica.
2.3 Recolección y análisis de los datos recolectados durante la ejecución del proyecto.
2.3.1 Parámetros a analizar
Se determinaron cuatro parámetros analizar los cuales son: coliformes totales por medio del
método de ausencia presencia, ya que indican contaminación fecal en el análisis de calidad del
agua para consumo humano, en medio acuático, los coliformes son más resistentes que las
bacterias patógenas intestinales, por ende su presencia en el agua potable es desfavorable para la
salubridad de la comunidad, cloro residual puesto que se está trabajando con un sistema de
desinfección, que trabaja por medio de reacción química para generar además de oxidantes
mixtos, cloro. La normativa vigente, aplicable al sistema de cloración MIOX, en materia de
criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano según la resolución 2115 de 2007,
establece un valor comprendido entre 0,2 y 3,0 mg/L, por tanto es importante realizar una
determinación de dicho compuesto con el fin de no generar sobre adicionamiento de cloro y
finalmente turbiedad y color debido a que la apariencia del agua, es el criterio principal que los
consumidores toman como referencia para valorar si las condiciones del agua son óptimas,
asegurando un contexto sanitario válido para el consumo humano
2.3.2 Métodos para determinar concentración
Los metodos de determinacion varian según el parametro a estudiar, por tanto:
Coliformes totales: según lo estipulado en la Resolucion 2115 de 2007 las tecnicas para
determinacion de analisis microbiologicos para tal parametro es filtracion por menbrana,
sustrato definido, enzima sustrato y presencia – ausencia se empleo el metodo de ausencia
- presencia el cual se realiza en una muestra de agua estudio de 100 ml a la cual se le
agrega una ampolla reveladora (Colitag) y se encuba por un peridodo de 24 horas a una
temperatura de 37º centigrados y se lee el resultado pasado el tiempo en el cual se debe
comprobar de manera visual el color de la muestra partiendo de tonalidades amarillas para
positivo en coliformes totales y del mismo color al agregar la ampolla reveladora para
negativo. (International, 2013)
Cloro residual: se empleo el metodo del DPD el cual es una tecnica apropiada para el
empleo de agua potable, puesto que el dietil-p-fenilen-diamina (DPD) actua en reaccion
de sustancias oxidantes y desinfectantes generando una coloracion rosa al oxidarse con
dichos compuestos, lo que permite ser metida colorimetricamente. (Determinción de
cloro, 2009)
Color: se realizo por medio de un fotometro (Hach), bajo el metodo ADMI (COMPANY,
2000)
Turbiedad: este parametro fue medido por medio de un turbidimetro el cual emplea el
metodo de atenuacion de radiacion (COMPANY, 2000)
2.3.3 Lugar de toma de muestra
Partiendo del manual de instrucciones para la toma, prevencion y transporte de muestras de agua
de consumo humano para analisis de laboratorio, la localizacion del muestreo en funcion a la
resolucion 0811 de 2008 del Ministerio de la Protección social y de ambiente, vivienda y
desarrollo territorial se determino de puntos fijos; puesto que según el sistema de distribucion con
el que cuenta la zona de estudio es un sistema de captacion de agua lluvia por tanto deben
localizarse los puntos de muestreo uno antes del sistema de filtración y desinfección, es decir del
agua recolectada en el sistema de recaudación de agua lluvia y otro a la salida del tanque de
almacenamiento, debido a que es un criterio establecido en la presente resolucion que a la salida
de la infraestructura y al inicio de la red de distribucion se evalue la eficiencia y calidad del
sistema ya que pueden ser representativos de riesgo de contaminacion del agua potable.
(Ministerio de proteccion social y de ambiente, 2008)
2.3.4 Número de análisis
Para el cloro generado por la electrólisis, se tuvo en cuenta tres aspectos, el amperaje que
recibirán los electrodos, el cual será constante para todo el funcionamiento del sistema, dos
concentraciones de sal, 30 g/l y 300 g/l y el tiempo de reacción, 15 minutos y 30 minutos. Para un
total de 4 análisis de Cloro
Para corroborar los datos de Turbiedad, Color y Coliformes se hicieron análisis preliminares con
el fin de identificar las condiciones iniciales del agua antes del tratamiento y después del mismo,
el cual se desarrolla en un periodo de 4 días de seguimiento y duplicidad de cada uno de los
análisis para un resultado de 10 estudios por parámetro para un total de 30 análisis en general.
2.3.5 Control de calidad en la obtención de los datos
Para turbiedad es necesario realizar el análisis por medio del método de atenuación de radiación
el cual se ejecuta con la implementación de un sistema espectrofotométrico (HACH) con una
celda completamente limpia y sin humedad, por ende se usa papel de arroz, la presencia de
burbujas también puede arrojar resultados erróneos, la manipulación de las celdas debe realizarse
únicamente por la parte superior para evitar ensuciarlas y dejar huellas digitales en el paso de luz,
para su almacenamiento es necesario emplear un frasco plástico completamente limpio y
refrigerarse a 4°C, al momento de realizar la medición en el turbidímetro es esencial realizar la
calibración del mismo. El análisis microbiológico (coliformes totales) debe realizarse en
condiciones de asepsia, debe purgarse el sistema dejando fluir por mínimo un minuto el agua
eliminando estanqueidad y enjugando el recipiente dos o tres veces con la misma agua a analizar,
el recipiente que contiene la muestra debe ser ámbar para evitar alteraciones a causa de la luz y
refrigerarse a 4°C con el fin de mantener las condiciones iniciales, este análisis se determinó
según lo establecido en la resolución 2115 de 2007 por el método de presencia ausencia el cual es
aceptado por la autoridad ambiental; finalmente para los análisis de color y cloro se recomienda
purgar los recipientes de toma de muestra, almacenar a 4°C y analizar inmediatamente, estos
análisis se realizan por métodos espectrofotométricos usando el HACH.
2.4 Esquema general del diseño metodológico
A continuación se muestra el esquema general del diseño metodológico, evidenciando los
objetivos de cada una de las fases, las variables a tener en cuenta y los instrumentos necesarios
para cumplir con los objetivos propuestos
Tabla 4. Esquema general del diseño metodológico
Objetivo
General:
Evaluar la eficiencia de desinfección mediante miox (agentes oxidantes
mixtos) en la finca “el rosalito” vereda de Chiguazá, Usme
Pregunta
Hipótesis Objetivos Categorías Variables Instrumentos
¿Es ventajoso
un sistema de
potabilización
de agua con
una unidad de
desinfección
que trabaje
con oxidantes
mixtos?
Objetivo 1: Determinar las
condiciones de
operación de dos
materiales
seleccionados
como electrodo
del clorador.
espacial
Sociocultural
(Salud)
Tipos de
materiales
Para el diseño de
un clorador que
funcione con
electrodos para
que generen
oxidantes mixtos
se han usado
diversos
materiales como
titanio, aluminio,
cobre, grafito,
entre otros por
ende es necesario
evaluar la mejor
opción para las
condiciones del
área de trabajo
Información
documental.
Exploración en
campo.
Criterio
profesional.
Hábitos de
consumo:
Dotación de
consumo,
regímenes
climáticos,
actividades
demandantes de
consumo.
Encuestas
¿Los
parámetros de
diseño,
descritos en el
RAS título C
son suficientes
para una
correcta
construcción
del clorador?
Objetivo 2: Determinar las
características de
diseño del
clorador y realizar
su construcción.
