UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL -...
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO CIVIL SANITARIA TEMA: EVALUACION DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA PARROQUIA URBANA EL SALTO AUTOR JAIME ROLANDO HIDALGO CARRASCO TUTOR ING. DAVID FREIJA RIVADENEIRA Msc. AÑO 2018 GUAYAQUIL – ECUADOR
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
SANITARIA
TEMA:
EVALUACION DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA PARROQUIA URBANA EL SALTO
AUTOR
JAIME ROLANDO HIDALGO CARRASCO
TUTOR
ING. DAVID FREIJA RIVADENEIRA Msc.
AÑO
2018
GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
Dedicatoria
Este pequeño esfuerzo tiene como dedicatoria a:
Dios: El cual, mediante cada oración me brindaba sabiduría, salud y
vida para poder realizar este documento.
Mi familia: Los cuales en los peores momentos supieron darme ese ánimo
y fuerza cuando más lo necesitaba
Mi Hija: Joyce, el regalo más hermoso que me pudo dar la vida.
iii
Agradecimiento
Agradezco especialmente a Dios, por las bendiciones que me brindo en este largo
camino.
A mi familia que me brindó su apoyo incondicional.
A mi hija Joyce, quien es mi motor de vida.
iv
Tribunal de titulación
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. Ing. David Freija Rivaneira, M.Sc.
Decano Tutor
Ing. Andrés Rivera Benítez, M.Sc. Ing. Franklin Villamar Bajaña, M.Sc
Tribunal Tribunal
v
Declaración de expresa
Articulo XI.- del Reglamento Interno de graduación de la Facultad de
Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
La responsabilidad de los hechos ideas y doctrinas expuestas en este trabajo de
titulación corresponden exclusivamente al autor y al patrimonio intelectual de la
Universidad de Guayaquil.
Jaime Rolando Hidalgo Carrasco
CI: 1205934498-8
vi
Índice
CAPITULO I........................................................................................................................................ 1
GENERALIDADES ........................................................................................................................ 1
1.1 Antecedentes ............................................................................................................ 1
1.2 Planteamiento del problema .................................................................................. 1
1.3 Delimitación del problema ..................................................................................... 2
1.4 Objetivos del estudio............................................................................................... 3
1.4.1 Objetivo general.................................................................................................... 3
1.4.2 Objetivos específicos ...................................................................................... 4
1.5 Justificación del problema ..................................................................................... 4
CAPITULO II ...................................................................................................................................... 5
MARCO TEORICO ........................................................................................................................ 5
2.1 Antecedentes ............................................................................................................ 5
2.2 Fundamentos epistemológicos ............................................................................ 6
2.2.1 Fuentes de abastecimiento de agua ................................................................ 6
2.2.1.1 Aguas meteóricas ............................................................................................ 7
2.2.1.2 Aguas superficiales ......................................................................................... 7
2.2.1.3 Aguas subterráneas ........................................................................................ 8
2.2.2 Obras de captación .................................................................................................. 9
2.2.2.1 Captación de agua subterránea .................................................................. 10
2.2.2.2 Captación de agua subterránea mediante pozos verticales ................ 10
2.2.2.2.1 Pozos excavados .................................................................................... 10
2.2.2.2.2 Sondeos o perforaciones ...................................................................... 11
2.2.3 Tratamiento de agua .............................................................................................. 14
2.2.3.1 Tratamiento de aguas superficiales ........................................................... 14
2.2.3.1.1 Desinfección inicial .................................................................................... 14
2.2.3.1.2 Coagulacion-Floculacion .......................................................................... 15
vii
2.2.3.1.3 Decantación.................................................................................................. 16
2.2.3.1.4 Filtración ....................................................................................................... 16
2.2.3.1.5 Desinfección ................................................................................................ 17
2.2.3.2 Tratamiento de aguas subterráneas .................................................................. 17
2.2.3.2.1 Desinfección mediante cloro ............................................................................... 17
2.2.3.2.2 Aireación .................................................................................................................. 19
2.2.3.2.3 Filtración lenta ........................................................................................................ 21
2.2.4 Reservas de agua ................................................................................................... 22
2.2.5 Redes de distribución de agua potable ............................................................ 22
2.2.5.1 Redes abiertas ........................................................................................................ 23
2.2.5.2 Redes cerradas ....................................................................................................... 23
2.2.5.3 Componentes de la red de distribución............................................................ 24
2.3 Normas técnicas ..................................................................................................... 25
2.4 Marco legal ............................................................................................................... 25
CAPITULO III ................................................................................................................................... 27
MARCO METODOLÓGICO ........................................................................................................ 27
3.1 Enfoque..................................................................................................................... 27
3.2 Revisión de bibliografía y de campo de la zona de estudio, sobre los
aspectos físicos y socio-económicos .............................................................................. 27
3.2.1 Servicios básicos del sector ........................................................................... 28
3.3 Red de distribución actual de Nueva Esperanza ............................................ 30
3.4 Censos realizados .................................................................................................. 31
3.5 Encuesta socio-económica .................................................................................. 31
3.6 Análisis físico-químico del agua ........................................................................ 31
viii
3.7 Propuesta de mejora del sistema ....................................................................... 32
3.7.1 Bases de diseño ..................................................................................................... 32
3.7.1.1 Cálculo de la población de diseño ..................................................................... 33
3.7.1.2 Método geométrico ................................................................................................ 33
3.7.1.3 Variaciones de consumo ...................................................................................... 35
3.7.1.3.1 Caudal medio diario ............................................................................................... 35
3.7.1.3.2 Caudal máximo diario ........................................................................................... 36
3.7.1.3.3 Caudal máximo horario ......................................................................................... 36
3.7.2 Fuente de captación .............................................................................................. 37
3.7.3 Cálculo del sistema de bombeo.......................................................................... 37
3.7.4 Tratamiento de agua .............................................................................................. 40
3.7.5 Tanque de reserva.................................................................................................. 44
3.7.5.1 Volumen de almacenamiento .............................................................................. 44
3.7.5.2 Dimensionamiento del tanque de reserva ........................................................ 45
3.7.5.3 Evaluación de la capacidad del tanque de reserva alta ................................ 46
3.7.6 Cálculo de sistema de bombeo ........................................................................... 48
3.7.7 Red de distribución ................................................................................................ 52
3.7.7.1 Línea matriz ............................................................................................................. 52
3.7.7.2 Calculo de la red de distribución........................................................................ 54
CAPITULO IV ................................................................................................................................... 56
RESULTADOS ............................................................................................................................. 56
4.1 Diagnostico o estudio de campo ........................................................................ 56
4.1.1 Diagnostico o estudio de campo ........................................................................ 56
ix
4.1.1.1 Actividades económicas ...................................................................................... 57
4.1.1.2 Abastecimiento de agua ....................................................................................... 58
4.1.1.3 Disposición de excretas ....................................................................................... 59
4.1.1.4 Nivel cultural ............................................................................................................ 60
4.2 Evaluación del sistema existente ....................................................................... 61
4.3 Propuesta de mejora del sistema de agua potable existente ...................... 64
4.3.1 Población de diseño .............................................................................................. 64
4.3.2 Densidad poblacional ............................................................................................ 65
4.3.3 Caudales de diseño ............................................................................................... 65
4.3.4 Fuente de abastecimiento .................................................................................... 66
4.3.5 Sistema de bombeo del tanque elevado ........................................................... 66
4.3.6 Tratamiento de agua .............................................................................................. 67
CAPITULO V .................................................................................................................................... 69
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 69
5.1 Conclusiones .......................................................................................................... 69
5.2 Recomendaciones.................................................................................................. 70
ANEXOS
BIBLIOGRAFIA
x
Índice de tabla
Tabla 1 Ventajas y desventajas del uso del cloro para la desinfección ................... 18
Tabla 2 Vida útil de los elementos de un sistema de agua potable ......................... 32
Tabla 3 Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua, disposición
de excretas y residuos líquidos. .............................................................................. 34
Tabla 4 Dotaciones de agua para diferentes niveles de servicio ............................. 34
Tabla 5 Porcentaje de fugas ................................................................................... 35
Tabla 6 Caudales de diseño ................................................................................... 37
Tabla 7 Criterio de diseño para aireadores de bandejas ......................................... 40
Tabla 8 Características de la arena ........................................................................ 44
Tabla 9 Características de la grava ......................................................................... 44
Tabla 10 Suministro por bombeo del tanque elevado ............................................. 47
Tabla 11 Coeficiente de rugosidad de Hazen-William ............................................. 53
Tabla 12 Resultado del censo socio-económico en sector Nueva Esperanza (2017)
............................................................................................................................... 56
Tabla 13 Resultado del censo de las actividades económicas de Nueva Esperanza
............................................................................................................................... 57
Tabla 14 Resultados del censo del abastecimiento de agua potable ...................... 58
Tabla 15 Resultado del censo de las descargas de excretas .................................. 59
Tabla 16 Resultados del censo del nivel cultural ..................................................... 60
Tabla 17 Perfil epidemiológico del centro de salud de la parroquia urbana El Salto.63
Tabla 18 Población proyectada mediante el método geométrico ............................ 64
Tabla 19 Variaciones de consumo .......................................................................... 66
Tabla 20 Sistema de bombeo ................................................................................ 67
Tabla 21 Características del filtro ............................................................................ 68
xi
Índice de figuras
Figura 1 Recipiente donde se almacena el agua ...................................................... 2
Figura 2 Ubicación del sector mediante cartografía IGM de Babahoyo ..................... 3
Figura 3 Ubicación satelital: Latitud: 1°47’40.13” S y Longitud:79°32’05.38” O ........ 3
Figura 4 Sistema de abastecimiento de agua de la parroquia urbana El Salto .......... 5
Figura 5 Clasificación de fuentes de abastecimiento................................................. 6
Figura 6 Aguas meteóricas ....................................................................................... 7
Figura 7 Aguas superficiales ..................................................................................... 7
Figura 8 Aguas subterráneas .................................................................................... 8
Figura 9 Proceso de obras de captación ................................................................... 9
Figura 10 Obras de captación ................................................................................... 9
Figura 11 Pozo excavado ....................................................................................... 11
Figura 12 Sondeos o perforaciones ........................................................................ 12
Figura 13 Proceso de potabilización de aguas superficiales .................................. 14
Figura 14 Tratamiento básico para el agua subterránea ......................................... 17
Figura 15 Aireador por aspersión ............................................................................ 20
Figura 16 Aireador de cascada ............................................................................... 20
Figura 17 Aireador de bandejas. ............................................................................ 21
Figura 18 Red de distribución abierta ..................................................................... 23
Figura 19 Red de distribución cerrada ................................................................... 24
Figura 20 Agua potable que reciben los moradores de la parroquia urbana El Salto
............................................................................................................................... 28
Figura 21 Pozo séptico de una vivienda del sector de Nueva esperanza ................ 29
Figura 22 Centro de salud de la parroquia El Salto ................................................ 29
Figura 23 Unidad Educativa Darío C. Guevara ....................................................... 30
xii
Figura 24 Red de distribución del sector Nueva Esperanza ................................... 30
Figura 25 Encuesta socio-económica a los moradores de la parroquia .................. 31
Figura 26 Línea matriz ............................................................................................ 52
Figura 27 Actividades económicas .......................................................................... 58
Figura 28 Abastecimiento de agua potable ............................................................. 59
Figura 29 Disposición de excretas .......................................................................... 60
Figura 30 Nivel cultural ........................................................................................... 60
Figura 31 Pozo y bomba sumergible ....................................................................... 61
Figura 32 Protección del sistema de captación por inundaciones ........................... 62
Figura 33 Cálculo de la población futura (método geométrico) ............................... 64
xiii
Resumen
La parroquia urbana El Salto perteneciente al cantón Babahoyo, provincia de Los
Ríos, posee un sistema de agua potable el cual no cumple con las necesidades de
los usuarios en cuanto la cantidad y presión que llega a los sectores aledaños. En
este presente estudio nos enfocaremos en un sector en específico llamado Nueva
Esperanza el cual queda a 2.5 km de la planta de tratamiento y es perteneciente a la
parroquia urbana El Salto, en e sector antes mencionado es donde existe mayor
problemática de demanda del servicio y donde se realizará un nuevo trazado de red
de distribución. El objetivo de este estudio será la evaluación del sistema de agua
potable actual.
