APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA EN LA PROVINCIA DEL …
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APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA EN LA PROVINCIA DEL ALTO MAGDALENA DANIELA HERREÑO LAVAO YEIDE JOHANA OSORIO GUERRA MARÍA FERNANDA PADILLA DÍAZ UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA SECCIONAL DEL ALTO MAGDALENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL GIRARDOT 2020
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APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA EN LA PROVINCIA DEL
ALTO MAGDALENA
DANIELA HERREÑO LAVAO YEIDE JOHANA OSORIO GUERRA MARÍA FERNANDA PADILLA DÍAZ
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA SECCIONAL DEL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
GIRARDOT 2020
APROVECHAMIENTO DEL AGUA LLUVIA EN LA PROVINCIA DEL ALTO MAGDALENA
DANIELA HERREÑO LAVAO YEIDE JOHANA OSORIO GUERRA MARÍA FERNANDA PADILLA DÍAZ
Trabajo de investigación presentado como requisito para optar el Título de Ingeniero Civil
Tutor: OSCAR EFRÉN OSPINA ZÚÑIGA
Ingeniero Civil
Línea de Investigación SEMILLERO
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA SECCIONAL DEL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
GIRARDOT 2020
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Nota de aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Jurado
Girardot, 25 de noviembre de 2020
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DEDICATORIA
Este trabajo se lo dedico Dios primeramente por haberme permitido lograr esta meta tan importante y haberme guiado a lo largo de mi vida y carrera profesional, a mis padres Fernando y maría por su entrega, amor, perseverancia y apoyo para poder cumplir mis metas.
Daniela Herreño Lavao
A Dios por darme la sabiduría y marcar cada paso en mi vida y carrera profesional, a mis padres Aida Luz y Jairo por estar siempre presentes por educarme y brindarme su apoyo incondicional en cada momento quiero dedicarles este y cada logro importante que alcance en mi vida.
Yeide Johana Osorio Guerra
A mis padres por haberme forjado como la persona que soy en la actualidad; muchos de mis logros se los debo a ustedes gracias a que me formaron con amor, dedicación, paciencia, valores cada día se preocuparon por entregarme lo mejor de ustedes y ayudarme a cumplir mis sueños. Martiniano padilla (Q.E.P.D) y María Rocio Díaz
María Fernanda Padilla Díaz
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AGRADECIMIENTOS
Damos gracias primeramente a Dios que nos ayudó a culminar esta esta etapa de nuestras vidas a nuestro tutor el Profesor Oscar Efrén Ospina, por brindarnos el acompañamiento durante nuestro proceso educativo, gracias a cada una de las personas que nos acompañaron e hicieron parte de este proceso tan importante de nuestras vidas, amigos, docentes y compañeros que cumplieron un papel significativo para llegar a este objetivo, muchas bendiciones para todos los presentes.
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CONTENIDO
Pág.
1. JUSTIFICACIÓN 14
2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 15
3. OBJETIVOS 16
3.1 OBJETIVO GENERAL 16
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 16
4. MARCOS DE REFERENCIA 17
4.1 MARCO TEÓRICO 17
4.2 MARCO GEOGRÁFICO 32
4.2.1 Colombia. 33
4.3 MARCO CONCEPTUAL 38
4.4 MARCO LEGAL 44
5. METODOLOGÍA 46
5.1 HIPÓTESIS 46
5.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN 46
5.3 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN 46
5.3.1 ANÁLISIS CLIMATOLÓGICO 50
5.3.1.1 MUNICIPIO DE RICAURTE CUND. 50
5.3.1.2 MUNICIPIO DE GIRARDOR CUND. 51
5.3.2 METODO DE RECOLECCIÓN DE LA MUESTRA 52
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5.4 ANÁLISIS DE CALIDAD DEL AGUA 53
5.5 TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO 56
5.6 DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA 60
5.6.1 Diseño y estructura del prototipo. 61
5.6.2 Figura 11. Dispositivo tratamiento de agua lluvia 61
6. RESULTADOS 67
7. CONCLUSIONES 69
8. RECOMENDACIONES 71
9. BIBLIOGRAFÍA 72
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LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Tamaño de partículas. 30
Tabla 2. Municipios Provincia Alto Magdalena. 36
Tabla 3. Características físicas del agua potable 38
Tabla 4. Características químicas 39
Tabla 5. características químicas. 40
Tabla 6. Características químicas 40
Tabla 7. Clasificación del agua lluvia pH 41
Tabla 8. Marco Legal 44
Tabla 9. Muestra N°1 Zona Rural Ricaurte. 54
Tabla 10. Muestra N°1 Zona Rural Girardot. 55
Tabla 11. Resultados de muestra N°2 Zona Rural Ricaurte. 67
Tabla 12. Resultados de muestra N°2 Zona Rural Girardot. 68
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LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Organigrama de la escala de PH 23
Figura 2. Sistema de captación de agua lluvia. 27
Figura 3. Mapa de Colombia. 33
Figura 4. Mapa de provincias del departamento de Cundinamarca. 34
Figura 5. Mapa de la Provincia Alto Magdalena. 37
Figura 6. Vereda Guabinal plan Girardot Cundinamarca. 47
Figura 7. Vereda la Tetilla Ricaurte Cundinamarca. 49
Figura 8. Primer muestreo agua cruda. 53
Figura 9. Diagramas de Tecnologías. 58
Figura 10. Tren de tratamiento. 59
Figura 11. Dispositivo de tratamiento agua lluvia 61
Figura 12. conformaciçón de la estructura 61
Figura 13. Proceso de operación del dispositivo 62
Figura 14. Materiales para la construcción de la estructura de los modelos. 63
Figura 15. Construcción estructuras internas y externas del modelo. 64
Figura 16. Prototipos finalizados. 65
Figura 17. Materiales granulares para la filtración. 65
Figura 18. Muestra de agua cruda y agua tratada. 66
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LISTA DE GRÁFICAS
Pág.
Gráfica 1. Estadísticas DANE 2018 37 Gráfica 2. Probabilidad mensual de precipitación municipio de Ricaurte 51 Gráfica 3. Probabilidad mensual de precipitación municipio de Girardot 52
Gráfica 4. Comparación de resultados según muestras de agua cruda Municipio de Ricaurte. 54
Gráfica 5. Comparación de resultados según muestras de agua cruda Municipio de Girardot. 56
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RESUMEN
Debido a la necesidad que se evidencia en algunos municipios de Cundinamarca, al no contar con el servicio de acueducto con la adecuada cobertura, continuidad y calidad, se procedió a realizar la investigación para el aprovechamiento del agua de lluvia en la provincia del Alto Magdalena, tomando como referencia la zona rural de los municipios de Girardot y Ricaurte (Cundinamarca), realizando muestreos para caracterizarla e identificar los contaminantes físicos, químicos y microbiológicos presentes, con el fin de diseñar, construir e implementar dos prototipos de tratamiento que permitan su aprovechamiento para consumo humano, conformados por procesos que garantizan la remoción de contaminantes presentes mediante barreras de filtración, adsorción e intercambio iónico, instaladas en un dispositivo conformado por tubería y accesorios PVC, que garantizan su durabilidad. Su operación y mantenimiento lo realiza el beneficiario y no representa ninguna dificultad, garantizando con ello la eficiencia del sistema y su sostenibilidad, dando la posibilidad de acceder y aprovechar este recurso hídrico alterno, que se ha venido usando con mayor rigor ante el decaimiento del acceso a fuentes hídricas superficiales y subterráneas.
Palabras Claves: Agua lluvia, tratamiento, consumo humano.
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ABSTRACT
Due to the need that is evident in some municipalities of Cundinamarca, since the aqueduct service did not have adequate coverage, continuity and quality, a procedure was carried out to carry out the investigation for the use of rainwater in the Alto province. Magdalena, taking as a reference the rural area of the municipalities of Girardot and Ricaurte (Cundinamarca), carrying out samplings to characterize and identify the physical, chemical and microbiological contaminants present, in order to design, build and implement two treatment prototypes that affect their use for human consumption, made up of processes that control the removal of contaminants present through filtration, adsorption and ion exchange barriers, installed in a device made up of PVC pipes and fittings, which control their durability. Its operation and maintenance is carried out by the beneficiary and does not represent any difficulty, thereby guaranteeing the efficiency of the system and its sustainability, giving the possibility of accessing and using this alternative water resource, which can be used more rigorously due to the decline in access to surface and underground water sources.
Key Words: Rainwater, treatment, human consumption.
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INTRODUCCIÓN
El agua es el elemento más importante para la vida. Es de una importancia vital para el ser humano, así como para el resto de los animales y seres vivos que nos acompañan en el planeta Tierra. Resulta curioso que el 70 por ciento de la Tierra sea agua y que el 70 por ciento de nuestro cuerpo también. Por eso este recurso debe ser cuidado y protegido para poderlo conservar, se dice que el ser humano puede llegar a necesitar hasta 500 litros de agua potable al día, lo que supone un derroche extremadamente excesivo. De ahí que le estemos dando tanta importancia al agua para el desarrollo de la vida en el planeta. (Swimtonic, 2018)
Sin embargo, no toda la población colombiana cuenta con el servicio de agua potable para el consumo o para sus necesidades diarias, algunos tienen que aprovechar el recurso de fuentes hídricas donde se ha determinado que en ocasiones la calidad del agua no es apta para el consumo y puede llegar a generar enfermedades fulminantes a la comunidad.
Otra manera de donde la población obtiene el recurso es del agua lluvia, donde de manera artesanal la capta en tanques, pero esta también contiene agentes contaminantes ya que en el proceso de recolección tiene contacto con superficies como los techos o canales y hasta los mismos tanques que pueden llegar a poseer sustancias tóxicas o coliformes fecales.
Pero si se analiza y se busca alternativas la captación de agua lluvia es una solución viable para abastecer a diferentes poblaciones de agua potable, con un debido proceso y estudio se puede realizar la descontaminación del agua e ir mitigando este problema que azota a muchos lugares del mundo.
