Estudio de Caudales en Dos Urbanizaciones
-
Upload
javid-diaz -
Category
Documents
-
view
12 -
download
0
description
Transcript of Estudio de Caudales en Dos Urbanizaciones
-
UNIVERSIDAD DE COSTA RICA
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
Determinacin de las Diferentes Componentes del Caudal de Aguas Residuales y Factor de Retorno para Dos Urbanizaciones del rea
Metropolitana de San Jos
Informe de Trabajo de Graduacin para obtener el grado de Licenciado
en Ingeniera Civil
Elaborado por:
Randall Hernndez Mora
Diciembre del 2002
-
Miembros del Comit de Evaluacin:
Ing. Irene Campos G. - Directora
Ing. Freddy Bolaos - Asesor
Ing. Arturo Rodrguez C. - Asesor
-
DEDICATORIA A la Divina Providencia, quien me ha conducido hasta aqu. A MIS PADRES Roberto y Nelsy, que me dieron el invaluable regalo de la vida y me ensearon el valor del trabajo, la honradez y el sacrificio. A mi sobrino Roberth, mis hermanos Rita y Andrs, mis primos Hernn, Hctor y Cristian, con quienes he compartido tantas vivencias y a Rodrigo por su amistad incondicional durante tantos aos. Tambin a mi abuela Antonia y a todos mis familiares por su apoyo, especialmente a ta Cecilia. A mis maestros de escuela y profesores del colegio. A todos mis amigos y amigas.
-
AGRADECIMIENTOS A Irene, por sus valiosas aportaciones y gua a lo largo de este trabajo. A Freddy, por su apoyo y consejo durante la realizacin de este proyecto. A Arturo, por la idea del tema de investigacin y por sus observaciones, apoyo y amistad. Al Departamento de Optimizacin de Sistemas del AyA, por su valiosa ayuda en la realizacin del trabajo de campo. Al Ing. Dagoberto Araya, por su ayuda con las pruebas de Laboratorio. Al Laboratorio Nacional de Aguas, por el material facilitado. A los Ingenieros: Jos Navarro, Herbert Farrer, lvaro Gutirrez, Napolen Cruz, Ivn Mora, Ileana Atan, Alejandro Fernndez, Jonathan Agero y Francisco Brenes; por sus valiosos aportes, comentarios y sugerencias. Al Departamento de Urbanizaciones del AyA, por la informacin facilitada. Al Departamento de Alcantarillado Sanitario del AyA, por facilitarme el equipo de CCCTV. A la Gerencia General y al Departamento de Recursos Humanos del AyA, por la beca concedida para la realizacin de este proyecto. A los distintos profesionales y funcionarios del AyA que me brindaron su ayuda y colaboracin de una u otra forma. A la Junta Directiva de la Urbanizacin El Solar, por su colaboracin. A David, por su amistad, ayuda y compaerismo. A quienes de una u otra forma colaboraron en la realizacin de este trabajo.
-
i
Hernndez Mora, Randall Determinacin de las Diferentes Componentes del Caudal de Aguas Residuales y Factor de Retorno para Dos Urbanizaciones del rea Metropolitana de San Jos.
Proyecto de Graduacin Ingeniera Civil, - San Jos, C.R.: R. Hernndez M., 2002 86h.: ils. 14 refs.
RESUMEN En este trabajo se realiza un anlisis para determinar las proporciones de agua residual y de infiltracin que componen el caudal de aguas residuales de dos urbanizaciones, de reciente construccin y 12 aos de construida, en el rea Metropolitana en poca de transicin de seca a lluviosa. El anlisis se efectu mediante la medicin de caudales, tanto de agua potable consumida como en la descarga final de las redes de alcantarillado sanitario, durante tres das en ambas urbanizaciones. Adems se realizaron tomas de muestras para efectuar pruebas de calidad del agua residual. Los principales resultados obtenidos para ambos casos fuero los siguientes: Urbanizacin nueva. El caudal de aguas residuales est conformado por un 85% de agua residual domstica y un 15% de infiltracin. La infiltracin es constante en el tiempo y el factor de retorno obtenido es de 0,78, el FP de lluvia es 2,7, el FMH es 1,99 y el Fmn es 0,09. Urbanizacin vieja. El caudal de aguas residuales est conformado por un 26% de agua residual domstica y un 74% de infiltracin. La infiltracin es variable en el tiempo por lo que no se pudo calcular el factor de retorno en este caso, el FP de lluvia es 2,5, el FMH es 1,99 y el Fmn es 0,39. La muestra utilizada para este anlisis es muy pequea para generalizar estos resultados al resto de urbanizaciones del rea Metropolitana; pero dan una idea de las condiciones que podra esperarse encontrar en las redes de alcantarillado sanitario de San Jos, por ello es necesaria una mayor investigacin de este tema. RHM REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO; INFILTRACIN; AGUAS RESIDUALES; FACTOR DE RETORNO; FACTORES PUNTA; URBANIZACIONES. Ing. Irene Campos G. Escuela de Ingeniera Civil
-
ii
GLOSARIO
Minutos Grados Sexagesimales % Porcentaje C Grados Celsius am Antes meridiano AyA Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados c Coeficiente de retorno CFIA Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica
CIECCA Centro de Investigaciones y Entrenamiento para el Control de la Calidad del Agua
cm Centmetros DBO Demanda Bioqumica de Oxgeno DBO5 Demanda Bioqumica de Oxgeno a los 5 das Desv. Est. Desviacin Estndar DQO Demanda Qumica de Oxgeno EB Estaciones de Bombeo FMH Factor Mximo Horario Fmn Factor Mnimo Nocturno FP Factor Punta hab/Km Habitantes por Kilmetro Cuadrado IGN Instituto Geogrfico Nacional IMN Instituto Meteorolgico Nacional Km Kilmetros Km Kilmetros Cuadrados l/hab/da Litros por Habitante por Da l/s Litros por Segundo m Metros m/ao Metros Cbicos por Ao m/d*mm*km Metros cbicos por da por milmetro por kilmetro m/hah/da Metros cbicos por habitante por da m/mes/servicio Metros Cbicos por Mes por Servicio m/s Metros Cbicos por Segundo Max Mximo May Mayo mg/l Miligramos por Litro mm Milmetros msnm Metros Sobre el Nivel del Mar NE Noreste pH Concentracin de Iones H+ pm Pasado meridiano Prom.Diar. Promedio diario PVC Cloruro de Polivinilo SMEWW Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater UCR Universidad de Costa Rica
-
iii
INDICE GENERAL Pgina
Resumen . . . . . . i
Glosario . . . . . . ii
ndice General . . . . . . iii
Captulo I: Introduccin . . . . . 1
1.1. Introduccin . . . . . 1
1.2. Objetivos y Alcances . . . . . 4
Captulo II: Ubicacin y Caracterizacin de las Zonas de Estudio . 6
2.1. Caractersticas Fsico-Geogrficas Geolgicas e Hidrogeolgicas de la Zona 6
2.2. Criterios de seleccin de las Urbanizaciones . . . 9
2.3. Breve Descripcin de las Urbanizaciones . . . 10
2.4. Delimitacin del rea de Estudio . . . . 12
2.5. Caractersticas Climticas de las Subcuencas . . . 12
2.6. Tipo de Suelo y Ubicacin del Nivel Fretico . . . 13
2.7. Uso del Suelo . . . . . 14
2.8. Descripcin de los Sistemas de Agua Potable Alcantarillado Sanitario y Pluvial 14
Captulo III: Aguas Residuales en Urbanizaciones . . . 18
3.1. Definiciones . . . . . 18
3.2. Valores de los Parmetros de Estudio Utilizados en Costa Rica . 27
3.3. Tcnicas de Muestreo y Equipo Utilizado en el Trabajo de Campo . 29
3.4. Mediciones de Campo . . . . . 33
Captulo IV: Mediciones de Caudal . . . . 36
4.1. Aforos en los Sistemas de Alcantarillado Sanitario . . 36
4.2. Mediciones de Caudal de Agua Potable . . . 42
4.3. Anlisis de Calidad del Agua Residual . . . 46
Captulo V: Anlisis y Discusin de Resultados . . . 52
5.1. Determinacin del Caudal de Infiltracin y de Lluvias . . 52
-
iv
5.2. Determinacin del Caudal de Aguas Residuales y Factor de Retorno . 65
5.3. Caudales Mximo y Mnimo Horario . . . 68
5.4. Factores Punta y Caudales Punta y Promedio . . . 71
5.5. Dotaciones Medias . . . . . 73
5.6.Resumen de Parmetros Obtenidos . . . . 75
Captulo VI: Conclusiones y Recomendaciones . . . 76
6.1. Conclusiones . . . . . 76
6.2. Recomendaciones . . . . . 79
Bibliografa . . . . . . 81
Anexos
Anexo 1: Cuencas de Estudio
Anexo 2 : Planos de Tuberas
Anexo 3: Registros de Precipitacin en las estaciones meteorolgicas
Anexo 4: Registro de Consumo de Agua Potable
Anexo 5: Datos de las Estaciones Meteorolgicas Utilizadas
Anexo 6: Ubicacin de las Estaciones Meteorolgicas Utilizadas
Anexo 7: Mapa Hidrogeolgico
Anexo 8: Tablas para Clculo de Caudales Mediante la Frmula de Manning
-
1
CAPITULO I
1.1. INTRODUCCIN De acuerdo con el Instituto Costarricense de Acueductos y
Alcantarillados (AyA), el sistema de alcantarillado sanitario
metropolitano de San Jos, que cubre aproximadamente el 50% de la
poblacin de la zona, se encuentra en estado de deterioro ya que desde
hace casi 20 aos no se realizan inversiones importantes en
mantenimiento ni en construccin, debido a limitaciones
presupuestarias que ha tenido el (AyA), responsable de dicha materia de
acuerdo a su Ley Constitutiva 1.
Esto ha ocasionado problemas, dentro de los cuales se encuentran: un
serio deterioro del ambiente por la contaminacin de ros y acuferos,
amenazas a la salud pblica ya que las aguas de la cuenca del ro
Grande de Trcoles (donde son vertidas sin ningn tratamiento las
aguas provenientes del alcantarillado sanitario del AyA) son utilizadas
para riego, natacin y pesca; originando enormes gastos al sector salud
por el pago de incapacidades y gastos de atencin de personas
afectadas por enfermedades de transmisin hdrica 8.