Para realizar el abastecimiento de agua cruda esta planta es alimentada
mediante captaciones de aguas subterráneas ya que estas son las obras de
captación con mayor frecuencia. Para realizar el tratamiento de aguas subterráneas,
la desinfección se la realiza mediante cloro liquido ya que resulta más económico y
de fácil aplicación. Para la eliminación del óxido de hierro y gases en el agua se
utilizará el proceso de aireación, la red de distribución tiene como objetivo principal
distribuir el agua para que llegue con la cantidad de caudal necesario y presión
adecuada hasta el punto más alejado.
La metodología aplicada en este estudio considera las características socio-
económicas y del campo existente. Para la evaluación de la nueva red de
distribución que será trazada en el sector Nueva Esperanza se utilizaron principios
hidráulicos planteados por Hazen Williams y Hardy Cross.
El estudio señala que la planta de tratamiento no posee la desinfección ni aireación
adecuada, la red de distribución del sector Nueva Esperanza debido a relleno
xiv
constantes a quedado situada a 2,5 m de profundidad la cual no es la indicada, los
moradores de este dicho sector viven constantemente quejándose por el mal
servicio que reciben, el cual consta de poca presión, caudal y que el servicio no es
constante.
Con el fin de mejorar la efectividad del sistema actual se planteará una propuesta de
mejora la cual consiste en: Instalar un nuevo sistema de bombeo de la reserva baja
hacia la reserva alta con una bomba de 110 HP, tratamiento con desinfección,
aireación y filtración y nueva red de distribución en el sector Nueva Esperanza con
los diámetros calculados en el anexo 4.
xv
Abstract
The urban parish El Salto belonging to the canton Babahoyo, province of Los Ríos,
has a potable water system which does not meet the needs of users in terms of
quantity and pressure that reaches the surrounding areas. In this present study we
will focus on a specific sector called Nueva Esperanza, which is 2.5 km away from
the treatment plant and belongs to the El Salto urban parish, in the aforementioned
sector where there is a greater problem of demand for the service and where a new
distribution network layout will be made. The objective of this study will be the
evaluation of the current drinking water system.
In order to carry out the raw water supply, this plant is fed by means of groundwater
catchments, since these are the collection works with the greatest frequency. To
carry out the treatment of groundwater, disinfection is carried out using liquid
chlorine, since it is more economical and easy to apply. For the elimination of iron
oxide and gases in the water the aeration process will be used, the distribution
network has as main objective to distribute the water so that it arrives with the
necessary amount of flow and adequate pressure to the furthest point.
The methodology applied in this study considers the socio-economic characteristics
and the existing field. The hydraulic principles proposed by Hazen Williams and
Hardy Cross were used to evaluate the new distribution network that will be drawn
up in the Nueva Esperanza sector.
The study indicates that the treatment plant does not have adequate disinfection or
aeration, the distribution network of the Nueva Esperanza sector due to constant
filling to be located at 2.5 m depth which is not indicated, the residents of this said
xvi
sector constantly complain about the poor service they receive, which consists of
little pressure, flow and that the service is not constant.
In order to improve the effectiveness of the current system, an improvement
proposal will be proposed which consists of: Installing a new pumping system from
the low reserve to the high reserve with a 110 HP pump, treatment with disinfection,
aeration and filtration and new distribution network in the Nueva Esperanza sector
with the diameters calculated in annex 4.
1
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1 Antecedentes
La parroquia urbana El Salto del cantón Babahoyo, consta de un área
aproximada de 35.12 Ha y con una población actual de 2356 habitantes; el sistema
de potabilización que utilizan se basa en la aireación y desinfección mediante cloro
líquido, el agua cruda es captada de pozos profundos los cuales tienen un régimen
de operación de 18 horas de bombeo y están ubicados en el sector de La Chorrera
a orillas del estero chico.
El recorrido que realiza el agua cruda desde su captación (campo de pozos)
hacia la planta de tratamiento es de 5 km, en la actualidad se encuentran 4 pozos,
los cuales solo 2 están en funcionamiento, cada pozo posee un diámetro de 16” y
una profundidad de 120 m, la distancia de separación entre cada pozo es de 700 m
y el volumen de captación de agua cruda de cada pozo es de 0.08 𝑚3/𝑠.
1.2 Planteamiento del problema
El suministro de agua potable que llega al sector Nueva Esperanza perteneciente
a la parroquia urbana El Salto, es uno de los sectores donde existe más deficiencia
del servicio, ya que este llega a las viviendas con muy poca presión y caudal; esto
ocasiona que los habitantes de ese sector almacenen agua en tanques.
La red de distribución del sector de Nueva Esperanza se encuentra ubicada a 2,5
m de profundidad, debido al relleno que periódicamente realiza el municipio de
2
Figura 1 Recipiente donde se almacena el agua
Babahoyo, la exagerada profundidad de la tubería hace que las presiones no
cumplan con la demanda del sector.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
1.3 Delimitación del problema
El presente estudio comprende en la evaluación del sistema de agua potable de
la parroquia urbana El Salto, en el cual el sistema de tratamiento que utilizan es de
aireación y desinfección, en el cual se analizará: fuente de abastecimiento, red de
distribución, reserva alta y sistema de bombeo.
En base a los resultados que generen el estudio de esta planta de potabilización,
y de la red de distribución en el sector de Nueva Esperanza, se planteará una
mejora en el sistema de agua potable existente, el cual beneficiará a los habitantes
de la parroquia mejorando así su salud y calidad de vida.
3
Fuente: Google Earth, 2017
Figura 3 Ubicación satelital: Latitud: 1°47’40.13” S y Longitud:79°32’05.38” O
Figura 2 Ubicación del sector mediante cartografía de Babahoyo
Fuente: IGM
1.4 Objetivos del estudio
1.4.1 Objetivo general
Evaluar el estado y funcionamiento actual del sistema de agua potable de la
parroquia urbana El Salto.
4
1.4.2 Objetivos específicos
• Determinar las características de la fuente de abastecimiento mediante
ensayos de laboratorio.
• Evaluar el estado y funcionamiento del sistema de agua potable actual.
• Plantear propuestas de mejora en la planta de tratamiento y en la red de
distribución del sector Nueva Esperanza
1.5 Justificación del problema
En el sector de Nueva Esperanza perteneciente a la parroquia urbana El Salto, el
servicio de agua potable que llega a las diferentes viviendas del sector carece de
presión y caudal, también por la turbiedad del agua que llega al sector es negruzca
por lo que causa malestar en los moradores de dicho sector, por lo que almacenan
agua en recipientes improvisados para cuando el servicio no esté disponible estos
se abastezcan de ese reservorio. Es primordial plantear una propuesta de mejora en
el sistema para que así los usuarios tengan un abastecimiento del servicio que
cumpla sus necesidades.
Este estudio cuenta con la colaboración del municipio de Babahoyo, EMSABA
EP (empresa municipal de saneamiento de Babahoyo) y los habitantes del sector.
5
CAMPO DE POZOS
CONDUCCION
TRATAMIENTO
ALMACENAMIENTO
ESTACION DE
BOMBEO
DESINFECCION
LINEAS DE ADUCCION
REDES DE DISTRIBUC
ION
CONEXION DOMICILIA
RIA
Figura 4 Sistema de abastecimiento de agua de la parroquia urbana El Salto
CAPITULO II
MARCO TEORICO
2.1 Antecedentes
La parroquia urbana El Salto cuenta con un sistema de potabilización el cual solo
permite que el agua cruda sea tratada solo con dos sistemas de potabilización los
consisten en: aireación y desinfección, el agua es captada mediante pozos los
cuales tienen una profundidad de 120m y actualmente solo 2 están en
funcionamiento de los 4 existentes, mediante una bomba sumergible el agua cruda
es captada y realiza un recorrido de 5km mediante tuberías de hierro dúctil que
inicia con DN 250mm y termina con DN 600mm, el agua cruda captada llega a la
reserva baja las cuales constan de 2 reservorios de 1800m3 cada uno, luego es
bombeada a la reserva alta la cual posee una capacidad de 500 m3.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
El área donde se va a realizar este estudio comprende actualmente con 720
viviendas el cual corresponde a toda el área de la parroquia urbana El Salto, en este
estudio también nos enfocaremos en la problemática que existe en el sector de
6
Fuentes de abastecimiento
de agua
Aguas meteóricas
Aguas superficiales
Aguas subterráneas
Segun su procedencia
Figura 5 Clasificación de fuentes de abastecimiento
Nueva Esperanza la cual consiste en la poca presión y caudal que llega a las
diferentes viviendas de este sector.
El sector de Nueva Esperanza actualmente consta de 120 viviendas y con un
número de 645 habitantes. Este proyecto ayudará con planes de mejoras y servirá
como guía base para las diferentes organizaciones o autoridades locales que
busquen una solución para mejorar el servicio.
2.2 Fundamentos epistemológicos
2.2.1 Fuentes de abastecimiento de agua
En todo diseño de un sistema de agua potable es de gran utilidad saber el lugar
de donde se va a realizar el abastecimiento de agua cruda o como también se
puede realizar la captación de diferentes fuentes subterráneas, las cuales nos
ayuden en captar las cantidades suficientes para cubrir las necesidades del sector.
Las fuentes pueden clasificarse según de donde provengan, tal como se muestra en
la siguiente figura.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
7
Figura 6 Aguas meteóricas
Figura 7 Aguas superficiales
2.2.1.1 Aguas meteóricas
Al agua que cae proveniente de fenómenos meteorológicos, tales como la lluvia, la
nieve y el granizo, es llamada “agua meteórica”. Esta proviene de la condensación y
solidificación del vapor de agua que contiene la atmósfera, como resultado de la
evaporación de grandes masas de agua terrestres y marinas.
Fuente: Google
2.2.1.2 Aguas superficiales
Aguas superficiales son aquellas que se encuentran sobre la superficie del suelo. Esta
se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el afloramiento
de aguas subterráneas. Pueden presentarse en forma correntosa, como en el caso de
corrientes, ríos y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios, embalses, lagunas,
humedales, estuarios, océanos y mares.
