Parámetros Físicos, Químicos y Microbiológicos Relevantes Para PTAP

1. Marco normativo y caracterización del agua cruda

• La evaluación del agua cruda se basa en estándares de calidad ambiental (ECA) y límites máximos permisibles (LMP), según la fuente hídrica.

• La caracterización permite identificar condiciones naturales o impactos por actividades antrópicas antes del diseño de la PTAP.

• La comparación normativa orienta la selección del tipo de tratamiento requerido.

2. Parámetros fisicoquímicos y químicos relevantes

• Turbiedad, color, pH, alcalinidad y dureza influyen directamente en el diseño y control del proceso de potabilización.

• Metales pesados y compuestos orgánicos representan riesgos altos y requieren análisis específicos de laboratorio.

• Ensayos como el de jarras permiten definir tratabilidad y dosificación óptima.

3. Parámetros microbiológicos y control sanitario

• Coliformes totales y termo tolerantes indican contaminación fecal y riesgo para la salud pública.

• La desinfección, especialmente la cloración, es clave para asegurar la potabilidad.

• El monitoreo continuo en todas las etapas previene riesgos durante el tratamiento y la distribución.

Muestreo y Análisis: Interpretación de Laboratorio y Control De Calidad

1. Identificación de puntos de muestreo

• El monitoreo inicia con la selección de puntos críticos representativos de la fuente hídrica.

• Se optimizan costos definiendo ubicaciones estratégicas mediante criterios técnicos y georreferenciación.

• El número de muestras permite evaluar variabilidad y patrones de concentración.

2. Procedimiento de toma y análisis de muestras

• La recolección sigue protocolos estandarizados para evitar contaminación e interferencias.

• El traslado y conservación de muestras asegura la estabilidad de parámetros físicoquímicos y microbiológicos.

• En laboratorio se aplican métodos normalizados para obtener resultados confiables.

3. Interpretación de resultados y control de calidad

• Los datos se validan con blancos, duplicados y estándares de referencia.

• La comparación con ECA o LMP define el nivel de impacto y el uso del recurso.

• La interpretación final sustenta decisiones técnicas para el tratamiento del agua.

Turbiedad, Color, Alcalinidad, PH, Dureza: Impacto En Diseño

1. Turbiedad y color como criterios iniciales de diseño

• La turbiedad refleja la presencia de partículas en suspensión y se relaciona directamente con el color del agua.

• En épocas de avenida aumenta por arrastre de sedimentos, exigiendo procesos más rigurosos de tratamiento.

• Condiciona el dimensionamiento de coagulación, floculación y sedimentación en la PTAP.

2. Efectos operativos de la turbiedad en el tratamiento

• Altos valores dificultan la desinfección y favorecen la supervivencia de patógenos.

• Incrementan el consumo de coagulantes y floculantes, elevando costos operativos.

• Obligan a diseñar unidades con mayor volumen y capacidad de control.

3. Alcalinidad, PH y dureza en la eficiencia del sistema

• Determinan la estabilidad química del agua y la eficiencia de coagulación y desinfección.

• La dureza favorece incrustaciones en tuberías y equipos, afectando la operación.

• Su control en diseño reduce fallas, mantenimiento y costos a largo plazo.

Ensayo De Jarras (Jar Test): Interpretación y Dosificación Óptima

1. Finalidad del ensayo de jarras y escalamiento del proceso

• Permite evaluar, a escala de laboratorio, la dosificación adecuada de coagulantes y floculantes.

• Facilita la transición desde pruebas pequeñas hacia una escala semiindustrial o industrial.

• Considera que cada fuente de agua presenta características físicoquímicas distintas.

2. Etapas del ensayo: coagulación, floculación y sedimentación

• La coagulación agrupa partículas finas y materia orgánica mediante mezcla rápida.

• La floculación, con mezcla lenta, forma flóculos mayores que pueden sedimentar.

• La sedimentación reduce la turbidez al permitir la caída de los flóculos por su peso.

3. Interpretación de resultados y dosificación óptima

• Se comparan varias jarras con igual volumen y distintas dosis de coagulante.

• Se identifica la dosis que logra menor turbidez y mejor clarificación del agua.

• La dosis óptima se extrapola a escala industrial multiplicándola por el caudal de la PTAP.

