CAPITULO II : MARCO TEORICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ...

12 CAPITULO II. Marco Teórico

CAPITULO II : MARCO TEORICO

A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.

1.- Software.

Actualmente más del 60 % del mercado de la informática se

encuentra conformado por software. Este concepto engloba a todos aquellos

elementos que intervienen en la educación de la circuitería física de la

máquina o hardware, es decir, mediante un conjunto de ordenes que se le

suministran al computador, el mismo realizará un proceso determinado.

Para construir un ordenador capaz de brindar todas sus

capacidades y posibilidades prácticas es necesario desglosar su

estructuración en tres etapas generales. Inicialmente se debe diseñar una

inteligencia básica que controle las tareas del hardware , como lo es el

sistema operativo ; luego, se suministra un traductor de lenguaje que

permita establecer un diálogo organizado con la máquina ; y finalmente, la

transformación de la máquina en la útil herramienta práctica se completa al

dotar al ordenador del software.

Existen dos grupos principales de software, el primero

denominado Software del Sistema, que se encarga de realizar las funciones

comunes para todos los usuarios de la computadora ( tales como sistemas

operativos, o sistemas manejadores de base de datos ) ; el segundo es el

Software de Aplicación, para aplicaciones particulares del usuario de la

computadora. Freedman (1993. Pg.717)


1.1.- Orígenes del Software.

La necesidad de enfoques sistemáticos para el desarrollo y

mantenimiento de sistemas de computación se patentizó, en la

década de los 60, durante esta aparecieron las llamadas

computadoras de la tercera generación y se desarrollaron técnicas

de programación, como la multiprogramación y el tiempo

compartido. Estas nuevas capacidades aportaron la tecnología

necesaria para el establecimiento de sistemas computacionales

iterativos de multiusuarios, en línea y en tiempo real, así

surgieron nuevas aplicaciones, control de procesos, guías de

investigación , dirección, y control de equipos militares.

Aunque muchos de estos sistemas fueron desarrollados y

producidos adecuadamente, gran parte de los sistemas intentados

nunca se produjeron ; de los productos muchos quedaron sujetos

a sobrecosto, entrega tardía y poca contabilidad por parte de los

usuarios.

Para considerar el creciente problema de la tecnología del

sistema se convoco a una reunión en 1960 de trabajo en

GARNISH, Alemania Oriental ; en esta junta así como en la

siguiente celebrada en Roma (Italia) en 1969, se estimuló el interés

general hacia lo tecnológico y administrativo utilizados en el

desarrollo y mantenimiento de productos de software .

Desde 1968 se ha diversificado la utilización de las

computadoras y se ha hecho muy completa y crítica para la

sociedad moderna ; como resultado de esto, el campo de

ingeniería de productos de programación ha evolucionado para


convertirse en una disciplina tecnológica de considerable

importancia.

De acuerdo con Boehm , la ingeniería del software incluye

“ la aplicación practica del conocimiento científico en el diseño y

construcción de programas para computadoras y la

documentación asociado requerida para desarrollar los

operandos y mantenerlos”. Como lo específica Boehm el termino

“ Diseño” debe ser interpretado ampliamente para incluir

actividades como el análisis de requerimientos y el rediseño

durante la medición de un sistema.

Las metas primordiales de esta disciplina son mejorar la

calidad de estos productos y aumentar la productividad y

satisfacer profesionales de la ingeniería de esta disciplina.

Desde la década de los 70, se ha dirigido cada vez mas

atención a la tecnología del desarrollo del software , los sistemas

de cómputos se multiplican y se hace mas complejos y penetran

con mayor profundidad a la sociedad, de esta forma se evidencia

la necesidad de un enfoque sistemático para el desarrollo del

software, así como para su mantenimiento. (Farley, R. 1987. Pg. 1)

1.2.- Software de Aplicación.

Se encuentra constituido por programas confeccionados por

el usuario en el lenguaje que es capaz de reconocer el traductor.

Un ejemplo de estos son : programas adecuados para realizar

cálculos matemáticos, para gestionar agendas, programas de


juego, o incluso programas más desarrollados, destinados a tareas

mas complejas.

La mayoría de las aplicaciones de los ordenadores no son

creaciones del usuario. La inversión en tiempo o en adquisición de

conocimientos y utilidades para la programación son factores que

llevan al usuario a preferir programas comerciales. Aunque esta

alternativa resulta adecuada cuando se diseñan programas

sencillos, no es generalizable, debido a que la complejidad de las

aplicaciones puede convertir la programación en una tarea

imposible, antieconómica y extensa.

Por esto cuando las aplicaciones alcanzan un elevado nivel

de complejidad, aunado a criterios muy específicos, resulta

conveniente realizar programas ” a medida ”, que se adapten a los

requerimientos determinados de cada problema.

1.2.1.- Categorías del Software de Aplicación.

Existen diversos criterios que se adoptan al momento

de seleccionar un software de aplicación. El primer criterio se

refiere a la distinción entre programas profesionales,

auxiliares y de utilidad. El segundo divide al software en

cinco grupos fundamentales según su aplicación .

1.2.1.1.- Software Vertical y Horizontal.

El software de aplicación se puede dividir en dos

bloques primarios : a) Software vertical, el cual incluye a

los programas y paquetes creados para resolver una


tarea específica. Dentro de estos se tienen a los paquetes

de aplicación diseñados para automatizar la actividad

que rodea al ejercicio de la profesión : médicos,

abogados, arquitectos, etc. ; o para el tratamiento de un

trabajo específico : construcción de la nómina de una

empresa, gestión de la actividades de videoclubs o

automatización de la puesta en práctica de un plan

general en una empresa. En complemento se puede

decir que en la mayoría de las categorías del software de

aplicación predomina el software vertical. b) Software

Horizontal, que encierra a todos aquellos paquetes

capaces de resolver un gran número de aplicaciones

dentro un determinado marco de actividad, y

herramientas de gestión y productividad (tratamiento de

textos, hojas electrónicas, programas para base de datos,

paquetes para la creación de gráficos, programas para el

establecimiento de comunicación externa al sistema,

etc.), donde todos comparten la característica de que el

usuario puede orientarlos a cada necesidad específica,

dentro de las posibilidades que brinde cada paquete.