Fuente: Google
8
Figura 8 Aguas subterráneas
2.2.1.3 Aguas subterráneas
El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en
los continentes, y se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la Tierra. El volumen del
agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o
circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares. El agua del subsuelo es un recurso
importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial, pero de difícil
gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación. El agua subterránea
es parte de la precipitación que se filtra a través del suelo hasta llegar al material rocoso
que está saturado de agua. El agua subterránea se mueve lentamente hacia los niveles
bajos, generalmente en ángulos inclinados (debido a la gravedad) y eventualmente llegan a
los arroyos, los lagos y los océanos.
Como su nombre lo indica son agua que circulan por debajo de la tierra y se forman por
la infiltración del agua proveniente de las lluvias o de las aguas superficiales.
Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías.
Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y
grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen
como una esponja. La única excepción significativa la ofrecen las rocas solubles, como las
calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el
agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación, modelo que más se ajusta a la
creencia popular.
Fuente: Google
9
FUENTE ESTRUCTURA CAPTACION
Figura 9 Proceso de obras de captación
Figura 10 Obras de captación
2.2.2 Obras de captación
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
|
Son obras civiles y equipos electromecánicos que se utilizan para captar el agua
superficial o subterránea. Dichas obras cambian de acuerdo con la naturaleza de la fuente
de donde se está abasteciendo.
La obra de captación debe ser diseñada para que prevea las posibilidades de
contaminación del agua también debe permitir que el caudal que se captado sea el
necesario para suministrar a la población.
Fuente: (Civilgeeks,2010)
10
2.2.2.1 Captación de agua subterránea
Para la utilización del agua subterránea se debe de construir obras de captación
las cuales tienen como finalidad obtener la mayor cantidad de agua con el mínimo
gasto de energía.
Cuando decimos captación de aguas subterráneas la mayoría de las veces nos
referimos a pozos verticales, pero existen varios tipos de sistema de captación los
cuales nos permiten llegar al mismo fin.
Las obras de captación se clasifican en:
✓ Verticales: pozos y sondeos
✓ Horizontales: zanjas, drenes y galerías
✓ Mixtos: pozos con drenes radiales, galerías con pozos
De acuerdo a la cantidad de agua que se necesite y de las características
hidrogeológicas de la zona se determinará el tipo de captación que se necesite.
2.2.2.2 Captación de agua subterránea mediante pozos verticales
2.2.2.2.1 Pozos excavados
Este tipo de perforaciones se las realiza a mano, probablemente es el tipo de
captación más antiguo. La profundidad que frecuentemente se le da varía entre los
20m a 30m, aunque se ha llego a alcanzar mayores profundidades. El diámetro
mínimo es de 1.5m, el cual es el espacio que necesita una persona para el trabajo,
es frecuente que supere los 3m.
11
Figura 11 Pozo excavado
En la actualidad se excava con máquinas perforadoras y explosivos cuando en el
terreno existen rocas muy duras. En la siguiente figura se aprecia un pozo excavado
para captar agua.
Fuente: Google
2.2.2.2.2 Sondeos o perforaciones
Son las obras de captación de aguas subterráneas más utilizadas en la
actualidad, normalmente son de menor diámetro y mayor profundidad que los pozos
excavados.
Estas obras son perforaciones excavadas por medios mecánicos, las cuales tienen
un diámetro menor a 1.5m, y entre los diámetros más frecuentes están entre los 150
a 700mm.
Los sondeos se revisten de tuberías metálicas con numerosas ranuras u orificios a
lo largo de ellas para permitir el paso del agua. A veces el acuífero tiene arenas muy
finas que son arrastradas por el agua en su movimiento. Para que ésta salga limpia
se colocan unos filtros entre la pared del sondeo y la tubería ranurada. Estos filtros
pueden estar constituidos por gravas de tamaños adecuados.
12
Figura 12 Sondeos o perforaciones
.
Fuente: Universidad de Uruguay (Facultad de Ingeniería)
Este tipo de captaciones tienen la ventaja de alcanzar grandes profundidades,
donde las aguas subterráneas que se encuentran a esa profundidad la mayoría de
las veces contienen un índice menor de hierro y manganeso a comparación que si
realizamos la captación cerca de la superficie este índice subirá, debido a la
contaminación del medio, otra de las ventajas es el costo que tiene este tipo de
captación que es muy inferior a las de otro tipo.
Los sistemas más utilizados son:
• Percusión
Este sistema es muy utilizado en suelos granulares y en suelos cohesivos. Este
tipo de sondeo pueden atravesar suelos de resistencia firme y muy firme, la
profundidad que puede alcanzar este tipo de perforaciones es de hasta 30 ó 40m,
siendo las de 15 a 20m la más frecuentes. El proceso de este sistema de
perforación se basa en la hincada de tubos de acero mediante el golpeo de una
masa de 120kg la cual cae desde una altura que varía entre 1 a 1.20m.
13
Para la correcta penetración de un tramo de 20 cm se debe ir contabilizando los
golpes que se realicen ya que esto nos permite conocer la capacidad del suelo. Las
tuberías utilizadas poseen diámetros exteriores de 91mm, 128mm. 178mm y
230mm, las cuales son empleadas como entibación mientras se realiza la
extracción de muestras mediante cucharas y trépanos. (Obando, 2009)
• Rotación
Los sondeos a rotación pueden realizar perforaciones en cualquier tipo de suelo
o roca y alcanzan profundidades de 100m, aunque si se ha logrado alcanzar los
1000m.
La extracción de testigos es continua y el porcentaje de recuperación del testigo con
respecto a la longitud perforada puede ser muy alto, dependiendo del sistema de
extracción. Existen diferentes tipos de suelos los cuales son difíciles de perforar
mediante este sistema, tales como las gravas, y los bolos o las arenas finas bajo el
nivel freático, debido al arrastre del propio fluido de perforación. (Obando, 2009)
• Rotopercusión
La rotopercusión es un sistema mecánico para realizar sondeos y pozos de
agua capaz de perforar en los terrenos más duros como los rocosos de tipo
granítico, con calizas, pizarras, etc. Junto a esta ventaja hay que añadir que la
perforación de pozo resulta sumamente rápida, pudiendo realizarse en distintos
diámetros que acostumbran a ir desde 140mm., 200mm. hasta los 600 mm.
Para la perforación es necesario el empleo de herramientas neumáticas y
comprensores de alta presión que permiten alcanzar profundidades superiores a los
500 metros. La limpieza del sondeo se realiza por aire y la entubación se suele
14
Desinfeccion inicial
Coagulacion-Floculacion
Decantación Filtracion Desinfección
Figura 13 Proceso de potabilización de aguas superficiales
realizar en P.V.C con distintas prestaciones según las exigencias del terreno o en
hierro al carbono soldado. (torrente, 2015)
2.2.3 Tratamiento de agua
Para realizar el tratamiento del agua se debe realizar procesos físico-químicos,
biológicos e hidráulicos, los cuales nos ayudarán a eliminar sustancias como:
microorganismos y solidos existentes en el agua ya que estos perjudican la salud de
quienes la consumen
De acuerdo con el tipo de agua que sea captada se le realizaran análisis de
laboratorio para poder determinar el tipo de tratamiento que se le debe aplicar. Para
el diseño del sistema de tratamiento se debe conocer las necesidades y calidad del
agua de la fuente de abastecimiento. La norma INEN 1108(quinta revisión) plantea
los parámetros que debe de cumplir el agua una vez esta sea tratada.
2.2.3.1 Tratamiento de aguas superficiales
En la figura que se muestra a continuación se detallan los principales procesos
de potabilización para el tratamiento de aguas superficiales.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
2.2.3.1.1 Desinfección inicial
El agua cruda que es captada y conducida mediante tuberías hacia los
reservorios, se le realiza la desinfección inicial, siendo este el primer proceso para
15
la potabilización del agua, el cual consiste en la aplicación de un agente químico
oxidante el cual reacciona con las materias orgánicas e inorgánicas que posee el
agua, las cuales mediante la oxidación pueden ser eliminadas. Los oxidantes más
utilizados son: aire atmosférico, cloro, dióxido de cloro, permanganato potásico,
ozono y agua oxigenada, todos estos oxidantes pueden actuar solos o combinados.
2.2.3.1.2 Coagulacion-Floculacion
Estos procesos trabajan en conjunto, ya que unen entre sí a los sólidos que se
encuentran suspendidos para formar cuerpos de mayor tamaño y posteriormente
poder ser eliminados mediante el proceso de filtración.
La coagulación, es un proceso en el cual se agregan sustancias químicas que
permite incrementar la tendencia de las partículas haciendo que estas se unan
para formar partículas de mayor tamaño. Muchas partículas, como los coloides son
sustancias tan pequeñas que no se sedimentan en un tiempo razonable y además
no pueden ser eliminados por filtración. La coagulación ocurre durante una mezcla
rápida o el proceso de agitación que rápidamente sigue a la adicción del
coagulante.
Luego ocurre el proceso de floculación, el cual se produce cuando la mezcla
coagulante-agua se agita lentamente. Las partículas que se unen entre sí para
formar partículas de mayor tamaño son también conocidas como “flocs” y estas se
pueden separar mediante sedimentación o filtración.
16
2.2.3.1.3 Decantación
Este proceso es utilizado para la separación de mezclas heterogéneas, que pueden
estar conformadas por una sustancia líquida y una sólida, o por dos sustancias
líquidas.
En el caso de decantación de un sólido en un líquido, es muy común en los
procesos de potabilización del agua, para extraer las partículas más pesadas, antes
de la filtración. Se lo deja reposar, y al cabo de un tiempo, las partículas del sólido
suspendidas en el líquido se depositarán en el fondo del recipiente. Cuando esto
sucede, el líquido se pasa a otro recipiente, dejando en la base el sólido, que podrá
extraerse con facilidad.
2.2.3.1.4 Filtración
Se denomina filtración al proceso de separación de sólidos, por un medio
poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo o filtro. Generalmente al medio
mecánico poroso usado para la separación mecánica se le llama filtros, tamices,
cedazos, criba, o popularmente e incorrectamente: mallas o telas.
Generalmente se utiliza el término filtrar cuando nos referimos a la separación
mecánica de partículas de menor tamaño que coloidal, (colar o tamizar cuando son
partículas mayores), o que no se ven a simple vista. El resultado final es un agua
más clara, en la que se han eliminado hasta un 95% de los microorganismos. Las
pequeñas partículas que no son extraídas mediante la decantación, son retenidas
en este proceso. El agua que pasa a través de una capa de arena, la cual es
lavada frecuentemente, haciendo pasar en sentido contrario al del paso del normal
del agua, aire a presión y agua tratada.
17
Desinfeccion mediante cloro
Aireacion Filtración
Figura 14 Tratamiento básico para el agua subterránea
2.2.3.1.5 Desinfección
La desinfección del agua para uso de consumo humano tiene por finalidad la
eliminación de los microorganismos patógenos contenidos en el agua que no han
sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua. Para el proceso de
desinfección se le añade al agua sustancias como: oxidante cloro, cloraminas,
dióxido de cloruro u ozono.