Documental
Experimental Criterio de
diseño:
Selección del
diseño, Niveles
de complejidad
Información
documental,
Estructura: Espacio
disponible para
desarrollo del
proyecto,
accesibilidad y
fácil manejo del
sistema,
equipamiento
necesario.
Observación,
¿Es suficiente
una unidad
filtrante y una
unidad
desinfectante
para alcanzar
los niveles
permisibles de
agua potable
basados en la
resolución
2115 de 2007?
Objetivo 3:
Realizar la
evaluación del
funcionamiento y
efectividad del
clorador para las
condiciones
determinadas.
Evaluativa
Comparativa Resultados de
análisis de
laboratorio:
comparación con
los resultados del
agua antes y
después de ser
tratada.
Análisis
fisicoquímico,
organoléptico y
microbiológico
del agua
Cumplimiento:
Objetivos
propuestos,
porcentaje de
remoción
Fuente: Autores
3 DESARROLLO DEL PROYECTO
A continuación se muestra un esquema general de las Actividades específicas, descripción y
recursos necesarios de cada fase
Tabla 5. Descripción de actividades y recursos necesarios
Actividad Descripción
Reconocimiento
del terreno
Se ejecutó un reconocimiento del terreno en donde será instalado el
purificador, y se concluyó que la mejor área para ser situado es el patio de
la finca, ya que cuenta con terreno estable (base envaldosinada), sin
pendiente, es de fácil acceso, cumple con las necesidades de espacio, el
agua recolectada por los habitantes de la finca puede gravitar hacia el
sistema de potabilización y este no se verá afectado por las condiciones
climáticas del sitio.
Evaluación del
sistema de
recolección de
aguas lluvia
El sistema de captación de aguas lluvia es deficiente ya que no cuenta con
los criterios necesarios para un sistema efectivo debido a que el área de
captación es limitada, las canaletas permanecen contaminadas y no se
encuentran bien aseguradas lo que permite fugas constantes de agua,
adicional a esto no posee un método de ByPass que permita desviar el
agua generando reboses y suspensión del recurso para el mantenimiento.
Otro factor importante es que el tanque de almacenamiento no es
hermético, permitiendo el ingreso de agentes contaminantes, polvo,
impurezas y proliferación de vectores, así como de olores ofensivos; por
tanto el agua recolectada resulta ser insuficiente para el consumo humano.
Contacto con
laboratorio
Se contactó con el laboratorio de la Universidad de La Salle, por facilidad
de desplazamiento y economía procurando de este modo que los tiempos
de refrigeración de cada una de las muestras fuera el menor, esto para
certificar que los resultados de cada caracterización fueran lo más
verídicos posibles, es importante puntuar que en caso tal de no ser posible
realizar los análisis en dicho laboratorio es necesario recurrir a
laboratorios certificados adscritos a el Ideam.
Muestreo Partiendo del manual de instrucción para la toma, prevención y transporte
de muestras de agua de consumo humano para análisis en laboratorio se
determinó un muestreo simple el cual se define como aquella tomada en
un momento determinado (puntual), ya que resulta el adecuado para
procedimientos de vigilancia o proveer los valores máximos permitidos en
los parámetros de control de calidad.
Según la normatividad se exigen frecuencias de muestreo en función de la
población a servir, en este caso como solo se prestara el servicio a una
familia de cinco habitantes se realizan por parámetros microbiológicos y
físicos una muestra por cada frecuencia a analizar.
Caracterizaciones
fisicoquímicas,
organolépticas y
microbiológicas
pruebas en el laboratorio de ingeniería ambiental y sanitaria de la
Universidad de La Salle con las muestras recogidas, almacenadas,
transportadas y preservadas por los Autores: coliformes totales, color,
turbiedad, cloro residual libre
Fuente: Autores
4.1 Etapa I: Diagnóstico
Puesto que inicialmente se realizó una revisión bibliográfica por medio de trabajos de grado
como tesis y monografías, libros, artículos científicos y publicaciones en páginas web científicas,
se determinó aspectos importantes a tener en cuenta en el desarrollo del proyecto, como es el tipo
de material más eficiente para emplear como electrodo, los voltajes adecuados y las
concentraciones estimadas
Para establecer la línea base del proyecto fue necesario interaccionar con las personas
beneficiadas, por tanto, se identificó el principal problema que afecta a dicha familia el cual es el
consumo de agua cruda y la compra de agua en bloque; para ello se realizo por medio de un
formulario una serie de preguntas las cuales permitieran dar un diagnostico de como la familia
percibe la calidad del agua que consumen. A continuacion se presenta dicho documento:
Tabla 6. Formulario de diagnóstico inicial
Formulario de diagnostico inicial
Pregunta Siempre Casi
siempre
A veces Casi
nunca
Nunca
¿consume agua de la llave? X
¿considera que el agua que
consume cambia de olor,
color y sabor?
X
¿hierven el agua antes de
consumirla?
X
¿esta interesado en mejorar
la calidad del agua de
consumo?
X
Fuente: Autores
Partiendo de que la zona en donde vive la familia es una vereda y que el agua que consumen
proviene de un sistema de captacion de aguas lluvias que ellos mismo construyeron, adicional a
la informacion recolectada con el formulario anterior se observa que existe una alta probabiliad
en que el agua que consumen sea insalubre; no obstante es necesario hacer una caracterizacion
inicial por medio de tecnicas estandarizadas que arrojen resultados los cuales sean confiables y
permitan determinar la situacion real y el estado de dicha agua de consumo.
Adicional al desarrollo del formulario se procedió a realiazar las medidas del lugar donde se
implementara el sistema, el cual se adecuo la parte de atrás de la finca en funcion del sistema de
captacion de aguas lluvias donde el area de esta zona es bastante amplia y no se observa una
pendiente pronunciada. Para tal evaluación se realizó una matriz de ubicación del proyecto en el
que se determina condiciones de acceso, pendiente y aspectos de seguridad y del terreno con el
fin de evitar problemas futuros, dicha ficha es posible identificarla en la tabla número 6.
En la segunda visita se procedió a analizar la calidad del agua por medio de una caracterización
fisicoquímica, por medio de la toma de muestras de manera In – Situ, por tanto es necesario
contar con los materiales para desarrollar dicho analisis, (en la continuidad del documento se
especifica dichos analisis); adicional a esto se recolectaron muestras de agua para analizar los
parámetros que deben ser analizados en laboratorio teniendo en cuenta los métodos de
preservación con el fin de obtener resultados confiables, bajo la guia del manual de instrucciones
para la toma, perservacion y transporte de muestras de agua para consumo humano para análisis
de laboratorio de la superintendencia de servicios publicos domiciliarios, en el que se desarrollo
un muestro manual.
4.1.1 Evaluación material del electrodo
La evaluación del material a implementar se realizó con respecto a las diferentes características
que él mismo presenta, en función de obtener los mejores resultados en la producción de agentes
oxidantes, por tanto, se evaluaron características tales como el costo, accesibilidad, impacto,
conductividad eléctrica y tenacidad, las cuales son necesarias tenerlas en cuenta debido a que
partiendo de dichos valores se puede manifestar un grado de eficiencia en la producción de
agentes oxidantes mixtos.
Dicha evaluación se realizó en una escala de 1 a 3 (siendo 1 el valor menos adecuado y 3 el
mayor), con el fin de obtener un puntaje que determinó la eficiencia del material. A continuación
se muestran las características evaluadas de cada material y la matriz comparativa y evaluativa
que determinó el material a emplear como electrodo.