La investigación se basa en realizar el debido estudio al agua lluvia de dos viviendas de la región del Alto Magdalena, conociendo sus componentes químicos físicos y microbiológicos que permitan establecer los agentes contaminantes que posee el agua pluvial, para buscar diseños o alternativas que nos ayude a establecer un método convencional de aprovechamiento y abastecimiento de agua potable a la población más vulnerada de esta región, así causando un gran impacto social ante esta comunidad que tiene derecho de contar con un recurso limpio con los parámetros establecidos por la resolución 2115 de 2007 la cual habla de las concentraciones máximas para los contaminantes físico-químicos y microbiológicos del agua para consumo humano.
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1. JUSTIFICACIÓN
Este proyecto nace de la necesidad que tienen algunos sectores de la provincia del Alto Magdalena al no contar con uno de los recursos básicos y necesarios para al día a día de las personas, específicamente se habla del recurso agua para el consumo humano, al no contar con este servicio las comunidades quedan expuestas a contraer enfermedades al consumir el agua sin tratar, además de que la forma de recolección no es la apropiada, ya que se pueden hallar en condiciones fisicoquímicas y microbiológicas no aptas para el consumo humano, por ello la investigación se basa en dar una solución eficaz ante este problema implementando un sistema convencional, donde se procede a realizar la captación y potabilización del agua lluvia para uso doméstico, este sistema es de fácil manejo para la comunidad favorecida.
Para ello se proyecta el diseño, construcción e instalación de dos dispositivos que cuentan con la capacidad de potabilizarla, mediante procesos de tratamiento incorporados que son de fácil manejo, operación y mantenimiento. Con esto se plantea un proyecto piloto para población vulnerable y marginada de la provincia del Alto Magdalena para el aprovechamiento del agua lluvia y así ayudar a contrarrestar una problemática de abastecimiento de agua potable en las zonas de estudio, ya que se beneficiarán de manera directa al contar con este sistema, mejorando su calidad de vida.
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2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El presente proyecto de investigación se realiza basándose en la necesidad que se presenta en algunas comunidades en donde no se cuenta con servicio de agua potable, lo cual genera que las diferentes comunidades estén expuestas a diversas enfermedades y a riesgos que pueden estar presentes en el agua que consumen a diario, con consecuencias a la salud.
Analizando que las poblaciones más afectadas en un gran porcentaje son aquellas que tienen su vivienda en zonas rurales, muy alejadas y en ocasiones de bajos recursos económicos, factores que llevan a que este tipo de poblaciones no cuenten con el servicio, se busca que el aprovechamiento del agua lluvia almacenada en las viviendas, pase por medio de un prototipo que permite tratar, purificar y aprovechar el agua para el consumo de los beneficiarios y así mejorar la calidad de vida.
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3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar el aprovechamiento de agua de lluvia en una vivienda rural de Girardot y otra de Ricaurte, mediante el diseño, construcción, instalación y puesta en uso de dos prototipos de tratamiento de agua lluvia, con capacidad de remoción de cargas contaminantes en cumplimiento de la normativa vigente.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Evaluar las condiciones climatológicas para el potencial aprovechamiento del agua de lluvia en zona rural de los municipios de Girardot y Ricaurte, definiendo dos viviendas rurales que requieran de agua de lluvia para abastecimiento, previa localización geográfica, caracterización de la población y evaluación de las instalaciones existentes de captación de agua de lluvia en dichas viviendas.
Analizar la calidad de agua cruda a partir de muestreos físico-químicos y microbiológicos del agua de lluvia, para determinar el tren de tratamiento más eficiente.
Diseñar, construir e instalar un dispositivo de tratamiento de agua de lluvia para cada vivienda escogida, como prototipos de potabilización a manera de proyecto piloto a nivel rural en la región.
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4. MARCOS DE REFERENCIA
4.1 MARCO TEÓRICO
4.1.1 Problemas hidrológicos a nivel mundial. Se evidencia un acelerado crecimiento demográfico el cual conlleva problemas hidrológicos en las ciudades como el incremento de las superficies impermeables, disminución del tiempo de retraso entre la escorrentía (inundaciones) y la precipitación, además de generar cambios geomorfológicos por medio de la (erosión) y la disminución de evapotranspiración por la reducción de vegetación, esto lleva a buscar nuevos enfoques para generar sostenibilidad en el agua ya que se evidencia la escasez de agua a causa de desequilibrios del ciclo hidrológico.
Hace un año, la Organización Mundial de la Salud (OMS) y el Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia (UNICEF) confirmaron que todavía hay personas en el mundo sin acceso al agua. Tres de cada diez personas (2.100 millones de personas) no tienen acceso a agua potable y utilizable en el hogar, y seis de cada diez personas (4.400 millones) carecen de instalaciones sanitarias seguras. Esta situación provoca cada año la muerte de 361.000 niños menores de 5 años por diarrea. Estas cifras se confirman en el "Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo 2018" de que 3.600 millones de personas en todo el mundo (casi la mitad de la población mundial) ya viven al mismo tiempo en áreas potencialmente escasas de agua. Al menos un mes al año, puede aumentar de 480 a 5,7 mil millones para 2050 (Peña, 2018)
Se ha encontrado poblaciones con enfermedades gastro intestinales, esquistosomiasis, helmintiasis, paludismo, legionelosis y el dengue, debido a los altos contaminantes encontrados en el agua como microorganismos, organismos y por productos químicos, comunidades que por la necesidad y por no contar con el derecho al servicio de agua potable tienen que consumir el agua en estas condiciones causando daños irreversibles en la salud; la población más afectada son los niños y los adultos de la tercera edad por ser más vulnerables antes esta problemática de nivel mundial.
Enfermedades causadas por el agua:
El 10% de las muertes de niños menores de cinco años está relacionada con el agua. Ocho de cada diez personas aún sin acceso a agua potable viven en zonas rurales. La gran parte de ellas se sitúan en África subsahariana y Asia. Alrededor de 842.000 personas mueren cada año
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por diarreas como resultado de ingerir agua no potable o por falta de higiene o instalaciones sanitarias adecuadas.
Al menos 1.800 millones de personas en el mundo utilizan una fuente de agua potable contaminada con materia fecal. Hasta el 85% de las veces, las mujeres son las responsables de buscar agua de una fuente que se encuentra generalmente lejos de su hogar. La agricultura representa el 70% del total de las extracciones de agua dulce y más del 90% en los países menos desarrollados, según la FAO. (Benito, 2017)
4.1.2 Métodos de aprovechamiento del agua. A nivel mundial se ha encontrado un gran interés por gestionar proyectos que den solución a la gran problemática de muchas comunidades del mundo que tienen dificultades para contar con agua potable ya sea de un acueducto o una planta, debdo al difícil acceso a la zona o porque simplemente no existen estos métodos de captación y tratamiento de aguas, para que sea posible el suministro de agua potable a las familias.
Cabe destacar que el uso del agua no es solo para el consumo humano sino también para las necesidades del diario vivir y abastecimiento para el consumo animal, hay poblaciones realmente afectadas que no cuentan ni con la mínima posibilidad de tener el servicio de agua cruda. Por esta razón los proyectos a nivel mundial deben ser pensados y diseñados para que sean autosostenibles y amigables con el medio ambiente para la conservación de los recursos naturales.
Existen diferentes maneras de aprovechar y cuidar uno de los recursos naturales más importantes del mundo, como el aprovechamiento del agua de cuencas hidrográficas, subterráneas, cauces artificiales, agua de la atmosfera o de agua lluvia.
Sin embargo, es necesario tener la cultura de cuidar y conservar el agua haciendo uso responsable y necesario de los recursos naturales.
“La captación y aprovechamiento del agua lluvia es uno de los métodos más utilizados en los proyectos sostenibles para la conservación y cuidado del agua, contrarrestando las problemáticas hídricas, ya que este recurso proveniente de la lluvia es uno de los más limpios y puros, es por eso que existen diferentes técnicas.
Microcaptación o captación: Se trata de captar la escorrentía superficial que se produce en la zona adyacente al propio terreno cultivable y la zona de siembra o plantación para que pueda penetrar y ser aprovechada por los cultivos.
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Macrocaptación: Incluyendo la captura de la escorrentía superficial generada en un área grande, que se encuentra cerca del cultivo (área de captación interna de área grande) o lejos del área de siembra (área de captación de área grande fuera) para que pueda infiltrarse en el área de siembra y ser utilizada por las plantas.
Cosecha de agua de techos de vivienda y otras estructuras impermeables: Esta es la forma más famosa de recolección y utilización de agua de lluvia. Incluye capturar la escorrentía generada en superficies impermeables o poco permeables (como techos de casas y caballos, superficies de rocas, concreto, mampostería o plástico) y obtener agua de mejor calidad para el consumo doméstico.” (Japac, 2016)
Estas técnicas tienen que cumplir y satisfacer las necesidades de uso doméstico, animal y vegetal para mejorar la calidad y el estilo de vida de la población, teniendo cambios significativos en la salud.
“Los municipios pueden diseñar sus propias instalaciones de recolección de agua de lluvia para uso interno y alentar a los ciudadanos a utilizar la parte restante de estos recursos para sus propios fines en condiciones convenientes.” (Jiménez, 2017)
“El crecimiento de la demanda de agua está aumentando exponencialmente y el agua en algunas partes del mundo, incluido nuestro país, es insuficiente para satisfacer la demanda básica.” (Reyes & Rubio, 2014, pág. 17)
Agua de lluvia.
“La lluvia nace del cielo y se forma en el cielo que nos cubre. Son causadas por cambios en la presión atmosférica o la temperatura misma y la humedad ambiental. Existen diferentes tipos de nubes, que también darán lugar a diferentes tipos de lluvia, algunas pueden ser nubes aisladas, hay otras formaciones grandes incluso tormentas eléctricas, que provocarán mucha lluvia” (Gonzalez, 2019)
El aprovechamiento que se le puede llegar a dar a las aguas lluvias para el consumo humano trae consigo grandes beneficios para las comunidades que tengan dificultad para el abastecimiento de agua potable y que por la misma razón están consumiendo aguas contaminadas que les generan enfermedades y no les brindan una buena calidad de agua.
“La posición geográfica de Colombia tiene un significado estratégico para la implementación del sistema utilizando agua de lluvia, debido a que se encuentra en
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el ecuador, tan privilegiado en la producción de agua (dependiendo de la región, cada año entre 500 a 5.000 mm), lo que sugiere que puede recolectar por metro cuadrado por año Hasta 5000 litros de agua”. (Reyes & Rubio, 2014)
En un trabajo de monografía en el cual se tomó como tema base un sistema de aprovechamiento de agua lluvia para una institución educativa del municipio de caldas Antioquia, que es una gran elección de lugar para la implementación de este sistema ya que trae beneficios de ahorro en el costo del servicio de agua.