1.2.1.2.- Software Educativo.

Es aquel conjunto de programas de ordenador cuyo

objetivo fundamental es educar al usuario, ya sea

aportándole nuevos conocimientos (matemáticos,

geografía e idiomas, informáticos o de cualquier otro


tipo), o bien sea entrenando en materias de cualquier

disciplina comúnmente estudiadas por procedimientos

tradicionales. Dentro del software educativo se

diferencian tres tipos de programas con características

comunes : A) Programas de auto-estudio, programas de

apoyo y programas de educación informática. Para el

diseño de programas de auto-estudio, deben

contemplarse tres puntos básicos como : la introducción,

que tiene por objeto ofrecer una aproximación a la

materia estudiada, los objetivos a cubrir en el curso, el

índice de los capítulos que se estudiaran, y el tiempo

aproximado de duración de los mismos. Inmediatamente

después de la introducción se encuentra la exposición

donde el usuario podrá elegir entre algunos de los

capítulos del tema, luego finalmente se cuenta con un

test de control que permitirá al usuario decidir si sus

conocimientos sobre el tema son suficientes por medio

de una serie de interrogatorios y pruebas; B) Programas

de apoyo , son aquel tipo de programas que

complementan la labor de un profesor valiéndose de

ejercicios prácticos referentes a determinados casos de

estudio que puedan presentarse sobre las lecciones

teóricas; C) Programas de educación informática: son

aquellos programas en los cuales el ordenador se utiliza

a sí mismo, tanto para realizar exposiciones teóricas,

como para los ejercicios prácticos, además reunen las


capacidades de los programas de apoyo y de

autoestudio.

1.2.1.3.- Software Científico / Técnico.

Existe una amplia variedad de programas que se

pueden englobar dentro de este tipo de software, pero

para ello es necesario manejar cada tipo de programa

por separado.

• Programa Científico: se caracteriza por ser empleado

para proyectos de desarrollo o investigación en

cualquier disciplina científica, son de poca

comercialización debido a que la complejidad de su

diseño requiere que el propio investigador lo realice,

la calidad estética de sus resultados no es tan

esmerada, se orientan a la obtención de datos

precisos, suelen estar sometidos a contínuas

modificaciones impuestas por resultados parciales del

proyecto y dependen vitalmente de paquetes de

apoyo como lenguajes de alto nivel.

• Programa Técnico: su función consiste en prestar

servicio a especialistas en diversas profesiones, es así

que el gran número y variedad de temas tratados, así

como también la gran cantidad de usuarios

potenciales ha incitado a las compañías fabricantes de

software a generar programas especializados en cada

materia. Esta categoria de programas se divide en dos


tipos: a) programas técnicos de gestión, cuya misión

es interdisciplinaria y servirán para cualquier tipo

técnico, como ejemplo se pueden tomar una base de

datos en la cual un médico mantenga un historial

clínico y que a su vez esta base de datos permita a un

abogado mantener archivo de normas y leyes o

también se pueden citar dentro de este tipo a los

softwares gráficos, generadores de programas, entre

otros; b) programas técnicos específicos: poseen una

utilidad restringida para los profesionales a los que se

dedican, además presentan necesidades de cálculo y

manejo de datos voluminosas o ejemplo de estos se

toman a los programas para el cálculo de estructuras

de edificios, los cuales sólo serán útiles a ingenieros

civiles y arquitectos.

1.2.1.4.- Software de Contabilidad y

Administración.

Es uno de los grupos de aplicaciones que más

ha impulsado la evolución y utilización del

ordenador personal en el ámbito de la empresa:

gestión de la contabilidad, nóminas, almacén, control

de pedidos, libro de vencimientos, entre otros. La

informática saca provecho de la relación entre

administración y contabilidad, siendo la segunda

parte de la primera, conforma el esquema


organizativo de empresas, el cual puede ser adoptado

por la organización informática, de esta manera el

programa central será el encargado de la contabilidad

y como subprogramas se tendrán a aquellos de

carácter administrativo general.

1.2.1.5.- Software de Productividad y Gestión.

Este tipo de software engloba a todas aquellas

herramientas de gestión y productividad tales como:

• Procesadores de Textos: permiten todas las

funciones propias de una máquina de escribir

complementadas con nuevas, poderosas y mejores

posibilidades que facilitan, perfeccionan y

aceleran la confección de textos. Permiten

componer el texto en la pantalla, corregirlo con

total comodidad, borrar o insertar nuevas palabras

y párrafos en cualquier punto del texto editado,

redistribuir los bloques del texto y desde luego

imprimirlo. Es en esta última función donde los

procesadores de textos presentan su mayor

ventaja, puesto que permiten definir formatos de

presentación como texto por página, distribución

de columnas y márgenes, espaciado entre líneas y

párrafos, tipos de letras, etc. Todo este conjunto de

posibilidades se completan con el almacenamiento

de textos para su posterior utilización, para


confeccionar cartas, preparar informes, o crear

documentos con presentaciones especializadas.

• Hojas Electrónicas: son herramientas

imprescindibles para ejecutivos, economistas y en

general para todo aquel grupo de profesionales

que exijan el uso constante de la calculadora y el

papel, estas permiten la creación y análisis de

modelos financieros, simulaciones de hipótesis del

funcionamiento de empresas, cálculos del precio

de productos y un sin fin de actividades que

suelen resolverse proyectando un gran volumen

de cálculos sobre una tabla, con varias casillas,

dibujadas sobre el papel. Cada vez que se altera el

valor de una casilla, es necesario recalcular el

contenido de las restantes casillas afectadas. Es por

ello que un ordenador adecuado con un paquete

de este tipo, es capaz de generar las tablas

adecuadas sobre la pantalla. La intersección de

filas y columnas determina la obtención de celdas

o casillas cuyo contenido estará relacionado entre

sí por fórmulas o expresiones que definirá el

usuario. El cálculo del conjunto de casillas y la

simulación de hipótesis serán funciones del

ordenador.