2.2.3.2 Tratamiento de aguas subterráneas
El tratamiento básico aplicado para el tratamiento de aguas subterráneas es el
mostrado en la siguiente figura.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
2.2.3.2.1 Desinfección mediante cloro
Para este proceso se le puede dosificar oxidantes como son cloro-gas o cloro
líquido los cuales resultan más económicos y de muy fácil aplicación. Los
hipocloritos (sales del ácido hipocloroso) se los puede encontrar en diferentes
formas, tal como:
18
• Hipoclorito de calcio
El hipoclorito de calcio también llamado "cal clorada" es un compuesto químico
cuya fórmula es Ca(ClO)2, este viene en forma de polvo o tableta. Es ampliamente
utilizado en tratamiento de aguas por su alta eficacia contra bacterias, algas, moho,
hongos y microorganismos peligrosos para la salud humana. Además, es un agente
blanqueador.
• Hipoclorito de sodio
El hipoclorito de sodio (cuya disolución en agua es conocida como lejía) es un
compuesto químico, fuertemente oxidante de fórmula NaClO. Es un oxidante fuerte
y económico. Debido a esta característica se utiliza como desinfectante, además
destruye muchos colorantes por lo que se utiliza como blanqueador. Este oxidante
debe ser almacenado lejos de cualquier tipo de ácido y tampoco debe de mezclarse
con amoníaco, ya que puede formar cloramina, el cual es un gas muy tóxico.
Tabla 1: Ventajas y desventajas del uso del cloro para la desinfección
VENTAJAS DESVENTAJAS
Diferentes presentaciones como gas, líquido y granular.
Es un gas venenoso el cual requiere manejo cuidadoso.
Económico. Es altamente corrosivo en solución.
Fácil aplicación. Forma cloroformes con los fenoles.
Permite un residual en solución para la protección sanitaria de la red de agua.
Forma trihalmetanos con algunas sustancias orgánicas, de los cuales el cloroformo es de interés ya que se sospecha es cancerígeno
Tiene alta toxicidad para los microorganismos causantes de enfermedades hídricas.
Puede dañar si entra en contacto con la piel
Es un agente oxidante poderoso. Olor desagradable
Fuente: Peñaherra,2015 Elaborado: Jaime Hidalgo C.
19
2.2.3.2.2 Aireación
La aireación es un método para purificar el agua. Mediante un proceso por el
cual se lleva al agua a un contacto íntimo con el aire.
Con esto se logra:
• Aumento del contenido de oxigeno
• Reducción del contenido de CO2
• La remoción del metano, sulfuro de hidrogeno y otros compuestos orgánicos
volátiles responsables de conferirle al agua olor y sabor
• Oxidar el hierro y eliminarlo por coagulación posterior.
Durante este proceso de aireación, el oxígeno convierte los compuestos
ferrosos y manganosos disueltos en hidróxicos férricos y mangánicos insolubles,
los que se remueven por filtración o sedimentación. Sin embargo, la formación de
estos precipitados por medio de la aireación, no es fácil cuando el agua contiene
materia orgánica.
Los tipos de aireadores son:
• Aireadores por aspersión
Sistema en los cuales se expone el agua al aire en pequeñas gotas.
20
Figura 16 Aireador de cascada
Figura 15 Aireador por aspersión
Fuente: Escuela superior de ingeniería y arquitectura, México DF.
• Aireadores de cascada
En este tipo de aireadores el agua se deja caer, en láminas delgadas, sobre uno
o más escalones de concreto. El aireador de cascada se diseña como una
escalera; entre más sea el área horizontal, más completa es la aireación (Rojas, 28
abril 2015).
Fuente: Escuela superior de ingeniería y arquitectura, México DF.
• Aireadores de bandeja
Un aireador de bandeja consiste en una serie de bandejas equipadas con
ranuras, fondos perforados o mallas de alambre, sobre las cuales se distribuye el
agua y deja caer a un tanque receptor en la base. En muchos aireadores de
21
Figura 17 Aireador de bandejas.
bandeja se coloca medio grueso de 5 – 15 cm de espesor, para mejorar la
eficiencia del intercambio de gases y la distribución del agua.
Generalmente se utilizan de 3 a 9 bandejas. La ventilación es un factor
importante en el diseño de estos aireadores y debe de estudiarse cuidadosamente
para la selección del sitio de colocación (Brito, 2007).
Fuente: Escuela superior de ingeniería y arquitectura, México DF.
2.2.3.2.3 Filtración lenta
La filtración lenta en arena es el sistema de tratamiento de agua más antiguo
utilizado por la humanidad. Es muy sencillo y efectivo porque copia exactamente el
proceso de purificación que se da en la naturaleza al atravesar el agua de lluvia a
los estratos de la corteza terrestre hasta encontrar los acuíferos o ríos subterráneos.
La primera planta de filtración lenta que se recuerda se instaló en Paisley, Escocia,
en 1804 y desde entonces este tipo de sistema se ha usado ininterrumpidamente en
Gran Bretaña y el resto de Europa, principalmente por su gran eficiencia en la
remoción de microorganismos patógenos. (VARGAS, 2009)
22
2.2.4 Reservas de agua
A medida que la población valla creciendo y las redes de distribución por ende se
expanden habrá que ampliar la capacidad de los tanques de reservorios.
Existe una relación entre el consumo y el almacenamiento, que por general está
dado por el número de hojas que sean requeridas para hacer servicios o
mantenimiento en las plantas potabilizadoras, o basados en la demanda de las
horas pico. Siempre es recomendable contar con más de 6 horas de
almacenamiento total. (AIDIS, 2014)
Para el diseño de los reservorios se debe de considerar: la capacidad, ubicación
y el tipo o forma del tanque. Para el realizar el mantenimiento se debe instalar una
tubería de desagüe para hacer más fácil la operación.
2.2.5 Redes de distribución de agua potable
Una red de distribución de agua potable es el conjunto de instalaciones que la
empresa de abastecimiento tiene para transportar desde el punto o puntos de
captación y tratamiento hasta hacer llegar el suministro al cliente en unas
condiciones que satisfagan sus necesidades. El grado de satisfacción tiene un
elevadísimo número de componentes, unos medibles y otros no, y entre los que
podemos destacar la calidad, el caudal, la presión, la continuidad del suministro y el
precio. (MOLIA, 2007)
Generalmente las redes de distribución de agua potable se componen de dos
partes:
23
Figura 18 Red de distribución abierta
• Red matriz
Es la que se encarga de conducir el agua desde la planta de tratamiento hacia
los diferentes tanques de almacenamiento.
• Redes de distribución secundarias
Es la que se conecta a los tanques de almacenamiento hasta la acometida del
usuario final.
Las redes de distribución se clasifican en:
2.2.5.1 Redes abiertas
Es un sistema el cual cuenta con una tubería principal de distribución, de la
misma se parten ramales de distribución los cuales terminan en puntos ciegos.
Fuente: Inst. tecnológico de Sonora, Dpto. de Ingeniería Civil
2.2.5.2 Redes cerradas
Es mayormente conocido como sistema con circuitos cerrados o ciclos, la
característica de este sistema es que posee algún tipo de circuito cerrado, los
cuales formando mallas o circuitos mediante las conexiones de los ramales de la
24
Figura 19 Red de distribución cerrada
red. El objetivo principal es que cualquier zona del área que cubra este sistema,
pueda ser alcanzada por más de una red, ya que esto mejoraría el abastecimiento.
Fuente: Inst. tecnológico de Sonora, Dpto. de Ingeniería Civil
2.2.5.3 Componentes de la red de distribución
La red de distribución está constituida por las siguientes tuberías:
• Red matriz o principal
Es la que se encargada de distribuir el agua a las diferentes zonas, esta red
garantiza el caudal y la presión los cuales van acorde a la zona.
• Red secundaria
Son las que se proveen de las tuberías matriz y alimentan a las redes terciarias.
• Red domiciliaria
25
Son instalaciones autorizadas para conectarse a la red terciaria y asi abastecer
de agua potable a la propiedad.
2.3 Normas técnicas
Para realizar el presente estudio es necesario considerar las siguientes normas:
• NTE INEN 1108: 2011. Agua potable. Requisitos
• NTE INEN 1373: 2010. Tubería plástica, accesorios de PVC rígido para
presión.
• SENAGUA. NORMA CO 10.7 – 602-REVISION. 2014: Norma de diseño
para sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y
residuos líquidos en el área rural.
• SENAGUA. NORMA CO 10.7 – 601, R. O. No.6 -1992-08-18. 2014: Normas
para estudio y diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas
residuales para poblaciones mayores a 1000 hab.
• TULSMA. Texto unificado de legislación secundaria del ministerio del
ambiente, anexo 1.
2.4 Marco legal
2.4.1 Hábitat y vivienda digna
La Constitución, establece como obligación mejorar de manera coordinada entre
niveles de gobierno garantizando el hábitat y la vivienda dignos. Ampliar la cobertura
y la calidad de los servicios básicos, en particular el saneamiento y el agua, pues
26
son componentes que determinan la calidad de vida de la población y tienen
relación con la generación de un ambiente digno y saludable. Debe ser
ambientalmente sano y brindar condiciones de seguridad para la población. El
porcentaje de viviendas que obtienen agua por red pública pasó de 70.1% en 2006
a 78.02% en 2014 sin embargo, en 2014, este porcentaje es de apenas el 38.05%
en zonas rurales, frente al 98.12% en el área urbana. En cuanto a la adecuada
eliminación de excretas, el porcentaje de hogares que cuentan con este servicio
aumentó del 82.62% en 2006 al 91.38% en 2014, en zonas rurales es el 96.9% y el
99.2% en el área urbana. (INEC, 2014)
27
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1 Enfoque
Para la elaboración del presente estudio fue necesario tomar en consideración
las características socio-económicas, físicas y ambientales del sector también se
obtuvo información de las características físicas y socioculturales, como la
ubicación, área servicios básicos entre otros.
La colaboración de la empresa EMSABA EP fue muy importante ya que esta
institución nos brindó la información de los análisis físico-químico del agua, se
realizó también una revisión del último censo en dicha parroquia.
3.2 Revisión de bibliografía y de campo de la zona de estudio, sobre los
aspectos físicos y socio-económicos
Fueron necesarias realizar entrevista al ing. George León, sub-gerente técnico
de EMSABA EP (Empresa Pública de Saneamiento Ambiental de Babahoyo), a la
sra esperanza muñoz, moradora del sector de Nueva Esperanza perteneciente a la
parroquia urbana El Salto, los cuales nos brindaron información necesaria para
realizar este estudio.
ESABA EP (Empresa Pública de Saneamiento Ambiental de Babahoyo), facilito
la información técnica del campo de pozos las cuales lo realizo la empresa
COANDES S.A. (Ver anexo 1)
28
Figura 20 Agua potable que reciben los moradores de la parroquia urbana El Salto
3.2.1 Servicios básicos del sector
3.2.1.1 Agua potable
En la parroquia urbana el Salto la presión y caudal llegan con normalidad, pero la
mayoría de las veces cuando los moradores abren el grifo tienen que esperar
algunos minutos para que el agua aclare su color, ya que esta sale en una tonalidad
negruzca tal como se indica en la fig.20, donde se muestra el color del agua.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
Sin embargo, la empresa EMSABA EP (Empresa Pública de Saneamiento
Ambiental de Babahoyo), realiza periódicamente limpieza a las tuberías para que el
agua potable llegue con mejor calidad a los usuarios.
No obstante, en el sector de Nueva Esperanza perteneciente a la parroquia
urbana El Salto la realidad es otra, la presión y caudal que llega a los usuarios es
muy deficiente, y esto hace que los moradores almacenen agua en tanques para
poder abastecerse. Almacenar agua incorrectamente ayudan a la proliferación de
enfermedades producidas por el mosquito.