Determinación de Tratabilidad y Riesgos En Fuentes Superficiales

1. Tratabilidad del recurso y criterios normativos

• La tratabilidad evalúa la capacidad del proceso para operar de forma continua y sin interrupciones.

• Se apoya en el Reglamento Nacional de Edificaciones y normas complementarias para el cálculo de parámetros.

• Constituye una etapa previa al diseño constructivo de la PTAP.

2. Caracterización estacional y ensayos de laboratorio

• Las fuentes superficiales varían según el clima, especialmente por la precipitación.

• Se aplican ensayos como el test de jarras y curvas de sedimentación para analizar turbidez y comportamiento.

• El monitoreo continuo requiere cronogramas, indicadores y laboratorios certificados.

3. Identificación de riesgos y control en fuentes superficiales

• Los riesgos microbiológicos y fisicoquímicos provienen de vertimientos, agricultura y minería.

• Se gestionan mediante planes de seguridad del agua y análisis permanente de parámetros críticos.

• El nivel de riesgo se valora según probabilidad y gravedad para definir medidas de mitigación.

Procesos de Coagulación

1. Contexto del tratamiento y pretratamiento

• El diseño de plantas potabilizadoras parte del análisis de la fuente hídrica y su posible contaminación por actividades humanas y factores climáticos.

• Se incorpora el pretratamiento (desbaste, desarenado y desaceitado) para proteger el sistema y reducir riesgos operativos.

• Estos procesos se definen a partir de estudios técnicos y caracterización físico-química del agua cruda.

2. Coagulación y floculación

• La coagulación busca desestabilizar partículas coloidales mediante coagulantes, formando agregados de mayor tamaño.

• La floculación, hidráulica o mecánica, incrementa el peso de estos agregados para facilitar su decantación.

• Gradientes de velocidad y tiempos de retención son claves en el diseño de cámaras y canales.

3. Sedimentación y clarificación

• En la sedimentación, los flóculos se separan por gravedad, acumulándose como lodos en el fondo.

• Se emplean sedimentadores convencionales o lamelares según criterios de carga superficial y eficiencia.

• El objetivo final es clarificar el agua antes de la filtración y desinfección para su distribución segura.

Diseño y Selección del Sistema de Mezcla Rápida (Coagulación)

1. Bases del diseño y análisis previo

• El diseño de la mezcla rápida se fundamenta en cálculos matemáticos que definen dimensiones, velocidades y gradientes del sistema.

• Aunque existan plantillas automatizadas, los resultados dependen del diagnóstico y la caracterización del agua cruda.

• El análisis contextual y ambiental guía los criterios profesionales de diseño ante variaciones o contingencias.

2. Principios de la coagulación

• La coagulación desestabiliza partículas coloidales de carga negativa mediante coagulantes de carga positiva.

• Se emplean sales de aluminio y hierro para formar partículas de mayor tamaño, densidad y peso.

• Este proceso facilita la posterior floculación y separación de sólidos del agua.

3. Parámetros hidráulicos y dosificación

• El caudal es el parámetro central del diseño y condiciona todas las etapas del tratamiento.

• Se calculan alturas, velocidades, tiempos de mezcla y gradientes para asegurar eficiencia hidráulica.

• La dosificación óptima del coagulante se define mediante ensayos de jarras y análisis de turbidez.

Floculación: Tipos (Hidráulica/Mecánica), Gradientes de Velocidad y Tiempos

1. Fundamentos de la floculación

• Complementa la coagulación, permitiendo que partículas ya desestabilizadas se agrupen en flóculos más grandes.

• Usa floculantes, principalmente polímeros, que aumentan peso y tamaño para facilitar la sedimentación.

• Requiere una coagulación previa correcta, dosificación adecuada y agitación lenta y homogénea.

2. Floculación hidráulica

• Aprovecha la energía cinética y la diferencia de alturas del agua para generar mezcla sin equipos motorizados.

• Se presenta en flujos horizontales, verticales o helicoidales, común en plantas compactas o modulares.

• Tiene bajo costo operativo, pero poca flexibilidad y control limitado del gradiente de velocidad.

3. Floculación mecánica

• Emplea agitadores motorizados como paletas o turbinas para mezclar el agua de forma controlada.