• Gestión de archivos y Bases de datos: la

organización y tratamiento de todo un repertorio

de datos por medio informáticos se lleva a cabo

mediante paquetes denominados DBMS (Data

Base Managing Systems o Sistemas para el manejo

de Bases de datos). El software destinado a esa

actividad de gestión de datos ofrece al usuario

todo un conjunto de utilidades orientadas a

facilitar la creación de los archivos que integrarán

la base de datos y su posterior manejo. La mayoría

de los programas de este tipo, permiten al usuario

relacionar el contenido de los distintos archivos,

realizar operaciones matemáticas, clasificar los

datos de forma automática y de acuerdo a los

criterios predefinidos en cada caso, realizar

búsquedas selectivas de información, obtener

reportes impresos del contenido de los archivos en

el formato que el usuario establezca.

• Paquetes Gráficos: constituye uno de los paquetes

de aplicación de mayor preferencia entre

profesionales y usuarios en general en el área de

gestión. Este software gráfico permite la entrada

de la imagen en las actividades de gestión

sustituyendo a los informes económicos con cifras

y gráficos como curvas, histogramas, círculos de


fracciones, etc.; estos paquetes permiten el análisis

visual de los datos y resultados, mostrando las

tendencias que pueden derivar de cada situación

estudiada, permiten además que el usuario escoja

entre varias alternativas de presentación. Suelen

estar asociados con hojas electrónicas, de esta

forma los resultados de estas se ofrecen al usuario

a través de imágenes simuladas.

2.- Generalidades sobre los Sistemas para el Tratamiento de

Aguas Residuales.

2.1.- Aguas Residuales.

Toda comunidad genera residuos tanto sólidos como

líquidos, la fracción liquida de los mismos (Aguas Residuales) es el

agua que se desprende de la comunidad una vez que ha sido

contaminada durante los diferentes usos para los cuales ha sido

empleada. El Agua Residual la podemos definir como la

combinación de los residuos líquidos, o aguas portadoras de

residuos procedentes tanto de residencias, como de instituciones

públicas y establecimientos industriales y comerciales , a los que

pueden agregase eventualmente aguas subterráneas, superficiales

y pluviales. Mecalf & Eddy (1995)


2.2.- Características de las Aguas Residuales.

La expresión de las características de las Aguas Residuales,

puede hacerse de muchas maneras, dependiendo del propósito

especifico de la caracterización. Conocer las características de las

Aguas Residuales se constituye como elemento esencial para el

diseño, proyecto de funcionamiento y mantenimiento de la misma.

Mecalf & Eddy (1995).Los constituyentes básicos del agua son :

físicos, químicos y biológicos. (Ver Tabla 1)

2.3.- Tratamiento de las Aguas Residuales : Una Necesidad.

La disposición de los despojos resultantes de las actividades

desarrolladas por el hombre, en los cuerpos de agua (ríos,

corrientes subterráneas, lagos y mares), los cuales son incapaces

por sí mismos de autodepurarse ante grandes volúmenes de

contaminación, no pueden absorber y neutralizar la carga residual

que tales descargas imponen en ellos. Por esa razón estas masas

receptoras, han venido perdiendo sus condiciones naturales de

apariencia física y su capacidad para sustentar una vida acuática

adecuada, que responda al equilibrio ecológico que de ellos se

espera.

Dadas estas condiciones los despojos líquidos producidos por

el hombre, antes de ser vertidos en las masas receptoras, deben

recibir un tratamiento adecuado, capaz de modificar sus

condiciones físicas, químicas y microbiológicas, para evitar


CARACTERISTICAS PROCEDENCIA FISICAS Color Olor Sólidos Temperatura

Aguas residuales domesticas e industriales, degradación natural de materia orgánica. Agua residual en descomposición , residuos industriales. Agua de suministro , aguas residuales domesticas e industriales, erosión del suelo, infiltración y conexiones incontroladas. Aguas residuales domesticas e industriales.

QUIMICAS Orgánicos: Carbohidratos Grasas animales, aceites y grasa. Pesticidas Fenoles Proteínas Contaminantes prioritarios Agentes tensoactivos Compuestos orgánicos volátiles Otros Inorgánicos: Alcalinidad Cloruros Metales pesados Nitrógeno PH Fósforo Contaminantes prioritarios Azufre Gases: Sulfuro de hidrogeno Metano Oxigeno

Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Residuos agrícolas Vertidos industriales Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Degradación natural de materia orgánica. Aguas residuales domesticas, agua de suministro, infiltración de agua subterránea. Aguas residuales domesticas, agua de suministro, infiltración de agua subterránea. Vertidos industriales. Residuos agrícolas y aguas residuales domesticas. Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales, aguas de escorrenia. Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Agua de suministro, aguas residuales domesticas, industriales y comerciales. Descomposición de residuos domésticos. Descomposición de residuos domésticos. Aguas de suministro, infiltración de agua superficial.

BIOLOGICOS Animales Plantas Protistas: Eubacterias Arqueobacterias Virus

Cursos de agua y plantas de tratamiento . Cursos de agua y plantas de tratamiento Aguas residuales domesticas, infiltración de agua superficial, plantas de tratamiento. Aguas residuales domesticas, infiltración de agua superficial, plantas de tratamiento. Aguas residuales domesticas.

Tabla 1.- Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y sus procedencias. Mecalf & Eddy (1995)


que su disposición provoque los problemas enunciados de

polución y contaminación de las aguas de recibimiento.

2.4.- Principios del Tratamiento de Aguas Residuales.

De acuerdo a la definición dada por la federación para el

control de la polución del agua (WPCF), las plantas de tratamiento

de aguas residuales deben ser diseñadas, construidas y operadas

con el objeto de convertir el líquido cloacal proveniente del uso de

las aguas de abastecimiento, en un afluente final aceptable; y

disponer adecuadamente de los sólidos ofensivos que

necesariamente son separados durante el proceso.

El tratamiento de las aguas residuales es una combinación de

operaciones unitarias, procesos biológicos y químicos. Se conocen

como operaciones unitarias aquellos métodos de tratamiento en

los que predominan los fenómenos físicos, mientras que en los

procesos unitarios se desarrollan actividades microbianas y

químicas.

Las apariciones y procesos unitarios se agrupan entre si para

constituir los llamados tratamientos primarios, secundarios y

terciarios.

El tratamiento primario contempla el uso de operaciones

físicas tales como sedimentación y el desbasto para eliminación de

los sólidos sedimentables y flotantes presentes en el agua. En el

tratamiento secundario se dan procesos biológicos y químicos los

que se emplean para eliminar la mayor parte de la materia

orgánica.