Basado en esto se deben tener en cuenta los factores de este tipo de aprovechamiento para que se logren evidenciar los beneficios de este al comparar el sistema de uso de cuencas hidrográficas para prestar el servicio de agua potable a la comunidad ya que el agua cruda captada tiene niveles de contaminación en algunos casos muy altos por esta razón debe ser tratada y procesada para que sea apta para el consumo humano.
Características del agua lluvia.
El agua lluvia cuenta con unas características muy importantes para su aprovechamiento ya que es el agua más limpia y pura.
Limpia: en casi todos los lugares el agua de lluvia es muy limpia, la fuente más limpia de hecho si se compara con ríos, arroyos, lagos y otras reservas de agua dulce del mundo.
Gratis: el agua de lluvia es gratuita, cae en todos lados, y nadie te cobra por ella, la provee nuestro planeta tierra.
Manipulable: mediante diques, represas y centrales de reserva, se puede almacenar agua de lluvia, especialmente para épocas de sequía.
Contaminable: si bien en su estado puro es muy limpia, el agua de lluvia también puede contaminarse por las emisiones de CO2 a la atmósfera, convirtiéndose así en lluvia ácida.
Duración: sucede durante un tiempo determinado, pueden ser minutos, días o semanas, pero siempre es un fenómeno que terminará tarde o temprano.
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Frecuencia: la frecuencia con que llueve pude variar dependiendo del área, en zonas secas llueve poco mientras que en zonas más tropicales suele llover más.
Tiene diferentes grados de intensidad: puede llover muy suave, en forma de garúa, o bien con verdaderos chaparrones con gotas de gran tamaño, en general se sigue la regla de que a más intensidad menor duración.
Medible: el agua de lluvia puede medirse gracias al uso de equipos como pluviómetros, que se encargan de medir la cantidad de agua en mililitros.
Es Dulce: toda el agua que cae del cielo es dulce por naturaleza, no hay salinidad ninguna en su sabor, por eso es una de las grandes fuentes de agua dulce del mundo (Gonzalez, 2019)
Aunque el agua lluvia es unas de las fuentes más puras existen agentes externos que contaminan el agua y hace que esta no sea apta para su consumo humano sin ser tratada previamente.
“El uso de agua de lluvia en instituciones educativas es una práctica fácil de implementar que puede reducir el consumo de agua potable, reduciendo así el costo de dicho consumo” (Castañeda, 2010, pág. 22)
Calidad del agua lluvia.
El agua pura es difícil de encontrar debido a que en la atmósfera se concentran microorganismos, metales pesados, sustancias orgánicas y partículas, las cuales contienen componentes con niveles de contaminación los cuales se precipitan inmensos con la lluvia. Sumado a esto se tiene la contaminación que se presenta en las zonas de captación producido por los drenajes y la infraestructura de aprovechamiento, las cuales son lavadas durante el acontecimiento de la lluvia, además de encontrar que estas características se hacen más críticas si en la zona se cuenta con industrias y procesos productivos. Por estas razones se evidencia él porque es tan variable la calidad del agua lluvia.
La variación de la calidad del agua lluvia se presenta debido a seis grandes contaminantes como lo son:
Patógenos: Microorganismos que causan enfermedades por contener baterías y virus provenientes de los residuos fecales de humanos y animales. (Condado de clark)
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Nutrientes: Componentes como el nitrógeno y el fósforo los cuales se encuentran presentes en los productos químicos, naturales y artificiales que estimulan el crecimiento de las plantas, al presentarse elevación de estos componentes en tanques o lagos de almacenamiento produce presencia de algas las cuales reducen la claridad del agua, generan malos olores y eliminan el oxígeno del agua.
Sedimentos: Las corrientes de agua lluvia arrastran arena, tierra y grava erosionadas las cuales contaminan el agua ya que sus sedimentos se mezclan y esto genera turbiedad en el agua.
Contaminantes Tóxicos: Son productos químicos en los cuales se tiene hidrocarburos, metales (plomo, mercurio, cadmio), pesticidas, bifenilos policlorados y químicos utilizados en casas, jardines, patios y cultivos.
Residuos: Es la acción más rápida para contaminar un cuerpo de agua ya que son los desechos y basuras generadas por la humanidad, los cuales comienzan como cualquier basura de la calle las cuales son arrastradas por las corrientes de agua lluvia hacia los canales.
Térmica: aquellas superficies pavimentadas,
Además de encontrar que en diferentes análisis han determinado que las mayores fuentes de contaminación corresponden a techos de zinc, aluminio, cobre y bambú. Los impermeabilizantes derivados del petróleo, pinturas metalizadas, bajantes en hierro y cobre, tanques en ferrocemento que contienen un alto porcentaje de metales pesados, grasas y aceites. Se encuentran contaminantes provenientes de frenos y neumáticos vehiculares, así como componentes orgánicos aromáticos como hidrocarburos policíclicos y los hidrocarburos alifáticos procedentes de procesos de combustión.
Para establecer un proceso de tratamiento de agua lluvia se debe de identificar su calidad y el uso que se le dará, con esto se podrá obtener diseños del sistema y prácticas de mantenimiento. Para determinar los procesos anteriores se debe conocer la contaminación presente en la zona de captación, procesos generados en los depósitos, la calidad del producto final e implementar estrategias para reducir la contaminación de la fuente de captación.
Lluvia ácida.
Los precursores de la lluvia son los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno que se generan a partir de fuentes antrópicas y fuentes naturales.
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Los óxidos de azufre y de nitrógeno emitidos a la atmósfera sufren técnicas de transporte y transformación química, interviniendo en componentes meteorológicos como lo son los vientos, la radiación solar, la precipitación, ciclos hidrológicos como la emisión de gases contaminantes y la condensación del vapor de agua a la atmósfera
“La lluvia ácida es la precipitación en la atmósfera de las emisiones industriales de contaminantes ácidos la cual es la mezcla que se genera entre el agua lluvia y los agentes contaminantes presentes en la atmósfera o en el ambiente”. (juste, 2018)
La lluvia ácida se presenta por factores inducidos por el hombre como lo son fábricas, centrales eléctricas, vehículos y la calefacción ya que estas son las que más generan gases que se desplazan directamente a la atmósfera alterando el pH del agua lluvia.
En el pH influyen fenómenos que ocurren en el agua, como corrosión y las incrustaciones en redes de distribución los cuales intervienen en los procesos de tratamiento del agua como coagulación y la desinfección.
Figura 1. Organigrama de la escala de PH
Fuente: instituto de hidrología, meteorología y estudios ambientales (IDEAM), la química de la lluvia
ácida. [en línea]. Disponible en: http://institucional.ideam.gov.co/jsp/83.
Precipitación:
“Cuando hay una gran cantidad de agua condensada en la atmósfera, comienza el proceso de precipitación, que depende únicamente de la temperatura ambiente de
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la zona y cae en forma de lluvia, nieve o granizo. El granizo y el granizo son el proceso por el cual el agua en la atmósfera se convierte en un estado sólido.”. (Magalhães, 2019)
“La saturación corresponde a la presión ejercida por el máximo contenido de vapor de agua a una temperatura dada. La presión ejercida por el vapor de agua es independiente de los otros gases presentes en la atmosfera. La presión del vapor de agua está dada por la siguiente expresión:
e = p – p , en que: e = presión del vapor de agua p = presión del aire húmedo p , = presión del aire seco
En términos generales, la condensación del vapor de agua para la formación de nubes, y la consiguiente precipitación, se debe al enfriamiento de las masas de aire que ascienden. Los tipos de precipitación dependen de la causa del movimiento del aire húmedo.” (Opazo, 1999)
Las características de la precipitación en Colombia han sido tratadas en diversos estudios se dice que sobre el territorio colombiano las corrientes de aire húmedo procedentes de los océanos Atlántico, Pacífico y de la región Amazónica, generan la mayor parte de la lluvia que cae sobre el país. Los regímenes de precipitación en la región están determinados, a un nivel macro climático, por la zona de confluencia intertropical (ZCIT), que es una franja donde se encuentran las corrientes de aire cálido y húmedo provenientes de los cinturones de alta presión situados en la zona subtropical de los hemisferios norte y sur, y dan origen a grandes masas de nubes y abundantes precipitaciones; a su vez, las áreas que no están bajo la influencia de la ZCIT presentan buen tiempo, soleado y seco (Jaramillo & Chavez, 2000)
La Región Andina, mantuvo su variado régimen de lluvias, siendo la Cordillera Oriental la más seca con 0-300mm a lo largo del año, comportamiento casi similar para los Valles del Alto Magdalena y Alto Cauca, solo que, para los trimestres de mediado de año, se encontraron precipitaciones hasta los 1000mm. En las cuencas del Medio Magdalena y Medio Cauca se presentan precipitaciones hasta los 1750mm. La distribución de la precipitación a través de los 12 trimestres fue de régimen bimodal para la mayor parte de la región. (IDEAM)
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Captación de agua lluvia.
El proceso de captación de agua es para realizar en zonas donde se evidencia el difícil acceso al agua superficial es decir en zonas secas, donde la única fuente como recurso sea el agua lluvia para su abastecimiento, sin embargo por factores ambientales cada hogar debería contar con un sistema de captación y recolección del agua lluvia para el uso doméstico y necesidades diarias y básicas así muchas familias se benefician no solo económicamente si no en tiempo de escases siempre cuente con el recurso hídrico que es tan vital para la calidad de vida de las personas.
Cada vez son más las comunidades y familias que utilizan un sistema de captación de agua de lluvia ya que es una solución para satisfacer el abastecimiento de agua, y al mismo tiempo aprovechar al máximo este vital líquido.
“La función del sistema de recolección de agua de lluvia es recolectar el agua precipitada naturalmente, retener las impurezas que puedan estar contenidas en el agua a través del proceso de filtración y luego transportarla al espacio de almacenamiento para distribuirla a la propiedad y utilizarla para diversas actividades en el hogar.” (Rotoplas, 2018)
Módulo de recolección.