• Permite ajustar gradientes de velocidad y tiempos según el proceso requerido.

• Presenta mayor eficiencia y flexibilidad, aunque con mayor costo operativo y mantenimiento.

Dimensionamiento de Cámaras y Canales de Floculación

1. Criterios generales de diseño

• El caudal es el parámetro base y se define a partir del análisis de campo, no por supuestos.

• El proceso puede dividirse en una o varias secciones para asegurar continuidad y eficiencia.

• Más secciones mejoran la clarificación progresiva antes de la potabilización.

2. Longitudes, tiempos y volúmenes

• La longitud del canal se calcula con la velocidad del flujo y el tiempo de retención.

• Los tiempos usuales de floculación varían entre 5 y 25 minutos según el diseño.

• El volumen de cada sección se obtiene multiplicando caudal por tiempo para mantener flujo continuo.

3. Áreas, canales y dimensiones finales

• El área transversal se calcula dividiendo el caudal entre la velocidad del agua.

• El número de canales resulta de relacionar la longitud total con la longitud útil de cada cámara.

• Estos valores permiten definir anchos, calados y dimensiones constructivas del sistema.

Sedimentadores Convencionales vs Lamelares (Criterios de Elección)

1. Proceso de sedimentación

• La sedimentación consiste en la decantación de lodos formados tras la coagulación y floculación.

• Los flóculos descienden por gravedad y se concentran en la parte inferior del sedimentador.

• El agua clarificada se conduce a la siguiente etapa del tratamiento.

2. Sedimentadores convencionales

• Suelen ser circulares, con mecanismos que favorecen el movimiento uniforme del agua.

• Permiten una mejor distribución de esfuerzos hidráulicos y estructurales.

• Facilitan la extracción continua de lodos sin interrumpir el proceso.

3. Sedimentadores lamelares

• Incorporan placas inclinadas que aumentan el área efectiva de sedimentación.

• Requieren menor espacio y son adecuados para plantas compactas.

• Se eligen cuando se busca mayor eficiencia hidráulica en menor superficie.

Cálculos Principales: Carga Superficial, Tiempo de Retención, Eficiencia y Lodos

1. Carga superficial y sedimentación

• Representa la velocidad de ascenso del agua y condiciona la caída de las partículas.

• Se calcula con el caudal de diseño y el área superficial del sedimentador.

• Sus valores varían entre sedimentadores convencionales y lamelares según tecnología y eficiencia.

2. Tiempo de retención y eficiencia

• El tiempo de retención hidráulica relaciona el volumen útil del sedimentador con el caudal.

• La eficiencia se mide comparando la turbidez de entrada y salida del proceso.

• Permite evaluar el desempeño real del sistema mediante análisis físico-químicos.

3. Producción y manejo de lodos

• Los lodos se estiman a partir de sólidos producidos, turbidez removida y dosis de coagulante.

• Su cálculo se expresa en kilogramos y volumen diario considerando porcentaje de sólidos.

• En escala industrial, pequeñas variaciones influyen significativamente en costos y operación.

Filtración Rápida: Configuración, Granulometría, Tasas de Filtración

1. Fundamentos y Procesos Físicos

• La filtración es un proceso físico diseñado para retener material particulado (mayor a 10 micrómetros) mediante lechos que no requieren reacciones químicas.

• Se diferencia de la coagulación y floculación en que aprovecha la gravedad o presión y la porosidad de materiales para clarificar el agua previamente tratada.

• El sistema de filtración rápida es el estándar industrial, ya que permite procesar grandes caudales y evita la formación de capas biológicas indeseadas.

2. Configuración y Granulometría del Lecho

• El lecho dual (antracita y arena) es el más eficiente; la antracita superior atrapa partículas grandes y la arena inferior retiene los residuos finos.

• La granulometría es el parámetro crítico: se utilizan granos de arena entre 0.45 y 0.55 mm para asegurar una retención homogénea y efectiva.

• El diseño de las cámaras prefiere formas circulares o cóncavas para distribuir mejor la presión hidráulica y evitar fisuras estructurales en el concreto.

3. Cálculos y Criterios de Diseño

• El dimensionamiento se basa en la demanda hídrica proyectada a 20 o 25 años y el cumplimiento de la norma técnica correspondiente (OS.020).