En el tratamiento terciario se emplean combinaciones

adicionales de los procesos y operaciones unitarias con el fin de

eliminar otros componentes tales como el nitrógeno y el fósforo.

• Operaciones Físicas Unitarias

Se conocen como operaciones físicas unitarias las llevada

a cabo en el tratamiento de las aguas residuales, en las que

los cambios en la característica y propiedades del agua se

realizan mediante la aplicación de las fuerzas físicas. El

origen de estas operaciones se encuentran en la

observación directa de fenómenos que ocurren en la

naturaleza, constituyen los primeros métodos de

tratamiento utilizados por el hombre. Las operaciones

físicas unitarias mas comúnmente empleadas en el

tratamiento de las aguas residuales las observamos en la

Tabla 2.

• Procesos Químicos Unitarios

Los procesos empleados en el tratamiento de las aguas

residuales en los que las transformaciones se producen

mediante reacciones químicas reciben el nombre de

procesos químicos unitarios. Estos procesos químicos

unitarios se llevan a cabo en combinaciones con las

operaciones físicas unitarias y los procesos biológicos

unitarios. (Ver Tabla 3)


OPERACION APLICACIÓN Medición del caudal Control y aplicación de procesos, informe de descargas. Desbaste Eliminación de sólidos gruesos y sedimentables por

intersección (retención en superficie) Dilaceración Trituración de sólidos gruesos hasta conseguir un tamaño mas

o menos uniforme. Homogeneización del caudal Homogeneización del caudal y de las cargas de DBO y de

sólidos en suspensión. Mezclado Mezclado de productos químicos y gases con el agua residual,

mantenimiento de los sólidos en suspensión. Floculación Provoca la agregación de pequeñas partículas aumentando el

tamaño de las mismas, para mejorar su eliminación o sedimentación por gravedad.

Sedimentación Eliminación de sólidos sedimentables y espesado de fangos. Flotación Eliminación de sólidos en suspensión finamente divididos y de

partículas con densidades cercanas a las del agua . También espesa los fangos biológicos.

Filtración Eliminación de los sólidos en suspensión residuales presentes después del tratamiento químico o biológico.

Microtamizado Mismas funciones que la filtración. También la eliminación de las algas de los afluentes de las lagunas de estabilización .

Transferencia de gases Adición y eliminación d gases. Volatilización y arrastre de gases Emisión de compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles del

agua residual.

Tabla 2.- Operaciones físicas unitarias comúnmente empleadas Mecalf &

Eddy (1995)

• Procesos Biológicos Unitarios

Los procesos biológicos se dan gracias a la acción de una

variedad de microorganismos que se utilizan para

descomponer la materia orgánica biodegradable. A través

de reacciones de catabolismos y anabolismos o síntesis

celular, se oxidan o mineralizan los compuestos orgánicos

y se produce biomasa. La retención de biomasa y la

evaporación de los productos permite efectuar el

tratamiento de las aguas.


Es importante señalar que parte de la materia orgánica

biodegradable se convierte en tejido celular , el cual tiene

un peso específico ligeramente superior a la del agua.

Mecalf & Eddy (1995)

PROCESO APLICACIÓN Precipitación química Eliminación de fósforo y mejora de la eliminación de sólidos en

suspensión en las instalaciones de sedimentación primaria empleadas en tratamientos físicos químicos.

Adsorción Eliminación de materia orgánica no eliminada con métodos convencionales de tratamiento químico y biológico. También se emplea para declorar el agua residual antes de su vertido final.

Desinfección Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades (puede realizarse de diversas maneras)

Desinfección con cloro Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades. El cloro es el producto químico mas utilizado.

Decoloración Eliminación de cloro combinado residual total remanente después de la cloración(puede realizarse de diversas maneras)

Desinfección con dióxido de cloro Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.

Desinfección con cloruro de bromo

Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.

Desinfección con ozono Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.

Desinfección con luz ultravioleta Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.

Otros Para alcanzar objetivos específicos en el tratamiento de las aguas residuales, se pueden emplear otros compuestos químicos.

Tabla 3.- Procesos químicos y sus principales aplicaciones Mecalf &

Eddy (1995)


2.5.- Sistemas Utilizados en el Tratamiento de Aguas

Residuales.

A través del tiempo se han desarrollado diversos sistemas en

los cuales se dan procesos y operaciones que tienen por finalidad

el tratamiento de las aguas residuales, logrando una depuración

del alto contenido de polutantes en estas, en esta parte

estudiaremos cuatro de ellos.

2.5.1.- Lagunas de Estabilización

Las Lagunas de estabilización han sido utilizadas para el

tratamiento de aguas residuales por mas de 3000 años . Las

lagunas de estabilización constituyen un sistema practico y

económico, para resolver el problema de tratamiento y

disposición de las aguas residuales, es apropiado tanto para

industrias como poblaciones pequeñas y ciudades grandes. Se

define como una estructura diseñada para detener las aguas

residuales un periodo de tiempo, con un embalse de poca

profundidad donde se realizan y controlan los procesos

naturales de degradación de la materia orgánica

biodegradable.

Las lagunas de estabilización constituyen un ecosistema

acuático en el cual la abundancia de la materia orgánica,

desplaza el equilibrio que habría en una laguna de agua

limpia, todos los componentes de un ecosistema desarrollan

actividades encaminadas a la estabilización de la materia

orgánica.


2.5.1.1.- Factores que Afectan el Tratamiento en las

Lagunas de Estabilización.

Las lagunas de estabilización contienen

principalmente algas y bacterias en suspensión. El

oxigeno liberado por las algas. A través del metabolismo

fotosintético, es usado por las bacterias en la

descomposición aeróbica de la materia orgánica. A la vez

los nutrientes y el dióxido de carbono producido por la

actividad bacterial son usados por las algas. Otros

organismos, como los rotíferos y los protozoarios tienen

como función depurar el efluente. Todos los estudios

tendientes a verificar el comportamiento que siguen

estos microorganismos cuando el tratamiento de aguas

residuales es realizado por lagunas de estabilización

han considerado como factores de influencia los

siguientes :

• Fotosintesis. Según la IAWQ (International

Association on Water Quality) el ciclo simbiótico del

oxigeno fotosintético está dado de la siguiente

manera. La materia orgánica del agua residual es

oxidada por las bacterias heterotróficas, utilizando el

oxigeno producido por las algas. Las algas, utilizando

energía solar, con el CO2 y el amoniaco producido por

las bacterias, sintetizan la materia orgánica y

producen oxigeno. La radiación solar provee haz de


luz de longitud de onda corta para la fotosíntesis

algal.