Como su nombre lo indica, el sistema de captación de agua de lluvia inicia a través del módulo de recolección, éste se encarga de recaudar el agua que se precipita, ¿cómo?, generalmente es por medio de unas canaletas que se encuentran colocadas alrededor de las construcciones y es así como el agua de lluvia cae y se escurre a través de estos canales.
No se puede tener un estimado de cuánta agua se obtendrá de una precipitación porque depende de la fuerza de este fenómeno natural, pero un aspecto importante que se debe de cuidar en la captación de agua de lluvia, son las canaletas por las que escurre el agua, deben mantenerse lo más limpias posible, para que el agua no se contamine y para que se filtre de manera más sencilla. Es común que en estas canaletas haya residuos de agua y se formen insectos por encontrarse en el exterior, por lo que es recomendable darle mantenimiento constante. (Rotoplas, 2018)
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Modulo de conducción.
En el módulo de recolección el agua se recauda, pero no se puede quedar ahí estancada, sino que necesita moverse y es precisamente a través del módulo de conducción, éste consta de una tubería que ayuda a que el agua se pueda trasladar de donde escurre al lugar en el que se va a almacenar.
El módulo de conducción tiene una pendiente que ayuda a que pueda escurrir de una manera más sencilla puesto que sin ésta habría derrame de agua, también es recomendable revisar la tubería para que así el agua que caiga se mantenga lo más limpia posible. (Rotoplas, 2018)
Almacenamiento.
Este trabajo tiene como objetivo almacenar la cantidad de agua de lluvia necesaria para el uso diario de las personas que se benefician del sistema, especialmente durante la época seca. La unidad de almacenamiento debe ser duradera, y para ello debe cumplir con las siguientes especificaciones:
Impermeable para evitar pérdidas por goteo o sudor. la altura no supera los 2 metros para minimizar la sobrepresión
Equipado con una funda para evitar la entrada de polvo, insectos y luz solar
Una trampilla con una cubierta sanitaria lo suficientemente grande para permitir que el personal ingrese para la limpieza y el mantenimiento necesario La entrada y el rebosadero deben tener barreras para evitar la entrada de insectos y animales. está equipado con dispositivo de drenaje. Este último se utiliza para limpiar o reparar tanques de almacenamiento. Si es un tanque de almacenamiento subterráneo, debe estar equipado con una bomba manual.”. (SASTOQUE, 2014, pág. 31)
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Figura 2. Sistema de captación de agua lluvia.
Fuente: (Cosecha de agua , 2018)
Análisis de las pruebas tomas al agua cruda.
Después de realizar los anteriores procedimientos hay que realizar el procedimiento de filtración ya que en el recorrido que realiza el agua, para ser recolectada adquiere diferentes tipos de contaminantes que hacen que el agua lluvia no sea apta para el consumo humano, estos contaminantes pueden ser por origen químico o microbiológico.
Para determinar el diseño para la correcta filtración del agua y para que este recurso hídrico sea potable y apto para el consumo humano se deben tomar muestras de agua cruda de los tanques de almacenamiento y luego se llevan a un laboratorio especializado que analice los componentes del agua y sus posibles contaminantes que alteren su composición y generen variaciones en el color aparente, turbidez, nitratos, nitritos, Dureza total, entre otros.
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Análisis físico-químicos.
“El análisis químico del agua puede medir minerales y compuestos disueltos o suspendidos. La calidad del agua se puede determinar mediante análisis cuantitativo en el laboratorio, como pH, sólidos totales (TS), conductividad y otros productos químicos disueltos.” (Leon, 2012)
En las muestras realizadas se analiza que el color aparente en ocasiones es provocado por la alta cantidad de hierro, o por algún agente que hace que el agua cruda tome el color del contaminante que se pueda encontrar en el tanque de almacenamiento o en el recorrido del agua por la cubierta, bien sea de origen vegetal o compuestos químicos. Es decir, son materiales coloidales o en suspensión que se encuentran en ella.
El color se determina por comparación visual de la muestra con concentraciones conocidas de soluciones coloreadas, incluso una ligera turbidez hace que el color aparente sea notablemente más alto que el color verdadero; por lo tanto, eliminar la turbidez por el procedimiento de filtración es una de las mejores alternativas (Neiva, 2017)
La turbidez es un término que hace referencia a una medida, la cual nos indica el grado de falta de transparencia de un líquido, debido en gran medida, a la presencia de partículas que se encuentren en suspensión en dicho líquido. Así, cuanto mayor sea la cantidad de sólidos en suspensión presentes en un agua, mayor será la sensación de suciedad de esta, y por lo tanto, mayor será la turbidez. La turbidez, por lo tanto, es una buena medida para predecir la calidad de las aguas. Las partículas que se encuentran suspendidas en el líquido o en el agua, tienen la capacidad de absorber la luz del sol, lo que implica que en muchos casos, las aguas con turbidez, presenten además una temperatura más elevada de la que cabría esperar, por lo cual, al elevarse la temperatura, se disminuye la concentración de oxígeno, el cual se disuelve con mayor facilidad en el caso de las aguas frías, por lo tanto, a menudo, disminuye también el número de organismos que son capaces de sobrevivir en dicha agua. (Méndez, 2011)
“La dureza total del agua se refiere a la concentración de minerales (especialmente sales de magnesio y calcio) en una determinada cantidad de agua. El agua que a menudo se denomina "dura" tiene una alta concentración de estas sales, mientras que el agua "blanda" casi no contiene tales sales. El agua depende principalmente de las formaciones geológicas por las que pasa el agua antes de ser capturada.” (Facsa, 2016)
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Analisis micro-biologicos.
El análisis microbiológico del agua tiene como objetivo conocer la calidad de agua determinando los microorganismos presentes en el agua analizada. Dependiendo del uso de esa agua se determinarán distintos grupos de bacterias, es decir las que nos marcan las normativas vigentes para análisis de aguas potables, residuales, piscinas, etc.
La determinación en agua de los parámetros microbiológicos es fundamental. De la identificación correcta de algunas de las bacterias que marca el Decreto de aguas potables podemos evitar algunas enfermedades, fundamentalmente infecciones bacterianas del intestino. (Laboratorios, s.f.)
El género Legionella está conformado por lo menos por 42 especies, siendo patógenas para los humanos, Legionella pneumophila agente causal de legionelosis, con dos formas clínicas: enfermedad del legionario y la fiebre de Pontiac. La primera es una enfermedad pulmonar con periodo de incubación de 3 a 6 días. La fiebre de Pontiac es una enfermedad auto-limitante con síntomas parecidos a la influenza (fiebre, dolor de cabeza, náusea, vómito, dolor muscular y tos). Legionella habita en ambientes acuáticos, aunque en bajos números. Se le encuentra en enfriadores de agua asociados al aire condicionado, tuberías de agua caliente, spa (ofrecen temperaturas adecuadas para su multiplicación). La inhalación es la principal ruta de adquisición mediante los aerosoles.
Eptospira son espiroquetas (bacterias con células alargadas y enrolladas helicoidalmente), que producen leptospirosis que ocurre a nivel mundial. Generalmente no es grave, pero en ciertos casos puede causar fiebre, dolor de cabeza, dolor muscular, ojos rojos, dolor abdominal, hemorragias en la piel y membranas mucosas. El agua contaminada con orina, particularmente de ratas y ganado es un importante reservorio de estas bacterias (Cassassuce, 2017)
Tradicionalmente se los ha considerado como indicadores de contaminación fecal en el control de calidad del agua destinada al consumo humano en razón de que, en los medios acuáticos, los coliformes son más resistentes que las bacterias patógenas intestinales y porque su origen es principalmente fecal. Por tanto, su ausencia indica que el agua es bacteriológicamente segura.
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Asimismo, su número en el agua es proporcional al grado de contaminación fecal; mientras más coliformes se aíslan del agua, mayor es la gravedad de la descarga de heces.
Los coliformes son una familia de bacterias que se encuentran comúnmente en las plantas, el suelo y los animales, incluyendo a los humanos. En general, las bacterias coliformes se encuentran en mayor abundancia en la capa superficial del agua o en los sedimentos del fondo. Por su amplia diversidad el grupo coliformes ha sido divido en dos grupos: coliformes totales y coliformes fecales.
Bacterias que integran el grupo; El grupo coliforme está formado por los siguientes géneros,Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter. (Calidad Microbiologica, 2019)
Tipos de filtración para el agua lluvia.
La filtración es un proceso físico-químico que consiste en el paso de una mezcla solido-liquida a través de un medio poroso, llamado medio filtrante, el cual sostiene la mayor parte de los sólidos suspendidos y deja pasar una mezcla compuesta del líquido, los sólidos en disolución y la filtración remanente de los sólidos suspendidos, llamado filtrado. En la purificación del agua, la materia a remover incluye arcillas, coloides y microorganismos, tales como bacterias, algas y virus. (Lafuente, 2000)
Tabla 1. Tamaño de partículas.
Fuente: (Lafuente, 2000)
Encontramos también diversas tecnologías en los filtros de agua, que realizan funciones dispares para eliminar los contaminantes del agua.
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Ósmosis inversa: ya os hablamos de ella hace unas semanas. Se produce cuando se utiliza una presión superior a la presión osmótica: los fluidos se presionan a través de la membrana y los sólidos disueltos queda atrás.
Filtros de agua de luz ultravioleta: el agua pasa paulatinamente a través de una lámpara de rayos ultravioleta, que eliminan las bacterias que pueda tener. No elimina, sin embargo, partículas sólidas, por lo que no es un filtro recomendable para uso exclusivo.
Filtros de agua de carbono: absorben los contaminantes o estos se adhieren a las superficies de las partículas de carbono. Pueden atrapar desde arena hasta cualquier tipo de suciedad, así como sustancias químicas orgánicas. También reduce el mal olor que pueda tener el agua.
Filtros de agua de retro lavado: funciona a través de un gran tanque con una sustancia de filtrado. Las impurezas son atrapadas y retenidas hasta que se satura de impurezas.
Filtros de agua de cerámicos de agua: es un dispositivo que permite potabilizar el agua superficial potabilizándola a través de un material poroso, para pequeñas cantidades de agua””. (Pajuelo, 2016)
Sistema de filtración, adsorción e intercambio iónico.