Por otro lado, se amenaza al sector turstico, al afectar los recursos
naturales, se reduce el rea efectiva para uso constructivo del suelo,
porque en los lugares donde no existe alcantarillado sanitario, debe
destinarse una parte del rea de construccin para la instalacin del
tanque sptico y su respectivo drenaje. Finalmente AyA, mediante
anlisis de calidad del agua proveniente de fuentes subterrneas, tiene
evidencias de la contaminacin de acuferos por nitratos provenientes
de aguas domsticas infiltradas 1.
-
2
En la actualidad, AyA est estudiando la posibilidad de ejecutar un
proyecto de rehabilitacin y extensin del sistema de alcantarillado
sanitario metropolitano, utilizando la modalidad de concesin de obra
pblica; debido a que es un proyecto que representa una inversin que
puede superar los 300 millones de dlares; el proyecto ms grande al
que ha hecho frente AyA desde su creacin.
Dicho proyecto, contempla adems, el diseo y construccin de una o
varias plantas de tratamiento de aguas residuales (el nmero est
todava en estudio), adems de otros componentes principales. Para el
diseo de esta planta, as como de los sistemas de redes y colectores, es
de gran importancia la cuantificacin y caracterizacin de las aguas
residuales que salen de una urbanizacin y posteriormente llegarn a la
planta de tratamiento.
Surge la necesidad de realizar investigacin de campo, que permita
determinar la validez de los parmetros, utilizados en el diseo de
sistemas de alcantarillado sanitario, como factor de retorno, infiltracin
de aguas subterrneas y entrada de aguas pluviales, entre otros, en las
condiciones del rea Metropolitana de San Jos, para utilizarlos en el
diseo futuro del proyecto de Alcantarillado Sanitario Metropolitano.
Actualmente el AyA est preparando informacin tcnica, financiera y
legal, para la preparacin de los documentos de licitacin de la
concesin del proyecto. Dentro de la informacin tcnica necesaria para
esta etapa, se encuentra una caracterizacin de las aguas residuales
provenientes de urbanizaciones que debe ser obtenida mediante un
trabajo de campo e investigacin como ste.
El presente estudio trata sobre como est conformado el caudal de
aguas residuales de una urbanizacin, en el rea Metropolitana de San
-
3
Jos; adems, de la medicin en campo de parmetros utilizados en el
diseo de sistemas de evacuacin y tratamiento de aguas residuales
domsticas. En el segundo captulo, se dan distintas caractersticas de
las zonas de estudio, as como se exponen los criterios empleados para
la seleccin de las urbanizaciones a estudiar, se delimitan las cuencas
de las urbanizaciones y se describen las mismas. El tercer captulo
trata de las definiciones de los parmetros estudiados, los valores de los
mismos usados en Costa Rica, las tcnicas de muestreo utilizadas y
finalmente las mediciones de campo. En el cuarto captulo, se
presentan los resultados obtenidos. El quinto captulo, es un anlisis de
la informacin obtenida en el captulo anterior. Finalmente, se dan
conclusiones y recomendaciones basadas en el anlisis de la
informacin recopilada.
Se consult informacin sobre infiltraciones en tuberas, en las
referencias bibliogrficas 2, 7, 9, 10, 11 y 13. Esta informacin
corresponde a experiencias fuera de Costa Rica.
-
4
1.2. OBJETIVOS Y ALCANCES 1.2.1. Objetivo General
Determinar las proporciones de agua domstica y agua de infiltracin
que componen el caudal de aguas residuales de una urbanizacin
recin construida y otra con ms de 10 aos de construida, ambas en el
rea metropolitana de San Jos, en poca de transicin entre seca y
lluviosa.
1.2.2. Objetivos Especficos
a. Definir las cuencas de estudio (urbanizaciones) as como sus
longitudes de redes y caudal proveniente de conexiones ilcitas e
infiltracin.
b. Estimar el estado de las interconexiones entre el alcantarillado
pluvial y el sanitario.
c. Realizar una estimacin para conocer el nmero de habitantes, en
cada urbanizacin, a partir del nmero de casas que hay en las
zonas de estudio.
d. Calcular el valor del coeficiente de retorno para cada urbanizacin.
e. Conocer el valor de infiltracin de agua en la tubera de
alcantarillado sanitario as como el tipo de suelo, de forma
preliminar.
f. Establecer comparaciones entre los valores encontrados de
infiltracin en una urbanizacin nueva y una vieja.
g. Proponer parmetros para el diseo del sistema de alcantarillado
sanitario metropolitano como lo son: factor de retorno e infiltracin
en las tuberas de alcantarillado sanitario.
-
5
1.2.3. Alcances
La investigacin a realizar se circunscribe a las cuencas en que se
ubican las urbanizaciones. Se considerarn dos condiciones (reciente y
antigua construccin de la urbanizacin). Estos resultados, pueden ser
extrapolados al resto de las condiciones existentes en el rea
metropolitana, siempre y cuando las condiciones del suelo (infiltracin)
y el estado de las conexiones ilcitas sea similar al de las reas de
estudio.
1.2.4. Limitaciones
Para la ejecucin del proyecto, la cantidad de informacin proveniente
de estudios realizados previamente, es escasa y desactualizada, sta se
mencion al final de la Introduccin.
No se conocen las condiciones de las tuberas de agua potable ni
residual de las urbanizaciones vecinas, lo que pueden afectar
notablemente los resultados del trabajo de campo, dando lugar a
fenmenos no esperados en el comportamiento de los hidrogramas de
aguas residuales. Por otro lado las caractersticas hidrogeolgicas del
suelo, que hay en las zonas de estudio, se obtuvieron de mapas.
-
6
CAPITULO II
2. UBICACIN Y CARACTERIZACIN DE LAS ZONAS DE ESTUDIO
Las zonas de estudio se muestran en la figura 2.1. Esta figura
muestra, adems, la ubicacin de las estaciones meteorolgicas
utilizadas para estimar la precipitacin, durante la realizacin del
trabajo de campo, en dichas zonas. La figura contiene tambin las
calles, que ayudan a ubicarse mejor en el mapa.
2.1 CARACTERSTICAS FSICO-GEOGRFICAS GEOLGICAS E HDROGEOLGICAS DE LA ZONA
Las reas de estudio se encuentran ubicadas dentro de la cuenca del
Ro Grande de Trcoles, la cual se encuentra ubicada entre las
coordenadas 508 - 543 de Longitud Oeste (LO) y 204 220 de Latitud
Norte (LN). Propiamente las zonas de estudio, se encuentran en las
subcuencas de los ros Torres y Tirib.
La regin, en que se ubican las zonas en estudio, se encuentra cubierta
por una capa superficial de tobas meteorizadas, segn informe de AyA,
de hasta 30 m de espesor, de carcter limo arcilloso y de una coloracin
marrn. Debajo de esa primera capa existe una unidad de coladas de
lodo o lahares, caracterizados por una matriz limo arcillosa que engloba
bloques rocosos de granulometra y forma heterognea, con dimetros de
hasta 80 cm aproximadamente. El espesor de estos lahares puede llegar
hasta unos 20 m. Subyaciendo a los lahares se encuentran rocas
volcnicas, principalmente tobas que slo afloran en los cauces de los
ros en la parte oeste del rea metropolitana y en las cercanas del
aeropuerto Tobas Bolaos 1.
-
8
Existe un acufero de baja permeabilidad en las tobas meteorizadas
superficiales y en los lahares, la direccin de flujo subterrneo es del
Este hacia el Oeste en trminos generales. En la parte Este la
profundidad del agua vara entre 5 y 20 m dependiendo de las
irregularidades del terreno. En la parte de la ciudad de San Jos, en
donde el relieve es ms regular, la profundidad del agua va de los 5 a los
12 m 1.
Este acufero superficial es del tipo fretico y su patrn de flujo
subterrneo se ve afectado por las irregularidades del terreno. As varias
quebradas muestran un carcter efluente, lo que indica que en la
cercana de ellas la profundidad al agua bajo el terreno puede ser an
menor a las cifras mencionadas 1.
La permeabilidad del acufero est en el rango de 0.006 a 0.08 m/d,
propia de materiales arcillosos 1.
Debajo del acufero superficial y separado por una capa de piroclastos,
se encuentran dos acuferos de alta produccin y de los que el AyA
obtiene un alto caudal por medio de pozos localizados al norte del ro
Virilla. Estos acuferos se conocen con el nombre de Colima y estn
formados en unidades de lavas fracturadas 1.
Se ha conocido que hay evidencias de contaminacin antrpica a estos
acuferos, ya que hay una concentracin significativa de nitratos y otros
compuestos propios de este tipo de alteracin. La causa principal ha sido
atribuida a las descargas de los tanques spticos en las zonas sin
alcantarillado sanitario y a la infiltracin de parte de algunos ros que
acarrean agua de mala calidad. 1.
-
9
2.2 CRITERIOS DE SELECCIN DE LAS URBANIZACIONES A ANALIZAR
En la seleccin de las urbanizaciones se utilizaron los criterios que se
detallan a continuacin.
2.2.1. Sistema de Abastecimiento de Agua Potable
El abastecimiento de agua potable es un criterio importante, ya que es
necesario conocer cuanta agua entra al sistema, para calcular el factor
de retorno. Si las urbanizaciones tienen una nica entrada de agua
potable, la medicin del agua que entra a las mismas se simplifica, pues
se instalan equipos de medicin en un solo punto. Para la instalacin
de estos equipos, es necesario romper el pavimento para construir una
caja de concreto donde se instalar el registrador de caudal. De esta
manera, el equipo se puede dejar en el punto de medicin en forma
segura; ya que la caja solo puede ser abierta con un mecanismo
especialmente diseado para proteger el equipo de robo y daos.
2.2.2. Sistema de Alcantarillado Sanitario
La urbanizacin debe contar con un sistema de alcantarillado sanitario.
Se prefiere que toda la tubera sea de un mismo material; adems que
no existan partes del sistema colapsadas, en las cuales existan fugas de
aguas residuales que impidan contabilizar la totalidad de la misma
producida por los habitantes de las urbanizaciones. Tambin es
importante, que el sistema cuente con un punto de descarga nico, ya
sea a un ro o a un colector de aguas negras, esto para que los aforos y
el muestreo realizados sean representativos de las condiciones de toda
la urbanizacin.