• Oxígeno disuelto. La actividad fotosintética intensa

en las horas diurnas y se realiza en las

concentraciones de oxigeno disuelto en la laguna,

dependiendo de cada laguna; por ejemplo: en una

laguna facultativa la capa superficial oxigenada

presenta una variación diurna de OD y puede que el

oxigeno disminuya notablemente durante la noche,

pero también puede ocurrir que se observen sobre

saturaciones de OD durante el día. En las lagunas

facultativas la capa superficial actúa como barrera

contra el agua anaerobia del fondo con contenido de

H2S y CH 4. .

• pH. La actividad fotosintética demanda un consumo

grande de CO2 por las algas. Además, el uso factible

de carbono, a partir del ion bicarbonato y la

producción de ion OH, hace que se obtengan periodos

altos de pH en las lagunas facultativas. El desarrollo

de un pH demasiado alto hace que la actividad

bacterial disminuya. El pH afecta, la mortalidad

bacterial en lagunas de estabilización, Person, H

(1995) indica que la mortalidad es mayor a pH mayor

de 8.5.


• Radiación solar. Es la radiación total de luz directa,

difusa o dispersa, recibida sobre una superficie

horizontal, por dias. Se expresa en caloría por

centímetro cuadrado por día, cal/cm2d.

• Profundidad. La profundidad es un factor que

determina el tipo de laguna. También controla al

crecimiento de vegetación indeseable, en la mayoría

de los casos las lagunas tienen profundidades

mayores de un metro, la intensidad de la mezcla es

función de la profundidad cuando ésta es menor el

viento provee mayor mezcla, también afecta la

temperatura del agua residual.

• Temperatura. La actividad bacterial, a temperaturas

menores que la optima aumenta, y se retarda a

temperaturas mayores. La tasa de incremento

microbial se duplica para un incremento de 10 °C

hasta una temperatura de 35°C. Los microorganismos

de agua fría, viven a temperatura de 0 a 10°C. Los

organismos mesofilicos viven a temperaturas de 10 a

40 °C y los organismos de aguas cálidas termofilicos

viven en temperaturas de 40 a 70 °C.

• Nutrientes. Los nutrientes esenciales para el

crecimiento algal, además del carbono, se mencionan

generalmente al nitrógeno, fósforo, calcio y al

magnesio.


• Tiempo de retención. El tiempo de retención es el

parámetro más importante en la determinación de la

remoción de coliformes fecales en una laguna,

también puede determinar los volúmenes de las

lagunas.

• Sedimentación de lodos. La cantidad de lodos

acumulados por sedimentación es muy variable,

dependiendo principalmente de la cantidad de un

material sedimentable del efluente y de la tasa de

descomposición del residuo sedimentado.

• Infiltración y evaporación. Al iniciar a funcionar el

sistema de laguna y no existe una adecuada

impermeabilización la infiltración puede ser

considerable, sin embargo dicha infiltración se va

reduciendo con el tiempo gracias a la sedimentación

de lodos, algas y bacterias. En suelos porosos las

lagunas pueden sellarse en unos tres meses, la

evaporación generalmente es despreciada.

• Vientos. La mezcla de las aguas de una laguna de

estabilización depende de varios factores, entre ellos el

viento. La energía del viento disipada en mezcla es

función de la extensión superficial de la laguna; por

ello, las lagunas grandes tienden a tener mejor

mezclas que las pequeñas.

• Geometría de la laguna. La forma de una laguna de

estabilización depende básicamente de la topografía.


Las lagunas pueden tener cualquier forma geométrica,

pero se prefieren estanques con bordes uniformes

continuos que impidan el estancamiento del agua y la

formación del corto circuito.

• Sulfuros. La existencia de compuestos de azufre, en el

agua residual afluente, afecta la biota de las lagunas

de estabilización como a cualquier proceso biológico

al promover un cambio de las algas verdes por algas

azul verdosas.

2.5.1.2.- Ventajas y Desventajas de las Lagunas de

Estabilización.

La estabilización de las aguas residuales mediante

el sistema de lagunas de estabilización presenta algunas

ventajas y desventajas:

Ventajas

• Poco costo.

• Fácil mantenimiento y operación.

• Absorben las variaciones en la concentración y el

flujo.

• Permite el tratamiento de desechos y

concentrados

Desventajas

• Area superficial grande.

• Concentraciones elevadas de organismos en el

efluente .


• Peligro potencial para la salud publica y estética

en condiciones poco cuidadosas de operación.

• Posibilidad de contaminación de agua

subterránea.

• Acumulación excesiva de lodo.

• Cuando se acumulan nutrientes se puede

presentar superpoblación de algas.

2.5.1.3.- Tipos de Lagunas de Estabilización.

La clasificación de las lagunas de estabilización

es efectuada o determinada dependiendo del

comportamiento biológico que en ellas opera. O también

se pueden clasificar de acuerdo al grado de tratamiento

que reciben las aguas residuales cuando son descargadas

al sistema.

• Lagunas anaerobias

Las lagunas anaerobias son lagunas con cargas

orgánicas tan altas que no poseen zonas aeróbicas,

excepto en su superficie, típicamente son usadas como

lagunas primarias para aguas residuales domesticas y

municipales así como para tratamientos de aguas

industriales con DBO mayor de 1000 mg/litro.

La profundidad de este tipo de laguna es de 2.5

a 5 metros y su diseño es prácticamente empírico, los


procesos que se dan en esta laguna son fermentación lo

cual se lleva acabo en dos etapas:

a.- En la primera etapa un grupo de bacterias

heterotrófas facultativas, que reducen la materia

orgánica, las grasas y las proteínas a ácidos orgánicos,

ácidos grasos, aldehidos, alcoholes ,etc.

b.- En la segunda etapa otro grupo de bacterias,

que son productoras de metano, dióxido de carbono e

hidrogeno.