Tabla 7. Características de los posibles electrodos
MATERIAL GRAFITO COBRE PLATINO TITANIO
COSTO Económico Económico Costoso Costoso
ACCESIBILIDAD fácil acceso
fácil
acceso
difícil
acceso difícil acceso
TENACIDAD
Media
oposición a
ruptura
Alta
oposición
a ruptura
Media
oposición
a ruptura
Media
oposición a
ruptura
IMPACTO
Alta
resistencia
Alta
resistencia
Alta
resistencia Alta resistencia
CONDUCTIVIDAD
ELÉCTRICA (S/m) 61×103
58,108 ×
106 9,5× 10
6 2,38 × 10
6
Fuente: Autores
Tabla 8. Matriz de evaluación de material
MATERIAL
COST
O
ACCESIBILID
AD
TENACID
AD
IMPACT
O
CONDUCTI
VIDAD
ELÉCTRIC
A TOTAL
Grafito 3 3 2 3 2 13
cobre 2 2 3 3 3 13
platino 1 1 2 3 2 9
titanio 1 1 2 3 2 9
Fuente: Autores
Se obtuvo un resultado de 13 en los materiales grafito y cobre, para tomar una decisión entre las
dos opciones se investiga sobre ventajas de ambos y se encuentra que el grafito es el material
ganador debido a que es muy resistente a los choques térmicos, tiene un coeficiente bajo de
expansión térmica (3 veces mayor que el cobre) que garantiza la estabilidad de la geometría de
electrodo durante el mecanizado con descarga eléctrica, no se funde por ende se transforma
directamente del estado sólido al estado gaseoso a 3,400°C, evitando el desgaste, su densidad es 5
veces más baja que la del cobre, lo que resulta en electrodos más ligeros, proporciona una tasa
más alta de eliminación de metal que el cobre pero con menos desgaste, tiene la característica
única de que el desgaste tiende a disminuir cuando la corriente aumenta.
4.1.2 Evaluación de las condiciones del lugar
La evaluación de las condiciones del lugar se realizó con respecto a distintos aspectos envueltos
por componentes ambientales, locativos y sociales, en función de obtener los mejores resultados
en la instalación del filtro, dichos aspectos como accesibilidad al recurso (Agua). accesibilidad al
sitio, pendiente en el suelo, condiciones del terreno y seguridad, son necesarios tenerlos en cuenta
debido a que partiendo de dichos valores se puede manifestar si el lugar es apto o no para la
disposición del purificador.
Dicha evaluación se realizó en una escala de 1 a 3 (siendo 1 el valor menos adecuado y 3 el
mayor), con el fin de obtener un puntaje que determinó si el lugar escogido será idóneo, a partir
de un puntaje de 11 (cumplimiento de al menos 4 ítems evaluados), se determina que el lugar es
bueno.
IDENTIFICACIÓN DE VALORES
BUENO (11 - 15) REGULAR (6 - 10) DEFICIENTE (1 - 5)
Tabla 9. Matriz de Selección zonal
COMPONENTE ASPECTO DESCRIPCIÓN VALOR
AMBIENTAL Accesibilidad al
recurso (Agua)
El acceso al recurso se
obtendrá por medio de
un sistema de
captación de aguas (ya
existente), el cual se
adaptará a la entrada
del sistema de
tratamiento.
3
Calidad del recurso Inicialmente no se
puede determinar el
estado en la que se
encuentra el recurso,
por tanto deben
realizarse análisis
preliminares que
arrojen un panorama
cuantitativo de la zona
de estudio.
3
ESPACIAL Accesibilidad La zona de estudio
presenta un buen
grado de accesibilidad
ya que no se dificulta
el ingreso al área ni de
personal ni de
materiales.
3
Pendiente Se identificó una
pendiente de cero %
de inclinación ya que
el terreno es
completamente plano.
3
Condiciones del
terreno
El terreno donde se
ubicará el sistema de
tratamiento se
encuentra modificado,
por tanto, no es suelo
virgen y la estabilidad
de las unidades es la
adecuada.
3
SOCIAL Seguridad Al instalarse el
sistema en una
propiedad privada se
disminuyen los
riesgos de hurto o
alteración al mismo.
3
TOTAL 18
Fuente: Autores
4.1.3 Caracterización fisicoquímica inicial
En la tabla 10 se muestran los resultados de la caracterizacion inicial llevada a cabo en los
laboratorios de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad De La Salle, bajo los metodos
enunciados anteiormente.
Tabla 10. Caracterización en laboratorio
PARÁMETRO RESULTADO LÍMITE PERMISIBLE
Res 2115 de 2007
TURBIEDAD 4,95 NTU 2 NTU
COLOR 82 UPC 15 UPC
COLIFORMES
TOTALES
Presencia 0 UFC/g
Fuente: Autores
De acuerdo a los resultados obtenidos en el laboratorio, todos los parámetros se encuentran por
fuera de la norma, por tanto se establece que estos son parámetros críticos para determinar la
eficiencia del filtro y de la unidad de desinfección.
4.1.5 Parámetros críticos y posibles fuentes de contaminación
Con respecto a los resultados generados por la caracterizacion inicial, la turbidez del agua en la
Finca respecto a los límites permisibles se asoció principalmente a que el agua proviene de un
sistema deficiente y abandonado de recolección de agua lluvia, debido a que las canaletas se
encuentran en mal estado, llenas de maleza, óxido y suciedad y el tanque de almacenamiento del
mismo se encuentra lleno de lama y sólidos sedimentados. La forma del tanque es completamente
cilíndrica por lo que la sedimentación no se realiza apropiadamente.
El agua que pasa por el sistema de recolección de agua lluvia no es sometida a ningún método de
desinfección por lo que no se evita la proliferación de agentes patógenos causantes de
condiciones insalubres; por tanto, las bacterias coliformes que la lluvia arrastra se distribuye en
el agua almacenada en el tanque, siendo esto la posible causa de enfermedades gastrointestinales
como la diarrea y el vómito.
El color en el agua resulta de la presencia en solución de diferentes sustancias como iones
metálicos naturales, debido posiblemente al óxido presentado en los sistemas de recolección,
humus y materia orgánica disuelta, debida principalmente por las plantas depositadas y la
suciedad que mayormente es tierra sedimentada en las canaletas ya que estas se encuentran
expuestas al aire libre en un entorno.
4.1.6 Selección del tipo de filtro unifamiliar
Para la ejecución del proyecto es necesario implementar una unidad filtrante, por tanto se debe
realizar una selección utilizando una matriz de alternativas con el fin de identificar las distintas
estrategias e identificar las herramientas más adecuadas en función de la situación deseada
Tabla 11. Matriz de alternativas de filtros
MATRIZ DE ALTERNATIVAS DE FILTROS
Objetivo: determinar por medio de criterios de calificación la opción más viable para
implementar como unidad filtrante en el sistema de cloración.
FILTRO CRITERIOS DE CALIFICACIÓN
COSTO EFICIENCIA MANTENIMIE
NTO
VIDA
UTIL
PUNTA
JE
Filtro
artesanal de
arcilla
Estos filtros son
ampliamente
conocidos por su
bajo costos,
partiendo del
precio en
comparación a
otros materiales
filtrantes.
(Henao, 2010)
El rango de
eficiencia varía
entre los 92.73
% y 99.96% en
remoción de
microorganism
os. (Henao,
2010)
El
mantenimiento
se realiza en
función de la
carga
contaminante a
tratar pero por lo
general, dichos
filtros requieren
un
mantenimiento
regular en
promedio entre
4 y 5 meses
(Henao, 2010)
Los filtros
con vida
útil de 7
años
removieron
el 100 %
de
microorgan
ismos por
tanto se
considera
que
después de
dicho
tiempo
debe
cambiarse
el filtro.