-
10
2.2.3. Conexiones irregulares
Es muy importante conocer el estado de las conexiones irregulares, que
son los medios a travs de los cuales ingresa parte del agua no
controlada a la red de alcantarillado sanitario. Segn Metcalf & Eddy, el
resto, procede del subsuelo y agua pluvial que es descargada a la red
sanitaria a partir de fuentes tales como bajantes de edificaciones y
drenes de cimentaciones 11.
Segn los criterios antes expuestos, las urbanizaciones escogidas
fueron las mostradas en el cuadro 2.1
Cuadro 2.1 : Urbanizaciones escogidas para el estudio
Nombre Ubicacin Material del
Alcantarillado Sanitario
Ao de construccin
Nmero de casas
Bilbao San Sebastin PVC 1998 205 El Solar La Uruca Concreto 1990 107
Fuente: El Autor
En el siguiente apartado, se describen las urbanizaciones con mayor
detalle.
2.3. BREVE DESCRIPCIN DE LAS URBANIZACIONES
La urbanizacin con ms de 10 aos de construida, denominada en
adelante El Solar, se encuentra en el distrito Uruca de la provincia de
San Jos, aproximadamente un kilmetro al oeste del Hospital Mxico.
Se construy en 1990 por lo que tiene doce aos de existir y consta de
107 viviendas. Las personas que viven en ella son de clase media-alta,
basado en el tipo de viviendas que se observan, con acabados de costo
relativamente alto, con reas de construccin mayores o iguales a los
200 m. En la fig. 2.2 se observa una casa tpica de dicha urbanizacin.
-
11
Fig. 2.2: Urbanizacin El Solar
La urbanizacin de reciente construccin, denominada en adelante
Bilbao, se localiza en el distrito de San Sebastin, provincia de San
Jos. Esta urbanizacin tiene cuatro aos de construida y est
constituida por 205 casas. Sus habitantes son de clase media-baja,
socio-econmicamente hablando, ya que el rea de construccin
promedio es menor o igual a 200 m. En la fig. 2.3 se muestra una parte
de la urbanizacin en cuestin.
-
12
Fig. 2.3: Residencial Bilbao
2.4. DELIMITACIN DEL REA DE ESTUDIO
El rea de estudio comprende las microcuencas en que se encuentran
las urbanizaciones en cuestin. Estas microcuencas se definieron a
partir de los mapas escala 1:10 000 del IGN, utilizando la informacin
de las curvas de nivel y observando las estructuras construidas por el
hombre, que pudiesen modificar la configuracin natural de dichas
microcuencas. En la realizacin de los mapas de las microcuencas se
utiliz el sistema de informacin geogrfica Arc View. Los mismos se
presentan en el anexo (1). El solar se ubica en las coordenadas 523.0
LN y 215.7 LO, mientras que Bilbao se localiza en las coordenadas
526.8 LN y 209.7 LO.
2.5. CARACTERSTICAS CLIMTICAS DE LAS SUBCUENCAS
De acuerdo con informe de AyA, el rea geogrfica, en que se ubican las
urbanizaciones que se estudian aqu, es conocida como regin Valle
Central 1. Dos estaciones meteorolgicas que se encuentran
-
13
relativamente cerca de las zonas de estudio son, segn el IMN, las
estaciones Pavas y San Jos, que se pueden ver en el anexo (6). Algunos
parmetros de inters, de dichas estaciones, as como su ubicacin y
otras caractersticas, se muestran en el anexo (5).
En todo el pas existen dos pocas climticas claramente diferenciadas
que son la poca seca y la lluviosa. La poca seca, en el Valle Central,
est marcada por la predominancia de los vientos alisios provenientes
del noreste con velocidades de hasta 30 km/h, entre enero, febrero y
marzo. En la poca lluviosa la intensidad de los vientos alisios
disminuye, dando paso a una corriente proveniente del Pacfico que
forma un frente de brisa que favorece la formacin de un tipo de
nubes denominado cmulos, capaces de provocar lluvias y tormentas 1.
Con motivo de las lluvias que se presentaron durante la realizacin del
trabajo de campo se obtubo informacin ms detallada, en las
estaciones meteorolgicas, mencionadas al principio de este apartado,
que son relativamente cercanas a los puntos de muestreo, durante los
das en que se realiz el estudio e inclusive algunos das antes. Dicha
informacin se presenta en el tercer captulo y ser de utilidad al
explicar los hidrogramas de salida en los sistemas de alcantarillado
sanitario de ambas urbanizaciones. La ubicacin de estas estaciones se
muestra en el anexo (6).
2.6. TIPO DE SUELO Y UBICACIN DEL NIVEL FRETICO
El suelo en que se encuentra El Solar se caracteriza entre otras cosas
por tener un espesor que oscila entre 10 y 15 m, el nivel fretico en
poca lluviosa est entre 40 y 60 m y en poca seca entre 60 y 80 m,
principalmente su suelo se caracteriza por ser blando con presencia de
vidrio volcnico (ceniza), no hay evidencia de la presencia de arcillas
expansivas ni limos colapsables en esta zona, segn Bogantes 4.
-
14
Bilbao se ubica en un suelo con profundidad que vara entre los 5 y 10
m, el nivel fretico se encuentra entre los 10 y 15 m en pocas lluviosa
y seca, su suelo es blando con presencia de ceniza volcnica y lahares,
existe presencia de arcillas grises con un potencial de expansin muy
alto 4.
2.7. USO DEL SUELO
De acuerdo con los mapas de la propuesta del Plan Regulador de la
Municipalidad de San Jos, el terreno donde se ubica la urbanizacin El
Solar es de uso residencial en su mayor parte, aunque existen unos
cuantos lotes donde no se ha construido probablemente por estar cerca
de una servidumbre de lneas elctricas de alta tensin. Esta parte del
rea de la urbanizacin se cataloga como urbana en transicin.
Adems, existe un pequeo parque y un rea para juegos de nios.
De igual forma, el terreno donde se localiza la urbanizacin Bilbao se
clasifica en su totalidad como de uso residencial, existen algunos lotes
que no se han construido as como una pequea rea de juegos para
nios.
2.8. DESCRIPCIN DE LOS SISTEMAS DE AGUA POTABLE,
ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL
2.8.1. Urbanizacin El Solar
La red de alcantarillado sanitario de la urbanizacin El Solar es de
cloruro de polivinilo (PVC) de 20 cm de dimetro y un SDR (standard
dimension ratio) de 32.5. Se realizaron observaciones con CCCTV
(cmara de circuito cerrado de televisin) y se encontr que la tubera
est en buen estado, a excepcin de algunos sitios en que las races de
los rboles han roto y obstruido la tubera en las juntas, tambin se
-
15
nota deformacin y aplastamiento del tubo en algunos puntos. Este
equipo permiti inspeccionar cerca de un 90% de la red de
alcantarillado sanitario, ya que algunos pozos de registro estaban
obstruidos y la cmara no puede ir en contra de la corriente. En la fig.
2.4 se aprecia tanto la cmara en s (derecha) como la unidad de control
(izquierda).
Se localizaron problemas de obstruccin por races de rboles como se
muestra en la fig. 2.5.
El sistema de alcantarillado pluvial es de concreto con dimetros de 46
y 54 cm de dimetro. En cuanto a la red de agua potable sta es de PVC
SDR 26 de 75 y 100 mm de dimetro. En el anexo (2) se muestran los
mapas de tuberas. En das secos no se observa flujo en el sistema de
aguas pluviales, lo que indica que no existen conexiones del
alcantarillado sanitario al pluvial.
Fig. 2.4: Equipo de sondeo con CCCTV
-
16
Fig. 2.5: Races entre uniones de tuberas en el Solar 2.8.2. Urbanizacin Residencial Bilbao
Su red de alcantarillado sanitario es de concreto de 20 cm de dimetro
en su mayor parte, aunque tambin existen pequeos tramos de 15 cm
de dimetro, ambos dimetros mnimos para cada caso segn las
normas oficiales de AyA 2. La red de agua potable es de PVC SDR 26
con dimetros de 10 y 7.5 cm. En cuanto a su alcantarillado pluvial es
de concreto de 54 cm de dimetro. En el anexo (2) se muestran los
planos de tuberas. Aunque se empez a realizar el sondeo con CCCTV
no se pudo terminar porque el equipo sufri un desperfecto que a la
fecha no ha podido ser corregido. Dentro de lo que se pudo observar en
dicho sondeo la tubera se ve en ptimas condiciones, sin
obstrucciones, desgaste ni deformaciones, como se muesra en la fig.
2.6. De manera similar al caso anterior, tampoco se observ flujo en el
alcantarillado pluvial en das secos, por lo que se concluye que tampoco
existen conexiones del sistema sanitario al pluvial.
-
17
Fig. 2.6: Tubera de alcantarillado sanitario Bilbao
-
18
CAPITULO III
3. AGUAS RESIDUALES EN URBANIZACIONES
3.1. DEFINICIONES
La determinacin del caudal de aguas residuales de una ciudad, pueblo
o urbanizacin es fundamental para el correcto diseo de las
instalaciones de recoleccin, bombeo, tratamiento y vertido. De ah que
es importante poder disponer de datos precisos sobre los caudales
actuales y los previstos en un futuro prximo, si dichas instalaciones
desean disearse y construirse adecuadamente.
El objetivo del estudio es diferenciar el caudal de aguas residuales de
una urbanizacin, en dos componentes principales a saber:
a) Caudal de aguas residuales domsticas.
b) Caudal de infiltracin, aportaciones ilcitas o incontroladas y aguas
pluviales.
En este estudio, solamente se definirn estos dos componentes.
Los componentes del agua residual que se genera en una urbanizacin,
dependen de la capacidad de infiltracin y precolacin del suelo, la
precipitacin, las conexiones a la red y el nivel socioeconmico de los
habitantes, entre otros, y pueden incluir: aguas residuales domstica y
aguas de infiltracin y aportaciones incontroladas.
3.1.1. Aguas Residuales Domsticas
Tambin se suele llamar agua sanitaria y es el agua residual procedente
de residencias, instalaciones comerciales y similares. En zonas ya
existentes, que cuentan con sistemas de alcantarillado, los datos de
caudal debieran obtenerse de estudios de aforos realizados in situ, para
el caso en que se deseen hacer estudios tendientes a mejorar los
sistemas con que se cuenta.