Una laguna anaerobia donde exista equilibrio

entre la fase ácida, producción de ácidos grasos y la fase

básica, producción de metano, no da origen a malos

olores por la producción de sulfuros. El problema surge

cuando se acumulan ácidos orgánicos en el sistema , se

inhibe la producción de metano y se favorece la

reducción de sulfuros. En las figuras 1 y 2 se representan

esquemáticamente los procesos que ocurren en las

lagunas anaerobias.

• Lagunas facultativas.

Las lagunas facultativas constituyen el tipo mas

común y popular de lagunas de estabilización. Es un

sistema que esta constituido en dos zonas aeróbicas y la

otra anaerobia, esto debido a la demanda de oxigeno o

las estratificaciones térmicas.


En las partes altas de las lagunas encontramos

una capa aeróbica, la cual es alimentada o suplida de

oxigeno por la fotosíntesis y la oxigenación de la

atmósfera, una zona anaerobia en el fondo donde se

remueve la DBO por sedimentación de la materia

orgánica en suspensión. En la parte superior de la laguna

cesan algas que sobresaturan el agua de oxigeno, la DBO

remanente es convertida en alga. En la figura

3 podemos observar el esquema de una laguna

facultativa.

• Lagunas de maduración .

Son lagunas utilizadas comúnmente en serie

(una a continuación de otra), generalmente después de

una plante de tratamiento primaria para proveer una

clarificación adicional y proveer una desinfección al

agua tratada mediante la destrucción de patógenos,

virus, parásitos y demás organismos perjudiciales. Las

lagunas de estabilización en serie provee un medio de

remoción natural de organismos coliformes fecales para

satisfacer el propósito de desinfectar las aguas

residuales.


1era etapa 2da etapa

Materia orgánica

particulada

Materia orgánica disuelta

Enzimas extra celulares

Bacterias formadoras de ácidos

Biomasa Biomasa

Bacterias del metano

Acidos organicos

Alcoholes, H2, CO2

CH4+CO2+H2O+H2S

DESCOMPOSICION BENTAL (LODOS)

LUZ SOLAR

Materia orgánica

Nitrógeno

Metano Hidrogeno

CO2

Bacterias anaerobias primarias Sulfuros,

Amoniaco, Acidos CO2

organicos y grasos

Organismos fotosintéticosmuy escasos

Bacterias anaerobiassecundarias

Bacterias formadorasde ácidos

Bacterias formadorasde metano

Materia orgánica

Acidos orgánicos

CH4 +CO2

Figura 1.- Diagrama elemental del proceso en Laguna Anaerobia. Cubillos ( 1983)

Figura 2.- Esquema de Laguna Anaerobia. Cubillos (1983).

Biomasa Biomasa


2.5.1.4.- Principios de diseño de las lagunas de

estabilización.

Según Romero(1994), la selección de lagunas de

estabilización como sistemas de tratamiento de aguas

residuales domesticas e industriales se hacen en base a

los siguientes diseños:

• El dinero disponible para el tratamiento de aguas

residuales es escaso, por lo tanto las obras de control

de polución deben satisfacer los requerimientos de

tratamiento a un costo de operación y mantenimiento.

• Las lagunas de estabilización constituyen el proceso

de tratamiento biológico más confiable por su

resistencia máxima a cargar choques de materiales

orgánicos y tóxicos, por su sensibilidad mínima a la

operación interminable y por que requieren

una destreza operativa ínfima.

• Las lagunas en serie permiten diseños más eficientes y

por lo tanto mas económicos.

• Las lagunas primarias tienen como propósito básico la

remoción de DBO, coliformes fecales y sólidos

suspendidos.

• Las lagunas secundarias tienen como función

primordial la remoción de DBO y coliformes fecales.

• Las lagunas terciarias y posteriores proveen remoción

neutral de coliformes.


AGUA CO2 Nutrientes y Amoniaco

Alcalinidad H2S Metano

BACTERIAS ANAEROBICAS DEL METANO

Acidos Orgánicos

y Alcoholes

Bacterias anaerobias,

utilización de M.O y Nutrientes

Materia orgánica y

Nutrientes

Células muertas

ANAEROBICO

Materia orgánica y

Nutrientes

Bacterias aeróbicas, utilización de

M.O y Nutrientes

CO2Oxigeno

ALGAS

Superficie lagunaAeróbica

Anaerobia

Viento (Promueve mezcla y reareación)

Luz solar

O2CO2

H2S si no hay suficiente oxigeno

NH3 PO4

Mas algas

Oxidación M.O. + Bacterias

H2S+2O2

H2SO4

NH3 PO4

Afluente Agua Residual

Sólidos sedimentablesOxipausa

AEROBICO

Figura 3.- Proceso de Tratamiento en una Laguna Facultativa. Romero (1994)


2.5.1.5.- Criterios para el Diseño de Lagunas de

Estabilización.

La forma de diseñar y clasificar lagunas de

estabilización es muy variable y diferente. La mayoría de

los países han establecido criterios de diseños en base a

cargas orgánicas superficiales, cargas orgánicas

volumétricas y/o tiempos de retención, con el objeto

principal de asegurar un efluente tratado. Tomando en

cuenta la gran cantidad de criterios que existen, es

prácticamente imposible seleccionar un único o mejor

modelo para predecir las características obtenibles en un

efluente de lagunas de estabilización.

2.5.2.- Reactores UASB (UpFlow Anaerobic Sludge Blanket

o Reactor de Manto de Lodo de Flujo Ascendente)

En este reactor el agua a tratar es introducida por el

fondo del reactor a través de unas boquillas uniformemente

distribuidas; este sistema esta basado en la tendencia que

tienen las bacterias anaerobias de formar flóculos o gránulos

de biomasa que pueden ser retenidos dentro del reactor por

un dispositivo llamado separador gas – líquido – sólido,

colocado en la parte superior del reactor. Este dispositivo

tiene como objetivo separar el gas del liquido mezclado y

proporcionar una zona quieta en la parte mas alta. Con

algunos tipos de agua residual, la biomasa activa evoluciona


para formar un lodo granular con excelentes propiedades de

sedimentación que precipita dentro del reactor formando un

lecho de lodo . (Ver Figura 4)

2.5.2.1.- Factores que afectan un Reactor UASB.