• El número de filtros se determina mediante el balance entre la carga superficial convencional y la carga máxima en situaciones de contingencia.

• Los cálculos integran variables como la tasa de filtración y el sistema de lavado (aire y agua) para garantizar la continuidad y seguridad operativa.

Sistemas de Lavado: Lavado con Aire/Agua, Pérdidas de Carga y Drenajes

1. Fases y Eficiencia del Lavado

• El mantenimiento preventivo garantiza la calidad del agua antes de la etapa final de cloración.

• Inicia con inyección de aire para separar partículas y una fase mixta para desprenderlas.

• Finaliza con la fase de agua, que expande el lecho y retira los sólidos atrapados.

2. Análisis de Pérdidas de Carga

• Las pérdidas iniciales miden la resistencia en lechos limpios basándose en la ecuación de Gure.

• Dependen de factores físicos como porosidad, velocidad, viscosidad y densidad del fluido.

• Las pérdidas evolutivas aumentan exponencialmente debido a la colmatación superficial.

3. Sistemas de Drenaje y Distribución

• Los falsos fondos aseguran la uniformidad del flujo y evitan el paso de material filtrante.

• Incluyen tecnologías como bloques de polietileno, placas de boquillas y tuberías perforadas.

• Permiten la recolección eficiente del agua filtrada libre de sólidos.

Desinfección: Cloración (Gas/Hipoclorito), CT, Dosificación y Residual

1. Fundamentos y Seguridad de la Cloración

2. Insumos y Tecnologías de Dosificación

3. Parámetros de Diseño y Cálculo

Reservorios: Capacidad, Criterios Sanitarios, Continuidad y Seguridad Operativa

1. Cálculo de Capacidad y Volúmenes

• El volumen total suma la regulación, reserva para emergencias y protección contra incendios.

• La capacidad de regulación se diseña proyectando la población final a la que se brindará servicio.

• Se reserva un 25% del volumen de regulación para contingencias y continuidad operativa.

2. Dimensionamiento y Criterios Sanitarios

• Las dimensiones siguen una relación lógica donde el largo es el doble del ancho con altura estándar.

• Es obligatorio impermeabilizar estructuras para bloquear contaminantes externos y asegurar la pureza.

• Se debe garantizar la renovación constante del agua para evitar estancamientos y carga microbiana.

3. Seguridad y Control Operativo

• La inspección estructural y limpieza periódica previenen fallas que comprometan el tratamiento.

• Se instalan sistemas de bypass, tuberías de rebose y sensores de nivel para el control hidráulico.

• La protección contra vectores evita la contaminación cruzada y la propagación de enfermedades.

Esquema General de La PTAP: Layout, Tren y Diagrama de Procesos (PFD)

1. Contexto y planificación del diseño de la PTAP

• El diseño integral responde al tipo de abastecimiento y a la dinámica poblacional, diferenciando sistemas urbanos de gran escala y soluciones básicas para poblaciones pequeñas.

• La viabilidad del proyecto depende de la demanda hídrica, los costos operativos y el financiamiento disponible.

• Todo diseño parte de estudios técnicos y del diagnóstico del contexto físico, social y económico.

2. Layout y expresión gráfica de los componentes

• El layout se representa mediante planos y modelos digitales que describen geometría, dimensiones y materiales de captación, reservorios y estructuras.

• El uso de software como AutoCAD o Revit permite integrar planimetría, cortes, metrados y presupuesto.

• El diseño considera esfuerzos hidráulicos, resistencia de materiales y normas técnicas vigentes.

3. Tren de tratamiento y enfoque por procesos (PFD)

• El tren de tratamiento define la secuencia continua: captación, pretratamiento, clarificación, filtración, desinfección, almacenamiento y distribución.

• El PFD identifica procesos misionales, estratégicos y de soporte, alineados a la misión de potabilizar agua segura.

• La operación exige control, dosificación adecuada, monitoreo de calidad y trabajo multidisciplinario.

Hidráulica de Planta: Pérdidas de Carga, Niveles, Control Por Gravedad/Bombeo

1. Integración del diseño hidráulico y uso de software

• El diseño hidráulico integra cálculos, interpretación técnica y adaptación al contexto, más allá del uso de software.

• Metodologías como BIM permiten continuidad entre componentes, pero la responsabilidad técnica recae en el especialista.