-
19
Segn Metcalf & Eddy, en el caso de nuevos proyectos, especficamente
en el caso del proyecto de nuevas y pequeas zonas residenciales, es
corriente determinar los caudales de aguas residuales a partir de la
densidad de poblacin y de la contribucin media per cpita 9. En el
cuadro 3.1 se dan datos sobre los rangos de caudal y valores tpicos.
En los grandes barrios residenciales, es aconsejable establecer dichos
datos con base en la superficie del suelo que ocupan. En los casos en
que ello sea posible, los datos deberan basarse en valores reales de
caudales seleccionados entre zonas residenciales tpicas. En ausencia
de tales datos, Metcalf & Eddy recomienda utilizar un valor estimado
del 70% del consumo de agua, que viene a ser lo mismo que utilizar un
valor del coeficiente de retorno (c) igual a 0.70 en la ecuacin 3.1 9:
Donde,
Qr: Caudal de aguas residuales generado
Qp: Caudal de agua potable consumido
c: Coeficiente de retorno
La variacin de los caudales de agua residual observados en las plantas
de tratamiento tiende a seguir una cierta pauta diaria, como la
mostrada en el grfico 3.1.
)1.3.(eccQQ pr =
-
20
Cuadro 3.1
Caudales medios de agua residual de origen residencial
Caudal (l/unidad/da) Origen Unidad Rango Valor
Tpico Valores * para C.R.
Apartamentos Persona 200-340 260 150 Hotel Residente 150-220 190 150 Casa media Persona 190-350 280 113 Casa de clase alta Persona 250-400 310 Casa de lujo Persona 300-550 380 Casa semimoderna Persona 100-250 200 Chalet de verano Persona 100-240 190 Camping de caravanas
Persona 120-200 150
Fuente: Metcalf & Eddy,
* Tomado de Cdigo de Instalaciones Hidrulicas y Sanitarias en Edificaciones, CFIA,
valor mnimos recomendados de dotacin de agua potable, para uso domstico,
multiplicado por un factor de retorno de 0.75, que es el oficial recomendado por AyA.
Grfico 3.1
Variacin horaria tpica del caudal de agua residual domstica
Fuente: Metcalf & Eddy
Los caudales mnimos se producen durante las primeras horas de la
madrugada, cuando el consumo de agua potable es ms bajo y cuando
el caudal circulante se debe, principalmente, a escapes, infiltraciones y
pequeas cantidades de agua residual sanitaria. La primera punta de
caudal se presenta, en general, inmediatamente despus del mximo
-
21
uso de agua, producido a ltima hora de la maana. Una segunda
punta se presenta, normalmente, en las ltimas horas de la tarde, entre
las 19:00 y 21:00 horas, aunque es muy variable, segn el tamao de la
poblacin servida y la longitud de la red de alcantarillado. Cuando los
caudales de agua extraa a la red (infiltracin y aportaciones
incontroladas) son mnimos, las curvas de descarga de agua residual
son prcticamente paralelas a las de consumo de agua, pero con un
desfase de tiempo de varias horas. En los casos en que no se pueda
identificar un da especfico de la semana en el que se lleve a cabo el
lavado de la ropa, la variacin en los caudales entre das laborales es
insignificante. En el grfico 3.2 se representa una variacin tpica
semanal de los caudales, tanto para periodos hmedos como secos,
segn Metcalf & Eddy 9.
Grfico 3.2
Variaciones diarias y semanales tpicas de los caudales de agua
residual domstica
Fuente: Metcalf & Eddy
De acuerdo con Metcalf & Eddy, las variaciones estacionales en los
caudales de agua residual ocurren normalmente en zonas tursticas, en
pequeas comunidades con colegios (donde en ciertas temporadas
existe una poblacin que no es originaria del lugar; sino que est ah
-
22
por periodos de tiempo determinados y luego se va, como ocurre al
llegar las vacaciones escolares), y en aquellas cuyas actividades tanto
industriales como comerciales tienen un carcter estacional. La
magnitud de estas variaciones depende tanto del tamao de la
comunidad como de la actividad estacional 9.
Tericamente, los factores punta (la relacin entre caudal punta y
caudal medio) podran derivarse o ser estimados para cada uno de los
grandes usuarios o para cada categora de caudal recogida en la red.
Con este procedimiento, los caudales medios individuales se
multiplicaran por estos factores y los caudales punta resultantes se
combinaran para obtener los caudales mximos previsibles.
Desgraciadamente, este grado de refinamiento es raramente posible,
debido a la dificultad y alto costo de poner en marcha un programa de
medicin de tales caractersticas, por consiguiente, los factores punta
utilizados deben estimarse mediante la utilizacin de mtodos ms
generales, como los grficos obtenidos a partir de estadsticas en otras
ciudades o pases.
Si los registros de medida de caudales son inadecuados para el
establecimiento de los factores punta (por no contarse con informacin
que refleje condiciones importantes como las de poca lluviosa, por
ejemplo, y no se dispone del tiempo necesario para generar dicha
informacin), se utiliza el grfico 3.3, desarrollado a partir del anlisis
de los registros de numerosas poblaciones de los Estados Unidos. Es
importante destacar que la informacin con que se gener el grfico 3.3
se basa en caudales medios de registros que contenan pequeas
cantidades de caudales de origen comercial y vertidos industriales.
-
23
Grfico 3.3
Factor punta para caudales de agua residual domstica
Fuente: Metcalf & Eddy
3.1.2. Aguas de Infiltracin y Aportaciones Incontroladas
El agua que se recoge de forma imprevista en las tuberas de
alcantarillado sanitario se compone de infiltracin y aportaciones
incontroladas.
La infiltracin consiste en el agua del subsuelo que penetra en una red
de alcantarillado, a travs de tuberas defectuosas, juntas de tuberas,
conexiones y paredes de los pozos de registro. Parte del agua pluvial
discurre rpidamente por las alcantarillas pluviales u otros conductos
de desage. Otra parte se evapora o es absorbida por la vegetacin, y el
resto se infiltra en el suelo. La fraccin que se infiltra depende de la
naturaleza de la superficie y de las caractersticas del suelo, as como
de la cantidad y distribucin de las precipitaciones segn las
estaciones. Cualquier reduccin de la permeabilidad, como la debida a
edificios y calzadas disminuye la oportunidad de que las precipitaciones
se conviertan en agua subterrnea y aumenta, consecuentemente, la
escorrenta superficial.
La cantidad de agua subterrnea que fluye de un lugar dado, segn
Metcalf & Eddy, puede variar desde una cantidad apreciable, en zonas
sumamente impermeables o con un subsuelo denso, hasta un 25% o
30% del agua cada en una zona semipermeable con subsuelo arenoso
-
24
que permita que el agua lo atraviese rpidamente. La infiltracin en el
suelo, de agua procedente de ros u otras corrientes, tiene a veces un
considerable efecto sobre el nivel fretico, que sube y baja
continuamente 9.
La presencia de agua subterrnea con un nivel fretico elevado produce
infiltraciones en los sistemas de alcantarillado y un aumento en el
caudal de aguas residuales y, por tanto, del costo para su evacuacin.
Dicha infiltracin de agua subterrnea puede oscilar entre 0.01 y 1.0
m/d*mm*km, e incluso ms 9.
La infiltracin puede variar desde 0.2 a 30 m/hab/da. Durante las
lluvias intensas, cuando puede producirse entrada de agua por las
tapas de los pozos de registro, as como infiltracin en las mismas
alcantarillas, la cantidad puede exceder los 500 m/hab/da. El agua de
infiltracin y aportaciones incontroladas es un componente variable de
las aguas residuales y depende de la calidad de los materiales y mano
de obra utilizados en las conexiones con edificios y alcantarillas, del
tipo de mantenimiento y de la elevacin del nivel fretico comparado
con el de las alcantarillas 9.
Las primeras alcantarillas construidas en una zona cualquiera siguen
normalmente el curso de los ros en el fondo de los valles, prximas a
los arroyos, y a veces a cotas ms bajas que las de sus lechos. Como
resultado de ello, estas alcantarillas antiguas pueden recibir cantidades
comparativamente grandes de agua subterrnea, mientras que las
construidas posteriormente a cotas ms elevadas reciben cantidades
relativamente pequeas. A medida que crece el porcentaje de superficie
pavimentada o edificada de una localidad, se observa un aumento en el
porcentaje de agua pluvial que es conducida rpidamente al
alcantarillado pluvial y cursos de agua y una disminucin del agua
pluvial que puede infiltrarse en la tierra y que tiende a infiltrarse en el
alcantarillado sanitario. Debe hacerse una precisa distincin entre las
-
25
cuantas mxima y media de infiltracin en los alcantarillados. La
primera es requerida para determinar la capacidad requerida de una
alcantarilla y la ltima se necesita para estimar factores tales como
costos anuales de bombeo de las aguas residuales 9.
La intensidad y cantidad de infiltracin depende de la longitud de las
alcantarillas, el rea servida, las condiciones topogrficas y del suelo y,
hasta cierto punto, de la poblacin, ya que de sta dependen el nmero
y la longitud total de conexiones con las casas. Las prdidas por
uniones defectuosas, hormign poroso y grietas son suficientemente
grandes, en muchos casos, para hacer descender el nivel fretico hasta
la clave de la alcantarilla y con frecuencia hasta por debajo de la solera,
aunque la elevacin del nivel fretico vara con la cantidad de lluvia que
se infiltre en el suelo 9.
Los caudales procedentes de infiltracin y aportaciones incontroladas
tambin pueden variar estacionalmente.
Grfico 3.4
Caudal de infiltracin medio en alcantarillas de nueva construccin
Fuente: Metcalf & Eddy
-
26
En ausencia de datos fiables de caudales, se han utilizado los valores de
infiltracin media indicados en el grfico 3.4 para alcantarillas, en
proyecto, o para aquellas redes recientemente construidas, previstas de
pozos de registro prefabricados y con juntas de aros de goma o
materiales similares. En todos los casos, los valores de infiltracin
adoptados en el proyecto debieran reflejar las condiciones esperadas en
la red de alcantarillado al final del periodo de vida para el cual dicha red
se haya proyectado.
Los caudales punta de infiltracin a utilizar en el proyecto de
alcantarillas estn, a menudo, relacionados con las dimensiones de las
zonas servidas, tal como lo muestran las curvas presentadas en el
grfico 3.5.