De acuerdo con Hulsholf (1982) entre los

factores que afectan un Reactor UASB se pueden

mencionar:

• Temperatura. La temperatura es un factor importante

ya que las bacterias metanogénicas son sensitivas a

los cambios de temperatura, según estudios se

determinó que la granulación es más rápida bajo

condiciones termofílicas por lo que se recomienda

E

E

I

Figura 4.- Reactores de Manto de Flujo Ascendente (UASB) (a)Reactor UASB Cilíndrico, (b)Reactor UASB Rectangular. Hulsholf (1982)

(a) (b)

Lodo Granular


realizar el proceso bajo condiciones termofilícas o

mesofílicas.

• pH. El pH optimo de operación es 7.0 valores de pH

menores de 6 y pH mayores de 7.5 son dañinos para

las bacterias metanogénicas hasta tal punto que

pueden suspender sus actividades metabólicas

temporalmente.

• Nutrientes. La composición del agua residual juega

un papel importante en la granulación del proceso

por lo que se requiere que los nutrientes tales como

nitrógeno, fósforo, azufre, así como también trazas

de otros elementos deben estar en suficientes

cantidades y en forma disponible. Dado que los

organismos anaerobios producen menor biomasa que

los aeróbicos que requieren por lo tanto cantidades

menores de nutrientes para su buena producción.

• Velocidad relativa del agua. El efecto de la

distribución del afluente y la producción de biogas

pueden proveer una buena condición de mezclado,

para un adecuado contacto entre el sustrato y la

biomasa, lo que ayuda a la granulación del lodo. La

velocidad ascendente juega un papel importante en el

régimen de mezclado, la producción de gas en los

reactores domésticos es baja por lo que la velocidad


ascendente demasiado alta no puede ser usada en el

reactor se recomienda un promedio de diseño menor.

• Turbulencia. La turbulencia durante el arranque del

reactor se ha encontrado que no es benéfica para el

proceso pues impide la agrupación de las bacterias.

• Tipo de semilla utilizada en el arranque. Lo mas

indicado para el arranque de un reactor anaerobio es

cuando se tiene una semilla adaptada al tipo de

sustrato y con buenas condiciones de

sedimentabilidad. Cuando este no es el caso se puede

usar como semilla de lodos provenientes de otros

procesos anaerobios.

2.5.2.2.- Diseño de Reactores UASB.

Según diversos investigadores, el diseño de los

procesos anaerobios se encuentra en este momento en un

periodo de desarrollo, pues existen una serie de

fenómenos fundamentales para el comportamiento de

dichos procesos que son conocidos a cabalidad (los

fenómenos de granulación y floculación en los procesos

UASB, o los mecanismos de desarrollo de las películas

biológicas, el comportamiento de las diferentes

fracciones del sustrato en el reactor y su

biodegradabilidad anaerobia, las diferentes etapas que

pueden controlar el proceso, etc.) de tal forma que se

hace muy difícil el desarrollo de modelos matemáticos


conceptuales que definan parámetros de diseños

seguros. Sin embargo, existen conceptos básicos de

ingeniería deducidos de las ciencias fundamentales que

dan criterios al ingeniero para la definición de los

diseños.

Existen dos aproximaciones básicas al diseño de

reactores UASB para el tratamiento de las aguas

residuales.

La aproximación empírica en la cual se sintetizan

años de experiencia en determinadas cifras sobre la

carga que aceptan los procesos y con la cual se espera

que se logre un determinado porcentaje de remoción.

La aproximación conceptual en la cual se pretende

simular el proceso en cuestión de tal manera que se

pueda predecir el comportamiento del mismo y por lo

tanto predecir de igual forma el grado de purificación

resultante. Orozco (1986)

2.5.2.3.- Procedimiento a Seguir para el Diseño de

Reactores UASB.

El procedimiento ordenado que propone Orozco

(1986) para el diseño de reactores anaerobios es:

• Análisis del agua a tratar: examinar con detenimiento

la composición básica en cuanto a:

− Sólidos: cantidad, tipo, biodegradabilidad anaerobia,

etc.


− Presencia de carbohidratos, proteínas, lípidos ,etc.

− Evaluar la existencia de nutrientes y micronutrientes.

− Investigar la presión de sustancias tóxicas.

− Evaluar la variabilidad de la composición, el pH, la

alcalinidad, la fortaleza orgánica, los caudales a

tratar,etc.

• Definir objetivos del tratamiento.

• Decidir en caso de usar la aproximación empírica la

carga volumétrica a usar.

• Corregir la carga volumétrica a las condiciones de

temperaturas reales.

• Aplicar normas de diseño.

• Efectuar el arranque.

• Hacer seguimiento de las operaciones del sistema.

2.5.2.4.- Criterios para el Diseño de Reactores UASB .

Como fue expresado anteriormente se requiere

seguir una secuencia lógica para lograr el diseño de un

reactor UASB, de tal manera que cumpla con los

objetivos propuestos. El diseño de los reactores

anaerobios UASB se basa en la carga orgánica

volumétrica (COV) dado como kg DQO/m3 día.

Preferencialmente debería basarse en la carga orgánica

(Lo), dada en kg DQO/kg SSV día, pero la dificultad de

asumir los SSV representativos ha limitado su uso.


En general, en el diseño de un proceso de

tratamiento que involucre un reactor UASB se deben

tener muy presente los siguientes elementos físicos.

• Dimensiones del reactor.

• Sistema de alimentación.

• Separador de alimentación.

• Prevención SGS.

• Prevención a la corrosión.

Orozco (1986)

B.- REVISION DE LA LITERATURA

T.S.U. Endrina Oroño , año 1996. Trabajo especial de

grado. “Implementación de un Software que Realice el Calculo de

Iluminación Mediante los Métodos de Cavidad Zonal y Punto por Punto”,

se llego a la conclusión : “ por medio del software “ se permitió abreviar el

tiempo en la elaboración del calculo de iluminación de los métodos Cavidad

Zonal y Punto por Punto, y a la vez los resultados son obtenidos de forma

rápida y exacta ”.