29
Figura 21 Pozo séptico de una vivienda del sector de Nueva esperanza
Figura 22 Centro de salud de la parroquia El Salto
3.2.1.2 Eliminación de excretas
Actualmente se está construyendo el sistema de alcantarillado sanitario en la
parroquia, los moradores aun realizan las descargas de aguas servidas mediante
pozos sépticos.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
3.2.1.3 Salud
La parroquia urbana El Salto cuenta con un centro de salud el cual carece de los
equipos necesarios para brindar la adecuada atención y esto hace que los
moradores del sector asistan a otros centros de salud que cubra sus necesidades.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
30
Figura 23 Unidad Educativa Darío C. Guevara
3.2.1.4 Educación
Actualmente, existe 1 plantel educativo el cual se encuentra en la parte céntrica
de la parroquia y el cual brinda los servicios de: educación inicial, básica y
bachillerato.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
3.3 Red de distribución actual de Nueva Esperanza
Fuente: ENSABA EP
Figura 24 Red de distribución del sector Nueva Esperanza
31
Figura 25 Encuesta socio-económica a los moradores de la parroquia
3.4 Censos realizados
De acuerdo con datos del INEC (Instituto Nacional de Estadísticas y Censos), la
parroquia urbana El Salto en el año 2001 constaba con una población de 1530
habitantes y en el 2010 una población de 1956 habitantes.
3.5 Encuesta socio-económica
Se ejecuto la encuesta socio-económica a los moradores de la parroquia urbana
El Salto como se aprecia en la figura 25, logrando recabar información real sobre el
nivel cultural, actividades económicas y servicios básicos que posee la parroquia.
(Ver anexo 2)
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
3.6 Análisis físico-químico del agua
La empresa pública EMSABA EP nos facilitó los análisis físico-químico-
microbiológico, en el cual se pudo verificar que la muestra analizada cumple. (Ver
anexo 3)
32
3.7 Propuesta de mejora del sistema
Para brindar un servicio de agua potable que llegue en óptimas a los usuarios del
sector de Nueva Esperanza perteneciente a la parroquia urbana El Salto, es
necesario implementar mejoras en el sistema de agua potable existente y en la red
de distribución del sector donde existe mayor problemática.
3.7.1 Bases de diseño
El periodo de diseño de las obras civiles de los sistemas de agua potable o
disposición de residuos, se diseñarán para un periodo de 20 años. (SENAGUA,
2014)
Tabla 2: Vida útil de los elementos de un sistema de agua potable
COMPONENTE VIDA UTIL (años)
Diques grandes y túneles 50 a 100
Obras de captación 25 a 50
Pozos 10 a 25
Conducciones de hierro dúctil 40 a 50
Conducciones de asbesto cemento o PVC
20 a 30
Planta de tratamiento 30 a 40
Tanques de almacenamiento 30 a 40
Tuberías principales y secundarias de la red: De hierro dúctil De asbesto cemento o PVC
40 a 50 20 a 25
Otros materiales Variable de acuerdo especificaciones del fabricante
Fuente: (SENAGUA,2014)
33
3.7.1.1 Cálculo de la población de diseño
El cálculo de la población de diseño se realizó mediante el método geométrico, la
cual será proyectada a un periodo de 20 años. Para la ejecución de este método se
realizó un censo poblacional de la zona y se solicitó datos en el INEC.
3.7.1.2 Método geométrico
La fórmula para realizar la población futura mediante el método geométrico es la
siguiente:
𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 ( 1 + 𝑟 )𝑇𝑓−𝑇𝑢𝑐 (3.1)
Pf = Población futura
Puc = Población del último censo
Tf = Año futuro
Tuc = Año del último censo
r = Tasa de crecimiento poblacional
Para calcular la tasa de crecimiento poblacional r:
𝑟 = (𝑃𝑢𝑐
𝑃𝑐𝑖)
(1
𝑇𝑢𝑐−𝑇𝑐𝑖)
− 1
(3.2)
Puc = Población del último censo
Tci = Año del censo inicial
Tuc = Año del último censo
Pci = Población del censo inicial
34
Tabla 3: Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua, disposición de excretas y residuos líquidos.
NIVEL SISTEMA DESCRIPCION
O AP
EE
AP
Sistemas individuales. Diseñar de acuerdo a las disponibilidades técnicas, usos previstos del agua, usos previstos del agua, preferencias y capacidades económicas del usuario. Grifos públicos.
la EE
AP
Letrinas sin arrastre de agua. Grifos públicos más unidades de agua para lavado de ropa y baño
lb EE
AP
Letrinas sin arrastre de agua.
Conexiones domiciliarias, con grifo por casa.
lla EE
AP
Letrinas sin arrastre de agua. Conexiones domiciliarias, con más de un grifo por casa.
llb ERL Sistema de alcantarillado sanitario.
Fuente: (SENAGUA,2014) Elaborado: Jaime Hidalgo C.
Simbología:
AP: Agua potable
EE: Eliminación de excretas
ERL: Eliminación de residuos líquidos
En la tabla 4 se detallan las dotaciones que de adoptan para los diferentes
niveles de servicio expresados en litros/habitantes*dia.
Tabla 4: Dotaciones de agua para diferentes niveles de servicio
NIVEL DE SERVICIO CLIMA FRIO (lt/hab*dia) CLIMA CALIDO (lt/hab*dia)
la 25 30
lb 50 65
lla 60 85
llb 75 100
Fuente: (SENAGUA,2014) Elaborado: Jaime Hidalgo C.
35
3.7.1.3 Variaciones de consumo
Para realizar el cálculo de las variaciones de consumo se tomó en cuenta las
opiniones de los moradores del sector y de los técnicos de la empresa EMSABA EP
(empresa municipal de saneamiento ambiental de Babahoyo).
3.7.1.3.1 Caudal medio diario
La fórmula para calcular el caudal medio es:
𝑐𝑚𝑑 = 𝑓 ∗ ( 𝑃 ∗ 𝐷 )
86400
(3.3)
Simbología:
cmd = Caudal medio diario
F = Factor de fugas
P = Población al final del periodo de diseño
D = Dotación futura (l/hab*dia)
La tabla 5 nos muestra los porcentajes de fugas que son considerados en el diseño
de sistemas de abastecimiento de agua potable.
Tabla 5: Porcentaje de fugas
NIVEL DE SERVICIO
PORCENTAJES DE FUGAS
la y lb 10 %
lla y llb 20 %
Fuente: (SENAGUA,2014) Elaborado: Jaime Hidalgo C.
36
3.7.1.3.2 Caudal máximo diario
Para el cálculo del caudal máximo diario, se aplicará la fórmula:
𝐶𝑀𝐷 = 𝐾𝑀𝐷 ∗ 𝑄𝑚 (3.4)
Simbología:
CMD = Caudal máximo diario (l/s)
KMD = Factor de mayoración máximo diario, tiene un valor de 1,25 para todos los
niveles de servicio.
3.7.1.3.3 Caudal máximo horario
Para el cálculo del caudal máximo horario, se aplicará la fórmula:
𝐶𝑀𝐻 = 𝐾𝑀𝐻 ∗ 𝑄𝑚 (3.5)
Simbología:
CMH = Caudal máximo horario (l/s)
KMH = Factor de mayoración máximo horario, el valor es de 3 para todos los niveles
de servicio
A continuación, la tabla 6 nos detalla los caudales de diseño para los diferentes
componentes de un sistema de abastecimiento de agua.
37
Tabla 6: Caudales de diseño
ELEMENTO CAUDAL Captación de aguas superficiales Máximo diario + 20%
Captación de aguas subterráneas Máximo diario + 5%
Conducción de aguas superficiales Máximo diario + 10%
Conducción de aguas subterráneas Máximo diario + 5%
Red de distribución Máximo horario + incendio
Planta de tratamiento Máximo diario + 20%
Fuente: (SENAGUA,2014)
3.7.2 Fuente de captación
De acuerdo con la memoria técnica del campo de pozos, está previsto que se
construyan 2 fuentes de captaciones más; pero en este estudio no será necesario
esta dicha perforación; ya que, con el debido mantenimiento y restauración de los
pozos existentes, se puede lograr la captación requerida.
3.7.3 Cálculo del sistema de bombeo
Cmd = Caudal medio diario
Tb = Tiempo de bombeo
K1 = 1,25
• Calculo de caudal máximo diario:
𝐶𝑀𝐷 = 𝐾1 ∗ 𝑐𝑚𝑑 (3.6)
Determinamos el coeficiente de utilización de la bomba en el día X, esto lo usamos
para el cálculo del caudal Q:
38
𝑋 =𝑇𝑏
24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
(3.7)
𝑄 =𝐶𝑀𝐷
𝑋
(3.8)
• Cálculo de diámetro de la tubería de impulsión
Para realizar el cálculo de la tubería de impulsión, utilizamos la ecuación de Bresse:
𝐷𝑖 = 1,3 ∗ 𝑋14 ∗ √𝑄
(3.9)
∅𝑖(𝑝𝑢𝑙𝑔) =𝐷𝑖
0,0254
Para cálculo del área de la tubería:
𝐴 =𝜋 ∗ 𝐷2
4
(3.10)
La velocidad de la tubería de impulsión:
𝑉 =𝑄
𝐴
(3.11)
La velocidad en la tubería de impulsión debe estar entre 𝟏 ≤ 𝐕𝐢 ≥ 𝟑
• Altura dinámica de impulsión
Hi= Cota del tanque – Cota en bomba (3.12)
39
• Pérdidas de cargas aisladas por accesorios (calculo por longitud
equivalente)
Se selecciona los accesorios que van en la tubería y mediante la tabla de pérdidas
en longitud equivalentes realizan los cálculos.
Longitud equivalente por accesorio = # de cada accesorio * Le (tabla)
• Cálculo de longitud equivalente
L = Longitud equivalente + Longitud de tubería (3.13)
• Pérdida de carga unitaria de impulsión C = 150
𝐽𝑖 = (𝑄
0.27858 ∗ 𝐶 ∗ 𝐷2.63)
1/0.54
(3.14)
• Altura dinámica de impulsión
𝑅𝑖 = (𝐽 ∗ 𝐿) (3.15)
• Altura dinámica total
𝐻 = 𝐻𝑖 + 𝑅𝑖 (3.16)
• Potencia de la bomba
∈ = 65 − 90% (3.17)
𝑃 = 𝑄 ∗ 𝐻
75 ∗ ∈
(3.18)
La potencia del motor de la bomba es de 1,2 P
𝑃𝑚 = 1,2 𝑃 (3.19)
40
3.7.4 Tratamiento de agua
3.7.4.1 Aireador de bandeja
En la memoria técnica de la planta de tratamiento de la parroquia urbana El Salto
se tenía previsto incorporar una nueva bandeja de aireadores, por lo que en este
estudio se realizará el respectivo diseño de los mismos.
Se colocará una capa de carbón coque la cual sirve como filtro para retener las
partículas de tamaños muy pequeños, en la tabla 7 se muestran algunos criterios de
diseño para aireadores de bandejas.