Grfico 3.5
Caudales punta de infiltracin
Fuente: Metcalf & Eddy
En ausencia de mediciones contradictorias, estas curvas (hechas con
informacin de los Estados Unidos de Norteamrica) pueden
considerarse conservadoras para la mayora de las alcantarillas
proyectadas, segn Metcalf y Eddy 9. La curva A se refiere a zonas con
-
27
alcantarillas antiguas; la curva B se refiere a zonas con cualquier tipo
de alcantarillas, ya sean nuevas o antiguas. La eleccin entre las curvas
A y B para alcantarillas antiguas depende tanto de las condiciones
actuales como las previsibles en el futuro de las redes de alcantarillado,
de la profundidad del nivel fretico y del mtodo de construccin de las
juntas. Por ejemplo, si se sabe o se cree que las juntas de las
alcantarillas estn hechas de mortero de cemento y se detecta la
presencia de una capa fretica alta, debera usarse la curva A o incluso
magnitudes superiores a las dadas por ella .
3.2. VALORES DE LOS PARMETROS DE ESTUDIO UTILIZADOS
EN COSTA RICA
De acuerdo con la legislacin vigente en Costa Rica, especficamente
con la Ley Constitutiva del AyA nmero 2726 del 13 de abril de 1961, es
responsabilidad de dicho instituto: elaborar o aprobar todos los planos
de las obras pblicas relacionadas con los fines de esta ley, as como
aprobar todos los de las obras privadas que se relacionan con los
sistemas de acueductos y alcantarillados, segn lo determinan los
reglamentos respectivos... 2.
Segn AyA, el alcantarillado sanitario debe ser un sistema
absolutamente separado, que recolecte nicamente aguas negras,
servidas y de residuos industriales, aceptables al alcantarillado 9. Las
lneas de recoleccin y colectores menores se disearn para un periodo
de diseo de 20 a 30 aos. El caudal de diseo para un tramo de
alcantarillado ser el correspondiente al acumulado hasta el pozo de
registro inferior en elevacin. Se considerarn las contribuciones
debidas a:
3.2.1. Caudal de Aguas Residuales Domsticas
De acuerdo con AyA, se calcula multiplicando el caudal mximo horario
(2.25 veces el caudal promedio diario) de agua potable por el coeficiente
-
28
de retorno (C), que determina el porcentaje de agua consumida que
llega al alcantarillado, el cual se estima en un 75% 2. En la estimacin
del caudal mnimo se considera que el caudal promedio es
aproximadamente la media proporcional de los caudales mximo y
mnimo, como se muestra en la ecuacin (3.2):
Donde,
Qmin: Caudal mnimo Qmax: Caudal mximo Qpro: Caudal promedio 3.2.2. Caudal de Aguas de Infiltracin
Para la estimacin del caudal de infiltracin se considera la naturaleza
y permeabilidad del suelo, la elevacin del nivel fretico sobre la corona
de la tubera, as como la clase de tubera y tipo de junta.
Se recomiendan los valores del cuadro 3.2:
Cuadro 3.2 Valores de Infiltracin en tuberas
Tipo de tubera Infiltracin (l/s/km) Alta Media Baja
Existentes 4.0 3.0 2.0 Arcilla vitrificada con junta de concreto
3.0 2.0 1.5
Con empaque de hule
1.5 1.0 0.5
Fuente: Normas de Diseo y Construccin para Urbanizaciones y Fraccionamientos,
AyA
Para calcular el aporte de las aguas de infiltracin se considera
nicamente la longitud total de la tubera.
( ))2.3.(
2
ecQ
QQ
max
prommin =
-
29
3.3. TCNICAS DE MUESTREO Y EQUIPO UTILIZADO EN EL
TRABAJO DE CAMPO
De acuerdo con Duarte, en el anlisis de laboratorio de las aguas
residuales el muestreo juega un papel muy importante 7. Existe una
gran variedad de condiciones bajo las cuales se pueden recolectar las
muestras, por lo que es muy difcil dar procedimientos que tomen en
cuenta todas las condiciones posibles, por lo que la tcnica a utilizar
queda a criterio del investigador, cuidando en todo caso que la muestra
sea representativa y que se mantenga inalterada hasta el momento de
su anlisis.
En pocas palabras, el muestreo consiste en el proceso de separar una
pequea porcin de una masa total, que represente las caractersticas
deseadas del material de donde se extrajo. Esto quiere decir, que las
proporciones de los componentes sern las mismas, tanto en la masa
total que est siendo objeto de anlisis como en la muestra.
Segn Duarte, una muestra representativa de una misma fuente, puede
ser obtenida haciendo composiciones de las muestras recolectadas en
diversos puntos de muestreo o en un intervalo de tiempo previamente
definido. Un muestreo cuidadoso que represente la composicin real de la
muestra, podra asegurar que los resultados analticos sean confiables,
no obstante, existen factores inherentes al muestreo que pueden afectar
los resultados, como la presencia de materia en suspensin, turbiedad, el
mtodo que se aplique para su eliminacin y los cambios fsicos y
qumicos que se pueden producir por el almacenamiento y aereacin 7.
3.3.1. Tcnicas Generales de Muestreo
A. Extraccin Directa
Segn el Centro de Investigaciones y Entrenamiento para el Control de
la Calidad del Agua (CIECCA), sta consiste en la toma manual de la
-
30
muestra utilizando un dispositivo hecho de un material resistente a la
corrosin como lo es el acero inoxidable, o plstico con tapn de hule a
ambos lados5. Este muestreador sirve para tomar muestras profundas.
Cuando la profundidad del cuerpo de agua es muy pequea y no se
puede tomar la muestra con en muestreador antes descrito, se
recomienda tomar la muestra directamente en el frasco que se va a
emplear para almacenar la muestra.
B. Muestreadores Automticos
Existen diferentes tipos de muestreadores; estos equipos son
construidos con materiales resistentes a la corrosin, con el propsito
de que no interfieran con los anlisis que se requieren efectuar. La
mayora de ellos succionan el agua mediante una pequea bomba y la
depositan en envases receptores. Algunos de estos muestreadores
disponen de controles que permiten regular la velocidad y frecuencia de
la extraccin de muestras, otros toman muestras simples a profundidad
o muestras compuestas, sean stas superficiales o profundas. Los
equipos para muestras compuesta pueden tomar volmenes
proporcionales al caudal 5.
3.3.2. Clasificacin del Muestreo
Segn los Mtodos Estndar de Anlisis de Agua y Agua Residual
(SMEWW) por sus siglas en ingls, el proceso de recoleccin es muy
variable con las condiciones locales, tanto que no se pueden hacer
recomendaciones especficas aplicables universalmente3. Existen tres
tipos de muestras que pueden recolectarse, dependiendo del tiempo
disponible, de los anlisis que deban realizarse y del propsito de los
anlisis; a saber, muestras simples instantneas, muestras compuestas
e integradas 3.
A. Muestra Simple Instantnea
CIECCA indica que consiste en tomar una sola muestra, en
consecuencia representa las propiedades del agua en el momento en
-
31
que se tom la muestra5. Este tipo de muestra no es representativa de
las aguas residuales de composicin media, puesto que reflejan
nicamente las condiciones en el momento del muestreo. Para que este
tipo de muestra pueda considerarse representativa de una gran masa
de agua, deben considerarse factores como homogeneidad del cuerpo de
agua, nmero de lugares muestreados, tamao de la muestra y mtodo
de recoleccin. Ramalho afirma que usualmente las muestras simples
instantneas se utilizan cuando: el caudal de agua residual y su
composicin es relativamente constante, el flujo de agua residual es
intermitente, y cuando las muestras compuestas pueden ocultar
condiciones extremas de las aguas residuales (pH y temperatura) 14.
B. Muestra Compuesta
Segn el Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York, consiste
en mezclar varias muestras simples instantneas a intervalos de tiempo
previamente seleccionados (tomadas en diferentes momentos) para un
mismo sitio de muestreo, en volmenes iguales o proporcionales al
caudal 6. Por ejemplo, en lugares donde no se puede medir el caudal,
como en el caso de cuerpos de agua cerrados (lagos, lagunas, presas,
etc.), la muestra compuesta se har tomando volmenes iguales a
intervalos fijos; en el caso de corrientes, se debern mezclar las
muestras simples, proporcionales al caudal. Este muestreo indica las
caractersticas de las aguas residuales durante cierto periodo de tiempo.
La frecuencia del muestreo depende de la variabilidad del caudal y la
carga contaminante; de tal forma que la porcin que se utilice, debe
recogerse con la suficiente frecuencia para lograr resultados promedio.
Con este tipo de muestra quedan eliminados los efectos de los cambios
intermitentes del caudal y concentracin. Si en caudal y la
concentracin no fluctan repentinamente, basta con tomar porciones
cada hora durante perodos de 12 horas. En el caso de que las
fluctuaciones sean repentinas, pueden requerirse muestras cada media
hora o cada cuarto de hora. El perodo de muestreo puede variar para
-
32
que cubra cuatro, ocho o doce horas, segn el personal disponible y el
uso que se d a los resultados.
C. Muestra Integrada
SMEWW recomienda que para ciertos fines, la informacin requerida
deber obtenerse del anlisis de mezclas de muestras simples
recolectadas desde diferentes puntos simultneamente3. Estas
muestras algunas veces se denominan muestras integradas. Un ejemplo
del empleo de este tipo de muestreo puede ocurrir en un ro o en flujos
que varan en composicin a travs de su ancho y profundidad. Para
evaluar la composicin promedio o carga total, se utiliza una mezcla de
muestras representativas de varios puntos en la seccin transversal, en
proporcin a su flujo relativo.
3.3.3. Equipo Utilizado en el Trabajo de Campo
El equipo utilizado para este fin se escogi con base a los criterios
dictados por (3), y el mismo se detalla a continuacin.
En primer lugar se dispuso de envases plsticos, de un litro de
capacidad, para la recoleccin de las muestras durante cada hora.
Estos envases fueron previamente numerados para facilitar su manejo a
la hora de confeccionar las muestras compuestas en el laboratorio. Una
vez utilizados, los mismos se lavaban con agua y jabn para eliminar
los residuos remanentes y poder as utilizarlos de nuevo.