Este método de filtración del agua es muy completo ya que se combinan diferentes materiales porosos que ayudan a remover los contaminantes y permite que sea más efectivo el tratamiento del agua y sea apto para consumo humano. Esta tecnología de tratamiento esta en la capacidad de remover contaminantes con diferentes características.
Características físicas:
Color aparente Olor y sabor Turbiedad Solidos disueltos totales
Caracteristicas químicas inorgánicas.
Dureza
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Bario Antimonio Cloruros Arsénico Fosfatos Cromo Cobre Hierro Magnesio Níquel
Características microbiológicas.
Echeriachia coli Giardia y bacterias aerobias.
Esta tecnología de filtración está compuesta por diferentes minerales como el carbón activado, carbón coque, zeolita, antracita, arena sílice que poseen ciertas propiedades que ayudan a contrarrestar los contaminantes en el agua lluvia uno de los más conocidos en filtros es el carbón activado ya que es un mineral que se encarga de remover el sabor y los olores de sedimentos y materia orgánica.
La zeolita es un mineral que trabaja por adsorción y tiene la capacidad de remover la acidez del agua y eliminar las toxinas que se encuentren en ellas además de esto es un excelente intercambiador iónico capaz de purificar hasta las aguas residuales.
La arena sílice combate contaminantes de factores químicos como puede serlos detergentes, pintura que en muchas ocasiones en la captación del agua lluvia este contaminante se evidencia debido al recorrido del agua en la cubierta
La antracita y el carbón coque son minerales con gran capacidad de remover el color aparente y el hierro clarificando el agua, sin embargo, el carbón coque tiene mayor capacidad de contrarrestar esta característica del agua, ya que hay muestras de agua que los niveles de color son muy altos.
4.2 MARCO GEOGRÁFICO
El área geográfica en la cual se llevó a cabo la investigación es en el país de Colombia para ser más exactos en el departamento de Cundinamarca, en una de sus provincias llamada el Alto Magdalena.
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Colombia es un país rico en biodiversidad y lleno de lugares hermosos por conocer. Según censo Dane del 2018 Colombia cuenta con una población 48.258.494 habitantes. Está conformado por 32 departamentos, donde cada uno de ellos cuenta con diferentes características, como es el clima, la actividad agrícola y económica. Dentro los 32 departamentos encontramos lugares áridos como lugares muy lluviosos, haciendo de Colombia un país.
4.2.1 Colombia.
Figura 3. Mapa de Colombia.
Fuente: (Precipitación promedio en colombia, s.f.)
4.2.2 Departamento de Cundinamarca. Cundinamarca es uno de los 32 departamentos que conforman a Colombia, cuenta con una población de 2.280.037 habitantes y una superficie de 24.210 km², este departamento se destaca como uno
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de los más importantes ya que su economía es variada y es un departamento atractivo turísticamente.
Figura 4. Mapa de provincias del departamento de Cundinamarca.
Fuente: (Departamento de cundinamarca y provincias, 2018)
Cundinamarca cuenta con 15 provincias reuniendo los 116 municipios que tiene el departamento, excluyendo a Bogotá de esta agrupación ya que es la capital de Colombia.
Sus provincias son:
Provincia: Almeidas, Cabecera: Chocontá, Municipios: Machetá, Manta, Sesquilé, Suesca, Titirita, Villapinzón.
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Provincia: Alta Magdalena, Cabecera: Girardot, Municipios: Agua de Dios, Guataqui, Jerusalén, Nariño, Nilo, Ricaurte y Tocaima.
Provincia: Bajo Magdalena, Cabecera: Guaduas, Municipios: Caparrapí y Puerto Salgar. Provincia: Gualivá, Cabecera: Villeta, Municipios: Albán, La Vega, Nimaima, Nocaima, Quebrada negra, San Francisco, Sasaima, Supatá, Utica, Vergara y La Peña.
Provincia: Guavio, Cabecera: Gachetá, Municipios: Gachalá, Gama, Guasca, Guatavita, Junín, La Calera y Ubalá.
Provincia: Magdalena Centro, Cabecera: San Juan de rio seco, Municipios: Chaguaní, Vianí, Guayabal de Síquima, Bituima, Pulí y Beltrán.
Provincia: Medina, Cabecera: Medina Municipio: Paratebueno
Provincia: Oriente, Cabecera: Cáqueza, Municipios: Chipaque, Choachí, Fómeque, Fosca, Guayabetal, Gutiérrez, Quetame, Ubaque y Une.
Provincia: Rionegro, Cabecera: Pacho, Municipios: El Peñón, La Palma, Paime, San Cayetano, Topaipí, Villagómez y Yacopí.
Provincia: Sabana Centro, Cabecera: Zipaquirá, Municipios: Cajicá, Cogua, Chía, Gachancipá, Nemocón, Sopó, Tabio y Tocancipá.
Provincia: Sabana Occidente, Cabecera: Facatativá, Municipios: Bojacá, Cota, El Rosal, Funza, Madrid, Mosquera, Subachoque, Tenjo y Zipacón.
Provincia: Soacha, Cabecera: Soacha, Municipio: Sibaté
Provincia: Sumapaz, Cabecera: Fusagasugá, Municipios: Arbeláez, Cabrera, Granada, Pandi, Pasca, San Bernardo, Silvania, Tibacuy, Venecia.
Provincia: Tequendama, Cabecera: La Mesa, Municipios: Anapoima, Anolaima, Apulo, Cachipay, El Colegio, Quipile, San Antonio del T., Tena y Viotá.
Provincia: Ubaté, Cabecera: Ubaté, Municipios: Carmen de Carupa, Cucunubá, Fúquene, Guachetá, Lenguazaque, Simijaca, Susa, Sutatausa y Tausa. (el tiempo, 2018).
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Provincia del Alto Magdalena. La investigación del proyecto se realizó en la provincia del Alto Magdalena, esta provincia está conformada por ocho (8) municipios. Los cuales son:
Tabla 2. Municipios Provincia Alto Magdalena.
Fuente: (Estadisticas básicas provincia del alto magdalena , s.f.)
La provincia del Alto Magdalena se extiende entre la última estribación de la cordillera hacia el oriente y el ancho río de la Magdalena, por lo que disfruta de tierras altas y bajas, de las ventajas del río y la montaña y de una vista maravillosa desde casi todas sus alturas. (todo en la revista, 2015). A continuación, encontraremos el mapa de la provincia con sus municipios.
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Figura 5. Mapa de la Provincia Alto Magdalena.
Fuente: (Estadisticas básicas provincia del alto magdalena , s.f.)
Según la población estimada en la provincia de Alto Magdalena por el DANE en el 2018, está representada en el siguiente diagrama.
Gráfica 1. Estadísticas DANE 2018.
Fuente: Elaboración propia (población, 2018)
Agua deDios
GirardotGuataqu
iJerusale
nNariño Nilo Ricaurte Tocaima
Total 10742 92903 1977 2025 2101 10555 10788 13649
Cabecera 8609 88074 1172 789 1556 2736 5936 873
Centro Poblado 0 2793 285 0 0 2458 1413 1043
Rural 2133 2036 520 1236 545 5361 3439 3876
020000400006000080000
100000
Grafica de Población - Censo Dane 2018
Total Cabecera Centro Poblado Rural
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4.3 MARCO CONCEPTUAL
En el presente proyecto se busca generar un prototipo el cual ayude a las comunidades a aprovechar el agua lluvia no solo para prácticas de actividades del hogar, sino también para el consumo humano en el cual se busca generar mecanismos para facilitar y garantizar que las comunidades que no cuentan con servicio de agua potable no sufran por este servicio, sino que tengan una alternativa eficaz, rápida y segura.
Este sistema busca el máximo aprovechamiento del agua lluvia la cual cae a la cubierta de las casas en los cuales el agua es conducida por canales a tanques de almacenamiento, donde se pondrán a practica los prototipos y se realizará el proceso de tratamiento para convertirla en agua potable que nos sirva para el consumo.
Agua: el agua es una sustancia con composición molecular H2O de estado líquido de gran importancia en la vida del ser humano ya que el cuerpo humano está compuesto del 65% al 70% de agua lo que la convierte en un componente esencial para la vida y para el correcto funcionamiento de los órganos del ser humano.
Agua potable: es el agua que es sometida a un proceso de potabilización o a un tratamiento el cual la convierte en agua acta para el consumo humano ya que el agua debe de tener ciertos parámetros y características químicas, físicas para poder lograr que sirva para el consumo humano.
Características físicas del agua potable
El agua para consumo humano no debe sobrepasar los valores máximos aceptables determinados en la norma para cada una de las características físicas que se señalan (tabla ). Ya que el agua potable para consumo debe de ser un líquido insípido (no tiene sabor), incoloro (no tiene color) e inodoro (no tiene olor).
Tabla 3. Características físicas del agua potable
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Fuente: (Resolución 2115, 2007)
Características químicas que debe poseer el agua potable
Las propiedades químicas del agua para consumo humano, elementos distintos de plaguicidas y otras sustancias, compuestos químicos y mezclas de compuestos químicos, cuando excedan el valor máximo aceptable para causar efectos adversos reconocidos en la salud humana, deberán limitarse al máximo aceptable. Los valores se enumeran a continuación (Resolución 2115, 2007).
Tabla 4. Características químicas
Fuente: (Resolución 2115, 2007)
La siguiente tabla enumera las características químicas del agua comestible humana y los elementos, compuestos y mezclas de compuestos que tienen un impacto en la salud humana (Resolución 2115, 2007)
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Tabla 5. características químicas.
Fuente: (Resolución 2115, 2007)
Las propiedades químicas del agua comestible humana relacionadas con los elementos y compuestos químicos que tienen efectos económicos e indirectos sobre la salud humana son las siguientes: (Resolución 2115, 2007)
Tabla 6. Características químicas
Fuente: (Resolución 2115, 2007)
Aprovechamiento: se denomina así porque es la capacidad que se tiene de aprovechar un recurso, objeto, organismo, método para buscar un beneficio y poder lograr dar soluciones a las diferentes problemáticas que se presenten aprovechando las herramientas y recursos que se obtengan en el medio.