Tabla 7: Criterio de diseño para aireadores de bandejas
Tabla 8: Criterio de diseño para aireadores de bandejas
Fuente: (BRIGARD, 2007)
3.7.4.1.1 Diseño del aireador de bandejas
Mediante la tabla 7 escogemos una separación entre bandejas y posteriormente
se calcula el número de bandejas con la siguiente fórmula:
𝑛 = 𝑡√𝑔
2ℎ
(3.20)
Número de bandejas n
Separación de bandejas,
h(m)
Lecho contacto
Perforaciones CH (m3/m2*d)
Altura (m) ∅ (cm)
∅ (pulg) Separ. (cm)
3 a 9 0.30 – 0.75 550 - 1800
3 a 5 0.30 – 0.75 0.20 – 0.30 5 a 15 3/16” – 1/4” 2,5 300 - 900
4 0.40 – 0.60 300 - 900
3 a 5 0.30 – 0.75 0.15 – 0.30 5 a 15 <100
>3 <0.30 0.15 – 0.30 4 a 15 3/16” – ½” 2,5 – 7,5
41
Simbología:
n = número de bandejas
t = tiempo de exposición o contacto, seg
g = aceleración de la gravedad, m/𝑠𝑔2
h = altura entre bandejas
• El área total d9e bandejas debe ser:
𝐴 =𝑄
𝐶𝐻
(3.21)
Simbología:
A = Área total de las bandejas, 𝑚2
Q = Caudal, 𝑚3/𝑑
CH = Carga hidráulica, 𝑚3/𝑚2 ∗d
• Área de la bandeja
𝐴𝑏 =𝐴
# 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎𝑠
(3.22)
Simbología:
Ab = área de bandeja
• Escogemos bandejas cuadradas y el área será:
𝐴𝑏 = 𝑏 ∗ 𝑙 (3.23)
Donde I = b, entonces
𝐴𝑏 = 𝑏 ∗ (𝑏)
𝐴𝑏 = 𝑏2 (3.24)
42
• El caudal descargado por cada orificio será:
𝑄𝑂 = 𝐶𝑑 ∗ 𝐴𝑂 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ ℎ′ (3.25)
Simbología:
𝐐𝐎 = Caudal descargado por un orificio, m3/sg
𝐂𝐝 = Coeficiente de descarga
𝐴𝑂 = Área del orificio, 𝑚2
𝑯′ = Altura de la lámina de agua sobre la bandeja (0.12 m)
Para saber el número de perforaciones se utiliza la fórmula:
𝑁 = 𝑄𝑑
𝑄𝑜
(3.26)
Simbología:
𝐐𝐝 = Caudal de diseño, lts/sg
𝐐𝐎 = Caudal descargado por un orificio, lts/sg
3.7.4.2 Desinfección
La desinfección será mediante 130 gr/l de hipoclorito de calcio el cual es un cloro
líquido, se realizará la dosificación de una dilución del 1% en peso.
La demanda de cloro según estudios es de 1,5 mg/lts y el gasto se calculará
mediante:
ℎ𝑖𝑝𝑜𝑐𝑙𝑜𝑟𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜 = 𝑄𝑑 𝑙
𝑠𝑒𝑔∗
1.5 𝑚𝑚𝑔
𝐿∗
86400 𝑠𝑒𝑔
1 𝑑𝑖𝑎∗
1 𝑔𝑟
1000 𝑚𝑔 (3.27)
43
Las unidades de esta ecuación son gr/día luego tenemos que transformamos el
gasto de hipoclorito de calcio en l/día
ℎ𝑖𝑝𝑜𝑐𝑙𝑜𝑟𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜 = 𝑔𝑟/𝑑𝑖𝑎
130 𝑔𝑟/𝑙=
𝐿
𝑑𝑖𝑎
(3.28)
3.7.4.3 Filtro
La filtración es muy indispensable para lograr la eliminación de sólidos en
suspensión, esto mejorará la turbidez del efluente.
Para definir cuantos filtros serán necesarios se debe aplicar una serie de
fórmulas basadas en el caudal a tratar, las fórmulas son las siguientes:
𝑛 = 1
4∗ √𝑄
(3.29)
Tomando en cuenta que el de valor de n debe ser siempre igual o mayor a 2
El área del filtro se la calcula mediante la fórmula:
𝐴𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑄
𝑉𝑓
(3.3)
Simbología:
A = Área mínima de filtro
Q = Caudal de diseño
Vf = Velocidad de filtración la cual deberá ser de 0,1 m/h a 0,2 m/h (SENAGUA,
2014)
44
El lecho filtrante estará compuesto de una capa de 1 m a 1,4 m de arena con
base de grava, con las características que se indican en la tabla 9:
Tabla 9: Características de la arena
Tamaño efectivo 0,15 a 0,35 mm
Coeficiente de uniformidad 1,5 a 3 max
Dureza 7 (escala de Mohr)
Solubilidad al HCI < 5 %
Fuente: (SENAGUA,2014)
Tabla 10: Características de la grava
Capa # Diámetro, mm Espesor, m
1 1 a 1,4 0,1
2 4 a 5,6 0,1
3 16 a 23 0,15
Fuente: (SENAGUA,2014)
3.7.5 Tanque de reserva
3.7.5.1 Volumen de almacenamiento
“La capacidad de almacenamiento será el 50% del volumen medio diario futuro.
En ningún caso, el volumen de almacenamiento será inferior a 10 m3 “ (SENAGUA,
2014)
𝑉𝑟 = 50% ∗ 𝑄𝑑 (3.31)
45
Donde el Qd queda en lts/sg y debemos convertir las unidades en m3/sg
𝑉𝑟 = 𝑙𝑡
𝑠𝑒𝑔∗
1 𝑚3
1000 𝑙𝑡𝑠∗
86400 𝑠𝑒𝑔
1 𝑑𝑖𝑎 =
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
(3.32)
3.7.5.2 Dimensionamiento del tanque de reserva
Para diseñar la reserva baja se utilizará un tanque de forma circular en el cual se
considerará que D = 2 h; la fórmula para determinar el volumen es:
𝑉 = ℎ ∗ 𝐴 (3.33)
Simbología:
V = Volumen
h = Altura del tanque
A = Área de superficie del tanque
Donde A se calcula mediante la fórmula:
𝐴 =𝜋 ∗ 𝐷2
4
(3.34)
Siendo D= diámetro
𝐷 = 2ℎ (3.34)
Reemplazando 3.34 en la fórmula 3.34
𝑉 =𝜋 ∗ 𝐷2
4∗ ℎ
(3.35)
Reemplazamos D en la fórmula 3.35
46
𝑉 =𝜋 ∗ (2ℎ)2
4∗ ℎ
𝑉 =4𝜋 ∗ (ℎ)2
4∗ ℎ
𝑉 = 𝜋 (ℎ)3 (3.36)
De la fórmula 3.36 despejamos h, la cual es la altura del tanque
ℎ = √𝑉
𝜋
3
(3.37)
El diámetro de tanque será:
𝐷 = 2ℎ (3.38)
3.7.5.3 Evaluación de la capacidad del tanque de reserva alta
El tanque elevado o reserva alta cumple la función de que por medio de la
gravedad lleva el agua con la presión necesaria hacia los puntos más lejanos de la
red de distribución.
Para la evaluación del tanque elevado será necesario saber el consumo máximo
diario y consumo máximo horario, ya que estos nos sirven para determinar el tiempo
de bombeo y este a su vez envía el caudal necesario a la hora que más sea de
demanda el servicio.
Caudal medio = Qm
El volumen del tanque elevado se lo calcula mediante la fórmula:
47
𝑉𝑡𝑒 = 𝑄𝑚 ∗1𝑚3
1000 𝑙𝑡𝑠∗
86400 𝑠𝑒𝑔
1 𝑑𝑖𝑎=
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
(3.39)
En la tabla 11 se muestra el volumen de demanda a la hora de mayor consumo.
Tabla 11: Suministro por bombeo del tanque elevado
Horas Consumo (%)
Consumo acumulado (∑C%)
Suministro S(%)
Suministro acumulado (∑S%)
∆(S-C) (%)
∑∆(S-C) V(%)
0 - 1 1 1 4,1667 4,1667 3,1667 3,1667 11,1668
1 - 2 1 2 4,1667 8,333 3,1667 6,3334 14,3335
2 - 3 1 3 4,1667 12,50 3,1667 9,50 17,5002
3 - 4 1 4 4,1667 16,667 3,1667 12,668 20,669
4 - 5 2 6 4,1667 20,833 2,1667 14,8335 22,8336
5 - 6 4 10 4,1667 25 0,1667 15,0002 23
6 - 7 9,5 19,5 4,1667 29,1665 -5,3333 9,6669 17,6667
7 - 8 8 27,5 4,1667 33,336 -3,8333 5,8336 13,8334
8 – 9 7 34,5 4,1667 37,5002 -2,8333 3,0003 11
9 - 10 4 38,5 4,1667 41,667 0,1667 3,1667 11,1667
10 -
11
3 41,5 4,1667 45,8333 1,1667 4,3334 12,6671
11 -
12
5,5 47 4,1667 50 -1,3333 3,0004 11,3381
12 -
13
9 56 4,1667 54,1671 -4,8333 -1,8332 6,50
13 -
14
5 61 4,1667 58,338 -0,8333 -2,6662 5,6672
14 -
15
3 64 4,1667 62,50 1,1667 -1,4995 6,8339
15 -
16
2,5 66,5 4,1667 66,672 1,1667 0,1668 8,50
16 -
17
3 69,5 4,1667 70,8339 1,1667 1,3335 9,6673
17 -
18
3,5
35
73 4,1667 75 0,6667 2,0006 10,339
18 -
19
5 78 4,1667 79,1673 -0,8333 1,1673 9,50
19 -
20
9 87 4,1667 83,334 -4,8333 -3,6660 4,6674
20 -
21
8,5 95,5 4,1667 87,50 -4,3333 -7,9993 0
21 -
22
2 97,5 4,1667 91,6674 2,1667 -5,8326 2,1667
22 -
23
1,5 99 4,1667 95,8341 2,6667 3,1659 4,8334
23 -
24
1 100 4,1667 100 3,1667 0,0008 8
Fuente: Peñaherrera,2015 Elaborado: Jaime Hidalgo C.
Columna 1: Intervalos de tiempo
Columna 2: Consumo horario
Columna 3: Curva integral de consumo
48
Columna 4: 100%/8 = suministro horario por bombeo
Columna 5: Curva integral de consumo
Consumo 6: Déficit horario +acumula; - descarga
Columna 7: Déficit acumulado. Se observan los puntos de máximo déficit (-7,99%)
y máximo sobrante (15%)
Columna 8: Volumen horario del agua en el tanque.
𝑉𝑟 = 𝑉𝑡𝑒 ∗ > % 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 10 (3.4)
Para la reserva alta se consideró un tanque de forma circular cuyo D = 2h, la
formula general de volumen es:
𝑉 = ℎ ∗ 𝐴 (3.41)
Simbología:
V = volumen
H = altura del tanque
A = área de superficie del tanque
3.7.6 Cálculo de sistema de bombeo
El sistema de bombeo es el encargado de trasladar el agua de la reserva baja
hacia la reserva alta, la reserva alta tendrá un dispositivo que cuando se vaya
escaseando el agua active la bomba y nuevamente se dote del líquido vital.