Para evitar la alteracin de las muestras, las mismas se colocaron en
hieleras para mantenerlas a baja temperatura y as conservarlas hasta
su llegada al laboratorio aproximadamente 25 o 26 horas despus de
tomada la primera muestra.
De igual forma se cont con un termmetro para medir la temperatura
in situ, de cada muestra a la hora de su recoleccin.
-
33
Por ltimo, es importante mencionar la utilizacin de guantes para
protegerse del contacto directo con el agua residual, y del alcohol para
desinfectarse las manos despus de manipular las muestras.
3.4. MEDICIONES DE CAMPO
3.4.1. Generalidades
La posibilidad de medir los caudales de agua residual en los sistemas
de recoleccin es de fundamental importancia a la hora de proyectar
sistemas nuevos o evaluar el desempeo de los actuales.
3.4.2. Mtodos de Aforo en Tuberas a Canal Abierto
Segn Metcalf & Eddy, los dos principales mtodos de medida de
caudales, en este tipo de sistemas, son los de descarga directa y los de
rea-velocidad 11.
A. Mtodos de Descarga Directa
Son aquellos en los que la magnitud de la descarga es funcin de una o
dos variables fcilmente medibles. En los casos en que se vayan a
realizar varias determinaciones de caudales, vale la pena construir
curvas de calibrado para simplificar el trabajo.
Metcalf & Eddy afirma que uno de los mtodos ms exactos para medir
caudales es mediante el uso de un vertedero (o vertedor), siempre y
cuando las condiciones bajo las que se determinaron los coeficientes de
descarga de cierto tipo de vertedero se reproduzcan aproximadamente en
los aforos 10. Dentro de los tipos de vertedores ms comnmente
usados se encuentran los rectangulares, triangulares y los
trapezoidales.
El principio de Venturi, que se aplica en la medida de caudales en
conductos a presin, se puede aplicar tambin para la medida de
caudales en canales abiertos por medio del aforador Parshall segn se
-
34
muestra en la fig. 3.1. Debido a que la anchura de la garganta es
constante, la descarga en condiciones de flujo libre puede ser calculada
mediante una nica medida del calado aguas arriba.
Fuente: Metcalf & Eddy
Fig. 3.1: Canal Parshall
Tambin existe el canal de aforo Palmer-Bowlus que se desarroll para
medir el caudal en varios tipos de canales. El principio de su
funcionamiento es similar al del canal de aforo Parshall. Por lo general,
el medidor se sita en el pozo de registro de la alcantarilla. Para que el
funcionamiento sea adecuado, el canal de aforo debe actuar como un
control hidrulico en el cual se desarrollen condiciones de flujo crtico.
B. Mtodos de reaVelocidad
Por medio de este mtodo se obtiene el caudal multiplicando la
velocidad de flujo por la superficie de la seccin recta , a travs de la
cual circula el caudal. Los principales mtodos y aparatos utilizados
para determinar la ve locidad son: molinetes, mtodos elctricos,
medidas con flotadores, trazadores qumicos, radiactivos y con
colorantes.
Otro mtodo para determinar el caudal es el que utiliza la frmula
desarrollada por Robert Manning (ec. 3.3) a finales del siglo pasado.
-
35
Aunque esta frmula fue concebida para canales abiertos, actualmente
se utiliza tambin para conductos cerrados.
Donde V = velocidad, m/s
N = coeficiente de rugosidad
R = radio hidrulico, m
S = pendiente de la lnea de carga, m/m.
El radio hidrulico se define como:
En la medicin de caudales para este estudio, se utiliz un mtodo de
rea velocidad basado en la frmula de Manning. El mtodo anterior
se utiliz, debido a la dificultad de acceso a los puntos de medicin, por
ubicarse stos a ms de un metro de la superficie del suelo y slo se
poda acceder a ellos descendiendo por los pozos de registro.
El aforo se hizo midiendo el tirante con una regla graduada de espesor
delgado, para evitar generar turbulencia, que se introduca en la parte
central de la tubera, la cual se encontraba expuesta en el pozo de
registro donde se realizaban las mediciones, hasta pegar con el fondo y
se marcaba con el dedo hasta donde llegaba el nivel del agua. Una vez
realizada la lectura el caudal se obtena por medio de una tabla
confeccionada para este fin utilizando la frmula de Manning (ec.3.3) y
que se muestra en el anexo (8).
( )3.3.1 21
32
ecSRn
V =
)4.3.()(sec
)(secec
mmojadacinladepermetrommojadacinladerea
R =
-
36
CAPITULO IV
4. MEDICIONES DE CAUDAL
4.1. AFOROS EN LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO
Se realizaron mediciones de caudal en los pozos de registro finales de cada
urbanizacin, ya que exista la posibilidad de realizar el aforo, por tratarse
de tramos de seccin semicircular y pendiente constante. Los aforos
fueron realizados al final de la poca seca, en el periodo de transicin entre
poca seca y lluviosa, especficamente entre el 5 y el 20 de mayo, y en
forma simultnea a la toma de muestras compuestas. Los caudales se
obtuvieron utilizando la frmula de Manning (ec. 3.3) cuyos resultados,
para los datos de ambas urbanizaciones, se encuentran en las tablas del
Anexo 8.
En este captulo se describirn las variaciones horarias de los diferentes
aforos, los caudales promedio y las tendencias generales de variacin. La
influencia de los caudales de infiltracin y conexiones incontroladas se
discutir en el captulo cinco.
Como ya se mencion anteriormente, los aforos fueron realizados en los
tramos finales de los alcantarillados sanitarios de ambas urbanizaciones.
En todos los casos se realizaron mediciones de caudal cada hora durante
veinticuatro horas hasta completar tres das de medicin, con la respectiva
toma de muestras para los anlisis fsico-qumicos. Las jornadas de
medicin se realizaron en forma consecutiva, es decir, una vez tomada la
primer muestra y realizado el primer aforo se continuaba el proceso hasta
completar los tres das o setenta y dos horas, con excepcin de los aforos
realizados en la Urbanizacin El Solar, donde tuvieron que suspenderse
los aforos durante un da por falta de personal.
-
37
En los cuadros y figuras 4.1 y 4.2 se muestra la variacin de caudal en
cada uno de los aforos realizados. En cada cuadro, se indica adems el
caudal promedio. Tambin, se indica el estado del tiempo a la hora de
realizar la medicin.
Debido a la lluvia que se present durante la realizacin de los aforos, en
ambas urbanizaciones, se investig en el IMN para obtener informacin
con el fin de cuantificar la lluvia cada durante la realizacin del estudio en
las cuencas respectivas. Especficamente se obtuvo informacin de
precipitacin horaria desde el 20 de abril hasta el 20 de mayo del 2002.
Para ambas estaciones del 20 al 30 de abril la precipitacin fue de cero
milmetros de lluvia. Esta informacin se presenta al final de este
apartado.
4.1.1.Urbanizacin Bilbao
La descarga de esta urbanizacin cubre 205 casas y una poblacin de 840
habitantes, poblacin calculada de acuerdo a estadsticas de la Divisin
Comercial de AyA para el rea metropolitana al ao 2000.
-
38
Cuadro 4.1 Aforo de caudales Urbanizacin Bilbao
Caudal (l/s)
Hora/Da 05-May 06-May 07-May 08-May 0.5 0.6 0.8 0.6
1.5 0.6 0.6 0.6
2.5 0.2 0.8 0.4
3.5 0.2 0.2 0.4
4.5 0.8 1 0.6
5.5 2.0 2.8 0.6
6.5 6.7 3.2 4.3
7.5 8.0 3.2 3.2
8.5 6.7 2.4 3.2
9.5 5.4 1.6 2.4
10.5 5.4 3.2 4.3
11.5 4.3 4.3 3.2
12.5 5.4 3.2 3.2
13.5 4.3 4.3 2.4
14.5 4.3 2.4 2.4
15.5 2.4 4.3 1.6
16.5 5.4 3.2 1.6
17.5 2.4 2.4 2.4
18.5 3.2 2.4 3.2
19.5 2.8 1.6 1.6
20.5 2.0 2.4 1.6
21.5 1.6 3.7 1
22.5 1.0 2.4 3.2
23.5 1.0 0.6 0.8
Promedio 4.0 2.3 2.2 0.5 Estado del tiempo lluvioso
Fuente: El autor
-
39
Grfico 4.1 Aforo de caudales Urbanizacin Bilbao
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Cau
dal (
l/s)
05-may06-may07-may08-mayLluviaLluvia
Fuente: El autor Se aprecia de manera notable, el da 5 de mayo, la influencia de la lluvia
en el caudal, los otros das siguen el mismo patrn de comportamiento.
4.1.2. Urbanizacin El Solar
Esta descarga cubre 107 viviendas y una poblacin de 439 habitantes, de
acuerdo al dato estadstico mencionado en 4.1.1.
-
40
Cuadro 4.2 Aforo de caudales Urbanizacin El Solar
Caudal (l/s)
Hora/Da 16-May 17-May 18-May 19-May 20-May 0.5 11.6 6.9 6.9
1.5 14.3 6.9 5.1
2.5 5.1 9.1 5.1
3.5 3.5 5.1 5.1
4.5 5.1 5.1 5.1
5.5 5.1 6.9 6.9
6.5 14.3 14.3 5.1
7.5 11.6 9.1 5.1
8.5 5.1 5.1 5.1
9.5 5.1 6.9 9.1
10.5 9.1 5.1 9.1
11.5 5.1 9.1 5.1
12.5 3.5 9.1 9.1
13.5 6.9 6.9 5.1
14.5 6.9 6.9 5.1
15.5 9.1 6.9 9.1
16.5 9.1 9.1 6.9
17.5 9.1 6.9 9.1
18.5 12 6.9 5.1
19.5 14.3 14.3 14.3
20.5 11.6 11.6 17.2
21.5 14.3 11.6 17.2
22.5 6.9 14.3 11.6
23.5 8 9.1 6.9
Promedio 9.0 8.7 6.7 8.6 5.7 Estado del tiempo lluvioso
Fuente: El autor
-
41
Grfico 4.2 Aforo de caudales Urbanizacin El Solar
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Cau
dal (
l/s)
16-may17-may18-may20-may19-mayLluviaLluviaLluvia
Fuente: El autor Se observa de manera notable el efecto de la lluvia el da 19 de mayo. 4.1.3. Precipitacin Registrada Durante el Estudio
Como se mencion al principio de este captulo, durante la realizacin de
los aforos, se presentaron precipitaciones que contribuyeron a aumentar
la infiltracin y los caudales mximos registrados en ambas
urbanizaciones. Este efecto fue especialmente notable en la Urbanizacin
el Solar, donde al comparar los caudales de aguas residuales con el
consumo de agua potable se observaron notables diferencias. De hecho,
los mximos caudales se registraron en horas de intensa lluvia.