(Henao,
2010)
CALIFICACI
ÓN
5 4 3 5 17
Filtro de Los costos de Este tipo de El Es un
antracita,
arena,
gravilla y
grava
este filtro están
en función del
caudal a manejar
debido a la
disposición de los
lechos, en
particular no son
materiales muy
costosos y de
fácil acceso.
filtro posee
una alta
eficiencia
debido a que
está
constituido de
distintos tipos
de lechos, los
cuales poseen
diferentes
tamaños de
partículas
ayudando a la
remoción de
partículas entre
5 a 15 micras
de diámetro.
(Carbotecnia,
2004)
mantenimiento
debe realizarse
cada vez que se
presentes
fluctuaciones en
el flujo de agua
o variaciones en
la presión del
sistema ya que
esto denota que
los lechos se
están
colmatando y es
necesario
remover el
material
sobrante. (Flow-
guard)
sistema de
larga vida
útil según
lo
estipulado
en Global
Water
Technologi
es Group,
pero es
importante
tener en
cuenta que
su
funcionami
ento
disminuye
al tratar
aguas con
alta
cantidad de
metales.
(C.V,
2005)
CALIFICACI
ÓN
4 5 5 5 19
Filtro de
membrana
Presenta un costo
elevado debido al
tipo de tecnología
que maneja la
permeabilidad de
la membrana está
determinada por
el tamaño de los
poros de la
misma y actúa
como barrera
para las partículas
que son más
grandes que los
poros, la
filtración, bien
sea
microfiltracíon,
ultrafiltración o
nanofiltración, se
La eficiencia
es
directamente
proporcional al
tipo de
membrana que
se utilice, la
nanofiltracion
es la más
eficiente
debido a que
retiene
partículas con
diámetros de
hasta 10 nm
(Lenntech,
2016)
Se basa en el
cambio o
sustitución cada
cierto tiempo de
los distintos
filtros y la
membrana con
el objeto de
garantizar el
correcto
funcionamiento
del sistema en
promedio se
realiza 6 – 12
meses.
(company,
2015)
La vida útil
de este
filtro está
en función
del cambio
de la
membrana
la cual
debe
realizarse
cada 3 años
aproximada
mente.
(company,
2015)
evalúa la
eficiencia y por
ende los costos
están en función
de lo mismo.
Tales precios
varían entre los
15 y 25 millones
de pesos según el
caudal a manejar.
(Novem, 2016) CALIFICACIÓN 1 5 4 4 14
Fuente: Autores
Como se muestra en la tabla anterior se realizó una calificación de cada una de las características
evaluadas de cada tipo de filtro propuesto, partiendo de una escala de 1 a 5 siendo el valor
mínimo el menos aceptable y el mayor el más adecuado; por tanto, se determinó que la opción
más viable es implementar un filtro de diferentes lechos tales como el filtro de antracita, arena,
gravilla y grava debido a su fácil acceso, construcción, alta efectividad y costo bajo.
4.2 Etapa II: Diseño
Una vez determinados los valores iniciales del agua a tratar, se realizan los cálculos
correspondientes al diseño y construcción del sistema, con el fin de determinar los materiales a
implementar para la unidad filtrante en conjunto con la unidad de desinfección; con el fin de
realizar un seguimiento periódico para la toma de muestras y posteriores análisis en laboratorio.
4.2.1 Materiales
Los siguientes materiales a continuación son necesarios para la construcción del sistema de
tratamiento en función de lo existente con el fin de conectar con el sistema de aguas lluvia actual.
Tanque de 250 L
Tubo de PVC de 1”
2 Codos de 90° de 1”
Conexiones T hidráulica de 1”
2 Adaptadores hembra de 1”
2 Adaptadores macho de 1”
Empaques de 1”
Tapas hidráulicas
1 Válvula de 1”
Limpiador para PVC
Pegamento para tubería de PVC
Sellador multipropósito
2 estibas
2 bultos de grava
2 bultos de arena gruesa
2 bultos de arena fina
Tanque de 120 L
Minas de grafito de 2 mm
Envase de vidrio de 50 ml
1 Juego de cables con caimanes eléctricos
Pila de 9 v
Base de pila de 9 v
A continuación se muestra un esquema de la manera que se hizo la construcción del purificador
Fuente: Autores
4.2.2 Tamaño Del Tanque De Filtración
En base al registro bibliográfico se desarrolló el cálculo del área requerida del filtro para evaluar
si el tamaño del tanque es el adecuado para abastecer a los beneficiados, se tuvo en cuenta la
siguiente ecuación estipulada por la World Health Organization (WHO)
( )
Los datos de cada ecuación son:
Caudal total: La dotación neta máxima para satisfacer las necesidades básicas de los
habitantes de dicho hogar, se adecuó a partir de la resolución número 2320 de 2009 en el
que se establecen de acuerdo con el nivel de complejidad del sistema (bajo para este caso,
de acuerdo con la cantidad de personas que habitan), un caudal de 90 litros/hab*día, con
el fin de suplir dicha condición; por tanto (Ministerio de ambiente, Ministerio de
ambiente, vivienda y desarrollo territorial, 2009):
Teniendo en cuenta que son 5 los habitantes a servir, tenemos:
El caudal expresado en m3/día:
Tasa de filtración: La tasa de filtracion por lo general se encuentra en función de un
tamaño efectivo de arena de 0.55 y 0.75 mm es de aproximadamente 120 m3/m2/d, por
tanto se entiende que por cada metro cuadrado de área filtrante deben pasar 120 m3 de
agua por día. (CEPIS), entonces:
(
)
(
)
( )
El área requerida de 0,00375 m2 es menor al área real del tanque de 250 L ya que,
( ) πr2
Dónde
( ) π (0,27m)2 = 0,229 m
2
Por ende el tanque de 250 L es suficiente para abastecer los 5 miembros de la familia
Ilustración 3. Tanque de 250 L para filtro Fuente: Autores
Lechos: El medio filtrante está compuesto por diferentes estratos granulométricos de
desiguales tipos de diámetros, implementándose un filtro mixto de flujo descendente. Para
la construcción del filtro se sugieren lechos entre 0.55 y 1.00 metros de altura, para
construcción e implementación de este caso, la altura de los lechos se encuentra a 0.35 m
de elevación y está dividida en antracita, arena fina, arena gruesa y gravilla, es importante
tener en cuenta que frente a los costos y la capa de antracita es de 0.10 m de altura en
función a la bibliografía encontrada que aporta datos de referencia. (Pérez, 2009)
4.2.3 Construcción Del Filtro
Dando como resultado un tanque de 250 L, se procedió a hacer la distribución de la tubería en
espina de pescado en la base del tanque con los accesorios hidráulicos, de tal manera que quede
distribuida en toda el área y así la distribución del fluido sea uniforme para conducir las aguas
colectadas, por la vía más directa hacia afuera del tanque.
Se cortó el tubo con un largo inicial de 50 cm, destinado a ser el tubo principal de donde se
desglosen las ramificaciones de la espina, posteriormente se distribuyeron uniformemente cada
una de las bifurcaciones y se unieron al tubo principal con las conexiones en T y se taparon las
salidas de cada una de estas derivaciones con tapas hidráulicas, teniendo en cuenta el uso del
limpiador de PVC especialmente formulado para limpiar y aislar las superficies que se van a
soldar, garantizando una unión perfecta y el uso del sellador de PVC, garantizando uniones de
una sola pieza al momento de soldar y evitando fugas indeseadas.