Aprovechamiento del agua lluvia: este proceso de da con el fin de lograr una propuesta de abastecimiento de agua para las zonas o comunidades donde el agua es escasa o no cuenta con sistemas de acueducto lo cual genera que estas regiones sufran de insuficiencia de este líquido que es de vital importancia para el ser humano.
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Se puede evidenciar que las fuentes hídricas presentes en la provincia de Alto Magdalena están significativamente contaminadas aparte de sufrir de procesos de degradación en las diferentes cuencas del territorio lo cual conlleva a que el abastecimiento de agua potable para el consumo no sea suficiente para toda la población que existente en esta provincia, generando con esto que la empresa prestadora de este servicio tenga que tomar medidas de ahorro de este servicio.
Tabla 7. Clasificación del agua lluvia pH
Fuente: (Ideam, s.f.)
Escala de pH. Se caracteriza por ser un indicador del potencial de hidrógeno que establece la cantidad de iones de hidrógenos presentes en una sustancia con los que se determinan los niveles de acidez o alcalinidad de estas sustancias, el cual cuenta con una escala determinada que va desde el 0 al 14 (Figura 1)
´Esto se debe al equilibrio carbónico y a la actividad vital de los microorganismos acuáticos. Respecto a lo primero, la secuencia de equilibrios de disolución de CO2 en un agua, y la disolución de CO3 2- e insolubilización de HCO3, determinan el pH de un agua”. (Galvis, s.f.)
Color. Parámetros organolépticos indicando la calidad en el agua para consumo humano relacionado con sustancias disueltas y partículas en suspensión en los cuales se conocen los niveles de materia orgánica presentes en el agua. Clasificándose como color aparente en el que se incluyen partículas en suspensión y color verdadero en el cual depende solamente del agua y las sustancias disueltas en ellas.
El color del agua se debe a la presencia de materia orgánica natural, como pueden ser las sustancias húmicas o ciertos metales como hierro,
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manganeso o cobre, que se encuentra disuelta o en suspensión. (ambiental, 2019)
Turbiedad. Es ocasionada por partículas o materiales en suspensión o coloides dando lugar a la reducción de la transparencia del agua lo que genera la turbidez. Estas partículas se asocian a tres categorías: minerales, partículas orgánicas húmicas y partículas filamentosas.
Los minerales provienen de la erosión de suelos y rocas las cuales se encuentran recubiertas de restos orgánicos, estas conforman la mayor porción de los materiales en suspensión en las aguas entre más sólidos se encuentran en esta, mas alto es su contenido de turbidez. (Lenntech, s.f.)
Nitratos. Se presentan al generarse la disolución de rocas, minerales, descomposición de materiales animales y vegetales, además de presentarse contaminación por efluentes agrícolas e industriales, se conoce que la cusa de la nitrificación se debe a la temperatura, pH y contenido de oxígeno del agua. Se evidencia que es un gran contaminante de las aguas subterráneas presentes en zonas rurales a causa de procesos agrícolas, sistemas sépticos, descomposición de materia orgánica y almacenamientos de estiércol o operaciones de extensión.
En aguas de superficie no contaminadas no suelen superar los 10 mg/L, pero en aguas subterráneas contaminadas por abonados pueden superar ampliamente los 50 mg/L. (Galvis, s.f.)
Cloruros. El cloruro presente en el agua proviene de diferentes orígenes como la disolución de depósitos minerales de sal gema (NaCl), las cuales representan hasta un 0.05% de la litosfera, contaminación por aguas residuales, además de que en las zonas áridas el lavado de los suelos por el proceso de la lluvia aumenta los cloruros en el agua.
En aguas superficiales no contaminadas La concentración está entre 20-40mg / L o menos. En los ríos, su concentración en el cauce del río aumenta, y en las aguas subterráneas, la concentración cambia según la invasión marina en ciertos acuíferos. (Análisis de aguas, s.f., pág. 10)
Dureza Total. “Es la suma de iones de calcio, magnesio, estroncio y bario en forma de carbonato o bicarbonato, estos iones dependen del suelo del que proceden. En suelos de basalto, arenisca y granito, el agua
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es muy blanda con una dureza de 1-2ºd. La dureza del agua de suelos de cal, yeso y dolomita puede superar los 100ºd. La concentración más alta esperada de CaCO3 adoptada por la OMS es 100 mg / l, y la concentración más alta permitida es 500 mg / l”. (Ambientum, s.f.)
Sulfatos. Componente natural del agua superficial, la cual se puede originar de la oxidación de sulfuros que se encuentran en el agua además de ser los principales constituyentes disueltos de la lluvia, se considera que las altas concentraciones de sulfatos generan efectos laxativos cuando se combina con calcio y magnesio.
“El sulfato en el agua potable puede producir un sabor amargo y su umbral de sabor depende de los cationes específicos en grandes cantidades en el agua (por ejemplo, sulfato de sodio aproximadamente 350 mg / l, sulfato de magnesio aproximadamente 500 mg / l).” (Análisis de aguas, s.f., pág. 11)
Hierro. La disolución de rocas, minerales y de aguas residuales procedentes de acero y otros minerales son los encargados de la presencia de hierro en el agua. El hierro es abundante en compuestos divalentes como trivalente en las aguas naturales superficiales, los compuestos más frecuentes son sulfuros, carbonatos e hidróxidos. El hierro vario su concentración entre 0.01mg/L y 0.30mg/L ya que en las condiciones fisicoquímicas habituales de estas aguas el ion férrico es prácticamente insoluble” (Análisis de aguas, s.f., pág. 26)
Escherichia Coli. Es una bacteria que reside en el intestino de los seres humanos y animales de sangre caliente, esta bacteria es transmitida por el consumo de agua o alimentos contaminados.
La presencia de esta bacteria en el agua de consumo genera problemas en la salud causando cólicos y diarrea, que pueden ser sanguinolenta. También puede producir fiebre y vomito
“Crece en un rango de temperatura de 7 ° C a 50 ° C, con una temperatura óptima de 37 ° C. Algunos pueden multiplicarse en alimentos ácidos con un pH tan alto como 4.4. Para destruirlos, se deben cocinar alimentos con una temperatura superior a 70ºC.”. (Organizaciòn mundial de la salud, 2018)
Coliformes Fecales. Incluye bacterias de Escherichia coli y Klebsiella, Enterobacter y Citrobacter, que pueden fermentar lactosa en 44-45ºC
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biológicos. Aunque generalmente derivan de las heces, los organismos que dieron positivo en este método de prueba pueden provenir de agua eutrófica, aguas residuales industriales y plantas y suelo en descomposición, por lo que el término coliforme fecal no siempre es exacto (OMS Se recomienda utilizar el término coliforme (resistente al calor). (Microlab, s.f.)
4.4 MARCO LEGAL
Existe normas y decretos que regulan el uso del agua como servicio de la población y el ambiente, regulando su buen uso, eficiencia del agua y racionalización, cabe resaltar que en materia de los usos del agua lluvia es muy poca la normativa que se tiene. Algunos Documentos de referencia son:
Tabla 8. Marco Legal
Norma Descripción
Constitución Política de Colombia
Art 78. Control de calidad de bienes y servicios ofrecidos y prestados a la comunidad. Art 79. Proteger la diversidad e integridad del ambiente. Art 80. “El Estado planificará el manejo y aprovechamiento de los recursos naturales, para garantizar su desarrollo sostenible, su conservación, restauración o sustitución”. (Constitución politica de colombia, 1991, pág. 14)
Ley 23/1973
Art. 1. Es objeto de la presente ley prevenir y controlar la contaminación del medio ambiente y buscar el mejoramiento, conservación y restauración de los recursos naturales renovables, para defender la salud y el bienestar de todos los habitantes del Territorio Nacional. (Ley 23 , 1973, pág. 1)
Ley 9 de 1979 Art 63. “Cuando se utilice agua lluvia para consumo humano, esta deberá cumplir los requisitos de potabilidad que señale el Ministerio de salud o la autoridad competente”. (Ley 9, 1979, pág. 10) Art 69. “Toda agua para consumo humano debe ser potable cualquiera que sea su procedencia”. (Ley 9, 1979, pág. 11)
Ley 373/1997 Art 1. Programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Art 2. Contenido del programa de uso eficiente y ahorro del agua. (Ley 373, 1997, pág. 1)
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Norma Descripción
Decreto 2811/1974
“Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente”. (Decreto 2811, 1974) Art 77. “Las disposiciones de esta parte regulan el aprovechamiento de las aguas no marítimas en todos sus estados y formas” (Decreto 2811, 1974, pág. 19).
Art 148.El dueño, poseedor o tenedor de un predio puede servirse de las aguas lluvias que caigan o se recojan en este mientras por el discurran. Podrán, en consecuencia, construir dentro de su propiedad las obras adecuadas para almacenarlas y conservarlas, siempre que con ellas no cause perjuicios a terceros. (Decreto 2811, 1974, pág. 30)
Decreto 1541/1978
Art 1. “Para cumplir los objetivos establecidos por el artículo 2 del Decreto - Ley 2811 de 1974, este Decreto tiene por finalidad reglamentar las normas relacionadas con el recurso agua en todos sus estados”. (Decreto 1541, 1978, pág. 1)
Decreto 1594/1984
Usos del agua y residuos líquidos. (Decreto 1594, 1984)
Decreto 1575/2007
“Se establece el Sistema para la protección y control de la Calidad del agua para consumo humano”. (Decreto 1575, 2007)
Resolución 2115/2007
“Se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano”. (Resolución 2115, 2007)
Resolución 0330/2017
Se adopta el Reglamento Técnico para el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS (Resolución 0330, 2017)
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5. METODOLOGÍA
5.1 HIPÓTESIS
La implementación de estos prototipos para el aprovechamiento de aguas lluvia en loa provincia del Alto Magdalena en dos viviendas de las zonas rurales de los municipios de Girardot y Ricaurte, mediante un sistema de captación por medio de las cubiertas y almacenamientos en tanques para luego tratar el agua lluvia y que sea apta para el consumo humano y beneficie a las familias de los puntos de estudio ya que no cuentan con el servicio de agua potable.
5.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN
Para el proyecto de captación, almacenamiento y aprovechamiento de aguas lluvia se realizará una investigación de tipo cuantitativo ya que se requiere realizar toma de muestras, recolección de datos e información necesaria para llevar a cabo el diseño de los prototipos que se van a efectuar.