Las estaciones meteorolgicas analizadas fueron las del cuadro 4.3, su
ubicacin se aprecia en el anexo (6).
-
42
Cuadro 4.3
Estaciones meteorolgicas consultadas
Estacin Latitud Norte
Longitud Oeste
Altitud (msnm)
Pavas 0958' 8408' 997
San Jos Museo
0956' 8405' 1172
Fuente: IMN
La precipitacin registrada durante el periodo comprendido entre el 20 de
abril y el 20 de mayo del 2002, es la mostrada en el anexo (3). Vale la pena
recordar nuevamente que del 20 al 30 de abril no se registr precipitacin
en ninguna de las dos estaciones en mencin.
El objeto de contar con esta informacin es saber si, durante los das
anteriores, se produjeron precipitaciones que hayan hecho aumentar los
niveles freticos del terreno o el flujo de aguas subsuperficiales, con el
consecuente aumento en la infiltracin en los sistemas de alcantarillado
sanitario.
En la estacin San Jos Museo, antes del da 5 de mayo y desde el 20 de
abril se registr una precipitacin total de 12.5 mm concentrada en los dos
ltimos das. En la estacin Pavas, desde el 20 de abril y hasta el 15 de
mayo, se registr una precipitacin total de 40 mm, concentrada en los
das del 3 al 14 de mayo. Estos periodos de precipitacin corresponden a
las lluvias previas a la realizacin de los aforos en las urbanizaciones
Bilbao y El Solar respectivamente. Se nota la mayor precipitacin total
registrada para los das de medicin en el Solar.
4.2. MEDICIONES DE CAUDAL DE AGUA POTABLE
De forma paralela a la medicin de caudales de aguas residuales, se
midieron los caudales consumidos de agua potable. Para ello, se instal un
equipo especial de medicin de caudal del tipo ultrasnico (el equipo
-
43
utilizado fue especficamente un Panametrics modelo PT 868). El mismo se
coloc en cajas especialmente construidas para este fin, ubicadas donde
empieza la tubera madre que alimenta a las urbanizaciones, justo
despus de la derivacin de la tubera principal que pasa por la calle y
antes de que se conecte la primera casa. De esta forma, como las
urbanizaciones tienen una sola entrada se cuantifica el total consumido
por los habitantes de cada una de ellas.
Las lecturas del caudal realizadas por el equipo son a intervalos de doce
minutos por lo que se obtuvieron curvas ms continuas que las obtenidas
de los aforos de aguas residuales, las cuales fueron realizadas a intervalos
de una hora.
En los grficos del 4.3 al 4.6 se muestran los datos de consumo para
ambas urbanizaciones. Las tablas respectivas se encuentran en el anexo
(4) debido al considerable volumen de datos.
Es importante aclarar que, en Bilbao, hubo un problema de carcter
tcnico con el equipo de medicin, el cual por una razn desconocida
registro el mismo caudal desde las 13:30 hasta las 21:30 horas del da 6
de mayo. Por esta razn, estos datos no pueden considerarse en los
anlisis posteriores.
-
44
Grfico 4.3
Consumo de agua potable Urbanizacin Bilbao
Fuente: El autor
Grfico 4.4 Consumo de agua potable promedio Urbanizacin Bilbao
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 1 3 14 15 1 6 17 18 1 9 20 21 2 2 23 24
Hora
Cau
dal (
l/s)
Promedio
Fuente: El autor
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
05-May06-May07-May08-May
-
45
Grfico 4.5 Consumo de agua potable Urbanizacin El Solar
Fuente: El autor
Grfico 4.6 Consumo de agua potable promedio Urbanizacin El Solar
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Cau
dal (
l/s)
Promedio
Fuente: El autor
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
16-May17-May19-May20-May18-May
-
46
4.3. ANALISIS DE CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL
Adems de las mediciones de caudal de agua potable y de aguas
residuales, anteriormente presentadas, se realiz un anlisis de calidad del
agua residual para tener una idea de las caractersticas fsico-qumicas de
los efluentes de ambas urbanizaciones.
Para cada zona de estudio se analizaron tres muestras compuestas,
obtenidas cada una de ellas a partir de 24 submuestras tomadas cada
hora, iniciando la toma de muestras a las 6:30 am y finalizando a las
5:30am del siguiente da. Las mismas fueron analizadas en un laboratorio
privado bajo normas de Standard Methods For The Examination Of Water
And Waste Water, 1995. Los parmetros analizados fueron: pH, slidos
totales, slidos disueltos, slidos suspendidos totales, slidos
sedimentables, demanda qumica de oxgeno (DQO), demanda bioqumica
de oxgeno (DBO5) y grasas y aceites. Adicionalmente, se midieron los
slidos totales voltiles, en el Laboratorio de Ingeniera Ambiental de la
Universidad de Costa Rica. Los resultados obtenidos se muestran en los
cuadros 4.5 y 4.6. De acuerdo con Metcalf & Hed10, la composicin tpica
del agua residual domstica, no tratada, es la que se muestra en el cuadro
4.4.
-
47
Cuadro 4.4
Composicin tpica de aguas residuales domsticas no tratadas
(Todos los valores excepto los slidos sedimentables se expresan en mg/l)
Concentracin Constituyente Fuerte Media Dbil Slidos Totales: 1200 720 350
Disueltos totales 850 500 250 Fijos 525 300 145 Voltiles 325 200 105
En suspensin totales 350 220 100 Fijos 75 55 20 Voltiles 275 165 80
Slidos Sedimentables (ml/l) 20 10 5
DBO5 400 220 110 COT 290 160 80
DQO 1000 500 250 Nitrgeno Total 85 40 20
Orgnico 35 15 8 Amonaco libre 50 25 12 Nitritos 0 0 0 Nitratos 0 0 0
Fsforo Total 15 8 4 Orgnico 5 3 1 Inorgnico 10 5 3
Cloruros * 100 50 30 Alcalinidad (como CaCO3) * 200 100 50 Grasa 150 100 50
* Los valores deben incrementarse en la cantidad correspondiente
contenida en el agua de suministro. Fuente: Metcalf & Eddy
-
48
Cuadro 4.5
Parmetros de Calidad del Agua Residual Urbanizacin Bilbao
Parmetro / Da 5-6 Mayo 6-7 Mayo 7-8 Mayo Promedio Desv. Est.
pH 7.55 7.73 7.96 7.75 0.17
Slidos Totales (mg/l)
575 615 700 630 52
Slidos Disueltos (mg/l)
405 515 560 493 65
Slidos Suspendidos Totales (mg/l)
170 100 140 137 29
Slidos Sedimentables (ml/l)
1.9 1.8 1.7 1.8 0.1
DQO (mg/l) 310 325 530 388 100
DBO5 (mg/l) 170 190 260 207 39
Grasas y Aceites (mg/l)
48 58 72 59 10
Slidos Totales Voltiles (mg/l)
200 133 433 256 129
Fuente: El Autor
Con respecto al cuadro 4.5 podemos decir que, en la Urbanizacin Bilbao,
basndose en los valores promedio obtenidos, en sus respectivas
desviaciones estndar y al comparar estos valores con los del cuadro 4.4,
que: los slidos totales medidos son inferiores a la concentracin media
con probabilidad de llegar a rebasarla, los slidos disueltos totales son
levemente inferiores a la concentracin media y probablemente pueden
superarla, los slidos suspendidos totales tienen una concentracin mayor
a la dbil pero con pocas posibilidades de acercarse a la media, los slidos
sedimentables son bastante inferiores a la concentracin dbil con poca
probabilidad de superarla, la DQO es superior a la concentracin dbil con
probabilidad de acercarse a la concentracin media y superarla, la DBO5
registrada es ligeramente inferior a la concentracin media con altas
probabilidades de superarla aunque no de forma significativa, las grasas y
aceites, por su parte, apenas sobrepasan la concentracin dbil con baja
posibilidades de llegar a la concentracin media, y finalmente, los slidos
-
49
totales voltiles medidos son considerablemente inferiores a la
concentracin media, pero con posibilidades de sobrepasarla e incluso
alcanzar la concentracin media, por su elevada desviacin estndar.
Cuadro 4.6
Parmetros de Calidad del Agua Residual Urbanizacin El Solar
Parmetro / Da 16-17 Mayo 17-18 Mayo 19-20 Mayo Promedio Desv. Est. pH 7.6 7.83 7.29 7.57 0.22
Slidos Totales (mg/l)
550 490 330 457 93
Slidos Disueltos (mg/l)
470 160 300 310 127
Slidos Suspendidos Totales (mg/l)
80 330 30 147 131
Slidos Sedimentables (ml/l)
0.4 1.7 0.2 0.8 0.7
DQO (mg/l) 345 310 215 290 55
DBO5 (mg/l) 170 145 105 140 27
Grasas y Aceites (mg/l)
58 64 28 50 16
Slidos Totales Voltiles (mg/l)
133 133 100 122 16
Fuente: El Autor
En la Urbanizacin El Solar, utilizando los mismos criterios de
comparacin que en el caso anterior y tomando como punto de referencia
el mismo cuadro 4.4, se infiere que: los slidos totales superan la
concentracin dbil con probabilidades de superar la media, los slidos
disueltos se encuentran en una situacin muy parecida, los slidos
suspendidos tienen un promedio inferior a la concentracin media, sin
embargo, existe probabilidad de que alcancen la concentracin alta, los
slidos sedimentables se encuentran muy por debajo de la concentracin
media con pocas posibilidades de superarla, la DQO supera la
concentracin dbil aunque las probabilidades de que se acerque a
concentracin media son muy bajas, con la DBO5 sucede algo similar con
la diferencia de que si existe una significativa probabilidad de alcanzar la
-
50
media, el valor promedio obtenido para las grasas y aceites coincide con el
lmite de concentracin dbil y su desviacin estndar es muy baja por lo
que es poco probable que se aproxime al valor de concentracin media, los
slidos totales voltiles cuantificados en las pruebas de laboratorio estn
por debajo de la concentracin dbil y es poco probable que la superen ya
que la desviacin estndar es relativamente pequea.