Ilustración 4. Construcción de la espina de pescado.
Fuente: Autores
Una vez unida la tubería en forma de espina de pescado se procedió a perforar uniformemente y
a lo largo de toda la tubería con una broca de 1,5 mm de diámetro, de tal manera que el material
filtrante no entre por dichos agujeros, como se demuestra en la siguiente imagen.
Ilustración 5. Ensamble de unidades.
Fuente: Autores
Como siguiente paso se hizo una unión con un codo de 90° hacia arriba, teniendo en cuenta las
precauciones anteriormente mencionadas, para la salida del agua filtrada hacia el tanque de
almacenamiento la cual se encuentra a 30 cm de la base del tanque de filtración, una vez se tiene
la medida del tubo levantado se procedió a hacer un orificio de 1 pulgada de diámetro en el
tanque para que sea la salida del agua filtrada, este orificio fue asegurado con empaques, un
adaptador hembra y un adaptador macho los cuales impiden fugas.
Al conectar la espina de pescado y el tubo de salida al tanque de almacenamiento, el cual tiene
una válvula para tener control del flujo del agua que va a necesitar la familia, se aplicó sellador
multipropósito para evitar fugas, dejando secar la primera base por dos días, y posteriormente la
segunda base por dos días más, cuando el sellante estuvo completamente seco se procedió a hacer
verificación de escapes de agua llenando el tanque del filtro. En la siguiente imagen es posible
evidenciar que no se presentan fugas en la unidad.
Ilustración 6. Prueba de fugas.
Fuente: Autores
Al no haber fugas se procedió a poner el tanque sobre las estibas para que la salida del tubo del
filtro coincidiera con la parte superior del tanque de almacenamiento y a llenar de material
filtrante así: grava, arena gruesa, arena fina y antracita, teniendo prevenciones tales como que la
grava esté limpia o que no existan impurezas en el material filtrante
Luego se perfora el tanque de almacenamiento a la altura de tal modo que coincida con el tubo de
salida del filtro y se toman las mismas medidas de seguridad que con las del tanque del filtro, es
decir, uso de empaques y aplicación de capas de sellante por dos días cada una y finalmente se
unen ambos tanques como se observa en la siguiente imagen.
Ilustración 7. Ensamblaje de las unidades
Fuente: Autores
Como se nombró anteriormente bajo la selección de la matriz de alternativas de filtros se
implementó un filtro de lechos mixtos en la siguiente evidencia fotográfica se puede apreciar los
diferentes materiales implementados para su construcción.
Grava en el filtro (diámetro de grava mayor a
diámetro de perforaciones en espina de
pescado para evitar que el material filtrante
entre a ella)
Grava en filtro
Arena gruesa en filtro Arena fina en filtro
Antracita en filtro
Ilustración 8. Evidencia de los materiales a implementar en el filtro.
Fuente: Autores
Para el desarrollo del clorador, se toma una batería de 9v, con su base y se conecta a dos minas de
grafito las cuales estarán aseguradas a un recipiente de vidrio de 50 ml, este clorador funciona
con dos tipos de salmuera, el primero con una concentración de 30 g de sal por litro de agua y el
segundo con una concentración de 300 g de sal por litro de agua.
Para la producción del cloro y los agentes oxidantes mixtos, se desarrolló de manera distinta cada
día, así:
Tabla 12. Producción de cloro a diferentes tipos de concentraciones y tiempos.
TIEMPO (Días) CONCENTRACION
(Salmuera)
TIEMPO DE
REACCION (Minutos)
Día 1 30 mg/L 15
Día 2 30
Día 3 300 mg/L 15
Día 4 30
Fuente: Autores
4.2.4 Pérdida por fricción en tuberías del sistema
Evaluada mediante la ecuación de Darcy Weisbach, la cual relaciona un coeficiente de fricción
que depende del material y diámetro de la tubería, la longitud y el diámetro de la tubería y la
cabeza de velocidad del flujo:
Donde,
= pérdida de carga debida a la fricción. (m)
= factor de fricción de Darcy. (adimensional)
= longitud de la tubería. (m)
= diámetro de la tubería. (m)
= velocidad media del fluido. (m/s)
= aceleración de la gravedad ≈ 9,807 m/s².
Para determinar el factor de fricción de Darcy ( ) primero debe hallarse el número Reynolds (Re)
y así establecer si el régimen del agua a tratar es laminar o turbulento y consecuentemente aplicar
la ecuación correspondiente, entonces tenemos:
Re =
Donde,
= Densidad del agua
= velocidad característica del fluido
diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido
viscosidad dinámica del fluido a 15°C
Re = (
)(
)( )
=0,457
Como Re<2000 entonces se trata el fluido como laminar, por ende:
=
(
)
= 1,182e
-5 m
4.2.5 Perdidas por accesorios
Es necesario evaluar las pérdidas que se generan por la implementación de accesorios en el
sistema a partir de un coeficiente de resistencia establecido para cada accesorio establecidos
teóricamente y la cabeza de velocidad del flujo con la siguiente ecuación:
Donde,
Tabla 13. Ka para los accesorios del sistema
ACCESORIO # ACCESORIOS (m)
Salida tubería de tanque
(brusca)
1 0,5 1,072 x 10-9
Codo 90° 2 10 4,289 x 10-8
T estándar en tramo 5 2,5 2,681 x 10-8
Válvula de compuerta 1 9,9 2,123 x 10-8
Tapón 6 19 2,445 x 10-7
TOTAL 3,365 x 10-7
Fuente: Autores
Las pérdidas por accesorios en el sistema son de 3,365 x 10-7
m por ende teniendo en cuenta estos
cálculos y la pérdida por fricción se concluye que, al ser valores insignificantes, no es necesario
ningún tipo de bomba hidráulica para el correcto funcionamiento del sistema, además de esto se
garantiza un caudal constante ya que las unidades están dispuesta de tal manera que lo único que
actúa es la gravedad.
4.2.6 Saturación y mantenimiento
Se dice que el filtro está saturado cuando ya no pasa agua a través de él. Uno de los ítems a tener
en cuenta para el diseño del filtro lento es la velocidad de filtración, por ende en el momento en
que el sistema este filtrando a la mínima velocidad de filtración se hace el mantenimiento, esto se
da cuando:
Estableciendo un volumen fijo de un litro
En el momento en el que un recipiente de un litro se llene en 3 minutos, se debe hacer
mantenimiento.
4.2.7 Alternativa a la cloración.
Ilustración 9. Clorador en funcionamiento
Fuente: Autores
Con base en la Guía Técnica de la Organización Panamericana de Salud y Organización Mundial
de la Salud (OPS/OMS) para el tratamiento y desinfección de agua para consumo humano por
medio de cloro, se establece la dosificación de cloro necesaria para la desinfección de 200 Litros
de agua corresponden a 40mL de cloro con una concentración de 5000 mg/L. Si se considera:
Se establece que para desinfectar 200L de agua son necesarios 200mg de cloro, por ende para
desinfectar 120 L, Tamaño del tanque de almacenamiento, se necesitarán 120 mg de cloro, se
realizaron pruebas en las cuales se varía concentraciones de salmuera y tiempos de reacción con
el fin de encontrar esa producción de 120mg de cloro.