Además, la presente investigación tiene un enfoque exploratorio; en la cual el punto de partida es la determinación de las características químicas y microbiológicas del agua lluvia donde se examinaron parámetros como pH, nitratos, turbiedad, hierro, nitritos, cloruros, color, dureza total, bacterias aerobias, coliformes fecales, sulfatos, etc., entre otros. Las pruebas de laboratorio se realizaron según las condiciones del agua en cada punto de investigación.
5.3 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN
Teniendo en cuenta que el proyecto tiene como finalidad aprovechar el agua lluvia en la provincia del Alto Magdalena específicamente en los municipios de Girardot y Ricaurte en dos puntos de la zona rural que no tienen acceso al servicio básico de agua potable.
Por estas razones y basándonos en los objetivos propuestos, se procede a realizar una serie de actividades las cuales ayudaran con el cumplimiento de los mismos a continuación, las actividades a llevar a cabo:
Se realizó una visita a las zonas de interés en los dos municipios seleccionados en la provincia del Alto Magdalena los cuales son Girardot y Ricaurte, se identificó que las dos viviendas son de tipo unifamiliar, contando con un sistema de captación y recolección del agua lluvia directamente desde la cubierta al tanque de almacenamiento.
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Teniendo las zonas identificadas se procedió a verificar que contara con las características necesarias para la implementación del proyecto, las cuales son que no contaran con servicio de agua potable, que se encuentre ubicada en zona rural.
Teniendo clara la ubicación geográfica de los puntos de estudio se realizaron los primeros muestreos tomados en zonas urbanas, en el municipio de Girardot se tomó el área de estudio en la vereda Guabinal plan y en el municipio de Ricaurte en la vereda la tetilla.
Figura 6. Vereda Guabinal plan Girardot Cundinamarca.
Fuente: Google Earth 2020
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Fuente: Mapa Girardot (Forero, 2013)
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Figura 7. Vereda la Tetilla Ricaurte Cundinamarca.
Fuente: Google Earth 2020
Fuente: (Alvarez, 2018, pág. 19)
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5.3.1 ANÁLISIS CLIMATOLÓGICO
Teniendo en cuenta que la provincia del alto magdalena cuenta con un clima cálido, además de estar bañada por la zona alta del rio magdalena gozando de temperaturas entre los 23°C y los 35°C, por consiguiente, se procede a realizar el estudio climatológico en los municipios de Ricaurte y Girardot ya que son nuestros puntos de estudios y con esto determinar en qué meses del año el prototipo es de mayor utilidad para el tratamiento del agua lluvia.
5.3.1.1 MUNICIPIO DE RICAURTE CUND.
La temporada más mojada dura 9,1 meses, de 6 de marzo a 9 de diciembre, con una probabilidad de más del 51 % de que cierto día será un día mojado. La probabilidad máxima de un día mojado es del 73 % el 18 de abril.
La temporada más seca dura 2,9 meses, del 9 de diciembre al 6 de marzo. La probabilidad mínima de un día mojado es del 28 % el 13 de enero.
Entre los días mojados, distinguimos entre los que tienen solamente lluvia, solamente nieve o una combinación de las dos. En base a esta categorización, el tipo más común de precipitación durante el año es solo lluvia, con una probabilidad máxima del 73 % el 18 de abril. (weather spark, 2020)
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Grafica 2. Probabilidad mensual de precipitación municipio de Ricaurte.
Fuente: (weather spark, 2020)
5.3.1.2 MUNICIPIO DE GIRARDOR CUND.
La temporada más mojada dura 9,0 meses, de 7 de marzo a 7 de diciembre, con una probabilidad de más del 52 % de que cierto día será un día mojado. La probabilidad máxima de un día mojado es del 74 % el 17 de abril.
La temporada más seca dura 3,0 meses, del 7 de diciembre al 7 de marzo. La probabilidad mínima de un día mojado es del 30 % el 13 de enero.
Entre los días mojados, distinguimos entre los que tienen solamente lluvia, solamente nieve o una combinación de las dos. En base a esta categorización, el tipo más común de precipitación durante el año es solo lluvia, con una probabilidad máxima del 74 % el 17 de abril. (weather spark, 2020)
52
Grafica 3. Probabilidad mensual de precipitación municipio de Girardot.
FUENTE: (weather spark, 2020) Analizando las gráficas anteriores se puede determinar que en el momento en el que las precipitaciones superen el 50% se logra que el prototipo obtenga su mayor funcionamiento.
5.3.2 METODO DE RECOLECCIÓN DE LA MUESTRA
Las muestras fueron recogidas por los integrantes del equipo de trabajo investigativo, las cuales se tomaron del tanque de almacenamiento de agua lluvia de las viviendas donde se instalan los prototipos, estas muestras se recolectaron con los debidos protocolos de manipulación para el muestreo en el laboratorio, con el fin de no alterar los resultados de los contaminantes del agua almacenada. Se tomó la muestra en un recipiente de vidrio y de plástico debidamente esterilizados el cual contienen la capacidad de almacenar 1000ml.
53
Figura 8. Primer muestreo agua cruda.
Fuente: las autoras
Una vez hecha la recolección de las muestras se refrigeraron con compresas en una nevera de icopor y fueron transportadas hacia el laboratorio en donde realizaron el análisis de la caracterización físico-químicas y bacteriológica del agua cruda.
Con estos resultados de laboratorio físico químicos y bacteriológicos se define los materiales que serán utilizados en cada prototipo de acuerdo a las características de la muestra en cada punto para la potabilización del agua.
De acuerdo a los resultados obtenidos de los ensayos del laboratorio se plasmaron en tablas y gráficas para identificar los contaminantes presentes en el agua lluvia recolectada en la zona rural de Ricaurte y Girardot.
5.4 ANÁLISIS DE CALIDAD DEL AGUA
En este ciclo del proyecto se procedió a realizar un análisis de la calidad del agua con el propósito de identificar las características físicas y microbiológicas de la misma, bajo los parámetros a evaluar del agua lluvia y de esta manera identificar que contaminantes tienen mayor presencia en cada punto de estudio y con esto determinar la ruta de tratamiento.
54
Tabla 9. Muestra N°1 Zona Rural Ricaurte.
Parámetros establecidos para agua potable según Resolución 2115- 2007
Resultados de los análisis. (agua cruda)
Ensayo Valor Ensayo Resultado
PH 6,5 – 9 PH 7,40
Color 15 Color 28 UPC
Turbiedad 2 Turbiedad 2,64 UNT
Dureza Total 300 Dureza Total 20 mg/L CaCO3
Nitratos 10 Nitratos 0 mg/L CaCO3
Cloruros 250 Cloruros 2 mg/L CL-
Sulfatos 250 Sulfatos 0 mg/L SO4 2-
Hierro 0,3 Hierro 0 mg/L PO4 3-
Escherichia Coli 0 Escherichia Coli 170 U.F.C / 100ml
Coliformes Fecales 0 Coliformes Fecales >10000 U.F.C / 100ml
Pseudomona Aeruginosa
0 Pseudomona Aeruginosa
PRESENCIA U.F.C / 100ml
Bacterias Aerobias 0 Bacterias Aerobias INCONTABLES U.F.C / 100ml
Fuente: Elaboración propia
Gráfica 4. Comparación de resultados según muestras de agua cruda Municipio de Ricaurte.
Fuente: Elaboración propia
0
50
100
150
200
250
300
350
Ph Color Turbiedad Dureza Total Nitratos cloruros sulfatos Hierro
Res. 2115-2007 ensayo muestra ricaurte
55
De acuerdo a la información recolectada con las primeras muestras al agua cruda realizadas en el municipio de Ricaurte se evidencian valores altos con respecto a los exigidos por la norma en algunos ensayos como color y PH, (véase en la tabla 9) la cual es una comparación de la resolución 2115 de 2007 y los resultados del muestreo para identificar que contaminantes prevalecían en el agua lluvia de esta zona y así poder definir cuál sería el tipo de tratamiento para su potabilización.
Tabla 10. Muestra N°1 Zona Rural Girardot.
Parámetros establecidos para agua potable según Resolución 2115- 2007
Resultados de los análisis. (agua cruda)
Ensayo Valor Ensayo Resultado
PH 6,5 – 9 PH 7,1
Color Aparente 15 Color Aparente 53 UPC
Turbiedad 2 Turbiedad 0,9 UNT
Cloruros 250 Cloruros 10 mg/L
Sulfatos 250 Sulfatos 9 mg/L
Hierro Total 0,3 Hierro Total 0,03 mg/L
Dureza Total 300 Dureza Total 120 mg/L
Nitratos 10 Nitratos 0,4 mL / L N02
Coliformes Totales 0 Coliformes Totales 55000 NMP/100ml
Escherichia Coli 0 Escherichia Coli 2000 NMP/100ml
Fuente: Elaboración propia
56
Gráfica 5. Comparación de resultados según muestras de agua cruda Municipio de Girardot.
Fuente: Elaboración propia
Se evidenció que la muestra del punto de Girardot es más contaminada que en el punto de Ricaurte, (véase la tabla 10) presentando mayor nivel de color, por esta razón se estableció que el carbón coque debe ser utilizado en el prototipo ubicado en la zona rural de Girardot ya que este mineral elimina el hierro y esto ayuda a que el color aparente del agua sea nivelado.
Estas muestras fueron esenciales para determinar el diseño del prototipo y los materiales que se necesitan para su construcción, para este proyecto se estipuló el uso de tubería PVC-ST (tubería sanitaria) de 2“para la estructura interna de una h: 0.60 con un tapón en la parte inferior y un tubo de 3” para la estructura externa con una h: 0.40 con un adaptador de limpieza en el segmento inferior del mismo.
5.5 TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO
Para el desarrollo del proyecto se empleó un tratamiento por medio de filtración convencional, intercambio iónico y filtración por adsorción, para remover los contaminantes encontrados en el agua cruda de las zonas de estudio; la filtración convencional básicamente remueve algunos contaminantes como color, turbiedad, hierro entre otros a través de medios granulares en este caso como la arena sílice, antracita, carbón activado etc. Esta filtración produce un cambio significativo en el agua cruda.