T.S.U. Andreina Gil, año 1997. Trabajo especial de grado. “Desarrollo

de un Sistema Computarizado que Permita Integrar las Funciones de Planes

y Beneficios la Superintendencia de Servicios al Personal”, se llego a la

siguiente conclusión : “El uso del sistema propuesto es indispensable para la

disminución del numero de Horas-Hombres necesarias para procesar las

solicitudes y darle finiquito a los casos, así como para mejorar el control de

la información manejada por el personal de la superintendencia”.


Ambas investigaciones se relacionan con el estudio presentado, en los

aspectos de demostrar que : El uso de Software o Sistemas Computarizados

en cualquier tipo de actividad donde se lleve a cabo, es factible para el

ahorro de tiempo y dinero, en la búsqueda de una respuesta rápida,

confiable y exacta.

C.- DEFINICION DE TÉRMINOS BÁSICOS. ACUITRATAMIENTO: Tratamiento del agua.

AEROBIO : Organismo que necesita oxigeno para vivir.

ANAEROBIO : Microorganismo capaz de vivir sin presencia de oxigeno

libre ; el cual obtiene a partir de la descomposición de diversos compuestos

orgánicos.

APLICACIÓN : Sinónimo de programa de aplicación o paquete de software.

Ej. Procesadores de texto, Hojas de calculo, etc.. A menudo se refiere al

programa que se esta ejecutando y a los archivos con los que trabaja.

AUTOMATIZACIÓN : Proceso llevado y asistido por una maquina o

programa de aplicación.

BASIC : (Beginners All purpose Simbolic Instruction Code). Código de

instrucciones simbólicas de uso general para principiantes. Lenguaje de Alto

nivel, muy popular, sencillo en su manejo y fácil de enseñar y aprender.


COMPUTADOR : Calculador electrónico de elevada potencia, equipado de

memorias de gran capacidad y aparatos periféricos, que permiten solucionar

con rapidez y sin intervención humana, durante el desarrollo del proceso,

problemas lógicos -aritméticos muy complejos.

DATOS : Unidad lógica de información que junto con muchas otras, se

suministra a un equipo, para resolución de una aplicación. nivel, muy

popular, sencillo en su manejo y fácil de enseñar y aprender.

DIMENSIONAMIENTO : Presentación de las medidas de un objeto por

medio de un programa.

GENERAR : Crear o producir información mediante una maquina .

INFORMACION : Datos procesados por computador y producidos como

salida en una forma que tenga sentido para el usuario.

LAGUNA AEROBIA : Estanque de depuración de aguas residuales basada

en la degradación de la materia orgánica por bacterias aerobias.

LAGUNA ANAEROBIA : Estanque de depuración de aguas residuales

basada en la fermentación y otros procesos a ausencia de oxigeno.


LAGUNA DE ESTABILIZACION : Estanque de depuración de aguas

residuales basada en la actividad de organismos fotosintéticos y donde se

mineraliza la materia orgánica.

LAGUNA FACULTATIVA : Estanque de depuración de aguas residuales

basada en el funcionamiento de su parte superior como laguna aerobia, y su

parte inferior como laguna anaerobia.

LENGUAJE DE PROGRAMACION : Sistema de signos y símbolos que

mediante un conjunto de reglas permite la construcción de programas con

los que la computadora puede operar ; los hay de Bajo nivel y de Alto nivel.

MENU : Lista de opciones desplegadas en pantalla, las cuales pueden ser

seleccionadas por el usuario en un momento determinado.

MICROORGANISMOS : Nombre genérico de los seres unicelulares,

microscópicos, que nacen y se desarrollan en el agua y en toda clase de

organismos, ya sean vegetales o animales.

PROCESO AEROBIO : Proceso que contiene oxigeno molecular.

PROCESO ANAEROBICO : Proceso que se desarrolla sin uso de oxigeno o

con escasa cantidad de el.


SOFTWARE : Instrucciones para una computadora, correspondiente a un

algoritmo escrito en cualquier lenguaje de programación, con las que se

pueden realizar un trabajo necesario determinados mediante la ejecución de

tales instrucciones ; las categorías principales son : Software de Sistema y

Software de Aplicación.

SOFTWARE DE APLICACIÓN : Conjunto de programas escritos en

cualquier lenguaje de programación que sirven para resolver, mediante la

computadora los problemas de una aplicación determinada.

TRATAMIENTO DEL AGUA : Procedimiento para convertir el agua, en

agua potable o agua utilizable en algunas actividades, como la industria o

agricultura, entre otras.

VISUAL BASIC : Lenguaje de alto nivel, que permite el desarrollo de

programas de una manera muy sencilla y en un entorno visual de fácil uso.

D.- SISTEMA DE VARIABLES.

1.- SOFTWARE .


Definición conceptual . Es un conjunto de instrucciones para una

computadora, correspondiente a un algoritmo escrito en cualquier lenguaje

de programación, con las que se puede realizar un trabajo necesario

determinado mediante la ejecución de tales instrucciones ; las categorías

principales son : Software de Sistema y Software de Aplicación.

Definición operacional . En el caso de esta investigación,

operacionalmente el Software de Aplicación va a ser un conjunto de

instrucciones previamente determinadas, escritas en el lenguaje de

programación Visual BASIC, que le va a permitir al usuario encargado de

operarlo, determinar las dimensiones de los Sistemas para el Tratamiento de

Aguas Residuales.

2.- PROCESO DE DIMENSIONAMIENTO .

Definición conceptual . Conceptualmente, dimensionar es representar

las medidas de un objeto por medio de un programa

Definición operacional . Operacionalmente, el software que se

presenta en el estudio , se encargara del proceso de dimensionar las

medidas mas pertinentes en la construcción de Lagunas de Estabilización y

Reactores Anaerobicos UASB.

3.- TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E

INDUSTRIALES.


Definición conceptual . Son sistemas en los cuales se dan procesos y

operaciones que tienen por finalidad el tratamiento de las aguas residuales,

logrando una depuración del alto contenido de poluentes en estas.

Definición operacional . Son los sistemas que para su construcción se

guían por una serie de variables que son estudiadas previamente ; luego

estas variables se introducen en el Software y este da las dimensiones mas

adecuadas, para su construcción , para lograr depurar el contenido de

poluentes presentes en el agua residual.

CAPITULO II : MARCO TEORICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ...

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