• Las herramientas digitales optimizan tiempo, no reemplazan el criterio ingenieril.

2. Pérdidas de carga y eficiencia del sistema

• Las pérdidas continuas y localizadas reducen la energía del fluido por fricción y accesorios.

• Su cálculo, mediante Darcy-Weisbach, Moody y parámetros geométricos, protege materiales y reduce costos.

• Controlarlas evita fallas operativas y pérdidas económicas en la planta.

3. Niveles hidráulicos y control por gravedad o bombeo

• El perfil hidráulico define el comportamiento del agua según topografía y energía disponible.

• Por gravedad se aprovechan desniveles naturales; en zonas planas se requiere bombeo.

• El principio de Bernoulli y la carga dinámica total aseguran continuidad y estabilidad del tratamiento.

Selección de Equipos: Dosificadores, Bombas, Mezcladores, Válvulas e Instrumentación

1. Dosificadores químicos y criterios de selección

• Permiten una cloración continua y controlada en sistemas industriales, reemplazando métodos artesanales.

• Su selección depende del material (plásticos, teflón), precisión de dosificación y control mediante calibración.

• Requieren mantenimiento y calibración periódica por entidades certificadas para asegurar eficiencia y seguridad.

2. Bombas de proceso y equipos de mezcla

• Las bombas trasladan agua cruda, tratada y lodos, seleccionándose según caudal, punto de operación y tipo de fluido.

• Se emplean bombas centrífugas horizontales, verticales y específicas para lodos para evitar daños por abrasión.

• Los mezcladores aseguran una mezcla homogénea en coagulación y floculación, con gradientes de velocidad diferenciados.

3. Válvulas e instrumentación de control

• Las válvulas regulan entrada, salida y protección del sistema, usando tipos mariposa, compuerta, globo y check.

• Cada tipo cumple funciones específicas como aislamiento, control de nivel y prevención del flujo inverso.

• La instrumentación mide presión, caudal y calidad del agua, garantizando operación estable y monitoreo continuo.

Plan de Operación y Mantenimiento: Rutinas, Puntos de Control y Calidad Final

1. Rutinas operativas y preventivas del sistema

• Incluyen controles diarios de dosificación, lavado de filtros, purga de lodos y monitoreo de cloro para asegurar continuidad y eficiencia.

• Las rutinas semanales, mensuales y anuales consideran limpieza, calibración, lubricación e inspección de componentes críticos.

• Su correcta ejecución reduce costos, evita fallas y prolonga la vida útil de los equipos.

2. Puntos de control crítico en el proceso

• Se ubican en la entrada de agua cruda, salida de sedimentadores, filtros y tanque de contacto.

• Permiten controlar turbidez, pH y cloro residual mediante sensores e instrumentos básicos.

• Las acciones correctivas ajustan dosificación, floculación y purga para mantener la estabilidad del sistema.

3. Calidad final y gestión del mantenimiento

• La calidad del agua depende del monitoreo continuo y la comparación con estándares normativos.

• El mantenimiento predictivo previene fallas mediante acciones periódicas planificadas.

• El mantenimiento correctivo atiende daños ya ocurridos para restablecer la operatividad del sistema.

Presupuesto y Metrados: Criterios Básicos Para Expediente Técnico

1. Metrados generales de obra y componentes

• El metrado cuantifica el diseño de la planta y todas las etapas constructivas según unidades de medida.

• Incluye obras provisionales, preliminares, movimiento de tierras y estructuras de concreto simple y armado.

• Permite obtener el resumen total de materiales como cemento, agregados y acero para cada componente.

2. Metrados energéticos y análisis de demanda

• Consideran el consumo eléctrico de bombas, agitadores, dosificadores e instrumentación.

• Se cuantifica la carga total para definir la fuente de suministro energético requerida.

• Sirve de base para evaluar alternativas convencionales o renovables y cumplir la normativa vigente.

3. Presupuesto final y partidas críticas

• El presupuesto resulta de multiplicar metrados por precios unitarios y programarlos según el cronograma.

• Incluye partidas especiales como recubrimiento epóxico, pruebas de estanqueidad y fletes de equipos.

• Considera el costo de puesta en marcha como servicio global para validar la operación de la planta.