0
50
100
150
200
250
300
350
Ph Color Turbiedad DurezaTotal
Nitratos cloruros sulfatos Hierro
Res. 2115-2007 ensayo muestra Girardot
57
Por otro lado, el intercambio iónico en estos sistemas de filtración se utilizó como sustancia intercambiadora inorgánica natural la zeolita, este material tiene la capacidad de segregar iones propios y absorber iones disueltos en el agua esta característica es lo que la hace un buen medio filtrante, es este caso ayuda a disolver contaminantes como la dureza, hierro, nitratos y sulfatos.
Para complementar esta tecnología de tratamiento seleccionada esta la filtración por adsorción para la cual se hizo uso del carbón activado granular (GAC) que en el proceso es el sólido que se utiliza para eliminar una sustancia soluble en el agua, por ejemplo el PH es un elemento que puede regularse fácilmente con este material, en el momento en que el agua pasa por el carbón activado se produce una acumulación de sustancias en el filtro por lo cual el prototipo debe tener un sistema de limpieza periódico.
Basado en la información anterior la combinación de estos sistemas de filtración nos brinda una remoción optima de los contaminantes encontrados en las primeras muestras realizadas en los municipios de Girardot y Ricaurte en los puntos seleccionados donde se instalarán los prototipos para el aprovechamiento del agua lluvia en la provincia Alto Magdalena.
Teniendo en cuenta lo anterior en las siguientes imágenes se evidencian los diagramas de tecnologías y el tren de tratamiento que se implementó en cada prototipo de manera más específica las tres tecnologías de tratamiento seleccionadas y los contaminantes que remueve cada una.
58
Figura 9. Diagramas de Tecnologías.
Fuente: las autoras
Fuente: las autoras
59
Figura 10. Tren de tratamiento.
Fuente: las autoras
60
5.6 DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA
Se procede a recolectar la información necesaria para el cálculo del caudal de entrada y el caudal de salida de cada dispositivo, estableciendo el volumen y el tiempo.
Caudal de entrada (ecuación 1) Q = V / T
Caudal de salida (ecuación 2) Q = V / T
Donde:
Q: caudal (L/s) o (L/min) V: volumen (L) T: tiempo (s) o (min)
Prototipo Girardot
Ecuación 1 Q: 3L/5 min = 0.6L/min Ecuación 2 Q: 1.5L/8 min = 0.19L/min
Prototipo Ricaurte
Ecuación 1 Q: 3L/4 min = 0.75L/min Ecuación 2 Q: 1.5L/7 min = 0.21L/min
61
5.6.1 Diseño y estructura del prototipo.
5.6.2 Figura 11. Dispositivo tratamiento de agua lluvia
Figura 12. Conformación de la estructura
62
Figura 13. Proceso de operación del dispositivo
63
Componentes del prototipo
Tubería de 2” PVC-ST
Capa de arena sílice: 0,10m Capa de antracita o carbón coque: 0,20m
Tubería de 3” PVC-ST
Capa de carbón activado: 0,20m Capa de zeolita: 0,15m
Estas especificaciones están definidas según las medidas de diseño de los prototipos, Teniendo ya definidos los materiales para emplear en los modelos se procede a la construcción de los sistemas de filtración.
Proceso de construcción
Figura 14. Materiales para la construcción de la estructura de los modelos.
Fuente: las autoras
Diseño de la estructura interna y externa del prototipo, para lo cual se usó un tubo de 2” y 3” respectivamente
64
Figura 15. Construcción estructuras internas y externas del modelo.
Fuente: las autoras
Se procede a efectuar la conexión del tubo de 2” con el de 3” por medio de una reducción de 2 a 3, para luego poner un collar de derivación PVC 3 x ½” hacia la parte superior dela estructura externa del modelo con una llave terminal de ½”.
En la parte superior del tubo PVC de 2” se colocó una reducción de 2 a 3 para extender una malla de angeo y sostenerla con una unión de 3” donde llevara una capa de cascaron de huevo macerado y además de esto ayudara a evitar que al momento de que ingrese el agua al prototipo se filtren materiales indeseados.
65
Figura 16. Prototipos finalizados.
Fuente: las autoras
Con la estructura del modelo terminado se procede a la colocación de los materiales que ayudaran al tratamiento del agua lluvia, especificando que el modelo del municipio de Girardot al contener más color en las pruebas de laboratorio será fabricado con carbón coque para que ayude a disminuir este contaminante, y el modelo de Ricaurte en su lugar contendrá antracita. (véase en la imagen)
Figura 17. Materiales granulares para la filtración.
Fuente: las autoras
66
Toma de muestras agua cruda y agua tratada en los modelos
Teniendo los modelos construidos y con los materiales de filtración estipulados para cada uno se procede a evaluar el funcionamiento de los prototipos, al comprobar que el agua hace l proceso especificado (véase la imagen), se procede a tomar las muestras del agua cruda sin tratar y luego de tratar el agua cruda se toma la siguiente prueba para ser llevadas al laboratorio y hacerles los respectivos estudios para ver el funcionamiento de los modelos de filtración.
Figura 18. Muestra de agua cruda y agua tratada.
Fuente: autoras
67
6. RESULTADOS
Tabla 11. Resultados de muestra N°2 Zona Rural Ricaurte.
Parámetros establecidos para agua potable según Resolución 2115- 2007
Resultados de los análisis. (agua cruda)
Resultados de los análisis. (agua potable)
Ensayo Valor Resultado Resultado
PH 6,5 – 9 7,46 7,2
Color Aparente
15 30 15 UPC
Turbiedad 2 2,60 1,88 UNT
Cloruros 250 2 5 mg/L
Sulfatos 250 1 2 mg/L
Hierro Total 0,3 0,04 0,02 mg/L
Dureza Total 300 14 32 mg/L
Nitratos 10 0,1 1,0 ml / L N02
Coliformes Totales
0 26000 U.F.C/100ml 0 U.F.C/100ml
Escherichia Coli
0 210 U.F.C/100ml 0 U.F.C/100ml
Fuente: Elaboración propia
68
Tabla 12. Resultados de muestra N°2 Zona Rural Girardot.
Parámetros establecidos para agua potable según Resolución 2115- 2007
Resultados de los análisis. (agua cruda)
Resultados de los análisis. (agua potable)
Ensayo Valor Resultado Resultado
PH 6,5 – 9 7,26 7,2
Color Aparente
15 23 15 UPC
Turbiedad 2 2,10 1,73 UNT
Cloruros 250 2 4 mg/L
Sulfatos 250 1 5 mg/L
Hierro Total 0,3 0,04 0,02 mg/L
Dureza Total 300 20 30 mg/L
Nitratos 10 0,1 1,0 ml / L N02
Coliformes Totales
0 29000 U.F.C/100ml 0 U.F.C/100ml
Escherichia Coli
0 4 U.F.C/100ml 0 U.F.C/100ml
Fuente: Elaboración propia
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7. CONCLUSIONES
Este trabajo de grado tuvo como objetivo el diseño, construcción, instalación y puesta en marcha de dos prototipos de tratamiento de agua lluvia para lograr remover factores contaminantes. Como primera medida procedimos a identificar dos puntos de la provincia del alto magdalena en este caso dos viviendas rurales, una ubicada en el municipio de Girardot Cundinamarca y otra vivienda ubica en el municipio de Ricaurte Cundinamarca al realizar el estudio y análisis en cuanto a la calidad del agua que consumía los habitantes de estos hogares se pudo determinar que estas viviendas no cuentan con el suministro de agua potable y que se abastecen solo de la recolección de agua lluvia. Luego de identificar estos factores se estableció que estos puntos eran los indicados para llevar a cabo la instalación del prototipo y a si mejorar la calidad de vida de los habitantes.
Durante la ejecución y resultados del proyecto se concluye lo siguiente:
1. Los resultados de las pruebas realizadas a las muestras de agua cruda tomadas inicialmente en los puntos escogidos se observa que hay un déficit en la calidad del agua ya que se encontraros agentes contaminantes de origen microbiológico y químico, que alteran el color, turbiedad olor y sabor, esto quiere decir que se necesita un sistema de filtración y remoción de estos factores contaminantes.
2. De acuerdo a las pruebas de laboratorio realizadas y al diagnóstico e investigación de cada factor contaminante encontrados en los resultados, se pudo determinar que el tren de tratamiento seleccionado para el proceso de purificación del agua es por el método de filtración convencional mixta, intercambio iónico y absorción; Compuesto por minerales como el carbón coque, arena sílice y/o carbón coque, necesarios para remover contaminantes evidenciados en el muestreo del agua cruda, sin embargo, también se determinó que el prototipo del municipio de Girardot debería llevar carbón coque en lugar de antracita ya que mostraba niveles más altos de color.
3. El prototipo cuenta con un comportamiento hidráulico de distribución por gravedad lo cual permite que este sistema sea más viable, se puede emplear sin ninguna contraindicación en las viviendas ya que al compararla con otros métodos de distribución este sistema es el más económico al no contar sistema de impulsión ni equipos mecánicos.
70
4. Después de la puesta en marcha del prototipo y a los resultados de las pruebas al agua tratada, se evidencia que el sistema es viable ya que cumple a satisfacción el proceso de remoción de solidos suspendidos, partículas microbiológicas y agentes químicos contaminantes cumpliendo con los parámetros establecidos por la resolución 2115 de 2007, la cual establece los indicadores máximos de las características físico-químicas del agua.
71
8. RECOMENDACIONES
Se recomienda a los usuarios realizar limpieza y mantenimiento de los tanques de recolección y canales de conducción de manera periódica y del sistema de tratamiento del agua mínimo cada 3 meses cambiando los materiales para un mejor resultado y así evitar que estos se colmaten y aumenten los niveles de contaminación microbiológica y baje la eficiencia en el proceso de filtración y remoción de partículas.
Se sugiere que en caso de ver alguna variable en la calidad del fluido quizás por las condiciones de la canal que conduce el mismo al prototipo se hierva agua y se aplique al modelo generando un lavado interno y desinfección de microorganismos que se puedan presentar y dejar reposar un tiempo considerable para ser usado de nuevo.
Se recomienda que para implementar este prototipo en otra vivienda se realice pruebas de pH antes de para determinar este nivel y poder definir si es necesario que se implemente la utilización de la cascara de huevo en el sistema, el cual ayuda a neutralizar los niveles de pH en el agua
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Johana 3102200615