Las anteriores afirmaciones se sustentan en la hiptesis de que los datos
medidos para los parmetros de calidad del agua, siguen una distribucin
de probabilidad normal. Una caracterstica de este tipo de distribucin de
probabilidad es que ms del 95% de los datos, de una poblacin que tenga
este tipo de distribucin, se encuentran en un intervalo que va desde el
promedio menos dos veces la desviacin estndar hasta el promedio ms
dos veces la desviacin estndar. Este criterio fue el que se utiliz para
decir si la probabilidad de que un determinado valor supere un lmite dado
es alta.
En cuanto a los valores de pH obtenidos en cada urbanizacin ambos
resultaron ser ligeramente bsicos oscilando entre 7.29 y 7.96.
La Urbanizacin Bilbao, en promedio, presenta un nivel de concentracin
medio en sus parmetros de calidad del agua residual. Por otro lado, la
Urbanizacin el Solar, ms bien tiende a presentar niveles de
concentracin ms bajos. Esto puede deberse a que, como se ver en el
captulo siguiente, la infiltracin y los caudales incontrolados son mayores
en El Solar, producindose de esta forma un efecto de dilucin que mejora
la calidad del agua residual.
Con el fin de reforzar lo dicho en el anterior prrafo, vase el cuadro 4.7
-
51
Cuadro 4.7 Carga contaminante por persona
Parmetro
Concentracin media (mg/l)
Q (l/s)
Habitantes
Carga contaminante (kg/hab/da)
Bilbao DBO5 207 2.49 840 0.05 DQO 388 2.49 840 0.10
El Solar DBO5 140 8.14 439 0.22 DQO 290 8.14 439 0.46
Fuente: El Autor
Ntese que en El Solar, a pesar de presentar las mayores cargas
contaminantes por persona, presenta concentraciones promedio menores
que Bilbao lo cual evidencia el efecto de dilucin que la elevada infiltracin
ocasiona en esta urbanizacin.
La diferencia en las cargas contaminantes por habitante, entre ambas
urbanizaciones, siendo los valores de El Solar ms de cuatro veces
superiores, se explican por tener sta ltima una poblacin de clase
socioeconmica superior, de tal forma que existe la posibilidad del uso de
trituradores de basura orgnica en algunas casas. Estos artefactos licuan
los residuos orgnicos para as disponerlos en el alcantarillado sanitario,
con la consecuente elevacin de la carga contaminante. Otra explicacin
de la mayor carga contaminante por habitante, en El Solar, es que el agua
infiltrada, en este sistema, puede tener un componente contaminante no
detectado en este estudio.
-
52
CAPITULO V
5. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS
En este captulo se abordar el tema de la determinacin de las diferentes
componentes del caudal de aguas residuales en ambas urbanizaciones.
Llegando a este punto y observando los resultados del captulo anterior, se
encuentra que los datos obtenidos, para los hidrogramas de aguas
residuales, comparados con los de consumo de agua potable, para una de
las urbanizaciones estudiadas (El Solar), difieren en mucho con lo que la
literatura haba predicho. Tomando esto en consideracin, se analiza la
existencia de factores externos que, por su difcil deteccin, han influido
notablemente en los resultados de este estudio. Adems, la informacin
fue analizada de forma distinta en cada caso, debido a las condiciones
mencionadas al principio de este apartado.
5.1. DETERMINACIN DEL CAUDAL DE INFILTRACIN Y DE LLUVIAS
A continuacin se presentan, en un mismo grfico, tanto el caudal de
aguas residuales medido como el respectivo consumo de agua potable
registrado, como se aprecia en los grficos del 5.1 al 5.9, para apreciar
mejor el fenmeno encontrado.
5.1.1. Urbanizacin Bilbao
En esta urbanizacin el comportamiento del hidrograma de aguas
residuales fue de acuerdo con lo esperado, a excepcin de las horas en que
hubo lluvias. No existe una marcada diferencia entre las curvas de
consumo de agua potable y descarga de aguas residuales, siendo el
consumo de agua potable ligeramente superior, diferencia debida al factor
de retorno. En los grficos 5.1 al 5.4 se presentan ambas curvas para cada
da de medicin. Las lneas celestes indican los periodos de lluvia.
-
53
Grfico 5.1 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin Bilbao 5/5/02
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Cau
dal (
l/s)
Consumo Agua PotableDescarga Final de AlcantarilladoLluvia
Fuente: El Autor
Grfico 5.2 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin Bilbao 6/5/02
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final AlcantarilladoLluvia
Fuente: El Autor
-
54
Grfico 5.3 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin Bilbao 7/5/02
Fuente: El Autor
Grfico 5.4 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin Bilbao 8/5/02
Fuente: El Autor
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final Alcantarillado
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5 6
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final Alcantarillado
-
55
Como se observa en el cuadro 4.1, el da 5 de mayo, hubo lluvia desde las
6:30 am hasta las 10:30 am de ese da, por lo que se puede decir que la
marcada diferencia que existe en ambas curvas, como se aprecia en el
grfico 5.1, es debida a la lluvia. Entre las 16 y las 17 horas se present
un pico atpico que muy probablemente se deba a un error de medicin.
El da 6 de mayo, de acuerdo con el mismo cuadro, se presentaron lluvias
en las siguientes horas: 3:30 am, de la 1:30 pm hasta las 5:30 pm y a las
7:30 pm. Adems, se present un problema tcnico con el equipo de
medicin de consumo de agua potable, entre la 1:30 pm y las 10 pm, que
impidi conocer la variacin del caudal en este intervalo de tiempo. Fuera
de este lapso la descarga de aguas residuales se mantuvo inferior al
consumo de agua potable, como se esperaba.
El da 7 de mayo no se presentaron lluvias, no obstante, en varios puntos,
la curva de descarga de aguas residuales super a la de consumo de agua
potable. Esto se puede deber a que en esas horas, en algunas casa, se
utilizara agua almacenada en tanques o se hubiese realizado el vaciado de
agua almacenada, como por ejemplo para la limpieza de algn tanque.
Se detect un punto donde la descarga de aguas residuales fue demasiado
baja, considerando que se present solo en dicho punto, es muy probable
que se trate de un error de medicin, por lo que se elimin dicho punto en
el clculo del caudal de infiltracin.
En la madrugada del da 8 de mayo, donde no hubo lluvias, el consumo de
agua potable fue mayor a la descarga de aguas residuales; pero como solo
abarca una pequea parte del da, esta informacin no se utilizar en
algunos clculos.
-
56
En las curvas de caudal de aguas residuales obtenidas para Bilbao, se
determin que el caudal de infiltracin es ligeramente menor al caudal
mnimo registrado durante el da; adems, es constante porque ambas
curvas, la de agua potable y agua residual, no presentan variaciones
significativas entre ellas, excepto donde se presentan lluvias, donde la
variacin se debe precisamente al aporte de la misma. En el cuadro 5.1 se
presentan los valores obtenido para la infiltracin y el porcentaje que
representan del caudal promedio de aguas residuales, descartando las
horas de lluvia.
Cuadro 5.1 Caudales de infiltracin obtenidos para Bilbao
Da Infiltracin (l/s)
% respecto al caudal promedio para cada da
5 Mayo 0.5 16.2 6 Mayo 0.2 9.2 7 Mayo 0.4 17.8
Promedio 0.37 14.4 Fuente: El Autor
Del cuadro anterior, se infiere que para esta urbanizacin, descartando la
lluvia, en promedio, el caudal de infiltracin es un 14% del caudal
promedio de descarga de aguas residuales.
En lo que respecta al caudal de lluvias, durante el estudio se presentaron
lluvias en dos de los tres das. Los caudales mximos registrados durante
los periodos de lluvias se muestran en el cuadro 5.2.
Cuadro 5.2 Caudales de lluvia obtenidos para Bilbao
(1) (2) Da Caudal mximo
durante lluvia (l/s) Caudal de un da sin
lluvia (l/s) (1) / (2)
5 Mayo 8.0 3.2 2.5 6 Mayo 4.3 1.6 2.7
Fuente: El Autor
-
57
La columna que se observa a la derecha del cuadro anterior es el nmero
de veces que, el caudal mximo registrado ese da durante una lluvia,
supera al caudal registrado a la misma hora para un da sin lluvia, en este
caso el da en que no se registraron lluvias fue el 7 de mayo. De lo anterior
se desprende que, el caudal medido durante una lluvia, lleg a superar en
2.7 veces al caudal de aguas residuales de un da tpico sin lluvia.
5.1.2. Urbanizacin El Solar
En esta urbanizacin el hidrograma de aguas residuales medido difiere
mucho de lo que se esperaba, ya que presenta una forma diferente e
independiente a la de su similar de consumo de agua potable, sin que sea,
necesariamente, la lluvia el factor causante de esta discrepancia. En los
grficos 5.5 al 5.9 se presentan ambas curvas para todos los das de
medicin. Las lneas celestes indican los periodos donde hubo lluvia.
Grfico 5.5 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin El Solar 16/5/02
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final AlcantarilladoLluvia
Fuente: El Autor
-
58
Grfico 5.6 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin El Solar 17/5/02
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final AlcantarilladoLluvia
Fuente: El Autor
Grfico 5.7 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin El Solar 18/5/02
Fuente: El Autor
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
0 1 2 3 4 5 6
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final Alcantarillado
-
59
Grfico 5.8 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin El Solar 19/5/02
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final AlcantarilladoLluvia
Fuente: El Autor
Grfico 5.9 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin El Solar 20/5/02
Fuente: El Autor
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5 6
Hora
Consumo Agua PotableDescarga Final Alcantarillado
-
60
Como se aprecia en el grfico 5.5, para el da 16 de mayo, durante
prcticamente todo el da, la descarga de aguas residuales fue mayor al
consumo de agua potable. La lluvia slo se present a las 6:30 pm, por lo
que el elevado caudal medido en al final de la red de alcantarillado
sanitario no se debe a la lluvia.
El da 17 de mayo llovi desde las 3:30 pm hasta las 5:30 pm, sin
embargo, el caudal de aguas residuales medido fue superior al consumo de
agua potable, solamente a las 9:30 am el caudal de agua potable