Se evaluó la producción de cloro en función de dos concentraciones de salmuera (30 y 300 g/L),
la corriente eléctrica es proporcionada por una batería de 9 voltios durante periodos de
producción del agente desinfectantes de 15 y 30 minutos. En la tabla 13 se muestran los
resultados de la producción de cloro, bajo dichas condiciones:
Tabla 14. Resultados de cloro dado en g/l
Tiempo de
reacción\concentración
salmuera
30 g/l 300 g/l
15 min 0,00543 0,1074
30 min 0,03167 0,1301
Fuente: Autores
El dato más alto de la tabla 9 es de 0,1312 g/L, obtenido con una concentración de 300 g/L de
salmuera y 30 minutos de reacción, alcanza a la concentración necesaria de cloro para la
dosificación en la desinfección del agua. En la siguiente imagen se observa los análisis de cloro
en el laboratorio a los dos tipos de concentraciones
Ilustración 10. Análisis cloro fuente 9V, concentración 30 g/l y tiempo de reacción 30 min
Fuente: Autores
Ilustración 11. Análisis cloro fuente 9V, concentración 300 g/l y tiempo de reacción 30 min
Fuente: Autores
A continuación se realizan los cálculos estequiométricos, para determinar la cantidad de cloro
que se produce cuando la reacción se da al 100%, el porcentaje que realmente se produce de cloro
acorde a la concentración de la salmuera y el tiempo en el que cada dato alcanzaría el 100% de la
reacción.
Reacción balanceada de la electrólisis de la sal
La electrolisis consiste en la aplicación de una corriente eléctrica a fin de llevar a cabo una
reacción química, a continuación se muestra la reacción de la sal en agua. (Jones, 2005 )
2 NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 + H2
116.9 g 36 g 80 g 70.9 g 2 g
Concentración de salmuera de 30g/L
(Reacción al 100%)
Porcentaje de reacción de cloro con 30 gramos de sal por litro
%
Cálculo del tiempo para alcanzar el 100% de la reacción
Concentración de salmuera de 300 g/L
(Reacción al 100%)
Porcentaje de reacción de cloro con 300 gramos de sal por litro
0,59 %
Cálculo del tiempo para alcanzar el 100% de la reacción
Partiendo de los cálculos presentados anteriormente, es necesario un tiempo considerado con el
fin de alcanzar el 100% de la reacción; debido que para una concentración de 30 g/L se necesita
un periodo de 84 y 288 horas para tiempos de 15 y 30 minutos respectivamente, adicional a esto
para una concentración mayor de 300 g/L es preciso un tiempo de 42 y 70 horas para los tiempos
de reacción nombrados, a lo cual se concluye que no es inexcusable implementar el 100 % de la
reacción para tales propósitos de desinfección, debido a que no es eficaz periodos de reacción tan
prominentes.
4.2.8 Cálculo del Índice de riesgo de la calidad del agua para consumo humano (IRCA)
Según la resolución 2115 de 2007 del Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, lo
establecido en el artículo 12 del decreto 1575 de 2007 se asigna un puntaje de riesgo con respecto
a los parámetros físicos, químicos y microbiológicos del agua por no cumplimiento de los valores
aceptables nombrados en dicha resolución.
Tabla 15. Puntajes de riesgo
CARACTERISTICA PUNTAJE
Turbiedad 15
Color 6
Cloro residual libre 15
Coliformes totales 15
Fuente: (Ministerio de ambiente, Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, 2007)
Partiendo del hecho que solo se evaluaron los parámetros establecidos en la anterior tabla se
evalúa el IRCA con el fin de determinar el grado de riesgo de ocurrencia de enfermedades
relacionadas con el no cumplimiento de las características físicas, químicas y microbiológicas del
agua para consumo humano según la Resolución 2115 de 2007, por tanto:
( )
( ) ( ) ( ) ( )
El valor del IRCA es cero (0) puntos lo cual indica que cumple con los valores establecidos en la
normatividad.
4.2.9. Manual de Limpieza y mantenimiento
Se dice que el filtro esta colmatado o saturado cuando ya el agua no pasa a traves de este, por
tanto debe efectuarse mantenimiento y limpieza por unidad, con el fin de prevenir situaciones
indeseables:
Primera unidad: Filtro.
Suspender el ingreso de agua al sistema por medio del By-Pass ubicado en la entrada de la
unidad.
No es necesario desechar los lechos de la unidad, con un raspado de los primeros 10 cm
del lecho inicial (arena) es suficiente para la eliminación de la bio-pelicula
El mantenimiento de la unidad en promedio se realiza cada dos meses; al menos que se
vea necesario efectuarlo en un tiempo mayor o menor al estipulado.
Importante: debe tenerse especial cuidado con la limpieza y mantenimiento de los lechos
debido a que paulatinamente con la limpieza de la capa superficial de arena este se
desgastara por tanto debe realizarse lo siguiente:
Retirar manualmente los lechos de la unidad filtrante y disponerlos en contenedores de
plástico de manera segura.
Lavar profundamente el tanque con una solución de agua y cloro a una proporción de una
copa de cloro(10 ml) en un litro de agua (es lo recomendado por la organización mundial
de la salud), con el fin de eliminar todos los residuos pegados en las paredes y fondo del
tanque
Revisar cuidadosamente para verificar el buen estado de la unidad y la completa
eliminación de impurezas.
Restituir los lechos con material nuevo en las misma proporciones y alturas en las que se
encontraban anteriormente
Herramientas e insumos: Balde, caneca, cepillo, bolsas de basura.
Elementos de protección personal: Guantes, tapabocas, botas de caucho, camisa larga.
Segunda unidad: Clorador y tanque de almacenamiento
La limpieza del tanque de almacenamiento debe realizarse semanalmente con el fin de
supervisar el estado del tanque y el óptimo funcionamiento del mismo.
En caso dado de ver alteraciones en la apariencia del agua o del sistema es preferible
suspender su uso y detectar la falla de funcionamiento. (revisar el filtro, primer unidad)
Semanalmente debe realizarse la limpieza del tanque con una medida de agua con cloro
(como se espefico en la anterior unidad) con la ayuda de un cepillo y abundante agua
Herramientas e insumos: Cepillo, balde, cloro.
Elementos de protección personal: Guantes, tapabocas.
4.3 Etapa III: Evaluación
4.3.1 protocolo de muestreo
Se llevan a cabo los muestreos para realizar el análisis en el laboratorio de Cloro residual,
coliformes totales, turbiedad y color, teniendo en cuenta el protocolo de muestreo mostrado a
continuación
Tabla 16. Protocolo de muestreo
PARÁMETRO TIPO DE
FRASCO
VOLUMEN
DE
MUESTRA
TIPO DE
MUESTRA
PRESERVACIÓN TIEMPO DE
ALMACENAMIENTO
RECOMENDACIONES
COLOR Plástico o
vidrio
250 ml Simple Refrigerar a 4°C 48 horas
TURBIEDAD Plástico o
vidrio
250 ml simple Analizar el mismo
día, refrigerar a 4°C
48 horas Para más de 24 horas
almacenar en oscuridad
CLORO
RESIDUAL
Plástico o
vidrio
250 ml simple Análisis inmediato - Enjuagar 3 veces el
envase con el agua a
muestrear
COLIFORMES
TOTALES
Vidrio 250 ml simple Refrigerar a 4°C 24 horas Frasco de boca ancha
estéril y desechable,
limpiar el orificio de
salida con una gasa estéril
impregnada de solución
de hipoclorito de sodio.
Tomar la muestra sin
enjuagar el frasco dejando
el espacio libre requerido
para la agitación de la
muestra previa al análisis
(aproximadamente 10%
de volumen del frasco).