49
• Caudal máximo diario (CMD)
𝐶𝑀𝐷 = 𝐾1 ∗ 𝑐𝑚𝑑 (3.42)
Se considera un K1 = 1,25
Para calcular el caudal Q, se debe determinar el coeficiente de utilización de la
bomba
𝑋 =𝑡𝑏
24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
(3.43)
𝑄 =𝐶𝑀𝐷
𝑋
(3.44)
• Diámetro de la tubería de impulsión
Mediante la ecuación de Bresse se calculará el diámetro de la tubería de impulsión:
𝐷𝑖 = 1,3 ∗ 𝑋14 ∗ √𝑄
(3.45)
∅𝑖(𝑝𝑢𝑙𝑔) =𝐷𝑖
0,0254
(3.46)
• Velocidad de la tubería de impulsión:
𝑉 = 𝑄
𝐴
(3.47)
50
La velocidad de la tubería de impulsión debe cumplir la condición de 1≤Vi ≥3
• Diámetro de la tubería de succión
Si se cumple la siguiente condición, procedemos a escoger el diámetro de la
tubería de succión.
∅𝑠 ≥ ∅𝑖 (3.48)
El diámetro de la tubería será: Ds = ∅𝑠 ∗ 0,0254
• Velocidad en la tubería de succión en m/seg:
𝑉 = 𝑄
𝐴
(3.49)
La velocidad mínima de la tubería de succión deberá ser = 0,45 m/seg
Calculo de la sumergencia:
𝑆 = 2,5 𝑄𝑆 + 0,10 (3.5)
La sumergencia mínima debe ser 0,5 m
• Altura dinámica de succión
Cota mínima reserva baja = crb
Cota en bomba = cb
Altura estática total:
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑠) = 𝑐𝑏 − 𝑐𝑟𝑏 (3.51)
Altura estática total de succión:
51
𝐻𝑠 = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 + 𝑠 (3.52)
• Perdidas de cargas aisladas por accesorio (cálculo por longitud
equivalente)
Se verifican los accesorios que irán colocados en la tubería y mediante la tabla
de pérdidas en longitud equivalente (en metros de tubería) se procede a hacer los
cálculos.
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜 = #𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠 ∗ 𝐿𝑒(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎) (3.53)
Longitud de tubería = longitud real de la tubería de succión.
• Longitud equivalente total
𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜 + 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (3.54)
• Perdida de carga unitaria de succión; C= 150
𝐽𝑠 = (𝑄
0,2785∗𝐶∗ 𝐷2,63)1/0.54
(3.55)
• Altura dinámica de impulsión
𝑅𝑠 = (𝐽 ∗ 𝐿) (3.56)
• Altura dinámica total
𝐻 = 𝐻𝑠 + 𝐻𝑖 + 𝑅𝑠 + 𝑅𝑖 + ℎ𝑓 (3.57)
52
3,00
m
Nivel máximo
3,00
26.2
8,60
1,70m 2.46m
9,90
8,90
8.2
2,00
VRB
MIN
MAX
,30
Figura 26 Línea matriz
• Potencia de la bomba
𝜀 = 65 − 90% (3.58)
𝑃 =𝑄∗𝐻
75∗ 𝜀 (3.59)
La potencia del motor 1,2 de la bomba:
𝑃𝑚 = 1,2 𝑃 (3.6)
3.7.7 Red de distribución
La red de distribución del sector de Nueva Esperanza se encuentra a 2,5 m de
profundidad por motivos de relleno que periódicamente se ha realizado en el sector
y por lo que la red de distribución actual ya cumplió sus años de vida útil por lo que
en el presente estudio se realizarà el nuevo trazado de la red de distribución del
sector.
3.7.7.1 Línea matriz
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
• Caudal de diseño
𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 𝑄𝑑 + 𝑄𝑖 (3.61)
Las unidades del caudal de diseño las trabajaremos en m3/seg
53
• Pérdida de carga unitaria por tramo (m/m)
𝐽 =𝐻
𝐿 (3.62)
Simbología:
L = Longitud real de la tubería
H = pérdidas totales en metros (se asume)
• Formula de Hazen-William para cálculo del diámetro
𝐷 = (𝑄
0,2785 𝐶 ∗ 𝐽0,54)
1/2,63
(3.63)
En la tabla 12 se muestran los valores del coeficiente de Hazen-William para
diferentes tipos de tubería.
Tabla 12: Coeficiente de rugosidad de Hazen-William
Material Coeficiente de rugosidad C
Acero remachado nuevo 110
Acero remachado usado 85
Acero soldado nuevo 130
Acero soldado usado 90
Hierro fundido nuevo 130
Hierro fundido 15 a 20 años 100
Hierro fundido más de 15 años 90
Hormigón de buena terminación 130
Hormigón común 120
PVC 150 Fuente: (Lopez,2003)
Luego de calcular el diámetro mediante la fórmula de Hazen-William adoptados
un diámetro comercial para adquirir la tubería con mayor facilidad, mediante de
despeje de fórmula de Hazen-William podeos calcular la perdida de carga unitaria J:
54
𝐽 = (𝑄
0,2785 ∗ 𝐶 ∗ 𝐷2,63)
1/0.54
(3.64)
• Pérdida de cargas totales
𝐻 = 𝐽 ∗ 𝐿 (3.65)
Pérdidas de cargas aisladas por accesorio (cálculo por longitud equivalente)
• Longitud equivalente por accesorios: Le
𝜆 = 𝐽 ∗ 𝐿𝑒 (3.66)
• Pérdida de carga total
𝐻𝑡 = 𝐻 + 𝜆 (3.67)
• Caudal unitario, según Hazen-William (método longitud abastecida)
𝑄𝑢 =𝑄𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
(3.67)
3.7.7.2 Calculo de la red de distribución
Para calcular la red de distribución utilizaremos el método de Hardy-Cross y para
el caudal unitario se utilizará el método de la longitud establecida. El método de
Hardy-Cross es posible la corrección de las velocidades y presiones en la red.
𝑄 = 0,2785 ∗ 𝐶 ∗ 𝐷2,63 ∗ 𝐽0,54 (3.68)
Simbología:
55
Q = Caudal del tramo ( 𝑚3/𝑠𝑔 )
C = Coeficiente de rugosidad del material de la tubería
D = Diámetro de la tubería (m)
J = Pérdida de carga unitaria en el tramo (m/m)
H = Pérdida de carga total en el tramo (m)
L = Longitud del tramo (m)
• Pérdida de carga unitaria J:
𝐽 = (𝑄
0,2785 ∗ 𝐶 ∗ 𝐷2,63)
1/0,54
(3.69)
56
CAPITULO IV
RESULTADOS
4.1 Diagnostico o estudio de campo
4.1.1 Diagnostico o estudio de campo
En la tabla 13 se detalla los resultados de la encuesta socio-económica realizada
en el sector de Nueva Esperanza perteneciente a la parroquia urbana El Salto, la
encuesta se la realizo en el presente año en curso (2017), la cual constaba en visitar
cada una de las viviendas del sector.
Tabla 13: Resultado del censo socio-económico en sector Nueva Esperanza (2017)
TIPO DE
VIVIENDA
NIVEL
CULTU
RAL
ACTIVIDADES DEL HOGAR
ABASTECI
MIENTO DE
AGUA
DISPOSICION
DE EXCRETAS
FUENTE DE
ENERGIA
ELECTRIC
A
TO
TA
L D
E P
ER
SO
NA
S
PR
OP
IA
AR
RE
ND
AD
A
CE
DID
A
LO
CA
L P
UB
LIC
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(M
INIM
O)
ILE
TR
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PL
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ULT
OR
GA
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DE
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INS
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PIL
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PO
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SE
PT
ICO
LE
TR
INA
A C
AM
PO
LIB
RE
SE
RV
ICIO
PU
BL
ICO
GE
NE
RA
DO
R
OT
RO
645
120
0
0
0
619
26
7
29
29
26
2
3
3
100
46
0
37
5
0
120
0
0
118
0
2
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
57
4.1.1.1 Actividades económicas
En el sector de Nueva Esperanza se promueve las actividades agrícolas y
ganaderas por lo que los habitantes del sector trabajan en cultivos como: arroz,
soya y maíz), estas actividades son las que predominan en el sector y mantienen la
economía de las familias. Otra de las actividades principales que realizan las
mujeres son las de ama de casa, en la siguiente tabla se muestra en porcentaje de
los resultados del censo realizado en este sector sobre las actividades económicas.
Tabla 14: Resultado del censo de las actividades económicas de Nueva Esperanza
Actividades económicas # de habitantes # en porcentaje
Obrero 2 1 %
Empleado 9 4,5%
Jornalero 9 4,5%
Agricultor 26 13%
Ganadero 2 1%
Profesional 3 1,5
Otros 3 1,5
Estudiantes 100 50%
Ama de casa 46 23%
TOTAL 200 100%
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
58
1%4%
4% 2%
13%
1%2%
23%
50%
OBRERO EMPLEADO JORNALERO OTRO AGRICULTOR
GANADERO PROFESIONALES AMA DE CASA ESTUDIANTES
Figura 27 Actividades económicas Elaborado: Jaime Hidalgo C.
4.1.1.2 Abastecimiento de agua
El suministro de agua potable del sector de Nueva Esperanza es mediante la red
de distribución que existe actualmente, cabe recalcar que todas las viviendas se
abastecen mediante las guías domiciliarias, pero el agua que llega a este sector
carece de la presión y caudal necesario para que cumpla con las necesidades de
los usuarios, la tabla 15 nos muestra los resultados del censo respecto al
abastecimiento del agua potable.
Tabla 15 Resultados del censo del abastecimiento de agua potable
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
# DE VIVIENDAS
# EN PORCENTAJE
Instalación privada 0 0 %
Conexión domiciliaria 38 88,10%
Rio o tanquero 0 0 %
Pileta pública 4 11,9 %
Total 42 100 %
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
59
92%
8%
Instalacion privada
Conexión domiciliaria
Rio o tanquero
Pileta publica
Figura 28 Abastecimiento de agua potable
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
4.1.1.3 Disposición de excretas
Actualmente si existe un sistema de aguas servidas en este sector, pero aún no
está en funcionamiento, por lo que todas las viviendas realizan las descargas de
aguas negras al pozo séptico que tienen en cada uno de sus hogares; en la tabla 16
se detallan los resultados del censo de la disposición de excretas en el sector de
Nueva Esperanza.
Tabla 16 Resultado del censo de las descargas de excretas
DISPOSICION DE EXCRETAS
# DE VIVIENDAS
# EN PORCENTAJE
Red pública 0 0 %
Pozo séptico 42 100 %
Letrina 0 0 %
A campo libre 0 0 %
Total 42 100 %
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
60
96%
4%
Educacion primaria
Analfabetos
Figura 29 Disposición de excretas Elaborado: Jaime Hidalgo C.
4.1.1.4 Nivel cultural
El índice de analfabetismo en el sector de Nueva Esperanza es muy bajo, ya que
solo el 4% de la población no sabe leer ni escribir, por lo que se les dificulta
conseguir un trabajo estable; la tabla 17 muestra los resultados del censo del nivel
cultural del sector.
Tabla 17 Resultados del censo del nivel cultural
NIVEL CULTURAL # DE PERSONAS
# EN PORCENTAJE
Educación primaria (mínima)
192 96 %
Analfabetos 8 4 %
Total 200 100 %
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
Figura 30 Nivel cultural Elaborado: Jaime Hidalgo C.