La entrega de muestras al
laboratorio debe ser
inmediata manteniendo
las condiciones de
almacenamiento
originales lo más
próximas posible
Fuente: (humano, 2011)
4.3.2 Resultados y análisis
A continuación se muestran en tablas los resultados arrojados por los análisis realizados en
el laboratorio de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad de La Salle, aquellos
resultados que no cumplen con los límites máximos permisibles según la resolución 2115
de 2007 será resaltados en casillas rojas, de tal manera se evaluará la eficiencia de las
unidades desinfectantes y se analizará el porqué de aquellos resultados
Tabla 17. Resultados de Turbiedad
MUESTRA VALOR
(NTU)
VALOR
DUPLICIDAD
(NTU)
LÍMITE
PERMISIBLE
Res 2115 de
2007
CUMPLE
Muestra inicial 4,95 5,19 2 NTU NO
Día 1 79 82 2 NTU NO
Día 2 54 62 2 NTU NO
Día 3 2,83 2,95 2 NTU NO
Día 4 1,06 1,17 2 NTU SÍ
Día 5 0.774 0.892 2 NTU SÍ
Día 6 1.12 1.14 2 NTU SÍ
Día 7 0.772 0.779 2 NTU SÍ
Día 8 1.16 1.12 2 NTU SÍ
Día 9 1.14 1.16 2 NTU SÍ
Fuente: Autores
En el gráfico siguiente se presenta la comparación entre los valores de turbidez antes y
después del filtro y la comparación con el límite permisible
Gráfica 1. Comportamiento de la turbiedad
0
20
40
60
80
100
Día 1 Día 2 Día 3 Día 4
comportamiento turbiedad
Agua sin filtrar Agua filtrada Límite permisible
Fuente: Autores
Los datos de turbiedad del agua, los primeros dos días de seguimiento están muy por
encima del límite permisible, superando inclusive la turbiedad del agua sin tratar, sin
embargo esto es debido a que un filtro mixto con lecho filtrante como la arena y la grava,
las primeras semanas de ejecución lavarán dicho lecho filtrante, provocando en el agua de
salida la turbiedad evidenciada en los resultados. Se evidencia un cambio drástico del
segundo día de seguimiento al tercero, esto debido a que la familia hizo uso del filtro
constantemente entre un día y el otro. Solo uno de los datos cumple con la normatividad,
evidenciando que luego del lavado, el filtro tiene resultados óptimos y el agua tratada será
apta para el consumo humano, por lo cual se requiere que el sistema de filtración esté en
funcionamiento más tiempo para que el filtro lavé su lecho completamente, mientras tanto
se recomendó a la familia no usar el agua para consumo, sin embargo puede utilizarse para
actividades domésticas como aseo.
Ilustración 12. Evidencia de análisis de turbiedad.
Fuente: Autores
Tabla 18. Resultados de color
MUESTRA VALOR (UPC) VALOR
DUPLICIDAD
(UPC)
LÍMITE
PERMISIBLE
Res 2115 de
2007
CUMPLE
Muestra inicial 82 104 15 UPC NO
Día 1 156 159 15 UPC NO
Día 2 123 130 15 UPC NO
Día 3 67 52 15 UPC NO
Día 4 8 12 15 UPC SÍ
Día 5 0 0 15 UPC SÍ
Día 6 6 7 15 UPC SÍ
Día 7 2 3 15 UPC SÍ
Día 8 3 4 15 UPC SÍ
Día 9 1.14 1.16 2 NTU SÍ
Fuente: Autores
En el gráfico siguiente se presenta el comportamiento entre los valores de color antes y
después del filtro y la comparación con el límite permisible
Gráfica 2. Comportamiento de color
Fuente: Autores
Se demuestra un comportamiento similar a la turbiedad ya que estos parámetros están
directamente correlacionados, por ende se atribuye los resultados de color al lavado del
lecho filtrante los primeros días de seguimiento, como es posible ver en la imagen a
continuación.
Ilustración 13. Análisis de color.
Fuente: Autores.
0
100
200
Día 1 Día 2 Día 3 Día 4
comportamiento turbiedad
Agua sin filtrar Agua filtrada Límite permisible
Tabla 19. Resultados de coliformes totales
MUESTRA VALOR (UFC/
100cm3)
LÍMITE PERMISIBLE
Res 2115 de 2007
CUMPLE
Muestra inicial Presencia 0 UFC/ 100cm3 NO
Día 1 Presencia 0 UFC/ 100cm3 NO
Día 2 Presencia 0 UFC/ 100cm3 NO
Día 3 Ausencia 0 UFC/ 100cm3 SÍ
Día 4 Ausencia 0 UFC/ 100cm3 SÍ
Día 5 Ausencia 0 UFC/ 100cm3 SÍ
Día 6 Ausencia 0 UFC/ 100cm3 SÍ
Día 7 Ausencia 0 UFC/ 100cm3 SÍ
Día 8 Ausencia 0 UFC/ 100cm3 SÍ
Día 9 Ausencia 0 UFC/ 100cm3 SÍ
Fuente: Autores
Gráfica 3. Comportamiento de coliformes totales
Fuente: Autores
El análisis de coliformes se realiza al momento de tomar 1 ml de muestra del agua que ha
recibido la dosis de agente desinfectante. Se realiza una muestra de presencia – ausencia la
cual esta aceptada por la resolución 2115 de 2007 en la que se toman 100 ml de la muestra
de agua y se le agrega la ampolla de Colitag la cual es un revelador por colorimetría de la
presencia o no de coliformes totales en la muestra, esta se incuba por 24 horas a una
temperatura de 37º centígrados y se lee el resultado posterior al tiempo mencionado, a
continuación se evidencia el material utilizado en la muestra.
-50
0
50
100
150
0 1 2 3 4 5
Coliformes totales
Ilustración 14. Material utilizado para realizar el análisis de presencia – ausencia (coliformes totales)
Fuente: Autores
En la siguiente imagen es posible observar bajo la muestra de ausencia presencia que no se
encontraron coliformes totales, debido a que por medio de este método, el revelador
agregado (Colitag) no evidencio muestra microbiológicas ya que su tonalidad es igual que
la inicial y de ser positivo el resultado la muestra se tornaría amarilla marrón.
Ilustración 15. Muestra de presencia – ausencia (resultado negativo)
Fuente: Autores
Se establece que el sistema de desinfección mediante la aplicación de MIOX, los primeros
dos días no es eficiente, posiblemente debido al lavado y movimiento de la grava, arena y
antracita, el cual contamina la muestra o por error de los operarios al momento de cultivar
la muestra con pipetas contaminadas, los últimos dos días es muy eficaz ya que en todas las
pruebas hay una remoción completa de coliformes totales en el agua tratada, garantizando
que los habitantes de la vivienda gozan de agua apta para consumo humano. Se determina
que el sistema de desinfección es eficaz.
Finalizadas las pruebas se hace un comparativo, evaluando el porcentaje de remoción
teniendo en cuenta el dato obtenido de cada uno de los parámetros para la muestra inicial,
es decir, la muestra del agua lluvia antes de ser tratada con el filtro y los agentes oxidantes
mixtos, vs. El dato obtenido de cada uno de los parámetros para las muestras de los días de
seguimiento
Es importante puntuar que bajo la normatividad estipulada en dicho trabajo se hace
mencion a realizar analisis microbilogicos de Giardia y Cryptosporidium adicionales a los
nombrados, para los cuales se realizo la consultó en los laboratorios del programa de
ingeniería ambiental y sanitaria y de alimentos de la Universidad de la Salle el cual no
cuenta con los metodos para desarrollarlos, por lo tanto se vio en la necesidad de averiguar
por laboratorios certificados del Ideam en la que según los contactados las pruebas para
dichos microorganismos oscilan en un valor de 2.553.000 a 3.000.000 de pesos
colombianos por lo cual no fue posible ejecutarlos debido a los precios de los mismos.
Dichas cotizaciones se realizaron en los laboratorios del Instituto de higiene ambiental (Tel:
2632300) y en el laboratorio de la empresa de acueductos (Tel: 3447199).
4.3.3 eficiencia de remoción de la turbiedad
4.3.4 eficiencia de remoción del color
4.3.5 eficiencia de remoción de coliformes totales
4.3.6 Costos de construcción
Los costos de inversión en la etapa de construcción se muestran a continuación:
Tabla 20. Costos de construcción
MATERIAL CANTIDAD
COSTO ($) COSTO
TOTAL ($)
Tubo PVC 1” 6 3789 22734
Unión en T PVC presión 8 813 6504
Tapón PVC presión 8 346 2762
Conector hembra 4 479 1916
Conector macho 4 425 1700
Válvula bola PVC 2 4000 8000
Tanque 250 L 1 105000 105000
Broca 1,5 mm 1 3000 3000
Broca 2,0 mm 1 3200 3200
Empaque 2 200 400
Caneca 120 L 1 25000 25000
Estiba 2 20000 40000
Bulto grava 2 4000 8000
Bulto arena gruesa 2 8000 16000
Bulto arena fina 2 8000 16000
Antracita 1 30000 30000
Costal 3 2000 6000
Pila 9V 1 3000 3000
Juego cable caimanes 1 1200 1200
Portapila 1 1500 1500
Mina grafito 2mm 1 1000 1000
Petrifilm 10 4000 40000
Sal común (500g) 1 500 500
TOTAL $343416
Fuente: Autores
4.3.7 Costos de operación
Durante el periodo de funcionamiento del sistema de filtración y desinfección se debe
garantizar la dosificación de cloro y por tanto se requiere la compra de un paquete de sal
común mensualmente. Este viene en una presentación de 500g, Este es el único costo de
operación que tiene el sistema de filtración y desinfección durante la etapa de operación.
Tabla 21. Costos de operación
MATERIAL CANTIDAD COSTO ($) COSTO TOTAL
($)
Sal común (500g) 12 500 6000
TOTAL 6000
Fuente: Autores
4.3.8 Costos de mantenimiento
El mantenimiento del filtro debe realizarse con una frecuencia de una vez anual, los costos
de mantenimiento será el costo del material filtrante que deba cambiarse, si por alguna
circunstancia se llegase a dañar alguna parte del filtro, esta debe ser reemplazada y los
costos corresponden a dicha eventualidad.
Tabla 22. Costos de mantenimiento
MATERIAL CANTIDAD
COSTO ($) COSTO
TOTAL ($)
Bulto grava 2 4000 8000
Bulto arena gruesa 2 8000 16000
Bulto arena fina 2 8000 16000
Antracita 1 30000 30000
TOTAL 70000
Fuente: Autores
4.3.9 Costos totales
Tabla 23. Costo total
ACTIVIDAD COSTO
Construcción $343000
Operación $6000
Mantenimiento $70000
TOTAL $419000
Fuente: Autores
Gráfica 4. Relación costo-tiempo
Fuente: Autores
En el esquema 3 se muestra que los costos casi en su totalidad se presentan el primer mes
del proyecto, debido a los costos de construcción, tanto los costos de operación como de
mantenimiento se dividen en los 11 meses restantes del año, haciéndolos casi
imperceptibles, ya que el mantenimiento y la operación son valores pequeños, siendo de
0
100000
200000
300000
400000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Relación costo-tiempo
construcción operación mantenimiento
$6363,63 y $545,45 al mes, respectivamente, convirtiendo el trabajo en un proyecto viable
tanto en eficiencia como económicamente.
El sistema de filtración y desinfección produce 450 L/día, teniendo en cuenta que los costos
son calculados para un periodo de un año determina que el sistema produce 164250 L de
agua o 164,25 m3.
4.3.10 Costo del agua tratada
164250 L $419000
1 L $2,55
Costo del agua en bloque Vs. Purificador de agua
Se compara con el agua en bloque ya que debido a que los bajos niveles de precipitación en
Usme no abastecen satisfactoriamente el sistema de recolección de agua lluvia, la familia
de la finca El Rosalito en muchas ocasiones se ve obligada a comprar agua en bloque
siendo que 1m3
de agua en bloque le cuesta a la familia $ 3939,85 es decir $4000 y el metro
cúbico de agua tratada cuesta $2.550
4 CONCLUSIONES
El sistema de filtración con desinfección utilizando un filtro lento de antracita, arena y
grava junto con la aplicación de agentes oxidantes mixtos es eficaz ya que reduce a niveles
permisibles la concentración del color, la turbiedad y los coliformes, como se podía esperar
de acuerdo al marco teórico
El sistema de filtración con desinfección utilizando un filtro lento de antracita, arena y
grava junto con la aplicación de agentes oxidantes mixtos es viable económicamente ya que
tanto costos de construcción, operación y mantenimiento son muy bajos y no superan el
gasto que realiza la familia para abastecerse de agua potable, como se podía esperar de
acuerdo a lo mencionado en los antecedentes
El grafito es el material más adecuado para emplear como electrodo para la electrolisis
debido a su Economía, facilidad de acceso, dureza, resistencia, impacto y conductividad
eléctrica
Las características más adecuadas para la producción eficiente de agente desinfectante es la
electrolisis con un voltaje constante de 9 v, una solución de agua y sal comercial de 300
gramos por litro, un tiempo de reacción de 30 minutos y un electrodo de grafito
El agua recolectada por el sistema de captación de agua lluvia en la finca “El Rosalito” no
es apta para consumo humano ya que los valores de color, turbiedad y coliformes totales se
encuentran por encima del límite establecido en la normatividad colombiana (Resolución
2115 de 2007) y es debido a esto que se generan perjuicios en la salud de los integrantes de
la familia, en especial de los niños menores de 12 años
El sistema propuesto puede operar por largos periodos de tiempo en condiciones óptimas.
5 RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar los análisis de turbiedad y color una vez lavado completamente el
lecho filtrante y contando con la unidad estabilizada para así obtener los resultados de los
análisis de laboratorio de una muestra bien tratada y de tal manera poder determinar con
certeza y varios datos verídicos el porcentaje de remoción de la unidad de tratamiento.
Se recomienda la purga del material de laboratorio, manipulación con total asepsia, cuidado
del medio de cultivo y manejo altamente cuidadoso al momento de la siembra de
coliformes totales en las muestras con colitag
Se recomienda a la Universidad de la Salle el contar con los mecanismos de análisis para
microorganismos regidos por la norma de agua potable ya que principalmente exige la
medición total de estos y la universidad no los presenta y realizarlos por laboratorios
certificados es demasiado costoso.
Ser recomienda el uso de protección solar sobre el filtro, de tal modo se evitará el
desarrollo y difusión de algas dentro del sistema lo cual afectaría la eficiencia de este
Para certificar un lavado eficiente de la unidad filtrante se recomienda ejecutar dicha
limpieza con agua tratada y clorada con el fin de asegurar una remoción tanto de material
particulado como de microrganismos patógenos que estén presentes dentro del filtro.
Se recomienda conservar el espesor de cada lecho filtrante, para obtener los mismos
porcentajes de remoción (altamente eficientes) en el agua tratada; es decir, si se pierde
material filtrante por ejemplo por fugaz, se debe agregar material de las mismas
condiciones hasta compensar el material perdido.
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