100%
Red pùblica
Pozo sèptico
Letrina
A campo libre
61
Figura 31 Pozo y bomba sumergible
4.2 Evaluación del sistema existente
• Fuente de abastecimiento
En la figura 31 se muestra la fuente de abastecimiento, posee una profundidad
de 120 m y un diámetro de 16” (40,64 cm); actualmente existen 4 pozos, los cuales
solo 2 están en funcionamiento; este campo de pozos posee 2 generadores de
energía eléctrica que no están en funcionamiento en la actualidad, por lo que, si en
algún momento llegase a fallar el servicio de energía eléctrica, la captación se
detendría y solo se dotaría de agua potable con la reserva existente.
El agua es captada mediante una bomba sumergible con una potencia de 75 HP,
la cual transportada mediante tuberías de hierro dúctil que inicia con DN 250mm y
termina con DN 600mm.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
Debido a que el sector del campo de pozos es propenso a inundaciones, se han
adoptado medidas de protección de del sistema de bombeo de forma muy rustica; el
cual lo hacen utilizando adoquines para elevar este sistema de captación, tal como
se muestra en la figura 32. Se deberá realizar la debida elevación del piso del
sistema de bombeo del campo de pozos unos 50 cm, ya que en la actualidad la cota
del piso es de 23.60 m.s.n.m.
62
Figura 32 Protección del sistema de captación por inundaciones
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
• Tanque elevado
Esta elaborado de hormigón armado con una capacidad de almacenamiento de
500 m3,su construcción se la realizo en el año de 1995, su cota máxima es de 43,60
m.s.n.m. a relación de la reserva cuya cota superior es de 8,60 m.s.n.m. sumando la
reserva baja y el tanque elevado dan una cantidad de 4100 m3 la cual cumple la
demanda del servicio.
• Red de distribución
La red de distribución del sector de Nueva Esperanza se encuentra ubicada a 2,5
m de profundidad, debido al relleno hidráulico que periódicamente se realizaban en
el sector; los moradores diariamente se quejan del servicio de agua potable, ya que
esta les llega a sus hogares con muy poca presión y caudal. La problemática
también incide en el estado obsoleto de las tuberías, por lo que en este estudio se
planteará una propuesta de mejora, la cual consiste en el trazado y diseño de una
nueva red de distribución, la cual cumplirá con las necesidades y requerimientos del
servicio por parte de los usuarios.
63
La empresa EMSABA EP (empresa municipal de saneamiento de Babahoyo),
nos proporcionó los ensayos físico-químico del agua que llega al sector, los cuales
cumplen con la norma Técnica Ecuatoriana IENEN 1108, pero en algunos
componentes del agua como lo es el hierro el resultado del análisis está casi en
limite permisible.
• Salud
Las principales enfermedades tanto en la parroquia urbana El Salto y en el sector
de Nueva Esperanza se deben al consumo de agua mal tratadas o contaminadas, el
centro de salud de este sector nos proporcionó los casos de enfermedades que se
han presentados en el transcurso del año en curso (2017), los cuales se detallan en
la tabla 18 mostrando de color celeste las enfermedades que son causadas por el
consumo de agua contaminada.
Tabla 18: Perfil epidemiológico del centro de salud de la parroquia urbana El Salto
PRINCIPALES ENFERMEDADES SECTOR EL SALTO
No. CODIGO CIE 10
ENFERMEDADES # DE CASOS
# EN PORCENTAJE
1 B829 Parasitosis intestinal sin otra especificación 295 10,37 %
2 J00X Rinofaringitis aguda (resfriado común) 256 9 %
3 B373 Candidiasis de la vulva y de la vagina 158 5,55 %
4 J028 Faringitis aguda 165 5,80 %
5 N390 Infección de vías urinarias sitio no especifico 100 3,51 %
6 A09X Diarrea y gastroenteritis 110 3,87 %
7 R51X Cefalea 52 1,83 %
8 D509 Anemia por deficiencia de hierro 61 2,14 %
9 J039 Amigdalitis aguda no especifica 39 1,37 %
10 E780 Hipercolesterolemia puro 31 1,09 %
11 Las demás 1578 55,47 %
Todos los casos 2845 100 %
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
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15301956
2356 25532919
33373815
0
1000
2000
3000
4000
5000
2011 2010 2017 2021 2026 2031 2036
METODO GEOMETRICO
Figura 33 Cálculo de la población futura (método geométrico)
4.3 Propuesta de mejora del sistema de agua potable existente
4.3.1 Población de diseño
Censo 2001: 1530
Censo 2010: 1956
Censo 2017: 2356
Tabla 19: Población proyectada mediante el método geométrico
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
La figura 33 muestra la curva de crecimiento del índice poblacional de la
parroquia urbana El Salto.
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
AÑO
Pci r POBLACION PROYECTADA
2020 2025 2030 2035
2001 1530 0,02735 2554,63 2923,60 3345,85 3829.08
2010 1956 0,02694 2551,56 2914,24 3328,47 3801,57
2017 2356 -
SUMA 5106,20 5837,84 6674,31 7630,65
PROMEDIO 2553 2919 3337 3815
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El cálculo del método geométrico plantea que la población futura sea proyectada
a 20 años, por lo que el resultado es de 3815 habitantes, pero (SENAGUA, 2014)
manifiesta que: “se podrá adoptar un periodo de diseño diferente en casos
justificaos, “sin embargo, en ningún caso la población fututa será mayor que 1,25
veces la población presente”. (CRESPO, 2016)
𝑷𝒐𝒃𝒍𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐 = 𝑷𝒐𝒃𝒍𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒂𝒄𝒕𝒖𝒂𝒍 ∗ 𝟏, 𝟐𝟓 (4.1)
𝑃𝑑 = 2356 ∗ 1,25 = 𝟐𝟗𝟒𝟓 𝒉𝒂𝒃 (4.2)
4.3.2 Densidad poblacional
Para realizar el cálculo de la densidad poblacional necesitamos la población
futura y el área del proyecto
𝐷 = 𝑃𝑓
𝐴𝑝
(4.3)
𝐷 = 2945 𝐻𝑎𝑏
35,12 𝐻𝑎= 83,85 𝐻𝑎𝑏/𝐻𝑎
(4.3)
4.3.3 Caudales de diseño
Ya que la zona del estudio es urbana se adopta una dotación de 100 lts/hab*día,
en la tabla 20 se muestran los valores del cálculo de la variación de consumo.
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Tabla 20 Variaciones de consumo
AÑO POBLACION DOTACION
(lts/hab*dia)
Qm
(lt/seg)
CMD
(lt/seg)
CMH
(lt/sg)
2017 2356 100 2,73 3,41 7,84
2035 3815 100 4,42 5,52 12,69
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
4.3.4 Fuente de abastecimiento
En la actualidad se encuentran inhabilitados 3 fuentes de abastecimiento de las 4
existentes, por lo que se recomienda:
• habilitar estos pozos y se les realice el respectivo mantenimiento de los
mismos.
• Colocar una bomba sumergible de 75 HP en cada pozo para la captación ya
que esto generara mayor captación.
• Elevar el nivel del piso la estación de bombeo ya que es zona inundable y en
la actualidad las bombas no se encuentran en una base firme.
• Realizar la limpieza y mantenimiento a la vía de acceso al campo de pozos.
4.3.5 Sistema de bombeo del tanque elevado
Sera necesario colocar una nueva bomba en el sistema actual ya que en l
actualidad existen 3 bombas cuya potencia es de 110 HP y transporta un caudal de
0.08 𝑚3/𝑠 al tanque elevado, sumando estas 3 bombas de esta capacidad suman
un total de 0.24 𝑚3/𝑠 , aun así, existe otra bomba que también fue implantada en el
67
sistema actual la cual tiene una potencia de 7 HP y transporta un caudal de 0.015
𝑚3/𝑠
El nuevo sistema de bombeo se detalla en la tabla 21, el cual nos da los
resultados de los diámetros de tubería y potencia de la bomba.
Tabla 21: Sistema de bombeo
Hora de bombeo 8
Diámetro de la tubería de impulsión 6 “
Velocidad de impulsión 1,135
Perdida de cargas unitarias 2.30
Altura dinámica total 38,33
Potencia de la bomba 110 HP
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
4.3.6 Tratamiento de agua
4.3.6.1 Desinfección
La desinfección se la realizará mediante cloro líquido y se lo aplicará después del
proceso de aireación; la dosificación será constantemente revisada por el operador
de la planta.
4.3.6.2 Aireador de bandeja
Es necesario colocar un aireador que contenga 4 bandejas de 1 m por 1 m, los
cuales tendrán una separación de 40 cm entre ellas y en la base se perforarán 256
orificios de 1/5 pulg de diámetro.
68
4.3.6.3 Filtro
Para la eliminación de los residuos de óxidos de hierro y manganeso los cuales
después del proceso de aireación se desprenden, es necesario la colocación de 2
filtros, los cuales están compuestos de una capa de arena y grava, en la tabla 22 se
muestran las características de los filtros.
Tabla 22 Características del filtro
Numero de filtros 2
Capa de arena 1 m
Capa de grava 0.10 m
Dimensión 8 m * 8 m
Elaborado: Jaime Hidalgo C.
69
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
El sistema de agua potable existente no cumple la demanda de calidez y caudal
en el sector Nueva Esperanza debido a:
• Las fuentes de abastecimiento se encuentran en total abandono ya que de
los 4 pozos existentes solo 2 están en funcionamiento.
• El sistema de bombeo de la reserva baja hacia el tanque elevado no es el
adecuado, debido a que solo se encuentran 3 bombas trabajando a solo 60%
de su producción y otra de menor potencia la cual ayuda a llevar el agua
hacia el tanque elevado
• Debido al relleno en el sector de Nueva Esperanza la tubería de la red de
distribución se encuentra a 2,5 m de profundidad, la cual no es la
recomendable ya que a esta profundidad no llegaría la presión necesaria
hacia el punto más alejado.
• La presión y caudal que llega al este sector no es el adecuado, es decir solo
se está trabajando a un 70% de lo esperado, además el servicio no es
constante en el sector.
En este estudio se planteará que el tratamiento que se le realice al agua
incluya una desinfección, aireación y filtración.
Establecer un nuevo sistema de bombeo de la reserva alta hacia el tanque
elevado, diseñar una nueva red de distribución.
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5.2 Recomendaciones
• Se recomienda al municipio del cantón Babahoyo y la empresa pública
EMSABA EP, considerar el presente estudio ya que el mismo servirá para
realizar un diseño definitivo y aplicación de las propuestas de mejora.
• Se debe realizar el debido mantenimiento necesario tanto a la planta de
tratamiento como al campo de pozos.
• Se debe de suministrar el campo de pozos con generadores de energía
eléctrica de una potencia de 13.6 HP el cual genera 30 kwa/h, con el fin de
que la captación no sea interrumpida por falla del servicio eléctrico.
Anexos
Anexo 1
Informe técnico del campo de pozos La Chorrera
Anexo 2 *
Encuesta del censo poblacional en la parroquia urbana
El Salto
Anexo 3
Análisis físico – químico del agua de la parroquia
urbana El Salto y del sector Nueva Esperanza
Bibliografía
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